KR20240046220A - 전압원형 풍력 터빈을 위한 제어 방법 및 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
본 개시내용은 전압원형 풍력 터빈을 위한 제어 방법 및 제어 장치를 제공한다. 제어 방법은 풍력 터빈의 DC 버스 전압 측정 값과 DC 버스 전압 기준 값 사이의 편차에 대해 비례-적분-미분 연산을 수행하여 유효 전력 편차를 획득하는 단계; 유효 전력 편차에 기초하여 가상 각주파수 편차를 결정하는 단계; 가상 각주파수 편차에 기초하여 가상 내부 전위 위상을 결정하는 단계; dq 좌표계에서 그리드 연결 전류를 가상 임피던스 모듈에 입력함으로써 d-축 가상 임피던스 출력 및 q-축 가상 임피던스 출력을 획득하는 단계; 가상 각주파수 편차, 풍력 터빈의 무효 전력 설정값 및 무효 전력 측정 값, 그리드의 정격 전압 진폭, d-축 가상 임피던스 출력 및 q-축 가상 임피던스 출력에 기초하여, 변조 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분을 결정하는 단계; 가상 내부 전위 위상 및 변조 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분에 따라 풍력 터빈의 그리드 연결 지점의 주입 전압을 제어하는 단계를 포함한다.
Description
본 개시내용은 풍력 발전 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
풍력 발전 기술이 급속하게 발전하고 있고, 그리드 응용에서의 풍력 발전 기술의 보급률이 증가하고 있다. 전압원 풍력 터빈의 제어는 그리드 안정성 및 유효 전력과 무효 전력 사이의 결합과 같은 많은 인자를 고려할 필요가 있다. 풍력 터빈의 공통 결합 지점에 대한 효과적인 제어를 달성하는 방식은 해결되어야 할 문제이다.
본 개시내용의 실시예의 목적은 풍력 터빈의 공통 결합 지점의 주입 전압을 제어하여, 그리드 안정성 및 유효 전력과 무효 전력 사이의 결합이 개선될 수 있는, 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법이 본 개시내용의 실시예에 따라 제공된다. 방법은 풍력 터빈의 측정된 직류(DC) 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 편차에 대한 비례 적분 미분 연산을 통해 유효 전력 편차를 획득하는 단계; 유효 전력 편차에 기초하여 가상 각주파수 편차를 결정하는 단계; 가상 각주파수 편차에 기초하여 가상 내부 전위 위상을 결정하는 단계; d-축 가상 임피던스 출력 및 q-축 가상 임피던스 출력을 획득하기 위해 dq 좌표계에서 그리드 연결 전류를 가상 임피던스 모듈에 입력하는 단계; 풍력 터빈의 가상 각주파수 편차, 무효 전력 설정점 및 측정된 무효 전력, 그리드의 정격 전압 진폭, d-축 가상 임피던스 출력 및 q-축 가상 임피던스 출력에 기초하여, 변조된 전압의 d-축 성분 및 변조된 전압의 q-축 성분을 결정하는 단계; 가상 내부 전위 위상, 변조된 전압의 d-축 성분, 및 변조된 전압의 q-축 성분에 기초하여, 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서 주입 전압을 제어하는 단계를 포함한다.
전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 장치가 본 개시내용의 실시예에 따라 제공된다. 장치는 풍력 터빈의 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 편차에 대한 비례 적분 미분 연산을 통해 유효 전력 편차를 획득하도록 구성된 유효 전력 편차 획득 유닛; 유효 전력 편차에 기초하여 가상 각주파수 편차를 결정하도록 구성된 가상 각주파수 편차 결정 유닛; 가상 각주파수 편차에 기초하여 가상 내부 전위 위상을 결정하도록 구성된 가상 내부 전위 위상 결정 유닛; d-축 가상 임피던스 출력 및 q-축 가상 임피던스 출력을 획득하기 위해 dq 좌표계에서 그리드 연결 전류를 가상 임피던스 모듈에 입력하도록 구성된 가상 임피던스 처리 유닛; 풍력 터빈의 가상 각주파수 편차, 무효 전력 설정점 및 측정된 무효 전력, 그리드의 정격 전압 진폭, d-축 가상 임피던스 출력 및 q-축 가상 임피던스 출력에 기초하여, 변조된 전압의 d-축 성분 및 변조된 전압의 q-축 성분을 결정하도록 구성된 변조된 전압 획득 유닛; 가상 내부 전위 위상, 변조된 전압의 d-축 성분, 및 변조된 전압의 q-축 성분에 기초하여, 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서 주입 전압을 제어하도록 구성되는 전압 제어 유닛을 포함한다.
본 개시내용의 실시예에 따라 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체가 제공된다. 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행될 때, 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 전술한 방법을 수행한다.
본 개시내용의 실시예에 따른 컴퓨팅 디바이스가 제공된다. 컴퓨팅 디바이스는 프로세서; 및 컴퓨터 프로그램을 저장하는 메모리를 포함하고, 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행될 때, 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 전술한 방법을 수행한다.
본 개시내용의 실시예들에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법 및 장치, 컴퓨터 판독가능 저장 매체, 및 컴퓨팅 디바이스에 의해, 다음의 기술적 효과들 중 하나가 달성될 수 있다. 그리드 안정성 및 유효 전력과 무효 전력 사이의 결합과 같은 다양한 인자들이 포괄적으로 고려된다. 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서의 주입 전압은 DC 버스 전압의 동적 변화 동안 제어된다. 따라서, 그리드 안정성 및 유효 전력과 무효 전력 사이의 결합이 개선될 수 있다. 예를 들어, 전압원형 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서의 주입 전압은 안정적이고 효과적으로 제어될 수 있고, 전체 시스템의 댐핑이 적절하게 개선되고, 유효 전력과 무효 전력 사이의 결합 정도가 적절하게 감소된다. 풍력 터빈의 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 편차에 대한 비례 적분 미분 연산에 의해, 풍력 터빈의 주파수 적응성, 파라미터 강건성 및 편차 억제 속도가 개선된다. 무효 전압 드룹 제어에서 시뮬레이션된 전력 시스템 안정화기(PSS)를 도입함으로써, 풍력 터빈의 전력 시스템 안정성이 개선된다.
본 개시내용의 상기 및 다른 목적들 및 특징들은 첨부 도면들과 함께 다음의 설명으로부터 더 명백해질 것이다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법의 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른 시뮬레이션된 PSS의 개략적인 구조도이다.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른 고정 abc 좌표계에서의 등가 토폴로지 도면이다.
도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 장치의 블록도이다.
도 6은 본 개시내용의 실시예에 따른 컴퓨팅 디바이스의 블록도이다.
도면들 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호들은 동일하거나 유사한 요소들, 특징들, 및 구조들을 지칭한다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법의 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른 시뮬레이션된 PSS의 개략적인 구조도이다.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른 고정 abc 좌표계에서의 등가 토폴로지 도면이다.
도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 장치의 블록도이다.
도 6은 본 개시내용의 실시예에 따른 컴퓨팅 디바이스의 블록도이다.
도면들 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호들은 동일하거나 유사한 요소들, 특징들, 및 구조들을 지칭한다는 점에 유의해야 한다.
