KR20160094810A - 풍력발전기 및 풍력발전기의 lvrt 제어 방법 - Google Patents
풍력발전기 및 풍력발전기의 lvrt 제어 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20160094810A KR20160094810A KR1020150016326A KR20150016326A KR20160094810A KR 20160094810 A KR20160094810 A KR 20160094810A KR 1020150016326 A KR1020150016326 A KR 1020150016326A KR 20150016326 A KR20150016326 A KR 20150016326A KR 20160094810 A KR20160094810 A KR 20160094810A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- converter
- torque
- value
- level
- lvrt
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 7
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 5
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/028—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
- F03D7/0284—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power in relation to the state of the electric grid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/028—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
- F03D7/0288—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power in relation to clearance between the blade and the tower, i.e. preventing tower strike
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/04—Automatic control; Regulation
- F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
-
- H02J3/386—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/10—Purpose of the control system
- F05B2270/107—Purpose of the control system to cope with emergencies
- F05B2270/1071—Purpose of the control system to cope with emergencies in particular sudden load loss
- F05B2270/10711—Purpose of the control system to cope with emergencies in particular sudden load loss applying a low voltage ride through method
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05B2270/337—Electrical grid status parameters, e.g. voltage, frequency or power demand
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
본 발명은 풍력발전기 및 풍력발전기의 LVRT 제어 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 컨버터에서 계통 전압의 변화를 감지하는 단계, 계통 전압 강하가 감지되는 경우, 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 1 수치만큼 상승시키는 단계, 전압이 회복되는 경우, 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 2 수치로 감소하여 출력시키는 단계, 전압이 회복되는 경우, 컨버터 제어부가 컨버터의 토크를 제 1 변화량에 따라 제 1 수준으로 상승시키는 단계 및 컨버터의 토크가 제 1 수준까지 상승되는 경우, 상기 컨버터 제어부가 컨버터의 토크를 제 2 변화량에 따라 제 2 수준으로 상승시키는 단계를 포함하는 풍력발전기의 LVRT 제어 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 풍력발전기 및 풍력발전기의 LVRT 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LVRT 상황에서 풍력발전기를 효율적으로 제어하기 위한 제어 방법 및 이러한 제어 방법이 구현된 풍력발전기에 관한 것이다.
풍력은 자연 상태의 무공해 에너지원으로서 대체에너지원 중 가장 경제성이 높은 에너지원이다. 지구온난화에 관한 지속적인 관심과 이를 해결하기 위한 노력의 일환으로 풍력과 같은 신재생 에너지원에 대한 관심이 날로 커지고 있다. 이러한 풍력을 이용하는 발전기는 무한정의 청정에너지인 바람을 동력원으로 하므로 기존의 화석연료나 우라늄 등을 이용한 발전방식과 달리 발열에 의한 열공해나 대기오염 그리고 방사능 누출 등과 같은 문제가 없는 무공해 발전방식이다. 이에 따라 풍력 발전은 현재 가장 유력한 대체 에너지원으로 인정받고 있는 상태이다.
풍력 발전기의 계통 연계기준에 대하여 독일, 아일랜드, 캐나다 등 세계 각국에서는 계통 연계 및 운영 기준을 제시하고 있다.
기존의 계통 연계 기준은 주로 계통 사고 발생 시 전력 변환 장치의 단독운전 방지를 목적으로 하였으나, 최근에는 풍력발전 단지의 규모가 점점 커지면서 계통에 협조적인 형태로 계통 연계 기준이 제시되고 있다. 특히 풍력 발전기의 경우에 계통 저전압 보상(Low Voltage Ride Through : LVRT)을 수행하기 위한 능력이 요구된다.
LVRT로 요구되는 전압 저하 패턴 등과 같은 계통 저전압이 발생한 경우에는 풍력발전기와 전력계통의 접속을 유지하여 풍력 발전을 계속 실시하도록 규격화되고 있다.
이것은 전력계통의 단락 사고 등으로 계통 전압이 순간적으로 저하되어도 소정의 시간 내이면 풍력 발전기를 계통으로부터 떼어내지 않고 사고 회복 후의 전압 회복이나 주파수 변동 회복에 풍력 발전기에서 발생되는 유효 전력뿐만 아니라 무효 전력도 기여시키고자 하는 것이다.
사고 후의 계통 전압을 신속하게 회복하기 위해서는 전력 계통에 무효 전력을 공급하는 것이 중요하다.
