KR20160003951A - 계통연계형 인버터의 dc링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전시스템 및 최대전력점 추종제어 방법 - Google Patents

계통연계형 인버터의 dc링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전시스템 및 최대전력점 추종제어 방법 Download PDF

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Abstract

계통연계형 인버터의 DC링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전시스템이 개시된다. 영구자석 동기발전기로부터 3상 교류전력을 수신하는 다이오드 정류기, 다이오드 정류기의 양단과 연결된 DC링크 커패시터, DC링크 커패시터의 양단과 연결된 계통연계형 인버터 및 계통연계형 인버터와 연결되고, 인입된 풍속의 전력이 최대로 출력되는 DC링크 전압의 지령치를 지시하는 제어부를 포함한다.

Description

계통연계형 인버터의 DC링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전시스템 및 최대전력점 추종제어 방법{Small wind power generation systems and maximum power point tracking control method using DC-Link voltage variable of the grid-connected inverter}
본 발명은 소형풍력발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 계통연계형 인버터의 DC링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전시스템 및 최대전력점 추종제어 방법에 관한 것이다.
풍력발전시스템에서 바람에너지는 블레이드 파워로 변환되어 전달된다. 이때 출력계수에 비례하여 블레이드 파워가 전달된다. 상기 출력계수는 풍속과 발전기 속도의 비율에 따라 변하며 최대전력점이 존재한다.
매 풍속에서 최대전력을 출력하기 위해서는 일반적으로 풍속계를 사용하여 풍속정보를 알아내야 한다. 하지만 풍속계의 사용은 기계적인 부정확성과 높은 시스템 단가로 인하여 비효율적이다.
이에 현재 풍력발전시스템은 크게 백투백(back-to-back) 컨버터 또는 DC-DC 컨버터를 사용하는 시스템으로 구성되어 있다. 하지만 백투백 컨버터 또는 DC-DC 컨버터는 수동소자를 많이 필요로 하는 단점으로 인해 전기적 효율이 떨어지고, 단가가 상승하고 있는 추세이다. 또한 발전기측 컨버터의 제어를 위해 보다 복잡한 알고리즘이 적용되어야만 한다.
특히, 중대형 풍력발전시스템에서는 백투백 컨버터 또는 DC-DC 컨버터를 적용하는 사례가 많지만 소형풍력발전시스템에서는 적용하기에는 비효율적이기 때문에 현재 많은 연구가 진행하고 있다. 상기 연구들 중 계통연계 인버터의 DC링크 전압에 대한 연구도 진행 중이다.
계통연계 인버터는 도 1에 도시된 것 같이 계통전원과 연계되어. 다른 에너지원 또는 부하와 양방향으로 에너지 흐름을 조절하는 DC-AC 전력변환 장치이다. 계통연계 인버터는 3상 계통필터(Lf), 필터의 3상 저항성분(Rf) 및 3상 계통전원(Es)와 연결되어 구성될 수 있다.
한국 공개특허공보 제10-2014-0039389호는 계통연계형 소형풍력발전시스템의 출력변동 저감 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소형풍력발전시스템에서 DC링크의 일정전압 유지를 위한 과도한 전류제어 명령의 제한을 수행하고, 일정전류 출력제어를 통해 고조파 전류를 저감할 수 있다.
