KR20240016054A - Frequency Smoothing Control Method of Wind Turbine with a Small Capacity - Google Patents

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KR20240016054A
KR20240016054A KR1020220094098A KR20220094098A KR20240016054A KR 20240016054 A KR20240016054 A KR 20240016054A KR 1020220094098 A KR1020220094098 A KR 1020220094098A KR 20220094098 A KR20220094098 A KR 20220094098A KR 20240016054 A KR20240016054 A KR 20240016054A
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강용철
송승호
임덕진
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

개시된 실시예는 전력 계통의 계통 주파수를 측정하여 계통 주파수와 기준 주파수 사이의 차로 계산되는 주파수 편차에 따라 전력 계통이 과주파수 구간인지 저주파수 구간인지 판별하는 단계, 회전자 속도에 따라 풍력 발전기가 지정된 최대 회전자 속도에서 스톨 제어되지 않도록 설정된 스톨 마진에 따라 과주파수 구간 및 저주파수 구간 각각에 스톨 억제 구간을 설정하는 단계 및 회전자 속도가 설정된 스톨 억제 구간에 도달하기 이전, 주파수 편차에 풍력 발전기의 주파수 평활화를 조절하는 제어 이득이 가중된 전력 편차와 최대 전력점 추종 제어 기법에 따른 최대 전력점 추종 제어값 사이의 비를 나타내는 전력 편차 대 최대 추종 제어비가 점차적으로 0으로 수렴하여, 풍력 발전기가 스톨 억제 구간에서 주파수 평활화하지 않고 최대 전력점 추종 제어 기법에 따라 제어되도록 제어 이득을 조절하는 단계를 포함하여, 방법은 소용량 풍력발전기가 과주파수 구간에서 스톨 제어 영역에 들어가지 않게 하면서 에너지 흡수 능력을 향상시킬 수 있고, 최저 회전자 속도에 이르지 않게 하면서 에너지 방출 능력을 개선할 수 있도록 하는 주파수 평활화 제어 방법을 제공한다.The disclosed embodiment includes measuring the grid frequency of the power system and determining whether the power system is an over-frequency section or an under-frequency section according to the frequency deviation calculated as the difference between the system frequency and the reference frequency, and determining whether the wind power generator is in a specified maximum frequency section according to the rotor speed. Setting a stall suppression section in each of the over-frequency section and under-frequency section according to the stall margin set so that stall control is not performed at the rotor speed, and smoothing the frequency of the wind generator in response to the frequency deviation before the rotor speed reaches the set stall suppression section. The power deviation to maximum tracking control ratio, which represents the ratio between the power deviation weighted by the control gain that adjusts and the maximum power point tracking control value according to the maximum power point tracking control technique, gradually converges to 0, so that the wind power generator is in the stall suppression section. Including the step of adjusting the control gain to be controlled according to the maximum power point tracking control technique without frequency smoothing, the method can improve the energy absorption ability while preventing the small capacity wind turbine from entering the stall control region in the overfrequency section. and provides a frequency smoothing control method to improve energy dissipation ability without reaching the lowest rotor speed.

Description

소용량 풍력발전기의 주파수 평활화 제어 방법{Frequency Smoothing Control Method of Wind Turbine with a Small Capacity}Frequency Smoothing Control Method of Wind Turbine with a Small Capacity}

개시되는 실시예들은 소용량 풍력 발전기의 유효전력 제어에 관한 것으로, 소용량 풍력발전기가 연계된 전력 계통에서, 주파수 변동에 따라 소용량 풍력발전기의 출력을 조절하여 전력계통의 주파수 평활화에 기여할 수 있도록 한 소용량 풍력발전기의 주파수 평활화 제어 방법에 관한 것이다.The disclosed embodiments relate to active power control of small-capacity wind power generators, and in a power system to which small-capacity wind power generators are linked, small-capacity wind power generators can be adjusted to adjust the output of small-capacity wind power generators according to frequency changes to contribute to frequency smoothing of the power system. This relates to a frequency smoothing control method for a generator.

풍력 발전이란 바람이 가지고 있는 운동에너지를 블레이드가 추출하여 전기를 생산하는 설비이며, 풍속이 변동함에 따라 출력이 변동하는 특성이 있다. 대부분의 경우에는 풍력발전기는 전력계통에 연계하여 전력을 공급하게 된다.Wind power generation is a facility in which blades extract the kinetic energy of the wind to produce electricity, and its output fluctuates as the wind speed fluctuates. In most cases, wind power generators are connected to the power system to supply power.

전력계통은 평상시에도 부하가 지속적으로 변동하고 이에 따라 계통 주파수가 변동하게 되는데, 전력계통 운영자는 이러한 주파수 변동폭을 주파수를 일정한 범위 내로 조정하기 위해 자동발전제어(Automatic Generation Control, AGC)라는 제어 장치를 이용하여, 계통에서 운전 중인 동기발전기의 출력을 조정하는 신호를 생성하여 출력한다. 에에 따라 동기발전기가 출력을 조정함으로써 주파수가 일정한 범위 내로 제어된다.In the power system, the load continuously fluctuates even during normal times, and the system frequency fluctuates accordingly. The power system operator uses a control device called Automatic Generation Control (AGC) to adjust the frequency fluctuation within a certain range. Using this, a signal is generated and output to adjust the output of the synchronous generator operating in the system. By adjusting the output of the synchronous generator according to the frequency, the frequency is controlled within a certain range.

풍력발전기가 전력계통에 연계되면 풍속의 지속적인 변동으로 인한 출력 변동으로 인하여 전력 계통의 주파수가 지속적으로 변동한다. 특히 풍력발전 수용률이 높은 전력 계통에서는 풍속이 지속적으로 변동하는 경우에 풍력발전이 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking: MPPT) 제어를 수행하면 주파수를 좁은 범위로 유지시키는 데에 어려움이 발생한다. 이 경우 주파수 변동폭을 좁게 유지하기 위한 예비력이 현재의 양보다 더 필요하므로 전력 계통의 운영 비용이 증가하게 되어 전기 요금의 상승 요인이 된다. When a wind power generator is connected to the power system, the frequency of the power system continuously fluctuates due to output fluctuations due to continuous changes in wind speed. In particular, in power systems with a high acceptance rate of wind power generation, when wind speed continuously fluctuates, it is difficult to maintain the frequency in a narrow range when wind power generation performs Maximum Power Point Tracking (MPPT) control. . In this case, more reserve power is needed to maintain a narrow range of frequency fluctuations than the current amount, which increases the operating costs of the power system and causes an increase in electricity bills.

이러한 문제를 억제하기 위해, 변동하는 풍속에 대한 주파수 변동폭이 완화되도록 유효 전력을 제어하는 주파수 평활화 제어(Frequency Smoothing Control) 기법이 제안되었다. 주파수 평활화 제어 기법에서는 최대 전력점 추종 제어 기법에 따라 변동하는 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)에 주파수 편차(Δf)에 따른 출력 전력 편차(ΔP)를 가감하여 주파수가 평활화되도록 한다. 이때, 주파수 편차(Δf)에 따른 출력 전력 편차(ΔP)의 제어 이득(Gain)이 고정되면, 에너지 흡수 능력과 방출 능력이 제한된다. 따라서 주파수 편차(Δf)에 가중되는 이득이 가변되는 가변 제어 이득(variable control gain) 방식을 이용하면 주파수 평활화 성능을 높일 수 있다.To suppress this problem, a frequency smoothing control technique was proposed to control active power so that the frequency fluctuation range for fluctuating wind speed is alleviated. In the frequency smoothing control technique, the frequency is smoothed by adding or subtracting the output power deviation (ΔP) according to the frequency deviation (Δf) to the maximum power point tracking control value (P MPPT ), which varies according to the maximum power point tracking control technique. At this time, if the control gain of the output power deviation (ΔP) according to the frequency deviation (Δf) is fixed, the energy absorption and emission capabilities are limited. Therefore, frequency smoothing performance can be improved by using a variable control gain method in which the gain weighted to the frequency deviation (Δf) is variable.

도 1 및 도 2는 기존의 주파수 평활화 기법을 설명하기 위한 도면이다.1 and 2 are diagrams for explaining an existing frequency smoothing technique.

종래에 가변 제어 이득을 사용하는 주파수 평활화 기법에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자 회전 속도(Rotor speed)가 일정값(여기서는 일 예로 0.9 p.u.) 이하일 경우에는 출력 전력 편차(ΔP)에 대비한 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)의 비율을 나타내는 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 회전자 회전 속도에 비례하는 반면, 회전자 회전 속도가 일정 값 이상일 경우에는 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 균일하게 유지되도록 제어 이득(Gain)을 조절한다.In the conventional frequency smoothing technique using variable control gain, as shown in FIG. 1, when the rotor speed is below a certain value (here, 0.9 pu as an example), the output power deviation (ΔP) is compared to While the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ), which represents the ratio of the maximum power point tracking control value (P MPPT ), is proportional to the rotor rotation speed, maximum tracking control is performed when the rotor rotation speed is above a certain value. Adjust the control gain (Gain) so that the ratio (ΔP/P MPPT ) remains uniform.

이와 같은 가변 제어 이득을 사용하는 제어 방식은 최소 회전자 회전 속도(ωmin)에서 제어 이득이 0으로 설정되어 있기 때문에 저주파수 구간(Under-Frequency Section: UFS)에서 풍력발전기의 과도한 에너지 방출을 방지할 수 있다. 그러나 저주파수 구간뿐만 아니라 과주파수 구간(Over-Frequency Section: OFS)에서도 동일한 방식으로 제어 이득을 사용하기 때문에 과주파수 구간에서 운동에너지 흡수가 제한되어 주파수 제어 성능에는 제한이 따른다.This control method using variable control gain can prevent excessive energy emission from wind turbines in the under-frequency section (UFS) because the control gain is set to 0 at the minimum rotor rotation speed (ω min ). You can. However, because the control gain is used in the same way not only in the low-frequency section but also in the over-frequency section (OFS), kinetic energy absorption is limited in the over-frequency section, which limits frequency control performance.

이와 같은 과주파수 구간의 성능 제한을 개선하기 위해 과주파수 구간과 저주파수 구간으로 나누어 별도의 제어 이득을 사용하는 이가(二價) 제어 이득 방식이 제안되었고, 도 3은 이가 제어 이득 방식에서의 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)를 나타내고 있다.In order to improve the performance limitations of this over-frequency section, a bivalent control gain method was proposed that divides the over-frequency section and the low-frequency section and uses separate control gains. Figure 3 shows the maximum tracking in the bivalent control gain method. It shows the control ratio (ΔP/P MPPT ).

