KR20240047436A - 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법 및 관성 응답 장치 - Google Patents

풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법 및 관성 응답 장치 Download PDF

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펑 리
젠후 저우
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베이징 골드윈드 싸이언스 앤 크리에이션 윈드파워 이큅먼트 코.,엘티디.
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Abstract

풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법 및 관성 응답 장치를 공개한다. 상기 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법은, 전력망 주파수의 변화를 검출한 것에 응답하여, 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 관성 응답 수요 전력을 결정하되, 상기 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템은 풍력 터빈 및 풍력 터빈에 연결된 에너지 저장 장치를 포함하는 것; 및 결정된 관성 응답 수요 전력에 기반하여 피드포워드와 피드백의 혼합 제어 방식을 통해 에너지 저장 장치 및 풍력 터빈의 로터를 제어하여 전력 증분을 생성하는 것을 포함한다.

Description

풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법 및 관성 응답 장치
본 발명은 일반적으로 풍력 발전 기술분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법 및 관성 응답 장치에 관한 것이다.
풍력 발전 기술이 발달함에 따라, 전력 시스템에서의 풍력 발전 침투율이 계속 증가하고 있으며, 풍력 발전으로 인한 문제도 계속 나타나고 있다. 전통적인 풍력 터빈은 전통적인 최대 전력점 추적(MPPT) 제어 전략을 사용하고 저관성 전력 전자 기기를 전력망에 연결하는 것을 통해, 풍력 발전 시스템은 전력망과 거의 디커플링되어 시스템 관성을 감소시켜 풍력 발전 단지는 전력망의 주파수 변동에 거의 응답하지 않게 된다. 또한, 풍력 발전의 고유한 무작위성 및 변동성 등 특징도 안전하고 안정적인 전력망의 운영에 위협이 된다.
최근에는, 전력 시스템 주파수 안정성을 유지하기 위해, 풍력 발전기 로터로 로터 운동 에너지를 방출하여 관성 응답을 수행하는 것이 제시되었다. 도 1은 기존의 관성 응답 과정을 보여주는 모식도이다. 도 1에서, f는 전력망 주파수를 나타내고, P는 풍력 터빈의 실시간 계통 연계 주파수를 나타내며, Pn은 풍력 터빈의 정격 전력을 나타내고, 점선은 전력망 주파수를 나타내며, 실선은 실시간 계통 연계 주파수를 나타낸다. 초기 단계에서, 전력망 주파수(f)는 정격 주파수(f n)로 유지된다. 그 후, 전력망 주파수는 경사지게 감소된다. 전력망 주파수가 변경되면, 주파수 변화율을 결정하여 관성 응답 수요 전력(ΔP)(통상적으로 ΔP≤10% Pn으로 한정됨)를 결정할 수 있다. 그런 다음, ΔP를 제어 목표로 하여 로터를 제어할 수 있으며, 로터 전력은 이에 따라 변경되고, 컨버터를 통해 그리드측에 전달되며, 이는 실시간 계통 연계 전력(P)이 점차 상승하여 최종적으로 정상 상태에 도달하는 것을 통해 나타난다. 일반적으로, 주파수 변경 시작부터 P 응답 완료까지의 시간 간격은 고정 값(예: 200ms)을 초과하는 것을 허용하지 않는다. 전력망 주파수가 일정한 정도로 감소되면 더 이상 변경되지 않고 추후 정격 주파수로 회복된다. 이때, 관성 응답 수요 전력(ΔP)이 클리어되고, 실시간 계통 연계 전력이 회복된다.
그러나, 상술한 바와 같이 기존의 관성 응답 방법은 로터 운동 에너지에 완전히 의존하고, 관성 수요가 크면 풍력 터빈 부하의 충격이 매우 커진다. 또한, 로터의 최대 운동 에너지는 제한이 있기 때문에, 관성 수요가 크면 응답이 불충분한 문제가 나타난다. 또한, 기존의 관성 응답 방법은 개방 루프 고정 지정 방식으로 수행되는데, 풍속이 변동하면 계통 연계 전력이 안정적일 수 없고, 전력이 정상 상태인 동안에도 제어 편차가 존재할 수 있다.
