KR102259951B1 - Power generation system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발전기에서 전달되는 전압 또는 전류 중 적어도 하나의 파형을 전력 변환부의 입력단에서 산출하여 발전기의 회전 속도를 추정하고, 예상 속도를 기초로 전력 변환부를 제어하는 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 이루기 위해 본 발명의 발전 시스템은 전기 에너지를 발전하는 발전기, 일단이 상기 발전기와 연결되고, 타단이 부하와 연결되며, 상기 발전기의 출력 전력을 직류 또는 교류로 변환하여 상기 부하로 전달하는 전력 변환부, 상기 발전기와 상기 전력 변환부 사이에 구비되는 필터부, 상기 필터부의 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 측정하는 센싱부 및 상기 센싱부의 출력을 기초로 상기 발전기의 회전 속도의 추정치를 산출하고, 추정한 상기 발전기의 회전 속도를 기초로 상기 전력 변환부를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.An object of the present invention is to provide a power generation system for estimating the rotational speed of the generator by calculating at least one waveform of voltage or current transmitted from the generator at the input end of the power converter, and controlling the power converter based on the expected speed. .
In order to achieve the above object, the power generation system of the present invention is a generator for generating electric energy, one end is connected to the generator, the other end is connected to the load, and converts the output power of the generator into direct current or alternating current and transmits it to the load Calculating an estimate of the rotational speed of the generator based on the output of the power conversion unit, a filter unit provided between the generator and the power conversion unit, a sensing unit measuring at least one of a voltage or a current of the filter unit, and the sensing unit and a control unit for controlling the power conversion unit based on the estimated rotation speed of the generator.
Description
본 발명은 전압 또는 전류 중 어느 하나의 파형 주기를 이용하여 발전기의 회전 속도를 측정하는 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation system for measuring the rotational speed of a generator using any one of a waveform period of voltage or current.
발전기는 자연 에너지를 전기 에너지로 변환하여 발전하는 장치로서, 태양광, 수력, 풍력 발전기 등이 있다. 풍력 발전기는 크게 블레이드에 의해 발전하는 발전기, 발전 에너지를 변환하는 전력 변환부, 발전 에너지를 저장하는 배터리로 구성될 수 있다. 블레이드는 바람에 의해 회전되어 풍력 에너지를 기계적인 에너지로 변환시키며, 블레이드에서 발생한 회전 에너지는 발전기를 통해 전기 에너지로 전환되고, 발전기의 전류가 전력 변환부로 전달된다. 전력 전환부 및 제어부는 발전기의 전류를 직류 또는 교류로 변환할 수 있고, 부하 또는 배터리로 전달하여 에너지를 저장하거나 소모할 수 있다.A generator is a device that converts natural energy into electrical energy to generate electricity, and includes solar power, hydroelectric power, and wind power generators. A wind power generator may be largely composed of a generator generated by a blade, a power converter that converts generated energy, and a battery that stores generated energy. The blade is rotated by the wind to convert wind energy into mechanical energy, and the rotational energy generated from the blade is converted into electrical energy through the generator, and the current of the generator is transmitted to the power converter. The power conversion unit and the control unit may convert the current of the generator into direct current or alternating current, and may store or consume energy by transferring it to a load or a battery.
이때 전기적인 역할을 수행하는 전력 전환부 및 제어부는 입력되는 교류 전원을 정류하여 DC 링크로 평활화하고 이를 전원 공급 장치를 통해 배터리에 충전하며 부하에는 필요한 전기 에너지를 공급함으로써 시스템이 목적에 맞는 역할을 수행하게 한다.At this time, the power conversion unit and control unit, which play an electrical role, rectify the input AC power, smooth it into a DC link, charge it to the battery through the power supply device, and supply the necessary electrical energy to the load, so that the system can play a role suitable for the purpose. to do it
이때, 전력 전환부 및 제어부는 바람의 세기에 맞추어 출력 전류 지령을 생성해야 하는데, 블레이드와 발전기의 고효율 지점을 사전에 기기 테스트를 통해 찾아내고, 속도와 토크의 값을 표로 작성하여 토크 스케쥴을 완성하면 전력 전환부 및 제어부에서는 이 토크 스케쥴에 맞추어 속도에 부합하는 토크를 찾고, 이에 해당하는 출력 전류 지령을 생성하여 지령치 만큼 발전을 하게 된다. At this time, the power conversion unit and the control unit should generate the output current command according to the strength of the wind, find the high-efficiency points of the blade and the generator through device tests in advance, and complete the torque schedule by writing the values of speed and torque in a table Then, the power conversion unit and the control unit find a torque that matches the speed according to this torque schedule, generate an output current command corresponding to this, and generate power as much as the command value.
