KR20130061995A

KR20130061995A - 풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치 및 제어 방법

Info

Publication number: KR20130061995A
Application number: KR1020110128364A
Authority: KR
Inventors: 심필섭
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-06-12

Abstract

본 발명은 풍력 터빈이 연결되는 계통의 고장을 감지하여 감지신호를 출력하는 계통감지부와, 계통감지부로부터 출력되는 감지신호를 수신받고, 계통의 고장 시상기 풍력 터빈의 운전을 유지하되, 풍력 터빈에 포함된 발전기의 회전속도를 줄이거나 유지하도록 하는 제어부를 포함하는 풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치 및 제어 방법이 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 계통 고장 발생 시 각국의 저전압보상(Low-Voltage Ride Through: LVRT) 규정 내에서의 풍력 터빈 발전기의 운전을 유지할 수 있고, 풍력 터빈 단지의 전력 생산 중단으로 인한 전력 생산 감소 및 계통의 추가 고장을 방지할 수 있다.

Description

풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치 및 제어 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING LOW-VOLTAGE RIDE THROUGH AND METHOD USING THE SAME}

본 발명은 풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 계통 고장 발생 시 각국의 저전압보상(Low-Voltage Ride Through: LVRT) 규정 내에서의 풍력 터빈 발전기의 운전을 유지하고, 풍력 터빈 단지의 전력 생산 중단으로 인한 전력 생산 감소 및 계통의 추가 고장을 방지할 수 있도록 구성된 풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 풍력 에너지는 급성장하는 에너지 공급원으로서, 화석 기반 에너지 공급원에 비하여 청정하면서 재생 가능하며, 생태학적으로 자연 친화적인 에너지를 제공한다. 따라서, 풍력 발전은 유력한 대체 에너지원으로 인정받고 있다.

최근에는 발전 용량의 증가로 인해 대단위 풍력 터빈 단지가 조성됨으로써 전국적으로 소비자에게 전기를 전달할 수 있는 전력망 내에 통합이 가능해지고, 풍력 발전을 위한 풍력 터빈(Wind Turbine Generator; WTG)의 성능은 전력을 전달받게 되는 계통(power gird)의 특성에 큰 영향을 미치게 되므로, 외적인 극한 상황에서도 풍력 터빈이 계통과 연결되어 발전을 수행할 수 있어야 한다.

따라서, 많은 나라에서의 규제기관들이 교란 동안 온라인 상태를 유지하고, 연장된 기간 동안 계속 작동하도록 하는 저전압보상(Low-Voltage Ride Through: LVRT) 과정에 의해 풍력 터빈에 대한 엄격한 상호접속 기준을 채용하기 시작했다.

즉, 저전압 보상은 계통에 순간 정전(instantaneous voltage drop)이 발생한 경우에도 풍력 터빈이 계통과 연결되는 상태를 유지하고, 계통이 순간 정전에서 회복되는 순간에 정상적인 동작을 수행하도록 하는 능력을 말한다.

또한, 저전압보상 규정이란 계통 고장으로 인한 일정 범위의 전압변동이 있는 경우 계통의 안정적인 복구를 위해 각국의 실정에 맞도록 터빈이 계속 운전이 이루어져야 하는 전압강하량과 회복 시간 등을 규정한 것을 말한다.

그러나, 종래의 풍력 터빈은, 도 1에 도시된 바와 같이, 계통 고장 발생 시 풍력 터빈의 운전이 바로 정지되므로, 풍력 터빈 단지의 전력 생산이 중단되고, 이로써, 전력 생산 감소 및 계통의 추가 고장을 유발시키는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 계통 고장 발생 시 각국의 저전압보상(Low-Voltage Ride Through: LVRT) 규정 내에서의 풍력 터빈의 운전을 유지하고, 풍력 터빈 단지의 전력 생산 중단으로 인한 전력 생산 감소 및 계통의 추가 고장을 방지하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치에 있어서, 상기 풍력 터빈이 연결되는 계통의 고장을 감지하여 감지신호를 출력하는 계통감지부; 및 상기 계통감지부로부터 출력되는 감지신호를 수신받고, 상기 계통의 고장 시상기 풍력 터빈의 운전을 유지하되, 상기 풍력 터빈에 포함된 발전기의 회전속도를 줄이거나 유지하도록 하는 제어부를 포함하는 풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치가 제공될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 계통의 고장 시 저전압보상을 적용함과 아울러, 상기 풍력 터빈의 고장 신호를 대신하여 정상 신호를 발생시키도록 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치에 있어서, 상기 풍력 터빈이 연결되는 계통의 고장 시 제어부에 의해 상기 풍력 터빈의 운전을 유지하도록 하되, 상기 풍력 터빈에 포함된 발전기의 회전속도를 줄이거나 유지하도록 하는 풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 풍력 터빈의 저전압보상 제어 방법에 있어서, 상기 풍력 터빈이 연결되는 계통의 고장을 판단하는 단계; 및 상기 계통의 고장을 판단하는 단계에서 상기 계통의 고장 시 상기 풍력 터빈의 운전을 유지하되, 상기 풍력 터빈에 포함된 발전기의 회전속도를 줄이거나 유지하도록 하는 단계를 포함하는 풍력 터빈의 저전압보상 제어 방법이 제공될 수 있다.