본 발명의 실시예는 관성 응답으로 인한 부하 충격을 감소시키고 관성 응답 능력을 향상시킬 수 있는 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법 및 관성 응답 장치를 제공한다.
하나의 일반적인 양태에서는, 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법을 제공하는 바, 상기 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법은, 전력망 주파수의 변화를 검출한 것에 응답하여, 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 관성 응답 수요 전력을 결정하되, 상기 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템은 풍력 터빈 및 풍력 터빈에 연결된 에너지 저장 장치를 포함하는 것; 및 결정된 관성 응답 수요 전력에 기반하여 피드포워드와 피드백의 혼합 제어 방식을 통해 에너지 저장 장치 및 풍력 터빈의 로터를 제어하여 전력 증분을 생성함으로써 상기 관성 응답 수요 전력을 충족시키는 것을 포함한다.
다른 일반적인 양태에서는, 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치를 제공하는 바, 상기 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치는, 전력망 주파수의 변화를 검출한 것에 응답하여, 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 관성 응답 수요 전력을 결정하도록 구성된 관성 응답 수요 전력 결정 유닛으로서, 상기 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템은 풍력 터빈 및 풍력 터빈에 연결된 에너지 저장 장치를 포함하는 관성 응답 수요 전력 결정 유닛; 및 결정된 관성 응답 수요 전력에 기반하여 피드포워드와 피드백의 혼합 제어 방식을 통해 에너지 저장 장치 및 풍력 터빈의 로터를 제어하여 전력 증분을 생성함으로써 상기 관성 응답 수요 전력을 충족시키도록 구성되는 에너지 저장 및 로터 제어 유닛을 포함한다.
또 다른 일반적인 양태에서는, 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공하는 바, 상기 컴퓨터 프로그램이 프로세서에 의해 실행될 경우, 상술한 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법이 구현된다.
또 다른 일반적인 양태에서는, 컨트롤러를 제공하는 바, 상기 컨트롤러는 프로세서; 및 컴퓨터 프로그램이 저장된 메모리를 포함하고, 상기 컴퓨터 프로그램이 프로세서에 의해 실행될 경우, 상술한 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법이 구현된다.
또 다른 일반적인 양태에서는, 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템을 제공하는 바, 상기 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템은, 풍력 터빈; 풍력 터빈에 연결된 에너지 저장 장치; 및 상술한 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치 또는 상술한 컨트롤러를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법 및 관성 응답 장치는, 로터의 참여 없이 에너지 저장 장치를 우선적으로 사용하여 관성 응답을 수행함으로써, 로터가 관성 응답을 수행함으로 인한 풍력 터빈 부하에 대한 충격을 제거한다. 또한, 관성 응답 수요가 매우 큰 경우, 에너지 저장 장치 및 로터 양자를 통해 관성 응답을 수행하여, 관성 응답 지지 능력을 향상시킬 수 있다. 이 밖에, 관성 응답 과정에서 피드포워드와 피드백의 혼합 제어 방식을 사용하여 에너지 저장 장치 및 로터를 제어함으로써, 관성 응답의 속도를 향상시킬 뿐만 아니라 관성 응답의 안정성을 보장할 수 있다.
실시예를 도시하는 도면과 함께 하기 설명을 통해 본 발명의 실시예의 상술한 목적과 특징 및 다른 목적과 특징을 보다 명확하게 할 것이다. 여기서:
도 1은 기존의 관성 응답 과정을 보여주는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법의 원리를 보여주는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 피드포워드와 피드백의 혼합 제어 방식을 통해 에너지 저장 장치 및 로터를 제어하는 것을 보여주는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치를 보여주는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러를 보여주는 블록도이다.
아래에서는 구체적인 실시형태를 제공하여 독자들이 본 명세서에 설명된 방법, 기기 및/또는 시스템에 대한 전면적인 이해를 얻는 데 도움을 준다. 그러나, 본 발명의 개시 내용을 이해하면 본 명세서에 설명된 방법, 기기 및/또는 시스템의 다양한 변경, 수정 및 등가물은 명백해질 것이다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 동작의 순서는 단지 예시적인 것일 뿐, 본 명세서에 설명된 순서에 한정되지 않으며, 특정 순서로 발생해야 하는 동작을 제외하고는 본 발명의 개시 내용을 이해한 후 명백해지는 대로 변경될 수 있다. 이 밖에, 보다 명확하고 간결하게 하기 위해 본 분야에 공지된 구성의 설명은 생략될 수 있다.
