KR20220087026A - System for Controlling Low Voltage Ride Through of Offshore Wind Farms Considering High Temperature Superconducting Cable - Google Patents

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KR20220087026A
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Abstract

초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템은 고장 전류를 감지하여 MSC와 GSC의 고장 전류를 동시에 감소시켜 초전도 케이블의 온도 상승을 방지할 수 있다.
본 발명은 초전도 케이블을 고려한 LVRT 제어 방법을 적용할 수 있는 효과가 있고, HTS 케이블에 의해 그리드에 연결된 풍력 발전 단지의 LVRT 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.The LVRT control system of the wind farm considering the superconducting cable detects the fault current and reduces the fault current of the MSC and the GSC at the same time to prevent the temperature rise of the superconducting cable.
The present invention has the effect of applying the LVRT control method considering the superconducting cable, and has the effect of improving the LVRT performance of the wind farm connected to the grid by the HTS cable.

Description

초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 ＬＶＲＴ 제어 시스템{System for Controlling Low Voltage Ride Through of Offshore Wind Farms Considering High Temperature Superconducting Cable}LLV control system of wind farm considering superconducting cable {System for Controlling Low Voltage Ride Through of Offshore Wind Farms Considering High Temperature Superconducting Cable}

본 발명은 LVRT 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고장 전류를 감지하여 MSC와 GSC의 고장 전류를 동시에 감소시켜 초전도 케이블의 온도 상승을 방지하는 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an LVRT control system, and more particularly, to an LVRT control system for a wind farm considering a superconducting cable that detects a fault current and reduces the fault current of MSC and GSC at the same time to prevent a temperature rise of the superconducting cable will be.

고온 초전도(High Temperature Superconducting, HTS) 케이블은 고전력 용량, 저전압 작동, 저임피던스, 통합 고장 전류 제한기와 같은 기존 케이블에 비해 다양한 이점을 제공하여 컴팩트한 크기와 고효율인 HTS 케이블이 대용량을 운반할 수 있도록 한다.High Temperature Superconducting (HTS) cables offer a number of advantages over conventional cables such as high power capacity, low voltage operation, low impedance, and integrated fault current limiter, allowing HTS cables to carry large volumes with their compact size and high efficiency. .

HTS 케이블은 추가 변전소 건설이 불가능한 고부하 영역에 주로 사용된다.HTS cables are mainly used in high-load areas where construction of additional substations is not possible.

HTS 케이블의 또 다른 용도는 전송 용량 한계에 도달한 두 개의 기존 변전소를 연결하여 전력 전송 기능을 향상시킨다.Another use of HTS cables is to improve power transmission by connecting two existing substations that have reached their transmission capacity limits.

해상 풍력의 그리드 연결을 위한 HTS 케이블의 사용이 제안되었다. 해상 풍력 단지의 고전압 직류(High Voltag Direct Currect, HVDC) 전송에 사용되는 DC HTS 케이블은 전압 안정성과 효율성을 향상시키는 이점을 제공한다.The use of HTS cables for grid connection of offshore wind power has been proposed. DC HTS cables used for high voltage direct current (HVDC) transmission in offshore wind farms offer the advantage of improved voltage stability and efficiency.

LVRT 제어 전략에 따라 HTS 케이블의 작동은 저전압 조건에서 과도 전류의 영향을 받을 수 있다. HTS 케이블의 급냉은 과도 전류가 임계 전류보다 높을 때 발생하여 초전도 상태가 손실되고 케이블 온도가 상승한다.Depending on the LVRT control strategy, the operation of HTS cables may be subject to transients under low voltage conditions. The quenching of HTS cables occurs when the transient current is higher than the threshold current, resulting in a loss of superconducting state and an increase in cable temperature.

온도 상승이 심하면 초전도 상태를 회복하는데 오랜 시간이 걸린다. 이는 풍력 발전 단지 운영에 부정적인 영향을 미친다.If the temperature rises sharply, it takes a long time to recover the superconducting state. This negatively affects the operation of wind farms.

해상 풍력 단지의 개발은 육상 설치를 위한 토지 가용성 제한으로 인해 더 많은 관심을 받고 있다. 대용량 풍력을 유틸리티 그리드에 전달하는 세 가지 기술이 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 고전압 직류(HVDC) 전송 시스템은 풍력을 장기 전송에 적합한 유틸리티 그리드로 전송하는데 사용되고, 고전압 대체 전류(HVAC) 전송 시스템은 단거리에 적합한 솔루션이다.The development of offshore wind farms is receiving more attention due to limited land availability for onshore installations. There are three technologies for delivering large-capacity wind power to the utility grid. As shown in FIG. 1 , a high voltage direct current (HVDC) transmission system is used to transmit wind power to a utility grid suitable for long-term transmission, and a high voltage alternative current (HVAC) transmission system is a suitable solution for short distances.

HVDC 전송의 높은 자본 비용과 HVAC 전송의 고전력 손실은 기존의 그리드 연결 방법의 한계가 될 수 있다. 초전도 기술의 빠른 발전과 함께 HTS 케이블의 사용은 저전압 수준에서 단거리에 대용량 풍력을 전송하는 유리한 방법이다. HTS 케이블은 전력 손실이 적은 기존 케이블보다 훨씬 더 높은 전력을 전송할 수 있다. HTS 케이블의 낮은 임피던스는 전력 손실을 줄일뿐 만 아니라 연결된 전력 시스템의 전압 프로파일을 개선한다.The high capital cost of HVDC transmission and the high power dissipation of HVAC transmission can be limitations of conventional grid connection methods. With the rapid development of superconducting technology, the use of HTS cables is an advantageous way to transmit large-capacity wind power over short distances at low voltage levels. HTS cables can transmit much higher power than conventional cables with less power loss. The low impedance of HTS cables not only reduces power dissipation, but also improves the voltage profile of the connected power system.

도 1은 종래의 해상 풍력 발전 단지를 유틸리티 그리드에 연결은 3가지 형태를 나타낸 도면이다.1 is a view showing three types of connection of a conventional offshore wind farm to a utility grid.

풍력 발전 단지를 유틸리티 그리드에 연결은 (a) 고전압 직류(HVDC) 전송이고, (b) 고전압 대체 전류(HVAC) 전송이며, (c) 고온 초전도(HTS) 케이블이다.The connection of the wind farm to the utility grid is (a) high voltage direct current (HVDC) transmission, (b) high voltage alternative current (HVAC) transmission, and (c) high temperature superconducting (HTS) cables.

도 2는 종래의 풍력 터빈 발전기의 LVRT(Low Voltage Ride Through)의 크로바(저항)를 통한 전압 보호를 나타낸 도면이다.2 is a view showing voltage protection through a crowbar (resistor) of a conventional LVRT (Low Voltage Ride Through) of a wind turbine generator.

도 2에 도시된 바와 같이, 고전력 저항과 BTB 컨버터의 DC 링크 커패시터와 병렬로 연결된 스위치로 구성된 크로바(Crowbar) 보호를 사용하는 LVRT 제어 방법의 일반적인 구성을 보여준다.As shown in Fig. 2, it shows a general configuration of an LVRT control method using a crowbar protection consisting of a high-power resistor and a switch connected in parallel with the DC link capacitor of the BTB converter.

계통측에서 전압 오류가 발생되면, 크로바를 태워버려 풍력 터빈 발전기(WTG)의 초과 유효 전력을 고전력 저항기에서 소멸된다.When a voltage error occurs on the grid side, the crowbar is burned and the excess active power of the wind turbine generator (WTG) is dissipated in the high power resistor.

그러나 이러한 LVRT 제어 방법은 전압 복구를 원위치로 컨트롤하기 어려운 문제점이 있다.However, this LVRT control method has a problem in that it is difficult to control the voltage recovery to the original position.

도 3은 종래의 풍력 터빈 발전기의 LVRT 제어 방법을 나타낸 도면이다.3 is a view showing a conventional LVRT control method of a wind turbine generator.

MSC 컨트롤러는 WTG의 LVRT 작동을 개선하기 위해 부하 해제 기술로 설계된다. MSC의 q 축 전류 기준은 드룹(Droop) DC 링크 전압에 곱해진다.The MSC controller is designed with unloading technology to improve the LVRT operation of the WTG. The MSC's q-axis current reference is multiplied by the droop DC link voltage.

DC 링크 전압이 증가되면 기준 전류는 감소하여 오류 상태 동안 발전기측 전력과 DC 링크 전압이 감소된다.As the DC link voltage increases, the reference current decreases, reducing generator-side power and DC link voltage during fault conditions.

그러나 LVRT 제어 방법은 디로딩(De Loading) 방식으로 MSC의 전류를 읽어와 MPPT 운전 제어를 수행하여 전류를 감소시키므로 응답 속도가 너무 느려 전압 제어가 용이하지 않는 단점이 있다.However, the LVRT control method reads the current of the MSC in a de-loading method and reduces the current by performing MPPT operation control, so the response speed is too slow, making it difficult to control the voltage.

