KR20240021307A - 고전압 라이드 스루 장치 및 방법, 풍력 컨버터, 및 풍력 터빈 세트 - Google Patents

고전압 라이드 스루 장치 및 방법, 풍력 컨버터, 및 풍력 터빈 세트 Download PDF

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Abstract

고전압 라이드 스루(HVRT) 장치 및 방법, 풍력 컨버터, 및 풍력 터빈 세트. HVRT 디바이스는: 서로 직렬 접속을 형성하는 브레이크 모듈(220) 및 제1 스위칭 요소(210)를 포함하고, HVRT가 발생할 때 에너지를 방전하도록 구성되는 언로딩 모듈(200); 직류(DC) 버스 전압을 검출하여, HVRT가 발생하고 DC 버스 전압이 제1 임계값보다 크고 제2 임계값 이하일 때 제1 스위칭 요소(210)가 턴온되도록 제어하도록 구성되어, 브레이크 모듈(220)이 에너지를 입력 및 방전하게 하는 제어기(100); 및 DC 버스 전압이 제2 임계치보다 큰 것에 응답하여 DC 버스 전압을 이용하여 제1 스위칭 요소(210)의 제어 단자에 턴-온 신호를 인가하여, 브레이크 모듈(220)이 에너지를 입력 및 방전하게 하는 수동 구동 회로(400)를 포함한다.

Description

고전압 라이드 스루 장치 및 방법, 풍력 컨버터, 및 풍력 터빈 세트
본 개시내용은 풍력 분야에 관한 것으로, 특히, 고전압 라이드 스루 장치, 고전압 라이드 스루 방법, 풍력 컨버터 및 풍력 터빈에 관한 것이다.
그리드에 제공되는 재생 에너지의 비율의 점진적 증가에 따라, 그리드는 풍력 터빈 및 광전지 유닛의 고전압 라이드 스루(high voltage ride through, HVRT)에 대한 더 높은 요구를 갖는다.
도 1은 고전압 라이드 스루(HVRT) 및 저전압 라이드 스루(low voltage ride through, LVRT)의 지속기간들의 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 500ms 지속되는 1.3배의 pu(본 명세서에서 pu는 풍력 터빈에 접속된 그리드의 정격 전압을 지칭함)에 기초하여, 5m 지속되는 1.5배의 pu의 더 높은 요구가 제시된다.
풍력 터빈은 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), 프리휠링 다이오드 및 브레이크 저항기로 구성된 언로딩 모듈을 직류 루프에서 동작하게 함으로써 고전압 라이드 스루에 대처할 수 있다. 그리드 전압의 증가 때문에 직류 버스 전압이 증가할 때, 직류 버스 전압의 증가는 전압 검출 루프에 의해 검출된다. 그 후 제어기는 턴온 신호를 IGBT에 전송하여, 브레이크 저항기가 직류 버스에서 동작하게 되고 직류 에너지를 방전하여, 직류 버스 전압이 안전한 전압 범위 내에 있는 것을 보장한다. 직류 버스 전압이 브레이크 저항기 차단 임계치(brake resistor cutting out threshold)에 도달하는 것으로 검출된 후에, 제어기는 IGBT가 턴오프되도록 제어하여, 브레이크 저항기를 차단한다.
브레이크 저항기를 동작하게 하는 기존의 방식에서, 제어기는 신호를 수집하여 소프트웨어로 프로세싱한 후에, 턴-온 신호를 전송하여 IGBT를 턴온한다. 전체 프로세싱은 약 2ms가 소요된다. 1.3배의 pu를 초과하는 고전압 라이드 스루를 처리함에 있어서는, 직류 버스 전압이 너무 빠르게 상승하여, 브레이크 저항기가 동작하기 전에 안전 임계치를 초과하여 디바이스 손상을 초래할 수 있다.
위 내용은 관련된 기술적 내용을 이해하기 위한 배경으로서만 제시된다. 위 내용의 개시는 내용이 종래의 기술이라는 것을 의미하지 않는다.
본 개시내용의 목적들 중 하나는 고전압 라이드 스루 기간동안 전기 에너지를 방전가능한 고전압 라이드 스루 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 개시내용의 목적들 중 하나는 브레이크 모듈이 너무 오랫동안 동작하게 됨으로써 야기된 디바이스의 과열 손상을 회피할 수 있는 고전압 라이드 스루 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 개시내용의 제1 양태에 따르면, 풍력 터빈용 고전압 라이드 스루 제어 장치가 제공된다. 고전압 라이드 스루 제어 장치는: 서로 직렬로 접속된 브레이크 모듈 및 제1 스위칭 소자를 포함하고, 고전압 라이드 스루가 발생할 때 전기 에너지를 방전하도록 구성된 언로딩 모듈; 직류 버스 전압을 검출하며, 고전압 라이드 스루가 발생하고 직류 버스 전압이 제1 임계치보다 크고 제2 임계치 이하일 때, 전기 에너지를 방전하도록 브레이크 모듈을 동작시키기 위해 제1 스위칭 소자가 턴온되게 제어하도록 구성된 제어기; 및 직류 버스 전압이 제2 임계치보다 큰 것에 응답하여, 전기 에너지를 방전하도록 브레이크 모듈을 동작시키기 위해, 직류 버스 전압을 이용함으로써, 제1 스위칭 소자의 제어 단자에 턴-온 신호를 인가하도록 구성된 수동 구동 회로를 포함한다.