한국 공개특허공보 제10-2013-009479호는 풍력발전 제어계통에 대한 센서리스 온라인 신경망 제어방법에 관한 것으로서, 풍력발전계통을 운전하기 위해서는 계통의 여러 상수들과 파라미터들을 얻기 위해 많은 기구들을 이용하여 선행 실험을 수행해야 하는데 이러한 과정을 줄이기 위한 새로운 제어 알고리즘을 제시하였고, 계통의 제어식을 계산하기 위해서 필요한 값인 풍속의 미분을 계측하기 위한 센서가 필요하지 않으며, 풍속의 미분값을 추정하기 위해서 미분 추정기를 폐루프 계통에 도입하였다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 영구자석 동기발전기에 컨버터 없이도 해당 풍속의 최대전력을 추종하는 계통연계형 인버터의 DC링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전시스템 및 최대전력점 추종제어 방법을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 계통연계 인버터의 DC링크 전압을 가변하여 센서리스 최대전력점 추종제어를 하는 계통연계형 인버터의 DC링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전시스템 및 최대전력점 추종제어 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 계통연계형 인버터의 DC링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전시스템은,
영구자석 동기발전기로부터 3상 교류전력을 수신하는 다이오드 정류기, 상기 다이오드 정류기의 양단과 연결된 DC링크 커패시터, 상기 DC링크 커패시터의 양단과 연결된 계통연계형 인버터 및 상기 계통연계형 인버터와 연결되고, 인입된 풍속의 전력이 최대로 출력되는 DC링크 전압의 지령치를 산출하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 지령치의 변동값 부호가 양수이고 상기 전력의 변동값 부호가 양수이면, 상기 지령치에 가중치를 더하고, 상기 지령치의 변동값 부호가 양수이고 상기 전력의 변동값 부호가 음수이면, 상기 지령치에 가중치를 빼는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 지령치의 변동값 부호가 음수이고 상기 전력의 변동값 부호가 양수이면, 상기 지령치에 가중치를 빼고, 상기 지령치의 변동값 부호가 음수이고 상기 전력의 변동값 부호가 음수이면, 상기 지령치에 가중치를 더하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 DC링크 전압을 하기 수학식에 의해 산출하여 최대전력점을 추종하는 것을 특징으로 한다:
[수학식]
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 DC링크 전압을 의미하고,
Figure pat00003
은 발전기 고정자 권선의 선간전압을 의미한다.
상기 제어부는 상기 최대전력점을 도달하면 상기 DC링크 전압을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 계통연계형 인버터의 DC링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전방법은,
인입된 풍속의 전력을 산출하는 단계, 기 설정된 DC링크 전압의 지령치를 가변하는 단계, 상기 가변된 지령치에 따른 전력을 산출하는 단계 및 가변되기 이전 전력과 가변된 전력의 변동값을 기초로 계통전원으로 전달되는 전력이 최대가 되도록 DC링크 전압의 지령치를 가변하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 계통연계형 인버터의 DC링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전시스템 및 최대전력점 추종제어 방법은 풍속계를 사용하지 않고 해당 풍속의 최대전력을 추종한다.
또한 계통연계 인버터의 DC링크 전압을 가변하여 센서리스 최대전력점 추종제어를 한다.
도 1은 종래기술의 계통연계 인버터를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형풍력발전시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력계수와 주속비 간의 특성곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC링크에서의 전력 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형풍력발전방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 최대전력점 추종제어를 설명하기 위한 순서도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명할 수 있다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 할 수 있다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형풍력발전시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 소형풍력발전시스템(1)는 풍속계를 사용하지 않고 해당 풍속의 최대전력을 추종한다. 소형풍력발전시스템(1)는 계통연계 인버터의 DC링크 전압을 가변하여 센서리스 최대전력점 추종제어를 한다.
소형풍력발전시스템(1)는 바람을 인입하는 블레이드(10), 블레이드(10)와 연결된 영구자석 동기발전기(20), 영구자석 동기발전기(20)로부터 3상 교류전력을 수신하는 다이오드 정류기(30), 다이오드 정류기(30)의 양단과 연결된 DC링크 커패시터(40), DC링크 커패시터(40)의 양단과 연결된 계통연계형 인버터(50), 계통연계형 인버터(50)로부터 3상으로 연결된 3상 인덕터(60) 및 3상 인덕터(60)와 연결된 3상 계통전원(70)으로 구성된다.