본 명세서에 설명된 구성은 상이한 형태로 구현될 수 있는 바, 본 명세서에 설명된 예시에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 반면, 본 명세서에 설명된 예시는 본 명세서에 설명된 방법, 기기 및/또는 시스템을 구현하는 많은 가능한 방식 중 일부 가능한 방식만을 나타내고 있는 바, 상기 많은 가능한 방식은 본 발명의 개시 내용을 이해한 후 명백해질 것이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 “및/또는”은 나열된 관련 항목 중 어느 하나 및 어느 둘 또는 그 이상의 임의의 조합을 포함한다.
본 명세서에서는 예를 들어 “제1”, “제2” 및 “제3”과 같은 용어를 사용하여 다양한 부재, 구성요소, 영역, 층 또는 부분을 설명할 수 있지만, 이러한 부재, 구성요소, 영역, 층 또는 부분은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 아니 된다. 반면에, 이러한 용어는 단지 하나의 부재, 구성요소, 영역, 층 또는 부분을 다른 부재, 구성요소, 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위해 사용된다. 따라서, 예시의 교시를 벗어나지 않는 전제 하에서, 본 명세서에 설명된 예시에서 지칭되는 제1 부재, 제1 구성요소, 제1 영역, 제1 층 또는 제1 부분은, 제2 부재, 제2 구성요소, 제2 영역, 제2 층 또는 제2 부분으로 지칭될 수도 있다.
명세서에서, 요소(예: 층, 영역 또는 기저)가 다른 요소에 “위치”하거나, 다른 요소에 “연결” 또는 “결합”되는 것으로 설명되는 경우, 상기 요소는 다른 요소에 직접 “위치”하거나, 다른 요소에 직접 “연결” 또는 “결합”되거나, 또는 그 사이에 개재된 하나 이상의 기타 요소가 존재할 수 있다. 반면에, 요소가 다른 요소에 “직접 위치”하거나, 다른 요소에 “직접 연결” 또는 “직접 결합”된 것으로 설명되는 경우, 그 사이에 개재된 기타 요소가 존재하지 않을 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어는 단지 다양한 예시를 설명하기 위한 것이고, 한정하기 위한 것이 아니다. 문맥상 달리 명시하지 않는 한, 단수 형태는 복수 형태도 포함하는 것으로 의도된다. 용어 “포함”, “포괄” 및 “구비”는 기술된 구성, 개수, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들의 조합의 존재를 나타내지만, 하나 이상의 기타 구성, 개수, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들의 조합의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 용어(기술적 용어 및 과학적 용어를 포함)는 당업자가 본 발명을 이해한 후 통상적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서 달리 명시적으로 정의되지 않는 한, 용어(예를 들어, 일반 사전에 정의된 용어)는 관련 분야의 컨텍스트 및 본 발명에서의 의미와 일치한 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적이거나 지나치게 형식적인 형태로 해석되어서는 아니 된다.
이 밖에, 예시의 설명에서, 공지된 관련 구조 또는 기능의 상세한 설명이 본 발명의 해석을 흐릴 수 있다고 간주하는 경우 이러한 상세한 설명을 생략한다.
