KR100947075B1 - Method for low voltage ride through and wind turbine for performing the method - Google Patents

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Abstract

계통의 저전압 보상 방법 및 이를 수행하는 풍력 발전기가 개시된다. 본 발명에 따른 풍력 발전기의 계통 저전압 보상 방법은, 풍력 발전기와 연결된 계통의 전압이 소정 크기 이상 하강하는 제1 시점에, 블레이드의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제너레이터에 인가되는 토크 지령을 소정 값으로 낮추는 단계, 소정 값으로 낮추어진 토크 지령을 계통의 전압이 상승하는 제2 시점까지 유지하는 단계 및 제2 시점부터 계통의 전압이 정상상태로 복구되는 제3 시점까지 토크 지령을 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 따르면 추가적인 장치를 설치하지 않고, 풍력 발전기에 연결된 계통에서의 정전 상황에서 발전된 에너지를 블레이드의 관성에너지로 저장하고 이후에 회생함으로써 에너지 효율을 높일 수 있다.A low voltage compensation method of a system and a wind generator performing the same are disclosed. The system low voltage compensation method for a wind power generator according to the present invention includes a torque command applied to a generator for converting rotational energy of a blade into electrical energy at a first time when a voltage of a system connected to a wind power generator falls by a predetermined magnitude or more. Lowering the voltage to a predetermined value; maintaining the torque command lowered to a predetermined value until a second time point at which the system voltage rises; and increasing the torque command time from the second time point to a third time point at which the system voltage is restored to a normal state. It is characterized by including. According to the present invention it is possible to increase the energy efficiency by storing the energy generated in the power failure situation in the system connected to the wind generator as inertial energy of the blade and later regenerated without installing an additional device.

풍력 발전, LVRT(Low Voltage Ride Through), 토크 지령 Wind Power Generation, Low Voltage Ride Through (LVRT), Torque Command

Description

계통 저전압 보상 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 풍력 발전기{Method for low voltage ride through and wind turbine for performing the method}Method for low voltage ride through and wind turbine for performing the method

본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로서, 특히 풍력 발전기에 연결된 계통에서의 정전 상황 발생시 저전압 보상 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 풍력 발전기에 관한 것이다. The present invention relates to a wind generator, and more particularly, to a low voltage compensation method and a wind generator for performing the method when a power outage occurs in a system connected to the wind generator.

풍력은 자연상태의 무공해 에너지원으로서 대체에너지원 중 가장 경제성이 높은 에너지원이다. 풍력 발전기는 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 발전기를 말한다. 이러한 풍력 발전기는 무한정의 청정에너지인 바람을 동력원으로 하므로 기존의 화석연료나 우라늄 등을 이용한 발전방식과 달리 발열에 의한 열공해나 대기오염 그리고 방사능 누출 등과 같은 문제가 없는 무공해 발전방식이다. 이에 따라 풍력 발전은 현재 가장 유력한 대체 에너지원으로 인정받고 있는 상태이다. 또한, 풍력 발전기는 구조나 설치가 간단하고 운영 및 관리가 용이하여 무인화 및 자동화 운전이 가능하기 때문에 전 세계적으로 그 활용이 증가하고 있는 추세에 있다. Wind power is a pollution-free energy source in the natural state and is the most economical energy source among alternative energy sources. A wind generator refers to a generator that converts wind energy into mechanical energy using various types of windmills, and generates power by driving the generator with the mechanical energy. These wind generators are powered by wind, which is infinitely clean energy, and thus is a pollution-free power generation method without problems such as heat pollution, air pollution, and radiation leakage due to heat generation, unlike conventional power generation methods using fossil fuels or uranium. Accordingly, wind power is currently recognized as the most viable alternative energy source. In addition, the wind power generator is easy to operate and manage because of its simple structure or installation, which enables unmanned operation and automated operation.

