KR20110026500A - 저 전압 보상 - Google Patents

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KR20110026500A
KR20110026500A KR1020117002437A KR20117002437A KR20110026500A KR 20110026500 A KR20110026500 A KR 20110026500A KR 1020117002437 A KR1020117002437 A KR 1020117002437A KR 20117002437 A KR20117002437 A KR 20117002437A KR 20110026500 A KR20110026500 A KR 20110026500A
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더글라스 씨. 폴츠
데이비드 제이. 그리터
마이클 피. 로스
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아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션
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Abstract

풍력 터빈 발전기를 유틸리티 전력 네트워크에 접속하기 위한 시스템은 상기 풍력 터빈 발전기로부터의 AC 신호를 DC 신호로 변환하고, 또한 상기 풍력 터빈 발전기에 제어된 양의 무효전류를 공급하는 제1전력 변환기를 포함한다. 상기 시스템은 또한 상기 제1전력 변환기와 직렬로 접속되어, 상기 제1전력 변환기로부터의 DC 신호를 라인측 AC 신호를 변환하고, 또한 제어된 양의 무효전류를 상기 유틸리티 전력 네트워크에 공급하는 제2전력 변환기를 포함한다. 상기 제1 및 제2전력 변환기에 결합된 전력소모소자는 상기 제1전력 변환기로부터의 전력을 소모하기 위한 것이다.

Description

저 전압 보상{LOW VOLTAGE RIDE THROUGH}
본 출원은 풍력 터빈 발전기(WTG: wind turbine generator)에 관한 것이다.
풍력 에너지는 가장 빠르게 성장하는 에너지 공급원으로서 출현되어, 화석 기반 에너지 공급원에 대해서 깨끗하고 재생가능하며 생태학적으로 친화적인 대체물을 제공한다. 현재의 성장 속도에서, 풍력 에너지 전환은 전세계 전력 발전의 약 1.25%를 점유하도록 2009년도에 117,000 MW 이상 생산하게끔 계획되어 있다. 풍력 터빈 발전기는, 그리드-격리 영역에서 시골에 사는 거주자에게 서비스함에 있어서 그들의 전통적인 역할에 부가해서, 이제는 대규모(예컨대, 멀티-메가와트) 풍력 농장에 더욱더 설치되어 전국적으로 소비자에게 전기를 전달할 수 있는 전력 그리드 내에 통합되어 있다.
그리드-접속형 WTG의 성능은 해당 그리드에 대한 전압 변동 등과 같은 많은 인자에 의해 영향받을 수 있다. 예를 들어, 그리드에 대한 단락은 WTG에 대한 효율적인 항력(drag)을 저감시키는 갑작스런 전압 강하(sudden voltage drop)를 일으킬 수 있고, 또한 터빈과 발전기를 모두 신속하게 가속시킬 수 있다. 안전한 작동을 확보하기 위하여, 몇몇 WTG는 미리 결정된 레벨(예컨대, 공칭 전압의 85%) 이하로 그리드 전압이 강하하자마자 오프-라인으로 급시동하도록(예컨대, 그리드로부터 단선시켜 차단시키도록) 설계되어 있었다. 고장 제거 후, 이들 WTG는 그리드에 전력 전달을 재개하기 전에 수분 지속할 수 있는 재가동 사이클에 들어간다.
이 오프-라인 기간 동안, 전력 발전의 손실은 WTG가 접속되는 유틸리티 그리드의 안정성에 영향을 줄 수 있다. 그리드-통합된 풍력 발전시설/농장의 수가 계속 성장함에 따라, 많은 나라에서의 규제기관들이 교란 동안 온라인 상태를 유지하고 연장된 기간 동안 계속 작동하도록- "저 전압보상"(low-voltage ride through: LVRT)이라 불리는 과정- 대형 WTG를 필요로 하는 엄격한 상호접속 기준을 채용하기 시작해왔다.
각종 상호접속 기준 중에서, 예를 들어, 스페인 그리드 코드(Spanish Grid Code)는 WTG에 대해서 적어도 500㎳동안 정격 레벨의 20%에서 라인 전압을 유지("보상")할 수 있도록 요구하고 있다. 도 1a는 저 전압 이벤트(low voltage event)가 발생한 경우 전압 과도기의 예를 도시하고 있다. 이 경우, 500㎳의 초기 강하(dip) 후, 라인 전압이 회복되기 시작하여 15초 내에는 공칭 전압의 95%로 복구되고 있다. 이 전체적인 저 전압 기간(~15s) 동안, 상기 스페인 그리드 코드는 WTG에 대해서 계속 동작하여 제어된 양의 전류를 공급해서 그리드를 안정화시키는데 도움을 주도록 요구하고 있다. 도 1b는 라인 전압의 함수로서 총 전류에 대한 무효전류(reactive current)의 크기의 비(Ireactive/Itotal)로 측정된 요구되는 전류 거동을 도시하고 있다. 단, 다른 국가에서는 저 전압 교란에 응답하여 그리드-접속된 WTG의 전류 및 전압 거동에 대해서 상이한 규제를 가지고 있다.
본 발명의 하나의 일반적인 측면에서, 풍력 터빈 발전기를 유틸리티 전력 네트워크(utility power network)에 접속하기 위한 시스템이 제공된다. 제1전력 변환기는 상기 풍력 터빈 발전기로부터의 AC 신호를 DC 신호로 변환하고, 또한 상기 풍력 터빈 발전기에 제어된 양의 리액티브 전류, 즉, 무효전류(reactive current)를 공급한다. 상기 제1전력 변환기에 직렬로 접속된 제2전력 변환기는 상기 제1전력 변환기로부터의 DC 신호를 라인측 AC 신호를 변환하고, 또한 제어된 양의 전류를 상기 유틸리티 전력 네트워크에 공급한다. 전력소모소자(power dissipation element)는 상기 제1 및 제2전력 변환기에 결합되어 상기 제1전력 변환기로부터의 전력을 소모한다.
본 발명의 이 측면의 실시형태들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 유틸리티 전력 네트워크에 공급된 전류의 양은 해당 유틸리티 전력 네트워크의 전압 조건과 연관된 미리 결정된 기준을 충족시킨다. 해당 미리 결정된 기준은, 상기 유틸리티 전력 네트워크의 전압이 미리 결정된 역치 이하로 떨어질 경우, 상기 유틸리티 전력 네트워크에 공급된 무효전류의 크기가 상기 유틸리티 전력 네트워크에 공급된 유효전류의 크기보다 적어도 2배 큰 것을 포함한다.