도 2 및 도 3과 같은 LVRT 제어 방법은 풍력 발전 단지와 유틸리티 그리드의 연결에 초전도 케이블을 적용하는 경우, 온도에 민감하여 고장 전류를 신속하게 줄여야 한다.The LVRT control method as shown in FIGS. 2 and 3 is sensitive to temperature when a superconducting cable is applied to the connection between the wind farm and the utility grid, so that the fault current must be quickly reduced.

그러나 종래의 LVRT 제어 방법은 고장 전류가 발생하면, DC 링크에 전력이 누적되면서 초전도 케이블의 온도를 상승시키는 문제점이 있으므로 초전도 케이블을 풍력 터빈 발전기에 적용하지 못한다.However, the conventional LVRT control method cannot apply the superconducting cable to a wind turbine generator because there is a problem in that, when a fault current occurs, power is accumulated in the DC link and the temperature of the superconducting cable is increased.

한국 등록특허번호 제10-1701293호Korean Patent No. 10-1701293

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 고장 전류를 감지하여 MSC와 GSC의 고장 전류를 동시에 감소시켜 초전도 케이블의 온도 상승을 방지하는 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve this problem, the present invention provides an LVRT control system for a wind farm in consideration of a superconducting cable that detects a fault current and reduces the fault current of the MSC and the GSC at the same time to prevent the temperature rise of the superconducting cable. There is this.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템은,The LVRT control system of the wind farm in consideration of the superconducting cable according to the features of the present invention for achieving the above object,

발전기측 컨버터(Machine Side Converter, MSC)에 전기적으로 연결되어 유효전력 제어신호와 무효전력 제어신호를 상기 MSC로 전송하여 상기 MSC의 유효전력과 무효전력을 제어하는 MSC 전류 제어기;an MSC current controller electrically connected to a generator side converter (MSC) to transmit an active power control signal and a reactive power control signal to the MSC to control the active power and reactive power of the MSC;

입력단이 비례 적분(Proportional Intergral, PI) 레귤레이터와, 최대 전력점 추적(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터에 연결되고, 출력단이 상기 MSC 전류 제어기에 연결되는 LVRT(Low Voltage Ride Through) 스위치;An input terminal is connected to a proportional integral (PI) regulator and an MPPT converter performing Maximum Power Point Tracking (MPPT) control, and an output terminal is connected to the MSC current controller. Low Voltage Ride Through (LVRT) ) switch;

계통측 컨버터(Grid Side Converter, GSC)에 전기적으로 연결되어 유효전력 제어신호와 무효전력 제어신호를 상기 GSC로 전송하여 상기 GSC의 유효전력과 무효전력을 제어하는 GSC 전류 제어기;a GSC current controller electrically connected to a grid side converter (GSC) to transmit an active power control signal and a reactive power control signal to the GSC to control the active power and reactive power of the GSC;

상기 GSC 전류 제어기에 전기적으로 연결되고, 입력되는 DC 링크 전압을 제어하여 상기 GSC 전류 제어기의 DC 링크를 제어하는 DC 링크 전압 컨트롤러; 및a DC link voltage controller electrically connected to the GSC current controller and controlling the DC link of the GSC current controller by controlling an input DC link voltage; and

상기 LVRT 스위치와 상기 DC 링크 전압 컨트롤러에 전기적으로 연결하고, 상기 LVRT 스위치와 상기 DC 링크 전압 컨트롤러를 통해 상기 MSC 전류 제어기와 상기 GSC 전류 제어기를 제어하여 상기 MSC에서 발생된 제1 전류와 상기 GSC에서 발생된 제2 전류를 동시에 감소시키는 LVRT 컨트롤러를 포함한다.It is electrically connected to the LVRT switch and the DC link voltage controller, and controls the MSC current controller and the GSC current controller through the LVRT switch and the DC link voltage controller so that the first current generated in the MSC and the GSC and an LVRT controller that simultaneously reduces the generated second current.

본 발명의 특징에 따른 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템은,The LVRT control system of the wind farm considering the superconducting cable according to the characteristics of the present invention,

발전기측 컨버터(Machine Side Converter, MSC)에 전기적으로 연결되어 유효전력 제어신호와 무효전력 제어신호를 상기 MSC로 전송하여 상기 MSC의 유효전력과 무효전력을 제어하는 MSC 전류 제어기;an MSC current controller electrically connected to a generator side converter (MSC) to transmit an active power control signal and a reactive power control signal to the MSC to control the active power and reactive power of the MSC;

입력단이 비례 적분(Proportional Intergral, PI) 레귤레이터와, 최대 전력점 추적(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터에 연결되고, 출력단이 상기 MSC 전류 제어기에 연결되는 LVRT(Low Voltage Ride Through) 스위치;An input terminal is connected to a proportional integral (PI) regulator and an MPPT converter performing Maximum Power Point Tracking (MPPT) control, and an output terminal is connected to the MSC current controller. Low Voltage Ride Through (LVRT) ) switch;

계통측 컨버터(Grid Side Converter, GSC)에 전기적으로 연결되어 유효전력 제어신호와 무효전력 제어신호를 상기 GSC로 전송하여 상기 GSC의 유효전력과 무효전력을 제어하는 GSC 전류 제어기;a GSC current controller electrically connected to a grid side converter (GSC) to transmit an active power control signal and a reactive power control signal to the GSC to control the active power and reactive power of the GSC;

상기 GSC 전류 제어기에 전기적으로 연결되고, 입력되는 DC 링크 전압을 제어하여 상기 GSC 전류 제어기의 DC 링크를 제어하는 DC 링크 전압 컨트롤러; 및a DC link voltage controller electrically connected to the GSC current controller and controlling the DC link of the GSC current controller by controlling an input DC link voltage; and

상기 LVRT 스위치와 상기 DC 링크 전압 컨트롤러에 전기적으로 연결하고, 상기 LVRT 스위치와 상기 DC 링크 전압 컨트롤러를 통해 상기 MSC 전류 제어기와 상기 GSC 전류 제어기를 제어하여 상기 MSC에서 발생된 제1 전류와 상기 GSC에서 발생된 제2 전류를 동시에 감소시키는 LVRT 컨트롤러를 포함한다.It is electrically connected to the LVRT switch and the DC link voltage controller, and controls the MSC current controller and the GSC current controller through the LVRT switch and the DC link voltage controller so that the first current generated in the MSC and the GSC and an LVRT controller that simultaneously reduces the generated second current.

상기 LVRT 컨트롤러는 상기 GSC의 출력단에 연결된 출력 필터(

Figure pat00001
)의 RMS(root mean square) 전류(Irms)를 측정하고, 상기 출력 필터의 출력단 일측에 그리드 전압 강하를 측정하고, 하기의 수학식 1에 의해 측정한 RMS 전류값이 초전도 전력의 임계 전류와 같거나 이상인 경우, 전류 오류를 판단하거나, 측정한 그리드 전압 강하가 기설정된 일정한 전압과 같거나 이상인 경우, 전압 강하로 판단하여 '1'의 상태 정보를 출력하고, 상기 '1'의 상태 정보를 상기 LVRT 스위치로 전송하며, 상기 '1'의 상태 정보를 '0'의 상태 정보로 변환하여 상기 DC 링크 전압 컨트롤러로 전송한다.The LVRT controller has an output filter (
Figure pat00001
) of the RMS (root mean square) current (I rms ), the grid voltage drop is measured on one side of the output terminal of the output filter, and the RMS current value measured by Equation 1 below is the threshold current of superconducting power and If it is equal to or greater than, the current error is determined, or when the measured grid voltage drop is equal to or greater than a preset constant voltage, it is determined as a voltage drop, and the state information of '1' is output, and the state information of '1' is It is transmitted to the LVRT switch, the state information of '1' is converted into the state information of '0' and transmitted to the DC link voltage controller.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, Irms는 GSC의 RMS 전류, k는 승압 변압기의 권선비,

Figure pat00003
는 HTS(High Temperature Superconducting) 전력의 임계 전류, n은 풍력 발전단지에 있는 WTG(Wind Turbine Generator)의 개수,
Figure pat00004
는 그리드 전압 강하이고, Vg는 계통측 위상 전압(Grid Side Phase Voltage)임.where I rms is the RMS current of the GSC, k is the turns ratio of the step-up transformer,
Figure pat00003
is the critical current of HTS (High Temperature Superconducting) power, n is the number of WTG (Wind Turbine Generator) in the wind farm,
Figure pat00004
is the grid voltage drop, and Vg is the grid side phase voltage.

GSC는 초전도 케이블에 의해 유틸리티 그리드에 연결되어 있다.The GSC is connected to the utility grid by superconducting cables.