종래에는, 발전기의 교류 전류를 직류 전류로 전환하는 컨버터에 블레이드 회전 RPM, 전압 및 전류를 측정하는 센서를 구비하여 발전기의 회전 속도를 측정하는 기술이 사용되었으며, 그 실시예는 다음과 같다.Conventionally, a technique for measuring the rotational speed of the generator by providing a sensor for measuring the blade rotation RPM, voltage and current in a converter for converting the alternating current of the generator into a direct current is used, and the embodiment is as follows.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0063583호를 참조하면, 도 1에 도시된 것과 같이 종래의 소형풍력발전기 다중입력 제어시스템은 풍력발전기 제어시스템에 있어서, 풍력발전기에 의해 발생한 3상 교류전압을 직류전압으로 변환하는 AC/DC컨버터회로와, 상기 풍력발전기 블레이드의 회전 RPM, 전압 및 전류를 측정하는 센서회로를 포함하는 AC/DC컨버터모듈, 상기 AC/DC컨버터모듈로부터 출력된 직류전압의 크기를 일정 전압으로 변환하는 DC/DC컨버터모듈, DUMP회로와 브레이크회로를 포함하여 구성되고, 풍력발전기 최대 발전량 초과를 제어하는 브레이크모듈, 상기 AC/DC컨버터모듈로부터 전송받은 RPM, 전압 및 전류 데이터를 통해 상기 풍력발전기를 최대전력추종 제어하고, 상기 DC/DC컨버터모듈로부터 출력된 전압 및 전류를 측정하여 배터리모듈로 공급하는 MCU모듈 및 상기 배터리모듈에 저장된 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터를 포함한다.Referring to Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2018-0063583, as shown in FIG. 1 , a conventional small wind power generator multiple input control system converts a three-phase AC voltage generated by the wind power generator into a direct current in the wind power generator control system. AC/DC converter circuit for converting into voltage, AC/DC converter module including a sensor circuit for measuring rotation RPM, voltage and current of the wind turbine blade, the magnitude of the DC voltage output from the AC/DC converter module A DC/DC converter module that converts a constant voltage, a brake module that includes a DUMP circuit and a brake circuit, and controls the excess of the maximum power generation amount of the wind power generator. Through the RPM, voltage and current data transmitted from the AC/DC converter module An MCU module for controlling the maximum power tracking of the wind power generator, measuring the voltage and current output from the DC/DC converter module and supplying it to the battery module, and an inverter for converting the DC voltage stored in the battery module into an AC voltage .
그러나, 소형 풍력 발전기의 제어를 위한 전력 변환부 및 제어부는 제품의 단가가 매우 낮아, 단가가 높고, 정밀한 기능의 센서를 내장하기 어렵고, 최대한 간단한 방법으로 발전기의 속도를 인식하는 방법이 사용되어야 한다는 문제가 있었다.However, the power conversion unit and control unit for controlling the small wind power generator has a very low unit cost, high unit cost, difficult to embed a sensor with a precise function, and a method for recognizing the speed of the generator in the simplest possible way should be used. There was a problem.
또한, 발전기와 전력 변환부 및 제어부의 거리에 따라 상기 전력 변환부에서 측정되는 발전기의 전압과 실제 발전기의 전압의 오차가 발생하여, 발전기와 전력 변환부 및 제어부의 거리에 따라 발생하는 전압 오차를 방지하며 발전기의 속도를 측정하는 방법이 요구되었다.In addition, depending on the distance between the generator and the power converter and the controller, an error between the voltage of the generator measured by the power converter and the voltage of the actual generator occurs, and the voltage error that occurs depending on the distance between the generator and the power converter and the controller A method for measuring the speed of the generator was required.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 발전기에서 전달되는 전압 또는 전류 중 적어도 하나의 파형을 전력 변환부의 입력단에서 산출하여 발전기의 회전 속도를 추정하고, 예상 속도를 기초로 전력 변환부를 제어하는 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, calculates at least one waveform of voltage or current transmitted from the generator at the input end of the power converter to estimate the rotational speed of the generator, and based on the expected speed, the power converter An object of the present invention is to provide a power generation system that controls.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전 시스템은 전기 에너지를 발전하는 발전기, 일단이 상기 발전기와 연결되고, 타단이 부하와 연결되며, 상기 발전기의 출력 전압을 직류 또는 교류로 변환하여 상기 부하로 전달하는 전력 변환부, 상기 발전기와 상기 전력 변환부 사이에 구비되는 필터부, 상기 필터부의 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 측정하는 센싱부 및 상기 센싱부의 출력을 기초로 상기 발전기의 회전 속도를 추정하고, 추정된 상기 발전기의 회전 속도를 기초로 상기 전력 변환부를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Power generation system according to an embodiment of the present invention is a generator that generates electrical energy, one end is connected to the generator, the other end is connected to the load, converting the output voltage of the generator into direct current or alternating current to deliver to the load Estimating the rotational speed of the generator based on the output of the power converter, a filter unit provided between the generator and the power converter, a sensing unit measuring at least one of a voltage or a current of the filter unit, and the sensing unit, It characterized in that it comprises a control unit for controlling the power conversion unit based on the rotation speed of the generator.
더 나아가, 상기 발전기는 블레이드와 연결되어, 풍력 에너지에 의해 회전하는 상기 블레이드의 회전력을 통해 발전하고, 상기 전력 변환부는 상기 발전기와 연결되고, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류부, 상기 정류부와 일단이 연결되고, 부하에 타단이 연결되며, 상기 정류부의 출력인 직류 전압을 입력받고 상기 부하에 인가하는 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 제어하는 컨버터 및 상기 정류부와 상기 컨버터 사이에 구비되는 DC 링크 커패시터 모듈을 포함하며, 상기 제어부는 상기 필터부의 가지(branch) 또는 노드(node)들 중 적어도 일부의 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 기초로 추정된 상기 발전기의 회전 속도를 산출하고, 추정된 상기 발전기의 회전 속도를 기초로 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.Furthermore, the generator is connected to the blade and generates power through the rotational force of the blade rotated by wind energy, the power converter is connected to the generator, and a rectifier for converting an alternating voltage into a direct current voltage, the rectifier and one end is connected, the other end is connected to the load, a converter that receives a DC voltage that is the output of the rectifier and controls at least one of a voltage or a current applied to the load, and a DC link capacitor module provided between the rectifier and the converter Including, the control unit calculates the rotation speed of the generator estimated based on at least one of the voltage or current of at least some of the branches or nodes of the filter unit, and the estimated rotation of the generator It may be characterized in that MPPT (Maximum Power Point Tracking) control is performed based on the speed.