상기 제1 및 제2전력 변환기는 DC 버스를 통해서 접속되어 있다. 커패시터는 DC 버스에 결합되어 있다. 제1 및 제2 AC 필터 반응기(filter reactor)는 각각 상기 제1 및 제2전력 변환기에 결합될 수 있다. 상기 전력소모소자는 저항기를 포함할 수 있다. 상기 저항기는 다이나믹 제동 저항기(dynamic braking resistor)를 포함할 수 있다. 제어가능한 스위치 장치는 상기 저항기를 통과하는 전류를 조절하기 위하여 상기 저항기에 결합되어 있을 수 있다. 역률보상 유닛(power factor correction unit)는 상기 유틸리티 전력 네트워크에 공급된 전력의 역률을 조정하기 위하여 제공될 수 있다. 상기 역률보상 유닛은 전기신호에 의해 온/오프 전환될 수 있는 제어가능한 커패시터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일반적인 측면에 있어서, 풍력 터빈 발전기와 유틸리티 전력 네트워크 간의 상호접속을 제어하기 위한 제어 시스템이 제공된다. 저 전압 이벤트의 발생 시, 상기 제어 시스템은 상기 상호접속의 제1경로를 전기적으로 개방한다. 상기 상호접속의 제2경로는 상기 풍력 터빈 발전기의 동작을 유지하기에 적합한 제1전류 및 상기 유틸리티 전력 네트워크의 동작과 연관된 미리 결정된 특성을 지니는 제2전류를 제공하도록 상기 저 전압 이벤트 동안 제어된다.
본 발명의 이 측면의 실시형태들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제어 시스템은 상기 유틸리티 전력 네트워크와 연관된 전압 조건 또는 대안적으로 상기 풍력 터빈 발전기와 연관된 전류 조건, 또는 이들 방법의 양쪽 모두의 조합에 의거해서 저 전압 이벤트의 발생을 판정할 수 있다.
상기 제1전류는 상기 풍력 터빈 발전기의 여기 상태를 유지하는 데 충분한 무효전류 성분을 포함한다. 상기 제2전류는 유효전류 성분과 무효전류 성분을 포함한다. 저 전압 이벤트 동안, 상기 제2전류는 상기 무효전류 성분의 크기가 상기 유효전류 성분의 크기의 적어도 2배로 되도록 제어된다.
상기 제1경로는 외부신호에 의해 제어가능한 스위치 유닛을 포함하고, 또한 상기 스위치 유닛에 전환 신호(commutation signal)를 제공하도록 구성된 강제 전환 회로(forced commutation circuit)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 제2경로는 상기 풍력 터빈 발전기로부터의 AC 신호를 DC 신호로 변환하고, 또한 상기 제1전류를 제공하는 제1전력 변환기를 포함한다. 제2전력 변환기는 상기 제1전력 변환기와 직렬로 접속되어, 상기 제1전력 변환기로부터의 DC 신호를 라인측 AC 신호를 변환하고, 또한 상기 제2전류를 제공한다. 전력소모소자는 상기 제1 및 제2전력 변환기에 결합되어, 상기 제1전력 변환기로부터의 전력을 소모한다. 상기 전력소모소자는 저항기 및 해당 저항기에 결합되어 상기 저항기를 통과하는 전류를 조절하기 위하여 구성된 제어가능한 스위치 장치를 포함할 수 있다. 커패시터는 상기 제1 및 제2전력 변환기에 결합되어 있다.
상기 제어 시스템은 또한 상기 유틸리티 전력 네트워크에 공급된 전력의 역률을 조정하는 역률보상 회로를 제어할 수 있다. 상기 역률보상 유닛은 전기신호에 의해 온/오프 전환될 수 있는 제어가능한 커패시터를 포함할 수 있다.
기타 이점 및 특성 중에서, 풍력 터빈 발전기를 유틸리티 전력 네트워크에 접속하는 시스템이 제공된다. 정상 동작 동안, WTG에 의해 발전된 전력은 LVRT 시스템에서 거의 1의 역률 및 무시가능한 전력 손실로(예컨대, 0.3% 이하로) 상기 유틸리티 전력 네트워크에 전달될 수 있다. 네트워크 상의 고장이 라인 전압을 강하시킬 경우, 상기 시스템은 발전기 단자에서 거의 공칭 전압을 유지하고 해당 발전기에 충분한 임피던스를 제공한다. 그 결과, 상기 WTG는 저전압 충격(예컨대, 과속)을 경험하는 일없이 계속 작동한다. 상기 네트워크에 전달되는 유효전력(real power) 및 무효전력(reactive power)의 양은 또한 전압 조건에 의거해서 제어될 수 있다. 예를 들어, 필요한 경우, 무효전력은 주된 저 전압 이벤트 시 상기 유틸리티 네트워크를 안정시키는 데 도움을 주도록 충분한 양으로(예컨대, 유효전력의 양의 적어도 2배로) 그리드에 주입될 수 있다. 몇몇 경우에, 전력 전자기기 및 회로 설계의 적절한 선택은 또한 고정에 대한 시스템 응답 시간을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 기타 특성 및 이점들은 이하의 설명 및 특허청구범위로부터 명확해질 것이다.
도 1a 및 도 1b는 스페인 그리드 코드에서의 LVRT 요건의 몇몇 측면을 예시한 도면;
도 2a 및 도 2b는 각각 LVRT 기능을 지니는 풍력 발전 시스템의 개략 및 예시적인 구현예를 제공하는 도면;
도 3은 풍력 발전 시스템의 제어 구성을 예시한 순서도;
도 4a 내지 도 4d는 풍력 발전 시스템의 일 구현예의 정상 상태 및 과도 동작의 예들을 도시한 도면.
1. 시스템 개요
도 2a를 참조하면, LVRT 기능을 지니는 풍력 발전 시스템(200)은 풍력을 교류(AC) 형태의 전력으로 변환시키는 풍력 터빈 발전기(204)를 구동시키는 회전자(202)(예컨대, 저속 프로펠러)를 포함한다. 상호접속 시스템(208)을 통해서, AC 전력은 변압기(transformer)(242)에 제공되고, 해당 변압기는 AC 전압을 승압시킴으로써, 전력을 로컬 그리드(local grid)(244)에 전송한다.