전술한 구성에 의하여, 본 발명은 초전도 케이블을 고려한 LVRT 제어 방법을 적용할 수 있는 효과가 있다.According to the above-described configuration, the present invention has an effect that the LVRT control method considering the superconducting cable can be applied.

본 발명은 HTS 케이블에 의해 그리드에 연결된 풍력 발전 단지의 LVRT 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of improving the LVRT performance of the wind farm connected to the grid by the HTS cable.

도 1은 종래의 해상 풍력 발전 단지를 유틸리티 그리드에 연결은 3가지 형태를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 풍력 터빈 발전기의 LVRT(Low Voltage Ride Through)의 크로바(저항)을 통한 전압 보호를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 풍력 터빈 발전기의 LVRT 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 영구 자석 동기식 발전기를 기반으로 한 풍력 터빈 발전기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 영구 자석 동기식 발전기(PMSG)를 기반으로 한 풍력 터빈 발전기의 전력 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6은 계통측 컨버터(Grid Side Converter, GSC) 전류 컨트롤러의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 발전기측 컨버터(Machine Side Converter, MSC) 전류 컨트롤러의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전단지과 유틸리티 그리드 간의 HTS 케이블을 연결한 모습을 나타낸 도면이다.1 is a view showing three types of connection of a conventional offshore wind farm to a utility grid.
2 is a view showing voltage protection through a crowbar (resistor) of a conventional LVRT (Low Voltage Ride Through) of a wind turbine generator.
3 is a view showing a conventional LVRT control method of a wind turbine generator.
4 is a view showing the configuration of a wind turbine generator based on a permanent magnet synchronous generator.
5 is a diagram illustrating a power flow of a wind turbine generator based on a permanent magnet synchronous generator (PMSG).
6 is a view showing the internal configuration of a grid side converter (Grid Side Converter, GSC) current controller.
7 is a view showing the internal configuration of a generator-side converter (Machine Side Converter, MSC) current controller.
8 is a view showing the configuration of the LVRT control system of the wind power plant in consideration of the superconducting cable according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a state in which an HTS cable is connected between a wind farm and a utility grid according to an embodiment of the present invention.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.

풍력 발전 단지의 그리드 연결에 고압 HTS 케이블을 사용하면, 상당한 전력 전송 손실을 줄일 수 있다.The use of high-voltage HTS cables for the grid connection of wind farms can reduce significant power transmission losses.

풍력 발전 단지용 HTS 케이블 솔루션의 기술 및 경제적 평가는 ±150kV DC HTS 전송을 사용하는 것이 경쟁력 있는 솔루션이라는 것을 보여준다.The technical and economic evaluation of HTS cable solutions for wind farms shows that using ±150 kV DC HTS transmission is a competitive solution.

또한, 풍력 전송에서 중전압 AC HTS 케이블을 사용하면, 고전력 변압기와 AC/DC 컨버터 시스템이 없기 때문에 해상 풍력 단지의 자본 비용을 줄일 수 있다.In addition, the use of medium voltage AC HTS cables in wind power transmission can reduce the capital cost of offshore wind farms because there is no high power transformer and AC/DC converter system.

풍력 발전 단지에 HTS 케이블을 사용하는 것은 풍력 발전 시스템의 저전압 승차(Low Voltage Ride Through, LVRT) 작동 중에 HTS 케이블을 통한 높은 과도 전류를 처리한다. 풍력 발전 단지는 저전압의 짧은 기간 동안 전력망에 연결 상태를 유지해야 하므로 다양한 LVRT 제어 전략이 제안된다.The use of HTS cables in wind farms handles high transient currents through HTS cables during Low Voltage Ride Through (LVRT) operation of wind farms. Since wind farms need to remain connected to the power grid for short periods of low voltage, various LVRT control strategies are proposed.

HTS 케이블은 짧은 기간 동안 높은 고장 전류를 유지하도록 설계되었지만, LVRT 제어 전략은 HTS 케이블 작동을 고려하여 설계되어야 한다. 본 발명은 HTS 케이블 동작을 고려한 LVRT 제어 전략의 설계를 제공한다.Although HTS cables are designed to sustain high fault currents for short periods of time, the LVRT control strategy must be designed with HTS cable operation in mind. The present invention provides the design of an LVRT control strategy considering HTS cable operation.

첫 번째는 크로바 보호 및 WTG 변환기의 조정된 제어이고, 두 번째는 HTS 케이블에 의해 그리드에 연결된 풍력 발전 단지의 LVRT 성능을 개선하기 위한 효과적인 조정 제어를 제안한다.The first is crowbar protection and coordinated control of WTG converter, and the second proposes effective coordinated control to improve the LVRT performance of wind farms connected to the grid by HTS cables.

본 발명은 영구 자석 동기식 발전기(PMSG)를 기반으로 한 풍력 발전 단지를 고려한다.The present invention contemplates a wind farm based on a permanent magnet synchronous generator (PMSG).

PMSG(Permanent Magnet Synchronous Generator) 기반 WTG의 컨버터 컨트롤러가 제공된다.A converter controller of WTG based on Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) is provided.

도 4는 영구 자석 동기식 발전기를 기반으로 한 풍력 터빈 발전기의 구성을 나타낸 도면이다.4 is a view showing the configuration of a wind turbine generator based on a permanent magnet synchronous generator.

유틸리티 그리드에서 오류가 발생하면 전압 강하가 그리드 전류를 증가시켜 일정한 전력을 유지한다. 그러나 출력 전류는 BTB(back-to-back) 컨버터의 기능에 의해 제한되므로 그리드(PG)에 주입되는 전력이 감소한다.When the utility grid fails, the voltage drop increases the grid current to maintain constant power. However, the output current is limited by the function of the BTB (back-to-back) converter, thus reducing the power injected into the grid P G .

한편, 풍력(PM)은 고장이 발생하는 동안 지속적으로 유지된다. 도 4에 도시된 WTG의 전력 균형에 따르면 하기의 수학식 1, 수학식 2에 의해 주어진 BTB 컨버터의 DC 링크 전력이 점진적으로 증가하여 DC 링크 전압이 증가한다.On the other hand, the wind power ( PM ) is maintained continuously while the failure occurs. According to the power balance of the WTG shown in FIG. 4, the DC link power of the BTB converter given by the following Equations 1 and 2 is gradually increased to increase the DC link voltage.

Figure pat00005
Figure pat00005

Figure pat00006
Figure pat00006

DC 링크 전압이 크게 증가하여 WTG가 중단되는 경우 BTB 컨버터를 종료해야한다. 따라서, WTG 컨트롤러는 오류 상태에서 WTG의 작동을 유지하도록 적절하게 설계 되어야 한다.If the DC link voltage increases significantly and the WTG is interrupted, the BTB converter must be shut down. Therefore, the WTG controller must be properly designed to maintain the operation of the WTG in fault conditions.

도 5는 영구 자석 동기식 발전기(PMSG)를 기반으로 한 풍력 터빈 발전기의 전력 흐름이다.5 is a power flow of a wind turbine generator based on a permanent magnet synchronous generator (PMSG).

풍력 터빈 발전기(PM)에서 포착된 지속적인 풍력은 그리드 전류를 크게 증가시킨다. The continuous wind captured by the wind turbine generator (PM) greatly increases the grid current.

해상 풍력 단지가 HTS 케이블에 의해 유틸리드 그리드에 연결되는 경우, HTS 케이블을 통한 총 전류가 임계 전류를 초과하여 급냉 상태가 될 수 있다. 결과적으로 HTS 케이블 작동이 복구되면 풍력 발전 단지가 중단된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에서는 HTS 전원 케이블의 특성을 고려하여 LVRT 성능을 향상시키기 위한 WTG의 조정 제어를 제안한다.If an offshore wind farm is connected to the utility grid by HTS cables, the total current through the HTS cables may exceed the threshold current and cause a quench. As a result, the wind farm is shut down when HTS cable operation is restored. In order to solve this problem, the present invention proposes an adjustment control of the WTG to improve the LVRT performance in consideration of the characteristics of the HTS power cable.

PMSG를 기반으로 한 유형 4 WTG의 일반적인 구성은 도 5에 나와 있습니다.A typical configuration of a Type 4 WTG based on PMSG is shown in Figure 5.

여기서, BTB 컨버터는 WTG를 제어하는데 사용되고, 승압 변압기는 WTG를 그리드에 연결하는데 사용된다.Here, a BTB converter is used to control the WTG, and a step-up transformer is used to connect the WTG to the grid.

