KR101748604B1 - 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치 및 방법 - Google Patents

풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치 및 방법에 관한 것으로, 자세하게는 계통으로 출력되는 전력이 증가함에 따라 컨버터를 순차적으로 구동시키고, 계통으로 출력되는 전력이 감소함에 따라 컨버터의 구동을 순차적으로 중지시켜서 현재 계통 출력에 따라 구동시키는 기술이 개시된다.
제안된 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 풍력에 따라 계통으로 공급되는 출력 전력이 증가하면 순차적으로 하나의 컨버터를 더 구동 시켜서, 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 크게 낮추는 것이다.
일 양상에 있어서, 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치는 발전기와 계통 사이에 병렬 연결된 복수의 컨버터를 구동 시키되, 계통의 출력 전력이 증가하면 순차적으로 하나의 컨버터를 구동시키고, 계통의 출력 전력이 감소하면 순차적으로 하나의 컨버터의 구동을 중지시키는 컨버터 제어부를 포함한다.
제안된 발명은 풍력에 따라 계통으로 공급되는 출력 전력이 증가하면 순차적으로 하나의 컨버터를 더 구동 시켜서, 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 낮출 수 있다.

Description

풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치 및 방법{Apparatus and method for operating converters of wind turbine system}
풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치 및 방법에 관한 것으로, 자세하게는 계통으로 출력되는 전력이 증가함에 따라 컨버터를 순차적으로 구동시키고, 계통으로 출력되는 전력이 감소함에 따라 컨버터의 구동을 순차적으로 중지시켜서 현재 계통 출력에 따라 구동시키는 기술이 개시된다.
풍력 발전기는 바람이 가진 운동에너지를 블레이드 회전에 의한 기계적인 에너지로 변환시킨다. 변환된 기계적인 에너지는 발전기를 통하여 전기 에너지로 변환된다.
풍력 발전기의 발전기와 계통 사이에 존재하는 컨버터는 단 하나의 스위칭 소자 모듈을 포함하였다. 바람이 불면, 풍력 발전기 시스템의 블레이드는 회전 하게 되고, 블레이드의 회전에 따른 운동에너지는 발전기를 통해 전기 에너지로 변환된다. 발전기가 변환하여 생성한 전기 에너지는 교류 전력으로 전술한 컨버터가 포함하는 스위칭 소자 모듈에 의해 직류로 변환되고, 다시 계통 방향으로 공급될 교류로 변환된다.
종래에는 바람이 아무리 조금 불더라도, 복수의 컨버터는 모두 작동하여 풍속에 따라 계통이 출력하는 전력 대비 컨버터의 소모 전력의 효율이 낮았다.
계통으로 출력되는 전력의 대소에 따라서 복수의 컨버터의 일부만 동작 시키거나 모든 컨버터를 동작시켜서 풍속에 따라 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 낮출 필요가 있다.
제안된 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 풍력에 따라 계통으로 공급되는 출력 전력이 증가하면 순차적으로 하나의 컨버터를 더 구동 시켜서, 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 크게 낮추는 것이다.
제안된 발명이 해결하고자 하는 다른 하나의 과제는 풍력에 따라 계통으로 공급되는 출력 전력이 감소하면 순차적으로 컨버터의 구동을 중지 시켜서 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 크게 낮추는 것이다.
제안된 발명이 해결하고자 하는 또 다른 하나의 과제는 계통으로 공급되는 출력 전력이 증가함에 따라 다른 하나의 컨버터가 새롭게 구동하는 기준과 계통으로 공급되는 출력 전력이 감소함에 따라 구동중인 컨버터의 구동을 중지시키는 기준을 서로 달리하여 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 낮추는 것이다.
일 양상에 있어서, 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치는 발전기와 계통 사이에 병렬 연결된 복수의 컨버터를 구동 시키되, 계통의 출력 전력이 증가하면 순차적으로 하나의 컨버터를 구동시키고, 계통의 출력 전력이 감소하면 순차적으로 하나의 컨버터의 구동을 중지시키는 컨버터 제어부를 포함한다.
다른 양상에 있어서, 상기 컨버터 제어부는 계통의 정격 용량과 컨버터의 개수로부터 컨버터 개당 용량을 산출하는 컨버터 개당 용량 산출부, 산출된 컨버터 개당 용량과 컨버터의 구동 수용 용량 비율로부터 컨버터 개당 구동 수용 용량을 산출하는 컨버터 개당 구동 수용 용량 산출부 및 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 현재 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량을 초과하면 다음 순번의 컨버터를 구동 시키는 컨버터 구동부를 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 있어서, 상기 컨버터 제어부는 산출된 컨버터 개당 용량과 컨버터의 구동 중지 수용 용량 비율로부터 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량을 산출하는 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량 산출부를 더 포함하고, 컨버터 구동부는 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 이하가 되면, 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 이하가 되는 시점에서 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 구동을 중지시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 양상에 있어서, 상기 컨버터의 구동 수용 용량 비율과 상기 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율은 서로 다른 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 양상에 있어서, 상기 컨버터의 구동 수용 용량 비율은 90~110%인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 양상에 있어서, 상기 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율은 110~120%인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 양상에 있어서, 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치를 포함하는 풍력 발전 시스템은 AC/DC 컨버터, AC/DC 컨버터와 병렬로 연결된 DC/AC 인버터 및 AC/DC 컨버터와 DC/AC 인버터 사이에 연결된 직류 링크를 포함하는 컨버터를 더 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 있어서, 직류 링크는 커패시터인 것을 특징으로 할 수 있다.
제안된 발명은 풍력에 따라 계통으로 공급되는 출력 전력이 증가하면 순차적으로 하나의 컨버터를 더 구동 시켜서, 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 낮출 수 있다.
제안된 발명은 풍력에 따라 계통으로 공급되는 출력 전력이 감소하면 순차적으로 컨버터의 구동을 중지 시켜서 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 낮출 수 있다.
제안된 발명은 계통으로 공급되는 출력 전력이 증가함에 따라 다른 하나의 컨버터가 새롭게 구동하는 기준과 계통으로 공급되는 출력 전력이 감소함에 따라 구동중인 컨버터의 구동을 중지시키는 기준을 서로 달리하여 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 낮출 수 있다.