특히, 소형풍력발전시스템(1)는 계통연계형 인버터(50)와 연결된 제어부(80)를 더 포함하여 DC링크 전압의 지령치를 가변하여 제어한다.
블레이드(10)는 바람에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 상기 기계적 에너지는 회전되면서 발생되는 에너지일 수 있다. 블레이드(10)는 바람이 효과적으로 회전되도록 설계될 수 있다. 즉, 블레이드(10)는 최고 효율을 낼 수 있는 날개의 수 및 날개각도 등을 역학적으로 산출하여 설계될 수 있다.
블레이드(10)의 반경 이내에 인입되는 바람에너지를 [수학식 1]과 같이 나타낸다.
Figure pat00004
여기서,
Figure pat00005
는 바람에너지의 전력을 의미하고,
Figure pat00006
는 공기밀도[kg/m3]를 의미하며,
Figure pat00007
는 블레이드의 회전단면적[m2]을 의미하고,
Figure pat00008
는 풍속[m/s]을 의미한다.
특히, [수학식 1]은 [수학식 2]와 같이 블레이드 출력계수에 비례하여 블레이드의 전력으로 전달된다.
Figure pat00009
여기서,
Figure pat00010
는 블레이드의 전력을 의미하고,
Figure pat00011
는 블레이드의 출력계수를 의미하며,
Figure pat00012
는 주속비(Tip Speed Ratio, TSR)를 의미한다.
주속비는 블레이드(10) 날개끝의 회전 각속도와 풍속의 비율을 의미하며 [수학식 3]과 같이 나타낸다.
Figure pat00013
여기서,
Figure pat00014
는 블레이드의 반지름[m]을 의미하고,
Figure pat00015
는 발전기의 회전속도[rad/s]를 의미한다.
블레이드의 출력계수는 주속비에 관한 함수를 의미하며, [수학식 4]와 같이 나타낸다.
Figure pat00016
여기서,
Figure pat00017
는
Figure pat00018
를 의미한다.
영구자석 동기발전기(20)는 상기 블레이드(10)에서 변환된 기계적 에너지를 전기에너지로 변환한다. 영구자석 동기발전기(20)는 3상 교류전력을 생성할 수 있다. 특히, 영구자석 동기발전기(20)는 N극과 S극이 교대로 배치된 계자석과 전기자로 구성될 수 있으며, 회전속도(Revolution Per Minute, RPM)에 의해 발생되는 교류의 주파수를 통해 전기에너지를 생성한다.
다이오드 정류기(30)는 영구자석 동기발전기(20)로부터 변환된 전기에너지를 정류한다. 다이오드 정류기(30)는 교류전류를 직류전류로 변환한다. 다이오드 정류기(30)는 전파정류회로, 브릿지정류회로 등으로 구성될 수 있다. 특히, 다이오드 정류기(30)는 3상으로 이루어질 수 있다
DC링크 커패시터(40)는 평활용 커패시터로써 임시로 전기에너지를 저장한다. DC링크 커패시터(40)는 다이오드 정류기(30)에서 정류된 전류를 평활화시켜서 일정한 직류전류로 변화하는 동시에 임시로 전기에너지를 저장한다. DC링크 커패시터(40)는 DC링크 전압의 지령치에 따라 DC링크 전압을 출력한다. 또한 DC링크 커패시터(40)는 다이오드 정류기(30)과 계통연계 인버터(50) 사이에 구비되어 각각의 연결고리 역할을 한다.
계통연계 인버터(50)는 계통전원(70)과 연계되어 다른 에너지원 또는 부하와 양방향으로 에너지 흐름을 제어하는 DC-AC 전력변환장치이다. 계통연계 인버터(50)는 후술되는 제어부(80)와 연결되어 DC링크 전압의 지령을 수신한다. 상기 지령치는 인입된 풍력의 전력이 최대전력이 되는 DC링크 전압에 대한 지령이다.