다만 도 3의 이가 제어 이득 방식은 과주파수 구간에서 회전자 회전 속도가 최대 회전자 속도(ωmax 여기서는 일 예로 1p.u.) 이상이면, 블레이드의 피치를 제어하여 피치각을 증가시킬 수 있는 대용량 MW급 풍력발전기에는 적합하다. 그러나 수십 KW급의 소용량 풍력발전기는 구조상 피치각을 제어할 수 없으므로, 회전자 속도가 최대 회전자 속도(ωmax)에 이르면 스톨(Stall) 제어를 사용하여 풍력발전기의 동작이 멈추게 된다. 따라서 소용량 풍력발전기의 경우에는 주파수 평활화 제어 수행시 회전자 속도가 최대 회전자 속도에 이르지 못하도록 사전에 제어해야 하므로, 기존의 이가 제어 이득 방식을 그대로 적용하기 어려운 점이 있다.However, the bivalent control gain method of FIG. 3 is a large-capacity system that can increase the pitch angle by controlling the pitch of the blades when the rotor rotation speed in the overfrequency section is greater than the maximum rotor speed (ω max here, for example, 1 p.u.) It is suitable for MW class wind power generators. However, small-capacity wind power generators of tens of KW cannot control the pitch angle due to their structure, so when the rotor speed reaches the maximum rotor speed (ω max ), the operation of the wind power generator is stopped using stall control. Therefore, in the case of small-capacity wind power generators, the rotor speed must be controlled in advance to prevent it from reaching the maximum rotor speed when performing frequency smoothing control, making it difficult to apply the existing bivalent control gain method as is.

한국 등록 특허 제10-21976435호 (2020.12.24 등록)Korea Registered Patent No. 10-21976435 (registered on December 24, 2020)

개시되는 실시예들은 과주파수 구간에서 소용량 풍력발전기가 스톨 제어 영역에 들어가지 않게 하면서 에너지 흡수 능력을 향상시킬 수 있는 주파수 평활화 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.The purpose of the disclosed embodiments is to provide a frequency smoothing control method that can improve energy absorption ability while preventing a small-capacity wind power generator from entering the stall control region in an overfrequency section.

개시되는 실시예들은 저주파수 구간에서 소용량 풍력발전기가 최저 회전자 속도에 이르지 않게 하면서 에너지 방출 능력을 개선할 수 있는 주파수 평활화 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.The purpose of the disclosed embodiments is to provide a frequency smoothing control method that can improve energy dissipation ability while preventing a small-capacity wind turbine from reaching the lowest rotor speed in a low-frequency section.

실시예에 따른 주파수 평활화 제어 방법은 하나 이상의 프로세서 및 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 방법으로서, 전력 계통의 계통 주파수를 측정하여 상기 계통 주파수와 기준 주파수 사이의 차로 계산되는 주파수 편차에 따라 상기 전력 계통이 과주파수 구간인지 저주파수 구간인지 판별하는 단계; 회전자 속도에 따라 풍력 발전기가 지정된 최대 회전자 속도에서 스톨 제어되지 않도록 설정된 스톨 마진에 따라 상기 과주파수 구간 및 상기 저주파수 구간 각각에 스톨 억제 구간을 설정하는 단계; 및 회전자 속도가 설정된 상기 스톨 억제 구간에 도달하기 이전, 상기 주파수 편차에 상기 풍력 발전기의 주파수 평활화를 조절하는 제어 이득이 가중된 전력 편차와 최대 전력점 추종 제어 기법에 따른 최대 전력점 추종 제어값 사이의 비를 나타내는 전력 편차 대 최대 추종 제어비가 점차적으로 0으로 수렴하여, 상기 풍력 발전기가 상기 스톨 억제 구간에서 주파수 평활화하지 않고 최대 전력점 추종 제어 기법에 따라 제어되도록 상기 제어 이득을 조절하는 단계를 포함한다.The frequency smoothing control method according to an embodiment is a method performed by a computing device having one or more processors and a memory that stores one or more programs executed by the one or more processors, and measures the system frequency of the power system to measure the system frequency of the power system. Determining whether the power system is an over-frequency section or an under-frequency section according to a frequency deviation calculated as the difference between the frequency and the reference frequency; Setting a stall suppression section in each of the over-frequency section and the low-frequency section according to a stall margin set so that the wind power generator is not stall controlled at a specified maximum rotor speed depending on the rotor speed; And before the rotor speed reaches the set stall suppression section, the power deviation in which the control gain for adjusting the frequency smoothing of the wind power generator is added to the frequency deviation and the maximum power point tracking control value according to the maximum power point tracking control technique. A step of adjusting the control gain so that the power deviation to maximum tracking control ratio, which represents the ratio between, gradually converges to 0, and the wind generator is controlled according to the maximum power point tracking control technique without frequency smoothing in the stall suppression section. Includes.

상기 스톨 억제 구간을 설정하는 단계는 상기 과주파수 구간을 상기 회전자 속도(ωr)를 기준으로 최소 회전자 속도(ωmin)에서 상기 스톨 마진에 의해 지정된 최대 마진 회전자 속도(ωmax-b)까지의 평활화 구간(ωmin < ωr ≤ ωmax-b)과 최대 마진 회전자 속도(ωmax-b)에서 최대 회전자 속도(ωmax)까지의 구간을 스톨 억제 구간(ωmax-b < ωr ≤ ωmax)으로 구분하여 설정할 수 있다.The step of setting the stall suppression section includes dividing the overfrequency section from a minimum rotor speed (ω min ) based on the rotor speed (ω r ) to a maximum margin rotor speed (ω max -b) specified by the stall margin. ) to the smoothing section (ω min < ω r ≤ ω max -b) and the section from the maximum margin rotor speed (ω max -b) to the maximum rotor speed (ω max ) to the stall suppression section (ω max -b). < ω r ≤ ω max ) can be set separately.

상기 제어 이득을 조절하는 단계는 상기 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 상기 평활화 구간의 상기 최소 회전자 속도(ωmin)에서 최대값을 갖고, 점차적으로 감소되어 최대 마진 회전자 속도(ωmax-b)에서 0이 되도록 상기 제어 이득을 조절할 수 있다.In the step of adjusting the control gain, the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) has a maximum value at the minimum rotor speed (ω min ) of the smoothing section and gradually decreases to reach the maximum margin rotor. The control gain can be adjusted to be 0 at speed (ω max -b).

상기 제어 이득을 조절하는 단계는 상기 과주파수 구간의 상기 평활화 구간에서 상기 제어 이득(Gainofs)이 상기 회전자 속도(ωr)에 따라 수학식 The step of adjusting the control gain is to determine the control gain (Gain ofs ) in the smoothing section of the overfrequency section according to the rotor speed (ω r ).

(여기서 fnom은 기준 주파수, k는 풍력 발전기의 최대 전력점 추종(MPPT) 기동을 위한 비례 상수, a는 과주파수 구간에서 회전자 속도(ωr)에 대한 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)의 변화율에 비례하는 상수)으로 조절할 수 있다.(where f nom is the reference frequency, k is the proportionality constant for maximum power point tracking (MPPT) starting of the wind power generator, and a is the power deviation for rotor speed (ω r ) in the overfrequency section to the maximum tracking control ratio (ΔP /P MPPT ) can be adjusted with a constant proportional to the rate of change.

상기 스톨 억제 구간을 설정하는 단계는 상기 저주파수 구간을 상기 회전자 속도(ωr)를 기준으로 최소 회전자 속도(ωmin)에서 스톨 제어 마진(b)에 의해 풍력 발전기의 출력 전력이 급격하게 변화하지 않도록 하기 위해 설정된 최대 출력 제어 마진(c)에 의해 지정되는 최대 출력 제어 속도(ωmax-c)까지의 최대 출력 구간(ωmin < ωr ≤ ωmax-c)과 최대 출력 제어 속도(ωmax-c)부터 상기 스톨 마진에 의해 지정된 최대 마진 회전자 속도(ωmax-b)까지의 출력 감쇄 구간(ωmax-c < ωr ≤ ωmax - b) 및 최대 마진 회전자 속도(ωmax-b)에서 최대 회전자 속도(ωmax)까지의 구간을 스톨 억제 구간(ωmax-b < ωr ≤ ωmax)으로 구분하여 설정할 수 있다.In the step of setting the stall suppression section, the output power of the wind generator suddenly changes due to the stall control margin (b) at the minimum rotor speed (ω min ) based on the rotor speed (ω r ) in the low-frequency section. In order to prevent this, the maximum output section (ω min < ω r ≤ ω max -c) and the maximum output control speed (ω) up to the maximum output control speed (ω max -c) specified by the set maximum output control margin (c) max -c) to the maximum margin rotor speed (ω max -b) specified by the stall margin (ω max -c < ω r ≤ ω max - b) and the maximum margin rotor speed (ω max The section from -b) to the maximum rotor speed (ω max ) can be set by dividing it into a stall suppression section (ω max -b < ω r ≤ ω max ).

상기 제어 이득을 조절하는 단계는 상기 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 최소 회전자 속도(ωmin)에서 0이고, 상기 최대 출력 구간에서 증가하고, 출력 감쇄 구간에서 점차 감소되어 상기 최대 마진 회전자 속도(ωmax-b)에서 0이 되도록 상기 제어 이득을 조절할 수 있다.In the step of adjusting the control gain, the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) is 0 at the minimum rotor speed (ω min ), increases in the maximum output section, and gradually decreases in the output attenuation section. The control gain can be adjusted to be 0 at the maximum margin rotor speed (ω max -b).

상기 제어 이득을 조절하는 단계는 상기 저주파수 구간의 상기 최대 출력 구간에서 상기 제어 이득(Gainufs)이 상기 회전자 속도(ωr)에 따라 수학식 In the step of adjusting the control gain, the control gain (Gain ufs ) in the maximum output section of the low frequency section is calculated according to the rotor speed (ω r ).

(여기서 fnom은 기준 주파수, k는 풍력 발전기의 최대 전력점 추종(MPPT) 기동을 위한 비례 상수, d는 저주파수 구간에서 회전자 속도(ωr)에 대한 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)의 변화율에 비례하는 상수)으로 조절할 수 있다.(where f nom is the reference frequency, k is the proportionality constant for maximum power point tracking (MPPT) starting of the wind generator, and d is the maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) to the rotor speed (ω r ) in the low-frequency section. It can be adjusted with a constant proportional to the rate of change.

상기 제어 이득을 조절하는 단계는 상기 저주파수 구간의 상기 출력 감쇄 구간에서 상기 제어 이득(Gainufs)이 상기 회전자 속도(ωr)에 따라 수학식 In the step of adjusting the control gain, the control gain (Gain ufs ) in the output attenuation section of the low frequency section is calculated according to the rotor speed (ω r ).

으로 조절할 수 있다.It can be adjusted.