본 발명은 초퍼 저항 없이도 LVRT 상황에서 신속하게 풍력발전기를 안정적으로 구동시키는 것을 목적으로 한다.
특히, LVRT 상황에서 유효 및 무효 전력 제어를 통해 신속하게 전압을 안정화 시키고 정상운전상태로 회복시키는 것을 목적으로 한다
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 LVRT 제어 방법은 컨버터에서 계통 전압의 변화를 감지하는 단계, 계통 전압 강하가 감지되는 경우, 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 1 수치만큼 상승시키는 단계, 전압이 회복되는 경우, 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 2 수치로 감소하여 출력시키는 단계, 전압이 회복되는 경우, 컨버터 제어부가 컨버터의 토크를 제 1 변화량에 따라 제 1 수준으로 상승시키는 단계 및 컨버터의 토크가 제 1 수준까지 상승되는 경우, 상기 컨버터 제어부가 컨버터의 토크를 제 2 변화량에 따라 제 2 수준으로 상승시키는 단계를 포함한다. 이 때, 상기 제 1 수치는 컨버터에서 감지한 계통 전압의 강하량에 비례하고, 상기 제 2 수치는 상기 제 1 수치에 비례하며, 일 예로 상기 제 2 수치는 상기 제 1 수치의 10%가 될 수 있다.
한편, 무효 전류를 제 2 수치로 출력시키는 단계는 상기 컨버터의 토크가 상기 제 2 수준으로 상승될 때까지, 상기 제 2 수치의 무효 전류를 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 변화량은 상기 제 2 변화량보다 크고, 상기 제 1 수준은 계통 전압 강하 이전 토크의 85%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기는 컨버터 및 컨버터 제어부를 포함하고, 상기 컨버터는 계통 전압을 감지하는 전압 감지 모듈 및 상기 전압 감지 모듈에서 감지한 계통 전압에 따라 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제어하는 무효 전류 제어 모듈을 포함하고, 상기 컨버터 제어부는 상기 컨버터에서 감지한 계통 전압에 따라, 컨버터의 토크를 제어하는 토크 제어 모듈을 포함하며, 상기 무효 전류 제어 모듈은 계통 전압 강하가 감지되는 경우, 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 1 수치만큼 상승시키고, 계통 전압이 복구되는 경우, 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 2 수치로 감소시킬 수 있다.
이 때, 상기 제 1 수치는 컨버터에서 감지한 계통 전압의 강하량에 비례할 수 있고, 상기 제 2 수치는 상기 제 1 수치에 비례할 수 있으며, 일 예로, 상기 제 2 수치는 상기 제 1 수치의 10%가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 토크 제어 모듈은 계통 전압이 복구되는 경우, 컨버터 제어부가 컨버터의 토크를 제 1 변화량에 따라 제 1 수준으로 상승시키고, 컨버터의 토크가 제 1 수준까지 상승되는 경우, 상기 컨버터 제어부가 컨버터의 토크를 제 2 변화량에 따라 제 2 수준으로 상승시킬 수 있다.
한편, 상기 무효 전류 제어 모듈은 상기 컨버터의 토크가 제 2 수준으로 상승될 때까지 상기 제 2 수치의 무효 전류를 출력할 수 있다. 본 발명에서 상기 제 1 변화량은 상기 제 2 변화량보다 크고, 상기 제 1 수준은, 계통 전압 강하 이전 토크의 85%가 될 수 있다.
상술한 구성에 따르면, LVRT 상황에서 그리드 코드를 충족한 상태에서 풍력발전기의 전압, 무효 전력, 유효 전력을 기존 상태로 회복할 수 있다.