최근 발전 용량이 증가하고 있는 풍력 발전기와 대단위 풍력 발전 단지가 설치되고 있는 상황에서 풍력 발전기의 안정성과 지속성은 전력을 전달받는 계통(power grid)의 특성에 큰 영향을 줄 만큼 중요해졌다. 이것은 외적인 극한 상황에서도 풍력 발전기가 계통과 연결되어 발전을 수행할 수 있어야 함을 의미한다. In the situation where wind power generators and large-scale wind farms with increasing power generation capacity are being installed recently, the stability and sustainability of the wind power generators have become important enough to greatly influence the characteristics of the power grid. This means that the wind generator must be able to connect with the grid to generate electricity, even under extreme conditions.

특히, 저전압 보상(Low Voltage Ride Through : LVRT)은 계통에 순간 정전(Instantaneous Voltage Drop)이 발생한 경우에도 풍력 발전기가 계통과 연결되는 상태를 유지하고, 계통이 순간 정전에서 회복되는 순간에 정상적인 동작을 수행하도록 하는 능력을 말한다. In particular, Low Voltage Ride Through (LVRT) keeps the wind generator connected to the grid even in the event of an instantaneous voltage drop. The ability to perform.

도 1은 계통의 순간 정전 발생시에 풍력 발전기에 일반적으로 요구되는 LVRT 기능을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 순간 정전 시에 정상상태의 15%의 계통 전압에서 0.625초 동작하고, 최대 유지 시간은 3초이며, 정상상태의 90% 이상의 전압에서 정상적인 동작을 계속 수행할 것이 요구된다.1 is a diagram showing the LVRT function generally required for a wind generator at the time of a system power failure. Referring to FIG. 1, it is required to operate 0.625 seconds at a system voltage of 15% in a normal state, a maximum holding time of 3 seconds, and to continue normal operation at a voltage of 90% or more of a steady state during a momentary power failure.

종래에 알려진 LVRT 방법은 Operation at reduced speed/load, Use of derated converters to operate with more variable dc bus and higher currents, Additional capacitors on the dc bus, Active crowbar, Energy discharge, Energy storage 등이 있으며 이들 방법에서는 발전된 에너지를 저항 등의 부하를 통해 소비하거나 다른 추가적인 장치를 사용하여 에너지를 저장한다. Conventionally known LVRT methods include Operation at reduced speed / load, Use of derated converters to operate with more variable dc bus and higher currents, Additional capacitors on the dc bus, Active crowbar, Energy discharge, Energy storage, etc. Energy is consumed through loads such as resistors or other additional devices are used to store energy.

그러나, 이러한 종래의 LVRT 방법은 바람에 의하여 생산된 에너지를 모두 발전하여 일부는 계통으로 보내고 나머지는 저항 혹은 다른 부하에서 소비하기 때문에 에너지 효율이 떨어지는 문제점이 있다.However, this conventional LVRT method has a problem in that energy efficiency is inferior because all of the energy produced by the wind is generated and some are sent to the grid and the others are consumed at a resistance or other load.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 추가적인 장치를 설치하지 않고, 풍력 발전기에 연결된 계통에서의 정전 상황에서 발전된 에너지를 블레이드의 관성에너지로 저장하고 이후에 회생함으로써 에너지 효율을 높일 수 있는 계통 저전압 보상 방법 및 이를 수행하는 풍력 발전기를 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is a system low voltage compensation method that can increase the energy efficiency by storing the energy generated in the power failure situation in the system connected to the wind generator as inertial energy of the blade and then regenerated without installing an additional device and It is to provide a wind generator that does this.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 풍력 발전기의 계통 저전압 보상 방법은, (a) 상기 풍력 발전기와 연결된 계통의 전압이 소정 크기 이상 하강하는 제1 시점에 블레이드의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제너레이터에 인가되는 토크 지령을 소정 값으로 낮추는 단계; (b) 상기 소정 값으로 낮추어진 토크 지령을 상기 계통의 전압이 상승하는 제2 시점까지 유지하는 단계; 및 (c) 상기 제2 시점부터 상기 계통의 전압이 정상상태로 복구되는 제3 시점까지 상기 토크 지령을 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above technical problem, a system low voltage compensation method of a wind generator according to the present invention includes: (a) converting rotational energy of a blade into electrical energy at a first time point when a voltage of a system connected to the wind generator falls by a predetermined size or more; Lowering the torque command applied to the generator to a predetermined value; (b) maintaining the torque command lowered to the predetermined value until a second time point when the voltage of the system increases; And (c) increasing the torque command from the second time point to a third time point at which the voltage of the system is restored to a normal state.