도 1은 풍력 발전 시스템의 전체적인 구성을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 스위칭 소자 모듈의 구성을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치의 구성을 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 방법의 흐름을 도시한다.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 나아가 제안된 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 나아가, 명세서 전체에서 신호는 전압이나 전류 등의 전기량을 의미한다.
명세서에서 기술한 부란, "하드웨어 또는 소프트웨어의 시스템을 변경이나 플러그인 가능하도록 구성한 블록"을 의미하는 것으로서, 즉 하드웨어나 소프트웨어에 있어 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.
도 1은 풍력 발전 시스템의 전체적인 구성을 도시한다.
풍력 발전 시스템은 블레이드(10), 기어박스, 발전기(40), 복수의 컨버터(50-1, 50-2, 50-n), 트랜스포머(70) 및 풍력 발전 시스템의 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치(100)를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 블레이드(10)는 바람 에너지에 의해 회전하여 운동 에너지를 생성한다. 즉, 블레이드(10)는 물, 가스, 증기 등의 유체가 가지는 에너지를 기계적 일로 변환시키는 기계이다. 블레이드(10)는 지면과 수직 또는 수평 방향으로 구현될 수 있으며 하나 이상의 날개를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 기어 박스(30)는 블레이드(10)와 후술할 발전기(40)의 회전자 사이에 위치한다. 기어 박스(30)는 풍속이 낮아서, 블레이드(10)의 회전속도가 낮은 경우 발전기(40)의 회전자의 회전 속도를 증가시키는 역할을 수행한다.
일 실시예에 있어서, 발전기(40)는 유체가 가진 에너지가 회전자에 의해 회전력으로 변환된 후 그 회전력을 이용하여 전기를 발생시킨다. 즉, 발전기(40)는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치이다. 발전기(40)로는 크게 동기기나 유도기가 사용되는데, 동기기는 계자의 형태에 따라 권선계자형과 영구자석형으로 나눌수 있다. 유도기는 회전자의 구조에 따라 농형과 권선형으로 분류될 수 있다. 특히, 권선형 유도기, 권선형 유도발전기(40) 또는 유도발전기(40)는 가변 풍속이 특징인 장소에 설치 가능하다.
일 실시예에 있어서, 컨버터(50-1, 50-2, 50-n)는 AC/DC 컨버터, DC/AC 인버터 및 AC/DC 컨버터, DC/AC 인버터를 연결하는 직류 링크를 포함한다. 컨버터(50-1, 50-2, 50-n)는 발전기(40)와 후술할 트랜스포머(70) 사이에 병렬로 연결된다. 도 1 은 n개의 병렬 연결된 컨버터(50-1, 50-2, 50-n)를 도시한다.
AC/DC 컨버터는 발전기(40)로부터 출력되는 3상 교류 출력을 직류 형태로 변환한다. DC/AC 인버터는 변환된 직류 전력을 계통 측에서 사용하기에 적절한 교류 전력으로 변환한다. 직류 링크는 AC/DC 컨버터, DC/AC 인버터에 각각 병렬로 연결되어, AC/DC 컨버터, DC/AC 인버터 사이에서 에너지를 전송할 수 있다. 직류 링크는 커패시터로 구현될 수 있으나, 에너지를 충, 방전할 수 있는 소자라면 직류 링크로 이용될 수 있다. 도 1은 병렬 연결된 복수의 컨버터를 개시하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 단 하나의 컨버터만 존재할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 컨버터(50-1, 50-2, 50-n)는 하나 이상의 스위칭 소자 모듈(60-1-1, 60-1-2, 60-1-m, 60-2-1, 60-2-2, 60-2-m, 60-n-1, 60-n-2, 60-n-m)을 포함한다. 도 1은 각 컨버터(50-1, 50-2, 50-n)가 포함하는 m개의 병렬연결된 스위칭 소자(60-1-1, 60-1-2, 60-1-m, 60-2-1, 60-2-2, 60-2-m, 60-n-1, 60-n-2, 60-n-m)모듈을 도시한다. 전술한 AC/DC 컨버터는 6개의 스위칭 소자를 포함하며, DC/AC 인버터도 6개의 스위칭 소자를 포함한다. 전술한 스위칭 소자는 트랜지스터로 예를 들면, GTO(gate turnoff thyristors), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 IGBT), IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristors), BJT(Bipolar Junction Transistors), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 중 적어도 하나의 반도체 스위칭 소자로 이루어질 수 있다.
발전기(40)가 출력하는 교류 전력은 3상 교류 전력으로 각각의 상은 AC/DC 컨버터의 2개의 스위칭 소자와 연결되며 계통으로 공급되는 3상 교류 전력 중 각각의 상은 DC/AC 인버터의 2개의 스위칭 소자와 연결된다. 즉, AC/DC 컨버터의 6개의 스위칭 소자 중 2개의 스위칭 소자는 하나의 상에 전류가 흐를 수 있도록 동작한다. DC/AC 인버터의 6개의 스위칭 소자 중 2개의 스위칭 소자는 하나의 상에 전류가 흐를 수 있도록 동작한다.
일 실시예에 있어서, 스위칭 소자 모듈(60-1-1, 60-1-2, 60-1-m, 60-2-1, 60-2-2, 60-2-m, 60-n-1, 60-n-2, 60-n-m)은 AC/DC 컨버터의 6개의 스위칭 소자 및 DC/AC 인버터의 6개의 스위칭 소자 그리고 DC 링크를 포함한다. 스위칭 소자 모듈(60-1-1, 60-1-2, 60-1-m, 60-2-1, 60-2-2, 60-2-m, 60-n-1, 60-n-2, 60-n-m)은 복수개가 병렬로 연결되어 하나의 컨버터(50-1, 50-2, 50-n)를 구성한다.
일 실시예에 있어서, 트랜스포머(70)는 전자기 유도현상을 이용하여 교류의 전압이나 전류의 값을 변화시키는 부분으로 계통(Grid)과 연결된다. 여기서, 계통은 풍력 발전 시스템이 연계된 전력 계통을 의미한다.