더 나아가, 상기 발전기는 n상의 위상을 갖는 교류 발전기이고, 상기 필터부는 상기 발전기의 출력과 연결되는 m상의 임피던스 회로를 포함하며, 여기서, , 인 것을 특징으로 할 수 있다.Furthermore, the generator is an alternator having an n-phase phase, and the filter unit includes an m-phase impedance circuit connected to the output of the generator, wherein, , It can be characterized as
더 나아가, , 인 것을 특징으로 할 수 있다.Furthermore, , It can be characterized as
더 나아가, 상기 m상 임피던스 회로 중 적어도 일부 상의 임피던스 회로는 적어도 2개의 저항을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Furthermore, the impedance circuit on at least a part of the m-phase impedance circuit may include at least two resistors.
더 나아가, 상기 m상 임피던스 회로 중 적어도 일부 상의 임피던스 회로는 저항, 커패시터, 인덕터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Furthermore, the impedance circuit on at least a portion of the m-phase impedance circuit may include at least one of a resistor, a capacitor, and an inductor.
더 나아가, 상기 필터부는 상기 DC 링크 커패시터 모듈의 음극단과 직접 또는 임피던스를 통해 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.Furthermore, the filter unit may be characterized in that it is directly connected to the negative end of the DC link capacitor module or through an impedance.
더 나아가, 상기 DC 링크 커패시터 모듈은 두 개 이상의 커패시터가 직렬로 연결되고, 상기 필터부는 상기 DC 링크 커패시터 모듈의 중성점과 직접 또는 임피던스를 통해 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the DC link capacitor module may be characterized in that two or more capacitors are connected in series, and the filter unit is connected to the neutral point of the DC link capacitor module directly or through an impedance.
더 나아가, 상기 제어부는 상기 센싱부의 출력 중 적어도 하나의 측정 신호의 주기, 주파수, 위상 중 적어도 하나를 기초로 상기 발전기의 회전 속도를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.Furthermore, the control unit may be characterized in that it calculates the rotation speed of the generator based on at least one of a period, a frequency, and a phase of at least one measurement signal among the outputs of the sensing unit.
더 나아가, 상기 제어부는 소정의 서브 주기로 값이 자동으로 증가하는 카운터를 구비하고, 상기 측정 신호와 소정의 기준 값을 비교하여 상기 측정 신호의 주기 시작 시점에서 상기 카운터를 리셋하며, 상기 카운터의 출력값을 기초로 상기 발전기의 회전 속도를 추정하는 것을 특징으로 할 수 있다.Furthermore, the control unit includes a counter that automatically increases in value at a predetermined sub-period, compares the measurement signal with a predetermined reference value, and resets the counter at the beginning of the period of the measurement signal, and the output value of the counter It may be characterized in that the rotation speed of the generator is estimated based on the .
더 나아가, 상기 센싱부는 복수의 신호를 출력하고, 상기 제어부는 상기 복수의 측정 신호와 소정의 기준 값을 비교하여 상기 복수의 측정신호각각의 주기 시작 시점에서 상기 카운터를 리셋하며, 상기 카운터의 출력값을 기초로 상기 발전기의 회전 속도를 추정하는 것을 특징으로 할 수 있다.Furthermore, the sensing unit outputs a plurality of signals, and the control unit compares the plurality of measurement signals with a predetermined reference value to reset the counter at the start time of each cycle of the plurality of measurement signals, and the output value of the counter It may be characterized in that the rotation speed of the generator is estimated based on the .
더 나아가, 상기 제어부는 하기의 [계산식 1]을 이용하여, 카운트의 개수와 일정 시간을 이용하여 상기 발전기의 회전 속도를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.Furthermore, the control unit may measure the rotational speed of the generator using the number of counts and a predetermined time by using the following [Equation 1].
[계산식 1][Calculation 1]
본 발명의 발전 시스템은 발전기와 전력 변환부의 거리에 의해 DC 링크 커패시터 모듈에서 측정되는 전압의 오차로 인하여 발전기의 회전 속도 추정치의 신뢰성이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.The power generation system of the present invention can prevent the reliability of the estimate of the rotation speed of the generator from falling due to an error in the voltage measured in the DC link capacitor module by the distance between the generator and the power converter.
또한, 필터부는 일반적으로 사용되는 발전 시스템 회로에서 노이즈 저감을 위해 사용되는 필터 회로를 이용할 수 있으므로, 발전기의 회전 속도를 추정하기 위하여 별도의 구성이 필요하지 않으며, 일반적으로 사용되는 발전 시스템 회로에 필터부가 적용되어야 한다 해도 필터부의 구조가 간단하여, 낮은 비용으로 용이하게 설치 할 수 있다는 효과가 있다.In addition, since the filter unit can use a filter circuit used for noise reduction in a generally used power generation system circuit, a separate configuration is not required to estimate the rotational speed of the generator, and a filter is applied to a commonly used power generation system circuit. Even if additional application is required, the structure of the filter part is simple, and there is an effect that it can be easily installed at a low cost.