아래에서는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법의 원리를 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법의 원리를 보여주는 모식도이다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법은, 풍력 터빈 및 풍력 터빈에 연결된 에너지 저장 장치를 포함하는 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템을 통해 관성 응답을 수행함으로써, 관성 응답으로 인한 부하 충격을 감소시키고 관성 응답 능력을 향상시킬 수 있다. 도 2에서, 에너지 저장 장치는 컨버터 직류 버스에 연결되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는 바, 에너지 저장 장치는 다른 위치에 연결될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 전력망 전압(e_abc)을 주파수 검출 모듈에 입력하여 전력망 주파수(f)를 검출할 수 있고, 전력망 주파수(f)의 변화율에 기반하여 관성 응답 수요 전력(ΔP)을 계산할 수 있다. 여기서, 다양한 기존 방법을 통해 전력망 전압(e_abc)에서 전력망 주파수(f)를 검출하여, 전력망 주파수의 변화율을 결정할 수 있는 바, 본 발명은 이에 대해 한정하지 않는다. 관성 응답 수요 전력(ΔP)을 계산하는 방법에 대해서는 뒤에서 구체적으로 설명할 것이다. 이어서, 관성 응답 수요 전력(ΔP)을 2개의 전력 증분(ΔPgen 및 Δpbat)으로 분해할 수 있다. 여기서, ΔPgen은 풍력 터빈의 로터를 제어하여 생성된 전력 증분을 나타내고, ΔPbat는 에너지 저장 장치를 제어하여 생성된 전력 증분을 나타낸다. ΔPgen 및 ΔPbat를 로터 제어 목표 및 에너지 저장 제어 목표로 사용할 수 있고, 로터 제어 시스템 및 에너지 저장 제어 시스템을 통해 로터 및 에너지 저장 장치를 제어하여 상응한 전력 증분을 생성한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 로터 및 에너지 저장 장치를 사용하여 관성 응답 수요 전력을 충족시킨다. 관성 응답 과정에서, 로터의 참여 없이 에너지 저장 장치를 우선적으로 사용하여 관성 응답을 수행함으로써, 로터가 관성 응답을 수행함으로 인한 풍력 터빈 부하에 대한 충격을 제거한다. 다른 한편으로, 관성 응답 수요가 매우 큰 경우, 로터를 통해 보충 관성 응답을 수행하여 관성 응답 지지 능력을 향상시킬 수 있다. 아래에서는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, S301단계에서, 전력망 주파수의 변화를 검출한 것에 응답하여, 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 관성 응답 수요 전력(ΔP)을 결정한다. 상술한 바와 같이, 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템은 풍력 터빈 및 풍력 터빈에 연결된 에너지 저장 장치를 포함한다. 전력망 주파수 변화를 검출한 경우, 전력망 주파수의 변화율 (df/dt) (즉, 주파수 도함수 f’)를 계산할 수 있고, 전력망 주파수의 변화율(df/dt), 전력망 정격 주파수(fn), 풍력 터빈의 관성 상수(T J) 및 계통 연계 정격 전력(Pn)에 기반하여, 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 관성 응답 수요 전력(ΔP)을 결정할 수 있다. 구체적으로, 하기 공식 (1)을 통해 관성 응답 수요 전력(ΔP)을 계산할 수 있다.
(1)
이어서, S302단계에서, 결정된 관성 응답 수요 전력(ΔP)에 기반하여, 피드포워드와 피드백의 혼합 제어 방식을 통해 에너지 저장 장치 및 풍력 터빈의 로터를 제어하여 전력 증분을 생성함으로써 관성 응답 수요 전력(ΔP)을 충족시킬 수 있다.
도 4는 피드포워드와 피드백의 혼합 제어 방식을 통해 에너지 저장 장치 및 로터를 제어하는 것을 보여주는 모식도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 결정된 관성 응답 수요 전력(ΔP)을 지정값으로 사용하고, 풍력 터빈의 실시간 계통 연계 전력 값(Pgrid)과 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 관성 응답 수요 전력 결정 시의 계통 연계 전력 값(Plast)의 차이를 피드백 값으로 사용하며, 비례 적분 미분(PID) 연산을 통해 제1 제어 분량을 계산할 수 있고, 그런 다음 결정된 전력 증분(ΔP)을 피드포워드량으로 사용하고, 피드포워드량과 제1 제어 분량의 합을 계산하여 에너지 저장 로터 통합 제어 목표(ΔP*)로 할 수 있으며, 마지막으로 계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표(ΔP*)에 기반하여, 에너지 저장 장치 및 로터를 제어하여 전력 증분을 생성할 수 있다. 여기서, 실시간 계통 연계 전력은 풍력 터빈의 컨버터측 전력 및 전력 증분에 기반하여 결정될수 있다. 예를 들어, 풍력 터빈의 컨버터측 전력과 전력 증분의 합을 실시간 계통 연계 전력으로 결정할 수 있다.