도 2는 일 실시예에 따른 스위칭 소자 모듈(200)의 구성을 도시한다. 도 1에 도시된 스위칭 소자 모듈(60-1-1, 60-1-2, 60-1-m, 60-2-1, 60-2-2, 60-2-m, 60-n-1, 60-n-2, 60-n-m)의 세부 구성은 도 2에 도시된 스위칭 소자 모듈(200)의 세부 구성과 같다. 스위칭 소자 모듈(200)은 AC/DC 컨버터(210)의 6개의 스위칭 소자 및 DC/AC 인버터(230)의 6개의 스위칭 소자 그리고 DC 링크(220)를 포함한다. AC/DC 컨버터(210)는 발전기에서 출력되는 교류 출력을 직류 형태로 변환시킨다. DC/AC 인버터(230)는 변환된 직류 전력을 교류 형태로 변환시켜서 계통 측으로 전달한다. 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 구성이나, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 구성은 당업자에게 자명하다.
계통으로 공급되는 전력은 3상 교류 전력인데, 3상 중 어느 하나의 상을 예로 들면 교류 전력이 계통으로 전달되기 위해서는 AC/DC 컨버터(210)의 6개의 스위칭 소자 중 2개의 스위칭 소자가 온되야 하며, DC/AC 인버터(230)의 6개의 스위칭 소자중 2개의 스위칭 소자가 온되야 한다. 이러한 특징은 컨버터 분야에 통상의 지식을 가진자에게 자명하다.
도 3은 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치의 구성을 도시한다.
일 양상에 있어서, 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치(100)는 컨버터 제어부(110)를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 제어부(110)는 발전기와 계통 사이에 병렬 연결된 복수의 컨버터(50-1, 50-2, …, 50-n)를 구동 시키되, 계통의 출력 전력이 증가하면 순차적으로 하나의 컨버터를 구동시키고, 계통의 출력 전력이 감소하면 순차적으로 하나의 컨버터의 구동을 중지시킨다. 도 1에 도시된 것 처럼 발전기와 계통 사이에는 병렬 연결된 복수의 컨버터(50-1, 50-2, …, 50-n)가 존재한다.
바람이 불지 않는 상태에서 바람이 불어 블레이드가 회전함에 따라 계통에 전력이 전달될 수 있다. 이때, 바람이 점점 강하게 불면, 증가하는 계통에 전달되는 전력에 따라 컨버터 제어부(110)는 새로운 컨버터를 하나씩 더 구동시킨다. 예를 들어, 컨버터 제어부(110)는 최초로 바람이 불면 컨버터(50-1)을 구동시키고, 바람에 더 강해짐에 따라 순차적으로 컨버터(50-2), … , 컨버터(50-n)을 구동시킨다.
이에 따라, 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치는 풍력에 따라 계통으로 공급되는 출력 전력이 증가하면 순차적으로 하나의 컨버터를 더 구동 시켜서, 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 낮출 수 있다.
바람이 강하게 부는 상태에서 풍속이 점점 떨어지면 블레이드의 회전 속도도 감소하고 이에 따라 계통에 전달되는 전력의 크기도 감소한다. 계통에 전달되는 전력의 크기가 감소하면, 컨버터 제어부(110)는 구동하는 하나 이상의 컨버터 중 어느 하나의 컨버터의 구동을 순차적으로 중지시킨다. 바람이 최고 속도로 불어서 계통으로 최대 정격 전력이 전달되어 모든 컨버터(50-n)이 구동되는 도중에 풍속이 점점 감소하는 경우를 예로 들면, 컨버터 제어부(110)는 컨버터(50-n)의 구동을 최초로 정지시킨다. 이후로도 풍속이 점점 감소함에 따라 계통으로 전달되는 전력이 감소하면, 컨버터 제어부(110)는 컨버터(50-n-1), …, 컨버터(50-1) 순으로 순차적으로 컨버터의 동작을 중지 시킨다.
풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치는 풍력에 따라 계통으로 공급되는 출력 전력이 감소하면 순차적으로 컨버터의 구동을 중지 시켜서 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 낮출 수 있다.
컨버터가 동작한다는 것은 컨버터가 포함하는 스위칭 소자 모듈을 온 시킨다는 것으로, 스위칭 소자 모듈이 포함하는 12개의 스위치를 온오프 시켜 3상 전력을 발전기에서 계통으로 전달시킨다는 의미이다. 3상 교류 전력이 서로 120도 차이가 나도록 계통에 전달되기 위해 스위칭 소자 모듈이 포함하는 12개의 스위치 소자 중 필요한 스위치 소자가 무엇이고 그 스위치 소자가 언제 온 오프되야 하는지는 컨버터 분야에 통상의 지식을 가진자에게 자명하다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 제어부(110)는 컨버터 개당 용량 산출부(112), 컨버터 개당 구동 수용 용량 산출부(113) 및 컨버터 구동부(115)를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 개당 용량 산출부(112)는 계통의 정격 용량과 컨버터의 개수로부터 컨버터 개당 용량을 산출한다. 계통의 정격 용량은 계통으로 전달될 수 있는 최대 전력을 의미한다. 바람이 강해짐에 따라 계통으로 전달될 수 있는 전력은 점점 증가하는데, 최대 전력인 정격 용량을 초과하는 전력이 계통으로 전달될 수 없다.
컨버터의 개수는 발전기와 계통 사이에 병렬 연결된 컨버터(50-1, 50-2, …, 50-n)의 개수이다. 도 1에 도시된 예에서는 병렬 연결된 컨버터(50-1, 50-2, …, 50-n)의 개수는 n개이다.
컨버터 개당 용량 산출부(112)는 계통의 정격 용량에서 컨버터의 개수를 나누어서 컨버터 개당 용량을 산출한다. 계통의 정격 용량이 3MW이고 컨버터의 개수가 n이면 컨버터 개당 용량 산출부(112)는 3MW/n를 컨버터 개당 용량으로 산출한다. 계통의 정격 용량인 3MW가 계통으로 전달되면 n개의 컨버터 각각이 계통으로 전달시키는 전력은 3MW/n인 것이다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 개당 구동 수용 용량 산출부(113)는 산출된 컨버터 개당 용량과 컨버터의 구동 수용 용량 비율로부터 컨버터 개당 구동 수용 용량을 산출한다. 컨버터 개당 용량은 컨버터 개당 용량 산출부(112)가 산출하는 것으로, 컨버터 개당 용량을 산출하는 상세한 과정은 전술하였다. 컨버터 개당 구동 수용 용량 산출부(113)는 산출된 컨버터 개당 용량에 컨버터의 구동 수용 용량 비율을 곱하기 하여 컨버터 한 개당 구동 수용 용량을 산출할 수 있다.