상기 제어 이득을 조절하는 단계는 상기 스톨 억제 구간에서는 상기 제어 이득(Gainofs)이 0으로 유지되도록 조절할 수 있다.The step of adjusting the control gain can be adjusted so that the control gain (Gain ofs ) is maintained at 0 in the stall suppression period.

상기 주파수 평활화 제어 방법은 상기 제어 이득에 따라 상기 소용량 풍력 발전기의 주파수를 평활화하는 단계를 더 포함하고, 상기 주파수를 평활화하는 단계는 상기 주파수 편차(Δf)에 상기 제어 이득을 가중하여 출력 전력 편차(ΔP)를 계산하고, 최대 전력점 추종 제어 기법에 따라 회전자 속도(ωr)에서 출력할 수 있는 최대 전력점을 나타내는 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)에서 상기 출력 전력 편차를 차감하여 유효 전력 기준값(Pref)을 획득하며, 상기 유효 전력 기준값(Pref)에 따라 상기 소용량 풍력 발전기에서 출력되는 전력을 조절할 수 있다.The frequency smoothing control method further includes the step of smoothing the frequency of the small-capacity wind power generator according to the control gain, and the smoothing of the frequency includes weighting the control gain to the frequency deviation (Δf) to output power deviation ( ΔP) is calculated, and the output power deviation is subtracted from the maximum power point tracking control value (P MPPT ), which represents the maximum power point that can be output at the rotor speed (ω r ) according to the maximum power point tracking control technique. A power reference value (P ref ) is obtained, and the power output from the small-capacity wind power generator can be adjusted according to the active power reference value (P ref ).

따라서, 실시예에 따른 주파수 평활화 제어 방법은 소용량 풍력발전기가 과주파수 구간에서 스톨 제어 영역에 들어가지 않게 하면서 에너지 흡수 능력을 향상시킬 수 있고, 최저 회전자 속도에 이르지 않게 하면서 에너지 방출 능력을 개선할 수 있도록 하여 별도의 에너지 저장장치를 사용하지 않아 주파수 평활화를 위해 추가적으로 드는 비용을 줄일 수 있고, 주파수 제어를 위해 동기발전기들이 추가적으로 가져야 하는 예비력을 줄여 전력 계통의 운영 비용을 줄일 수 있다.Therefore, the frequency smoothing control method according to the embodiment can improve the energy absorption ability while preventing the small-capacity wind power generator from entering the stall control region in the over-frequency section, and improve the energy emission ability while preventing the small-capacity wind power generator from reaching the minimum rotor speed. By doing so, additional costs for frequency smoothing can be reduced by not using a separate energy storage device, and the operating costs of the power system can be reduced by reducing the additional reserve power that synchronous generators must have for frequency control.

도 1 및 도 2는 기존의 주파수 평활화 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 소용량 풍력발전기의 주파수 평활화 시스템을 나타낸다.
도 4는 도 3의 제어 이득 생성 모듈의 상세 구성의 일 예를 나타낸다.
도 5는 실시예에 따라 과주파수 구간에서 요구되는 전력 편차 대 최대 추종 제어비와 제어 이득의 변화를 나타낸다.
도 6은 실시예에 따라 저주파수 구간에서 요구되는 전력 편차 대 최대 추종 제어비와 제어 이득의 변화를 나타낸다.
도 7은 소용량 풍력 발전기에 인가되는 입력 풍속의 예를 나타낸다.
도 8은 계통 주파수를 측정한 예를 나타낸다.
도 9 및 도 10은 실시예의 주파수 평활화 제어 장치에 따른 회전자 속도를 비교한 결과를 나타낸다.
도 11은 실시예에 따른 주파수 평활화 제어 방법을 나타낸다.
도 12는 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 설명하기 위한 도면이다.
1 and 2 are diagrams for explaining an existing frequency smoothing technique.
Figure 3 shows a frequency smoothing system for a small-capacity wind power generator according to an embodiment.
FIG. 4 shows an example of the detailed configuration of the control gain generation module of FIG. 3.
Figure 5 shows changes in the power deviation required in the overfrequency section versus the maximum tracking control ratio and control gain according to an embodiment.
Figure 6 shows changes in power deviation required in a low frequency section versus maximum tracking control ratio and control gain according to an embodiment.
Figure 7 shows an example of input wind speed applied to a small-capacity wind power generator.
Figure 8 shows an example of measuring grid frequency.
Figures 9 and 10 show the results of comparing rotor speeds according to the frequency smoothing control device of the embodiment.
Figure 11 shows a frequency smoothing control method according to an embodiment.
FIG. 12 is a diagram for explaining a computing environment including a computing device according to an embodiment.

이하, 도면을 참조하여 일 실시예의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of one embodiment will be described with reference to the drawings. The detailed description below is provided to provide a comprehensive understanding of the methods, devices and/or systems described herein. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.

일 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 일 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 일 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In describing one embodiment, if it is determined that a detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of an embodiment, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. The terminology used in the detailed description is intended to describe only one embodiment and should in no way be limiting. Unless explicitly stated otherwise, singular forms include plural meanings. In this description, expressions such as “comprising” or “comprising” are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, and one or more than those described. It should not be construed to exclude the existence or possibility of any other characteristic, number, step, operation, element, or part or combination thereof. In addition, terms such as "... unit", "... unit", "module", and "block" used in the specification refer to a unit that processes at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware. and software.

도 3은 실시예에 따른 소용량 풍력발전기의 주파수 평활화 시스템을 나타낸다.Figure 3 shows a frequency smoothing system for a small-capacity wind power generator according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 실시예에 따른 주파수 평활화 시스템은 최대 전력점 추종 제어 모듈(11), 주파수 평활화 모듈(12), 유효 전력 기준값 획득 모듈(15), 컨버터 제어 모듈(16) 및 제어 이득 생성 모듈(17)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the frequency smoothing system according to the embodiment includes a maximum power point tracking control module 11, a frequency smoothing module 12, an active power reference value acquisition module 15, a converter control module 16, and a control gain generation. It may include a module 17.

최대 전력점 추종 제어 모듈(11)은 회전자 속도(ωr)를 인가받고, 최대 전력점 추종(MPPT)에 따라 인가된 회전자 속도(ωr)에서 출력할 수 있는 최대 전력점을 나타내는 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)을 출력한다. 최대 전력점 추종 제어 모듈(11)은 계통 주파수에 무관하게 가능한 최대 전력을 출력할 수 있도록 하는 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)을 획득한다. 따라서 풍력발전기의 전력 생산 효율성을 최대화할 수 있으나, 계통 주파수의 변동을 야기한다.The maximum power point tracking control module 11 receives the rotor speed (ω r ) and represents the maximum power point that can be output at the applied rotor speed (ω r ) according to the maximum power point tracking (MPPT). Outputs the power point tracking control value (P MPPT ). The maximum power point tracking control module 11 obtains a maximum power point tracking control value (P MPPT ) that allows the maximum possible power to be output regardless of the grid frequency. Therefore, the power production efficiency of the wind power generator can be maximized, but it causes fluctuations in the grid frequency.

최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)은 수학식 1에 따라 획득될 수 있다.The maximum power point tracking control value (P MPPT ) can be obtained according to Equation 1.

여기서 k는 소용량 풍력 발전기의 최대 전력점 추종(MPPT) 기동을 위한 비례 상수이다.Here, k is the proportionality constant for maximum power point tracking (MPPT) starting of the small-capacity wind power generator.

주파수 평활화 모듈(12)은 풍력 발전기가 최대 전력점 추종 제어 모듈(11)에서 획득된 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)에 따라 큰 변동폭으로 전력을 생산하지 않고, 계통 주파수(fsys)의 변화가 최소가 되도록 보상하기 위한 출력 전력 편차(ΔP)를 획득한다.The frequency smoothing module 12 prevents the wind power generator from producing power with a large fluctuation range according to the maximum power point tracking control value (P MPPT ) obtained from the maximum power point tracking control module 11, and the system frequency (f sys ) Obtain the output power deviation (ΔP) to compensate so that the change is minimal.

주파수 평활화 모듈(12)은 주파수 편차 출력 모듈(13) 및 이득 가중 모듈(14)을 포함할 수 있다. 주파수 편차 출력 모듈(13)은 측정된 계통 주파수(fsys)가 기준 주파수(fnom)를 추종하여 평활화될 수 있도록, 계통 주파수(fsys)가 기준 주파수(fnom) 사이의 차이를 나타내는 주파수 편차(Δf = fsys - fnom)를 획득하여 출력한다.The frequency smoothing module 12 may include a frequency deviation output module 13 and a gain weighting module 14. The frequency deviation output module 13 is a frequency representing the difference between the system frequency (f sys ) and the reference frequency (f nom ) so that the measured system frequency (f sys ) can be smoothed by following the reference frequency (f nom ). Obtain and output the deviation (Δf = f sys - f nom ).

다만, 주파수 평활화 모듈(12)이 주파수 편차(Δf)만을 고려하여 평활화를 수행하는 경우, 상기한 바와 같이, 에너지 흡수 능력과 방출 능력이 제한되어 주파수 평활화 성능이 낮다. 즉 주파수 평활화를 빠르게 수행할 수 없다.However, when the frequency smoothing module 12 performs smoothing considering only the frequency deviation (Δf), the frequency smoothing performance is low due to limited energy absorption and emission capabilities, as described above. In other words, frequency smoothing cannot be performed quickly.

이에 주파수 평활화 모듈(12)은 평활화 성능을 향상시키기 위해 이득 가중 모듈(14)을 더 포함한다. 이득 가중 모듈(14)은 주파수 편차(Δf)에 제어 이득(Gain)을 가중하여 출력 전력 편차(ΔP = Gain * Δf)를 획득함으로써 계통 주파수(fsys)가 더욱 빠르게 기준 주파수(fnom)를 추종할 수 있도록 한다.Accordingly, the frequency smoothing module 12 further includes a gain weighting module 14 to improve smoothing performance. The gain weighting module 14 obtains the output power deviation (ΔP = Gain * Δf) by weighting the control gain (Gain) to the frequency deviation (Δf), so that the grid frequency (f sys ) increases the reference frequency (f nom ) more quickly. Make it possible to follow.

이때 제어 이득(Gain)은 고정된 값으로 지정되지 않고 제어 이득 생성 모듈(17)에 의해 가변된다. 이득 가중 모듈(14)은 제어 이득 생성 모듈(17)에서 인가되는 이득 제어 신호(GC)에 응답하여 제어 이득(Gain)을 가변할 수 있다. 이득 가중 모듈(14)은 일 예로 비례 제어기로 구현될 수 있다.At this time, the control gain (Gain) is not specified as a fixed value but is varied by the control gain generation module 17. The gain weighting module 14 may vary the control gain (Gain) in response to the gain control signal (GC) applied from the control gain generation module 17. The gain weighting module 14 may be implemented as a proportional controller, for example.