본 개시내용의 기술적 개념의 이해를 용이하게 하기 위해, 관련 용어들, 시스템 주파수와 DC 버스 전압 사이의 관계 등이 다음과 같이 설명되고 설명된다.
전력각은 풍력 터빈의 컨버터의 출력 전압의 위상각과 그리드 전압의 위상각 사이의 차이를 지칭한다. 컨버터의 출력 전압의 위상각이 그리드 전압의 위상각에 선행하는(lead) 경우, 즉 전력각이 0보다 큰 경우, 컨버터로부터 교류(AC) 시스템으로 유효 전력이 제공된다. 반대로, 컨버터의 출력 전압의 위상각이 그리드 전압의 위상각보다 지연되는(lag) 경우, 즉 전력각이 0보다 작은 경우, 유효 전력은 AC 시스템으로부터 컨버터로 제공된다. 컨버터의 출력 전압의 주파수가 시스템 주파수와 일치하는 경우, 전력각은 변경되지 않은 채로 유지된다. 더욱이, 안정 상태에서, 컨버터의 출력 전압의 위상각은 그리드 전압의 위상각에 선행하며, 즉 전력각은 0보다 크고, 유효 전력은 컨버터로부터 AC 시스템으로 제공된다.
상기에 기초하여, 다음의 규칙이 획득될 수 있다: 시스템 주파수가 증가함에 따라, 전력각은 감소하고, 컨버터와 AC 시스템 사이에서 전송되는 유효 전력은 감소한다. DC 전압 편차는 피드백 값으로부터 설정점을 감산함으로써 계산된다. 따라서, DC 버스 전압을 변경하지 않고 유지하기 위해, 컨버터는 DC 버스 전압을 능동적으로 증가시키고, 이는 회전자 운동 방정식에 기초하여 컨버터의 출력 주파수를 증가시킨다. 주파수는 또한 적분 프로세스를 거치며, 따라서, 컨버터의 출력 전압의 위상각이 증가된다. 그 결과, 컨버터와 AC 시스템 사이의 전력각이 증가된다. 이에 의해, 전력각이 원래의 안정된 값으로 복원되고, 컨버터와 AC 시스템 사이에서 전송되는 유효 전력이 유지된다. 상기 프로세스는 다른 관점에서 직관적으로 이해될 수 있다. 그리드 전압과의 동기화(즉, 그리드 전압과 동일한 주파수를 가짐)를 유지하기 위해, 컨버터는 전력각을 변경하지 않고 유지하도록 그 자신의 출력 각주파수를 증가시킨다. 각주파수는 DC 전압 편차를 1차 저역 통과 필터에 적용함으로써 결정되고, 따라서 DC 버스 전압이 증가한다. 시스템 주파수가 감소함에 따라, 전력각이 증가하고, 컨버터와 AC 시스템 사이에서 전송되는 유효 전력이 증가한다. AC 시스템과의 동기화를 유지하기 위해, 컨버터는 출력 전압의 주파수를 감소시키고, 따라서 DC 버스 전압이 드룹한다.
전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법 및 장치가 본 개시내용에서 제공된다. 이 방법 및 장치에 의해, 전압원형 풍력 터빈의 제어 시스템에서, 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서의 주입 전압은 DC 버스 전압에 기초하여 동적으로 제어된다. 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서 주입 전압을 제어함으로써, 그리드 안정성 및 유효 전력과 무효 전력 사이의 결합이 개선된다.
독자가 본 명세서에 설명된 방법, 장치 및/또는 시스템들의 포괄적인 이해를 얻는 것을 돕기 위해 특정 실시예들이 첨부 도면들과 함께 아래에 설명된다. 본 개시내용을 이해한 후에, 본 명세서에 설명된 방법, 장치, 및/또는 시스템의 다양한 변경들, 수정들, 및 등가물들을 명백히 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 동작들의 순서는 단지 예일 뿐이며, 본 명세서에 설명된 것들로 제한되지 않는다. 동작들의 순서는, 특정 순서로 발생해야 하는 동작들을 제외하고는, 본 개시내용을 이해한 후에 명백히 알 수 있는 바와 같이 변경될 수 있다. 또한, 본 기술분야에 공지된 특징들의 설명은 명확성 및 간결성을 위해 생략될 수 있다.
본 명세서에 설명된 특징들은 상이한 형태들로 구현될 수 있고, 본 명세서에 설명된 예들로 제한되지 않아야 한다. 본 명세서에 설명된 예들은 본 명세서에 설명된 방법, 장치, 및/또는 시스템을 구현하는 실현가능한 방식들 중 단지 일부를 예시하기 위해 제공되며, 본 개시내용을 이해한 후에 많은 다른 실현가능한 방식들을 명백히 알 수 있을 것이다.
본 명세서에서 사용될 때, "및/또는"이라는 용어들은 용어와 연관된 열거된 항목들 중 임의의 하나, 및 항목들 중 임의의 2개 이상의 임의의 조합을 포함한다.
용어들 "제1", "제2", "제3" 등이 다양한 컴포넌트들, 요소들, 영역들, 층들, 또는 부분들을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만, 이러한 컴포넌트들, 요소들, 영역들, 층들, 또는 부분들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다. 반대로, 이러한 용어들은 단지 하나의 컴포넌트, 요소, 영역, 층, 또는 부분을 다른 컴포넌트, 컴포넌트, 영역, 층, 또는 부분과 구별하기 위해서 사용된다. 따라서, 예들의 교시들로부터 벗어나지 않고, 본 명세서에 설명된 예들에서 지칭되는 제1 컴포넌트, 제1 요소, 제1 영역, 제1 층, 또는 제1 부분은 제2 컴포넌트, 제2 요소, 제2 영역, 제2 층, 또는 제2 부분으로 지칭될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어들은 다양한 예들을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 개시내용을 제한하려는 의도는 아니다. 문맥상 달리 명확하게 나타내지 않는 한, 단수 형태는 복수 형태를 포함하는 것으로 의도된다. 용어들 "포함하다(include)", "포함하다(comprise)", 및 "갖다(have)"는 언급된 특징, 수량, 동작, 컴포넌트, 요소, 및/또는 이들의 조합의 존재를 나타내지만, 하나 이상의 다른 특징, 수량, 동작, 컴포넌트, 요소, 및/또는 이들의 조합의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들(기술 용어들 및 과학 용어들을 포함함)은 본 개시내용을 이해한 후에 본 개시내용이 속하는 분야의 통상의 기술 인력이 일반적으로 이해하는 것들과 동일한 의미들을 갖는다. 달리 명시적으로 정의되지 않는 한, (일반 사전에 정의된 것들과 같은) 용어들은 관련 분야 및 본 개시내용에서 그들 각각의 맥락들과 일치하는 의미들을 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적으로 또는 너무 형식적으로 해석되어서는 안 된다.
또한, 예들의 설명에서, 상세한 설명이 본 개시내용에 모호성을 야기할 수 있다고 생각될 때, 잘 알려진 관련 구조들 또는 기능들의 상세한 설명은 생략된다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법의 흐름도이다. 도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조한다. 단계 S101에서, 풍력 터빈의 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 편차에 대한 비례 적분 미분 연산을 통해 유효 전력 편차가 획득된다.