도 1은 종래의 풍력발전기 강풍발전모드의 제어 방법 순서도
도 2는 본 발명의 발전 시스템 구성 회로도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 확대 회로도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 확대 회로도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 순서도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 측정 그래프
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 순서도1 is a flow chart of a control method of a conventional wind power generator strong wind power generation mode;
2 is a circuit diagram of a power generation system configuration of the present invention;
3 is an enlarged circuit diagram according to an embodiment of the present invention;
4 is an enlarged circuit diagram according to another embodiment of the present invention;
5 is a control flowchart according to an embodiment of the present invention;
6 is a measurement graph according to another embodiment of the present invention;
7 is a control flowchart according to another embodiment of the present invention;
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described in more detail using the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Accordingly, the configuration shown in the embodiments and drawings described in the present specification is only the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all the technical spirit of the present invention, so at the time of the present application, various It should be understood that there may be variations.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described in more detail using the accompanying drawings. The accompanying drawings are only an example illustrated to describe the technical idea of the present invention in more detail, so the technical idea of the present invention is not limited to the form of the accompanying drawings.
도 2를 참조하면, 본 발명의 발전 시스템(100)은 전기 에너지를 발전하는 발전기(200), 일단이 상기 발전기(200)와 연결되고, 타단이 부하(700)와 연결되며, 상기 발전기(200)의 출력 전력을 직류 또는 교류로 변환하여 상기 부하(700)로 전달하는 전력 변환부(300), 상기 발전기(200)와 상기 전력 변환부(300) 사이에 구비되는 필터부(400), 상기 필터부(400)의 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 측정하는 센싱부(500) 및 상기 센싱부(500)의 출력을 기초로 상기 발전기(200)의 회전 속도의 추정치를 산출하고, 추정한 상기 발전기(200)의 회전 속도를 기초로 상기 전력 변환부(300)를 제어하는 제어부(600)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 2 , the
상기와 같은 구성을 통해, 본 발명의 발전 시스템(100)은 상기 발전기(200)와 상기 전력 변환부(300)의 거리에 의해 상기 DC 링크 커패시터 모듈(330)에서 측정되는 전압의 오차로 인하여 상기 발전기(200)의 회전 속도 추정치의 신뢰성이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.Through the configuration as described above, the
또한, 상기 필터부(400)는 일반적으로 사용되는 발전 시스템(100) 회로에서 노이즈 저감을 위해 사용되는 필터 회로를 이용할 수 있으므로, 상기 발전기(200)의 회전 속도를 추정하기 위하여 별도의 구성이 필요하지 않을 수 있다.In addition, since the
또한, 일반적으로 사용되는 발전 시스템(100) 회로에 상기 필터부(400)가 적용되어야 한다 해도, 상기 필터부(400)의 구조가 간단하여, 낮은 비용으로 용이하게 설치 할 수 있다는 장점이 있다.In addition, even if the
또한, 본 발명의 발전 시스템(100)의 크기나 연결되는 상기 부하(700)에 따라서, 상기 발전기(200)의 전압을 측정하여 상기 발전기(200)의 회전 속도를 추정하여 측정 방법이 쉽고, 설치 단가를 낮출 수 있는 용도의 발전 시스템(100)에 적용할 수 있으며, 상기 발전기(200)의 전류를 측정하여 상기 발전기(200)의 회전 속도를 추정하여 측정 신뢰성을 높여야 하는 용도의 발전 시스템(100)에 적용할 수도 있다.In addition, according to the size of the
이때, 상기 발전기(200)는 블레이드와 연결되어, 풍력 에너지에 의해 회전하는 상기 블레이드의 회전력을 통해 발전하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 블레이드에는 풍력 발전을 위해 적용되는 다양한 크기와 형태가 적용될 수 있다. 또한, 상기 발전기(200)는 고유의 회전 관성 모멘트를 가지며, 발전된 에너지를 상기 교류 전류 형태로 상기 전력 변환부(300)에 전달한다.At this time, the
또한, 상기 전력 변환부(300)는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류부(310), 직류 전압을 기초로 상기 부하(700)에 인가하는 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 제어하는 컨버터(320) 및 상기 정류부(310)와 상기 컨버터(320) 사이에 구비되는 DC 링크 커패시터 모듈(330)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the