유효 전력 기준값 획득 모듈(15)은 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)에 출력 전력 편차(ΔP)를 차감하여 풍력 발전기가 생산하는 전력이 추종해야 하는 기준이 되는 유효 전력 기준값(Pref = PMPPT - ΔP)을 획득한다. 컨버터 제어 모듈(16)은 획득된 유효 전력 기준값(Pref)에 따라 소용량 풍력 발전기에서 생산되는 전력을 계통전력으로 변환하여 출력한다.The active power reference value acquisition module 15 subtracts the output power deviation (ΔP) from the maximum power point tracking control value (P MPPT ) to obtain the active power reference value (P ref = P), which is the standard for the power produced by the wind generator to follow. Obtain MPPT - ΔP). The converter control module 16 converts the power produced by the small-capacity wind power generator into grid power according to the obtained active power reference value (P ref ) and outputs it.

제어 이득 생성 모듈(17)은 회전자 속도(ωr)를 인가받고 미리 지정된 최소 회전자 속도(ωmin)와 최대 회전자 속도(ωmax) 및 사용자 지정값(a, b, c)을 기반으로 제어 이득(Gain)을 결정하고, 결정된 제어 이득(Gain)을 이득 가중 모듈(14)로 전달하여 이득 가중 모듈(14)이 주파수 편차(Δf)에 결정된 제어 이득(Gain)을 가중하여 출력 전력 편차(ΔP)를 출력하도록 한다.The control gain generation module 17 receives the rotor speed (ω r ) and based on the pre-specified minimum rotor speed (ω min ) and maximum rotor speed (ω max ) and user-specified values (a, b, c). determine the control gain (Gain), and transfer the determined control gain (Gain) to the gain weighting module 14. The gain weighting module 14 weights the determined control gain (Gain) to the frequency deviation (Δf) to output power. Output the deviation (ΔP).

제어 이득 생성 모듈(17)은 실시예의 주파수 평활화 제어 장치로서 동작한다.Control gain generation module 17 operates as a frequency smoothing control device in the embodiment.

상기한 바와 같이, 출력 전력 편차(ΔP = Gain * Δf)는 주파수 편차(Δf)에 대한 제어 이득(Gain)에 의해 변경되므로, 소용량 풍력 발전기의 주파수 평활화 성능은 제어 이득(Gain)에 의해 결정되는 것으로 볼 수 있다. 예로서 제어 이득(Gain)이 0의 값을 갖게 되면, 출력 전력 편차(ΔP)가 0이 되어, 유효 전력 기준값(Pref = PMPPT - ΔP)이 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)과 동일하게 된다. 이 경우 풍력 발전기는 주파수 평활화를 수행하지 않으며, 따라서 최대 전력점 추종(MPPT) 제어 방식으로 동작하게 된다.As mentioned above, the output power deviation (ΔP = Gain * Δf) is changed by the control gain (Gain) for the frequency deviation (Δf), so the frequency smoothing performance of the small-capacity wind power generator is determined by the control gain (Gain). It can be seen as For example, if the control gain (Gain) has a value of 0, the output power deviation (ΔP) becomes 0, and the active power reference value (P ref = P MPPT - ΔP) is equal to the maximum power point tracking control value (P MPPT ). becomes the same. In this case, the wind generator does not perform frequency smoothing and therefore operates under maximum power point tracking (MPPT) control.

따라서 제어 이득 생성 모듈(17)은 주파수 평활화를 수행하기 위한 제어 이득(Gain)을 조절한다. 이때 과주파수 구간 및 저주파수 구간 모두에서 소용량 풍력 발전기가 안정적으로 동작할 수 있도록 제어 이득(Gain)을 가변하여 결정할 수 있다. 실시예에서 제어 이득 생성 모듈(17) 또한 과주파수 구간과 저주파수 구간으로 나누어 별도의 제어 이득을 사용하는 이가 제어 이득 방식을 사용하지만, 블레이드의 피치 제어가 가능한 대용량 풍력 발전기에 적용할 수 있는 도 2의 기법과 달리 스톨(Stall) 제어 방식을 이용하는 소용량 풍력 발전기에 적합하도록 제어 이득(Gain)을 가변하여 결정한다.Therefore, the control gain generation module 17 adjusts the control gain (Gain) to perform frequency smoothing. At this time, the control gain (Gain) can be determined to be variable so that the small-capacity wind power generator can operate stably in both the over-frequency section and the low-frequency section. In the embodiment, the control gain generation module 17 also uses a control gain method that uses separate control gains by dividing it into an over-frequency section and a low-frequency section, but can be applied to a large-capacity wind power generator capable of controlling the pitch of the blade. 2 Unlike the technique in , the control gain is determined by varying the control gain to be suitable for small-capacity wind power generators using the stall control method.

도 4는 도 3의 제어 이득 생성 모듈의 상세 구성의 일 예를 나타내고, 도 5는 실시예에 따라 과주파수 구간에서 요구되는 최대 추종 제어비와 제어 이득의 변화를 나타내며, 도 6은 실시예에 따라 저주파수 구간에서 요구되는 최대 추종 제어비와 제어 이득의 변화를 나타낸다.FIG. 4 shows an example of the detailed configuration of the control gain generation module of FIG. 3, FIG. 5 shows changes in the maximum tracking control ratio and control gain required in the overfrequency section according to the embodiment, and FIG. 6 shows the change in the control gain according to the embodiment. Accordingly, it shows the change in the maximum tracking control ratio and control gain required in the low frequency section.

도 4를 참조하면, 제어 이득 생성 모듈(17)은 구간 설정 모듈(21), 구간 판별 모듈(22) 및 이득 제어 모듈(23)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the control gain generation module 17 may include an interval setting module 21, an interval determination module 22, and a gain control module 23.

구간 설정 모듈(21)은 소용량 풍력 발전기가 과주파수 구간에서 에너지 흡수 능력을 향상하면서도 평활화에 의해 회전자 속도(ωr)가 최대 회전자 속도(ωmax)에 이르러 스톨이 발생되는 것을 방지하기 위한 과주파수 평활화 구간을 설정하는 한편, 저주파수 구간에서는 안정적인 동작을 보장하면서 에너지 방출 능력을 개선할 수 있도록 저주파수 평활화 구간을 설정한다.The section setting module 21 is used to prevent stalls from occurring when the rotor speed (ω r ) reaches the maximum rotor speed (ω max ) through smoothing while improving the energy absorption ability of the small-capacity wind power generator in the over-frequency section. While an overfrequency smoothing section is set, a low-frequency smoothing section is set to improve energy dissipation ability while ensuring stable operation in the low-frequency section.

구간 설정 모듈(21)은 소용량 풍력 발전기의 제조시에 지정되는 최소 회전자 속도(ωmin)와 최대 회전자 속도(ωmax)를 획득하여 저장한다. 여기서는 일 예로 최소 회전자 속도(ωmin)가 0.5p.u.이고, 최대 회전자 속도(ωmax)는 1p.u.인 경우를 가정한다. 뿐만 아니라, 과주파수 평활화 구간 및 저주파수 평활화 구간을 설정하기 위한 사용자 지정값(a, b, c, d)을 인가받아 함께 저장할 수 있다.The section setting module 21 obtains and stores the minimum rotor speed (ω min ) and maximum rotor speed (ω max ) specified when manufacturing a small-capacity wind power generator. Here, as an example, it is assumed that the minimum rotor speed (ω min ) is 0.5pu and the maximum rotor speed (ω max ) is 1p.u. In addition, user-specified values (a, b, c, d) for setting the over-frequency smoothing section and the low-frequency smoothing section can be received and stored together.

여기서 a와 d는 각각 과주파수 구간과 저주파수 구간에서 회전자 속도(ωr)에 대한 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)의 변화율로서 소용량 풍력 발전기에 따라 사용자에 의해 지정되는 값이다. 그리고 b는 소용량 풍력 발전기가 스톨 제어에 의해 동작을 멈추는 것을 억제하기 위한 스톨 마진이고, c는 소용량 풍력 발전기가 안정적인 상태를 유지하면서 에너지 방출 성능을 극대화할 수 있도록 하기 위한 최대 출력 제어 마진이다.Here, a and d are the rate of change of the maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) to the power deviation for the rotor speed (ω r ) in the over-frequency section and the low-frequency section, respectively, and are values specified by the user depending on the small-capacity wind power generator. . And b is the stall margin to prevent the small-capacity wind power generator from stopping operation due to stall control, and c is the maximum output control margin to ensure that the small-capacity wind power generator can maximize energy emission performance while maintaining a stable state.

도 5의 (a)는 실시예에 따라 측정된 계통 주파수(fsys)가 기준 주파수(fnom)보다 커서 주파수 편차(Δf)가 양의 값을 갖는 과주파수 구간에서 요구되는 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)를 나타낸다.Figure 5 (a) shows the required power deviation versus maximum tracking in the overfrequency section in which the system frequency (f sys ) measured according to an embodiment is greater than the reference frequency (f nom ) and the frequency deviation (Δf) has a positive value. It represents the control ratio (ΔP/P MPPT ).

주파수 편차(Δf)가 양의 값을 가지면, 유효 전력 기준값(Pref)은 양의 값을 출력 전력 편차(ΔP)가 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)에서 차감되므로, 회전자 속도(ωr)가 증가되어 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 점차 감소되어야 한다.If the frequency deviation (Δf) has a positive value, the active power reference value (P ref ) has a positive value. Since the output power deviation (ΔP) is subtracted from the maximum power point tracking control value (P MPPT ), the rotor speed (ω r ) should be increased so that the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) should gradually decrease.

즉 과주파수 구간에서 풍력 발전기는 회전자 속도(ωr)가 최소 회전자 속도(ωmin) 이상이면 전력을 생산하되, 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)에 따른 전력보다 낮은 전력을 생산할 수 있어야 한다. 따라서 주파수 평활화를 수행하는 경우, 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)는 도 5의 (a)에서와 같이, 최소 회전자 속도(ωmin)에서 최대값을 갖고, 회전자 속도(ωr)가 증가될수록 점차적으로 낮아져야 한다. 이 경우, 흡수되는 에너지에 의해 회전자 속도(ωr)가 더욱 증가하게 된다. 다만 소용량 풍력 발전기에서는 회전자 속도(ωr)가 최대 회전자 속도(ωmax)인 1p.u.를 초과하면 스톨 제어되어 동작을 멈추게 된다.That is, in the overfrequency section, the wind power generator produces power when the rotor speed (ω r ) is above the minimum rotor speed (ω min ), but it can produce power lower than the power according to the maximum power point tracking control value (P MPPT ). There must be. Therefore, when performing frequency smoothing, the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) has a maximum value at the minimum rotor speed (ω min ), as shown in (a) of Figure 5, and the rotor speed ( As ω r ) increases, it should gradually decrease. In this case, the rotor speed (ω r ) further increases due to the absorbed energy. However, in small-capacity wind power generators, if the rotor speed (ω r ) exceeds 1 p.u., which is the maximum rotor speed (ω max ), stall is controlled and the operation is stopped.