본 개시내용의 제2 양태에 따르면, 풍력 터빈에 대한 고전압 라이드 스루 제어 방법이 제공된다. 고전압 라이드 스루 제어 방법은: 직류 버스 전압을 검출하는 단계; 고전압 라이드 스루가 발생하고 직류 버스 전압이 제1 임계치보다 크고 제2 임계치 이하인 것에 응답하여, 전기 에너지를 방전하도록 언로딩 모듈의 브레이크 모듈을 동작시키기 위해, 언로딩 모듈의 제1 스위칭 소자가 턴온되도록 제어하는 단계; 및 직류 버스 전압이 제2 임계치보다 큰 것에 응답하여, 전기에너지를 방전하도록 브레이크 모듈을 동작시키기 위해, 직류 버스 전압을 이용함으로써, 제1 스위칭 소자의 제어 단자에 턴-온 신호를 인가하는 단계를 포함한다.
본 개시내용의 제3 양태에 따르면, 위에 설명된 풍력 터빈의 고전압 라이드 스루 제어 장치를 포함하는 풍력 컨버터(wind power converter)가 제공된다.
본 개시내용의 제4 양태에 따르면, 위에 설명된 풍력 컨버터를 포함하는 풍력 터빈(wind turbine)이 제공된다.
본 개시내용의 실시예들에 따른 고전압 라이드 스루 제어 장치 및 고전압 라이드 스루 제어 방법으로, 1.3배의 pu를 초과하는 고전압 라이드 스루에 대해, 응답 속도가 개선되고 시스템의 신뢰성도 보장된다.
본 개시내용의 위에서의 및 다른 목적들, 및 특징들은 도면들과 함께 실시예들의 다음의 설명을 통해 더 명확해질 것이다.
도 1은 고전압 라이드 스루 및 저전압 라이드 스루의 지속기간들의 그래프이다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른 고전압 라이드 스루 제어 장치의 개략적인 회로도이다.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른 고전압 라이드 스루 제어 방법의 흐름도이다.
동일하거나 유사한 참조 라벨들이 동일하거나 유사한 소자들을 표시하기 위해 사용될 수 있다. 명확성 및 간결성을 위해, 알려진 컴포넌트들 및/또는 구성들의 설명들은 생략된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 특징들(컴포넌트들의 수량들, 기능들, 동작들 또는 모듈들과 같은)을 "갖는다(have)", "가질 수 있다(may have)", "포함한다(include)" 또는 "포함할 수 있다(may include)"라는 용어들은 특징들의 존재를 표시하고 다른 특징들의 존재를 배제하지 않는다.
제1 소자와 같은 소자가 동작가능하게 또는 통신가능하게 제2 컴포넌트의 다른 모듈과 같은 것 "...과 조합", "...에 조합" 또는 "...과 접속", "...에 접속"되는 것으로 알려질 때, 그것은 직접적으로 다른 모듈과 조합, 다른 모듈에 조합, 또는 다른 모듈과 접속될 수 있거나, 제3 소자를 통해, 다른 모듈에 접속되는 것일 수 있다는 점이 이해될 것이다. 반면에, 제1 소자가 제2 소자 "...와 직접 조합", "...에 직접 조합" 또는 "...와 직접 접속", "...에 직접 접속"된다고 지칭될 때, 제1 소자와 제2 소자 사이에 제3 소자가 없다는 점이 이해될 것이다.
다음에서, 본 개시내용의 실시예들이 도면들을 참조하여 설명된다. 본 개시내용은 실시예들로 제한되지 않으며, 그 모든 변형들 및/또는 등가물들 또는 대체물들이 또한 본 개시내용의 범위 내에 있다는 점이 이해되어야 한다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른 고전압 라이드 스루 제어 장치의 개략적인 회로도이다.
본 개시내용의 실시예에 따르면, 풍력 터빈용 고전압 라이드 스루 제어 장치는 언로딩 모듈(200), 제어기(100) 및 수동 구동 회로(400)를 포함한다.
언로딩 모듈(200)은 고전압 라이드 스루가 발생할 때 전기 에너지, 예를 들어 고전압을 방전하도록 구성된다. 언로딩 모듈(200)은 직류 버스의 양극(DC+)과 음극(DC-) 사이에 전기적으로 접속될 수 있어서, 요구될 때 직류 버스 상의 고전압이 방전될 수 있다.