상기 정류부(310)는 상기 발전기(200) 에서 전달된 교류 전류를 직류 또는 교류로 변환하여 상기 DC 링크 캐패시터로 전달하는 구성이고, 상기 컨버터(320)는 상기 직류 전류를 상기 부하(700)로 전달하는 구성이다.The
상기 부하(700)는 배터리를 포함할 수 있으며, 본 발명의 발전 시스템(100)에 포함되지 않는 구성이나, 본 발명의 발전 시스템(100)과 연결되어, 상기 발전기(200)에서 생성하고, 상기 전력 변환부(300)에서 변환한 전기 에너지를 소모할 수 있다.The
상기 DC 링크 캐패시터 모듈은 상기 정류부(310)를 통해 상기 직류 전류를 전달받는 구성이다.The DC link capacitor module is configured to receive the DC current through the
상기 필터부(400)는 상기 발전기(200)와 상기 전력 변환부(300) 사이에 형성되는 임피던스 회로 구성이다.The
상기 센싱부(500)는 상기 필터부(400)에 걸리는 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 측정하는 구성으로, 상기 센싱부(500)가 상기 필터부(400)의 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 측정할 때에는 상기 센싱부(500)에 상기 발전기(200)에서 발생한 전압 또는 전류가 전부 측정되지 않도록 상기 필터부(400)의 임피던스가 충분히 큰 것이 바람직하다.The
상기 제어부(600)는 상기 센싱부(500)의 출력 값을 이용하여 상기 발전기(200)의 회전 속도를 추정하고, 추정한 상기 발전기(200)의 회전 속도에 따라 상기 전력 변환부(300)의 출력 전류 지령을 생성하여, 상기 전력 변환부(300)가 상기 발전기(200)의 회전 속도에 부합하는 전류를 출력할 수 있도록 한다.The
또한, 상기 제어부(600)는 상기 필터부(400)의 가지(branch) 또는 노드(node)들 중 적어도 일부의 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 기초로 추정된 상기 발전기(200)의 회전 속도를 산출하고, 추정된 상기 발전기의 회전 속도를 기초로 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 발전기(200)는 n상의 위상을 갖는 교류 발전기이고, 상기 필터부(400)는 상기 발전기(200)의 출력과 연결되는 m상의 임피던스 회로를 포함하며, 여기서, , 인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the
이때, 상기 발전기(200)는 적어도 1상 이상의 위상을 갖는 교류 발전기(200)이고, 상기 필터부(400)는 적어도 1상 이상의 임피던스 회로를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the
예를 들어, 상기 발전기(200)가 1상의 위상을 갖는 교류 발전기(200)인 경우, 상기 필터부(400)는 도 2에 도시된 것과 같이, 1상의 임피던스 회로로 형성될 수 있다.For example, when the
이때, 상기 발전기 (200)는 3상 이상의 위상을 갖는 교류 발전기로 형성될 수 있고, 상기 필터부(400)는 3상 미만의 임피던스 회로를 포함하여 이루어 질 수 있다. 즉 본 발명은, , 인 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the
도 3을 참조하면, 상기 발전기(200)는 3상의 위상을 갖는 교류 발전기(200)이고, 상기 필터부(400)는 3상의 임피던스 회로(Z11, Z12, Z21, Z22, Z31, Z32)가 병렬 연결된 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, 각각의 임피던스 회로는 제1 임피던스 회로(Z11, Z12), 제2 임피던스 회로(Z21, Z22) 및 제3 임피던스 회로(Z31, Z32)로 구성되며, 상기 제1 임피던스 회로(Z11, Z12), 상기 제2 임피던스 회로(Z21, Z22) 및 상기 제3 임피던스 회로(Z31, Z32)를 이루는 구성은 직렬 연결되어 형성되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3 , the
이때, 상기 m상 임피던스 회로 중 적어도 일부 상의 임피던스 회로는 적어도 2개의 저항을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the impedance circuit of at least a part of the m-phase impedance circuit may include at least two resistors.
또한, 상기 3상의 임피던스 회로(Z11, Z12, Z21, Z22, Z31, Z32)는 모두 저항으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, all of the three-phase impedance circuits Z11, Z12, Z21, Z22, Z31, and Z32 may be formed of resistors.
즉, 상기 제1 임피던스 회로(Z11, Z12)를 이루는 구성이 모두 저항이며, 상기 제2 임피던스 회로(Z21, Z22)를 이루는 구성도 모두 저항이고, 상기 제3 임피던스 회로(Z31, Z32)를 이루는 구성도 모두 저항으로 이루어진다.That is, all of the components constituting the first impedance circuits Z11 and Z12 are resistors, the components constituting the second impedance circuits Z21 and Z22 are all resistances, and the third impedance circuits Z31 and Z32 are formed. All configurations are made of resistors.
또한, 상기 필터부(400)는 상기 DC 링크 커패시터 모듈(330)의 음극단과 직접 또는 임피던스를 통해 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는, 상기 필터부(400)와 상기 DC 링크 커패시터 모듈(330)의 연결이 간단하다는 장점이 있으며, 상기 DC 링크 커패시터 모듈(330)의 구성이 단일 커패시터로 이루어 질 수 있어 설치 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.In addition, the
도 4를 참조하면, 이때, 상기 m상 임피던스 회로 중 적어도 일부 상의 임피던스 회로는 저항, 커패시터, 인덕터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Referring to FIG. 4 , in this case, the impedance circuit on at least a portion of the m-phase impedance circuit may include at least one of a resistor, a capacitor, and an inductor.