상기 상호접속 시스템(208)은 스위치 유닛(210) 및 백-투-백 변환 유닛(back-to-back conversion unit)(220)을 포함하고, 이들은 각각 발전기(204)와 변압기(242) 사이에 제1경로(211) 및 제2경로(221)를 제공한다. 일반적으로, 스위치 유닛(210)은 제1경로(211)에서 전류 통로를 허용하거나 차단하기 위하여 외부신호(예컨대, 제어 신호)에 의해 "온"(폐쇄) 혹은 "오프"(개방) 상태로 전기적으로 전환될 수 있다. 스위치 유닛(210)은 단일의 전력 전자기기 스위치(예컨대, 사이리스터(thyristor)), 또는 적어도 두 상태의 별개의 임피던스를 지니는 전기 스위치로서 주로 기능하는 회로일 수 있다. 바람직하게는, 스위치 유닛(210)은, "온" 상태로 게이트되면, 발전기(204)에 의해 발전된 전류에 무시가능한 임피던스를 제공함으로써, 전송 동안 잠재적인 전력 손실을 최소화한다.
그리드가 정상 조건(예컨대, 전압 변동이 공칭 전압의 ±10% 이내에서 유지됨) 하에서 작동할 경우, 스위치 유닛(210)이 폐쇄되어, 상기 발전기로부터의 전력을 제1경로(211)를 통해서 풀 용량(full capacity)으로 변압기(242)에 전송할 수 있게 된다. 저 전압 이벤트가 발생할 경우(예컨대, 그리드 전압이 공칭 전압의 90% 이하로 강하할 경우), 스위치 유닛(210)은 신속하게 개방되어 제1경로(211)를 차단한다. 이어서, 발전기의 풀 출력(full output)이 제2경로(221)를 통해서 백-투-백 변환 유닛(220)에 전달된다. 그리드 전압이, 예를 들어, 그의 공칭 값의 1/5(즉, 20%)까지 충분히 강하되면, 5배의 공칭 전류가 그리드에 대해 흘러서 WTG에 의해 발전된 강하전 전력(pre-sag power)을 흡수할 것이다. 저 전압 이벤트 동안 WTG 시스템 내의 구성요소들이 과부하되는 것을 방지하기 위하여, 백-투-백 변환 유닛(220)은 전압 조건에 의거해서 제어된 양으로 전력을 제공한다. 바람직하게는, 백-투-백 변환 유닛(220)은 또한 발전기가 전압 강하에 의해 영향받는 일없이 계속 동작하여 전력을 발전시키도록 발전기(204)를 여기시키는 데 필요한 무효전류를 제공한다. 백-투-백 변환 유닛의 기타 기능은, 그리드에 의해 흡수될 수 없는 WTG로부터의 과도한 전류를 흡수하거나 소모하고, 임의선택적으로 이하에 더욱 상세히 설명되는 고장후 전압 회복에 도움을 주도록 그리드에 무효전류를 제공하는 수단을 포함한다.
몇몇 예에서, 마스터 제어기(master controller)(270)는 발전기와 그리드 간의 전력 전송을 제어하도록 상호접속 시스템(208) 내에 제공된다. 바람직하게는, 마스터 제어기(270)는 저 전압 고장(이하에 더욱 상세히 설명될 것임)을 검지하고 이들 고장 시 작동하여 상기 스위치 유닛(210)과 변환 유닛(220)의 동작을 조정 및 제어하여 이 전력 발전 시스템의 LVRT 특성을 제공할 수 있게 한다. 마스터 제어기(270)의 기능 및 논리는 이하에 제공되는 예시적인 상호접속 시스템의 본문에 더욱 상세히 설명될 것이다.
2 상호접속 시스템의 예
도 2b를 참조하면, 도 2a에 도시된 상호접속 시스템(208)의 예시적인 구현예가 제공되어 있다. 스위치 유닛(210), 백-투-백 변환 유닛(220), 마스터 제어기(270) 및 임의선택적인 역률보상 유닛(234)의 각각은 이하의 각 부분에 기재되어 있다.
2.1 스위치 유닛
스위치 유닛(210)은 2개의 제어가능한 반도체 스위치 소자, 여기서는 사이리스터(212a), (212b)로 이루어진 정적 스위치(212)를 포함한다. 1쌍의 사이리스터는, 폐쇄된 경우, 교번적인 절반-사이클에서 AC 전류를 도통시켜, 거의 제로 전압 강하 상태에서 제1경로(211)를 통해 발전기의 풀 출력을 가능하게 한다. 바람직하게는, 사이리스터(212a), (212b)는 온-상태 전력 소비를 최소화하도록 "오버-사이즈화"(over-sized)(즉, 요구되는 것보다 높은 정격 전류)되도록 선택된다.
저 전압 조건 하에, 정적 스위치(212)를 개방하기 위하여, 전류가 제로로 되도록("제로 크로스오버"(zero crossover) 통상 대기하는 것은 사이리스터를 그들의 오프 상태로 설정하는 것을 필요로 한다. 정적 스위치(212)가 AC 라인 전류(예컨대, 발전기의 50㎐ 출력)로 인해 자연스럽게 오프 상태로 전환되면, 10㎳까지의 시간 지연은 50㎐ 전류가 제로 크로스오버에 도달하기 전에 일어날 수 있다. 이 시간 지연은 신속하게(예컨대, 밀리초 정도에서) 고장 상태로 조정되도록 설계된 풍력 발전 시스템에 대해서 유리할 수 있다. 따라서, 사이리스터의 강제 전환수단이 제공된다. 하나의 방법에 있어서, 스위치 유닛(210)은 사이리스터가 접속되는 내장 강제 전환 회로(214)를 구비하고 있다. 제어 신호가 강제 전환 회로(214)에 의해 수신되면, 전환 회로는 사이리스터와 함께 전류의 제로 크로스오버를 발생하는 극성을 지니는 충분한 크기의 전류 펄스를 발생한다. 정적 스위치(212)는, 강제 전환에 의해서, 시스템 응답 시간을 저감시키고 과도 기능을 향상시키는 데 도움을 주도록 신속하게 오프 상태로 전환될 수 있다.
대안적으로, 백-투-백 변환유닛(222), (224)는 또한 정적 스위치 사이리스터(212) 내에 전환 전류 펄스를 생성하도록 제어될 수 있다..