본 명세서에서 고전압은 풍력 터빈이 접속되는 그리드의 정격 전압(pu)보다 높은 전압을 지칭한다. 정격 전압(pu)은 일반적으로 공통 커플링 포인트에서의 전압에 따라 계산된다. 예를 들어, 정격 전압(pu)은 690V, 900V, 1140V, 10kV, 35kV 또는 임의의 다른 전압 레벨일 수 있다. 각각의 국가에서 정격 전압의 전압 레벨은 상이할 수 있지만, 이러한 모든 국가들에서, 계산 및 결정은 pu 값에 따라 이루어질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 언로딩 모듈(200)은 브레이크 모듈(220)과 제1 스위칭 소자(210)를 포함할 수 있고, 브레이크 모듈(220)과 제1 스위치 소자(210)는 서로 직렬로 접속될 수 있다.
고전압 라이드 스루가 발생할 때, 언로딩 모듈(200)은 전기 에너지를 방전하기 위해 선택적으로 동작하게 되도록 제어될 수 있다.
브레이크 모듈(220)은 직류 버스의 양극(DC+)과 음극(DC-) 사이에 전기적으로 접속될 수 있고, 브레이크 저항기(R1)를 포함할 수 있다.
또한, 브레이크 모듈(220)은 프리휠링 다이오드(D1)를 추가로 포함할 수 있다. 브레이크 저항기(R1) 및 프리휠링 다이오드(D1)는 서로 병렬로 접속될 수 있다. 직류 버스 전압이 너무 높을 때, 직류 버스 전압 상승이 지속되지 않는 것을 보장하기 위해 직류 버스의 에너지는 브레이크 저항기(R1)를 통해 방전될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 브레이크 모듈(220)의 브레이크 저항기(R1)의 핀 1은 직류 버스의 양극(DC+)에 접속될 수 있고, 브레이크 저항기(R1)의 핀 2는 제1 스위칭 소자(210)의 입력 단자(예를 들어, 컬렉터)에 접속될 수 있다.
프리휠링 다이오드(D1)의 애노드(전극 A)는 브레이크 저항기(R1)의 핀 2에 접속될 수 있고, 프리휠링 다이오드(D1)의 캐소드(전극 K)는 브레이크 저항기(R1)의 핀 1에 접속될 수 있다.
브레이크 모듈(220)의 구조는 브레이크 모듈(220)이 전기 에너지를 소비할 수 있는 브레이크 저항기 및 선택적으로 턴온될 수 있는 스위칭 소자를 포함하는 한, 위의 내용으로만 제한되지 않는다.
브레이크 모듈(220)은 브레이크 저항기 외에 다른 보조 소자들을 추가로 포함하고, 모듈(220)의 브레이크 저항기의 수, 접속 모드 및 저항은 구체적으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 브레이크 모듈(220)은 서로 직렬로 접속된 2개의 저항기를 포함할 수 있다.
추가로, 도 2가 제1 스위칭 소자(210)가 하나의 스위칭 소자를 포함하는 것을 도시하고 있지만, 제1 스위칭 소자(210)에 포함된 스위칭 소자들의 수, 접속 모드 및 유형들이 특정하게 제한되지 않는다.
제1 스위칭 소자(210)는 MOSFET일 수 있고, 제1 스위칭 소자(210)의 유형은 특정하게 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 스위칭 소자(210)는 대안적으로 IGBT, 트라이오드(triode) 또는 임의의 다른 스위칭 소자일 수 있다.
추가로, 제1 스위칭 소자(210)는 그것의 제어 단자(예를 들어, 게이트)가 하이 레벨을 수신할 때 턴온될 수 있다.
제1 스위칭 소자(210)가 턴오프되는 순간에, 프리휠링 다이오드(D1)는 브레이크 저항기(R1)와 프리휠링 루프를 형성하여, 브레이크 저항기(R1)의 기생 인덕턴스에 의해 유발되는 전압 스파이크가 제1 스위칭 소자(210)를 파괴하는 것을 방지한다.
제어기(100)는 직류 버스 전압을 검출하고, 고전압 라이드 스루가 발생하고 직류 버스 전압이 제1 임계치보다 크고 제2 임계치 이하일 때, 전기 에너지를 방전하도록 브레이크 모듈(220)을 동작시키기 위해, 제1 스위칭 소자(210)가 턴온되도록 제어할 수 있다.
제1 임계치는 위에 설명한 바와 같은 정격 전압일 수 있고, 제2 임계치는 정격 전압의 1.3배일 수 있으며, 제1 임계치 및 제2 임계치의 특정 값들은 요구에 따라 조정될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어기(100)는 단일 제어 모듈일 수 있고, 제어기(100)의 핀 1은 직류 버스의 양극 DC+에 접속될 수 있고, 제어기(100)의 핀 2는 직류 버스의 음극 DC-에 접속될 수 있다. 즉, 직류 버스 전압의 검출은 제어기(100)의 핀 1 및 핀 2를 통해 구현된다.
또한, 제어기(100)의 핀 5는 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자(예를 들어, 게이트)에 접속됨으로써, 제1 스위칭 소자(210)의 온-오프 제어를 구현한다.