본 개시내용의 실시예에 따르면, 풍력 터빈의 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 편차는 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 차이 또는 제곱 차이일 수 있다. 본 개시내용은 이에 제한되지 않고 다른 형태의 편차가 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같은 실시예에서, 측정된 DC 버스 전압(udc)과 기준 DC 버스 전압(udref) 사이의 제곱 차이(즉, udc 2-udref 2)가 예로서 설명되지만, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다.
도 2를 참조한다. 유효 전력 편차(△P ref)는 측정된 DC 버스 전압(udc)과 기준 DC 버스 전압(udref) 사이의 제곱 차이에 대한 비례 적분 미분(PID) 연산을 통해 획득된다.
DC 버스 전압 제어 루프(자기 동기 루프로 지칭될 수 있음)에서, 측정된 DC 버스 전압(피드백 DC 버스 전압으로 지칭될 수 있음)과 기준 DC 버스 전압 사이의 제곱 차이는 PID 제어기가 PID 동작을 수행하기 위한 PID 제어기에 대한 입력으로서 결정된다.
적분 연산 스테이지(Ki/s, 여기서 Ki는 적분 이득을 나타냄)에서, 주파수 적응성의 문제를 해결하기 위해 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 편차에 대해 적분 연산이 수행된다. 그리드가 그리드의 정격 주파수(예를 들어, 50Hz)로부터 벗어나는 경우, 전술한 시스템 주파수와 DC 버스 전압 사이의 관계에 따라, 실제 DC 버스 전압은 기준 DC 버스 전압으로부터 벗어난다. 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 편차에 대한 적분을 통해, DC 양이 각주파수 편차(△ω)에 도입된다. 이에 의해, 그리드의 정격 각주파수 ω0에 의해 야기되는 오차가 상쇄된다. 적분 스테이지가 매우 중요하다는 것을 알 수 있다.
미분 연산 스테이지(sKc, 여기서 Kc는 미분 이득을 나타냄)에서, 열악한 파라미터 강건성의 문제를 해결하기 위해 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 편차에 대해 미분 연산이 수행된다. DC 버스 커패시터에 저장된 에너지(예를 들어, 0.5CU2, 여기서 C는 DC 버스 커패시턴스를 나타내고 U는 DC 버스 커패시터 양단의 전압을 나타냄)는 기계측과 그리드측 사이의 유효 전력 편차의 축적을 반영한다. DC 버스 커패시터에 저장된 에너지에 대한 미분으로부터 얻어진 미분 값은 기계측과 그리드측 사이의 유효 전력 편차를 직접 반영한다. 동기 기계와 유사하게, 기계측의 유효 전력이 기계적 전력으로 간주되고 그리드측의 유효 전력이 전자기 전력으로 간주되는 경우, 그리드측과 기계측 사이의 유효 전력 편차를 댐핑 권선을 갖는 회전자에 적용하는 것은 유효 전력 편차를 1차 저역 통과 필터 1/(sKJ+KD)에 적용하는 것과 동등하며, 여기서 KJ는 가상 관성 계수를 나타내고 KD는 가상 댐핑 계수를 나타낸다. 미분 스테이지는 명백한 물리적 의미를 가지며 매우 중요하다는 것을 알 수 있다.
비례 연산 스테이지(KT, 여기서 KT는 비례 이득을 나타냄)에서, 동적 프로세스의 응답 시간을 감소시키고, 주파수 변화의 초기 스테이지에서의 변화를 신속하게 억제하고, 적분 연산 스테이지의 느린 응답을 보완하기 위해 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 편차에 대해 비례 연산이 수행되며, 이는 또한 미분 연산 스테이지를 보조할 수 있다.
단계 S102에서, 유효 전력 편차에 기초하여 가상 각주파수 편차가 결정된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 유효 전력 편차 △P ref가 1차 저역 통과 필터에 입력되어 1차 저역 통과 필터의 출력을 가상 각주파수 편차 △ω로서 획득한다. 예를 들어, 이에 제한되는 것은 아니지만, 1차 저역 통과 필터는 함수 1/(sKJ+KD)에 기초하여 구성되어, 유효 전력 편차(△Pref)를 처리하고, 그에 의해 가상 각주파수 편차(△ω)를 생성할 수 있다.
본 개시내용은 도 2에 도시된 실시예로 제한되지 않는다. 예를 들어, 유효 전력 편차와 기계측 유효 전력의 합이 1차 저역 통과 필터에 입력되어 1차 저역 통과 필터의 출력을 가상 각주파수 편차로서 획득할 수 있다. 대안적으로, 유효 전력 편차와 그리드측 유효 전력 사이의 차이가 1차 저역 통과 필터에 입력되어 1차 저역 통과 필터의 출력을 가상 각주파수 편차로서 획득할 수 있다. 이러한 방식으로, 피드포워드 제어를 통해 전체 제어 속도가 증가될 수 있고 전체 동적 성능이 개선될 수 있다.
단계 S103에서, 가상 각주파수 편차에 기초하여 가상 내부 전위 위상이 결정된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 가상 각주파수 ω는 그리드의 가상 각주파수 편차 △ω 및 정격 각주파수 ω0에 기초하여 결정된다. 가상 내부 전위 위상(θ)은 가상 각주파수에 기초하여 결정될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같은 실시예에서, 가상 각주파수 ω는 그리드의 가상 각주파수 편차 △ω 및 정격 각주파수 ω0를 합산함으로써 결정된다. 그 다음, 가상 각주파수 ω에 대한 적분을 통해 가상 내부 전위 위상 θ가 획득된다.
단계 S104에서, dq 좌표계에서의 그리드 연결 전류가 가상 임피던스 모듈에 입력되어 d-축 가상 임피던스 출력 및 q-축 가상 임피던스 출력을 획득한다.
도 2를 참조한다. 본 개시내용의 예시적인 실시예에서, 가상 임피던스는 Rv+jXv로서 표현될 수 있고, 여기서 Rv는 가상 저항을 나타내고 Xv는 가상 리액턴스를 나타낸다. dq 좌표계에서의 그리드 연결 전류가 가상 임피던스 모듈에 입력된다. 가상 임피던스 모듈은 dq 좌표계에서의 그리드 연결 전류 igdq를 가상 임피던스와 곱하여, d-축 가상 임피던스 출력 및 q-축 가상 임피던스 출력을 획득한다. 가상 임피던스를 적용함으로써, 전체 제어 시스템의 댐핑이 개선될 수 있고, 그리드의 강도가 동등하게 감소될 수 있다. 가상 임피던스의 증가는 유효 전력과 무효 전력 사이의 결합 정도를 증가시킬 수 있는데, 즉 유효 전력이 변화함에 따라 무효 전력이 변화하고, 그 반대도 마찬가지이다. 따라서, 가상 임피던스는 적절하게 설정되고 조정될 필요가 있다.
단계 S105에서, 변조된 전압의 d-축 성분 및 변조된 전압의 q-축 성분이 풍력 터빈의 가상 각주파수 편차, 무효 전력 설정점 및 측정된 무효 전력, 그리드의 정격 전압 진폭, d-축 가상 임피던스 출력 및 q-축 가상 임피던스 출력에 기초하여 결정된다.