따라서 소용량 풍력 발전기가 스톨 제어에 의해 동작을 멈추지 않도록 하기 위해서는 회전자 속도(ωr)가 최대 회전자 속도(ωmax)에 도달하기 이전에 주파수 평활화를 가급적 억제하여 흡수되는 에너지를 줄여야 한다. 이를 위해 구간 설정 모듈(21)은 실시예에서는 스톨 제어 마진(b)(여기서는 일 예로 0.1)을 설정할 수 있다.Therefore, in order to prevent a small-capacity wind power generator from stopping operation due to stall control, frequency smoothing must be suppressed as much as possible before the rotor speed (ω r ) reaches the maximum rotor speed (ω max ) to reduce the absorbed energy. For this purpose, the section setting module 21 may set the stall control margin b (here, 0.1 as an example) in the embodiment.

스톨 제어 마진(b)은 회전자 속도(ωr)가 최대 회전자 속도(ωmax)에 도달하기 이전에 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 0이 되도록 하여 과도한 주파수 평활화를 수행하지 않도록 하기 위한 회전자 속도 마진이다. 즉 실시예에서는 회전자 속도(ωr)가 최대 회전자 속도(ωmax)에서 스톨 제어 마진(b)을 차감한 최대 마진 회전자 속도(ωmax-b)에 도달하면, 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 0이 되도록 제어 이득(Gain)을 결정해야 한다.The stall control margin (b) prevents excessive frequency smoothing by ensuring that the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) becomes zero before the rotor speed (ω r ) reaches the maximum rotor speed (ω max ). This is the rotor speed margin to prevent it from performing. That is, in the embodiment, when the rotor speed (ω r ) reaches the maximum margin rotor speed (ω max -b) obtained by subtracting the stall control margin (b) from the maximum rotor speed (ω max ), the power deviation vs. maximum tracking The control gain (Gain) must be determined so that the control ratio (ΔP/P MPPT ) is 0.

한편 도 6의 (a)는 실시예에 따라 측정된 계통 주파수(fsys)가 기준 주파수(fnom)보다 작아 주파수 편차(Δf)가 음의 값을 갖는 저주파수 구간에서 요구되는 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)를 나타낸다.Meanwhile, (a) of FIG. 6 shows the required power deviation vs. maximum tracking in a low-frequency section where the system frequency (f sys ) measured according to an embodiment is smaller than the reference frequency (f nom ) and the frequency deviation (Δf) has a negative value. It represents the control ratio (ΔP/P MPPT ).

주파수 편차(Δf)가 음의 값을 가지면, 출력 전력 편차(ΔP)도 음의 값을 갖고 유효 전력 기준값(Pref)은 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)에서 출력 전력 편차(ΔP)의 절대값이 가산되어 획득된다. 따라서 회전자 속도(ωr)가 빠르게 감소되어 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 빠르게 감소되어야 한다.If the frequency deviation (Δf) has a negative value, the output power deviation (ΔP) also has a negative value, and the active power reference value (P ref ) is the value of the output power deviation (ΔP) from the maximum power point tracking control value (P MPPT ). The absolute value is obtained by adding. Therefore, the rotor speed (ω r ) must be rapidly reduced so that the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) is rapidly reduced.

다만 저주파수 구간에서도 풍력 발전기는 회전자 속도(ωr)가 최소 회전자 속도(ωmin) 이상이면 전력을 생산하되, 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)에 따른 전력보다 높은 전력을 생산해야 한다. 즉 빠르게 큰 전력을 생산할 수 있어야 한다. 이때 최소 회전자 속도(ωmin)에서는 과감속(OD: Over-decleration)을 방지하기 위해 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 0이 되도록 하고, 회전자 속도(ωr)가 감소될수록 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)는 점차적으로 감소되어야 한다. 그러나 저주파수 구간에서도 소용량 풍력 발전기에서는 회전자 속도(ωr)가 최대 회전자 속도(ωmax)를 초과해서는 안되므로, 스톨 제어 마진(b)이 설정되고, 이와 함께 구간 설정 모듈(21)은 회전자 속도(ωr)에 따라 증가되는 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 스톨 제어 마진(b)에 의해 급격하게 변화하지 않도록 최대 출력 제어 마진(c)을 더 설정할 수 있다.However, even in the low-frequency section, the wind power generator produces power if the rotor speed (ω r ) is higher than the minimum rotor speed (ω min ), but it must produce power higher than the power according to the maximum power point tracking control value (P MPPT ). . In other words, it must be able to produce large amounts of power quickly. At this time, at the minimum rotor speed (ω min ), the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) is set to 0 to prevent over-decleration (OD), and the rotor speed (ω r ) is set to 0. As it decreases, the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) should gradually decrease. However, even in the low-frequency section, in a small-capacity wind power generator, the rotor speed (ω r ) should not exceed the maximum rotor speed (ω max ), so the stall control margin (b) is set, and the section setting module 21 is set to The maximum output control margin (c) can be further set so that the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ), which increases with speed (ω r ), does not change rapidly due to the stall control margin (b).

구간 판별 모듈(22)은 구간 설정 모듈(21)에 설정된 회전자 속도(ωr)에 대한 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)의 변화율(a, d), 스톨 제어 마진(b) 및 최대 출력 제어 마진(c)에 따라 현재 회전자 속도(ωr)에 따른 구간을 판별한다. 구간 판별 모듈(22)은 우선 주파수 편차(Δf)의 부호에 따라 과주파수 구간과 저주파수 구간을 판별하고, 저주파수 구간이면, 회전자 속도(ωr)가 최소 회전자 속도(ωmin)로부터 최대 회전자 속도(ωmax)에서 최대 출력 제어 마진(c)을 차감한 최대 출력 제어 속도(ωmax-c) 사이의 최대 출력 구간(ωmin < ωr ≤ ωmax-c)인지 아니면, 최대 출력 제어 속도(ωmax-c)로부터 최대 회전자 속도(ωmax)에서 스톨 마진(b)을 차감한 스톨 제어 속도(ωmax-b) 사이의 출력 감쇄 구간(ωmax-c < ωr ≤ ωmax-b)인지 판별한다. The section determination module 22 determines the rate of change (a, d) of the maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) to the power deviation for the rotor speed (ω r ) set in the section setting module 21, and the stall control margin (b). ) and the maximum output control margin (c) to determine the section according to the current rotor speed (ω r ). The section determination module 22 first determines the over-frequency section and the under-frequency section according to the sign of the frequency deviation (Δf). If it is a low-frequency section, the rotor speed (ω r ) increases from the minimum rotor speed (ω min ) to the maximum number of times. Is the maximum output section (ω min < ω r ≤ ω max -c) between the maximum output control speed (ω max -c) obtained by subtracting the maximum output control margin (c) from the electronic speed (ω max ), or is the maximum output control The output attenuation section (ω max -c < ω r ≤ ω max) between the stall control speed (ω max -b) obtained by subtracting the stall margin (b) from the maximum rotor speed (ω max ) from the speed (ω max -c ) . -b) Determine whether it is.

이득 제어 모듈(23)은 구간 판별 모듈(22)에서 판별된 구간에 따라 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 도 5의 (a) 및 도 6의 (a)를 추종하도록 이득 가중 모듈(14)의 제어 이득(Gain)을 조절하기 위한 이득 제어 신호(GC)를 출력한다.The gain control module 23 adjusts the gain so that the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) follows Figure 5 (a) and Figure 6 (a) according to the section determined by the section determination module 22. A gain control signal (GC) for adjusting the control gain (Gain) of the weighting module 14 is output.

도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 과주파수 구간에서 소용량 풍력 발전기의 에너지 흡수 능력을 높이면서도 스톨 제어에 의한 동작 중지를 억제하기 위해서 회전자 속도(ωr)에 대한 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)는 수학식 2와 같이 설정되어야 한다.As shown in Figure 5 (a), in order to increase the energy absorption ability of the small-capacity wind power generator in the overfrequency section and suppress operation stoppage due to stall control, the power deviation for the rotor speed (ω r ) versus the maximum tracking The control ratio (ΔP/P MPPT ) should be set as shown in Equation 2.

수학식 2에 따르면, 과주파수 구간에서는 회전자 속도(ωr)가 최소 회전자 속도(ωmin)일 때 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)를 가장 크게 설정하여 풍력발전기의 에너지 흡수 능력을 극대화시켰고, 회전자 속도(ωr)가 빨라질수록 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 비례적으로 감소하여 최대 마진 회전자 속도(ωmax-b)에서 0이 되도록 설정한다. 따라서 주파수 평활화 수행 중에 회전자 속도(ωr)가 가급적 최대 회전자 속도(ωmax)에 이르지 않도록 하였다. 즉 과주파수 구간을 다시 회전자 속도(ωr)에 따라 평활화 구간(ωmin < ωr ≤ ωmax-b)과 회전자 속도(ωr)가 최대 회전자 속도(ωmax)에서 스톨 마진(b)을 차감한 구간부터 최대 회전자 속도(ωmax)까지의 구간을 스톨 억제 구간(ωmax-b < ωr ≤ ωmax)으로 구분 설정하여 평활화를 최대한 억제한다.According to Equation 2, in the overfrequency section, when the rotor speed (ω r ) is the minimum rotor speed (ω min ), the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) is set to the largest to increase the energy of the wind turbine. The absorption capacity is maximized, and as the rotor speed (ω r ) increases, the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) decreases proportionally and becomes 0 at the maximum margin rotor speed (ω max -b). Set it. Therefore, during frequency smoothing, the rotor speed (ω r ) was prevented from reaching the maximum rotor speed (ω max ) as much as possible. That is, the overfrequency section is again divided into a smoothing section (ω min < ω r ≤ ω max -b) according to the rotor speed (ω r ) and a stall margin (ω max ) at the maximum rotor speed (ω max ). The section from the section where b) is subtracted to the maximum rotor speed (ω max ) is divided into a stall suppression section (ω max -b < ω r ≤ ω max ) to suppress smoothing as much as possible.

그리고 수학식 2의 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)를 달성하기 위해, 과주파수 구간에서의 제어 이득(Gainofs)은 수학식 3에 따라 결정될 수 있다.And in order to achieve the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) of Equation 2, the control gain (Gain ofs ) in the overfrequency section can be determined according to Equation 3.