이때, 상기 (c) 단계는, 상기 증가되는 토크 지령의 상기 제3 시점에서의 값이 상기 블레이드의 회전 속도에 비례하는 토크 지령 값과 일치하도록 상기 토크 지령을 증가시키는 것이 바람직하다.At this time, in the step (c), it is preferable to increase the torque command so that the value at the third time point of the increased torque command matches the torque command value proportional to the rotational speed of the blade.

한편, 상기 (c) 단계는, (c1) 상기 계통의 전압의 변화량을 이용하여 상기 제3 시점(t2)을 구하는 단계; (c2) 상기 블레이드의 회전 속도에 비례하는 상기 제3 시점에서의 토크 지령 값(T'(t2))을 구하는 단계; (c3) 상기 (c1) 단계 및 상기 (c2) 단계에서 구해진 값을 이용하여 시간에 따른 상기 토크 지령의 증가량을 구하는 단계; 및 (c4) 상기 토크 지령의 증가량에 따라서 상기 토크 지령을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, step (c), (c1) using the change amount of the voltage of the system to obtain the third time point (t2); (c2) obtaining a torque command value T '(t2) at the third time point proportional to the rotational speed of the blade; (c3) obtaining an increase amount of the torque command with time using the values obtained in the steps (c1) and (c2); And (c4) increasing the torque command according to the increase amount of the torque command.

이때, 상기 (c1) 단계에서 (c4) 단계는 상기 제2 시점과 상기 제3 시점 사이에서 소정 샘플링 시간마다 반복하여 수행되는 것이 바람직하다.In this case, step (c1) to step (c4) is preferably performed repeatedly every predetermined sampling time between the second time point and the third time point.

또한, 상기 (c1) 단계는 다음 수학식들을 이용하여 상기 제3 시점 t2를 구하고,Further, in the step (c1), the third time point t2 is obtained by using the following equations,

Figure 112009056421113-pat00019
,
Figure 112009056421113-pat00020
Figure 112009056421113-pat00019
,
Figure 112009056421113-pat00020

(여기서, Vt는 상기 제2 시점 t1과 상기 제3 시점 t2 사이의 임의의 시점 t에서의 계통 전압을, ar은 상기 임의의 시점 t에서 계통의 전압이 회복되는 기울기를, Vc는 상기 하강된 계통의 전압을, Ve는 상기 계통의 전압이 정상상태로 복구되었는지 여부의 기준이 되는 전압을 의미한다.)Where V t is the system voltage at any point in time t between the second time point t1 and the third time point t2, a r is the slope at which the voltage of the system is restored at any point in time t, and Vc is the The voltage of the lowered system, Ve means the voltage which is a reference of whether the voltage of the system is restored to normal state.)

상기 (c2) 단계는 다음 수학식을 이용하여 상기 블레이드의 회전 속도에 비례하는 토크의 상기 제3 시점에서의 값 T'(t2)를 구하며,In the step (c2), the value T '(t 2 ) at the third time point of the torque proportional to the rotational speed of the blade is obtained using the following equation,

Figure 112007084025730-pat00003
Figure 112007084025730-pat00003

여기서, aT는 상기 블레이드의 회전 속도에 비례하는 토크 지령 곡선의 기울기를, T'(t)은 t1과 t2사이의 임의의 시간 t에서의 상기 블레이드의 회전 속도에 비례하는 토크의 값을 의미한다.)Where a T is the slope of the torque command curve proportional to the rotational speed of the blade, and T '(t) is the value of the torque proportional to the rotational speed of the blade at any time t between t1 and t2. do.)