뿐만 아니라, 종래의 풍력발전기 컨버터 내부에 포함되는 초퍼 저항을 생략할 수 있어 풍력발전기를 소형화할 수 있고 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 LVRT 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 종래의 풍력발전기 및 현재의 풍력발전기 내부의 컨버터의 구조를 간략하게 나타낸 그림이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 LVRT 제어 방법이 적용되는 경우, 시간에 따른 계통 전압, 무효 전류, 토크의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명을 검증하기 위해 구축된 시뮬레이션 모형을 나타낸 그림이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 LVRT 제어 방법을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 종래의 풍력발전기 및 현재의 풍력발전기 내부의 컨버터의 구조를 간략하게 나타낸 그림이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 LVRT 제어 방법이 적용되는 경우, 시간에 따른 계통 전압, 무효 전류, 토크의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명을 검증하기 위해 구축된 시뮬레이션 모형을 나타낸 그림이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 LVRT 제어 방법을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 풍력발전기 및 풍력발전기의 LVRT 제어 방법에 대해 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
한편, 어떤 구성 요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, '제 1, 제 2' 등과 같은 표현은, 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용되는 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 LVRT 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 LVRT 제어 방법은 컨버터에서 계통 전압의 변화를 감지하는 단계, 계통 전압 강하(voltage dip)가 감지되는 경우, 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 1 수치만큼 상승시키는 단계, 전압이 회복되는 경우, 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 2 수치로 감소시키는 단계, 전압이 회복되는 경우, 컨버터 제어부가 컨버터의 토크를 제 1 변화량에 따라 제 1 수준으로 상승시키는 단계 및 컨버터의 토크가 제 1 수준까지 상승되는 경우, 상기 컨버터 제어부가 컨버터의 토크를 제 2 변화량에 따라 제 2 수준으로 상승시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 LVRT 발생 시 컨버터의 무효 전류를 제어하고, 동시에 컨버터의 토크를 다단으로 제어하여 LVRT에 대처하는 방법에 관한 것이다.
종래에는 LVRT 발생시 풍력발전기 내 로터의 과도한 회전에 의해 발생되는 전력을 소모시키기 위하여, 컨버터 내에 초퍼 저항을 구비하였다. 초퍼 저항 및 스위치를 포함하는 종래의 풍력발전기 컨버터 구조가 도 2의 (a)에 나타나 있다. 종래에는 상술한 초퍼 저항에 의해 과전류가 소모됨으로써 컨버터에 영향을 미치지 않아 LVRT 상황에 대처할 수 있었다.
종래의 방식은 초퍼 저항에 의해 과전류를 소모시키는 과정에서 초퍼 저항에 과도한 열이 발생하는 문제가 발생하며, 이는 고온 지역에서의 설치를 어렵게 한다. 게다가, 초퍼 저항 자체의 크기가 상당히 커서 컨버터 내부에 상당한 공간을 초퍼 저항 설치를 위해 확보해야 했다. 이는 결국 컨버터 및 풍력발전기의 크기가 커지는 문제로 작용하였다.
그러나 본 발명은 종래와는 달리 초퍼 저항을 생략하고, 컨버터의 무효 전류 및 토크를 제어하여 LVRT 상황에 따른 제어를 실시한다. 이하에서 특히 도 3의 그래프를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 방법을 구체적으로 살펴본다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 LVRT 제어 방법이 적용되는 경우, 시간에 따른 계통 전압, 무효 전류, 토크의 변화를 나타낸 그래프이다. 첫 번 째 그래프가 계통 전압에 대한 그래프, 두 번 째 그래프가 무효 전류에 대한 그래프, 세 번 째 그래프가 토크(유효 전력)에 관한 그래프이다.
계통의 사고로 인하여 계통 전압이 하강(t1)하면, 컨버터는 이러한 계통 전압의 변화를 감지한다. 전압을 감지하기 위한 별도의 수단이 구비될 수도 있고, 계통 전압의 크기에 따라 컨버터의 동작이 달라지는 점을 이용하여 전압 변화를 감지할 수도 있다. 첫 번 째 그래프에서 시간 t1에 전압이 하강한 상태가 계통 전압 강하(voltage dip)를 나타낸다. 이를 감지한 컨버터는 무효 전류를 제 1 수치만큼 상승하여 시킨다. 이는 두 번 째 그래프에서 시간 t1에 무효 전류가 특정 레벨만큼 상승한 것으로부터 확인할 수 있다. LVRT 발생 시 컨버터의 무효 전류를 상승시켜 출력함으로써 LVRT에 1차적으로 대처할 수 있게 된다.
컨버터에서 무효 전류가 출력되고 계통이 안정되어, 계통 전압이 LVRT 이전 수준으로 회복되면(첫 번 째 그래프의 시간 t2에서 계통 전압이 이전 수준으로 회복함), 본 발명에서는 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 2 수치로 감소시켜 출력한다. 이 때, 무효 전류 출력을 중단하는 것이 아니라 제 2 수치로 감소시켜 출력하고, 후술할 컨버터 토크 제어를 실시함으로써, 풍력발전기를 안정적으로 구동할 수 있다.