2. 2 백 -투-백 변환 유닛
백-투-백 변환 유닛(220)은 DC 버스(225)를 통해서 직렬로 접속된 발전기측 AC/DC 변환기(222)와 라인측 DC/AC 변환기(224)를 포함한다. 또, DC 버스(225)에는 또한 DC 버스 전압(Vdc)을 지원하는 하나 혹은 다수의 DC 버스 커패시터(226)와, 유효전력을 소모하는 능력을 지니는 전력소모소자(228)가 접속되어 있다. 전력소모소자(228)는, 예를 들어, 유효전력을 소모하는 저항기(예컨대, 다이나믹 제동 저항기) 및 해당 저항기를 통과하는 전류의 양을 제어하는 제어가능한 스위치 장치를 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, AC 신호의 바람직하지 않은 고조파와 왜곡을 저감시키는 AC 필터 반응기(도시 생략)가 또한 발전기측과 라인측의 양쪽 모두 상에 제공된다.
그리드 전압이 강하하면, WTG 성분을 과부하시키는 일없이 그리드에 안전하게 전달될 수 있는 유효전력의 양이 저감한다. 발전기(204)가 계속 작동함에 따라, 백-투-백 변환 유닛(220)은 발전기의 풀 출력 전력을 수신하는 한편, 그리드 상에 안전한 양의 전력만을 전송한다. 상기 안전한 양을 초과하는 유효전력은 전력소모소자(228)에 의해 소모된다. 그 결과, 전력 발전 시스템(200)은, 1) 변압기(242)를 통한 대량의 전류를 보내는 일(이것은 잠재적으로 변압기를 손상시키고 터빈 발전기를 과전류 상에서 가동될 수 있게 함)를 보내는 일 및 2) 터빈 발전기의 속도를 증가시키는 일(이것은 잠재적으로 발전기를 과속 상태로 가동시킬 수 있음) 없이, 심각한 전압 강하를 보상할 수 있다.
그리드를 고장에서 안정화시키는데 도움을 주도록 해당 유틸리티 그리드(244)에 무효전력을 공급하는 것이 바람직한 몇몇 상황에서, 라인측 변환기(224)는 유효전력뿐만 아니라 무효전력을 제어된 양으로(예컨대, 유효전력보다 적어도 2배 많은 무효전력) 그리드(244)에 제공하도록 구성되어 있다. 유효전력에 대한 무효전력의 정확한 비는 임의로 설정되거나 혹은 적용가능한 그리드 상호접속 요건(예컨대, 스페인 그리드 코드)에 의해 규제될 수 있다. 무효 전력에 그들의 전계 및 자계를 확립시켜 지속시킬 것을 요구하는 몇몇 풍력 터빈 발전기(예컨대, 유도 발전기)에 대해서, 발전기측 변환기(222)는 또한 저 전압 이벤트 동안 발전기가 일정 속도에서 여기되어 작동하는 한편 동시에 해당 발전기의 유효전력 출력을 흡수하게끔 유지시키는 데 필요한 무효전류를 제공한다.
무효 전력에 그들의 전계 및 자계를 확립시켜 지속시킬 것을 요구하는 몇몇 풍력 터빈 발전기(예컨대, 유도 발전기)에 대해서, 발전기측 변환기(222)는 또한 저 전압 이벤트 동안 발전기가 일정 속도에서 여기되어 작동하는 한편 동시에 해당 발전기의 유효전력 출력을 흡수하게끔 유지시키는 데 필요한 무효전류를 제공한다. 이들 유형의 발전기에서, 무효 전류가 저 전압 조건 하에 인가되지 않는다면, 발전기는 저감된 토크를 보여 신속하게 가속되기 시작하여 WTG를 손상시킬 수 있다.
2.3 역률보상 유닛
몇몇 풍력 발전 시스템에서, 역률보상 유닛(234)은 유틸리티 그리드에 전달된 전력의 역률(PF)을 향상시키기 위하여 라인측 단자(232)에 임의선택적으로 결합된다. 일반적으로, 유효전력과 무효전력의 양쪽 모두가 존재하는 AC 시스템에서, PF는 전체 전력에 대한 유효전력의 비(겉보기 전력이라고도 칭함)를 나타내는, 0과 1 사이의 무차원 수(dimensionless number)이다. 제로의 역률은, 상기 회로 내의 에너지 흐름이 전체적으로 무효이고 각 사이클 상에서 공급원으로 부하 리턴부(load returns) 내의 에너지를 저장하는 것을 나타내는 한편, 1의 역률은, 에너지 흐름이 전체적으로 유효하며 따라서 소스에서 부하로 단일방향성인 것을 나타낸다. 정상 조건 하에, 일반적으로 유틸리티 그리드에 고효율 전압을 제공하도록 거의 1의 역률에서 전력 발전 시스템을 작동시키는 것이 바람직하다.
풍력 발전 시스템(200)에서, 역률보상 유닛(232)은 컨택터(예컨대, 전기적으로 제어된 스위치)에 의해서 개별적으로 온/오프로 전환될 수 있는 커패시터의 군을 포함한다. 정상 동작 동안, 이들 커패시터는 그리드 접속점에서 거의 1의 역률(예컨대, 0.9 이상)을 달성하는 데 도움을 주도록 조정가능한 양으로 (예컨대, 온 상태로 전환된 커패시터의 수에 따라) 무효전력을 제공한다. 이 역률보상 유닛(232)은 기존의 풍력 터빈 시스템, 상호접속 시스템(208) 혹은 이들 양쪽 모두의 조합의 일부로서 제공될 수 있다.
2.4 마스터 제어기
마스터 제어기(270)는 정적 스위치(212), 강제 전환 회로(214), 백-투-백 변환 유닛(220), 및 상호접속 시스템(208) 내의 가능한 기타 구성요소의 각각과 결합되어 있다. 마스터 제어기(270)는 시스템 동작을 단속하고, 각종 그리드 조건에 의거해서 발전기와 그리드 사이의 전력 전달을 제어한다.