상기 (c3) 단계는 다음 수학식을 이용하여 상기 토크 지령의 증가량을 구할 수 있다.In the step (c3), the increase amount of the torque command may be obtained using the following equation.

Figure 112007084025730-pat00004
Figure 112007084025730-pat00004

(여기서, Tsamp는 샘플링 시간을 의미한다.)(Where T samp is the sampling time.)

상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 풍력 발전기는, 블레이드의 회전 에너지로부터 전력을 생산하는 제너레이터; 및 상기 생산된 전력을 상기 풍력 발전기와 연결된 계통에 공급하기 위한 전력으로 변환하며, 상기 제너레이터에 토크 지령을 인가하는 전력 컨버터를 포함하고, 상기 전력 컨버터는 상기 계통의 전압이 소정 크기 이상 하강하는 제1 시점에 상기 토크 지령을 소정 값으로 낮추고, 상기 소정 값으로 낮추어진 토크 지령을 상기 계통의 전압이 상승하는 제2 시점까지 유지하다가, 상기 제2 시점부터 상기 계통의 전압이 정상상태로 복구되는 제3 시점까지 상기 토크 지령을 증가시키는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above another technical problem, a wind power generator according to the present invention includes: a generator for producing electric power from rotational energy of a blade; And a power converter for converting the produced power into power for supplying the system connected to the wind generator, and applying a torque command to the generator, wherein the power converter is configured to reduce the voltage of the system by a predetermined magnitude or more. At a point in time, the torque command is lowered to a predetermined value, and the torque command lowered to the predetermined value is maintained until a second time point at which the voltage of the system increases, and the voltage of the system is restored to a normal state from the second time point. The torque command is increased until a third time point.

이때, 상기 전력 컨버터는, 상기 증가되는 토크 지령의 상기 제3 시점에서의 값이 상기 블레이드의 회전 속도에 비례하는 토크 값과 일치하도록 상기 토크 지령을 증가시키는 것이 바람직하다.In this case, the power converter preferably increases the torque command so that the value at the third time point of the increased torque command coincides with a torque value proportional to the rotational speed of the blade.

본 발명에 의하면, 추가적인 장치를 설치하지 않고, 풍력 발전기에 연결된 계통에서의 정전 상황에서 발전된 에너지를 블레이드의 관성에너지로 저장하고 이후에 회생함으로써 에너지 효율을 높일 수 있다.According to the present invention, energy efficiency can be improved by storing energy generated in a power failure situation in a system connected to a wind generator as inertial energy of a blade and then regenerating it without installing an additional device.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한 다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, the substantially identical components are represented by the same reference numerals, and thus redundant description will be omitted. In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 풍력 발전기는 블레이드(210), 제너레이터(220), 전력 컨버터(230), 트랜스포머(240)를 포함하여 이루어진다. 2 is a block diagram of a wind generator according to an embodiment of the present invention. 2, the wind generator according to the present embodiment includes a blade 210, a generator 220, a power converter 230, and a transformer 240.

블레이드(210)는 회전 가능한 축에 장착되어 바람으로부터 회전 에너지를 생산하고, 제너레이터(220)는 블레이드(210)의 회전 에너지로부터 전력을 생산한다. 이 전력은 AC 형태로서, 계통에 직접 공급되기에는 부적합하다.The blade 210 is mounted on a rotatable shaft to produce rotational energy from the wind, and the generator 220 generates power from the rotational energy of the blade 210. This power is in the form of AC, which is not suitable for direct supply to the system.