BTB 컨버터는 발전기측 컨버터(Machine Side Converter, MSC)(110)와 계통측 컨버터(Grid Side Converter, GSC)(120)의 두 가지 컨버터로 구성됩니다. 인덕턴스 필터(Lf)를 통해 승압 변압기에 연결되는 GSC(120)는 BTB 컨버터의 DC 링크 전압을 조절하는 역할을 한다. PMSG와 연결된 MSC(110)는 WTG의 속도 또는 토크 제어를 담당한다. 또한, 피치 각도 제어는 극한 풍속에서도 WTG 작동을 유지하는데 사용된다.The BTB converter consists of two converters: a Machine Side Converter (MSC) (110) and a Grid Side Converter (GSC) (120). The GSC 120 connected to the step-up transformer through the inductance filter Lf serves to adjust the DC link voltage of the BTB converter. The MSC 110 connected to the PMSG is responsible for controlling the speed or torque of the WTG. In addition, pitch angle control is used to maintain WTG operation even at extreme wind speeds.

MSC(110)와 GSC(120)는 3상 2레벨 전압 소스 컨버터를 기반으로 하며, 각 위상에서 2개의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성된다.MSC 110 and GSC 120 are based on a three-phase, two-level voltage source converter, and consist of two insulated gate bipolar transistors (IGBTs) in each phase.

IGBT의 내부 저항을 무시하고, GSC(120)의 역학 방정식은 다음의 공간 위상 방정식인 수학식 3에 의해 설명된다.Ignoring the internal resistance of the IGBT, the dynamic equation of the GSC 120 is described by the following spatial phase equation, Equation (3).

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서,

Figure pat00008
은 인덕턴스 필터,
Figure pat00009
은 터미널 GSC 전압의 공간 페이저(Phasor),
Figure pat00010
는 출력 필터 전압의 공간 페이저(Phasor),
Figure pat00011
은 그리드 전류의 공간 페이저(Phasor)이다.here,
Figure pat00008
silver inductance filter,
Figure pat00009
is the spatial phasor of the terminal GSC voltage,
Figure pat00010
is the spatial phasor of the output filter voltage,
Figure pat00011
is the spatial phasor of the grid current.

dp 참조 프레임,

Figure pat00012
에서 공간 페이저의 표현을 고려할 때, 동적 방정식인 수학식 3은 아래의 수학식 4와 수학식 5에 의해 실수와 허수의 구성요소들을 표현할 수 있다.dp reference frame,
Figure pat00012
When considering the expression of the spatial phasor in , Equation 3, which is a dynamic equation, can express components of real and imaginary numbers by Equations 4 and 5 below.

Figure pat00013
Figure pat00013

Figure pat00014
Figure pat00014

여기서,

Figure pat00015
는 터미널 GSC 전압의 dp 축 구성요소이고,
Figure pat00016
는 출력 필터 전압의 dp 축 구성요소이고,
Figure pat00017
는 필터 전류의 dp 축 구성요소이며,
Figure pat00018
는 그리드 전압의 공간 페이저 각도이다.here,
Figure pat00015
is the dp axis component of the terminal GSC voltage,
Figure pat00016
is the dp axis component of the output filter voltage,
Figure pat00017
is the dp axis component of the filter current,
Figure pat00018
is the spatial phasor angle of the grid voltage.

PLL(Phase-Locked Loop) 메카니즘은

Figure pat00019
에서
Figure pat00020
를 조절하는데 사용되기 때문에, 수학식 4와 수학식 5는 하기의 수학식 6과 수학식 7로 주어질 수 있다.The PLL (Phase-Locked Loop) mechanism is
Figure pat00019
at
Figure pat00020
Since it is used to adjust , Equations 4 and 5 can be given as Equations 6 and 7 below.

Figure pat00021
Figure pat00021

Figure pat00022
Figure pat00022

여기서,

Figure pat00023
는 그리드 각도 주파수,
Figure pat00024
는 그리드 전압의 초기 각도이다.here,
Figure pat00023
is the grid angle frequency,
Figure pat00024
is the initial angle of the grid voltage.

터미널 GSC 전압의 dp 축 구성요소(

Figure pat00025
)는 수학식 8과 수학식 9에 의해 주어진 바와 같이, 비례 상수인 Vdc/2에 의해 변조 신호(
Figure pat00026
)가 선형적으로 비례한다.
Figure pat00027
는 MSC의 변조 신호의 dp 축 구성요소이고. Vdc는 DC 링크 전압이다.dp axis component of terminal GSC voltage (
Figure pat00025
) is the modulated signal (
Figure pat00026
) is linearly proportional.
Figure pat00027
is the dp-axis component of the modulated signal of the MSC. Vdc is the DC link voltage.

Figure pat00028
Figure pat00028

Figure pat00029
Figure pat00029

Figure pat00030
Figure pat00031
용어의 존재하기 때문에 dp 전류(
Figure pat00032
)의 역학은 짝을 이룬다. 변조 신호는 역할을 분리하기 위해 하기의 수학식 10과 수학식 11에 의해 정의된다.
Figure pat00030
Figure pat00031
Because of the existence of the term dp current (
Figure pat00032
) are paired. A modulated signal is defined by Equations 10 and 11 below to separate roles.

Figure pat00033
Figure pat00033

Figure pat00034
Figure pat00034

여기서,

Figure pat00035
는 새로운 제어 입력으로 GSC(120)의 제어 입력들의 dp 축 구성요소이다.here,
Figure pat00035
is the dp axis component of the control inputs of the GSC 120 as a new control input.

수학식 8과 수학식 9에서 변조 신호(

Figure pat00036
)ㄹ 대체하고, 수학식 6과 수학식 7에서 터미널 GSC 전압의 dp 축 구성요소(
Figure pat00037
)로 대체하면, 다음의 수학식 12와 수학식 13을 형성한다.In Equations 8 and 9, the modulated signal (
Figure pat00036
) , replacing the dp axis component of the terminal GSC voltage in equations (6) and (7)
Figure pat00037
), the following Equations 12 and 13 are formed.

수학식 12와 수학식 13은 그리드 전류의 출력 dp 축 구성요소(

Figure pat00038
)가
Figure pat00039
에 의해 제어될 수 있다.Equations 12 and 13 are the output dp axis components of the grid current (
Figure pat00038
)go
Figure pat00039
can be controlled by

Figure pat00040
Figure pat00040

Figure pat00041
Figure pat00041

PI(Proportional Integral) 레귤레이터들은 다음의 수학식 14와 수학식 15의 제어 신호들(

Figure pat00042
)을 생성하는데 사용된다.PI (Proportional Integral) regulators are the control signals of Equation 14 and Equation 15 below (
Figure pat00042
) is used to create

Figure pat00043
Figure pat00043

Figure pat00044
Figure pat00044

여기서,

Figure pat00045
는 PI 레귤레이터들의 파라미터이고,
Figure pat00046
는 전류 기준값Reference)을 나타낸다.here,
Figure pat00045
is the parameter of the PI regulators,
Figure pat00046
represents the current reference value (Reference).

수학식 14와 수학식 15의 제어 신호들(

Figure pat00047
)을 수학식 10과 수학식 11에 대입하면 다음의 수학식 16과 수학식 17을 형성한다.Control signals of Equations 14 and 15 (
Figure pat00047
) into Equations 10 and 11, the following Equations 16 and 17 are formed.

Figure pat00048
Figure pat00048

Figure pat00049
Figure pat00049

전류 기준값(

Figure pat00050
)은 출력 DC 전압과 무효 전력 제어 루프에 의해 제공되고, 다음의 수학식 18과 수학식 19와 같다.Current reference value (
Figure pat00050
) is provided by the output DC voltage and reactive power control loop, and is expressed in Equations 18 and 19 below.

Figure pat00051
Figure pat00051

Figure pat00052
Figure pat00052

여기서,

Figure pat00053
는 PI 레귤레이터들의 파라미터들이고,
Figure pat00054
는 BTB 컨버터에서 측정된 DC 링크 전압이고,
Figure pat00055
는 DC 링크 전압의 기준값이고,
Figure pat00056
는 측정된 출력 무효 전력이고,
Figure pat00057
는 출력 무효 전력의 기준값을 나타낸다.here,
Figure pat00053
are the parameters of the PI regulators,
Figure pat00054
is the DC link voltage measured at the BTB converter,
Figure pat00055
is the reference value of the DC link voltage,
Figure pat00056
is the measured output reactive power,
Figure pat00057
represents the reference value of the output reactive power.

수학식 16 내지 수학식 19는 GSC 전류 컨트롤러(121)의 블록 표현은 도 6에 도시되어 있다.Equations 16 to 19 are block representations of the GSC current controller 121 are shown in FIG.

도 6 및 도 7은 백투백 컨버터 컨트롤러이고, 도 6은 계통측 컨버터(Grid Side Converter, GSC) 전류 컨트롤러의 내부 구성을 나타낸 도면이고, 도 7은 발전기측 컨버터(Machine Side Converter, MSC) 전류 컨트롤러의 내부 구성을 나타낸 도면이다.6 and 7 are a back-to-back converter controller, Figure 6 is a view showing the internal configuration of a grid-side converter (Grid Side Converter, GSC) current controller, Figure 7 is a generator-side converter (Machine Side Converter, MSC) of the current controller A diagram showing the internal configuration.