도 3의 그래프에서 t2부터 제 2 수치에 따라 컨버터의 무효 전류 출력을 제어하면서, 동시에 컨버터의 토크를 제어한다. 컨버터 제어부는 컨버터의 토크를 제 1 변화량에 따라 제 1 수준까지 상승시킨다. 이는 도 3의 세 번 째 그래프에서, t2에서 t3 동안 급격하게 상승하는 것으로부터 확인할 수 있다. 계통 전압 하락이 발생하여 LVRT 상황에 진입하였다가, 전압이 회복되어 다시 일반적인 발전 상황(normal mode)으로 전환(t2)되는 경우, 컨버터의 토크를 제어하여 전기를 생산하는데, 본 발명은 단계적으로 토크를 상승시켜 발전기의 출력이 안정적으로 증가하고, 계통에 불필요한 영향을 미치지 않도록 한다.
특히, 토크 제어를 단계적으로 함에 있어서, 제 1 수준까지는 제 1 변화량에 따라, 제 2 수준까지는 제 2 변화량에 따라 토크를 증가시킨다. 기존에는 토크를 LVRT 이전 레벨까지 일정하게 상승시켰는데, 이 경우, 토크가 LVRT 이전 레벨에 가까워지면서 오히려 LVRT 이전 레벨을 초과한 후 요동치는(fluctuation) 문제가 발생하였다. 즉, 토크의 변화가 LVRT 이전 레벨로 안정화되기 위해서는 LVRT 시간 외에 위 요동이 감소되어 사라지는 시간이 더 소요되었다. 그러나 본 발명은 토크를 단계적으로 제어함으로써 위와 같은 LVRT 이전 레벨 근방에서 요동하는 것을 방지한다.
보다 상세하게 살펴보면, 토크는 제 1 수준 까지는 급격하게 증가시킨다. 구체적으로는 제 1 변화량에 따라 증가시킨다. LVRT 이전 수준과 동일하지는 않으나, 근접한 수준(제 1 수준)까지 토크를 급격히 증가시켜, 짧은 시간 안에 전기를 생산할 수 있도록 한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 수준은, LVRT 발생 이전 토크의 85% 내외가 될 수 있다. 85% 내외로 제 1 변화량에 따라 급격히 토크를 증가시킴으로써 신속히 풍력발전을 재개할 수 있으며, 발전기 속도 증가로 인해 전력 생산량은 LVRT 이전과 동일하게 복원되는 효과가 있다.
제 1 수준에 다다른 이후에는 토크를 제 2 변화량에 따라 제 2 수준으로 상승시킨다. 이 때, 제 2 변화량은 제 1 변화량보다 작다. 즉, 제 1 수준까지는 짧은 시간 동안 급격하게 토크를 증가시키고, 제 1 수준 이후에는 좀 더 완만하게 토크를 증가시킨다. 이로써, 토크가 LVRT 수준을 넘어서 요동치는 것을 방지할 수 있으며 그 결과, 풍력발전기를 안정적으로 구동할 수 있다.
본 발명에서 제 2 변화량에 따라 토크를 제어하는 것은, 토크가 LVRT 이전 수준으로 회복되는 때(t4)까지 진행한다. 이로써 풍력발전기가 LVRT 이전 상태로 안정적으로 회복할 수 있다. 뿐만 아니라, 상술한 방식에 따르는 경우, 그리드 코드에서 정해 놓은 조건을 만족하였다(상세한 내용은 후술한다.)
본 발명의 일 실시예에서 계통 전압 강하시 컨버터에서 출력되는 무효 전류 중 제 1 수치는 계통 전압의 강하량에 비례한다. 즉, 계통 전압이 많이 하강할수록 더 많은 무효 전류를 출력하여, 계통 사고에 대응한다. 이로써, 풍력발전기 내의 제너레이터가 고속 회전하는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서 계통 전압 복구 후 컨버터에서 일정시간 동한 출력되는 무효 전류의 제 2 수치는 상기 제 1 수치에 비례하며, 일 예로, 10% 내외로 제 2 수치에 따라 무효 전류를 출력하는 경우, 그리드 코드를 충족할 수 있다. 단, 본 발명에서 10%는 10%와 실질적으로 균등하다고 볼 수 있는 오차 범위까지를 포함하는 것으로 보아야 한다.