전력 컨버터(230)는 제너레이터(220)에서 생산된 전력을 풍력 발전기와 연결된 계통에 공급하기에 적절한 형태의 전력으로 변환한다. 전력 컨버터(230)는 도 2에 도시된 바와 같이 제너레이터(220)에서 생산된 AC 전력을 DC로 변환하는 AC/DC 컨버터(231)와 이를 다시 상기 계통에 공급하기에 적절한 형태의 AC 전력으로 변환하는 DC/AC 인버터(232)를 포함할 수 있다. The power converter 230 converts the power produced by the generator 220 into a power suitable for supplying the grid connected to the wind generator. The power converter 230 converts the AC power produced by the generator 220 into DC, as shown in FIG. 2, and converts the AC power into a form of AC power suitable for supplying the grid to the system. A DC / AC inverter 232 may be included.

또한, 전력 컨버터(230)는 블레이드(210)의 회전 속도를 조절하여 제너레이터(220)에서 생산되는 전력량을 제어하기 위하여 제너레이터(220)에 토크 지령을 인가한다. 이때 전력 컨버터(230)는 PI(Proportional Integral)등의 제어 방식에 기초하여 토크 지령을 인가할 수 있으며, 도시하지는 않았으나, 토크 지령을 인가하기 위한 제어부를 포함할 수 있다. 한편, 전력 컨버터(230) 내의 AC/DC 컨버 터(231)가 제너레이터(220)에 토크 지령을 인가하는 기능을 수행할 수 있으며, 이때 물론 상기 제어부는 AC/DC 컨버터(231) 내에 구비될 수 있다. 나아가, 토크 지령을 인가하기 위한 상기 제어부는 전력 컨버터(230) 외부에 구비될 수도 있다.In addition, the power converter 230 applies a torque command to the generator 220 in order to control the amount of power produced by the generator 220 by adjusting the rotational speed of the blade 210. In this case, the power converter 230 may apply a torque command based on a control scheme such as PI (Proportional Integral), and although not shown, may include a control unit for applying the torque command. Meanwhile, the AC / DC converter 231 in the power converter 230 may perform a function of applying a torque command to the generator 220, and of course, the controller may be provided in the AC / DC converter 231. have. Furthermore, the control unit for applying the torque command may be provided outside the power converter 230.

본 실시예에 의하면 LVRT 기능을 수행하기 위하여 계통의 정전 상황에서 발생되는 에너지를 블레이드의 관성 에너지로 저장하고 나중에 다시 회생시킬 수 있도록 토크 지령을 인가한다. 토크 지령을 인가하는 구체적인 형태에 관하여는 뒤에 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.According to this embodiment, in order to perform the LVRT function, a torque command is applied to store energy generated in a power failure situation of the system as inertia energy of the blade and regenerate it later. A detailed form of applying the torque command will be described later with reference to FIGS. 3 to 5.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 토크 지령을 인가하는 방법의 흐름도이고, 도 5는 본 실시예에 따라 토크 지령을 인가하는 방법을 설명하기 위한 참고도이다. 이하에서는 본 실시예에 따라 토크 지령을 인가하는 방법을 도 2와 결부시켜 설명한다.3 is a flowchart of a method of applying a torque command according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a reference diagram for explaining a method of applying a torque command according to the present embodiment. Hereinafter, a method of applying a torque command according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 2.

도 3을 참조하면, 계통의 정전 상황이 발생하지 않은 상태인 310단계에서는 블레이드(210)의 회전 속도에 비례하여 토크 지령을 인가한다. Referring to FIG. 3, in step 310, in which a power failure situation of the system does not occur, a torque command is applied in proportion to the rotation speed of the blade 210.