PMSG의 역학 전압 방정식은 다음의 수학식 20과 수학식 21과 같다.The dynamic voltage equation of the PMSG is as shown in Equations 20 and 21 below.

Figure pat00058
Figure pat00058

Figure pat00059
Figure pat00059

여기서,

Figure pat00060
는 스테이터 저항,
Figure pat00061
는 로터 각도 주파수,
Figure pat00062
는 PMSG의 자속,
Figure pat00063
는 스테이터 전류의 dp 축(axix) 구성요소들,
Figure pat00064
는 스테이터 인덕턴스들의 dp 축 구성요소들,
Figure pat00065
는 스테이터 전압의 dp 축 구성요소들이고, 수학식 22와 수학식 23과 같은 변조 신호들(
Figure pat00066
)에 비례한다.here,
Figure pat00060
is the stator resistance,
Figure pat00061
is the rotor angle frequency,
Figure pat00062
is the magnetic flux of PMSG,
Figure pat00063
are the dp axis components of the stator current,
Figure pat00064
is the dp axis components of the stator inductances,
Figure pat00065
are the dp axis components of the stator voltage, and modulated signals
Figure pat00066
) is proportional to

Figure pat00067
Figure pat00067

Figure pat00068
Figure pat00068

PMSG의 dp-스테이터 전류들은

Figure pat00069
와
Figure pat00070
의 존재로 인해 결합되어 있음을 볼 수 있다.The dp-stator currents of the PMSG are
Figure pat00069
Wow
Figure pat00070
It can be seen that they are connected due to the existence of

수학식 24와 수학식 25에 의해 주어진 변조 신호는 역할을 분리하기 위해 도입된다.The modulated signals given by equations (24) and (25) are introduced to separate the roles.

Figure pat00071
Figure pat00071

Figure pat00072
Figure pat00072

여기서,

Figure pat00073
는 제어 입력들이고, PI 레귤레이터들에 의해 생성되며, 다음의 수학식 26과 수학식 27과 같다.here,
Figure pat00073
are control inputs, generated by the PI regulators, and are expressed in Equations 26 and 27 below.

Figure pat00074
Figure pat00074

Figure pat00075
Figure pat00075

여기서,

Figure pat00076
는 PI 레귤레이터들의 파라미터이고,
Figure pat00077
는 출력 제어 루프에 의해 제공된 전류 기준값이다.here,
Figure pat00076
is the parameter of the PI regulators,
Figure pat00077
is the current reference provided by the output control loop.

수학식 26과 수학식 27의 제어 입력들을 수학식 24와 수학식 25에 대입하면, 수학식 28과 수학식 29를 생성한다.By substituting the control inputs of Equations 26 and 27 into Equations 24 and 25, Equations 28 and 29 are generated.

Figure pat00078
Figure pat00078

Figure pat00079
Figure pat00079

도 7은 수학식 28과 수학식 29를 기초로 한 MSC 전류 컨트롤러의 블록 표현을 나타내고, 전류 제어와 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어 루프를 포함한다. 전류 기준값(

Figure pat00080
)은 0으로 설정하고,
Figure pat00081
는 다음의 수학식 30과 같다.7 shows a block representation of an MSC current controller based on Equations 28 and 29, and includes a current control and a Maximum Power Point Tracking (MPPT) control loop. Current reference value (
Figure pat00080
) is set to 0,
Figure pat00081
is the following Equation 30.

전류 기준값(

Figure pat00082
)은 스테이터 전류 기준값의 dp 축 구성요소이다.Current reference value (
Figure pat00082
) is the dp axis component of the stator current reference.

Figure pat00083
Figure pat00083

여기서, p는 극쌍의 개수이고,

Figure pat00084
는 MPPT 컨트롤러의 최적 토크 기준을 나타낸다.where p is the number of pole pairs,
Figure pat00084
represents the optimum torque criterion of the MPPT controller.

MPPT를 기반으로 한 팁 속도 비율은 하기의 수학식 31에 기반으로 의해 사용한다.The tip speed ratio based on MPPT is used based on Equation 31 below.

Figure pat00085
Figure pat00085

Figure pat00086
Figure pat00086

여기서, A는 터빈 청소 영역이고,

Figure pat00087
는 공기 질량 밀도이고, R은 터빈 블레이드 반경이고,
Figure pat00088
는 최대 성능 계수이고,
Figure pat00089
는 블레이드 피치 각도가 0일 때(β=0), 최적의 팁 속도 비율을 나타낸다.where A is the turbine cleaning area,
Figure pat00087
is the air mass density, R is the turbine blade radius,
Figure pat00088
is the maximum coefficient of performance,
Figure pat00089
represents the optimal tip speed ratio when the blade pitch angle is 0 (β = 0).

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전단지과 유틸리티 그리드 간의 HTS 케이블을 연결한 모습을 나타낸 도면이다.8 is a view showing the configuration of the LVRT control system of the wind farm in consideration of the superconducting cable according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is the HTS cable connection between the wind farm and the utility grid according to an embodiment of the present invention is a diagram showing

영구 자석형 동기 발전기(Permanent Magnet Synchronous Generator, PMSG(20)는 풍력 발전 시뮬레이터를 통해 생성된 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환한다.The permanent magnet synchronous generator (PMSG 20) converts mechanical energy generated through the wind power simulator into electrical energy.

플라이휠 조립체(10)의 피치 제어로 입력된 기계적 토크는 PMSG(20)와 발전기측 컨버터(MSC)(110)를 거쳐 전기에너지로 변환되고, 변환된 전기에너지는 계통측 컨버터(GSC)(120)를 통하여 계통으로 공급된다. 이때, 발전기측 컨버터(110)는 최적의 출력을 내기 위해 회전자의 속도를 제어하고, 계통측 컨버터(120)는 주파수 변환 및 역률 제어를 수행한다.The mechanical torque input through the pitch control of the flywheel assembly 10 is converted into electrical energy through the PMSG 20 and the generator-side converter (MSC) 110 , and the converted electrical energy is the system-side converter (GSC) 120 . supplied to the system through At this time, the generator-side converter 110 controls the speed of the rotor to produce an optimal output, and the grid-side converter 120 performs frequency conversion and power factor control.

플라이휠 조립체(101)는 회전 에너지를 운동 에너지로 저장하고 회전자 축 상에 배치된다.The flywheel assembly 101 stores rotational energy as kinetic energy and is disposed on the rotor shaft.

발전기측 컨버터(Machine Side Converter, MSC)(110)는 플라이휠 조립체(10)에서 발생되는 전력을 제어하고, 계통측 컨버터(Grid Side Converter, GSC)(120)는 유틸리티 그리드(30)에 연결되어 유틸리티 그리드(30)의 전력 시스템의 전력을 제어한다.A generator-side converter (Machine Side Converter, MSC) 110 controls the power generated from the flywheel assembly 10 , and a grid-side converter (GSC) 120 is connected to the utility grid 30 to provide utility Controls the power of the power system of the grid 30 .

MSC(110)는 플라이휠 조립체(10)에서 발생되는 유효전력과 무효전력을 제어하며, GSC(120)는 유틸리티 그리드(30)의 전력 시스템의 유효전력과 무효전력을 제어한다.The MSC 110 controls active power and reactive power generated by the flywheel assembly 10 , and the GSC 120 controls active power and reactive power of the power system of the utility grid 30 .

MSC(110)와 GSC(120)는 실제적으로 인버터와 컨버터의 동작을 수행한다.The MSC 110 and the GSC 120 actually perform the operation of the inverter and the converter.

MSC(110)는 계통과 연계되거나 계통에 연계되지 않을 때 플라이휠 조립체(10)에서 발생되는 출력량의 변동을 완화시키는 기능을 수행한다.The MSC 110 performs a function of mitigating the fluctuation of the output amount generated in the flywheel assembly 10 when connected to the system or not connected to the system.

GSC(120)는 유틸리티 그리드(30)와 연결되어 유틸리티 그리드(30)의 전력 시스템과 계통이 끊어졌을 때 일정한 주파수를 제어하도록 하는 기능을 수행한다.The GSC 120 is connected to the utility grid 30 and performs a function of controlling a constant frequency when the power system and the grid of the utility grid 30 are disconnected.

MSC 전류 제어기(111)는 MSC(110)에 전기적으로 연결되어 유효전력 제어신호와 무효전력 제어신호를 MSC(110)로 전송하여 MSC(110)의 유효전력과 무효전력을 제어할 수 있다.The MSC current controller 111 may be electrically connected to the MSC 110 and transmit an active power control signal and a reactive power control signal to the MSC 110 to control the active power and reactive power of the MSC 110 .