도 3을 참조하면, 마스터 제어기(270)의 논리 및 기능이 간단히 순서도(300)에 예시되어 있다. 일반적으로, 마스터 제어기는 시스템 상태를 판정하기 위하여 다수의 센서(예컨대, 라인측 및 발전기측 전류/전압 센서)로부터 피드백 신호를 이용해서 전류/전압 역학을 모니터링한다. 상기 시스템이 정상 상태에서 동작하는 경우(스텝 310), 즉, 그리드 전압이 공칭 전압의 ±10% 이내에서 나타나는 경우, 마스터 제어기는 스위치 유닛(210)의 온 상태를 유지하고 백-투-백 변환 유닛(220)을 동작불능/차단하도록 기능한다. 그 결과, 전력은 단지 제1경로(211)만을 통해서 변압기에 전달된다.
불균형 고장 및 갑작스런 전압 강하를 비롯한 라인 고장은 전압 혹은 전류 이상을 감지한 때에 마스터 제어기에 의해 검출될 수 있다. 많은 시스템에서, 라인 고장은 종종 미리 설정된 순간 레벨을 초과하는 발전기 전류(예컨대, 시스템 구성에 따라 공칭값의 120%) 또는 미리 설정된 역치 이하로 떨어지는 라인 전압(예컨대, 공칭값의 90%)을 수반한다. 이중 어느 한쪽의 이벤트의 검출 시, 마스터 제어기는 즉시 스위치 유닛을 오프 상태로 전환시키고(스텝 330), 저 전압 보상을 개시한다(스텝 340).
스위치 유닛(210)을 오프 상태로 전환시키는 하나의 방법은 그의 도통 상태에 있는 사이리스터(212a 또는 212b)를 오프 상태로 전환시키도록 규정된 폭 전환 전류펄스를 발생시키게끔 강제 전환 회로(214)에 명령을 내리는 것이다. 펄스 극성은 발전기 전류 극성의 함수로서 결정될 수 있다. 스위치 유닛을 오프 상태로 전환시키는 대안적인 방법은 발전기측 변환기 및/또는 라인측 변환기를 이용하는 것이다. 전류는 사이리스터 내의 기존의 전류에 역방향으로 변환기에 의해 주입되고, 이에 따라, 사이리스터를 오프 상태로 기울게 하는 제로 전류 크로스오버를 발생시킨다. 몇몇 시스템에서, 스위치 유닛의 각 측 상에 변환기를 구비시키는 것은 사이리스터의 응답 시간의 지연에 종종 기여하는 오프셋 소스 임피던스 효과(즉, 전환 전류의 변화율을 제한하는 라인 임피던스)를 돕는다. 이 전환 과정은 얼마나 많은 라인 위상들이 고장인가에 관계없이 LVRT 시스템의 3상 모두에 대해 동시에 일어날 수 있다.
일단 스위치 유닛(210)이 오프상태이면, 마스터 제어기(270)는 LVRT 기능을 제공하도록 백-투-백 변환 유닛(220)의 동작을 제어한다. 여기서, 변환 유닛(220)의 소정의 출력은 특정 그리드 접속 기준에 따라 시스템 설계에 의존하여 변화될 수 있다. 예를 들어, 스페인 그리드 코드의 요건에 부응하도록, 마스터 제어기(270)는, 1) 발전기측 변환기(222)가 발전기 전력을 수신하여 일정 속도에서 여기되어 회전하는 발전기를 유지하도록 무효전력을 제공하도록 하고, 또한 2) 라인측 변환기(224)가 그리드(244)에 안전한 양의 유효전력을 공급하여 그리드를 안정화시키는데 도움을 주도록 충분한 무효전력을 주입하도록 변환 유닛(220)을 규제한다. 그리드(244)에 의해 안전하게 흡수될 수 있는 양을 초과하는 발전기 전력은 조절된 DC 버스 전압에 응답하여 전력을 소비하는 전력소모소자(228)에 의해 소모되거나, 또는 소모된 전력을 초과 발전기 전력에 정합시킴으로써 직접 제어될 수 있다. 임의선택적으로, 마스터 제어기(270)는 또한 그리드 접속점에서 역률을 향상시키기 위하여 적절한 양의 무효전력을 제공하도록 역률보상 유닛(234)을 제어한다.
고장 제거 후, 그리드 전압은 회복되기 시작한다. 검출된 라인 전압이 그의 고장전 레벨(예컨대, 90% 이상)까지 거의 회복된 경우, 발전기측 변환기(222)는 그리드의 전압 및 위상에 발전기 전압 및 위상을 동기시키고(스텝 360), 스위치 유닛(210)을 신속하게 온 상태로 전환시킨다(스텝 370). 백-투-백 변환 유닛(220)이 재차 발전기로부터 차단되면, 시스템은 정상 상태 동작으로 복귀되고(스텝 310), 발전기 전력을 제1경로(211)를 통해 변압기(242)로 공급한다.
3. 정상 상태 및 과도 동작의 예
도 4a 내지 도 4d는 상호접속 시스템이 스페인 그리드 코드를 충족시키는 방식으로 유틸리티 그리드에 충분한 전력을 제공하도록 작동하는 방법을 더욱 예시하고 있다. 정상 상태 및 저 전압 이벤트를 수반하는 다수의 과도 상태를 포함하는 수개의 단계의 각각 동안의 회로 성능은 이하에 상세하게 기술된다.
도 4a를 참조하면, 풍력 발전 시스템(200)은 거의 100%의 정격 레벨에서 라인측 전압으로 정상 상태에서 작동 중이다. 이 경우, 터빈 발전기(204)에 의해 생성된 706㎾의 유효전력은 스위치 유닛(212)을 통해 변압기(242)로 에너지 손실이 0.3% 이하로 전체적으로 전달된다. 발전기측 변환기(222), 라인측 변환기(224) 혹은 전력소모소자(예컨대, 저항기(227))를 통해서는 어떠한 전력도 통과하지 않는다. 역률보상 유닛(예컨대, 커패시터(233)의 세트)은 풍력 터빈 발전기(204)를 여기시키도록 약 250 kVAR의 무효전력을 제공한다. 단자(236)에서 제로의 알짜 무효 출력(zero net reactive output)과 함께, 전기는 1의 역률에서 그리드에 제공된다.