그리고 계통의 정전 상황이 발생하였는지 판단하기 위하여 320단계에서 계통의 전압이 소정 크기 이상 하강하는지 지속적으로 모니터링하고, 계통의 전압이 소정 크기 이상 하강하면 330단계로 진행하여 제너레이터(220)에 인가되는 토크 지령을 소정 값으로 낮춘다. 본 명세서에서 편의상 계통의 전압이 소정 크기 이상 하강하는 시점을 제1 시점이라 하기로 한다.In order to determine whether a system power failure occurs, the system continuously monitors whether the voltage of the system falls above a predetermined level in step 320, and when the voltage of the system falls above a predetermined size, proceeds to step 330 to apply torque to the generator 220. The command is lowered to a predetermined value. In the present specification, a point in time at which the voltage of the system drops by a predetermined magnitude or more will be referred to as a first point in time.

도 5에서 바람이 점차 증가하는 상태를 예로 들어 계통 전압의 변화, 블레이드의 회전 속도, 그리고 본 실시예에 따라 인가되는 토크 지령 곡선 등을 그래프로 나타내었다. 도 5를 참조하면 실선 Ta(t)는 본 실시예에 따라 제너레이터(220)에 인가되는 토크 지령 곡선을, 점선 T(t)는 블레이드의 회전 속도에 비례하여 토크 지령을 인가하는 경우에 나타날 토크 지령 곡선을, 일점 쇄선은 블레이드(210)의 회전 속도를, 이점 쇄선 T'(t)는 일점 쇄선으로 나타나 있는 블레이드(210)의 회전 속도에 비례하는 토크 지령 곡선을 나타낸다.In FIG. 5, the wind is gradually increased as an example, and a graph shows a change in system voltage, a rotation speed of a blade, and a torque command curve applied according to the present embodiment. Referring to FIG. 5, the solid line Ta (t) represents the torque command curve applied to the generator 220 according to the present embodiment, and the dotted line T (t) represents the torque that will appear when the torque command is applied in proportion to the rotational speed of the blade. The command curve, the dashed-dotted line represents the rotational speed of the blade 210, and the dashed-dotted line T '(t) represents the torque command curve proportional to the rotational speed of the blade 210 represented by the dashed-dotted line.

도 5에서 상기 제1 시점은 t0에 해당하며, t0에서 계통의 전압이 Vc로 하강하였음을 알 수 있다. 따라서 330단계에서 토크 지령은 도 5에 도시된 바와 같이 Ta(t0)로 낮춰진다. 이때 제1 시점에서 낮춰진 토크 지령 값과 블레이드(210)의 회전 속도의 곱 Ta(t0)ㅇω는 전력 컨버터(230)에서 출력되는 전력과 소비되는 전력의 합보다 커야 한다.In FIG. 5, the first time point corresponds to t0, and it can be seen that the voltage of the system has dropped to Vc at t0. Therefore, in step 330, the torque command is lowered to Ta (t0) as shown in FIG. At this time, the product of the torque command value lowered at the first time point and the rotation speed of the blade 210 should be greater than the sum of the power output from the power converter 230 and the power consumed.

그리고, 330단계에서 낮춰진 토크 지령을 도 5에 도시된 바와 같이 계통의 전압이 상승하는 시점(본 명세서에서 편의상 제2 시점이라 하기로 한다)인 t1까지 유지한다. 도 5를 참조하면, t0와 t1 사이에서 토크 지령이 제1 시점에서 낮춰진 Ta(t0)로 유지되고, 따라서 블레이드의 회전 속도가 증가하는 기울기는 t0 이전보다 더 커짐을 알 수 있다.In addition, the torque command lowered in step 330 is maintained until t1, which is a point in time when the voltage of the system rises (hereinafter, referred to as a second point in time in the present specification) as shown in FIG. 5. Referring to FIG. 5, it can be seen that the torque command is maintained at Ta (t0) lowered at the first time point between t0 and t1, and thus the slope at which the rotational speed of the blade increases is greater than before t0.