컨버터의 구동 수용 용량 비율은 계통의 정격 용량, 컨버터 개당 정격 용량 등에 따라 자유롭게 설정될 수 있으나, 자세한 수치는 후술한다. 컨버터 개당 구동 수용 용량은 다음 순번의 컨버터를 구동시키는 기준이 되는 전력이다. 예를 들어, 현재 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량을 초과하는지 여부에 따라 새롭게 다음 순번의 컨버터를 구동할 것인지가 결정된다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 구동부(115)는 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 현재 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량을 초과하면 다음 순번의 컨버터를 구동시킨다. 구동중인 컨버터는 발전기와 계통 사이에 연결된 컨버터중 계통 쪽으로 3상 교류 전력을 계통으로 공급하고 있는 컨버터를 의미할 수 있다.
구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터는 도 1에 도시된 컨버터 중 번호가 가장 큰 컨버터이다. 모든 컨버터가 구동 중인 상태로 예로 들면, 컨버터(50-n)이 마지막 순번의 컨버터이다. 컨버터의 현재 용량은 현재 컨버터가 계통쪽으로 전달하는 전력의 크기를 의미한다. 컨버터 개당 구동 수용 용량은 컨터버 개당 구동 수용 용량 산출부가 산출한 값으로 산출하는 과정은 전술하였다.
즉, 컨버터 구동부(115)는 마지막 순번의 컨버터가 현재 계통쪽으로 전달하는 전력의 크기가 컨버터 개당 구동 수용 용량을 초과하면 다음 순번의 컨버터를 구동 시킨다. 예를 들어, 현재 컨버터(50-1)만이 구동중인데, 컨버터(50-1)가 현재 계통쪽으로 전달하는 전력의 크기가 컨버터 개당 구동 수용 용량을 초과하면 컨버터 구동부(115)는 컨버터(50-2)를 구동시킨다. 모든 컨버터에 대해서 전술한 동작 방법이 적용된다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 제어부(110)는 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량 산출부(114)를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량 산출부(114)는 산출된 컨버터 개당 용량과 컨버터의 구동 중지 수용 용량 비율로부터 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량을 산출한다. 컨버터 개당 용량은 컨버터 개당 용량 산출부(112)가 계통의 정격 용량에서 컨버터의 개수를 나누어서 컨버터 개당 용량을 산출한다. 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율은 계통의 정격 용량, 컨버터 개당 정격 용량 등에 따라 자유롭게 설정될 수 있으나, 자세한 설명은 수치로 후술한다.
컨버터 개당 구동 중지 수용 용량은 현재 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 구동을 중지시키는 기준이 되는 전력이다. 예를 들어, 현재 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량보다 이하가 되는지 여부에 따라 현재 구동 중인 마지막 순번의 컨버터의 구동을 중지시킬 것인지가 결정된다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 구동부(115)는 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 이하가 되면, 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 이하가 되는 시점에서 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 구동을 중지시키는 것을 특징으로 한다.
컨버터 구동부(115)는 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 이하가 된 경우에 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 구동을 중지시킨다. 컨버터 개당 구동 수용 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 작은 경우에, 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량보다 크지만, 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 작은 경우가 존재할 수 있다.
이 경우, 마지막 순번의 컨버터의 용량이 점점 커지다가 컨버터 개당 구동 수용 용량보다 커지게 되면 컨버터 구동부(115)는 다음 순번의 컨버터를 구동시킨다.
자세하게 예를 들면 마지막 순번의 컨버터가 컨버터(50-2)인 경우, 마지막 순번의 컨버터인 컨버터(50-2)의 용량이 풍속이 커짐에 따라 점점 커지다가 컨버터 개당 구동 수용 용량 보다 커지게 되면 컨버터 구동부(115)는 다음 순번의 컨버터인 컨버터(50-3)을 구동 시킨다.
현재 구동중인 마지막 순번의 컨버터의 용량이 점점 더 커지다가 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 작아지는 경우에도 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량보다 크지만, 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 작을 수 있다. 이 경우에는 현재 구동 중인 마지막 순번의 컨버터의 구동이 중지된다.
현재 구동중인 마지막 순번의 컨버터의 용량이 점점 더 커지다가 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 작아지면, 현재 구동 중인 마지막 순번의 컨버터의 구동은 중지되는데, 중지된 컨버터 보다 앞선 순서의 컨버터의 용량이 조금이라도 증가하면, 컨버터 구동부(115)는 중지된 컨버터를 다시 구동 시킨다.
구체적으로 예를 들면 현재 구동중인 마지막 순번의 컨버터가 컨버터(50-2)라고 했을 때, 컨버터의 용량이 점점 더 커지다가 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량 보다 커졌다가 작아지면, 현재 구동 중인 마지막 순번의 컨버터인 컨버터(50-2)의 구동은 중지되는데, 바람이 다시 강해져서 중지된 컨버터인 컨버터(50-2) 보다 앞선 순서의 컨버터인 컨버터(50-1)의 용량이 조금이라도 증가하면, 컨버터 구동부(115)는 중지된 컨버터인 컨터번(50-2)을 다시 구동 시키는 것이다.
일 실시예에 있어서, 상기 컨버터의 구동 수용 용량 비율과 상기 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율은 서로 다른 것을 특징으로 한다. 컨버터의 구동 수용 용량 비율 및 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율은 전술하였다.
풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치는 계통으로 공급되는 출력 전력이 증가함에 따라 다른 하나의 컨버터가 새롭게 구동하는 기준과 계통으로 공급되는 출력 전력이 감소함에 따라 구동중인 컨버터의 구동을 중지시키는 기준을 서로 달리하여 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 낮출 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 컨버터의 구동 수용 용량 비율은 상기 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율보다 작다.