본 발명의 다른 실시예에서 무효 전류를 제 2 수치로 출력시키는 단계는, 컨버터의 토크가 상기 제 2 수준으로 상승될 때까지 수행할 수 있다. 도 3의 그래프에서 t3 ~ t4의 시간 동안 제 2 수치로 무효 전류를 출력하는 것이다. 이로써, 제 2 수치의 무효 전류에 의해 풍력발전기의 토크 회복에 기여할 수 있다.
이하에서는 상술한 LVRT 제어 방법을 수행하는 풍력발전기를 살펴본다. 풍력발전기 내에는 블레이드, 로터, 스테이터, 제너레이터, 컨버터를 비롯한 수많은 구성이 포함된다. 그 중에서 본 발명의 제어 방법과 관련된 구성에 대해 중점적으로 살펴본다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기는 컨버터 및 컨버터 제어부를 포함하고, 컨버터는 계통 전압을 감지하는 전압 감지 모듈 및 상기 전압 감지 모듈에서 감지한 계통 전압에 따라 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제어하는 무효 전류 제어 모듈을 포함한다. 한편, 컨버터 제어부는 상기 컨버터에서 감지한 계통 전압에 따라, 컨버터의 토크를 제어하는 토크 제어 모듈을 포함한다. 이 때, 본 발명의 무효 전류 제어 모듈은 계통 전압 강하가 감지되는 경우, 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 1 수치만큼 상승시키고, 전압이 회복되는 경우, 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 2 수치로 감소시킨다.
본 발명은 계통 전압을 감지하고, LVRT 발생 시 무효 전류를 제어하는 컨버터 및 상기 컨버터의 상태에 따라 컨버터에 제어 명령을 전송하여 컨버터의 토크 등이 제어되도록 하는 컨버터 제어부를 포함한다.
컨버터가 계통 전압 하강을 감지하면, 예를 들어 CAN 통신과 같은 풍력발전기 내부 통신 방식을 이용하여 계통 전압 하강을 컨버터 제어부에 알린다. 컨버터 제어부는 LVRT에 따라 풍력발전기를 LVRT 모드로 동작시키기 위한, 전류/토크 명령을 컨버터로 제공하고, 본 발명의 컨버터는 컨버터 제어부로부터 수신한 명령에 따라 무효 전류 및 토크를 제어한다.
컨버터 제어부의 명령에 따라 컨버터는 계통 전압 강하가 감지되는 경우 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 1 수치만큼 상승시키고, 전압이 회복되는 경우 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 2 수치로 감소하여 출력시킨다. 이 때, 전압이 회복되는 경우 컨버터는 컨버터 제어부의 제어에 따라 토크를 제 1 변화량에 따라 제 1 수준으로 상승시키고, 컨버터의 토크가 제 1 수준까지 상승되는 경우 토크를 제 2 변화량에 따라 제 2 수준으로 상승시킨다. 컨버터 제어부 및 컨버터의 동작에 따라 LVRT 제어가 이루어지는 상세한 과정은 앞서 도 2 및 도 3을 통해 살펴본 바 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력발전기는, 컨버터에서 감지한 계통 전압의 강하량에 비례하도록 제 1 수치만큼 무효 전류를 출력시킬 수 있으며, 한편 컨버터에서 출력하는 무효 전류의 제 2 수치는 제 1 수치에 비례할 수 있다. 일 예로 제 2 수치가 제 1 수치의 10% 내외로 설정되는 경우, 그리드 코드를 만족시킬 수 있다.
한편, 상술한 토크 제어 모듈은 전압이 회복되는 경우, 컨버터 제어부가 컨버터의 토크를 제 1 변화량에 따라 제 1 수준으로 상승시키고, 컨버터의 토크가 제 1 수준까지 상승되는 경우, 상기 컨버터 제어부가 컨버터의 토크를 제 2 변화량에 따라 제 2 수준으로 상승시킨다. 이와 같이 컨버터의 토크를 단계적으로 상승시키는 경우, 풍력발전기의 토크가 LVRT 이전 수준 이상으로 요동치는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 제 1 변화량은 제 2 변화량보다 크고, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 수준은 계통 전압 강하 이전 토크의 85% 내외가 될 수 있다.
한편, 상술한 토크 제어를 실시함에 있어서, 무효 전류 제어 모듈은 컨버터 토크가 제 2 수준으로 상승될 때까지 제 2 수치로 무효 전류를 출력할 수 있다.