340단계에서, 계통의 전압이 상승하기 시작하는지 지속적으로 모니터링하고, 계통의 전압이 상승하기 시작하면 350단계로 진행하여 도 5에 도시된 바와 같이 계통의 전압이 정상상태로 복구되는 시점(본 명세서에서 편의상 제3 시점이라 하기로 한다)인 t2까지 토크 지령을 증가시킨다. 이때 계통 전압이 정전 상태 이전의 100%보다 낮은 소정 전압(도 5의 Ve)을 기준으로 계통의 전압이 정상상태로 복구되는 시점을 판단할 수 있으며, 상기 소정 전압은 전력 컨버터(230)의 허용 용량에 따라 변할 수 있다. 도 5를 참조하면 t1에서 t2 사이에 토크 지령이 증가되고, 따라서 블레이드의 회전 속도의 기울기는 t1 이전보다 완만해짐을 알 수 있다.In step 340, continuously monitoring whether the voltage of the system starts to rise, and if the voltage of the system starts to increase to 350 proceeds to the time point when the voltage of the system is restored to the normal state as shown in FIG. The torque command is increased to t2, which is referred to as a third time point for convenience. At this time, it is possible to determine when the system voltage is restored to the normal state based on a predetermined voltage (Ve of FIG. 5) lower than 100% before the power failure state, and the predetermined voltage is allowed by the power converter 230. May vary depending on the dose. Referring to Figure 5 it can be seen that the torque command is increased between t1 and t2, so that the slope of the rotational speed of the blade is gentler than before t1.

그리고 350단계에서 토크 지령을 증가시킬 때 제3 시점에서의 토크 지령 값이 블레이드의 회전 속도에 비례하는 토크 값, 즉 도 5에서 일점 쇄선으로 도시된 토크 지령 곡선의 제3 시점에서의 값 T'(t2)와 일치하도록 증가시키는 것이 바람직하다. 이는 계통의 전압이 정상상태로 복구되는 순간에 블레이드의 회전 속도와 토크 지령의 불균형에 따른 충격을 완화하기 위함이다.When the torque command is increased in step 350, the torque command value at the third time point is a torque value proportional to the rotational speed of the blade, that is, the value T 'at the third time point of the torque command curve shown by the dashed-dotted line in FIG. 5. It is desirable to increase to match (t2). This is to mitigate the impact of the blade rotation speed and torque command imbalance at the moment the system voltage is restored to normal state.

350단계에서 계통의 전압이 정상상태로 복구되면 다시 310단계로 돌아가서 블레이드의 회전 속도에 비례하여 토크 지령을 제너레이터(220)에 인가한다.When the voltage of the system is restored to the normal state in step 350, the flow returns to step 310 to apply a torque command to the generator 220 in proportion to the rotational speed of the blade.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 350단계를 보다 구체적으로 나타낸 흐름도이다. 도 4에 도시된 후술할 410단계 내지 450단계는 소정의 샘플링 시간을 주기로 반복되는 단계들로서, 매 샘플링 시간마다 토크 지령의 증가량을 구하고, 구해진 증가량에 따라 토크 지령을 증가시키는 과정을 나타낸다.4 is a flowchart illustrating step 350 in more detail according to an embodiment of the present invention. Steps 410 to 450, which will be described later, illustrated in FIG. 4, are steps which are repeated at a predetermined sampling time, and show a process of obtaining an increase amount of the torque command every sampling time and increasing the torque command according to the obtained increase amount.

410단계에서 계통의 전압의 변화량을 이용하여 제3 시점(t2)을 구한다. 이때 우선, 제2 시점 t1과 제3 시점 t2 사이의 임의의 시점 t에서 계통의 전압이 회복되는 기울기 ar을 다음 수학식 1을 이용하여 구하고, 이렇게 구해진 기울기 ar을 이용하여 다음 수학식 2를 이용하여 제3 시점(t2)을 구할 수 있다.In operation 410, a third time point t2 is obtained by using the change amount of the voltage of the system. The first, second to obtain by a point in time t1 and the third time point slope a r a voltage of a system recovery from an arbitrary time t between t2 and then using the equation (1), thus using the obtained inclination a r Equation 2 The third time point t2 can be obtained using.