여기서 0.1은 주파수를 구분하기 위한 단위로서 0.1Hz를 나타낸다.Here, 0.1 is a unit for distinguishing frequencies and represents 0.1Hz.

수학식 3에서 kωr 3 은 수학식 1에 나타난 바와 같이, 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)이고, [ ]의 항목은 수학식 2의 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)를 나타낸다.In Equation 3, kω r 3 is the maximum power point tracking control value (P MPPT ), as shown in Equation 1, and the item in [ ] is the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) in Equation 2. represents.

따라서 판별된 구간이 과주파수 구간이면, 이득 제어 모듈(23)은 수학식 3에 따라 요구되는 과주파수 제어 이득(Gainofs)을 계산하고, 이득 가중 모듈(14)이 계산된 과주파수 제어 이득(Gainofs)을 주파수 편차(Δf)에 가중하도록 이득 제어 신호(GC)를 이득 가중 모듈(14)로 출력한다.Therefore, if the determined section is an overfrequency section, the gain control module 23 calculates the required overfrequency control gain (Gain ofs ) according to Equation 3, and the gain weighting module 14 calculates the calculated overfrequency control gain ( The gain control signal (GC) is output to the gain weighting module 14 to weight Gain ofs ) to the frequency deviation (Δf).

수학식 3에 따라 과주파수 구간에서의 회전자 속도(ωr)에 따른 과주파수 제어 이득(Gainofs)은 도 5의 (b)와 같이 나타나게 된다.According to Equation 3, the overfrequency control gain (Gain ofs ) according to the rotor speed (ω r ) in the overfrequency section is displayed as shown in (b) of FIG. 5.

한편, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 저주파수 구간에서도, 스톨 억제 구간(ωmax-b < ωr ≤ ωmax)을 설정하여 평활화를 최대한 억제한다. 이와 함게 나머지 구역을 현재 회전자 속도(ωr)가 최대 출력 구간(ωmin < ωr ≤ ωmax-c)인 경우와 회전자 속도(ωr)가 출력 감쇄 구간(ωmax-c < ωr ≤ ωmax-b)인 경우로 다시 구분하여 회전자 속도(ωr)에 대한 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 수학식 4 및 5와 같이 설정되어야 한다.Meanwhile, as shown in (a) of FIG. 6, even in the low frequency section, smoothing is suppressed as much as possible by setting a stall suppression section (ω max -b < ω r ≤ ω max ). In addition, the remaining sections are divided into the case where the current rotor speed (ω r ) is the maximum output section (ω min < ω r ≤ ω max -c) and the rotor speed (ω r ) is the output attenuation section (ω max -c < ω r ≤ ω max -b), the power deviation for rotor speed (ω r ) to the maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) must be set as shown in Equations 4 and 5.

수학식 4 및 5에 따르면, 저주파수 구간에서 회전자 속도(ωr)가 최대 출력 구간(ωmin < ωr ≤ ωmax-c)이면, 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)를 점차로 증가되도록 설정하여 풍력발전기의 에너지 방출 능력을 극대화시켰고, 회전자 속도(ωr)가 출력 감쇄 구간(ωmax-c < ωr ≤ ωmax-b)이면, 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 스톨 제어 마진(b)에 의해 설정된 스톨 마진 구간(ωmax-b < ωr ≤ ωmax)에 도달하기 전까지 빠르게 비례적으로 감소하여 최대 마진 회전자 속도(ωmax-b)에서 0이 되도록 설정한다. 따라서 주파수 평활화 수행 중에 회전자 속도(ωr)가 가급적 최대 회전자 속도(ωmax)에 이르지 않도록 하였다.According to Equations 4 and 5, if the rotor speed (ω r ) in the low frequency section is the maximum output section (ω min < ω r ≤ ω max -c), the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) is It is set to gradually increase to maximize the wind power generator's energy emission ability, and when the rotor speed (ω r ) is in the output attenuation section (ω max -c < ω r ≤ ω max -b), the power deviation to maximum tracking control ratio ( ΔP/P MPPT ) rapidly decreases proportionally until it reaches the stall margin section (ω max -b < ω r ≤ ω max ) set by the stall control margin (b), resulting in the maximum margin rotor speed (ω max -b ) to 0. Therefore, during frequency smoothing, the rotor speed (ω r ) was prevented from reaching the maximum rotor speed (ω max ) as much as possible.

그리고 수학식 4 및 5의 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)를 달성하기 위해, 저주파수 구간에서의 제어 이득(Gainufs)은 수학식 6 및 7에 따라 결정될 수 있다.And in order to achieve the power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) of Equations 4 and 5, the control gain (Gain ufs ) in the low frequency section can be determined according to Equations 6 and 7.

수학식 6 및 7에서도 kωr 3 은 수학식 1에 나타난 바와 같이, 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)이고, [ ]의 항목은 각각 수학식 4 및 5의 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)를 나타낸다.In Equations 6 and 7, kω r 3 is the maximum power point tracking control value (P MPPT ), as shown in Equation 1, and the items in [ ] are the power deviation to maximum tracking control ratio in Equations 4 and 5, respectively ( ΔP/PMPPT).

따라서 판별된 구간이 저주파수 구간이면, 이득 제어 모듈(23)은 수학식 6 및 7에 따라 요구되는 저주파수 제어 이득(Gainufs)을 계산하고, 이득 가중 모듈(14)이 계산된 저주파수 제어 이득(Gainufs)을 주파수 편차(Δf)에 가중하도록 이득 제어 신호(GC)를 이득 가중 모듈(14)로 출력한다.Therefore, if the determined section is a low-frequency section, the gain control module 23 calculates the required low-frequency control gain (Gain ufs ) according to Equations 6 and 7, and the gain weighting module 14 calculates the calculated low-frequency control gain (Gain The gain control signal (GC) is output to the gain weighting module 14 to weight ufs ) to the frequency deviation (Δf).

수학식 6 및 7에 따라 저주파수 구간에서의 회전자 속도(ωr)에 따른 저주파수 제어 이득(Gainufs)은 도 6의 (b)와 같이 나타나게 된다.According to Equations 6 and 7, the low-frequency control gain (Gain ufs ) according to the rotor speed (ω r ) in the low-frequency section is shown as (b) in FIG. 6.

도시된 실시예에서, 각 구성들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술되지 것 이외에도 추가적인 구성을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 각 구성은 물리적으로 구분된 하나 이상의 장치를 이용하여 구현되거나, 하나 이상의 프로세서 또는 하나 이상의 프로세서 및 소프트웨어의 결합에 의해 구현될 수 있으며, 도시된 예와 달리 구체적 동작에 있어 명확히 구분되지 않을 수 있다.In the illustrated embodiment, each component may have different functions and capabilities in addition to those described below, and may include additional components other than those described below. Additionally, in one embodiment, each component may be implemented using one or more physically separate devices, one or more processors, or a combination of one or more processors and software, and, unlike the example shown, may be implemented in specific operations. It may not be clearly distinguished.

그리고 도 4에 도시된 주파수 평활화 제어 장치는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.Additionally, the frequency smoothing control device shown in FIG. 4 may be implemented in a logic circuit using hardware, firmware, software, or a combination thereof, and may also be implemented using a general-purpose or special-purpose computer. The device may be implemented using hardwired devices, field programmable gate arrays (FPGAs), application specific integrated circuits (ASICs), etc. Additionally, the device may be implemented as a System on Chip (SoC) including one or more processors and a controller.

뿐만 아니라 주파수 평활화 제어 장치는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 장치 또는 서버에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 장치 또는 서버는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.In addition, the frequency smoothing control device may be mounted on a computing device or server equipped with hardware elements in the form of software, hardware, or a combination thereof. A computing device or server includes all or part of a communication device such as a communication modem for communicating with various devices or a wired or wireless communication network, a memory for storing data to execute a program, and a microprocessor for executing a program to perform calculations and commands. It can refer to a variety of devices, including:

도 7은 소용량 풍력 발전기에 인가되는 입력 풍속의 예를 나타내고, 도 8은 계통 주파수를 측정한 예를 나타내며, 도 9 및 도 10은 실시예의 주파수 평활화 제어 장치에 따른 회전자 속도를 비교한 결과를 나타낸다.Figure 7 shows an example of the input wind speed applied to a small-capacity wind power generator, Figure 8 shows an example of measuring the system frequency, and Figures 9 and 10 show the results of comparing the rotor speed according to the frequency smoothing control device of the embodiment. indicates.

도 9 및 도 10에서 주황색은 최대 전력점 추종(MPPT) 제어를 수행할 때의 결과이며, 녹색은 주파수 평활화 제어를 수행할 때의 결과이다. 도 9 및 도 10에서 확인할 수 있듯이 과주파수 구간에서는 최대 전력점 추종(MPPT) 제어 시보다 출력을 감소하여 회전자 속도(ωr)가 증가하고, 저주파수 구간에서는 최대 전력점 추종(MPPT) 제어보다 출력을 증가하여 회전자 속도(ωr)가 감소함을 알 수 있다. 따라서 과주파수 구간에서는 더 많은 에너지를 흡수하고 저주파수 구간에서는 더 많은 에너지를 방출하기 때문에 실시예에서 회전자 속도 구간은 종래 기술보다 더 넓은 폭이 될 수 있으며, 이는 풍력발전기의 회전체를 효과적으로 사용할 수 있음을 의미한다.In Figures 9 and 10, orange is the result when performing maximum power point tracking (MPPT) control, and green is the result when performing frequency smoothing control. As can be seen in Figures 9 and 10, in the over-frequency section, the output is reduced compared to the maximum power point tracking (MPPT) control, thereby increasing the rotor speed (ω r ), and in the low-frequency section, the rotor speed (ω r ) increases compared to the maximum power point tracking (MPPT) control. It can be seen that the rotor speed (ω r ) decreases by increasing the output. Therefore, because more energy is absorbed in the over-frequency section and more energy is emitted in the low-frequency section, the rotor speed section in the embodiment can be wider than the prior art, which allows effective use of the rotor of the wind power generator. It means there is.

도 11은 실시예에 따른 주파수 평활화 제어 방법을 나타낸다.Figure 11 shows a frequency smoothing control method according to an embodiment.

도 11을 참조하면, 실시예의 주파수 평활화 제어 방법은 우선, 계통 주파수(fsys)를 측정한다(31). 그리고 소용량 풍력 발전기의 회전자 속도(ωr)를 측정한다(32). 계통 주파수(fsys)가 측정되면, 측정된 계통 주파수(fsys)와 기준 주파수 사이의 차이에 따라 주파수 편차(Δf)를 계산하고, 계산된 주파수 편차(Δf)의 부호에 따라 저주파수 구간인지 과주파수 구간인지 판별한다(33).Referring to FIG. 11, the frequency smoothing control method of the embodiment first measures the system frequency (f sys ) (31). Then, the rotor speed (ω r ) of the small-capacity wind generator is measured (32). When the grid frequency (f sys ) is measured, the frequency deviation (Δf) is calculated according to the difference between the measured grid frequency (f sys ) and the reference frequency, and depending on the sign of the calculated frequency deviation (Δf), it is determined whether it is a low frequency section or not. Determine whether it is a frequency section (33).