도 4는 본 발명을 검증하기 위해 구축된 시뮬레이션 모형을 나타낸 그림이고, 도 5 및 도 6은 상기 시뮬레이션 모형에서 본 발명의 풍력발전기의 LVRT 제어 방법을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5의 첫 번 째 그래프는 전압, 두 번 째 그래프는 무효 전류, 세 번 째 그래프는 무효 전력, 네 번 째 그래프는 유효 전력에 관한 그래프이다.
본 시뮬레이션에서는 약 17초 경에 LVRT 상황을 발생시켰다. 첫 번 째 그래프에서 전압이 급격히 하강하는 것을 볼 수 있다. 이에 따라 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 1 수치로 상승시켜 출력하였다. 그 결과, 500ms 내에 전압이 회복되는 것을 확인할 수 있었다. 전압 회복 후 무효 전류를 제 2 수치로 감소하여 출력시키는 경우, 세 번 째 그래프인 무효 전력 그래프에서, 무효 전력이 급격히 증가하지 않고 일정한 수준을 유지하여, LVRT 상황에 효율적으로 대응할 수 있음을 확인할 수 있었다.
한편, 세 번 째, 네 번 째 그래프를 함께 살펴보면 전압이 회복된 이후에 단계적인 토크 제어를 실시함으로써 유효 전력(또는 토크)이 LVRT 상태 이전(17초 이전)을 초과하여 요동치지 않고, 안정적으로 회복하며, 무효 전력이 안정화되고 유효 전력이 회복되는 데에 소요되는 시간도 4초 내외로, 그리드 코드에서 규정한 범위를 충족하는 것을 확인할 수 있었다.
도 6의 그래프는 LVRT 발생 이전의 풍력발전기의 출력이 정격 출력의 30% 이하인 경우에 진행한 시뮬레이션 결과이다(도 6의 네 번 째 그래프를 보면, LVRT 이후에도 유효 전력이 0.3pu(per unit)임을 볼 수 있다. 이와 같은 상황에서도 LVRT 상황 개시 후 500ms 내에 전압을 회복하고 5s 이내에 무효 전력 및 유효 전력이 안정화되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것으로 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 수정, 변경, 부가가 가능한 부분까지 본 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
Claims (15)
- 컨버터에서 계통 전압의 변화를 감지하는 단계;
계통 전압 강하가 감지되는 경우, 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 1 수치만큼 상승시키는 단계;
전압이 회복되는 경우, 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 2 수치로 감소하여 출력시키는 단계;
전압이 회복되는 경우, 컨버터 제어부가 컨버터의 토크를 제 1 변화량에 따라 제 1 수준으로 상승시키는 단계; 및
컨버터의 토크가 제 1 수준까지 상승되는 경우, 상기 컨버터 제어부가 컨버터의 토크를 제 2 변화량에 따라 제 2 수준으로 상승시키는 단계;
를 포함하는 풍력발전기의 LVRT 제어 방법
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 수치는 컨버터에서 감지한 계통 전압의 강하량에 비례하는 풍력발전기의 LVRT 제어 방법
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 2 수치는 상기 제 1 수치에 비례하는 풍력발전기의 LVRT 제어 방법
- 청구항 3에 있어서,
상기 제 2 수치는 상기 제 1 수치의 10%인 풍력발전기의 LVRT 제어 방법
- 청구항 3에 있어서, 무효 전류를 제 2 수치로 출력시키는 단계는
상기 컨버터의 토크가 상기 제 2 수준으로 상승될 때까지, 상기 제 2 수치의 무효 전류를 출력하는 풍력발전기의 LVRT 제어 방법
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 변화량은 상기 제 2 변화량보다 큰 풍력발전기의 LVRT 제어 방법
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 수준은, 계통 전압 강하 이전 토크의 85%인 풍력발전기의 LVRT 제어 방법
- 컨버터 및 컨버터 제어부를 포함하는 풍력발전기에 있어서,
상기 컨버터는
계통 전압을 감지하는 전압 감지 모듈; 및
상기 전압 감지 모듈에서 감지한 계통 전압에 따라 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제어하는 무효 전류 제어 모듈;
을 포함하고,
상기 컨버터 제어부는
상기 컨버터에서 감지한 계통 전압에 따라, 컨버터의 토크를 제어하는 토크 제어 모듈을 포함하며,
상기 무효 전류 제어 모듈은 계통 전압 강하가 감지되는 경우, 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 1 수치만큼 상승시키고, 계통 전압이 복구되는 경우, 컨버터에서 출력되는 무효 전류를 제 2 수치로 감소시키는 풍력발전기
- 청구항 8에 있어서,
상기 제 1 수치는 컨버터에서 감지한 계통 전압의 강하량에 비례하는 풍력발전기
- 청구항 8에 있어서,
상기 제 2 수치는 상기 제 1 수치에 비례하는 풍력발전기
- 청구항 10에 있어서,
상기 제 2 수치는 상기 제 1 수치의 10%인 풍력발전기
- 청구항 8에 있어서, 상기 토크 제어 모듈은
계통 전압이 복구되는 경우, 컨버터 제어부가 컨버터의 토크를 제 1 변화량에 따라 제 1 수준으로 상승시키고,