컨버터 개당 구동 수용 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 작은 경우에, 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량보다 크지만, 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 작은 경우가 존재할 수 있다.
이 경우, 마지막 순번의 컨버터의 용량이 점점 커지다가 컨버터 개당 구동 수용 용량보다 커지게 되면 컨버터 구동부(115)는 다음 순번의 컨버터를 구동시킨다.
현재 구동중인 마지막 순번의 컨버터의 용량이 점점 더 커지다가 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 작아지는 경우에도 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량보다 크지만, 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 작을 수 있다. 이 경우에는 현재 구동 중인 마지막 순번의 컨버터의 구동이 중지된다.
현재 구동중인 마지막 순번의 컨버터의 용량이 점점 더 커지다가 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 작아지면, 현재 구동 중인 마지막 순번의 컨버터의 구동은 중지되는데, 바람이 다시 강해져서 중지된 컨버터 보다 앞선 순서의 컨버터의 용량이 조금이라도 증가하면, 컨버터 구동부(115)는 중지된 컨버터를 다시 구동 시킨다.
구체적으로 예를 들면 현재 구동중인 마지막 순번의 컨버터가 컨버터(50-2)라고 했을 때, 컨버터의 용량이 점점 더 커지다가 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량 보다 커졌다가 작아지면, 현재 구동 중인 마지막 순번의 컨버터인 컨버터(50-2)의 구동은 중지되는데, 바람이 다시 강해져서 중지된 컨버터인 컨버터(50-2) 보다 앞선 순서의 컨버터인 컨버터(50-1)의 용량이 조금이라도 증가하면, 컨버터 구동부(115)는 중지된 컨버터인 컨터번(50-1)을 다시 구동 시키는 것이다.
풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치는 계통으로 공급되는 출력 전력이 증가함에 따라 다른 하나의 컨버터가 새롭게 구동하는 기준과 계통으로 공급되는 출력 전력이 감소함에 따라 구동중인 컨버터의 구동을 중지시키는 기준을 서로 달리하여 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 낮출 수 있다.
일 실시예에 있어서, 컨버터의 구동 수용 용량 비율은 90~110%인 것을 특징으로 한다. 계통의 정격 용량이 3MW이고 컨버터의 개수가 n이면 컨버터 개당 용량 산출부(112)는 3MW/n를 컨버터 개당 용량으로 산출한다. 컨버터 개당 구동 수용 용량 산출부(113)는 (3MW*0.9)/n ~ (3MW*1.1)/n로 컨버터의 구동 수용 용량을 산출한다. 여기서 컨버터의 구동 수용 용량은 최대 값인 (3MW*1.1)/n일 수 있다.
이 경우, 현재 구동 중인 컨버터의 용량이 (3MW*1.1)/n를 초과하면 현재 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터는 새롭게 구동된다. 현재 구동 중인 컨버터의 용량이 (3MW*1.1)/n를 초과한다는 것은, 현재 구동 중인 각각의 컨버터의 용량이 (3MW*1.1)/n를 초과함을 의미한다. 계통으로 공급되는 현재 전력에서 컨버터의 수를 나눈 값이 구동중인 컨버터 각각이 계통으로 전달하는 전력인 것이다.
일 실시예에 있어서, 상기 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율은 110~120%인 것을 특징으로 한다. 계통의 정격 용량이 3MW이고 컨버터의 개수가 n이면 컨버터 개당 용량 산출부(112)는 3MW/n를 컨버터 개당 용량으로 산출한다. 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량 산출부(114)는 (3MW*1.1)/n ~ (3MW*1.2)/n로 컨버터의 구동 중지 수용 용량을 산출한다. 여기서 컨버터의 구동 중지 수용 용량은 최대 값인 (3MW*1.2)/n일 수 있다.
이 경우, 현재 구동 중인 컨버터의 용량이 (3MW*1.2)/n보다 커졌다가 이하가 되면 현재 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 구동은 중지 된다. 현재 구동 중인 컨버터의 용량이 (3MW*1.2)/n보다 작아진다는 것은, 현재 구동 중인 각각의 컨버터의 용량이 (3MW*1.2)/n 보다 작아 짐을 의미한다. 계통으로 공급되는 현재 전력에서 컨버터의 수를 나눈 값이 구동중인 컨버터 각각이 계통으로 전달하는 전력인 것이다.
일 양상에 있어서, 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치를 포함하는 풍력 발전 시스템은 AC/DC 컨버터, AC/DC 컨버터와 병렬로 연결된 DC/AC 인버터 및 AC/DC 컨버터와 DC/AC 인버터 사이에 연결된 직류 링크를 포함하는 컨버터를 더 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면, AC/DC 컨버터와 DC/AC 인버터는 병렬로 연결되며 AC/DC 컨버터와 DC/AC 인버터 사이에 직류 링크가 연결된다.
일 양상에 있어서, 직류 링크는 커패시터인 것을 특징으로 할 수 있다. 도 2를 참조하면 직류 링크는 커패시터이다.
도 4는 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 방법의 흐름을 도시한다.
일 양상에 있어서, 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 방법은 컨버터 제어 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 제어 단계는 발전기와 계통 사이에 병렬 연결된 복수의 컨버터(50-1, 50-2, …, 50-n)를 구동 시키되, 계통의 출력 전력이 증가하면 순차적으로 하나의 컨버터를 구동시키고, 계통의 출력 전력이 감소하면 순차적으로 하나의 컨버터의 구동을 중지시킨다. 도 1에 도시된 것 처럼 발전기와 계통 사이에는 병렬 연결된 복수의 컨버터(50-1, 50-2, …, 50-n)가 존재한다. 바람이 불지 않는 상태에서 바람이 불어 블레이드가 회전함에 따라 계통에 전력이 전달될 수 있다. 이때, 바람이 점점 강하게 불면, 증가하는 계통에 전달되는 전력에 따라 컨버터 제어 단계는 새로운 컨버터를 하나씩 더 구동시킨다. 예를 들어, 컨버터 제어 단계는 최초로 바람이 불면 컨버터(50-1)을 구동시키고, 바람에 더 강해짐에 따라 순차적으로 컨버터(50-2), … , 컨버터(50-n)을 구동시킨다.