3상 인덕터(60)는 3상 계통전원(70)으로 들어가는 전류를 필터링한다. 이를 통해 계통전원(70)은 전기에너지를 수신받는다.
제어부(80)는 계통연계 인버터(50)와 연결되어 인입된 풍속의 전력이 최대로 출력하는 DC링크 전압의 지령치를 산출한다. 제어부(80)는 최대전력점 추정제어(Maximum Power Point Tracking, MPPT)를 이용하여 DC링크 전압의 지령치를 지시한다.
따라서, 소형풍력발전시스템(1)은 상기 지시된 지령치가 인입된 풍속의 최대전력이 되도록 가변하여 영구자석 동기발전기(20)측에 컨버터 없이도 MPPT 제어를 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력계수와 주속비 간의 특성곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, [수학식 3] 및 [수학식 4]를 기초로 출력계수와 주속비 간의 특성곡선을 도출한다. 도 3에서 도시된 바와 같이 출력계수가 최대가 되는 점이 존재하며, 이 점을 최대전력점(Maximum Power Point, MPP)이라고 한다. 상기 점은 특성곡선의 극대점이다.
따라서, 제어부(80)는 MPPT 제어를 하기 위해 상기 최대전력점에서 영구자석 동기발전기(20)가 구동될 수 있도록 영구자석 동기발전기(20)의 속도제어를 한다. 즉, 영구자석 동기발전기(20)에서 생성된 전압이 다이오드 정류기(30)을 거쳐 DC링크 전압이 되기 때문에 제어부(80)는 DC링크 전압을 제어하여 영구자석 동기발전기(20)를 해당 전압이 생성되는 속도로 제어한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC링크에서의 전력 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 소형풍력발전시스템(1)은 영구자석 동기발전기(20)에 의해 생성된 전력이 DC링크를 거쳐 계통연계형 인버터(50)에 의해 3상 계통전원(70)으로 전달된다.
DC링크 커패시터(40)는 영구자석 동기발전기(20)로부터 전달받은 전력(
Figure pat00019
)에서 3상 계통전원(70)으로 전달되는 전력(
Figure pat00020
)을 뺀 전력을 저장한다. 이를 통해 소형풍력발전시스템(1)은 3상 계통전원(70)에 전달되는 전력을 제어할 수 있다.
특히, 평균이 아닌 순시적으로 전력의 흐름을 수식화하면 [수학식 5]와 같다.
Figure pat00021
여기서,
Figure pat00022
는 DC링크 커패시터의 용량 크기를 의미하고,
Figure pat00023
는 DC링크 전압을 의미하며,
Figure pat00024
는 영구자석 동기발전기로부터 전달받은 전력을 의미하고,
Figure pat00025
는 3상 계통전원으로 전달되는 전력을 의미한다.
따라서, 발전된 전력이 전부 계통연계형 인버터(40)를 통해 3상 계통전원(70)으로 전달되기 위해서는 [수학식 5]가 0이 되어야 한다. 이는 DC링크 전압이 일정하게 제어되는 것을 의미한다. 즉, [수학식 5]를 기초로 DC링크 전압의 지령치는 일정하게 유지되어야 함을 알 수 있다.
하지만 소형풍력발전시스템(1)으로 인입되는 풍속이 매번 바뀌면서, 해당 풍속마다 최대전력점이 존재하기 때문에 DC링크로 전달되는 전력(
Figure pat00026
)의 최대값이 풍속에 따라 다르며, 그 때의 DC링크 전압도 특정한 값이다.
이에 제어부(80)는 DC링크 전압의 지령치 자체를 P&O(Perturb and Observe) 알고리즘을 이용하여 최대전력점을 찾아가는 MPPT 제어를 한다. 제어부(80)는 DC링크 전압의 지령치를 증가 또는 감소시키면서 계통전원으로 전달되는 전력을 관찰하여 최적의 전력점을 추종한다. 상기 추종하는 관계는 [수학식 6] 및 [수학시 7]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00027
여기서,
Figure pat00028
는 발전기 고정자 권선 한 상의 속도기전력을 의미하고,
Figure pat00029
는 역기전력 상수를 의미하며,
Figure pat00030
는 영구자석의 쇄교자속을 의미하고,
Figure pat00031
는 발전기의 회전속도를 의미한다.