본 개시내용의 예시적인 실시예에 따르면, AC 버스 전압의 제1 교란량이 가상 각주파수 편차에 기초하여 먼저 결정될 수 있고, 무효 전력 설정점과 측정된 무효 전력 사이의 편차에 리액티브 드룹 계수가 곱해져 AC 버스 전압의 제2 교란량을 결정할 수 있다. 다음으로, dq 좌표계에서의 그리드 연결 기준 전압의 d-축 성분은 AC 버스 전압의 제1 교란량, AC 버스 전압의 제2 교란량, 그리드의 정격 전압 진폭, 및 d-축 가상 임피던스 출력에 기초하여 결정될 수 있고; dq 좌표계에서의 그리드 연결 기준 전압의 q-축 성분은 q-축 가상 임피던스 출력에 기초하여 결정될 수 있다. 마지막으로, 변조 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분이 dq 좌표계에서 그리드 연결 기준 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분에 기초하여 결정될 수 있다.
도 2를 참조한다. AC 버스 전압의 제1 교란량은 가상 각주파수 편차에 대해 리셋 처리, 증폭 처리 또는 위상 보상 처리 중 적어도 하나를 수행함으로써 결정될 수 있다. 일 구현에서, AC 버스 전압의 제1 교란량을 결정하기 위해 시뮬레이션된 PSS의 제어 루프가 도입될 수 있고, 그에 의해 저주파 발진의 문제를 해결한다.
구현에서, 전력 시스템에서 사용되는 PSS는 일반적으로 증폭 스테이지, 리셋 스테이지, 위상 보상(보정) 스테이지, 및 진폭 제한 스테이지를 포함한다. PSS 안정화기의 출력은 도 3에 도시된 바와 같이 기준 전압에 추가 여기 신호로서 중첩된다. 도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른 시뮬레이션된 PSS의 개략적인 구조도이다.
도 3을 참조하면, K는 PSS의 증폭 스테이지를 나타내고, 는 PSS의 리셋 스테이지를 나타내고, 는 PSS의 위상 보상 스테이지를 나타내고, max-min은 PSS의 진폭 제한 스테이지를 나타낸다. 스테이지들 내의 파라미터들은 실제 상황에 기초하여 상이하게 설정될 수 있다.
본 개시내용의 실시예에 따르면, 의 경우에 리셋 스테이지에서 PSS의 출력은 0이다, 즉, △ω에서의 DC 성분이 필터링 제거된다. 전이 프로세스 동안, 리셋 스테이지는 동적 신호가 원활하게 통과하는 것을 허용하여, PSS가 동적 프로세스 동안에만 역할하도록 한다. 위상 보상 스테이지는 1 내지 3개의 선행량 보정 스테이지를 포함할 수 있고, 각각의 선행량 보정 스테이지는 최대 30° 내지 40°만큼 위상을 보정한다. 따라서, 선행량 보정 스테이지들은 위상 지연을 보상(상쇄)할 수 있다. 증폭 부분의 증폭 계수 K는 충분한 전압 진폭을 보장한다. 따라서, PSS를 무효 전압 드룹 제어 루프(2)에 도입함으로써, 시스템의 안정성이 개선될 수 있다.
도 1을 참조한다. 도 1에서, PSS는 고역 통과 필터 , 위상 보상기 및 증폭기 K를 포함할 수 있다. 고역 통과 필터는 △ω에서 DC 성분을 필터링하기 위한 PSS의 리셋 스테이지로서 역할을 할 수 있다. 위상 보상기는 PSS의 선행량 보정 스테이지로서 역할을 할 수 있으며, 이는 발진 위험 지점에서 위상 마진을 개선할 수 있다. 증폭기는 양의 댐핑 효과를 개선하기 위해 PSS의 비례 스테이지로서 역할을 할 수 있다.
도 1 및 도 3은 PSS가 리셋 스테이지, 위상 보상 스테이지, 및 증폭 스테이지를 포함하는 것을 도시하지만, 본 개시내용의 PSS는 리셋 스테이지, 위상 보상 스테이지, 또는 증폭 스테이지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
AC 버스 전압의 제1 교란량은 가상 각주파수 편차에 대해 리셋 처리, 증폭 처리 또는 위상 보상 처리 중 적어도 하나를 수행함으로써 결정될 수 있다. 도 1을 참조한다. 예를 들어, 제1 교란량(△U 1)은 가상 각주파수 편차(△ω)에 대해 리셋 처리, 증폭 처리 및 위상 보상 처리를 수행함으로써 획득된다. 여기서, 제1 교란량(△U1)을 산출함에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같은 시퀀스 또는 임의의 다른 시퀀스로 가상 각주파수 편차에 대해 리셋 처리, 증폭 처리 및 위상 보상 처리를 수행하여, 제1 교란량(△U1)을 얻을 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 무효 전력 설정점(Q 0)과 측정된 무효 전력(Q) 사이의 편차는 AC 버스 전압의 제2 교란량(△U 2)을 획득하기 위해, 리액티브 드룹 계수(K Q)와 곱해질 수 있다. 그 후, 그리드의 정격 전압 진폭 U0, AC 버스 전압의 제1 교란량 △U1, 및 AC 버스 전압의 제2 교란량 △U1이 합산될 수 있고, 그 후 d-축 가상 임피던스 출력이 합으로부터 감산되어 dq 좌표계에서 그리드 연결 기준 전압의 d-축 성분 U qv *을 획득한다. q-축 가상 임피던스 출력은 공통 결합 지점에서 q-축 전압 설정점 U q *으로부터 감산되어 dq 좌표계에서 그리드 연결 기준 전압의 q-축 성분 U qv *을 획득할 수 있다. 본 개시내용의 실시예에서, 공통 결합 지점에서의 q-축 전압 설정점 U q *는 0으로 설정될 수 있으며, 따라서 dq 좌표계는 그리드 전압에 기초하여 배향된다.
본 개시내용의 실시예에 따르면, dq 좌표계에서 그리드 연결 기준 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분에 대해 전압 외부 루프 제어, 또는 전압 외부 루프 제어 및 전류 내부 루프 제어 둘 다가 수행되어, 변조된 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분을 획득할 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, dq 좌표계에서 그리드 연결 기준 전압의 d-축 성분 U dv * 및 q-축 성분 U qv *이 전압 외부 루프 제어 모듈(201)에 입력될 수 있다. 또한, dq 좌표계에서의 그리드 연결 전압 u dq 및 dq 좌표계에서의 그리드 연결 전류 i gdq 가 전압 외부 루프 제어 모듈(201)에 입력될 수 있다. 전압 외부 루프 제어 모듈(201)은 dq 좌표계에서 그리드 연결 기준 전압의 d-축 성분 U dv * 및 q-축 성분 U qv *에 대해 전압 외부 루프 제어를 수행하여 d-축 기준 필터 인덕터 전류 i d * 및 q-축 기준 필터 인덕터 전류 i q *를 획득할 수 있다. d-축 기준 필터 인덕터 전류 i d * 및 q-축 기준 필터 인덕터 전류 i q *는 전류 내부 루프 제어 모듈(202)에 입력될 수 있다. 또한, dq 좌표계에서의 그리드 연결 전압 u dq 및 dq 좌표계에서의 필터 인덕터 전류 i dq 가 전류 내부 루프 제어 모듈(202)에 입력될 수 있다. 전류 내부 루프 제어 모듈(202)은 변조된 전압의 d-축 성분 u md 및 q-축 성분 u mq 을 획득하기 위해 d-축 기준 필터 인덕터 전류 i d * 및 q-축 기준 필터 인덕터 전류 i q *에 대해 전류 내부 루프 제어를 수행할 수 있다.