구체적으로, 제1 스위칭 소자(210)가 하나의 스위칭 소자를 포함하는 경우, 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자(예를 들어, 게이트)는 제어기(100)의 핀 5에 접속될 수 있고, 제1 스위칭 소자(210)의 입력 단자(예를 들어, 컬렉터)는 브레이크 저항기(R1)의 핀 2 또는 프리휠링 다이오드(D1)의 전극(A)에 접속될 수 있다. 제1 스위칭 소자(210)의 출력 단자(예를 들어, 이미터)는 직류 버스의 음극 DC-에 접속될 수 있다.
예로서, 제어기(100)의 핀 5가 하이 레벨 신호를 방출할 때, 직류 버스의 에너지를 방전하도록 직류 버스 내에서 브레이크 저항기(R1)를 동작시키기 위해 제1 스위칭 소자(210)가 턴온될 수 있어서, 직류 버스 전압이 너무 높은 것을 방지한다. 제어기(100)의 핀 5가 로우 레벨 신호를 방출할 때, 직류 버스로부터 브레이크 저항기(R1)를 차단하기 위해 제1 스위칭 소자(210)가 턴오프될 수 있어서, 풍력 컨버터가 정상적으로 동작할 수 있도록 한다. 하이 레벨 신호가 브레이크 저항기(R1)를 직류 버스 내에서 동작시켜 에너지를 방전하는 것은 단지 예이다. 제1 스위칭 소자(210)의 구조가 변경된 때에는(예를 들어, 제1 스위칭 소자가 상이한 수 및 유형들의 스위칭 소자들을 포함할 때), 브레이크 저항기(R1)는 대안적으로 로우 레벨 신호를 통해 직류 버스에서 동작하여 직류 버스의 에너지를 방전할 수 있다.
도면은 제어기(100) 및 이하에서 언급되는 수동 구동 회로가 동일한 스위칭 소자를 제어하는 것을 도시하지만, 그것은 단지 예이다. 제1 스위칭 소자는 적어도 2개의 스위칭 소자를 포함할 수 있고, 제어기(100) 및 이하에서 언급되는 수동 구동 회로는, 각각 상이한 스위칭 소자들을 제어할 수 있음으로써, 브레이크 저항기(R1)의 인입(put-in) 및 차단(cut-out) 제어를 구현한다.
예로서, 제어기(100)의 핀 4는 브레이크 저항기(R1)의 핀 2에 접속될 수 있고, 제어기(100)의 핀 1 및 핀 4는 브레이크 저항기(R1)의 단자 전압을 검출하는 기능을 구현할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 수동 구동 회로(400)는 직류 버스 전압이 제2 임계치보다 큰 것에 응답하여, 전기 에너지를 방전하도록 브레이크 모듈(220)을 동작시키기 위해, 직류 버스 전압을 이용함으로써, 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자에 턴-온 신호를 인가할 수 있다.
수동 구동 회로(400)는 직류 버스의 양극(DC+)와 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자(예를 들어, 게이트) 사이에 전기적으로 접속될 수 있다.
수동 구동 회로(400)는, 고전압 라이드 스루가 발생할 때, 제어기(100)의 프로세싱 속도보다 더 빠른 속도로 제1 스위칭 소자(210)가 에너지를 방전하도록 동작시킬 수 있다.
즉, 제어기(100)가 고전압을 검출하고 에너지를 방전하도록 브레이크 모듈(220)을 동작시키기 위해 제1 스위칭 소자(210)가 턴온되도록 제어하는 것과 비교하여, 수동 구동 회로(400)의 응답 속도가 더 빠를 수 있다.
예를 들어, 제어기(100)가 제1 기간(밀리초 정도, 예를 들어, 2ms) 내에 제1 스위칭 컴포넌트(210)가 턴온되도록 제어하고 전기 에너지를 방전하도록 브레이크 모듈(220)을 동작시킬 때, 수동 구동 회로(400)는 제1 기간보다 짧은 제2 기간(마이크로초 정도, 예를 들어, 수 마이크로초) 내에 제1 스위칭 소자(210)가 턴온되도록 제어하고 전기 에너지를 방전하도록 브레이크 모듈(220)을 동작시킬 수 있다.
수동 구동 회로(400)는 직류 버스 전압이 제2 임계치(1.3 pu)보다 클 때 항복될 수 있는 과도 전압 억제(TVS, transient voltage suppression) 다이오드(410)를 포함하여, 직류 버스 전압을 이용함으로써 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자에 턴온 신호를 인가할 수 있다.
과도 전압 억제 다이오드(410)는 여러 번 고전압 라이드 스루를 겪고 반복적으로 항복(break down)될 수 있는데, 즉 과도 전압 억제 다이오드(410)는 재사용될 수 있고 높은 신뢰성을 갖는다.