이에 따라, 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 단계는 풍력에 따라 계통으로 공급되는 출력 전력이 증가하면 순차적으로 하나의 컨버터를 더 구동 시켜서, 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 낮출 수 있다.
바람이 강하게 부는 상태에서 풍속이 점점 떨어지면 블레이드의 회전 속도도 감소하고 이에 따라 계통에 전달되는 전력의 크기도 감소한다. 계통에 전달되는 전력의 크기가 감소하면, 컨버터 제어 단계는 구동하는 하나 이상의 컨버터 중 어느 하나의 컨버터의 구동을 순차적으로 중지시킨다. 바람이 최고 속도로 불어서 계통으로 최대 정격 전력이 전달되어 모든 컨버터(50-n)이 구동되는 도중에 풍속이 점점 감소하는 경우를 예로 들면, 컨버터 제어 단계는 컨버터(50-n)의 구동을 최초로 정지시킨다. 이후로도 풍속이 점점 감소함에 따라 계통으로 전달되는 전력이 감소하면, 컨버터 제어 단계는 컨버터(50-n-1), …, 컨버터(50-1) 순으로 순차적으로 컨버터의 동작을 중지 시킨다.
풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 단계는 풍력에 따라 계통으로 공급되는 출력 전력이 감소하면 순차적으로 컨버터의 구동을 중지 시켜서 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 낮출 수 있다.
컨버터가 동작한다는 것은 컨버터가 포함하는 스위칭 소자 모듈을 온 시킨다는 것으로, 스위칭 소자 모듈이 포함하는 12개의 스위치를 온오프 시켜 3상 전력을 발전기에서 계통으로 전달시킨다는 의미이다. 3상 교류 전력이 서로 120도 차이가 나도록 계통에 전달되기 위해 스위칭 소자 모듈이 포함하는 12개의 스위치 소자 중 필요한 스위치 소자가 무엇이고 그 스위치 소자가 언제 온 오프되야 하는지는 컨버터 분야에 통상의 지식을 가진자에게 자명하다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 제어 단계는 컨버터 개당 용량 산출 단계(S610), 컨버터 개당 구동 수용 용량 산출 단계(S620) 및 컨버터 구동 단계(S640)를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 개당 용량 산출 단계(S610)는 계통의 정격 용량과 컨버터의 개수로부터 컨버터 개당 용량을 산출한다. 계통의 정격 용량은 계통으로 전달될 수 있는 최대 전력을 의미한다. 바람이 강해짐에 따라 계통으로 전달될 수 있는 전력은 점점 증가하는데, 최대 전력인 정격 용량을 초과하는 전력이 계통으로 전달될 수 없다.
컨버터의 개수는 발전기와 계통 사이에 병렬 연결된 컨버터(50-1, 50-2, …, 50-n)의 개수이다. 도 1에 도시된 예에서는 병렬 연결된 컨버터(50-1, 50-2, …, 50-n)의 개수는 n개이다.
컨버터 개당 용량 산출 단계(S610)는 계통의 정격 용량에서 컨버터의 개수를 나누어서 컨버터 개당 용량을 산출한다. 계통의 정격 용량이 3MW이고 컨버터의 개수가 n이면 컨버터 개당 용량 산출 단계(S610)는 3MW/n를 컨버터 개당 용량으로 산출한다. 계통의 정격 용량인 3MW가 계통으로 전달되면 n개의 컨버터 각각이 계통으로 전달시키는 전력은 3MW/n인 것이다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 개당 구동 수용 용량 산출 단계(S620)는 산출된 컨버터 개당 용량과 컨버터의 구동 수용 용량 비율로부터 컨버터 개당 구동 수용 용량을 산출한다. 컨버터 개당 용량은 컨버터 개당 용량 산출 단계(S610)가 산출하는 것으로, 컨버터 개당 용량을 산출하는 상세한 과정은 전술하였다. 컨버터 개당 구동 수용 용량 산출 단계(S620)는 산출된 컨버터 개당 용량에 컨버터의 구동 수용 용량 비율을 곱하여 컨버터 개당 구동 수용 용량을 산출한다. 컨버터의 구동 수용 용량 비율은 계통의 정격 용량, 컨버터 개당 정격 용량 등에 따라 자유롭게 설정될 수 있으나, 자세한 수치는 후술한다. 컨버터 개당 구동 수용 용량은 다음 순번의 컨버터를 구동시키는 기준이 되는 전력이다. 예를 들어, 현재 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량을 초과하는지 여부에 따라 새롭게 다음 순번의 컨버터를 구동할 것인지가 결정된다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 구동 단계(S640)는 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 현재 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량을 초과하면 다음 순번의 컨버터를 구동시킨다. 구동중인 컨버터는 발전기와 계통 사이에 연결된 컨버터중 계통 쪽으로 3상 교류 전력을 공급하고 있는 컨버터를 의미한다. 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터는 도 1에 도시된 컨버터 중 번호가 가장 큰 컨버터이다.
모든 컨버터가 구동 중인 상태로 예로 들면, 컨버터(50-n)이 마지막 순번의 컨버터이다. 컨버터의 현재 용량은 현재 컨버터가 계통쪽으로 전달하는 전력의 크기를 의미한다. 컨버터 개당 구동 수용 용량은 컨터버 개당 구동 수용 용량 산출 단계가 산출한 값으로 산출하는 과정은 전술하였다.
즉, 컨버터 구동 단계(S640)는 마지막 순번의 컨버터가 현재 계통쪽으로 전달하는 전력의 크기가 컨버터 개당 구동 수용 용량을 초과하면 다음 순번의 컨버터를 구동 시킨다. 예를 들어, 현재 컨버터(50-1)만이 구동중인데, 컨버터(50-1)가 현재 계통쪽으로 전달하는 전력의 크기가 컨버터 개당 구동 수용 용량을 초과하면 컨버터 구동 단계(S640)는 컨버터(50-2)를 구동시킨다. 모든 컨버터에 대해서 전술한 동작 방법이 적용된다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 제어 단계는 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량 산출 단계(S630)를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량 산출 단계(S630)는 산출된 컨버터 개당 용량과 컨버터의 구동 중지 수용 용량 비율로부터 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량을 산출한다. 컨버터 개당 용량은 컨버터 개당 용량 산출 단계(S610)가 계통의 정격 용량에서 컨버터의 개수를 나누어서 컨버터 개당 용량을 산출한다. 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율은 계통의 정격 용량, 컨버터 개당 정격 용량 등에 따라 자유롭게 설정될 수 있으나, 자세한 수치는 후술한다. 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량은 현재 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 구동을 중지시키는 기준이 되는 전력이다.