즉, 상기 3상의 임피던스 회로(Z11, Z12, Z21, Z22, Z31, Z32)는 각각 저항 및 커패시터를 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 제1 임피던스 회로(Z11, Z12)는 제1 저항(Z11)과 제1 커패시터(331)(Z12)로 구성되며, 상기 제2 임피던스 회로(Z21, Z22)는 제2 저항(Z21)과 제2 커패시터(332)(Z22)로 구성되고, 상기 제3 임피던스 회로(Z31, Z32)는 제3 저항(Z31) 및 제3 커패시터(Z32)로 구성된다.That is, the three-phase impedance circuits Z11, Z12, Z21, Z22, Z31, and Z32 may each include a resistor and a capacitor, and the first impedance circuits Z11 and Z12 may include a first resistor Z11 and It is composed of a first capacitor 331 (Z12), and the second impedance circuits Z21 and Z22 are composed of a second resistor Z21 and
또한, 상기 DC 링크 커패시터 모듈(330)은 두 개 이상의 커패시터가 직렬로 연결되고, 상기 필터부(400)는 상기 DC 링크 커패시터 모듈(330)의 중성점과 직접 또는 임피던스를 통해 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는, 상기 DC 링크 커패시터에서 발생하는 노이즈가 감소된다는 장점이 있다.In addition, in the DC
도 5를 참조하면, 상기 제어부(600)는 상기 센싱부(500)에서 측정하는 전압 또는 전류 중 어느 하나의 측정 신호의 주기와 시간을 이용하여 상기 발전기(200)에 형성된 상기 발전기(200)의 회전 속도를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the
이때, 상기 측정 신호는 파형을 이루며 일정한 주기를 가지고, 주기의 시작과 끝을 하나의 카운트로 하며, 상기 제어부(600)에서 정한 일정 시간 범위 동안 상기 카운트의 개수를 이용하여 상기 발전기(200)의 회전 속도를 산출한다.At this time, the measurement signal forms a waveform and has a constant cycle, the start and end of the cycle are counted as one count, and the number of counts is used for a predetermined time range determined by the
또한, 상기 제어부(600)는 기 지정된 기준 값을 이용하여, 상기 측정 신호가 상기 기준 값 이상으로 측정되면 상기 측정 신호의 주기를 시작하고, 상기 측정 신호가 상기 기준 값 미만으로 측정되면 상기 측정 신호의 주기를 종료하여 하나의 카운트를 완성하는 것을 반복하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the
상기 기준 값을 이용하여, 상기 발전기(200)의 저속 회전으로 인하여 상기 발전기(200)로부터 상기 센싱부(500)에 낮은 전압 또는 전류가 전달될 시, 상기 카운트의 오버플로우를 방지 할 수 있는 효과가 있다.Using the reference value, when a low voltage or current is transmitted from the
도 5를 참조하여, 본 발명의 발전 시스템(100)의 제어 방법을 설명하면, 상기 제어부(600)는 상기 센싱부(500)의 신호를 측정하고, 상기 측정 신호가 상기 기준 값보다 큰 경우 주기를 시작한다. 상기 제어부(600)는 상기 측정 신호의 주기를 측정하며 상기 측정 신호가 상기 기준 값 미만인 경우, 주기를 종료하여 하나의 카운트를 생성한다.Referring to FIG. 5 , the control method of the
상기 제어부(600)는 상기와 같은 방법으로 하나의 카운트를 생성하여 상기 발전기(200)의 회전 속도를 측정할 수 있고, 다수개의 카운트를 생성하여 상기 발전기(200)의 회전 속도를 측정할 수도 있다.The
도 6을 참조하면, 상기 제어부(600)는 상기 센싱부(500)의 출력 중 적어도 하나의 측정 신호의 주기, 주파수, 위상 중 적어도 하나를 기초로 상기 발전기(200)의 회전 속도를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the
또한, 상기 제어부(600)는 소정의 서브 주기로 값이 자동으로 증가하는 카운터를 구비하고, 상기 측정 신호와 소정의 기준 값을 비교하여 상기 측정 신호의 주기 시작 시점에서 상기 카운터를 리셋하며, 상기 카운터의 출력값을 기초로 상기 발전기(200)의 회전 속도를 추정하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the
이때, 상기 제어부는 하기의 [계산식 1]을 이용하여, 카운트의 개수와 일정 시간을 이용하여 상기 발전기의 회전 속도를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the control unit may measure the rotational speed of the generator using the number of counts and a predetermined time using the following [Equation 1].
[계산식 1][Calculation 1]
Freq:발전기의 회전 속도 N:카운트 개수 Tcount:카운트 시점 K:극수에 따른 계수, n: 발전기 위상Freq: rotation speed of generator N: number of counts Tcount: time of counting K: coefficient according to number of poles, n: generator phase
더 자세히 설명하면, 상기 제어부(600)는 상기 3상의 임피던스 회로의 전압 또는 전류 중 어느 하나의 측정 신호의 주기와 시간을 이용하여 상기 발전기(200)에 형성된 상기 발전기(200)의 회전 속도를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.In more detail, the
도 6은 상기 센싱부(500)가 상기 필터부(400)의 전압을 측정한 경우의 파형을 나타낸 것으로, 상기 센싱부(500)가 상기 필터부(400)의 전류를 측정한 경우 다른 형상의 파형을 나타낼 수 있음은 자명하다.6 shows a waveform when the
또한, 도 6의 파형은 상기 센싱부(500)가 임피던스 회로로 구성되는 상기 필터부(400)의 전압을 감지하여 Sin 파형이 변형되어 발생한 파형이다.In addition, the waveform of FIG. 6 is a waveform generated by deforming the Sin waveform when the
이때, 상기 측정 신호는 3개의 파형을 이루며 각각이 일정한 주기를 가지고, 주기의 시작과 끝을 하나의 카운트로 하되, 상기 3개의 파형은 각각이 시작 지점과 종료 지점이 다르며, 상기 제어부(600)는 일정 시간 범위 동안 상기 3상의 임피던스 회로가 생성한 상기 카운트의 개수를 이용하여 상기 발전기(200)의 회전 속도를 산출한다. 상기와 같이 상기 3상의 임피던스 회로를 이용하여 상기 발전기(200)의 회전 속도를 산출하면, 일정 시간 범위 동안 더 많은 개수의 상기 카운트를 생성할 수 있는 장점이 있어, 보다 적은 시간 범위를 이용하여 상기 발전기(200)의 회전 속도를 산출 할 수 있다.At this time, the measurement signal forms three waveforms, each having a constant period, and the start and end of the period are counted as one count, but the three waveforms have different start and end points, respectively, and the