이로써, 피드백 제어를 통해 에너지 저장 장치 및 로터에 대한 폐쇄 루프 제어(피드포워드 제어 및 피드백 제어 포함)를 구현하여 응답 속도를 향상시키고 응답 안정성을 보장한다.
여기서, 에너지 저장 장치를 제어하는 경우, 에너지 저장 장치를 제어하여 전기 에너지를 흡수하거나 저장된 전기 에너지를 방출하여 상응한 전력 증분을 생성할 수 있고, 로터를 제어하는 경우, 로터 전자기 토크를 제어하여 상응한 전력 증분을 생성할 수 있다. 상기 전기 에너지 흡수/방출 제어 방식 및 전자기 토크 제어 방식은 당업자에게 잘 알려진 것이므로, 더 이상 반복하지 않는다.
상술한 바와 같이, 관성 응답 과정에서, 에너지 저장 장치를 우선적으로 사용하여 관성 응답을 수행한다. 따라서, 계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표(ΔP*)가 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분 ΔPbat_max보다 작거나 같은 경우, 계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표(ΔP*)에 기반하여 에너지 저장 장치만 제어하여 전력 증분(ΔPbat)을 생성할 수 있다.
계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표(ΔP*)가 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분(ΔPbat_max)보다 크고 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분(ΔPbat_max)과 로터에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분(ΔPgen_max)의 합보다 작거나 같은 경우, 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분(ΔPbat_max)을 에너지 저장 장치 제어 목표로 사용하여 에너지 저장 장치를 제어하고, 에너지 저장 로터 통합 제어 목표 (ΔP*)와 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분 (ΔPbat_max)의 차이를 로터 제어 목표로 사용하여 로터를 제어하여 전력 증분을 생성할 수 있다. 이 경우에 전력 증분은 에너지 저장 장치를 제어하여 생성된 전력 증분(ΔPbat)과 로터를 제어하여 생성된 전력 증분(ΔPgen)의 합일 수 있다.
계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표(ΔP*)가 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분(ΔPbat_max)과 로터에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분(ΔPgen_max)의 합보다 큰 경우, 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분(ΔPbat_max)을 에너지 저장 장치 제어 목표로 사용하여 에너지 저장 장치를 제어하고, 로터에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분(ΔPgen_max)을 로터 제어 목표로 사용하여 로터를 제어하여 전력 증분을 생성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 이 경우에 전력 증분은 에너지 저장 장치를 제어하여 생성된 전력 증분(ΔPbat)과 로터를 제어하여 생성된 전력 증분(ΔPgen)의 합일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법은, 로터의 참여 없이 에너지 저장 장치를 우선적으로 사용하여 관성 응답을 수행함으로써, 로터가 관성 응답을 수행함으로 인한 풍력 터빈 부하에 대한 충격을 제거한다. 다른 한편으로, 관성 응답 수요가 매우 큰 경우, 에너지 저장 장치 및 로터를 통해 관성 응답을 수행하여 관성 응답 지지 능력을 향상시킬 수 있다. 이 밖에, 관성 응답 과정에서 피드포워드와 피드백의 혼합 제어 방식을 사용하여 에너지 저장 장치 및 로터 양자를 제어함으로써 관성 응답의 속도를 향상시킬 뿐만 아니라 관성 응답의 안정성을 보장할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치를 보여주는 블록도이다. 예시로서, 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치는 풍력 터빈의 컨버터 컨트롤러에 설치될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치는 풍력 터빈의 메인 컨트롤러에 설치되거나, 풍력 터빈의 전용 컨트롤러에 설치될 수 있다. 선택적으로, 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치는 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템에서 독립적인 부재로 구현될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치(500)는 관성 응답 수요 전력 결정 유닛(501) 및 에너지 저장 및 로터 제어 유닛(502)을 포함할 수 있다.
관성 응답 수요 전력 결정 유닛(501)은 전력망 주파수의 변화를 검출한 것에 응답하여, 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 관성 응답 수요 전력을 결정할 수 있다. 상술한 바와 같이, 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템은 풍력 터빈 및 풍력 터빈에 연결된 에너지 저장 장치를 포함한다. 관성 응답 수요 전력 결정 유닛(501)은 전력망 주파수의 변화율, 전력망 정격 주파수, 풍력 터빈의 관성 상수 및 계통 연계 정격 전력에 기반하여, 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 관성 응답 수요 전력을 결정할 수 있다. 구체적으로, 관성 응답 수요 전력 결정 유닛(501)은 상기 공식 (1)을 통해 관성 응답 수요 전력을 계산할 수 있다.