만일 과주파수 구간인 것으로 판별되면, 확인된 회전자 속도(ωr)를 기준으로 과주파수 구간 내에서도 평활화 구간(ωmin < ωr ≤ ωmax-b)인지 스톨 억제 구간(ωmax-b < ωr ≤ ωmax)인지 세부 구간을 확인한다(34).If it is determined to be an over-frequency section, based on the confirmed rotor speed (ω r ), within the over-frequency section, whether it is a smoothing section (ω min < ω r ≤ ω max -b) or a stall suppression section (ω max -b < ω Check the detailed section to see if r ≤ ω max (34).

그리고 확인된 과주파수 구간 내 세부 구간이 평활화 구간(ωmin < ωr ≤ ωmax-b)이면, 수학식 3에 따라 과주파수 제어 이득(Gainofs)을 계산하여 설정하고, 스톨 억제 구간(ωmax-b < ωr ≤ ωmax)이면, 과주파수 제어 이득(Gainofs)을 0으로 설정한다(35).And if the detailed section within the confirmed overfrequency section is the smoothing section (ω min < ω r ≤ ω max -b), the overfrequency control gain (Gain ofs ) is calculated and set according to Equation 3, and the stall suppression section (ω If max -b < ω r ≤ ω max ), the overfrequency control gain (Gain ofs ) is set to 0 (35).

한편, 저주파수 구간인 것으로 판별되면, 확인된 회전자 속도(ωr)를 기준으로 저주파수 구간 내에서도 최대 출력 구간(ωmin < ωr ≤ ωmax-c)인지, 출력 감쇄 구간(ωmax-c < ωr ≤ ωmax-b)인지 아니면, 스톨 억제 구간(ωmax-b < ωr ≤ ωmax)인지 세부 구간을 확인한다(36).On the other hand, if it is determined to be a low-frequency section, based on the confirmed rotor speed (ω r ), whether the maximum output section (ω min < ω r ≤ ω max -c) or the output attenuation section (ω max -c < Check the detailed section to see whether it is ω r ≤ ω max -b) or the stall suppression section (ω max -b < ω r ≤ ω max ) (36).

그리고 확인된 저주파수 구간 내 세부 구간이 최대 출력 구간(ωmin < ωr ≤ ωmax-c)이면 수학식 6에 따라 저주파수 제어 이득(Gainufs)을 계산하여 설정하고, 출력 감쇄 구간(ωmax-c < ωr ≤ ωmax-b)이면 수학식 7에 따라 저주파수 제어 이득(Gainufs)을 계산하여 설정한다. 그리고 스톨 억제 구간(ωmax-b < ωr ≤ ωmax)이면 저주파수 제어 이득(Gainufs)을 0으로 설정한다(35).And if the detailed section within the confirmed low-frequency section is the maximum output section (ω min < ω r ≤ ω max -c), the low-frequency control gain (Gain ufs ) is calculated and set according to Equation 6, and the output attenuation section (ω max - If c < ω r ≤ ω max -b), the low frequency control gain (Gain ufs ) is calculated and set according to Equation 7. And if the stall suppression range is (ω max -b < ω r ≤ ω max ), the low frequency control gain (Gain ufs ) is set to 0 (35).

그리고 설정된 과주파수 제어 이득(Gainofs) 또는 저주파수 제어 이득(Gainufs)에 따라 비례 제어기의 제어 이득(Gain)을 조절하기 위한 이득 제어 신호(GC)를 생성한다(38).Then, a gain control signal (GC) is generated to adjust the control gain (Gain) of the proportional controller according to the set over-frequency control gain (Gain ofs ) or low-frequency control gain (Gain ufs ) (38).

비례 제어기의 제어 이득(Gain)이 과주파수 제어 이득(Gainofs) 또는 저주파수 제어 이득(Gainufs)으로 조절되면, 조절된 제어 이득(Gain)을 주파수 편차(Δf)에 가중하여 출력 전력 편차(ΔP)를 가변하고, 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)에서 가변된 출력 전력 편차(ΔP)를 차감하여 유효 전력 기준값(Pref)을 획득함으로써 주파수 평활화를 수행한다.When the control gain (Gain) of the proportional controller is adjusted to the over-frequency control gain (Gain ofs ) or the under-frequency control gain (Gain ufs ), the adjusted control gain (Gain) is weighted to the frequency deviation (Δf) to produce the output power deviation (ΔP). ) is varied, and frequency smoothing is performed by subtracting the varied output power deviation (ΔP) from the maximum power point tracking control value (P MPPT ) to obtain an active power reference value (P ref ).

도 11에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 11에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능하다.In FIG. 11, it is described that each process is executed sequentially, but this is only an illustrative explanation, and those skilled in the art can change the order shown in FIG. 11 and execute it without departing from the essential characteristics of the embodiments of the present invention. Alternatively, it can be applied through various modifications and modifications by executing one or more processes in parallel or adding other processes.

실시예에 따른 주파수 제어를 위한 소용량 풍력발전기의 주파수 평활화 제어 방법은 이중여자 유도 발전기 기반 풍력발전기(Type C) 뿐만 아니라 풀 컨버터(full converter) 기반 풍력발전기(Type D)에도 적용 가능하다.The frequency smoothing control method of a small-capacity wind power generator for frequency control according to the embodiment is applicable not only to a double-excited induction generator-based wind power generator (Type C) but also to a full converter-based wind power generator (Type D).

이상에서 설명한 실시예에 따른 소용량 풍력발전기의 주파수 평활화 제어 시스템 및 방법은 전력 계통에 소용량 풍력발전기가 연계되었을 경우, 풍력발전기의 출력을 조절하여 전력 계통의 주파수 평활화에 기여할 수 있다.The frequency smoothing control system and method for a small-capacity wind power generator according to the embodiment described above can contribute to frequency smoothing of the power system by adjusting the output of the wind power generator when a small-capacity wind power generator is connected to the power system.

도 12는 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 12 is a diagram for explaining a computing environment including a computing device according to an embodiment.

도시된 실시예에서, 각 구성 요소들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술되지 않은 것 이외에도 추가적인 구성 요소를 포함할 수 있다. 도시된 컴퓨팅 환경(40)은 컴퓨팅 장치(41)를 포함하여, 도 11에 도시된 주파수 평활화 제어 방법을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 장치(41)는 도 4에 도시된 주파수 평활화 제어 장치에 포함된 하나 이상의 구성 요소일 수 있다.In the illustrated embodiment, each component may have different functions and capabilities in addition to those described below, and may include additional components in addition to those not described below. The illustrated computing environment 40 may include a computing device 41 to perform the frequency smoothing control method shown in FIG. 11 . In one embodiment, computing device 41 may be one or more components included in the frequency smoothing control device shown in FIG. 4 .

컴퓨팅 장치(41)는 적어도 하나의 프로세서(42), 컴퓨터 판독 가능 저장매체(43) 및 통신 버스(45)를 포함한다. 프로세서(42)는 컴퓨팅 장치(41)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(42)는 컴퓨터 판독 가능 저장매체(43)에 저장된 하나 이상의 프로그램들(44)을 실행할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로그램들(44)은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(42)에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치(41)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.Computing device 41 includes at least one processor 42, computer-readable storage medium 43, and communication bus 45. Processor 42 may cause computing device 41 to operate according to the above-mentioned example embodiments. For example, the processor 42 may execute one or more programs 44 stored in the computer-readable storage medium 43. The one or more programs 44 may include one or more computer-executable instructions, which, when executed by the processor 42, cause the computing device 41 to operate according to an example embodiment. It can be configured to perform these.

통신 버스(45)는 프로세서(42), 컴퓨터 판독 가능 저장매체(43)를 포함하여 컴퓨팅 장치(41)의 다른 다양한 구성 요소들을 상호 연결한다.Communication bus 45 interconnects various other components of computing device 41, including processor 42 and computer-readable storage medium 43.

컴퓨팅 장치(41)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(48)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(46) 및 하나 이상의 통신 인터페이스(47)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(46) 및 통신 인터페이스(47)는 통신 버스(45)에 연결된다. 입출력 장치(48)는 입출력 인터페이스(46)를 통해 컴퓨팅 장치(41)의 다른 구성 요소들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치(48)는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치(48)는 컴퓨팅 장치(41)를 구성하는 일 구성 요소로서 컴퓨팅 장치(41)의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 장치(41)와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 장치(41)와 연결될 수도 있다.Computing device 41 may also include one or more input/output interfaces 46 and one or more communication interfaces 47 that provide an interface for one or more input/output devices 48 . The input/output interface 46 and communication interface 47 are connected to the communication bus 45. Input/output device 48 may be connected to other components of computing device 41 through input/output interface 46. Exemplary input/output devices 48 include, but are not limited to, a pointing device (such as a mouse or trackpad), a keyboard, a touch input device (such as a touchpad or touch screen), a voice or sound input device, various types of sensor devices, and/or imaging devices. It may include input devices and/or output devices such as display devices, printers, speakers, and/or network cards. The exemplary input/output device 48 is a component constituting the computing device 41 and may be included within the computing device 41, or may be a separate device distinct from the computing device 41 and may be included in the computing device 41. It may be connected.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described in detail through representative embodiments above, those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached claims.