MSC 전류 제어기(111)는 MSC(110)의 전류 제어를 통해 PMSG(20)의 회전자를 제어하고, 플라이휠 조립체(10)에서 생성되는 에너지의 최대점을 찾아 발전을 수행할 수 있다.The MSC current controller 111 may control the rotor of the PMSG 20 through current control of the MSC 110 , find the maximum point of energy generated in the flywheel assembly 10 , and perform power generation.

LVRT 스위치(112)는 입력단이 비례 적분(Proportional Intergral, PI) 레귤레이터(113)와 MPPT 컨버터(114)에 연결되고, 출력단이 MSC 전류 제어기(111)에 연결되어 있다.The LVRT switch 112 has an input terminal connected to a proportional integral (PI) regulator 113 and an MPPT converter 114 , and an output terminal connected to the MSC current controller 111 .

LVRT 스위치(112)는 MSC 전류 제어기에 전기적으로 연결되고, LVRT 스위치(112)의 온 신호가 입력되면, PI 레귤레이터(113)의 제어에 의해 dp 축 구성요소의 고정자 전류 레퍼런스를 MSC 전류 제어기(111)로 전송한다.The LVRT switch 112 is electrically connected to the MSC current controller, and when the ON signal of the LVRT switch 112 is input, the stator current reference of the dp axis component is set to the MSC current controller 111 by the control of the PI regulator 113 . ) is sent to

비례 적분(Proportional Intergral, PI) 레귤레이터(113)는 LVRT 스위치(112)에 연결되어 DC 링크 전압과 DC 링크 전압 레퍼런스의 전압 오차값을 입력받아 dp 축 구성요소의 고정자 전류 레퍼런스를 LVRT 스위치(112)를 통해 MSC 전류 제어기로 출력한다.The proportional integral (PI) regulator 113 is connected to the LVRT switch 112 and receives the voltage error value of the DC link voltage and the DC link voltage reference as input, and sets the stator current reference of the dp axis component to the LVRT switch 112 . output to the MSC current controller through

LVRT 스위치(112)는 오프 신호가 입력되면, 전력을 최대로 얻을 수 있도록 PMSG(20)의 최대 전력점 추적(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터(114)에 연결된다.When an OFF signal is input, the LVRT switch 112 is connected to an MPPT converter 114 that performs Maximum Power Point Tracking (MPPT) control of the PMSG 20 to obtain maximum power.

MPPT 컨버터(114)는 LVRT 스위치(112)의 오프 신호가 입력되면, MSC 전류 제어기(111)에 연결된다.The MPPT converter 114 is connected to the MSC current controller 111 when the OFF signal of the LVRT switch 112 is input.

GSC 전류 제어기(121)는 GSC(120)에 전기적으로 연결되어 유효전력 제어신호와 무효전력 제어신호를 GSC(120)로 전송하여 GSC(120)의 유효전력과 무효전력을 제어할 수 있다.The GSC current controller 121 may be electrically connected to the GSC 120 and transmit an active power control signal and a reactive power control signal to the GSC 120 to control the active power and reactive power of the GSC 120 .

GSC(120)는 DC 링크 제어와, 생성된 전력의 계통 동기화 기능을 수행한다.The GSC 120 performs DC link control and system synchronization of the generated power.

DC 링크 전압 컨트롤러(122)는 GSC 전류 제어기(121)에 전기적으로 연결되고, 입력되는 DC 링크 전압을 제어하여 GSC 전류 제어기(121)의 DC 링크를 제어한다.The DC link voltage controller 122 is electrically connected to the GSC current controller 121 and controls the DC link of the GSC current controller 121 by controlling the input DC link voltage.

GSC(120)는 DC 링크의 전압을 유지하여 PMSG(20)에서 생성되는 전기 에너지를 DC 링크의 손실없이 계통으로 전달되게 한다.The GSC 120 maintains the voltage of the DC link so that the electrical energy generated in the PMSG 20 is transferred to the grid without loss of the DC link.

LVRT 컨트롤러(130)는 고장 조건 판별부(131), OR 게이트(133), NOT 게이트(134)를 포함한다.The LVRT controller 130 includes a failure condition determining unit 131 , an OR gate 133 , and a NOT gate 134 .

고장 조건 판별부(131)의 출력단에 OR 게이트(133)가 전기적으로 연결되고, OR 게이트(133)는 LVRT 스위치(112)의 동작 제어 단자와 NOT 게이트(134)에 병렬로 연결된다. NOT 게이트(134)는 '0'일 때 인에이블(Enable)되는 DC 링크 전압 컨트롤러(122)에 전기적으로 연결된다.The OR gate 133 is electrically connected to the output terminal of the failure condition determining unit 131 , and the OR gate 133 is connected in parallel to the operation control terminal of the LVRT switch 112 and the NOT gate 134 . The NOT gate 134 is electrically connected to the DC link voltage controller 122 which is enabled when it is '0'.

NOT 게이트(134)는 입력단이 NOT 게이트(134)에 연결되고, 출력단이 DC 링크 전압 컨트롤러(122)에 연결된다.The NOT gate 134 has an input terminal connected to the NOT gate 134 and an output terminal connected to the DC link voltage controller 122 .

고장 조건 판별부(131)는 GSC(120)의 출력단에 연결된 출력 필터(

Figure pat00090
)(135)의 RMS(root mean square) 전류(Irms)를 측정하고, 출력 필터(135)의 출력단 일측에 그리드 전압 강하를 측정하고, 하기의 수학식 33에 의해 측정한 RMS 전류값이 초전도 전력의 임계 전류와 같거나 이상인 경우, 전류 오류를 판단하거나, 측정한 그리드 전압 강하가 기설정된 일정한 전압과 같거나 이상인 경우, 전압 강하로 판단하여 상태 정보를 출력한다.The failure condition determination unit 131 is an output filter (
Figure pat00090
) ( 135 ) of RMS (root mean square) current (I rms ) is measured, the grid voltage drop is measured on one side of the output terminal of the output filter 135, and the RMS current value measured by Equation 33 below is superconducting When it is equal to or greater than the threshold current of power, a current error is determined, or when the measured grid voltage drop is equal to or greater than a predetermined constant voltage, it is determined as a voltage drop and state information is output.

일반적으로 LVRT 스위치(112)는 최대 풍력을 캡처하기 위해 상태(state) 0에 있는 반면, GSC(120)는 DC 링크 전압을 제어한다.Typically the LVRT switch 112 is in state 0 to capture maximum wind, while the GSC 120 controls the DC link voltage.

LVRT 스위치(112)의 상태는 전압 강하 또는 전류 오류가 감지되면 0에서 1로 변경된다.The state of the LVRT switch 112 changes from 0 to 1 when a voltage drop or current error is detected.

본 발명의 LVRT 제어 방법은 풍력 발전 단지의 LVRT 제어 시스템(100)의 GSC(120)와 유틸리티 그리드(30)의 연결에 초전도 케이블(40)을 적용하는 경우, 온도에 민감하여 고장 전류를 신속하게 줄여야 한다.The LVRT control method of the present invention is sensitive to temperature when the superconducting cable 40 is applied to the connection between the GSC 120 and the utility grid 30 of the LVRT control system 100 of the wind farm, so that the fault current is quickly reduced should be reduced

LVRT 컨트롤러(130)는 LVRT 스위치(112)와 DC 링크 전압 컨트롤러(122)에 전기적으로 연결하고, LVRT 스위치(112)와 DC 링크 전압 컨트롤러(122)를 통해 MSC 전류 제어기(111)와 GSC 전류 제어기(121)를 제어하여 MSC(110)에서 발생된 제1 전류와 GSC(120)에서 발생된 제2 전류를 동시에 감소시킨다.The LVRT controller 130 is electrically connected to the LVRT switch 112 and the DC link voltage controller 122 , and the MSC current controller 111 and the GSC current controller through the LVRT switch 112 and the DC link voltage controller 122 . By controlling 121, the first current generated in the MSC 110 and the second current generated in the GSC 120 are simultaneously reduced.

LVRT 컨트롤러(130)는 MSC(110)와 GSC(120)의 고장 전류를 동시에 감소하여 초전도 케이블(40)의 고장 전류를 빠르게 줄이고, 이에 따라 초전도 케이블(40)의 온도 상승을 방지할 수 있다.The LVRT controller 130 simultaneously reduces the fault current of the MSC 110 and the GSC 120 to quickly reduce the fault current of the superconducting cable 40 , thereby preventing the temperature rise of the superconducting cable 40 .

본 발명은 초전도 케이블(40)을 고려한 LVRT 제어 방법을 적용할 수 있는 효과가 있다.The present invention has an effect that the LVRT control method considering the superconducting cable 40 can be applied.