이제 도 4b를 참조하면, 그리드 고장이 라인측 전압을 정격 레벨의 20%까지 강하시킨 경우, 스위치 유닛(212)은 발전기(204)를 AC 라인(232)으로부터 차단하도록 (예컨대, 강제 전환에 의해) 신속하게 오프 상태로 전환된다. 이어서, 발전기측 변환기(222)는 발전기(204)로부터의 유효전력을 흡수하여 터빈이 전력을 저장하여 과속으로 되는 것을 방지하도록 제어된다. 변환기(222)가 이제 (전력 보상 유닛(233), 유틸리티, 혹은 이들 양쪽의 조합에 의해 이전에 공급된) 무효 여기 전류를 제공함에 따라, 발전기는 계속 여기 상태로 있게 된다. 동시에, 발전기측 전압은 (라인 전압이 20%까지 떨어지더라도) 거의 정격 레벨에서 변환기(222)에 의해 유지된다.
일단 유효전력이 발전기측 변환기(222) 내로 그리고 DC 버스(225) 상으로 흐르기 시작하면, DC 버스 전압이 상승하기 시작한다. 이에 응답하여, 라인측 변환기(224)는 작동하기 시작하여 유효전류와 무효전류의 양쪽 모두를 AC 라인(232)에 공급한다. 이 예에서, 라인측 변환기(224)에 의해 전달된 유효전류와 무효전류의 양은 유효전력의 2배(예컨대, 각각 134kVAR 및 67㎾)로 되고, 총 전류가 터빈 변압기(242)의 정격 전류를 충분히 초과하지 않도록 제어된다. 발전된 전력의 일부(706㎾ 중 67㎾)만이 AC 라인(232)에 전달되므로, 에너지는 DC 버스(225) 상에 구축된다. 이 초과의 전력(약 639㎾)은, 예를 들어, 저항기(227)가 결합된 스위치 소자(229)의 듀티 사이클을 변조시킴으로써, 저항기(227)에서 소모된다.
AC 라인(232)에서, 라인측 변환기(224)의 알짜 출력은 280A의 유효전류와 560A의 무효전류를 포함한다. 역률보상 유닛(233)에 의해 제공된 저감된 무효전류와 함께(20%의 라인 전압에서, 상기 보상 유닛이 정력 전류의 20%를 제공함), 변압기(242)에 공급되는 총 전류는 663A이다. 이 총 전류의 양은 Ireactive/Itotal 비가 0.907인 상태에서, 변압기 정격의 단지 106%(충분히 변압기 용량 이내)를 나타낸다.
이제 도 4c를 참조하면, 라인 전압이 고장으로부터 회복되기 시작함에 따라, 그리드에 전달될 수 있는 유효전력의 양이 증가하고, 저항기(227)에서 소비되어야할 전력의 양이 강하한다. 예를 들어, 고장전 레벨의 60%에서의 라인 전압에서, 라인측 변환기(224)는 AC 라인(232)에 약 201㎾의 유효전력을 전달하고, 저항기(227)에 의해 소모되는 전력은 505㎾까지 저감된다. 역률보상 유닛(233)의 기여를 포함하여, 변압기에 제공되는 알짜 전류(net current)는 이제 740A(즉, 변압기 정격 전류의 118%)까지 증가한다. 상기 알짜 전류의 Ireactive/Itotal 비는 0.926이다.
이제 도 4d를 참조하면, 일단 라인측 전압이 정격 레벨 부근(예컨대, 95% 이상)까지 회복되면, 스위치 유닛(212)은 발전기측 변환기가 발전기 전압 및 위상을 그리드의 전압 및 위상에 동기화시킨 후에 온 상태로 전환된다. 터빈으로부터의 유효전력이 스위치 유닛(212)을 통해 AC 라인(232)으로 흐르는 것이 재개됨에 따라, 발전기측 변환기(222)와 라인측 변환기(224)가 모두 유효전력의 전달을 멈춘다. 저항기(227)는 더 이상 전력을 소모하지 않는다. 이어서, 상호접속 시스템(208)은 정상 상태(도 4a에 이미 도시됨)에서 작동하도록 복귀한다. 몇몇 경우에, 정상 상태로 복귀하기 전에, 라인측 변환기(224)는 라인 전압이 미리 결정된 레벨(예컨대, 공칭 전압의 110%)을 초과하는 경우를 제외하고 연장된 기간(예컨대, 150㎳) 동안 무효전류를 계속 공급할 수 있다. 바람직하게는, 무효전류의 이 추가의 공급은 주된 저 전압 이벤트를 수반하는 몇몇 시스템에서 바람직할 수 있는 고장후 전압 지원을 제공한다.
이 응용에서, 몇몇 예는 주로 스페인 그리드 코드를 충족시키도록 설계된 시스템의 정황에서 제공되고 있지만, 전술한 접근법은 하나 혹은 다수의 그리드 상호접속 표준의 요건을 충족시키는 정상 상태 및 과도 고장 거동을 제공하는 많은 전력 발전 시스템에서 일반적으로 적용될 수 있다. 도 2a 및 도 2b에 기술된 상호접속 시스템은, 저-전압 보상을 제공하는 이외에, 풍력 터빈 발전기가 계속 작동하여 다른 고장 조건 하에 그리드에 전기를 공급할 수 있도록 변형되어 있을 수 있다. 또한, 이들 시스템에서 이용되는 전력 전자기기는, 통상적으로, 일정 속도 모드에서 혹은 가변 속도 모드에서 작동하는 광범위한 풍력 터빈 발전기(예컨대, 농형 유도 발전기(Squirrel Cage Induction Generators), 이중 여자 유도형 발전기(Doubly Fed Induction Generators) 및 동기식 발전기(Synchronous Generators) 등)에 결합될 수 있다.
정적 스위치에서 이용되는 사이리스터에 대해서 많은 대안이 있을 수 있다. 예를 들어, (제로 전류 대신에) 게이트 제어에 의해 오프 상태로 전환가능한 사이리스터는 이러한 게이트 제어 신호를 제공하도록 구성된 마스터 제어기와 함께 이용 시 결합될 수 있다. 게이트 제어 사이리스터의 예로는 GTOs(Gate Turn-Off thyristors) 및 IGCTs(Integrated Gate-Commutated Thyristors)를 들 수 있다. 또, 정적 스위치에 이용될 수 있었던 비-사이리스터 고체상태 소자(예컨대, 트랜지스터)도 있다.
라인 고장은, 미리 설정된 순간 레벨을 초과하는 발전기 전류 혹은 미리 설정된 역치 이하로 떨어지는 라인 전압을 감지할 때 마스터 제어기에 의해 검출될 수 있다. 대안적으로, 마스터 제어기는 강하 이벤트를 검출하는 수단으로서 절대 역치와 함께 라인 전압 및/또는 전류의 변화율을 모니터링할 수 있다.