본 개시내용의 실시예에서, 전압 외부 루프 제어 모듈(201)로부터 출력되는 전류의 진폭을 제한하기 위해, 전류 진폭 제한 모듈이 전압 외부 루프 제어 모듈(201)과 전류 내부 루프 제어 모듈(202) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 전압 외부 루프 제어 모듈(201)에 대한 적절한 수정으로, 변조된 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분은 전류 내부 루프 제어를 수행하지 않고, 즉 dq 좌표계에서 그리드 연결 기준 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분에 대한 전압 외부 루프 제어만을 수행함으로써 획득될 수 있다.
도 1을 다시 참조한다. 단계 S106에서, 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서의 주입 전압은 가상 내부 전위 위상, 변조된 전압의 d-축 성분, 및 변조된 전압의 q-축 성분에 기초하여 제어된다.
본 개시내용의 실시예에 따르면, 변조된 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분은, dq 좌표계에서의 가상 내부 전위 위상에 기초하여, abc 좌표계에서의 3상 전압으로 변환될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 변조된 전압의 d-축 성분(u md ) 및 q-축 성분(u mq )은 dq/abc 변환 모듈(203)을 통해, dq 좌표계에서의 가상 내부 전위 위상(θ)에 기초하여 abc 좌표계에서 3상 전압으로 변환될 수 있다. 그 후, abc 좌표계에서의 3상 전압이 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 모듈(204)에 입력되어 공간 벡터 펄스 폭 변조를 수행한다. 공간 벡터 펄스 폭 변조가 적용된 3상 전압은 컨버터(205)에 입력될 수 있고, 그 후 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서 주입 전압을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, dq 좌표계에서의 변조된 전압 및 가상 내부 전위 위상은, 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서 주입 전압을 제어하기 위해, dq 좌표계에서의 DC 버스 전압 및 그리드 연결 전류와 같은 변수들에 기초하여 PID 제어기 및 가상 임피던스 모듈을 사용함으로써 획득될 수 있다. 본 개시내용의 실시예에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법을 통해, 전압원형 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서의 주입 전압이 안정적이고 효과적으로 제어될 수 있고, 시스템의 댐핑이 적절하게 개선되고, 유효 전력과 무효 전력 사이의 결합 정도가 적절하게 감소된다. 또한, PID 제어기가 DC 버스 전압 편차를 조정하는 데 사용되어, 풍력 터빈의 열악한 주파수 적응성 및 열악한 파라미터 강건성의 문제가 해결될 수 있다. PSS는 풍력 터빈의 시스템 안정성이 향상되도록 채택된다.
도 2에 도시된 제어 시스템에서, 가상 임피던스 모듈의 제어가 전압 외부 루프 제어의 입력단에 추가된다. 전압 외부 루프 및 전류 내부 루프 제어 후에, 정상 상태에서 컨버터에 의해 달성되는 제어 효과는 공통 결합 지점에서의 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분이 제어 시스템의 기준 d-축 전압 및 기준 q-축 전압과 동일하다는 것이다. 고정 abc 좌표계와 회전 dq 좌표계 사이의 수학적 맵핑 관계로 인해, 제어 시스템의 기준 d-축 및 q-축 전압들에 추가된 가상 임피던스는 도 4에 도시된 바와 같이 컨버터의 공통 결합 지점에서 직렬로 연결된 가상 임피던스와 동등하다.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른 고정 abc 좌표계에서의 등가 토폴로지 도면이다.
도 4에서, u dc (t)는 시간 t에 따라 변하는 DC 버스 전압을 나타내고, ia, ib 및 ic는 필터 인덕터 Lf를 통해 흐르는 3상 전류를 나타낸다.
가상 임피던스를 추가하기 전에, 필터 커패시터(Cf) 상의 3상 전압(ua, ub 및 uc)이 제어된다. 전술한 전략을 구현한 후에, 가상 임피던스 가 메인 회로에 도입된다. 또한, 전압 제어 지점은 더 이상 필터 커패시터 상의 전압이 아니라, 공통 결합 지점의 3상 전압(u'a, u'b, u'c)이며, 이는 로서 표현될 수 있다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 음의 가상 임피던스 가 (u'a, u'b, u'c)와 시스템 전원 us 사이에 추가된다. 음의 가상 저항(-Rv) 및 가상 인덕턴스(-Lv)는 전송 라인의 저항(R∑) 및 인덕턴스(L∑)를 상쇄하여, 유효 전력과 무효 전력 사이의 디커플링을 추가로 달성할 수 있다.
그러나, 음의 가상 저항(-Rv) 및 가상 인덕턴스(-Lv)의 값이 적절하게 설정되지 않은 경우, 전체 시스템에서 음의 댐핑이 야기되어 발진의 위험을 초래할 수 있다. 따라서, 시스템 댐핑을 개선하기 위해, 양의 가상 저항(+Rv) 및 가상 인덕턴스(+Lv)가 도입되고, 시스템의 양의 댐핑은 유효 전력과 무효 전력 사이의 결합의 정도를 증가시키지 않고 적절하게 증가된다. 와 시스템 전원 us 사이에 양의 가상 저항 +Rv 및 가상 인덕턴스 +Lv를 도입하기 위해, (u'a, u'b, u'c)의 좌측의 가상 저항 및 가상 인덕턴스의 부호와 우측의 가상 저항 및 가상 인덕턴스의 부호는 반대일 수 있는데, 즉 음의 가상 임피던스 가 메인 회로에 도입된다.
전술한 바와 같이, 제어 시스템의 안정성은 메인 회로에 양의 가상 임피던스를 도입함으로써 개선될 수 있다. 또한, 제어 시스템의 안정성이 충분하지만 전송 라인의 임피던스가 큰 경우에 메인 회로에 음의 가상 임피던스가 도입될 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템의 동적 성능은 가상 임피던스를 도입함으로써 개선될 수 있다.
도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 장치의 블록도이다. 본 개시내용의 실시예에 따르면, 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 장치(500)는 풍력 발전 지대의 중앙 제어기에, 풍력 터빈의 주 제어부에, 또는 풍력 터빈과 통신하는 임의의 다른 컴퓨팅 디바이스에 배치될 수 있다. 본 개시내용의 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스(500)는 전압원형 풍력 터빈의 컨버터의 제어기로서 구현될 수 있다.
장치(500)는 유효 전력 편차 획득 유닛(501), 가상 각주파수 편차 결정 유닛(502), 가상 내부 전위 위상 결정 유닛(503), 가상 임피던스 처리 유닛(504), 변조 전압 획득 유닛(505), 및 전압 제어 유닛(506)을 포함할 수 있다.