본 발명의 LVRT 컨트롤러(130)는 풍력(

Figure pat00091
)을 줄이고 고장 상태에서 DC 링크 전압을 공칭값(nominal value)으로 안정적으로 조절하여 HTS 케이블(40)의 전류를 줄이는 것을 목표로 한다.LVRT controller 130 of the present invention is a wind power (
Figure pat00091
) and stably regulating the DC link voltage to a nominal value in a fault condition to reduce the current of the HTS cable 40 .

HTS 케이블(40)의 ??칭(Quenching) 현상이 발생하지 않아 풍력 발전 단지의 운영이 빠르게 회복된다.Since the quenching phenomenon of the HTS cable 40 does not occur, the operation of the wind farm is quickly restored.

??칭은 초전도 물질이 초전도 현상을 유지하기 위해서 임계 온도 이하가 되어야 하는데, 이러한 임계 조건(임계 전류 등)이 무너져서 초전도체가 초전도성을 상실하고, 상전도 상태가 되는 현상을 말한다.The quenching refers to a phenomenon in which a superconducting material must be below a critical temperature in order to maintain the superconducting phenomenon, and when these critical conditions (critical current, etc.) are broken, the superconductor loses its superconductivity and becomes a normal conduction state.

??칭이 발생되면, 상전도 상태의 전기 저항으로 대량의 열이 발생하고, 초전도체를 용해시키거나 값비싼 냉각제를 증발시키는 손실이 발생한다.When quenching occurs, a large amount of heat is generated due to the electrical resistance of the normal conduction state, and losses occur that dissolve the superconductor or evaporate the expensive coolant.

Figure pat00092
Figure pat00092

여기서, Irms는 GSC의 RMS 전류, k는 승압 변압기의 권선비,

Figure pat00093
는 HTS(High Temperature Superconducting) 전력의 임계 전류, n은 풍력 발전단지에 있는 WTG(Wind Turbine Generator)의 개수,
Figure pat00094
는 그리드 전압 강하이고, Vg는 계통측 위상 전압(Grid Side Phase Voltage)을 나타낸다.where I rms is the RMS current of the GSC, k is the turns ratio of the step-up transformer,
Figure pat00093
is the critical current of HTS (High Temperature Superconducting) power, n is the number of WTG (Wind Turbine Generator) in the wind farm,
Figure pat00094
is the grid voltage drop, and Vg is the grid side phase voltage (Grid Side Phase Voltage).

이상에서 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.In the above, the embodiment of the present invention is not implemented only through an apparatus and/or method, and may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium in which the program is recorded, etc. And, such an implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs from the description of the above-described embodiment.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the right.

10: 플라이휠 조립체
20: PMSG
30: 그리드
40: 초전도케이블
100: 시스템
110: 발전기측 컨버터
111: MSC 전류 제어기
112: LVRT 스위치
113: PI 레귤레이터
114: MPPT 컨버터
120: 계통측 컨버터
121: GSC 전류 제어기
122: DC 링크 전압 컨트롤러
130: LVRT 컨트롤러
131: 고장 조건 판별부
133: OR 게이트
134: NOT 게이트
135: 출력 필터10: flywheel assembly
20: PMSG
30: grid
40: superconducting cable
100: system
110: generator side converter
111: MSC current controller
112: LVRT switch
113: PI regulator
114: MPPT converter
120: grid-side converter
121: GSC current controller
122: DC link voltage controller
130: LVRT controller
131: fault condition determination unit
133: OR gate
134: NOT gate
135: output filter

Claims (9)

발전기측 컨버터(Machine Side Converter, MSC)에 전기적으로 연결되어 유효전력 제어신호와 무효전력 제어신호를 상기 MSC로 전송하여 상기 MSC의 유효전력과 무효전력을 제어하는 MSC 전류 제어기;
입력단이 비례 적분(Proportional Intergral, PI) 레귤레이터와, 최대 전력점 추적(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터에 연결되고, 출력단이 상기 MSC 전류 제어기에 연결되는 LVRT(Low Voltage Ride Through) 스위치;
계통측 컨버터(Grid Side Converter, GSC)에 전기적으로 연결되어 유효전력 제어신호와 무효전력 제어신호를 상기 GSC로 전송하여 상기 GSC의 유효전력과 무효전력을 제어하는 GSC 전류 제어기;
상기 GSC 전류 제어기에 전기적으로 연결되고, 입력되는 DC 링크 전압을 제어하여 상기 GSC 전류 제어기의 DC 링크를 제어하는 DC 링크 전압 컨트롤러; 및
상기 LVRT 스위치와 상기 DC 링크 전압 컨트롤러에 전기적으로 연결하고, 상기 LVRT 스위치와 상기 DC 링크 전압 컨트롤러를 통해 상기 MSC 전류 제어기와 상기 GSC 전류 제어기를 제어하여 상기 MSC에서 발생된 제1 전류와 상기 GSC에서 발생된 제2 전류를 동시에 감소시키는 LVRT 컨트롤러를 포함하는 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템.an MSC current controller electrically connected to a generator side converter (MSC) to transmit an active power control signal and a reactive power control signal to the MSC to control the active power and reactive power of the MSC;
An input terminal is connected to a proportional integral (PI) regulator and an MPPT converter performing Maximum Power Point Tracking (MPPT) control, and an output terminal is connected to the MSC current controller. Low Voltage Ride Through (LVRT) ) switch;
a GSC current controller electrically connected to a grid side converter (GSC) to transmit an active power control signal and a reactive power control signal to the GSC to control the active power and reactive power of the GSC;
a DC link voltage controller electrically connected to the GSC current controller and controlling the DC link of the GSC current controller by controlling an input DC link voltage; and
It is electrically connected to the LVRT switch and the DC link voltage controller, and controls the MSC current controller and the GSC current controller through the LVRT switch and the DC link voltage controller so that the first current generated in the MSC and the GSC An LVRT control system for a wind farm considering a superconducting cable including an LVRT controller that simultaneously reduces the generated second current. 청구항 1에 있어서,
상기 GSC는 초전도 케이블에 의해 유틸리티 그리드에 연결되는 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템.The method according to claim 1,
The GSC is the LVRT control system of the wind farm considering the superconducting cable connected to the utility grid by the superconducting cable. 청구항 1에 있어서,
상기 LVRT 컨트롤러는 상기 GSC의 출력단에 연결된 출력 필터(
Figure pat00095
)의 RMS(root mean square) 전류(Irms)를 측정하고, 상기 출력 필터의 출력단 일측에 그리드 전압 강하를 측정하고, 하기의 수학식 1에 의해 측정한 RMS 전류값이 초전도 전력의 임계 전류와 같거나 이상인 경우, 전류 오류를 판단하거나, 측정한 그리드 전압 강하가 기설정된 일정한 전압과 같거나 이상인 경우, 전압 강하로 판단하여 상태 정보를 출력하는 고장 조건 판별부를 더 포함하는 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템.
[수학식 1]
Figure pat00096

여기서, Irms는 GSC의 RMS 전류, k는 승압 변압기의 권선비,
Figure pat00097
는 HTS(High Temperature Superconducting) 전력의 임계 전류, n은 풍력 발전단지에 있는 WTG(Wind Turbine Generator)의 개수,
Figure pat00098
는 그리드 전압 강하이고, Vg는 계통측 위상 전압(Grid Side Phase Voltage)임.The method according to claim 1,
The LVRT controller has an output filter (
Figure pat00095
) of the RMS (root mean square) current (I rms ), the grid voltage drop is measured on one side of the output terminal of the output filter, and the RMS current value measured by Equation 1 below is the threshold current of superconducting power and Wind power considering a superconducting cable further comprising a fault condition determination unit that determines a current error when the same or greater than, or determines a voltage drop and outputs status information when the measured grid voltage drop is equal to or greater than a preset constant voltage LVRT control system in the complex.
[Equation 1]
Figure pat00096