이때, 상기 3상의 임피던스 회로 각각의 측정 신호는 파형을 이루며 일정한 주기를 가지고, 하나의 카운트에 상기 3상의 임피던스 회로 각각의 주기가 포함되며, 상기 제어부(600)에서 정한 일정 시간 범위 동안 상기 카운트의 개수를 이용하여 상기 발전기(200)의 회전 속도를 산출한다.At this time, the measurement signal of each of the three-phase impedance circuits forms a waveform and has a constant period, each period of the three-phase impedance circuit is included in one count, and the count of the three-phase impedance circuit during a predetermined time range determined by the
또한, 상기 제어부(600)는 기 지정된 기준 값을 이용하여, 상기 3상의 임피던스 회로 각각의 측정 신호가 상기 기준 값 이상으로 측정되면 상기 3상의 임피던스 회로 각각의 측정 신호의 주기를 시작하고, 상기 3상의 임피던스 회로 각각의 측정 신호가 상기 기준 값 미만으로 측정되면 상기 측정 신호의 주기를 종료하되, 상기 3상의 임피던스 회로 각각의 상기 측정 신호가 상기 기준 값 이상으로 측정될 때마다 타이머 인터럽트를 이전 카운트를 종료하고, 새로운 카운트를 시작하는 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 기 지정된 기준 값을 이용하여, 상기 3상의 임피던스 회로 중 제1 임피던스 회로(Z11, Z12)의 측정 신호인 제1 신호가 기준 값 이상으로 측정되면, 상기 제1 신호의 주기인 제1 주기를 시작하고, 제2 임피던스 회로(Z21, Z22)의 측정 신호인 제2 신호가 기준 값 이상으로 측정되면, 상기 제1 주기를 종료하여 하나의 카운트를 완성함과 동시에 상기 제2 신호의 주기인 제2 주기를 시작하고, 제3 임피던스 회로(Z31, Z32)의 측정 신호인 제3 신호가 기준 값 이상으로 측정되면, 상기 제2 주기를 종료하여 하나의 카운트를 완성함과 동시에 상기 제3 신호의 주기인 제3 주기를 시작하고, 상기 제1 신호가 다시 기준 값 이상으로 측정되면, 상기 제3 주기를 종료하여 하나의 카운트를 완성함과 동시에 제1 주기를 다시 시작하는 과정을 반복하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기와 같이 타이머 인터럽트를 통해, 일정 시간 범위 동안 더 많은 개수의 상기 카운트를 생성할 수 있는 장점이 있고, 보다 적은 시간 범위를 이용하여 상기 발전기(200)의 회전 속도를 산출 할 수 있는 효과가 있다.In addition, the
도 7을 참조하여, 본 발명의 3상의 위상의 타이머 인터럽트를 적용한 발전 시스템(100)의 제어 방법을 설명하면, 상기 제어부(600)는 상기 센싱부(500)의 신호를 측정하고, 상기 제1 신호가 상기 기준 값보다 큰 경우 상기 제1 주기를 시작한다. 상기 제어부(600)는 상기 제1 신호의 주기를 측정하며, 상기 제2 신호가 상기 기준 값 이상으로 측정되면, 상기 제1 주기를 종료하여 하나의 카운트를 생성한다. 상기 제2 신호의 주기를 측정하며, 상기 제3 신호가 상기 기준 값 이상으로 측정되면, 상기 제2 주기를 종료하여 하나의 카운트를 생성한다. 상기 제3 신호의 주기를 측정하며, 상기 제1 신호가 다시 상기 기준 값 이상으로 측정되면, 상기 제3 주기를 종료하여 하나의 카운트를 생성하고, 이 과정을 반복한다. 상기와 같이 카운트 생성이 반복되는 중에 상기 제어부(600)는 일정 시간 동안 생성된 카운트 개수를 이용하여 상기 발전기(200)의 회전 속도를 계산하고, 계산된 상기 발전기(200)의 회전 속도에 부합하는 출력 전류 지령을 생성하여 상기 전력 변환부(300)에 전달한다.Referring to FIG. 7 , the control method of the
상기 제어부(600)에서 상기 발전기(200)의 회전 속도를 구하기 위해 사용하는 일정 시간은 처음 시점부터 상기 발전기(200)의 회전 속도를 구하는 시점이 될 수도 있고, 이동 평균을 이용하여, 상기 발전기(200)의 회전 속도를 구하는 시점에서 일정 범위 이전까지의 시간 범위만 사용할 수도 있다.The predetermined time used to obtain the rotation speed of the
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and of course, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.
100 : 발전 시스템
200 : 발전기
300 : 전력 변환부 310 : 정류부
320 : 컨버터 330 : DC 링크 커패시터 모듈
331 : 제1 커패시터 332 : 제2 커패시터
400 : 필터부 500 : 센싱부
600 : 제어부 700 : 부하100: power generation system
200: generator
300: power conversion unit 310: rectification unit
320: converter 330: DC link capacitor module
331: first capacitor 332: second capacitor
400: filter unit 500: sensing unit
600: control unit 700: load
Claims (12)
일단이 상기 발전기와 연결되고, 타단이 부하와 연결되며, 상기 발전기의 출력 전압을 직류 또는 교류로 변환하여 상기 부하로 전달하는 전력 변환부;
상기 발전기와 상기 전력 변환부 사이에 구비되는 필터부;
상기 필터부의 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 측정하는 센싱부; 및
상기 센싱부의 출력을 기초로 상기 발전기의 회전 속도를 추정하고, 추정된 상기 발전기의 회전 속도를 기초로 상기 전력 변환부를 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 센싱부의 출력 중 적어도 하나의 측정 신호의 주기, 주파수, 위상 중 적어도 하나를 기초로 상기 발전기의 회전 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
generators that generate electrical energy;
a power conversion unit having one end connected to the generator, the other end connected to the load, and converting the output voltage of the generator into direct current or alternating current and transferring it to the load;
a filter unit provided between the generator and the power conversion unit;
a sensing unit for measuring at least one of a voltage and a current of the filter unit; and
A control unit for estimating the rotational speed of the generator based on the output of the sensing unit, and controlling the power converter based on the estimated rotational speed of the generator; includes,
The control unit,
Power generation system, characterized in that for calculating the rotational speed of the generator based on at least one of the period, frequency, and phase of at least one measurement signal of the output of the sensing unit.