유효 전력 편차 획득 유닛(501)은 풍력 터빈의 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 편차에 대한 비례 적분 미분 연산을 통해 유효 전력 편차를 획득하도록 구성된다. 여기서, 풍력 터빈의 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 편차는 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 차이 또는 제곱 차이일 수 있다.
가상 각주파수 편차 결정 유닛(502)은 유효 전력 편차에 기초하여 가상 각주파수 편차를 결정하도록 구성된다. 본 개시내용의 실시예에 따르면, 가상 각주파수 편차 결정 유닛(502)은 유효 전력 편차를 1차 저역 통과 필터에 직접 입력하여, 1차 저역 통과 필터의 출력을 가상 각주파수 편차로서 획득하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 가상 각주파수 편차 결정 유닛(502)은 유효 전력 편차와 기계측 유효 전력의 합을 1차 저역 통과 필터에 입력하여 1차 저역 통과 필터의 출력을 가상 각주파수 편차로서 획득하거나, 또는 유효 전력 편차와 그리드측 유효 전력 사이의 차이를 1차 저역 통과 필터에 입력하여 1차 저역 통과 필터의 출력을 가상 각주파수 편차로서 획득하도록 구성될 수 있다.
가상 내부 전위 위상 결정 유닛(503)은 가상 각주파수 편차에 기초하여 가상 내부 전위 위상을 결정하도록 구성된다. 본 개시내용의 실시예에 따르면, 가상 내부 전위 위상 결정 유닛(503)은 그리드의 가상 각주파수 편차 및 정격 각주파수에 기초하여 가상 각주파수를 결정하고, 가상 각주파수에 기초하여 가상 내부 전위 위상을 결정하도록 구성될 수 있다.
가상 임피던스 처리 유닛(504)은 d-축 가상 임피던스 출력 및 q-축 가상 임피던스 출력을 획득하기 위해 dq 좌표계에서 그리드 연결 전류를 가상 임피던스 모듈에 입력하도록 구성된다.
변조 전압 획득 유닛(503)은, 풍력 터빈의 가상 각주파수 편차, 무효 전력 설정점 및 측정된 무효 전력, 그리드의 정격 전압 진폭, d-축 가상 임피던스 출력 및 q-축 가상 임피던스 출력에 기초하여, 변조 전압의 d-축 성분 및 변조 전압의 q-축 성분을 결정하도록 구성된다. 본 개시내용의 실시예에 따르면, 변조 전압 획득 유닛(505)은 가상 각주파수 편차에 기초하여 AC 버스 전압의 제1 교란량을 결정하고, 미리 설정된 무효 전력 설정점과 측정된 무효 전력 사이의 편차에 리액티브 드룹 계수를 곱하여 AC 버스 전압의 제2 교란량을 결정하도록 구성될 수 있다. 그 다음, 변조 전압 획득 유닛(505)은 AC 버스 전압의 제1 교란량, AC 버스 전압의 제2 교란량, 그리드의 정격 전압 진폭, 및 d-축 가상 임피던스 출력에 기초하여 dq 좌표계에서 그리드 연결 기준 전압의 d-축 성분을 결정하고; q-축 가상 임피던스 출력에 기초하여 dq 좌표계에서 그리드 연결 기준 전압의 q-축 성분을 결정하도록 구성될 수 있다. 마지막으로, 변조 전압 획득 유닛(505)은 dq 좌표계에서 그리드 연결 기준 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분에 기초하여 변조 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분을 결정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 변조 전압 획득 유닛(505)은 dq 좌표계에서 그리드 연결 기준 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분에 대한 전압 외부 루프 제어를 수행하여 변조 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분을 획득하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 변조 전압 획득 유닛(505)은 dq 좌표계에서 그리드 연결 기준 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분에 대한 전압 외부 루프 제어를 수행하여 변조 전압의 d-축 성분 및 q-축 성분을 획득하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 변조 전압 획득 유닛(505)은 가상 각주파수 편차에 대해, 리셋 처리, 증폭 처리 또는 위상 보상 처리 중 적어도 하나를 수행함으로써 AC 버스 전압의 제1 교란량을 결정하도록 구성될 수 있다.
전압 제어 유닛(506)은 가상 내부 전위 위상, 변조된 전압의 d-축 성분, 및 변조된 전압의 q-축 성분에 기초하여, 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서 주입 전압을 제어하도록 구성된다.
장치(5) 내의 유닛의 동작은 도 1 내지 도 4에 설명된 본 개시내용에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법을 참조하여 이해될 수 있고, 간결성을 위해 여기서 반복되지 않는다.
본 개시내용의 실시예에 따르면, 명령어들을 저장하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체가 추가로 제공된다. 명령어들은, 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 적어도 하나의 프로세서로 하여금 본 개시내용에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법을 실행하게 한다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체의 예들은 다음을 포함한다: 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 프로그램가능 판독 전용 메모리(PROM), 전기적 소거가능 프로그램가능 판독 전용 메모리(EEPROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 플래시 메모리, 비휘발성 메모리, CD-ROM, CD-R, CD+R, CD-RW, CD+RW, DVD-ROM, DVD-R, DVD+R, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM, BD-ROM, BD-R, BD-R LTH, BD-RE, 블루레이 또는 광학 디스크 스토리지, 하드 디스크 드라이브(HDD), 솔리드 스테이트 하드 디스크(SSD), 카드 스토리지(예컨대, 멀티미디어 카드, 보안 디지털(SD) 카드 또는 XD 카드), 자기 테이프, 플로피 디스크, 광자기 데이터 저장 디바이스, 광학 데이터 저장 디바이스, 하드 디스크, 솔리드 스테이트 디스크 및 컴퓨터 프로그램 및 임의의 연관된 데이터, 데이터 파일들 및 데이터 구조들을 비일시적 방식으로 저장하고, 컴퓨터 프로그램 및 연관된 데이터, 데이터 파일들 및 데이터 구조들을 프로세서 또는 컴퓨터에 제공하여 프로세서 또는 컴퓨터가 컴퓨터 프로그램을 실행할 수 있게 하도록 구성된 임의의 다른 디바이스들을 포함한다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체 내의 컴퓨터 프로그램은 클라이언트, 호스트, 프록시 디바이스, 서버 등과 같은 컴퓨터 디바이스에 배치된 환경에서 실행될 수 있다. 또한, 예에서, 컴퓨터 프로그램 및 임의의 연관된 데이터, 데이터 파일들 및 데이터 구조들은 컴퓨터 프로그램 및 연관된 데이터, 데이터 파일들 및 데이터 구조들이 하나 이상의 프로세서 또는 컴퓨터에 의해 분산 방식으로 저장, 액세스 및 실행되도록 네트워크화된 컴퓨터 시스템을 통해 분산된다.
도 6은 본 개시내용의 실시예에 따른 컴퓨팅 디바이스의 블록도이다.