수동 구동 회로(400)는 다른 보조 컴포넌트들, 예를 들어, 분압 저항기들(divider resistor) 등을 추가로 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 수동 구동 회로(400)는 다이오드(420)를 추가로 포함할 수 있고, 다이오드(420)는 순방향 배향으로 과도 전압 억제 다이오드(410)와 제2 스위칭 소자(430) 사이에 직렬로 접속될 수 있다.
다이오드(420)는 과도 전압 억제 다이오드(410)와 함께 클램프 회로를 형성하여, 제1 스위칭 소자(210)에 공급되는 구동 전압(drive voltage)을 안정되게 유지하고, 제1 스위칭 소자(210)가 고전압 쇼크에 의해 손상되는 것을 방지한다. 예를 들어, 다이오드(420)는 제1 스위칭 소자(210)가 턴온될 때 에너지가 제어 단자(예를 들어, 게이트)로부터 입력 단자(예를 들어, 컬렉터)로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
예로서, 수동 구동 회로(400)가 에너지 방전 루프에 대해 갖는 제어는 제어기(100)에 의해 추가로 제어될 수 있다.
예를 들어, 수동 구동 회로(400)는 과도 전압 억제 다이오드(410)와 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자 사이에 직렬로 접속될 수 있는 제2 스위칭 소자(430)를 추가로 포함할 수 있다.
과도 전압 억제 다이오드(410)의 전극 K는 직류 버스의 양극 DC+에 접속될 수 있고, 과도 전압 억제 다이오드(410)의 전극 A는 다이오드(420)의 전극 A에 접속될 수 있고, 다이오드(420)의 전극 K는 제2 스위칭 소자(430)의 입력 단자(예를 들어, 드레인)에 접속될 수 있다.
제2 스위칭 소자(430)의 구조는 제1 스위칭 소자(210)의 구조와 동일할 수 있다. 예를 들어, 제2 스위칭 소자(430)는 하나의 스위칭 소자를 포함할 수 있고, 제2 스위칭 소자(430)는 MOSFET, 또는 IGBT일 수 있다.
제어기(100)는 과도 전압 억제 다이오드(410)가 항복된 후 미리 결정된 순간에 제1 스위칭 소자(210)가 턴온되도록 제어하고, 미리 결정된 순간으로부터 미리 결정된 시간 기간(예를 들어, 1ms) 동안 지연되면 제2 스위칭 소자(430)가 턴오프되도록 제어할 수 있다. 즉, 제어기(100)는 제1 스위칭 소자(210)가 직류 버스 전압에 기초하여 발생된 전압에 의해 턴온될 때 핀 5를 통해 하이 레벨을 출력하고, 하이 레벨 제어 신호가 제1 스위칭 소자(210)로 출력되는 때로부터 1ms 동안 지연되면, 제2 스위칭 소자(430)에 턴-오프 신호를 출력할 수 있다.
구체적으로, 제어기(100)는 제2 스위칭 소자(430)의 제어 단자(예를 들어, 게이트)에 접속될 수 있음으로써, 제2 스위칭 소자(430)의 온-오프 제어를 구현한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 스위칭 소자(430)의 제어 단자는 제어기의 핀 3에 접속될 수 있고, 제2 스위칭 소자(430)의 출력 단자(예를 들어, 소스)는 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자(예를 들어, 게이트)에 접속될 수 있다.
제어기(100)는 직류 버스 전압이 정상으로 복귀하는 것을 검출할 시, 브레이크 모듈(220)을 차단하기 위해 제1 스위칭 소자(210)가 턴오프되도록 제어하고, 제2 스위칭 소자(430)가 턴온되도록 제어할 수 있다.
즉, 제어기(100)는, 풍력 컨버터가 정상적으로 동작할 때, 브레이크 저항기가 차단되도록 제어하고, 브레이크다운 루프의 스위칭 소자가 턴온되도록 제어할 수 있다.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른 고전압 라이드 스루 제어 방법의 흐름도이다.
본 개시내용의 실시예에 따르면, 풍력 터빈에 대한 고전압 라이드 스루 제어 방법은 단계들 S310, S340, 및 S350을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 단계 S310에서, 직류 버스 전압(v)이 검출된다.
직류 버스 전압이 정상인 것으로 검출되는 경우에, 제어기(100)의 핀 5는 로우 레벨을 출력할 수 있고, 제어기(100)의 핀 3은 하이 레벨을 출력할 수 있어서, 제1 스위칭 소자(210)는 턴오프되도록 제어되고 제2 스위칭 소자(430)는 턴온되도록 제어된다. 이것은 풍력 컨버터의 정상 동작 모드이다.
단계 S340에서, 직류 버스 전압(v)이 제2 임계치(U2)보다 큰 것에 응답하여, 제1 스위칭 소자(210)는 직류 버스 전압(v)에 의해 턴온된다. 구체적으로, 직류 버스 전압(v)이 제2 임계치(U2)의 이상인 것에 응답하여, 전기 에너지를 방전하도록 브레이크 모듈(220)을 동작시키기 위해, 직류 버스 전압을 이용하여 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자에 턴-온 신호가 인가된다.