where I rms is the RMS current of the GSC, k is the turns ratio of the step-up transformer,
Figure pat00097
is the critical current of HTS (High Temperature Superconducting) power, n is the number of WTG (Wind Turbine Generator) in the wind farm,
Figure pat00098
is the grid voltage drop, and Vg is the grid side phase voltage. 청구항 3에 있어서,
상기 고장 조건 판별부의 출력단에 OR 게이트가 전기적으로 연결되고, 상기 OR 게이트는 상기 LVRT 스위치의 동작 제어 단자와 NOT 게이트에 병렬로 연결하고,
상기 NOT 게이트는 '0'일 때, 인에이블(Enable)되는 DC 링크 전압 컨트롤러에 전기적으로 연결되는 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템.4. The method according to claim 3,
An OR gate is electrically connected to an output terminal of the failure condition determining unit, and the OR gate is connected in parallel to an operation control terminal of the LVRT switch and a NOT gate,
When the NOT gate is '0', the LVRT control system of the wind farm considering the superconducting cable electrically connected to the enabled DC link voltage controller. 청구항 4에 있어서,
상기 고장 조건 판별부는 측정한 RMS 전류값이 초전도 전력의 임계 전류와 같거나 이상인 경우 또는 측정한 그리드 전압 강하가 기설정된 일정한 전압과 같거나 이상인 경우 상기 상태 정보를 '1'로 출력하고,
상기 OR 게이트는 상기 고장 조건 판별부로부터 '1'의 상태 정보를 수신하여 상기 LVRT 스위치의 동작 제어 단자와 상기 NOT 게이트로 전송하는 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템.5. The method according to claim 4,
The failure condition determination unit outputs the state information as '1' when the measured RMS current value is equal to or greater than the threshold current of superconducting power, or when the measured grid voltage drop is equal to or greater than a predetermined constant voltage,
The OR gate receives the status information of '1' from the failure condition determining unit and transmits the operation control terminal of the LVRT switch to the NOT gate. 청구항 5에 있어서,
상기 LVRT 스위치는 상기 OR 게이트로부터 '1'의 상태 정보를 수신하면, 상기 PI 레귤레이터에 연결하여 상기 PI 레귤레이터의 제어에 의해 dp 축 구성요소의 고정자 전류 레퍼런스를 상기 MSC 전류 제어기로 전송하고,
상기 NOT 게이트는 상기 OR 게이트로부터 수신한 '1'의 상태 정보를 '0'의 상태 정보로 변환하여 상기 DC 링크 전압 컨트롤러로 전송하는 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템.6. The method of claim 5,
When the LVRT switch receives the status information of '1' from the OR gate, it is connected to the PI regulator and transmits the stator current reference of the dp axis component to the MSC current controller under the control of the PI regulator,
The NOT gate converts the state information of '1' received from the OR gate into the state information of '0' and transmits it to the DC link voltage controller. 청구항 3에 있어서,
상기 LVRT 스위치는 평상시에 '0'의 상태 정보이고, 상기 MPPT 컨버터에 의해 전력을 최대로 얻을 수 있도록 PMSG((Permanent Magnet Synchronous Generator)의 최대 전력점 추적(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어를 수행하는 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템.4. The method according to claim 3,
The LVRT switch is normally state information of '0', and the Maximum Power Point Tracking (MPPT) control of the Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) is performed so that the maximum power can be obtained by the MPPT converter. LVRT control system of wind farm considering superconducting cables. 발전기측 컨버터(Machine Side Converter, MSC)에 전기적으로 연결되어 유효전력 제어신호와 무효전력 제어신호를 상기 MSC로 전송하여 상기 MSC의 유효전력과 무효전력을 제어하는 MSC 전류 제어기;
입력단이 비례 적분(Proportional Intergral, PI) 레귤레이터와, 최대 전력점 추적(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터에 연결되고, 출력단이 상기 MSC 전류 제어기에 연결되는 LVRT(Low Voltage Ride Through) 스위치;
계통측 컨버터(Grid Side Converter, GSC)에 전기적으로 연결되어 유효전력 제어신호와 무효전력 제어신호를 상기 GSC로 전송하여 상기 GSC의 유효전력과 무효전력을 제어하는 GSC 전류 제어기;
상기 GSC 전류 제어기에 전기적으로 연결되고, 입력되는 DC 링크 전압을 제어하여 상기 GSC 전류 제어기의 DC 링크를 제어하는 DC 링크 전압 컨트롤러; 및
상기 LVRT 스위치와 상기 DC 링크 전압 컨트롤러에 전기적으로 연결하고, 상기 LVRT 스위치와 상기 DC 링크 전압 컨트롤러를 통해 상기 MSC 전류 제어기와 상기 GSC 전류 제어기를 제어하여 상기 MSC에서 발생된 제1 전류와 상기 GSC에서 발생된 제2 전류를 동시에 감소시키는 LVRT 컨트롤러를 포함하며,
상기 LVRT 컨트롤러는 상기 GSC의 출력단에 연결된 출력 필터(
Figure pat00099
)의 RMS(root mean square) 전류(Irms)를 측정하고, 상기 출력 필터의 출력단 일측에 그리드 전압 강하를 측정하고, 하기의 수학식 1에 의해 측정한 RMS 전류값이 초전도 전력의 임계 전류와 같거나 이상인 경우, 전류 오류를 판단하거나, 측정한 그리드 전압 강하가 기설정된 일정한 전압과 같거나 이상인 경우, 전압 강하로 판단하여 '1'의 상태 정보를 출력하고, 상기 '1'의 상태 정보를 상기 LVRT 스위치로 전송하며, 상기 '1'의 상태 정보를 '0'의 상태 정보로 변환하여 상기 DC 링크 전압 컨트롤러로 전송하는 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템.
[수학식 1]
Figure pat00100

여기서, Irms는 GSC의 RMS 전류, k는 승압 변압기의 권선비,
Figure pat00101
는 HTS(High Temperature Superconducting) 전력의 임계 전류, n은 풍력 발전단지에 있는 WTG(Wind Turbine Generator)의 개수,
Figure pat00102
는 그리드 전압 강하이고, Vg는 계통측 위상 전압(Grid Side Phase Voltage)임.an MSC current controller electrically connected to a generator side converter (MSC) to transmit an active power control signal and a reactive power control signal to the MSC to control the active power and reactive power of the MSC;
An input terminal is connected to a proportional integral (PI) regulator and an MPPT converter performing Maximum Power Point Tracking (MPPT) control, and an output terminal is connected to the MSC current controller. Low Voltage Ride Through (LVRT) ) switch;
a GSC current controller electrically connected to a grid side converter (GSC) to transmit an active power control signal and a reactive power control signal to the GSC to control the active power and reactive power of the GSC;
a DC link voltage controller electrically connected to the GSC current controller and controlling the DC link of the GSC current controller by controlling an input DC link voltage; and
It is electrically connected to the LVRT switch and the DC link voltage controller, and controls the MSC current controller and the GSC current controller through the LVRT switch and the DC link voltage controller so that the first current generated in the MSC and the GSC and an LVRT controller that simultaneously reduces the generated second current,
The LVRT controller has an output filter (
Figure pat00099
) of the RMS (root mean square) current (I rms ), the grid voltage drop is measured on one side of the output terminal of the output filter, and the RMS current value measured by Equation 1 below is the threshold current of superconducting power and If it is equal to or greater than, the current error is determined, or when the measured grid voltage drop is equal to or greater than a preset constant voltage, it is determined as a voltage drop, and the state information of '1' is output, and the state information of '1' is The LVRT control system of a wind farm considering a superconducting cable that transmits to the LVRT switch, converts the status information of '1' into status information of '0' and transmits it to the DC link voltage controller.
[Equation 1]
Figure pat00100

where I rms is the RMS current of the GSC, k is the turns ratio of the step-up transformer,
Figure pat00101
is the critical current of HTS (High Temperature Superconducting) power, n is the number of WTG (Wind Turbine Generator) in the wind farm,
Figure pat00102
is the grid voltage drop, and Vg is the grid side phase voltage. 청구항 8에 있어서,
상기 GSC는 초전도 케이블에 의해 유틸리티 그리드에 연결되는 초전도케이블을 고려한 풍력발전단지의 LVRT 제어 시스템.9. The method of claim 8,
The GSC is the LVRT control system of the wind farm considering the superconducting cable connected to the utility grid by the superconducting cable.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007239599A (en) * 2006-03-08 2007-09-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Wind power generation system and method of supplying emergency power for wind power generation system
US20150076823A1 (en) * 2013-09-17 2015-03-19 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Wind turbine permanent magnet synchronous generator (wt-pmsg) system
KR20160094810A (en) * 2015-02-02 2016-08-10 두산중공업 주식회사 Wind turbine and Method for LVRT control of wind turbine
JP2017022985A (en) * 2015-07-07 2017-01-26 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ Operation of wind turbine based on frequency of ac output voltage signal supplied by power converter of wind turbine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007239599A (en) * 2006-03-08 2007-09-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Wind power generation system and method of supplying emergency power for wind power generation system
US20150076823A1 (en) * 2013-09-17 2015-03-19 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Wind turbine permanent magnet synchronous generator (wt-pmsg) system
KR20160094810A (en) * 2015-02-02 2016-08-10 두산중공업 주식회사 Wind turbine and Method for LVRT control of wind turbine
KR101701293B1 (en) 2015-02-02 2017-02-01 두산중공업 주식회사 Wind turbine and Method for LVRT control of wind turbine
JP2017022985A (en) * 2015-07-07 2017-01-26 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ Operation of wind turbine based on frequency of ac output voltage signal supplied by power converter of wind turbine

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