도 6을 참조한다. 본 개시내용의 실시예에 따른 컴퓨팅 디바이스(600)는 메모리(601) 및 프로세서(602)를 포함한다. 메모리(601)는 컴퓨터 프로그램을 저장한다. 컴퓨터 프로그램은, 프로세서(602)에 의해 실행될 때, 본 개시내용의 실시예들 중 임의의 것에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법을 수행한다. 컴퓨팅 디바이스(600)는 전압원형 풍력 터빈의 컨버터의 제어기로서 구현될 수 있다.
본 개시내용의 실시예에서, 컴퓨터 프로그램은, 프로세서(602)에 의해 실행될 때, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 바와 같은 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법을 수행한다. 방법은 풍력 터빈의 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 편차에 대한 비례 적분 미분 연산을 통해 유효 전력 편차를 획득하는 단계; 유효 전력 편차에 기초하여 가상 각주파수 편차를 결정하는 단계; 가상 각주파수 편차에 기초하여 가상 내부 전위 위상을 결정하는 단계; d-축 가상 임피던스 출력 및 q-축 가상 임피던스 출력을 획득하기 위해 dq 좌표계에서 그리드 연결 전류를 가상 임피던스 모듈에 입력하는 단계; 풍력 터빈의 가상 각주파수 편차, 무효 전력 설정점 및 측정된 무효 전력, 그리드의 정격 전압 진폭, d-축 가상 임피던스 출력 및 q-축 가상 임피던스 출력에 기초하여, 변조된 전압의 d-축 성분 및 변조된 전압의 q-축 성분을 결정하는 단계; 가상 내부 전위 위상, 변조된 전압의 d-축 성분, 및 변조된 전압의 q-축 성분에 기초하여, 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서 주입 전압을 제어하는 단계를 포함한다.
도 6에 도시된 컴퓨팅 디바이스는 단지 예일 뿐이고, 본 개시내용의 실시예들의 기능 및 적용 범위를 제한하는 것이 아니다.
본 개시내용의 실시예들에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법 및 장치, 컴퓨터 판독가능 저장 매체, 및 컴퓨팅 디바이스가 도 1 내지 도 6을 참조하여 전술되었다. 그럼에도 불구하고, 도 5에 도시된 장치 및 그 유닛들은 특정 기능들을 수행하는 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합으로서 구성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 도 6에 도시된 컴퓨팅 디바이스는 위에 도시된 컴포넌트들을 포함하는 것으로 제한되지 않는다. 일부 컴포넌트들은 필요에 따라 추가되거나 제거될 수 있고, 이러한 컴포넌트들은 또한 서로 조합될 수 있다.
본 개시내용의 실시예에 따른 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법 및 장치에 의해, 이하의 기술적 효과 중 적어도 하나가 달성될 수 있다. 그리드 안정성 및 유효 전력과 무효 전력 사이의 결합과 같은 다양한 인자들이 포괄적으로 고려된다. 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서의 주입 전압은 DC 버스 전압의 동적 변화 동안 제어된다. 따라서, 그리드 안정성 및 유효 전력과 무효 전력 사이의 결합이 개선될 수 있다. 예를 들어, 전압원형 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서의 주입 전압은 안정적이고 효과적으로 제어될 수 있고, 전체 시스템의 댐핑이 적절하게 개선되고, 유효 전력과 무효 전력 사이의 결합 정도가 적절하게 감소된다. 풍력 터빈의 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 편차에 대한 비례 적분 미분 연산에 의해, 풍력 터빈의 주파수 적응성, 파라미터 강건성 및 편차 억제 속도가 개선된다. 무효 전압 드룹 제어에서 시뮬레이션된 전력 시스템 안정화기(PSS)를 도입함으로써, 풍력 터빈의 전력 시스템 안정성이 개선된다.
본 개시내용의 다른 실시예들은 본 명세서의 고려 및 본 개시내용의 실시로부터 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 개시내용은 본 개시내용의 임의의 변형, 적용, 또는 적응된 수정을 커버하도록 의도된다. 이러한 변형, 적용, 또는 적응된 수정은 본 개시내용의 일반적인 원리들을 따르고, 본 개시내용에 개시되지 않은 본 기술분야의 통상의 지식 또는 통상의 기술적 수단을 포함한다. 설명 및 실시예들은 단지 예시적인 것이고, 본 개시내용의 실제 범위 및 사상은 청구항들에 의해 정의된다.
본 개시내용은 전술되고 도면들에 도시된 정확한 구조로 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정들 및 변경들이 이루어질 수 있다. 본 개시내용의 범위는 청구항들에 의해서만 제한된다.
Claims (15)
- 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법이며,
풍력 터빈의 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 편차에 대한 비례 적분 미분 연산을 통해 유효 전력 편차를 획득하는 단계;
상기 유효 전력 편차에 기초하여 가상 각주파수 편차를 결정하는 단계;
상기 가상 각주파수 편차에 기초하여 가상 내부 전위 위상을 결정하는 단계;
dq 좌표계에서 그리드 연결 전류를 가상 임피던스 모듈에 입력하여, d-축 가상 임피던스 출력 및 q-축 가상 임피던스 출력을 획득하는 단계;
상기 풍력 터빈의 상기 가상 각주파수 편차, 무효 전력 설정점 및 측정된 무효 전력, 그리드의 정격 전압 진폭, 상기 d-축 가상 임피던스 출력 및 상기 q-축 가상 임피던스 출력에 기초하여, 변조된 전압의 d-축 성분 및 변조된 전압의 q-축 성분을 결정하는 단계; 및
상기 가상 내부 전위 위상, 상기 변조된 전압의 상기 d-축 성분, 및 상기 변조된 전압의 상기 q-축 성분에 기초하여, 상기 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서 주입 전압을 제어하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 변조된 전압의 d-축 성분 및 상기 변조된 전압의 q-축 성분을 결정하는 단계는
상기 가상 각주파수 편차에 기초하여 AC 버스 전압의 제1 교란량을 결정하는 단계;
상기 무효 전력 설정점과 상기 측정된 무효 전력 사이의 편차에 리액티브 드룹 계수를 곱하여, 상기 AC 버스 전압의 제2 교란량을 결정하는 단계;
상기 AC 버스 전압의 상기 제1 교란량, 상기 AC 버스 전압의 상기 제2 교란량, 상기 그리드의 상기 정격 전압 진폭, 및 상기 d-축 가상 임피던스 출력에 기초하여, 상기 dq 좌표계에서 그리드 연결 기준 전압의 d-축 성분을 결정하는 단계;
상기 q-축 가상 임피던스 출력에 기초하여, 상기 dq 좌표계에서 상기 그리드 연결 기준 전압의 q-축 성분을 결정하는 단계; 및