단계 S350에서, 고전압 라이드 스루가 발생하고 직류 버스 전압(v)이 제1 임계치(U1)보다 크고 제2 임계치(U2) 이하(U1<V≤U2)인 것에 응답하여, 제1 스위칭 소자(210)는 턴온되도록 제어된다. 구체적으로, 고전압 라이드 스루가 발생하고 직류 버스 전압(v)이 제1 임계치(U1)보다 크고 제2 임계치(U2) 이하(U1<V≤U2)인 것에 응답하여, 전기 에너지를 방전하도록 언로딩 모듈(200)의 브레이크 모듈(220)을 동작시키기 위해 언로딩 모듈(200)의 제1 스위칭 소자(210)가 턴온되도록 제어된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 고전압 라이드 스루 제어 방법은 고전압 라이드 스루 상황이 발생하는지를 결정하는 단계 S320 및 검출된 전압이 있는 범위를 결정하는 단계 S330을 추가로 포함할 수 있다.
고전압 라이드 스루가 발생하지 않는다고 결정될 때, 정상 동작 모드에 진입할 수 있다. 고전압 라이드 스루가 발생한다고 결정될 때, 고전압 라이드 스루 모드에 진입할 수 있다.
직류 버스 전압이 제2 임계치보다 큰 경우에, 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자에 접속된 과도 전압 억제 다이오드(410)는 항복될 수 있어서, 직류 버스 전압을 이용하여 턴-온 신호가 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자에 인가된다.
구체적으로, 직류 버스 전압이 정격 전압의 1.3배보다 크면, 직류 버스 전압은 급격히 증가하여, 과도 전압 억제 다이오드(410)가 항복되어, 항복 전압을 발생시킨다. 항복 전압 또는 항복 전압에 기초하여 발생된 전압이 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자에 공급되어 브레이크 모듈(220)이 전기 에너지를 방전하도록 동작시킨다. 예를 들어, 전기 에너지를 방전하도록 브레이크 모듈(220)을 동작시키기 위해 제1 스위칭 소자(210)가 턴온될 수 있다.
직류 버스 전압이 정격 전압의 1.3배 이하이면, 과도 전압 억제 다이오드(410)는 항복 되지 않을 것이다. 제어기(100)는 핀 1 및 핀 2에 의해 수집되는 직류 버스 전압의 증가에 따라, 하이 레벨을 출력하도록 핀 5를 제어할 수 있어, 직류 버스 상의 전기 에너지를 방전하도록 브레이크 저항기(R1)를 동작시키기 위해 제1 스위칭 소자(210)가 턴온된다.
제1 스위칭 소자(210)는 과도 전압 억제 다이오드(410)가 항복된 후 미리 결정된 순간에 턴온되도록 제어될 수 있고, 미리 결정된 순간으로부터 미리 결정된 시간 기간 동안 지연되면 제2 스위칭 소자(430)가 턴오프되도록 제어될 수 있다.
예를 들어, 제어기의 핀 5는 하이 레벨로 설정될 수 있고, 1ms 동안 지연되면 제어기(100)의 핀 3이 로우 레벨로 설정될 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 스위칭 소자(210)는 턴온되고, 미리 결정된 시간 기간 동안 지연 후에 제2 스위칭 소자(430)는 턴오프된다. 본 명세서에서, 제2 스위칭 소자(430)를 턴오프시키는 주요 목적은 전체 시스템을 제어가능한 상태로 유지하는 것이다. 제2 스위칭 소자(430)는 그것이 짧은 시간 기간 동안 턴오프된 후에 턴온되어, 정상 동작 모드에 진입할 수 있다.
직류 버스 전압이 정상으로 복귀하는 것으로 검출될 때, 제1 스위칭 소자(210)는 브레이크 모듈(220)을 차단하기 위해 턴오프하도록 제어될 수 있고, 제2 스위칭 소자(430)는 턴온하도록 제어될 수 있다.
예로서, 고전압 라이드 스루 이후에, 제어기(100)는 핀 1 및 핀 2를 통해 직류 버스 전압이 정상인 것을 검출한 후 제어기(100)의 핀 5는 제1 스위칭 소자(210)를 턴오프하기 위해 로우 레벨로 설정된다. 또한, 제어기(100)의 핀 3은 제2 스위칭 소자(430)를 턴온하기 위해 하이 레벨로 설정된다. 따라서, 풍력 컨버터는 정상 동작 모드로 복귀한다.
본 개시내용의 실시예들에 따르면, 브레이크 저항기는 TVS 트랜지스터를 통해 대략 수 마이크로초의 시간 내에 동작하게 될 수 있고, 브레이크 저항기의 차단 및 후속 인입이 스위칭 소자들(예를 들어, MOS 트랜지스터들)을 통해 제어가능한 범위에 있는 것이 보장될 수 있어, 브레이크 모듈이 너무 오랫동안 동작하게 되는 것에 의해 야기되는 디바이스의 과열 손상을 회피한다.