소 전압 강하의 이벤트 시, 또한 변환기의 한쪽 혹은 양쪽 모두에 용량성 무효전력을 출력하도록 명령하면서 정적 스위치를 폐쇄 상태인 채로 두는 것도 가능하다. 이 용량성 리액턴스는 전압 승압을 달성하는 것을 돕도록 기존의 변압기 및 소스 임피던스와 상호작용할 수 있다.
몇몇 응용에 있어서, 저 전압 이벤트 동안, 라인측 변환기는 유효전류의 크기의 2배인 무효전류를 출력시킴으로써 전력 보상을 제공하도록 제어된다. 몇몇 다른 응용에 있어서, 라인측 변환기는 대신에 제로 유효전류를 출력하면서 임의의 양(변환기의 과부하 한계까지)의 용량성 무효전류를 제공할 수 있다. 또한, 라인측 변환기와 발전기측 변환기가 모두 "과부하" 모드에서 작동하여 비용을 저감시킬 수도 있다. 소위 "과부하" 모드에서 변환기를 작동시키는 것은 미국 특허 제6,577,108호(2003년 6월 10일 발행)에 개시되어 있으며, 이 공보의 개시 내용은 참고로 본 명세서에 포함된다.
정상의 WTG 작동 동안, 상기 변환기의 한쪽 혹은 양쪽 모두가 온 상태로 전환되어 추가의 역률보상을 제공하는 것도 가능하다. 예를 들어, 풍력 터빈 역률보상 유닛이 PF를 0.95 지연(유도형)까지 향상시키는 것만이 가능한 경우, 변환기(들)로부터의 이 추가의 PF 보상은 필요한 경우 PF를 1.0까지 혹은 심지어 선두(용량성) PF까지 잠재적으로 증대시킬 수 있다.
이상의 설명은 예시적으로 의도된 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 규정되는 것임을 이해할 필요가 있다. 기타 실시형태는 이하의 특허청구범위의 범주 내이다.

Claims (29)

  1. 유틸리티 전력 네트워크(utility power network)에 풍력 터빈 발전기를 접속시키는 시스템으로서,
    상기 풍력 터빈 발전기로부터의 AC 신호를 DC 신호로 변환하고, 또한 상기 풍력 터빈 발전기에 제어된 양의 무효전류(reactive current)를 공급하는 제1전력 변환기;
    상기 제1전력 변환기와 직렬로 접속되어, 상기 제1전력 변환기로부터의 DC 신호를 라인측 AC 신호를 변환하고, 또한 저 전압 이벤트(low voltage event) 동안 제어된 양의 무효전류를 상기 유틸리티 전력 네트워크에 공급하는 제2전력 변환기; 및
    상기 제1 및 제2전력 변환기에 결합되어, 상기 제1전력 변환기로부터의 전력을 소모하기 위한 전력소모소자(power dissipation element)를 포함하는, 유틸리티 전력 네트워크에의 풍력 터빈 발전기의 접속 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유틸리티 전력 네트워크에 공급된 상기 제어된 양의 무효전류는 상기 유틸리티 전력 네트워크의 전압 조건과 연관된 미리 결정된 기준을 충족시키는 것인, 유틸리티 전력 네트워크에의 풍력 터빈 발전기의 접속 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 미리 결정된 기준은, 상기 유틸리티 전력 네트워크의 전압이 미리 결정된 역치 이하로 떨어질 경우, 상기 유틸리티 전력 네트워크에 공급된 무효전류의 크기가 상기 유틸리티 전력 네트워크에 공급된 유효전류의 크기보다 적어도 2배 큰 것을 포함하는 것인, 유틸리티 전력 네트워크에의 풍력 터빈 발전기의 접속 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2전력 변환기는 DC 버스를 통해서 접속되는 것인, 유틸리티 전력 네트워크에의 풍력 터빈 발전기의 접속 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 DC 버스에 결합된 커패시터를 추가로 포함하는, 유틸리티 전력 네트워크에의 풍력 터빈 발전기의 접속 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전력소모소자는 저항기를 포함하는 것인, 유틸리티 전력 네트워크에의 풍력 터빈 발전기의 접속 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전력소모소자는, 상기 저항기에 결합되어 해당 저항기를 통과하는 전류를 조절하도록 구성된 제어가능한 스위치 장치를 추가로 포함하는 것인, 유틸리티 전력 네트워크에의 풍력 터빈 발전기의 접속 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2전력 변환기에 각각 결합된 제1 및 제2 AC 필터 반응기(filter reactor)를 추가로 포함하는, 유틸리티 전력 네트워크에의 풍력 터빈 발전기의 접속 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 유틸리티 전력 네트워크에 공급된 전력의 역률을 조정하기 위하여 구성된 역률보상 유닛(power factor correction unit)을 추가로 포함하는, 유틸리티 전력 네트워크에의 풍력 터빈 발전기의 접속 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 역률보상 유닛은 전기신호에 의해 온/오프 전환될 수 있는 적어도 하나의 제어가능한 커패시터를 포함하는 것인, 유틸리티 전력 네트워크에의 풍력 터빈 발전기의 접속 시스템.
  11. 풍력 터빈 발전기와 유틸리티 전력 네트워크 간의 상호접속을 제어하는 제어 시스템으로서,
    저 전압 이벤트의 발생 시 상기 상호접속의 제1경로를 전기적으로 개방하고;
    상기 풍력 터빈 발전기의 동작을 유지하기에 적합한 제1전류 및 상기 유틸리티 전력 네트워크의 동작과 연관된 미리 결정된 특성을 지니는 무효 성분(reactive component)을 가진 제2전류를 제공하도록 상기 저 전압 이벤트 동안 상기 상호접속의 제2경로를 제어하기 위하여 구성된 제어 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 유틸리티 전력 네트워크와 연관된 전압 조건에 의거해서 저 전압 이벤트의 발생을 결정하기 위하여 추가로 구성된 제어 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 풍력 터빈 발전기와 연관된 전류 조건에 의거해서 저 전압 이벤트의 발생을 결정하기 위하여 추가로 구성된 제어 시스템.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제1경로는 외부신호에 의해 제어가능한 스위치 유닛을 포함하는 것인 제어 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1경로는 상기 스위치 유닛에 전환 신호(commutation signal)를 제공하도록 구성된 강제 전환 회로(forced commutation circuit)를 추가로 포함하는 것인 제어 시스템.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제2경로는
    상기 풍력 터빈 발전기로부터의 AC 신호를 DC 신호로 변환하고, 또한 상기 제1전류를 제공하는 제1전력 변환기;
    상기 제1전력 변환기와 직렬로 접속되어, 상기 제1전력 변환기로부터의 DC 신호를 라인측 AC 신호를 변환하고, 또한 상기 제2전류를 제공하는 제2전력 변환기; 및
    상기 제1 및 제2전력 변환기에 결합되어, 상기 제1전력 변환기로부터의 전력을 소모하기 위한 전력소모소자를 포함하는 것인 제어 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제2경로는 상기 제1 및 제2전력 변환기에 결합된 커패시터를 추가로 포함하는 것인 제어 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 전력소모소자는 저항기 및 해당 저항기에 결합되어 상기 저항기를 통과하는 전류를 조절하기 위하여 구성된 제어가능한 스위치 장치를 포함하는 것인 제어 시스템.