컨버터의 토크가 제 1 수준까지 상승되는 경우, 상기 컨버터 제어부가 컨버터의 토크를 제 2 변화량에 따라 제 2 수준으로 상승시키는 풍력발전기
- 청구항 12에 있어서, 상기 무효 전류 제어 모듈은
상기 컨버터의 토크가 제 2 수준으로 상승될 때까지 상기 제 2 수치의 무효 전류를 출력하는 풍력발전기
- 청구항 8에 있어서,
상기 제 1 변화량은 상기 제 2 변화량보다 큰 풍력발전기
- 청구항 8에 있어서,
상기 제 1 수준은, 계통 전압 강하 이전 토크의 85%인 풍력발전기
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150016326A KR101701293B1 (ko) | 2015-02-02 | 2015-02-02 | 풍력발전기 및 풍력발전기의 lvrt 제어 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150016326A KR101701293B1 (ko) | 2015-02-02 | 2015-02-02 | 풍력발전기 및 풍력발전기의 lvrt 제어 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160094810A true KR20160094810A (ko) | 2016-08-10 |
| KR101701293B1 KR101701293B1 (ko) | 2017-02-01 |
Family
ID=56713396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150016326A KR101701293B1 (ko) | 2015-02-02 | 2015-02-02 | 풍력발전기 및 풍력발전기의 lvrt 제어 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101701293B1 (ko) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106300371A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-04 | 武汉理工大学 | 一种绕线式无刷双馈风力发电机组的低电压穿越方法 |
| CN106300415A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-04 | 武汉理工大学 | 一种无刷双馈风力发电机组组合的低电压穿越方法 |
| KR101709972B1 (ko) * | 2015-08-26 | 2017-02-24 | 전자부품연구원 | 다종 풍력 터빈들로 구성된 풍력 단지 제어 시스템 및 방법 |
| KR101951117B1 (ko) * | 2017-09-06 | 2019-02-21 | 한양대학교 산학협력단 | 풍력 발전용 제어 시스템 |
| CN110649647A (zh) * | 2019-08-23 | 2020-01-03 | 广东电网有限责任公司 | 基于配网对称故障下无功电流边界条件的光伏逆变器低电压穿越控制 |
| KR20200115372A (ko) * | 2019-03-29 | 2020-10-07 | 인천대학교 산학협력단 | 컨센서스를 기반한 마이크로그리드 분산 제어 장치 |
| KR20220087026A (ko) * | 2020-12-17 | 2022-06-24 | 인천대학교 산학협력단 | 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 ｌｖｒｔ 제어 시스템 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090053009A (ko) * | 2007-11-22 | 2009-05-27 | 주식회사 플라스포 | 계통 저전압 보상 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 풍력발전기 |
| KR20120113340A (ko) * | 2011-04-05 | 2012-10-15 | 주식회사 메가베스 | 풍력발전기의 저전압수용운전 장치 및 방법 |
| JP2014050162A (ja) * | 2012-08-30 | 2014-03-17 | Hitachi Ltd | 風力発電用変換装置、風力発電用制御装置及び風力発電用変換装置の制御方法 |
| US20140078229A1 (en) | 2012-09-14 | 2014-03-20 | The Procter & Gamble Company | Ink jet delivery system comprising an imporved perfume mixture |
| KR20140078229A (ko) * | 2012-12-17 | 2014-06-25 | 대우조선해양 주식회사 | 계통 저전압시 해상 풍력발전기의 무효전력 보상방법 |
-
2015
- 2015-02-02 KR KR1020150016326A patent/KR101701293B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090053009A (ko) * | 2007-11-22 | 2009-05-27 | 주식회사 플라스포 | 계통 저전압 보상 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 풍력발전기 |
| KR20120113340A (ko) * | 2011-04-05 | 2012-10-15 | 주식회사 메가베스 | 풍력발전기의 저전압수용운전 장치 및 방법 |
| JP2014050162A (ja) * | 2012-08-30 | 2014-03-17 | Hitachi Ltd | 風力発電用変換装置、風力発電用制御装置及び風力発電用変換装置の制御方法 |