Figure pat00032
여기서,
Figure pat00033
는 DC링크 전압을 의미하고,
Figure pat00034
는 발전기 고정자 권선의 선간전압을 의미한다.
또한 제어부(80)는 특정 풍속에서 해당 최대전력점을 찾으면 그 때의 DC링크 전압을 일정하게 유지한다.
상기 P&O 알고리즘은 최고의 전력을 얻기 위해 발전기의 회전속도를 가변하는 방법이다. 예를 들면, 매 풍속에서 발전기가 최대전력을 낼 수 있는 특정 회전속도로 구동되도록 속도 지령을 가변시킨다. 이 때, 회전속도를 증가시켰을 시에 발전기로부터 생성된 전력이 증가 또는 감소하는지를 관찰하여 그 다음 속도 지령치를 증가 또는 감소 시킬 것인지를 결정한다. 이 과정은 최대전력점에 도달할 때까지 계속된다. 따라서, P&O 알고리즘은 전력 출력값이 안정될 때까지 최대전력값 주변을 맴돌게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형풍력발전방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 소형풍력발전시스템(1)은 풍속계를 사용하지 않고도 매 풍속에서 최대전력점을 추종한다. 소형풍력발전시스템(1)은 DC링크 전압의 가변을 통해 센서리스 MPPT 제어를 한다.
소형풍력발전시스템(1)은 초기 DC링크 전압의 지령치를 설정한다(S100). 소형풍력발전시스템(1)은 초기 DC링크 전압의 지령치를 설정하고, 상기 설정된 지령치를 통하여 인입되는 풍력에 대한 DC링크 전압의 기준치를 정한다.
소형풍력발전시스템(1)은 계통전원의 전력을 산출한다(S110). 소형풍력발전시스템(1)은 상기 지령치에 대한 DC링크 전압을 측정하고, 측정된 전압 및 전류를 기초로 DC링크의 전력을 산출한다.
이를 통해 소형풍력발전시스템(1)은 상기 산출된 DC링크의 전력을 기초로 초기의 계통전원에 전달되는 전력을 산출한다.
소형풍력발전시스템(1)은 DC링크 전압의 지령치를 가변한다(S120). 소형풍력발전시스템(1)은 초기 DC링크 전압의 지령치를 기 설정된 규칙에 의해 가변한다. 상기 기 설정된 규칙은 소형풍력발전시스템(1)이 설치된 환경에 따라 변동될 수 있다.
소형풍력발전시스템(1)은 계통전원의 전력을 산출한다(S130). 소형풍력발전시스템(1)은 상기 가변된 지령치에 대한 DC링크 전압을 측정하고, 측정된 계통의 전압 및 전류를 기초로 가변된 지령치에 대한 계통의 전력을 산출한다.
이를 통해 소형풍력발전시스템(1)은 상기 산출된 가변된 지령치에 대한 현재의 계통전원에 전달되는 전력을 산출한다.
소형풍력발전시스템(1)은 MPPT 제어를 한다(S140). 소형풍력발전시스템(1)은 초기 또는 이전 전력과 현재 전력의 차이를 기초로 최대전력점을 추종한다. 소형풍력발전시스템(1)은 DC링크 전압을 최적의 전력이 출력되는 값으로 가변하도록 제어부(80)에서 DC링크 지령치를 P&O 알고리즘을 이용하여 제어한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 최대전력점 추종제어를 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 제어부(80)는 DC링크 전압에 대한 지령치를 MPPT 제어로 산출한다. 제어부(80)는 P&O 알고리즘을 이용하여 MPPT 제어를 할 수 있다.