예를 들어, 현재 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량보다 이하가 되는지 여부에 따라 현재 구동 중인 마지막 순번의 컨버터의 구동을 중지시킬 것인지가 결정된다.
일 실시예에 있어서, 컨버터 구동 단계(S640)는 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 이하가 되면, 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 이하가 되는 시점에서 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 구동을 중지시키는 것을 특징으로 한다.
컨버터 구동 단계(S640)는 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 이하가 된 경우에 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 구동을 중지시킨다. 컨버터 개당 구동 수용 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 작은 경우에, 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량보다 크지만, 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 작은 경우가 존재할 수 있다.
이 경우, 마지막 순번의 컨버터의 용량이 점점 커지다가 컨버터 개당 구동 수용 용량보다 커지게 되면 컨버터 구동 단계(S640)는 다음 순번의 컨버터를 구동시킨다.
자세하게 예를 들면 마지막 순번의 컨버터가 컨버터(50-2)인 경우, 마지막 순번의 컨버터인 컨버터(50-2)의 용량이 풍속이 커짐에 따라 점점 커지다가 컨버터 개당 구동 수용 용량 보다 커지게 되면 컨버터 구동 단계(S640)는 다음 순번의 컨버터인 컨버터(50-3)을 구동 시킨다.
현재 구동중인 마지막 순번의 컨버터의 용량이 점점 더 커지다가 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 작아지는 경우에도 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량보다 크지만, 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 작을 수 있다. 이 경우에는 현재 구동 중인 마지막 순번의 컨버터의 구동이 중지된다.
현재 구동중인 마지막 순번의 컨버터의 용량이 점점 더 커지다가 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 작아지면, 현재 구동 중인 마지막 순번의 컨버터의 구동은 중지되는데, 중지된 컨버터 보다 앞선 순서의 컨버터의 용량이 조금이라도 증가하면, 컨버터 구동 단계(S640)는 중지된 컨버터를 다시 구동 시킨다.
구체적으로 예를 들면 현재 구동중인 마지막 순번의 컨버터가 컨버터(50-2)라고 했을 때, 컨버터의 용량이 점점 더 커지다가 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량 보다 커졌다가 작아지면, 현재 구동 중인 마지막 순번의 컨버터인 컨버터(50-2)의 구동은 중지되는데, 바람이 다시 강해져서 중지된 컨버터인 컨버터(50-2) 보다 앞선 순서의 컨버터인 컨버터(50-1)의 용량이 조금이라도 증가하면, 컨버터 구동 단계(S640)는 중지된 컨버터인 컨터번(50-2)을 다시 구동 시키는 것이다.
일 실시예에 있어서, 상기 컨버터의 구동 수용 용량 비율과 상기 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율은 서로 다른 것을 특징으로 한다. 컨버터의 구동 수용 용량 비율 및 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율은 전술하였다.
풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 방법은 계통으로 공급되는 출력 전력이 증가함에 따라 다른 하나의 컨버터가 새롭게 구동하는 기준과 계통으로 공급되는 출력 전력이 감소함에 따라 구동중인 컨버터의 구동을 중지시키는 기준을 서로 달리하여 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 낮출 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 컨버터의 구동 수용 용량 비율은 상기 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율보다 작다.
컨버터 개당 구동 수용 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 작은 경우에, 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량보다 크지만, 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 작은 경우가 존재할 수 있다.
이 경우, 마지막 순번의 컨버터의 용량이 점점 커지다가 컨버터 개당 구동 수용 용량보다 커지게 되면 컨버터 구동 단계(S640)는 다음 순번의 컨버터를 구동시킨다.
현재 구동중인 마지막 순번의 컨버터의 용량이 점점 더 커지다가 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 작아지는 경우에도 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량보다 크지만, 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 작을 수 있다. 이 경우에는 현재 구동 중인 마지막 순번의 컨버터의 구동이 중지된다.
현재 구동중인 마지막 순번의 컨버터의 용량이 점점 더 커지다가 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 작아지면, 현재 구동 중인 마지막 순번의 컨버터의 구동은 중지되는데, 바람이 다시 강해져서 중지된 컨버터 보다 앞선 순서의 컨버터의 용량이 조금이라도 증가하면, 컨버터 구동 단계(S640)는 중지된 컨버터를 다시 구동 시킨다.
구체적으로 예를 들면 현재 구동중인 마지막 순번의 컨버터가 컨버터(50-2)라고 했을 때, 컨버터의 용량이 점점 더 커지다가 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량 보다 커졌다가 작아지면, 현재 구동 중인 마지막 순번의 컨버터인 컨버터(50-2)의 구동은 중지되는데, 바람이 다시 강해져서 중지된 컨버터인 컨버터(50-2) 보다 앞선 순서의 컨버터인 컨버터(50-1)의 용량이 조금이라도 증가하면, 컨버터 구동 단계(S640)는 중지된 컨버터인 컨터번(50-1)을 다시 구동 시키는 것이다.
풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 방법은 계통으로 공급되는 출력 전력이 증가함에 따라 다른 하나의 컨버터가 새롭게 구동하는 기준과 계통으로 공급되는 출력 전력이 감소함에 따라 구동중인 컨버터의 구동을 중지시키는 기준을 서로 달리하여 계통으로 공급되는 출력 전력 대비 컨버터에서 소모되는 전력을 낮출 수 있다.