| US20140078229A1 (en) | 2012-09-14 | 2014-03-20 | The Procter & Gamble Company | Ink jet delivery system comprising an imporved perfume mixture |
| KR20140078229A (ko) * | 2012-12-17 | 2014-06-25 | 대우조선해양 주식회사 | 계통 저전압시 해상 풍력발전기의 무효전력 보상방법 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101709972B1 (ko) * | 2015-08-26 | 2017-02-24 | 전자부품연구원 | 다종 풍력 터빈들로 구성된 풍력 단지 제어 시스템 및 방법 |
| CN106300371A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-04 | 武汉理工大学 | 一种绕线式无刷双馈风力发电机组的低电压穿越方法 |
| CN106300415A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-04 | 武汉理工大学 | 一种无刷双馈风力发电机组组合的低电压穿越方法 |
| KR101951117B1 (ko) * | 2017-09-06 | 2019-02-21 | 한양대학교 산학협력단 | 풍력 발전용 제어 시스템 |
| KR20200115372A (ko) * | 2019-03-29 | 2020-10-07 | 인천대학교 산학협력단 | 컨센서스를 기반한 마이크로그리드 분산 제어 장치 |
| CN110649647A (zh) * | 2019-08-23 | 2020-01-03 | 广东电网有限责任公司 | 基于配网对称故障下无功电流边界条件的光伏逆变器低电压穿越控制 |
| KR20220087026A (ko) * | 2020-12-17 | 2022-06-24 | 인천대학교 산학협력단 | 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 ｌｖｒｔ 제어 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101701293B1 (ko) | 2017-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101701293B1 (ko) | 풍력발전기 및 풍력발전기의 lvrt 제어 방법 | |
| AU2008331349B2 (en) | Wind turbine generator system | |
| IS8414A (is) | Aðferð til að stjórna vindhverfli við röskun á raforkukerfinu | |
| CN103717887B (zh) | 风电场中的风力涡轮机的停机方法 | |
| TW201340534A (zh) | 操作一合倂循環發電廠之方法及合倂循環發電廠 | |
| CN1904327A (zh) | 燃气涡轮机控制装置 | |
| JP5627529B2 (ja) | 風力発電装置の制御装置、風力発電装置、ウインドファーム、及び風力発電装置の制御方法 | |
| WO2009049822A3 (de) | Windenergieanlagen mit regelung für netzfehler und betriebsverfahren hierfür | |
| KR20150143848A (ko) | 전기 공급 계통 내로 전력의 피딩 방법 | |
| CN106968886A (zh) | 一种风电机组的紧急收桨方法 | |
| CN109154275B (zh) | 在异常电网事件期间运行风力涡轮机发电机 | |
| CN103732914B (zh) | 风力涡轮机操作方法及其控制器 | |
| AU2014257841B2 (en) | Wind park and method for controlling a wind park | |
| JP2012217290A5 (ko) | ||
| CN104806448A (zh) | 基于风速预测的风力发电机再切入控制方法 | |
| JP6138341B2 (ja) | 風力発電装置、並びに風力発電装置を運転する方法 | |
| JP5808782B2 (ja) | 火力発電プラントの動作方法および火力発電プラント | |
| CN107630785B (zh) | 一种多种工况下的风电机组保护控制系统 | |
| CN108291525B (zh) | 电网故障后恢复期间风力涡轮机的控制 | |
| EP3703213A1 (en) | System and method for operating a hybrid energy facility having multiple power sources | |
| JPWO2012056570A1 (ja) | 風力発電装置の制御装置、ウインドファーム、及び風力発電装置の制御方法 | |
| JP5921356B2 (ja) | 水力発電システム | |
| Liu et al. | Frequency trajectory planning-based transient frequency regulation strategy for wind turbine systems | |
| CN102619686A (zh) | 一种具有低电压穿越能力的新型变桨控制装置及控制方法 | |
| Visser | Real-world development challenges of the Clarkson University 3 meter ducted wind turbine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200102 Year of fee payment: 4 |