에너지 저장 및 로터 제어 유닛(502)은 결정된 관성 응답 수요 전력에 기반하여 피드포워드와 피드백의 혼합 제어 방식을 통해 에너지 저장 장치 및 풍력 터빈의 로터를 제어하여 전력 증분을 생성함으로써 상기 관성 응답 수요 전력을 충족시킬 수 있다. 구체적으로, 에너지 저장 및 로터 제어 유닛(502)은 먼저 결정된 관성 응답 수요 전력을 지정값으로 사용하고, 풍력 터빈의 실시간 계통 연계 전력 값과 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 관성 응답 수요 전력 결정 시의 계통 연계 전력 값의 차이를 피드백 값으로 사용하며, 비례 적분 미분 연산을 통해 제1 제어 분량을 계산하고, 그런 다음 결정된 관성 응답 수요 전력을 피드포워드량으로 사용하고, 피드포워드량과 제1 제어 분량의 합을 계산하여 에너지 저장 로터 통합 제어 목표로 하며, 마지막으로 계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표에 기반하여, 에너지 저장 장치 및 로터를 제어하여 전력 증분을 생성할 수 있다. 여기서, 실시간 계통 연계 전력 값은 풍력 터빈의 컨버터측 전력 및 전력 증분에 기반하여 결정될 수 있다.
추가적으로, 에너지 저장 및 로터 제어 유닛(502)은 계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표가 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분보다 작거나 같은 것에 응답하여, 계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표에 기반하여 에너지 저장 장치만 제어하여 전력 증분을 생성할 수 있다. 선택적으로, 에너지 저장 및 로터 제어 유닛(502)은 계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표가 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분보다 크고 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분과 로터에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분의 합보다 작거나 같은 것에 응답하여, 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분을 에너지 저장 장치 제어 목표로 사용하여 에너지 저장 장치를 제어하고, 에너지 저장 로터 통합 제어 목표와 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분의 차이를 로터 제어 목표로 사용하여 로터를 제어하여 전력 증분을 생성할 수 있다. 이 밖에, 에너지 저장 및 로터 제어 유닛(502)은 계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표가 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분과 로터에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분의 합보다 큰 것에 응답하여, 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분을 에너지 저장 장치 제어 목표로 사용하여 에너지 저장 장치를 제어하고, 로터에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분을 로터 제어 목표로 사용하여 로터를 제어하여 전력 증분을 생성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러를 보여주는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러(600)는 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템에서 구현될 수 있고, 예를 들어 풍력 터빈의 메인 컨트롤러로 구현될 수 있다. 본 실시예에 공개된 컨트롤러(600)는 프로세서(610) 및 메모리(620)를 포함할 수 있다. 프로세서(610)는 중앙 처리 장치(CPU), 디지털 신호 프로세서(DSP), 마이크로 컴퓨터, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 시스템 온 칩(SoC), 마이크로 프로세서, 주문형 집적 회로(ASIC) 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 메모리(620)는 프로세서(710)에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(620)는 고속 랜덤 액세스 메모리 및/또는 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있다. 프로세서(610)가 메모리(620)에 저장된 컴퓨터 프로그램을 실행할 경우, 상술한 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법을 구현할 수 있다.