일 실시예에 있어서, 컨버터의 구동 수용 용량 비율은 90~110%인 것을 특징으로 한다. 계통의 정격 용량이 3MW이고 컨버터의 개수가 n이면 컨버터 개당 용량 산출 단계(S610)는 3MW/n를 컨버터 개당 용량으로 산출한다. 컨버터 개당 구동 수용 용량 산출 단계(S620)는 (3MW*0.9)/n ~ (3MW*1.1)/n로 컨버터의 구동 수용 용량을 산출한다. 여기서 컨버터의 구동 수용 용량은 최대 값인 (3MW*1.1)/n일 수 있다. 이 경우, 현재 구동 중인 컨버터의 용량이 (3MW*1.1)/n를 초과하면 현재 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터는 새롭게 구동된다. 현재 구동 중인 컨버터의 용량이 (3MW*1.1)/n를 초과한다는 것은, 현재 구동 중인 각각의 컨버터의 용량이 (3MW*1.1)/n를 초과함을 의미한다. 계통으로 공급되는 현재 전력에서 컨버터의 수를 나눈 값이 구동중인 컨버터 각각이 계통으로 전달하는 전력인 것이다.
일 실시예에 있어서, 상기 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율은 110~120%인 것을 특징으로 한다. 계통의 정격 용량이 3MW이고 컨버터의 개수가 n이면 컨버터 개당 용량 산출 단계(S610)는 3MW/n를 컨버터 개당 용량으로 산출한다. 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량 산출 단계(S630)는 (3MW*1.1)/n ~ (3MW*1.2)/n로 컨버터의 구동 중지 수용 용량을 산출한다. 여기서 컨버터의 구동 중지 수용 용량은 최대 값인 (3MW*1.2)/n일 수 있다. 이 경우, 현재 구동 중인 컨버터의 용량이 (3MW*1.2)/n보다 커졌다가 이하가 되면 현재 구동 중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 구동은 중지 된다. 현재 구동 중인 컨버터의 용량이 (3MW*1.2)/n보다 작아진다는 것은, 현재 구동 중인 각각의 컨버터의 용량이 (3MW*1.2)/n 보다 작아 짐을 의미한다. 계통으로 공급되는 현재 전력에서 컨버터의 수를 나눈 값이 구동중인 컨버터 각각이 계통으로 전달하는 전력인 것이다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해 져야 할 것이다.
10: 블레이드
30: 기어 박스
40: 발전기
50-1, 50-2, …, 50-n: 컨버터
60-1-1, 60-1-2, 60-1-m, 60-2-1, 60-2-2, 60-2-m, 60-n-1, 60-n-2, 60-n-m: 스위칭 소자 모듈
70: 트랜스포머
100: 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치
110: 컨버터 제어부
112: 컨버터 개당 용량 산출부
113: 컨버터 개당 구동 수용 용량 산출부
114: 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량 산출부
115: 컨버터 구동부

Claims (14)

  1. 발전기와 계통 사이에 병렬 연결된 복수의 컨버터를 구동 시키되, 계통의 출력 전력이 증가하면 순차적으로 하나의 컨버터를 구동시키고, 계통의 출력 전력이 감소하면 순차적으로 하나의 컨버터의 구동을 중지시키는 컨버터 제어부;
    를 포함하되,
    상기 컨버터 제어부는
    계통의 정격 용량과 컨버터의 개수로부터 컨버터 개당 용량을 산출하는 컨버터 개당 용량 산출부;
    산출된 컨버터 개당 용량과 컨버터의 구동 수용 용량 비율로부터 컨버터 개당 구동 수용 용량을 산출하는 컨버터 개당 구동 수용 용량 산출부; 및
    구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 현재 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량을 초과하면 다음 순번의 컨버터를 구동 시키는 컨버터 구동부;
    를 포함하는 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치.

  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 컨버터 제어부는
    산출된 컨버터 개당 용량과 컨버터의 구동 중지 수용 용량 비율로부터 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량을 산출하는 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량 산출부를 더 포함하고,
    컨버터 구동부는 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 이하가 되면,
    구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 이하가 되는 시점에서 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 구동을 중지시키는 것을 특징으로 하는
    풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 컨버터의 구동 수용 용량 비율과 상기 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율은 서로 다른 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 컨버터의 구동 수용 용량 비율은,
    90~110%인 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율은
    110~120%인 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치.
  7. 발전기와 계통 사이에 병렬 연결된 복수의 컨버터를 구동 시키되, 계통의 출력 전력이 증가하면 순차적으로 하나의 컨버터를 구동시키고, 계통의 출력 전력이 감소하면 순차적으로 하나의 컨버터의 구동을 중지시키는 컨버터 제어 단계;
    를 포함하되,
    상기 컨버터 제어 단계는
    계통의 정격 용량과 컨버터의 개수로부터 컨버터 개당 용량을 산출하는 컨버터 개당 용량 산출 단계;
    산출된 컨버터 개당 용량과 컨버터의 구동 수용 용량 비율로부터 컨버터 개당 구동 수용 용량을 산출하는 컨버터 개당 구동 수용 용량 산출 단계; 및
    구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 현재 용량이 컨버터 개당 구동 수용 용량을 초과하면 다음 순번의 컨버터를 구동 시키는 컨버터 구동 단계;
    를 포함하는 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 방법.

  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 컨버터 제어 단계는
    산출된 컨버터 개당 용량과 컨버터의 구동 중지 수용 용량 비율로부터 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량을 산출하는 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량 산출 단계를 더 포함하고,
    컨버터 구동 단계는 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 이하가 되면,
    구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 용량이 컨버터 개당 구동 중지 수용 용량보다 커졌다가 이하가 되는 시점에서 구동중인 컨버터 중 마지막 순번의 컨버터의 구동을 중지시키는 것을 특징으로 하는
    풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 컨버터의 구동 수용 용량 비율과 상기 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율은 서로 다른 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 방법.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 컨버터의 구동 수용 용량 비율은,
    90~110%인 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 컨버터 구동 중지 수용 용량 비율은
    110~120%인 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 방법.
  13. 제 1 항에 따른 풍력 발전 시스템의 컨버터 구동 장치를 포함하는 풍력 발전 시스템은,
    AC/DC 컨버터, AC/DC 컨버터와 병렬로 연결된 DC/AC 인버터 및 AC/DC 컨버터와 DC/AC 인버터 사이에 연결된 직류 링크를 포함하는 컨버터를 더 포함하는,
    풍력 발전 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 직류 링크는,
    커패시터인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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