상기 풍력 터빈의 운전을 유지하는 단계는, 상기 계통의 고장 시 저전압보상을 적용함과 아울러 상기 풍력 터빈의 고장 신호를 대신하여 정상 신호를 발생시키도록 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 계통 고장 발생 시 각국의 저전압보상(Low-Voltage Ride Through: LVRT) 규정 내에서의 풍력 터빈의 운전을 유지할 수 있고, 풍력 터빈 단지의 전력 생산 중단으로 인한 전력 생산 감소 및 계통의 추가 고장을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 풍력 터빈에서 계통 고장 발생 시 운전의 정지를 나타낸 그래프이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치를 도시한 구성도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈의 저전압보상 제어 방법을 도시한 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈의 저전압보상 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치를 도시한 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치(100)는 풍력 터빈(10)이 연결되는 계통(20)의 고장 시 제어부(120)에 의해 풍력 터빈(10)의 운전을 유지하도록 하되, 풍력 터빈(10)에 포함된 발전기(12)의 회전속도를 줄이거나 유지하도록 한다.

한편, 풍력 터빈(10)은 풍력에 의해 회전하도록 회전축에 의해 설치되는 블레이드(11)와, 블레이드(11)에 회전력을 전달받도록 연결되어 회전 에너지로부터 전력을 생산하도록 하는 발전기(12)를 포함할 수 있고, 나아가서, 발전기(12)로부터 생산된 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통(20)에 공급되도록 하는 컨버터와, 컨버터에 의해 변환된 교류 전력을 전자 상호 유도 작용을 이용하여 계통(20)에 사용되기에 적합한 전압을 가지도록 변환시키는 전력변환기(13)를 포함할 수 있다.

제어부(120)는 계통(20)의 고장 유무를 판단하기 위하여 계통감지부(110)로부터 출력되는 감지신호를 수신받을 수 있다.

계통감지부(110)는 풍력 터빈(10)이 연결되는 계통(20)의 고장을 감지하여 감지신호를 출력하는데, 계통(20)의 정전이나, 계통 전압의 강화, 또는 계통(20)으로부터 수신받게 되는 정상적인 신호의 미수신 등을 통해서 고장임을 판단하여, 전기적인 신호로서 감지신호를 제어부(120)에 출력하도록 한다.

제어부(120)는 계통감지부(110)로부터 출력되는 감지신호를 수신받아 계통(20)이 고장인 것으로 판단되면, 저전압보상(Low-Voltage Ride Through: LVRT) 규정 내에서 풍력 터빈(10)의 운전을 유지하되, 풍력 터빈(10)에 포함된 발전기(12)의 회전속도를 줄이거나 유지하도록 한다.

이때, 제어부(120)는 계통(20)의 고장에 따른 계통 전압의 강하로 인해 일시적으로 상승하는 발전기(12)의 회전속도를 풍력 터빈(10)의 환경에 따라 줄이거나 유지할 수 있다.

제어부(120)는 본 실시예에서처럼 발전기(12)로부터 생산된 전력을 계통(20)에 공급하기에 적절한 교류 전력으로 변환시키는 컨버터의 기능을 함께 수행하도록 구성될 수 있고, 이와 달리, 컨버터와는 별개로 이루어져서 발전기(12)의 회전속도를 조절할 수 있는데, 발전기(12)의 회전속도를 조절하기 위하여 블레이드(11)로부터 발전기(12)로 전달되는 회전속도를 가감속기어들을 포함한 회전속도가변유닛 등을 이용하여 변환시키도록 하거나, 발전기(12)의 회전축에 토크를 조절하도록 설치되는 토크조절유닛을 이용하여 변환시킬 수도 있다.

제어부(120)는 계통(20)의 고장 시, 저전압보상을 적용함으로써 계통(20)에 순간 정전(instantaneous voltage drop)이 발생한 경우에도 풍력 터빈(10)이 계통(20)과 연결되는 상태를 유지하고, 계통(20)이 순간 정전에서 회복되는 순간에 정상적인 동작을 수행하도록 하고, 나아가서, 풍력 터빈(10)의 고장 신호를 대신하여 정상 신호를 발생시키도록 제어함으로써 풍력 터빈(10)이 고장 신호를 발생시키지 못하도록 하여 풍력 터빈(10)의 정상 동작을 가능하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈의 저전압보상 제어 방법을 도시한 흐름도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈의 저전압보상 제어 방법은 계통의 고장을 판단하는 단계(S12)와, 풍력 터빈의 운전을 유지하는 단계(S13)를 포함할 수 있다.