제어부(80)는 상기 MPPT 제어를 하기 단계에 따라 수행할 수 있다.
제1 단계는 풍속의 이전 DC링크 전압과 현재 DC링크 전압의 변동값이 양수이다(S200). 제1 단계는 이전 DC링크 전압과 현재 DC링크 전압을 측정하여 그 변동값이 양수이면, 제2 단계로 이동한다.
만약, 초기에 비교된 DC링크 전압의 변동값이 음수이면 제3 단계로 이동할 수 있다.
제2 단계는 풍속의 이전 전력과 현재 전력의 변동값이 양수이면, 제1 단계로 이동하고, 풍속의 이전 전력과 현재 전력의 변동값이 음수이면 제3 단계로 이동한다(S210).
제2 단계는 이전 전력과 현재 전력의 변동값이 양수이면, DC링크 전압의 지령치에 기 설정된 가중치를 더한다. 상기 가중치는 소형풍력발전시스템이 구동하는 환경에 따라 변동될 수 있다. 제2 단계는 상기 지령치에 가중치를 더하고 제1 단계로 이동한다.
제2 단계는 이전 전력과 현재 전력의 변동값이 음수이면, 제3 단계로 이동한다.
제3 단계는 풍속의 이전 DC링크 전압과 현재 DC링크 전압의 변동값이 음수이다(S220). 제3 단계는 이전 DC링크 전압과 현재 DC링크 전압을 측정하여 그 변동값이 음수이면, 제4 단계로 이동한다.
제4 단계는 풍속의 이전 전력과 현재 전력의 변동값이 양수이면, 제3 단계로 이동하고, 풍속의 이전 전력과 현재 전력의 변동값이 음수이면 제1 단계로 이동한다(S230).
제4 단계는 이전 전력과 현재 전력의 변동값이 양수이면, DC링크 전압의 지령치에 기 설정된 가중치를 뺀다. 상기 가중치는 소형풍력발전시스템이 구동하는 환경에 따라 변동될 수 있다. 제4 단계는 상기 지령치에 가중치를 빼고 제3 단계로 이동한다.
제4 단계는 이전 전력과 현재 전력의 변동값이 음수이면, 제1 단계로 이동한다.
즉, 제어부(80)는 DC링크 전압의 지령치에 대한 변동 부호가 양이면서 전력 변동 부호도 양수이면 이전 동작을 반복 수행하고, DC링크 전압의 지령치에 대한 변동 부호가 음이면서 전력 변동 부호가 양수이면 이전 동작을 반복 수행한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
1: 소형풍력발전시스템 10: 블레이드
20: 영구자석 동기발전기 30: 다이오드 정류기
40: DC링크 커패시터 50: 계통연계 인버터
60: 3상 인덕터 70: 3상 계통전원
80: 제어부

Claims (6)

  1. 영구자석 동기발전기로부터 3상 교류전력을 수신하는 다이오드 정류기;
    상기 다이오드 정류기의 양단과 연결된 DC링크 커패시터;
    상기 DC링크 커패시터의 양단과 연결된 계통연계형 인버터; 및
    상기 계통연계형 인버터와 연결되고, 인입된 풍속의 전력이 최대로 출력되는 DC링크 전압의 지령치를 산출하는 제어부;를 포함하는 계통연계형 인버터의 DC링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 지령치의 변동값 부호가 양수이고 상기 전력의 변동값 부호가 양수이면, 상기 지령치에 가중치를 더하고,
    상기 지령치의 변동값 부호가 양수이고 상기 전력의 변동값 부호가 음수이면, 상기 지령치에 가중치를 빼는 것을 특징으로 하는 계통연계형 인버터의 DC링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 지령치의 변동값 부호가 음수이고 상기 전력의 변동값 부호가 양수이면, 상기 지령치에 가중치를 빼고,
    상기 지령치의 변동값 부호가 음수이고 상기 전력의 변동값 부호가 음수이면, 상기 지령치에 가중치를 더하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 인버터의 DC링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 DC링크 전압을 하기 수학식에 의해 산출하여 최대전력점을 추종하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 인버터의 DC링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전시스템:

    [수학식]
    Figure pat00035

    여기서,
    Figure pat00036
    는 DC링크 전압을 의미하고,
    Figure pat00037
    는 발전기 고정자 권선의 선간전압을 의미한다.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 최대전력점을 도달하면 상기 DC링크 전압을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 인버터의 DC링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전시스템.