또한, 본 명세서에서, "유닛" 또는 "모듈"이라는 용어는 제어기 또는 회로와 같은 하드웨어 컴포넌트 및/또는 제어기와 같은 하드웨어 컴포넌트에 의해 실행되는 소프트웨어 컴포넌트를 의미할 수 있다.
예시를 위해, 본 개시내용의 위의 설명이 제공된다. 본 기술분야의 통상의 기술자는, 그 범위가 이하의 청구항들에 의해 정의되는 본 개시내용의 실질적인 문자들, 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고, 본 개시내용에서 다수의 형태 및 상세한 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 위의 실시예들 및 모든 양태들은 단지 예들이고 제한들이 아니다. 예를 들어, 통합 컴포넌트로서 정의된 각각의 컴포넌트는 분산된 방식으로 구현될 수 있다. 유사하게, 별도의 컴포넌트들로서 정의된 컴포넌트들은 통합된 방식으로 구현될 수 있다.
본 개시내용의 실시예들에 따르면, 장치(그것의 유닛들 또는 기능들과 같은) 또는 방법은 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장되는 프로그램 또는 명령어들에 의해 구현될 수 있다. 명령어들이 프로세서 또는 제어기에 의해 실행되는 경우, 프로세서 또는 제어기는 명령어들에 대응하는 기능을 수행하거나 명령어들에 대응하는 방법을 실행할 수 있다. 모듈 또는 유닛의 적어도 일부는 프로세서 또는 제어기에 의해 구현(예를 들어, 실행)될 수 있다. 유닛은 적어도 하나의 기능을 수행하기 위해 모듈, 프로그램, 루틴, 명령어 세트 또는 절차를 포함할 수 있다. 예에서, 명령어들 또는 소프트웨어는 하나 이상의 프로세서 또는 제어기에 의해, 또는 컴퓨터에 의해 직접 실행되는 머신 코드들(예를 들어, 컴파일러에 의해 생성된 머신 코드들)을 포함한다. 다른 예에서, 명령어들 또는 소프트웨어는 인터프리터를 이용하여 하나 이상의 프로세서 또는 컴퓨터에 의해 실행되는 하이 레벨 코드들을 포함한다. 명령어들 또는 소프트웨어는 도면들에 도시된 블록도들 및 흐름도들 및 본 명세서의 대응하는 설명들에 기초하여 임의의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있다.
본 개시내용의 유닛들은 일부 컴포넌트들이 생략되거나 또는 다른 컴포넌트들이 추가된 이상의 컴포넌트들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유닛, 모듈, 또는 다른 컴포넌트들의 동작들 또는 단계들은 순차적으로, 병렬로, 루프로, 또는 잠정적으로 수행될 수 있다. 또한, 일부 동작들 또는 단계들은 상이한 순서로 실행될 수 있거나, 생략될 수 있거나, 다른 동작들로 확장될 수 있다.
본 개시내용의 실시예들에 따른 고전압 라이드 스루 제어 장치는 풍력 컨버터의 일부일 수 있다.
전기 에너지는 본 개시내용의 실시예들에 따른 고전압 라이드 스루 제어 장치 및 고전압 라이드 스루 제어 방법에 의해 방전될 수 있다.
브레이크 모듈이 너무 오랫동안 동작됨으로써 야기되는 디바이스의 과열 손상은 본 개시내용의 실시예들에 따른 고전압 라이드 스루 제어 장치 및 고전압 라이드 스루 제어 방법에 의해 회피될 수 있다.
1.3배의 pu를 초과하는 고전압 라이드 스루에 대해, 본 개시내용의 실시예들에 따른 고전압 라이드 스루 제어 장치 및 고전압 라이드 스루 제어 방법에 의해 응답 속도가 개선되고 시스템의 신뢰성도 보장된다.
본 개시내용의 일부 예시적인 실시예들이 도시되고 설명되지만, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 그 범위가 청구항들 및 그 등가물들에 의해 정의되는 본 개시내용의 원리 및 사상으로부터 벗어남이 없이 실시예들에 대한 수정들이 이루어질 수 있는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 상이한 실시예들의 기술적 특징들은 서로 조합될 수 있다. 이러한 변형들 및 개선들은 본 개시내용의 범위 내에 있다.