선택적으로, 컨트롤러(600)는 유선/무선 통신 방식으로 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 다른 다양한 구성요소와 통신할 수 있고, 또한 유선/무선 통신 방식으로 풍력 발전 단지의 다른 장치와 통신할 수 있다. 이 밖에, 컨트롤러(600)는 유선/무선 통신 방식으로 풍력 발전 단지 외부의 장치와 통신할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성되고 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램이 프로세서에 의해 실행될 경우, 상술한 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법을 구현할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 예시로는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 프로그래머블 판독 전용 메모리(PROM), 전기적 이피롬(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 광 디스크 메모리, 하드 디스크 드라이브(HDD), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 카드 메모리(예를 들어, 멀티미디어 카드, 보안 디지털(SD) 카드 또는 고속 디지털(XD) 카드), 테이프, 플로피 디스크, 광자기 데이터 저장 장치, 광 데이터 저장 장치, 하드 디스크, 솔리드 스테이트 디스크 및 임의의 기타 장치를 포함하고, 상기 임의의 기타 장치는 비일시적 방식으로 컴퓨터 프로그램 및 임의의 관련 데이터, 데이터 파일 및 데이터 구조를 저장하고 상기 컴퓨터 프로그램 및 임의의 관련 데이터, 데이터 파일 및 데이터 구조를 프로세서 또는 컴퓨터에 제공하여 프로세서 또는 컴퓨터가 상기 컴퓨터 프로그램을 실행하도록 구성된다. 일 예시에서, 컴퓨터 프로그램 및 임의의 관련 데이터, 데이터 파일 및 데이터 구조는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 컴퓨터 프로그램 및 임의의 관련 데이터, 데이터 파일 및 데이터 구조는 하나 이상의 프로세서 또는 컴퓨터를 통해 분산 방식으로 저장, 액세스 및 실행된다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법 및 관성 응답 장치는, 로터의 참여 없이 에너지 저장 장치를 우선적으로 사용하여 관성 응답을 수행함으로써, 로터가 관성 응답을 수행함으로 인한 풍력 터빈 부하에 대한 충격을 제거한다. 다른 한편으로, 관성 응답 수요가 매우 큰 경우, 에너지 저장 장치 및 로터를 통해 관성 응답을 수행하여 관성 응답 지지 능력을 향상시킬 수 있다. 이 밖에, 관성 응답 과정에서 피드포워드와 피드백의 혼합 제어 방식을 사용하여 에너지 저장 장치 및 로터를 제어함으로써, 관성 응답의 속도를 향상시킬 뿐만 아니라 관성 응답의 안정성을 보장할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예를 도시하고 설명하였지만, 당업자는 청구항 및 이의 등가물에 의해 범위가 한정된 본 발명의 원리 및 사상을 벗어나지 않는 전제 하에서 이러한 실시예를 수정할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (11)

  1. 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법에 있어서,
    풍력 발전-에너지 저장통합전력망 주파수의 변화를 검출한 것에 응답하여, 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 관성 응답 수요 전력을 결정하되, 상기 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템은 풍력 터빈 및 풍력 터빈에 연결된 에너지 저장 장치를 포함하는 것; 및
    결정된 관성 응답 수요 전력에 기반하여 피드포워드와 피드백의 혼합 제어 방식을 통해 에너지 저장 장치 및 풍력 터빈의 로터를 제어하여 전력 증분을 생성함으로써 상기 관성 응답 수요 전력을 충족시키는 것을 포함하는 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 관성 응답 수요 전력을 결정하는 것은,
    전력망 주파수의 변화율, 전력망 정격 주파수, 풍력 터빈의 관성 상수 및 계통 연계 정격 전력에 기반하여, 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 관성 응답 수요 전력을 결정하는 것을 포함하는 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    결정된 관성 응답 수요 전력에 기반하여 피드포워드와 피드백의 혼합 제어 방식을 통해 에너지 저장 장치 및 풍력 터빈의 로터를 제어하는 것은,
    결정된 관성 응답 수요 전력을 지정값으로 사용하고, 풍력 터빈의 실시간 계통 연계 전력 값과 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 관성 응답 수요 전력 결정 시의 계통 연계 전력 값의 차이를 피드백 값으로 사용하며, 비례 적분 미분 연산을 통해 제1 제어 분량을 계산하는 것;
    결정된 관성 응답 수요 전력을 피드포워드량으로 사용하고, 피드포워드량과 제1 제어 분량의 합을 계산하여 에너지 저장 로터 통합 제어 목표로 하는 것; 및
    계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표에 기반하여, 에너지 저장 장치 및 로터를 제어하여 전력 증분을 생성하는 것을 포함하는 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표에 기반하여, 에너지 저장 장치 및 로터를 제어하는 것은,
    계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표가 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분보다 작거나 같은 것에 응답하여, 계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표에 기반하여 에너지 저장 장치만 제어하여 전력 증분을 생성하는 것;
    계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표가 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분보다 크고 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분과 로터에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분의 합보다 작거나 같은 것에 응답하여, 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분을 에너지 저장 장치 제어 목표로 사용하여 에너지 저장 장치를 제어하고, 에너지 저장 로터 통합 제어 목표와 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분의 차이를 로터 제어 목표로 사용하여 로터를 제어하여 전력 증분을 생성하는 것; 및/또는
    계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표가 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분과 로터에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분의 합보다 큰 것에 응답하여, 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분을 에너지 저장 장치 제어 목표로 사용하여 에너지 저장 장치를 제어하고, 로터에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분을 로터 제어 목표로 사용하여 로터를 제어하여 전력 증분을 생성하는 것을 포함하는 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법.