  6. 인입된 풍속의 전력을 산출하는 단계;
    기 설정된 DC링크 전압의 지령치를 가변하는 단계;
    상기 가변된 지령치에 따른 전력을 산출하는 단계; 및
    가변되기 이전 전력과 가변된 전력의 변동값을 기초로 계통전원으로 전달되는 전력이 최대가 되도록 DC링크 전압의 지령치를 가변하는 단계;를 포함하는 계통연계형 인버터의 DC링크 전압 가변을 이용한 소형풍력발전 최대전력점 추종제어 방법.


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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180055266A (ko) * 2016-11-16 2018-05-25 부경대학교 산학협력단 전류 리플을 최소화하기 위한 ac-dc 컨버터 장치
KR20180075282A (ko) * 2016-12-26 2018-07-04 엘에스산전 주식회사 고압인버터 전력셀의 직류단 전압 제어장치
KR20200067550A (ko) 2018-12-04 2020-06-12 한국전력공사 대규모 풍력단지 연계 계통 사고시 전압 변조 지수를 활용한 전압 제어 장치, 이의 방법, 및 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체
CN113270885A (zh) * 2021-04-28 2021-08-17 广东电网有限责任公司阳江供电局 一种海上风电直流输电系统
KR20230059324A (ko) * 2021-10-26 2023-05-03 (주)엔사이트 소수력 발전기용 전력변환시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000179446A (ja) * 1998-12-11 2000-06-27 Hiroaki Sano 小型風力発電系統連系システム及びその自動運転用保護装置
KR20070078524A (ko) * 2006-01-27 2007-08-01 엘에스산전 주식회사 태양광 발전 시스템 및 그 제어방법
KR20130002680A (ko) * 2011-06-29 2013-01-08 삼성전기주식회사 계통 연계형 전력변환장치
KR101403556B1 (ko) * 2012-12-03 2014-06-03 청주대학교 산학협력단 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000179446A (ja) * 1998-12-11 2000-06-27 Hiroaki Sano 小型風力発電系統連系システム及びその自動運転用保護装置
KR20070078524A (ko) * 2006-01-27 2007-08-01 엘에스산전 주식회사 태양광 발전 시스템 및 그 제어방법
KR20130002680A (ko) * 2011-06-29 2013-01-08 삼성전기주식회사 계통 연계형 전력변환장치
KR101403556B1 (ko) * 2012-12-03 2014-06-03 청주대학교 산학협력단 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180055266A (ko) * 2016-11-16 2018-05-25 부경대학교 산학협력단 전류 리플을 최소화하기 위한 ac-dc 컨버터 장치
KR20180075282A (ko) * 2016-12-26 2018-07-04 엘에스산전 주식회사 고압인버터 전력셀의 직류단 전압 제어장치
KR20200067550A (ko) 2018-12-04 2020-06-12 한국전력공사 대규모 풍력단지 연계 계통 사고시 전압 변조 지수를 활용한 전압 제어 장치, 이의 방법, 및 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체
CN113270885A (zh) * 2021-04-28 2021-08-17 广东电网有限责任公司阳江供电局 一种海上风电直流输电系统
KR20230059324A (ko) * 2021-10-26 2023-05-03 (주)엔사이트 소수력 발전기용 전력변환시스템

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