Claims (12)

  1. 풍력 터빈의 고전압 라이드 스루 제어 장치로서,
    서로 직렬로 접속된 브레이크 모듈(220) 및 제1 스위칭 소자(210)를 포함하고, 고전압 라이드 스루가 발생할 때 전기 에너지를 방전하도록 구성되는 언로딩 모듈(200);
    직류 버스 전압을 검출하며, 상기 고전압 라이드 스루가 발생하고 상기 직류 버스 전압이 제1 임계치보다 크고 제2 임계치 이하일 때, 전기 에너지를 방전하도록 상기 브레이크 모듈(220)을 동작시키기 위해 상기 제1 스위칭 소자(210)가 턴온되게 제어하도록 구성되는 제어기(100); 및
    전기 에너지를 방전하도록 상기 브레이크 모듈(220)을 동작시키기 위해, 상기 직류 버스 전압을 이용함으로써, 상기 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자에 턴-온 신호를 인가하도록 구성되는 수동 구동 회로(400)를 포함하는 풍력 터빈의 고전압 라이드 스루 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수동 구동 회로(400)는 과도 전압 억제 다이오드(410)를 포함하고, 상기 과도 전압 억제 다이오드(410)는 상기 직류 버스 전압이 상기 제2 임계치보다 클 때 항복되어, 상기 직류 버스 전압을 이용하여 상기 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자에 상기 턴-온 신호를 인가하도록 구성되는 풍력 터빈의 고전압 라이드 스루 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수동 구동 회로(400)는 제2 스위칭 소자(430)를 추가로 포함하고, 상기 제2 스위칭 소자(430)는 상기 과도 전압 억제 다이오드(410)와 상기 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자 사이에 직렬로 접속되며,
    상기 제어기(100)는 상기 과도 전압 억제 다이오드(410)가 항복된 후 미리 결정된 순간에 상기 제1 스위칭 소자(210)가 턴온되도록 제어하고, 상기 미리 결정된 순간으로부터 미리 결정된 기간 동안 지연되면 상기 제2 스위칭 소자(430)가 턴오프되도록 제어하는 풍력 터빈의 고전압 라이드 스루 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어기(100)는, 상기 직류 버스 전압이 정상으로 복귀하는 것을 검출하면, 상기 브레이크 모듈(220)을 차단하기 위해 상기 제1 스위칭 소자(210)가 턴오프되도록 제어하고, 상기 제2 스위칭 소자(430)가 턴온되도록 제어하는 풍력 터빈의 고전압 라이드 스루 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 수동 구동 회로(400)는 다이오드(420)를 추가로 포함하고, 상기 다이오드(420)는 순방향 배향으로 상기 과도 전압 억제 다이오드(410)와 상기 제2 스위칭 소자(430) 사이에 직렬로 접속되는 풍력 터빈의 고전압 라이드 스루 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 브레이크 모듈(220)은 병렬로 접속된 브레이크 저항기(R1) 및 프리휠링 다이오드(D1)를 포함하는 풍력 터빈의 고전압 라이드 스루 제어 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 임계치는 정격 전압이고, 상기 제2 임계치는 상기 정격 전압의 1.3배이고, 상기 정격 전압은 상기 풍력 터빈이 접속되는 그리드의 정격 전압인 풍력 터빈의 고전압 라이드 스루 제어 장치.
  8. 풍력 터빈의 고전압 라이드 스루 제어 방법으로서,
    직류 버스 전압을 검출하는 단계;
    고전압 라이드 스루가 발생하고 상기 직류 버스 전압이 제1 임계치보다 크고 제2 임계치 이하인 것에 응답하여, 전기 에너지를 방전하도록 언로딩 모듈(200)의 브레이크 모듈(220)을 동작시키기 위해, 상기 언로딩 모듈(200)의 제1 스위칭 소자(210)가 턴온되도록 제어하는 단계; 및
    상기 직류 버스 전압이 상기 제2 임계치보다 큰 것에 응답하여, 상기 직류 버스 전압을 이용함으로써, 전기 에너지를 방전하도록 상기 브레이크 모듈(220)을 동작시키기 위해, 상기 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자에 턴-온 신호를 인가하는 단계를 포함하는 풍력 터빈의 고전압 라이드 스루 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 직류 버스 전압이 상기 제2 임계치보다 큰 경우에, 상기 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자에 접속된 과도 전압 억제 다이오드(410)가 항복되어, 상기 직류 버스 전압을 이용하여 상기 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자에 상기 턴-온 신호를 인가하는 풍력 터빈의 고전압 라이드 스루 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 과도 전압 억제 다이오드(410)와 상기 제1 스위칭 소자(210)의 제어 단자 사이에 제2 스위칭 소자(430)가 직렬로 접속되고;
    상기 과도 전압 억제 다이오드(410)가 항복된 후 미리 결정된 순간에 상기 제1 스위칭 소자(210)가 턴온되도록 제어되고, 상기 미리 결정된 순간으로부터 미리 결정된 기간 동안 지연되면 상기 제2 스위칭 소자(430)가 턴오프되도록 제어되고;
    상기 직류 버스 전압이 정상으로 복귀하는 것을 검출하면, 상기 브레이크 모듈(220)을 차단하기 위해 상기 제1 스위칭 요소(210)는 턴오프되도록 제어되고, 상기 제2 스위칭 요소(430)는 턴온되도록 제어되는 풍력 터빈의 고전압 라이드 스루 제어 방법.
  11. 풍력 컨버터로서,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 풍력 터빈의 고전압 라이드 스루 제어 장치를 포함하는 풍력 컨버터.
  12. 풍력 터빈으로서,
    제11항에 따른 풍력 컨버터를 포함하는 풍력 터빈.
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