11: 최대 전력점 추종 제어 모듈
12: 주파수 평활화 모듈
13: 주파수 편차 출력 모듈
14: 이득 가중 모듈
15: 유효 전력 기준값 획득 모듈
16: 컨버터 제어 모듈
17: 제어 이득 생성 모듈
21: 구간 설정 모듈
22: 구간 판별 모듈
23: 이득 제어 모듈
11: Maximum power point tracking control module
12: Frequency smoothing module
13: Frequency deviation output module
14: Gain weighting module
15: Active power reference value acquisition module
16: Converter control module
17: Control gain generation module
21: Section setting module
22: Section determination module
23: Gain control module

Claims (10)

하나 이상의 프로세서 및 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 방법으로서,
전력 계통의 계통 주파수를 측정하여 상기 계통 주파수와 기준 주파수 사이의 차로 계산되는 주파수 편차에 따라 상기 전력 계통이 과주파수 구간인지 저주파수 구간인지 판별하는 단계;
회전자 속도에 따라 풍력 발전기가 지정된 최대 회전자 속도에서 스톨 제어되지 않도록 설정된 스톨 마진에 따라 상기 과주파수 구간 및 상기 저주파수 구간 각각에 스톨 억제 구간을 설정하는 단계; 및
회전자 속도가 설정된 상기 스톨 억제 구간에 도달하기 이전, 상기 주파수 편차에 상기 풍력 발전기의 주파수 평활화를 조절하는 제어 이득이 가중된 전력 편차와 최대 전력점 추종 제어 기법에 따른 최대 전력점 추종 제어값 사이의 비를 나타내는 전력 편차 대 최대 추종 제어비가 점차적으로 0으로 수렴하여, 상기 풍력 발전기가 상기 스톨 억제 구간에서 주파수 평활화하지 않고 최대 전력점 추종 제어 기법에 따라 제어되도록 상기 제어 이득을 조절하는 단계를 포함하는 소용량 풍력 발전기의 주파수 평활화 제어 방법.
1. A method performed by a computing device having one or more processors and a memory that stores one or more programs to be executed by the one or more processors, comprising:
Measuring the system frequency of the power system and determining whether the power system is in an over-frequency section or an under-frequency section according to a frequency deviation calculated as the difference between the system frequency and a reference frequency;
Setting a stall suppression section in each of the over-frequency section and the low-frequency section according to a stall margin set so that the wind power generator is not stall controlled at a specified maximum rotor speed depending on the rotor speed; and
Before the rotor speed reaches the set stall suppression section, between the power deviation in which the control gain for adjusting the frequency smoothing of the wind generator is added to the frequency deviation and the maximum power point tracking control value according to the maximum power point tracking control technique. Including the step of adjusting the control gain so that the power deviation to maximum tracking control ratio, which represents the ratio of Frequency smoothing control method for small-capacity wind power generators.
제1항에 있어서, 상기 스톨 억제 구간을 설정하는 단계는
상기 과주파수 구간을 상기 회전자 속도(ωr)를 기준으로 최소 회전자 속도(ωmin)에서 상기 스톨 마진에 의해 지정된 최대 마진 회전자 속도(ωmax-b)까지의 평활화 구간(ωmin < ωr ≤ ωmax-b)과
최대 마진 회전자 속도(ωmax-b)에서 최대 회전자 속도(ωmax)까지의 구간을 스톨 억제 구간(ωmax-b < ωr ≤ ωmax)으로 구분하여 설정하는 소용량 풍력 발전기의 주파수 평활화 제어 방법.
The method of claim 1, wherein setting the stall suppression section includes
The overfrequency section is a smoothing section (ω min < ω r ≤ ω max -b) and
Frequency smoothing of a small-capacity wind power generator that sets the section from the maximum margin rotor speed (ω max -b) to the maximum rotor speed (ω max ) by dividing it into a stall suppression section (ω max -b < ω r ≤ ω max ). Control method.
제2항에 있어서, 상기 제어 이득을 조절하는 단계는
상기 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 상기 평활화 구간의 상기 최소 회전자 속도(ωmin)에서 최대값을 갖고, 점차적으로 감소되어 최대 마진 회전자 속도(ωmax-b)에서 0이 되도록 상기 제어 이득을 조절하는 소용량 풍력 발전기의 주파수 평활화 제어 방법.
The method of claim 2, wherein adjusting the control gain includes
The power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) has a maximum value at the minimum rotor speed (ω min ) in the smoothing section and gradually decreases at the maximum margin rotor speed (ω max -b). A frequency smoothing control method for a small-capacity wind power generator that adjusts the control gain to be 0.
제3항에 있어서, 상기 제어 이득을 조절하는 단계는
상기 과주파수 구간의 상기 평활화 구간에서 상기 제어 이득(Gainofs)이 상기 회전자 속도(ωr)에 따라 수학식

(여기서 fnom은 기준 주파수, k는 풍력 발전기의 최대 전력점 추종(MPPT) 기동을 위한 비례 상수, a는 과주파수 구간에서 회전자 속도(ωr)에 대한 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)의 변화율에 비례하는 상수)
으로 조절하는 소용량 풍력 발전기의 주파수 평활화 제어 방법.
The method of claim 3, wherein adjusting the control gain comprises
In the smoothing section of the overfrequency section, the control gain (Gain ofs ) is calculated according to the rotor speed (ω r )

(where f nom is the reference frequency, k is the proportionality constant for maximum power point tracking (MPPT) starting of the wind power generator, and a is the power deviation for rotor speed (ω r ) in the overfrequency section to the maximum tracking control ratio (ΔP /P MPPT ) a constant proportional to the rate of change)
Frequency smoothing control method of a small-capacity wind power generator controlled by .
제1항에 있어서, 상기 스톨 억제 구간을 설정하는 단계는
상기 저주파수 구간을 상기 회전자 속도(ωr)를 기준으로 최소 회전자 속도(ωmin)에서 스톨 제어 마진(b)에 의해 풍력 발전기의 출력 전력이 급격하게 변화하지 않도록 하기 위해 설정된 최대 출력 제어 마진(c)에 의해 지정되는 최대 출력 제어 속도(ωmax-c)까지의 최대 출력 구간(ωmin < ωr ≤ ωmax-c)과
최대 출력 제어 속도(ωmax-c)부터 상기 스톨 마진에 의해 지정된 최대 마진 회전자 속도(ωmax-b)까지의 출력 감쇄 구간(ωmax-c < ωr ≤ ωmax-b) 및
최대 마진 회전자 속도(ωmax-b)에서 최대 회전자 속도(ωmax)까지의 구간을 스톨 억제 구간(ωmax-b < ωr ≤ ωmax)으로 구분하여 설정하는 소용량 풍력 발전기의 주파수 평활화 제어 방법.
The method of claim 1, wherein setting the stall suppression section includes
The maximum output control margin is set to prevent the output power of the wind generator from rapidly changing due to the stall control margin (b) at the minimum rotor speed (ω min ) based on the rotor speed (ω r ) in the low-frequency section. The maximum output section (ω min < ω r ≤ ω max -c) up to the maximum output control speed (ω max -c) specified by (c), and
An output decay section (ω max -c < ω r ≤ ω max -b) from the maximum output control speed (ω max -c) to the maximum margin rotor speed (ω max -b ) specified by the stall margin, and
Frequency smoothing of a small-capacity wind power generator that sets the section from the maximum margin rotor speed (ω max -b) to the maximum rotor speed (ω max ) by dividing it into a stall suppression section (ω max -b < ω r ≤ ω max ). Control method.
제5항에 있어서, 상기 제어 이득을 조절하는 단계는
상기 전력 편차 대 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)가 최소 회전자 속도(ωmin)에서 0이고, 상기 최대 출력 구간에서 증가하고, 출력 감쇄 구간에서 점차 감소되어 상기 최대 마진 회전자 속도(ωmax-b)에서 0이 되도록 상기 제어 이득을 조절하는 소용량 풍력 발전기의 주파수 평활화 제어 방법.
The method of claim 5, wherein adjusting the control gain comprises
The power deviation to maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) is 0 at the minimum rotor speed (ω min ), increases in the maximum output section, and gradually decreases in the output attenuation section to the maximum margin rotor speed (ω Frequency smoothing control method of a small-capacity wind power generator that adjusts the control gain to be 0 at max -b).
제6항에 있어서, 상기 제어 이득을 조절하는 단계는
상기 저주파수 구간의 상기 최대 출력 구간에서 상기 제어 이득(Gainufs)이 상기 회전자 속도(ωr)에 따라 수학식

(여기서 fnom은 기준 주파수, k는 풍력 발전기의 최대 전력점 추종(MPPT) 기동을 위한 비례 상수, d는 저주파수 구간에서 회전자 속도(ωr)에 대한 최대 추종 제어비(ΔP/PMPPT)의 변화율에 비례하는 상수)
으로 조절하는 소용량 풍력 발전기의 주파수 평활화 제어 방법.
The method of claim 6, wherein adjusting the control gain comprises
In the maximum output section of the low-frequency section, the control gain (Gain ufs ) is expressed in Equation according to the rotor speed (ω r )

(where f nom is the reference frequency, k is the proportionality constant for maximum power point tracking (MPPT) starting of the wind generator, and d is the maximum tracking control ratio (ΔP/P MPPT ) to the rotor speed (ω r ) in the low-frequency section. constant proportional to the rate of change)
Frequency smoothing control method of a small-capacity wind power generator controlled by .
제6항에 있어서, 상기 제어 이득을 조절하는 단계는
상기 저주파수 구간의 상기 출력 감쇄 구간에서 상기 제어 이득(Gainufs)이 상기 회전자 속도(ωr)에 따라 수학식

으로 조절하는 소용량 풍력 발전기의 주파수 평활화 제어 방법.
The method of claim 6, wherein adjusting the control gain comprises
In the output attenuation section of the low-frequency section, the control gain (Gain ufs ) is calculated according to the rotor speed (ω r ).

Frequency smoothing control method of a small-capacity wind power generator controlled by .
제1항에 있어서, 상기 제어 이득을 조절하는 단계는
상기 스톨 억제 구간에서는 상기 제어 이득(Gainofs)이 0으로 유지되도록 조절하는 소용량 풍력 발전기의 주파수 평활화 제어 방법.
The method of claim 1, wherein adjusting the control gain comprises
A frequency smoothing control method for a small-capacity wind power generator that adjusts the control gain (Gain ofs ) to be maintained at 0 in the stall suppression section.
제1항에 있어서, 상기 주파수 평활화 제어 방법은
상기 제어 이득에 따라 상기 소용량 풍력 발전기의 주파수를 평활화하는 단계를 더 포함하고,
상기 주파수를 평활화하는 단계는
상기 주파수 편차(Δf)에 상기 제어 이득을 가중하여 출력 전력 편차(ΔP)를 계산하고,
최대 전력점 추종 제어 기법에 따라 회전자 속도(ωr)에서 출력할 수 있는 최대 전력점을 나타내는 최대 전력점 추종 제어값(PMPPT)에서 상기 출력 전력 편차를 차감하여 유효 전력 기준값(Pref)을 획득하며,
상기 유효 전력 기준값(Pref)에 따라 상기 소용량 풍력 발전기에서 출력되는 전력을 조절하는 소용량 풍력 발전기의 주파수 평활화 제어 방법.
The method of claim 1, wherein the frequency smoothing control method is
Further comprising smoothing the frequency of the small-capacity wind power generator according to the control gain,
The step of smoothing the frequency is
Calculate the output power deviation (ΔP) by weighting the control gain to the frequency deviation (Δf),
According to the maximum power point tracking control technique, the output power deviation is subtracted from the maximum power point tracking control value (P MPPT ), which represents the maximum power point that can be output at the rotor speed (ω r ), and the active power reference value (P ref ) is obtained. obtains,
A frequency smoothing control method for a small-capacity wind power generator that adjusts the power output from the small-capacity wind power generator according to the active power reference value (P ref ).
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