  5. 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치에 있어서,
    풍력 발전-에너지 저장통합전력망 주파수의 변화를 검출한 것에 응답하여, 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 관성 응답 수요 전력을 결정하도록 구성된 관성 응답 수요 전력 결정 유닛으로서, 상기 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템은 풍력 터빈 및 풍력 터빈에 연결된 에너지 저장 장치를 포함하는, 관성 응답 수요 전력 결정 유닛; 및
    결정된 관성 응답 수요 전력에 기반하여 피드포워드와 피드백의 혼합 제어 방식을 통해 에너지 저장 장치 및 풍력 터빈의 로터를 제어하여 전력 증분을 생성함으로써 상기 관성 응답 수요 전력을 충족시키도록 구성된 에너지 저장 및 로터 제어 유닛을 포함하는 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    에너지 저장 및 로터 제어 유닛은,
    결정된 관성 응답 수요 전력을 지정값으로 사용하고, 풍력 터빈의 실시간 계통 연계 전력 값과 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템의 관성 응답 수요 전력 결정 시의 계통 연계 전력 값의 차이를 피드백 값으로 사용하며, 비례 적분 미분 연산을 통해 제1 제어 분량을 계산하고;
    결정된 관성 응답 수요 전력을 피드포워드량으로 사용하고, 피드포워드량과 제1 제어 분량의 합을 계산하여 에너지 저장 로터 통합 제어 목표로 하며;
    계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표에 기반하여, 에너지 저장 장치 및 로터를 제어하여 전력 증분을 생성하도록 구성되는 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    에너지 저장 및 로터 제어 유닛은 또한,
    계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표가 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분보다 작거나 같은 것에 응답하여, 계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표에 기반하여 에너지 저장 장치만 제어하여 전력 증분을 생성하고;
    계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표가 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분보다 크고 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분과 로터에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분의 합보다 작거나 같은 것에 응답하여, 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분을 에너지 저장 장치 제어 목표로 사용하여 에너지 저장 장치를 제어하고, 에너지 저장 로터 통합 제어 목표와 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분의 차이를 로터 제어 목표로 사용하여 로터를 제어하여 전력 증분을 생성하며; 및/또는
    계산된 에너지 저장 로터 통합 제어 목표가 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분과 로터에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분의 합보다 큰 것에 응답하여, 에너지 저장 장치에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분을 에너지 저장 장치 제어 목표로 사용하여 에너지 저장 장치를 제어하고, 로터에서 제공될 수 있는 최대 전력 증분을 로터 제어 목표로 사용하여 로터를 제어하여 전력 증분을 생성하도록 구성되는 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치는 풍력 터빈의 컨버터에 설치되는 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치.
  9. 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램이 프로세서에 의해 실행될 경우, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법이 구현되는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
  10. 컨트롤러에 있어서,
    상기 컨트롤러는 프로세서; 및 컴퓨터 프로그램이 저장된 메모리를 포함하고, 상기 컴퓨터 프로그램이 프로세서에 의해 실행될 경우, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 방법이 구현되는 컨트롤러.
  11. 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템으로서,
    상기 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템은,
    풍력 터빈;
    풍력 터빈에 연결된 에너지 저장 장치; 및
    제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 풍력 발전-에너지 저장 통합 관성 응답 장치 또는 제10항에 따른 컨트롤러를 포함하는 풍력 발전-에너지 저장 통합 시스템.
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