계통의 고장을 판단하는 단계(S12)에 의하면, 발전을 위하여 풍력 터빈(10)을 구동(S11)시킨 다음, 풍력 터빈(10)에 연결되는 계통(20)의 고장을 계통감지부(110)에 의해 판단하도록 한다.

풍력 터빈의 운전을 유지하는 단계(S13)에 의하면, 계통(10)의 고장을 판단하는 단계(S12)에서 계통감지부(110)에 의해 계통(20)의 고장 시 제어부(120)에 의해 풍력 터빈(10)의 운전을 유지하되, 풍력 터빈(10)에 포함된 발전기(12)의 회전속도를 줄이거나 유지하도록 한다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 계통(20)의 고장 발생 시 저전압보상 규정 내에서 풍력 터빈(10)의 운전을 유지하고, 계통 전압의 강하로 인해 일시적으로 상승하는 발전기(12)의 회전속도를 풍력 터빈(10)의 환경에 따라 유지하도록 하거나 줄일 수 있다.

또한, 풍력 터빈의 운전을 유지하는 단계(S13)는 계통(20)의 고장 시 저전압보상을 적용함과 아울러 풍력 터빈(10)의 고장 신호를 대신하여 정상 신호를 발생시키도록 함으로써 저전압보상 적용 시 제어부(120)에서는 풍력 터빈(10)의 고장신호를 발생시키지 않도록 제어한다.

따라서, 계통(20)의 고장 발생 시, 각국의 저전압보상 규정 내에서는 풍력 터빈(10)의 운전을 유지하고, 풍력 터빈 단지의 전력 생산 중단으로 인한 전력 생산 감소 및 추가 계통의 고장을 방지할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

10 : 풍력 터빈 11 : 블레이드
12 : 발전기 13 : 전력변환기
20 : 계통
100 : 풍력터빈의 저전압 보상 제어 장치
110 : 계통감지부 120 : 제어부
S11 : 풍력터빈을 구동시키는 단계
S12 : 풍력 터빈이 연결되는 계통의 고장을 판단하는 단계
S13 : 풍력 터빈의 운전을 유지하는 단계

Claims

풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치에 있어서,
상기 풍력 터빈(10)이 연결되는 계통(20)의 고장을 감지하여 감지신호를 출력하는 계통감지부(110); 및
상기 계통감지부(110)로부터 출력되는 감지신호를 수신받고, 상기 계통(20)의 고장 시 상기 풍력 터빈(10)의 운전을 유지하되, 상기 풍력 터빈(10)에 포함된 발전기(12)의 회전속도를 줄이거나 유지하도록 하는 제어부(120);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 풍력 터빈(10)은 상기 계통(20)의 고장이 상기 풍력 터빈(10)이 설치된 지역의 저전압보상(LVRT) 규정을 만족하는 경우에 운전이 유지되는 것;
을 특징으로 하는 풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 제어부(120)는,
상기 계통(20)의 고장 시 저전압보상을 적용함과 아울러, 상기 풍력 터빈(10)의 고장 신호를 대신하여 정상 신호를 발생시키도록 제어하는 것;
을 특징으로 하는 풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치.
풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치에 있어서,
상기 풍력 터빈(10)이 연결되는 계통(20)의 고장 시 상기 풍력 터빈(10)의 운전을 유지하도록 하되, 상기 풍력 터빈(10)에 포함된 발전기(12)의 회전속도를 줄이거나 유지하도록 하는 것;
을 특징으로 하는 풍력 터빈의 저전압보상 제어 장치.
풍력 터빈의 저전압보상 제어 방법에 있어서,
상기 풍력 터빈(10)이 연결되는 계통(20)의 고장을 판단하는 단계(S12); 및
상기 계통(20)의 고장을 판단하는 단계(S12)에서 상기 계통(20)의 고장 시 상기 풍력 터빈(10)의 운전을 유지하되, 상기 풍력 터빈(10)에 포함된 발전기(12)의 회전속도를 줄이거나 유지하도록 하는 단계(S13);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈의 저전압보상 제어 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 풍력 터빈(10)은 상기 계통(20)의 고장이 상기 풍력 터빈(10)이 설치된 지역의 저전압보상(LVRT) 규정을 만족하는 경우에 운전이 유지되는 것;
을 특징으로 하는 풍력 터빈의 저전압보상 제어 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 풍력 터빈의 운전을 유지하는 단계(S13)는,
상기 계통(20)의 고장 시 저전압보상을 적용함과 아울러 상기 풍력 터빈(10)의 고장 신호를 대신하여 정상 신호를 발생시키도록 하는 것;
을 특징으로 하는 풍력 터빈의 저전압보상 제어 방법.