상기 발전기는 블레이드와 연결되어, 풍력 에너지에 의해 회전하는 상기 블레이드의 회전력을 통해 발전하고,
상기 전력 변환부는,
상기 발전기와 연결되고, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류부,
상기 정류부와 일단이 연결되고, 부하에 타단이 연결되며, 상기 정류부의 출력인 직류 전압을 입력받고 상기 부하에 인가하는 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 제어하는 컨버터, 및
상기 정류부와 상기 컨버터 사이에 구비되는 DC 링크 커패시터 모듈을 포함하며,
상기 제어부는,
상기 필터부의 가지(branch) 또는 노드(node)들 중 적어도 일부의 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 기초로 추정된 상기 발전기의 회전 속도를 산출하고,
추정된 상기 발전기의 회전 속도를 기초로 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어하는 것
을 특징으로 하는 발전 시스템.
The method of claim 1,
The generator is connected to the blade, and generates power through the rotational force of the blade rotated by wind energy,
The power converter,
A rectifier connected to the generator and converting an AC voltage into a DC voltage,
a converter having one end connected to the rectifier and the other end connected to a load, receiving a DC voltage output from the rectifier and controlling at least one of a voltage or a current applied to the load, and
a DC link capacitor module provided between the rectifier and the converter,
The control unit,
Calculate the rotation speed of the generator estimated based on at least one of the voltage or current of at least some of the branches or nodes of the filter unit,
Controlling MPPT (Maximum Power Point Tracking) based on the estimated rotation speed of the generator
A power generation system characterized by
상기 발전기는 n상의 위상을 갖는 교류 발전기이고,
상기 필터부는,
상기 발전기의 출력과 연결되는 m상의 임피던스 회로를 포함하며,
여기서, , 인 것
을 특징으로 하는 발전 시스템.
The method of claim 2,
The generator is an alternator having an n-phase phase,
The filter unit,
It includes an m-phase impedance circuit connected to the output of the generator,
here, , being
A power generation system characterized by
, 인 것
을 특징으로 하는 발전 시스템.
The method of claim 3,
, being
A power generation system characterized by
상기 m상 임피던스 회로 중 적어도 일부 상의 임피던스 회로는
적어도 2개의 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
The method of claim 3
The impedance circuit of at least a part of the m-phase impedance circuit comprises:
A power generation system comprising at least two resistors.
상기 m상 임피던스 회로 중 적어도 일부 상의 임피던스 회로는
저항, 커패시터, 인덕터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
The method of claim 3,
The impedance circuit of at least a part of the m-phase impedance circuit comprises:
A power generation system comprising at least one of a resistor, a capacitor, and an inductor.
상기 DC 링크 커패시터 모듈의 음극단과 직접 또는 임피던스를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
According to claim 2, wherein the filter unit,
Power generation system, characterized in that connected to the negative terminal of the DC link capacitor module directly or through an impedance.
상기 DC 링크 커패시터 모듈은 두 개 이상의 커패시터가 직렬로 연결되고,
상기 필터부는 상기 DC 링크 커패시터 모듈의 중성점과 직접 또는 임피던스를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
The method of claim 2,
In the DC link capacitor module, two or more capacitors are connected in series,
The filter unit is a power generation system, characterized in that connected to the neutral point of the DC link capacitor module directly or through an impedance.
소정의 서브 주기로 값이 자동으로 증가하는 카운터를 구비하고,
상기 측정 신호와 소정의 기준 값을 비교하여 상기 측정신호의 주기 시작 시점에서 상기 카운터를 리셋하며,
상기 카운터의 출력값을 기초로 상기 발전기의 회전 속도를 추정하는 것
을 특징으로 하는 발전 시스템.
According to claim 1, wherein the control unit,
and a counter whose value is automatically incremented at a predetermined sub-period;
Comparing the measurement signal with a predetermined reference value and resetting the counter at the beginning of the cycle of the measurement signal,
estimating the rotation speed of the generator based on the output value of the counter
A power generation system characterized by
상기 센싱부는 복수의 신호를 출력하고,
상기 제어부는,
상기 복수의 측정 신호와 소정의 기준 값을 비교하여 상기 복수의 측정신호각각의 주기 시작 시점에서 상기 카운터를 리셋하며,
상기 카운터의 출력값을 기초로 상기 발전기의 회전 속도를 추정하는 것
을 특징으로 하는 발전 시스템.
The method of claim 10,
The sensing unit outputs a plurality of signals,
The control unit,
Comparing the plurality of measurement signals with a predetermined reference value and resetting the counter at the beginning of each cycle of the plurality of measurement signals,
estimating the rotation speed of the generator based on the output value of the counter
A power generation system characterized by
상기 제어부는 하기의 [계산식 1]을 이용하여, 카운트의 개수와 일정 시간을 이용하여 상기 발전기의 회전 속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
[계산식 1]
Freq:발전기의 회전 속도 N:카운트 개수 Tcount:카운트 시점 K:극수에 따른 계수, n: 발전기 위상The method of claim 11,
The control unit is a power generation system, characterized in that by using the following [Equation 1] to measure the rotational speed of the generator using the number of counts and a predetermined time.
[Formula 1]
Freq: rotation speed of generator N: number of counts Tcount: time of counting K: coefficient according to number of poles, n: generator phase
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