상기 dq 좌표계에서의 상기 그리드 연결 기준 전압의 상기 d-축 성분 및 상기 q-축 성분에 기초하여 상기 변조된 전압의 상기 d-축 성분 및 상기 q-축 성분을 결정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제2항에 있어서, 상기 dq 좌표계에서의 상기 그리드 연결 기준 전압의 상기 d-축 성분 및 상기 q-축 성분에 기초하여 상기 변조된 전압의 상기 d-축 성분 및 상기 q-축 성분을 결정하는 단계는
상기 dq 좌표계에서 상기 그리드 연결 기준 전압의 상기 d-축 성분 및 상기 q-축 성분에 대해 전압 외부 루프 제어, 또는 상기 전압 외부 루프 제어 및 전류 내부 루프 제어 둘 다를 수행하여, 상기 변조된 전압의 상기 d-축 성분 및 상기 q-축 성분을 획득하는 단계를 포함하는, 방법. - 제2항에 있어서, 상기 가상 각주파수 편차에 기초하여 AC 버스 전압의 제1 교란량을 결정하는 단계는
상기 가상 각주파수 편차에 대해, 리셋 처리, 증폭 처리 또는 위상 보상 처리 중 적어도 하나를 수행함으로써 상기 AC 버스 전압의 상기 제1 교란량을 결정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 유효 전력 편차에 기초하여 가상 각주파수 편차를 결정하는 단계는
상기 유효 전력 편차를 1차 저역 통과 필터에 직접 입력하여, 상기 1차 저역 통과 필터의 출력을 상기 가상 각주파수 편차로서 획득하는 단계; 또는
상기 유효 전력 편차와 기계측 유효 전력의 합을 상기 1차 저역 통과 필터에 입력하여, 상기 1차 저역 통과 필터의 출력을 상기 가상 각주파수 편차로서 획득하는 단계; 또는
상기 유효 전력 편차와 그리드측 유효 전력 사이의 차이를 상기 1차 저역 통과 필터에 입력하여, 상기 1차 저역 통과 필터의 출력을 상기 가상 각주파수 편차로서 획득하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 가상 각주파수 편차에 기초하여 가상 내부 전위 위상을 결정하는 단계는
상기 가상 각주파수 편차 및 상기 그리드의 정격 각주파수에 기초하여 가상 각주파수를 결정하는 단계; 및
상기 가상 각주파수에 기초하여 상기 가상 내부 전위 위상을 결정하는 단계를 포함하는, 방법. - 전압원형 풍력 터빈을 제어하기 위한 장치이며,
풍력 터빈의 측정된 DC 버스 전압과 기준 DC 버스 전압 사이의 편차에 대한 비례 적분 미분 연산을 통해 유효 전력 편차를 획득하도록 구성된 유효 전력 편차 획득 유닛;
상기 유효 전력 편차에 기초하여 가상 각주파수 편차를 결정하도록 구성된 가상 각주파수 편차 결정 유닛;
상기 가상 각주파수 편차에 기초하여 가상 내부 전위 위상을 결정하도록 구성된 가상 내부 전위 위상 결정 유닛;
dq 좌표계에서 그리드 연결 전류를 가상 임피던스 모듈에 입력하여, d-축 가상 임피던스 출력 및 q-축 가상 임피던스 출력을 획득하도록 구성된 가상 임피던스 처리 유닛;
상기 풍력 터빈의 상기 가상 각주파수 편차, 무효 전력 설정점 및 측정된 무효 전력, 그리드의 정격 전압 진폭, 상기 d-축 가상 임피던스 출력 및 상기 q-축 가상 임피던스 출력에 기초하여, 변조된 전압의 d-축 성분 및 변조된 전압의 q-축 성분을 결정하도록 구성된 변조된 전압 획득 유닛; 및
상기 가상 내부 전위 위상, 상기 변조된 전압의 d-축 성분, 및 상기 변조된 전압의 q-축 성분에 기초하여, 상기 풍력 터빈의 공통 결합 지점에서 주입 전압을 제어하도록 구성되는 전압 제어 유닛을 포함하는, 장치. - 제7항에 있어서, 상기 변조 전압 획득 유닛은
상기 가상 각주파수 편차에 기초하여 AC 버스 전압의 제1 교란량을 결정하고;
상기 AC 버스 전압의 제2 교란량을 결정하기 위해, 상기 무효 전력 설정점과 상기 측정된 무효 전력 사이의 편차에 리액티브 드룹 계수를 곱하고;
상기 AC 버스 전압의 상기 제1 교란량, 상기 AC 버스 전압의 상기 제2 교란량, 상기 그리드의 상기 정격 전압 진폭, 및 상기 d-축 가상 임피던스 출력에 기초하여, 상기 dq 좌표계에서 그리드 연결 기준 전압의 d-축 성분을 결정하고;
상기 q-축 가상 임피던스 출력에 기초하여, 상기 dq 좌표계에서 상기 그리드 연결 기준 전압의 q-축 성분을 결정하고;
상기 dq 좌표계에서의 상기 그리드 연결 기준 전압의 상기 d-축 성분 및 상기 q-축 성분에 기초하여 상기 변조된 전압의 상기 d-축 성분 및 상기 q-축 성분을 결정하도록 구성되는, 장치. - 제8항에 있어서, 상기 변조 전압 획득 유닛은
상기 dq 좌표계에서 상기 그리드 연결 기준 전압의 상기 d-축 성분 및 상기 q-축 성분에 대해 전압 외부 루프 제어를 수행하여, 상기 변조된 전압의 상기 d-축 성분 및 상기 q-축 성분을 획득하거나; 또는
상기 dq 좌표계에서 상기 그리드 연결 기준 전압의 상기 d-축 성분 및 상기 q-축 성분에 대해 상기 전압 외부 루프 제어 및 전류 내부 루프 제어 둘 다를 수행하여, 상기 변조된 전압의 상기 d-축 성분 및 상기 q-축 성분을 획득하거나; 또는
상기 가상 각주파수 편차에 대해, 리셋 처리, 증폭 처리 또는 위상 보상 처리 중 적어도 하나를 수행함으로써 상기 AC 버스 전압의 상기 제1 교란량을 결정하도록 구성되는, 장치. - 제7항에 있어서, 상기 가상 각주파수 편차 결정 유닛은
상기 유효 전력 편차를 1차 저역 통과 필터에 직접 입력하여, 상기 1차 저역 통과 필터의 출력을 상기 가상 각주파수 편차로서 획득하거나; 또는
상기 유효 전력 편차와 기계측 유효 전력의 합을 상기 1차 저역 통과 필터에 입력하여, 상기 1차 저역 통과 필터의 출력을 상기 가상 각주파수 편차로서 획득하거나; 또는
상기 유효 전력 편차와 그리드측 유효 전력 사이의 차이를 상기 1차 저역 통과 필터에 입력하여, 상기 1차 저역 통과 필터의 출력을 상기 가상 각주파수 편차로서 획득하도록 구성되는, 장치. - 제7항에 있어서, 상기 가상 내부 전위 위상 결정 유닛은
상기 가상 각주파수 편차 및 상기 그리드의 정격 각주파수에 기초하여 가상 각주파수를 결정하고;
상기 가상 각주파수에 기초하여 상기 가상 내부 전위 위상을 결정하도록 구성되는, 장치. - 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 전압원형 풍력 터빈의 컨버터의 제어기인, 장치.
- 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체이며, 상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행될 때, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는, 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
- 컴퓨팅 디바이스이며,
프로세서; 및
컴퓨터 프로그램을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 컴퓨터 프로그램은, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는, 컴퓨팅 디바이스. - 제14항에 있어서, 상기 컴퓨팅 디바이스는 전압원형 풍력 터빈의 컨버터의 제어기인, 컴퓨팅 디바이스.
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