  19. 제11항에 있어서, 상기 제1전류는 상기 풍력 터빈 발전기의 여기 상태를 유지하는 데 충분한 무효전류 성분을 포함하는 것인 제어 시스템.
  20. 제11항에 있어서, 상기 제2전류는 유효전류 성분과 상기 무효전류 성분을 포함하는 것인 제어 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 저 전압 이벤트 동안, 상기 제2전류는 상기 무효전류 성분의 크기가 상기 유효전류 성분의 크기의 적어도 2배로 되도록 제어되는 것인 제어 시스템.
  22. 제11항에 있어서, 상기 유틸리티 전력 네트워크에 공급된 전력의 역률을 조정하는 역률보상 유닛을 제어하도록 추가로 구성된 제어 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 역률보상 유닛은 전기신호에 의해 온/오프 전환될 수 있는 제어가능한 커패시터를 포함하는 것인 제어 시스템.
  24. 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2전력 변환기는 상기 스위치 유닛에 전환 전류 펄스를 제공하도록 제어되는 것인 제어 시스템.
  25. 유틸리티 전력 네트워크에 풍력 터빈 발전기를 접속하는 시스템으로서,
    저 전압 이벤트의 발생 시 개방되는 전기적으로 제어가능한 스위치를 포함하는 제1경로; 및
    상기 제1경로와 평행하게 위치되어, 상기 저 전압 이벤트 동안, 상기 풍력 터빈 발전기의 동작을 유지하는 데 적합한 제1전류 및 상기 유틸리티 전력 네트워크의 전압 조건과 연관된 미리 결정된 특성을 지니는 무효 성분을 가진 제2전류를 제공하도록 구성된 제2경로를 포함하는 접속시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 전기적으로 제어가능한 스위치는 강제 전환 회로에 결합되고, 해당 강제 전환 회로는 상기 저 전압 이벤트의 발생 시 상기 전기적으로 제어가능한 스위치를 개방하는 전환 신호를 제공하도록 구성된 것인 접속시스템.
  27. 제25항에 있어서, 상기 전기적으로 제어가능한 스위치는 1쌍의 역평행 사이리스터(anti-parallel thyristor)를 포함하는 것인 접속시스템.
  28. 제25항에 있어서, 상기 유틸리티 전력 네트워크의 전압 조건이 정상 범위를 충족시킬 경우, 상기 전기적으로 제어가능한 스위치는 상기 제2경로를 바이패스하도록 폐쇄되는 것인 접속시스템.
  29. 제25항에 있어서, 상기 제2경로는
    상기 풍력 터빈 발전기로부터의 AC 신호를 DC 신호로 변환하고, 또한 상기 제1전류를 제공하는 제1전력 변환기;
    상기 제1전력 변환기와 직렬로 접속되어, 상기 제1전력 변환기로부터의 DC 신호를 라인측 AC 신호를 변환하고, 또한 상기 제2전류를 제공하는 제2전력 변환기; 및
    상기 제1 및 제2전력 변환기에 결합되어, 상기 제1전력 변환기로부터의 전력을 소모하기 위한 전력소모소자를 포함하는 것인 접속시스템.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9178456B2 (en) 2010-04-06 2015-11-03 Ge Energy Power Conversion Technology, Ltd. Power transmission systems
EP2375529B1 (en) * 2010-04-06 2013-08-14 Converteam Technology Ltd Power transmission system comprising a plurality of renewable-energy turbines
CN101860043B (zh) * 2010-05-17 2012-09-19 东南大学 串联型风力发电机组低电压穿越控制装置及控制方法
EP2463979B1 (en) * 2010-12-08 2022-05-11 Siemens Aktiengesellschaft Fault-ride-through method, converter and power generating unit for a wind turbine
KR101146912B1 (ko) 2010-12-22 2012-05-23 한국전기연구원 계통 저전압시 풍력 발전기의 무효전력을 제어하는 방법.
EP2859638B1 (en) 2012-06-12 2020-05-06 Vestas Wind Systems A/S Wind-power-plant control upon low-voltage grid faults
BR112015003204A2 (pt) * 2012-08-30 2017-07-04 Gen Electric métodos de proteção e sistema
WO2015058769A1 (en) 2013-10-21 2015-04-30 Vestas Wind Systems A/S A method for controlling a wind power plant and a wind power plant
US9458830B2 (en) * 2014-09-05 2016-10-04 General Electric Company System and method for improving reactive current response time in a wind turbine
EP3378141B1 (en) * 2016-02-03 2019-10-09 Siemens Aktiengesellschaft Fault ride-through capability for wind turbine
PL3764503T3 (pl) 2019-07-09 2024-01-03 General Electric Renovables España S.L. Sterowanie i działanie przekształtnika mocy

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6603672B1 (en) * 2000-11-10 2003-08-05 Ballard Power Systems Corporation Power converter system
US7015595B2 (en) * 2002-02-11 2006-03-21 Vestas Wind Systems A/S Variable speed wind turbine having a passive grid side rectifier with scalar power control and dependent pitch control
BRPI0418588B1 (pt) * 2004-03-12 2021-10-13 General Electric Company Método para operar um conversor de frequência de um gerador e uma turbina de energia eólica apresentando um gerador operado de acordo com o método
WO2008026973A1 (en) * 2006-08-30 2008-03-06 Abb Research Ltd Power converter arrangement and method

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