Figure 112009056421113-pat00021

Figure 112009056421113-pat00022
Figure 112009056421113-pat00021
Figure 112009056421113-pat00022

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여기서, Vt는 임의의 시점 t에서의 계통전압을, Vc는 상기 하강된 계통의 전압을, Ve는 상기 계통의 전압이 정상상태로 복구되었는지 여부의 기준이 되는 전압을 의미한다. Here, Vt denotes a grid voltage at an arbitrary time t, Vc denotes a voltage of the lowered grid, and Ve denotes a reference voltage of whether the voltage of the grid is restored to a normal state.

420단계에서, 블레이드의 회전 속도에 비례하는 토크 지령 값, 즉 도 5에서 일점 쇄선으로 도시된 토크 지령 곡선의 제3 시점에서의 값 T'(t2)을 구한다. 이때 T'(t)의 변화량으로부터 T'(t)의 기울기 aT를 구하고 다음 수학식을 이용하여 T'(t2)를 구할 수 있다. In operation 420, a torque command value proportional to the rotational speed of the blade, that is, a value T ′ (t 2 ) at a third time point of the torque command curve shown by a dashed-dotted line in FIG. 5 is obtained. In this case, the slope a T of T '(t) can be obtained from the change amount of T' (t), and T '(t 2 ) can be obtained using the following equation.

Figure 112007084025730-pat00007
Figure 112007084025730-pat00007

430단계에서 샘플링 시간에 따른 토크 지령의 증가량을 구한다. 샘플링 시간을 Tsamp라 하면, 샘플링 시간에 따른 토크 지령의 증가량 ΔTa는 다음 수학식을 이용하여 구할 수 있다.In step 430, the increase of the torque command according to the sampling time is obtained. If the sampling time is T samp , the increase amount ΔT a of the torque command according to the sampling time can be obtained using the following equation.

Figure 112007084025730-pat00008
Figure 112007084025730-pat00008

440단계에서는, 430단계에서 구해진 값만큼 토크 지령을 증가시킨다. In step 440, the torque command is increased by the value obtained in step 430.

450단계에서 계통의 전압이 정상상태로 복구되었는지 지속적으로 모니터링하 여, 복구되었으면 도 3의 310단계로 진행하고, 그렇지 않으면 410단계로 돌아간다. In step 450, the system continuously monitors whether the voltage has been restored to its normal state. If restored, the process proceeds to step 310 of FIG. 3, and returns to step 410.

상기된 410단계 내지 450단계에 따르면 350단계에서 토크 지령을 증가시킬 때 제3 시점에서 제너레이터(220)에 인가되는 토크 지령 값이 블레이드의 회전 속도에 비례하는 토크 값, 즉 도 5에서 일점 쇄선으로 도시된 토크 지령 곡선의 제3 시점에서의 값 T'(t2)와 일치하도록 증가시킬 수 있다.According to the above-described steps 410 to 450, when the torque command is increased in step 350, the torque command value applied to the generator 220 at the third time point is a torque value proportional to the rotation speed of the blade, that is, a dashed-dotted line in FIG. 5. It may increase to match the value T '(t 2 ) at the third time point of the illustrated torque command curve.

도 5를 참조하면, 점선으로 도시된 토크 지령 곡선 T(t)와 본 실시예에 따라 제너레이터(220)에 인가되는, 실선으로 도시된 토크 지령 곡선 Ta(t) 사이의 빗금친 부분의 면적이 곧 t0와 t2 사이에서 블레이드(210)에 저장되는 관성 에너지를 의미한다. 따라서 t0와 t2 사이에 블레이드(210)에 저장된 관성 에너지는 계통의 전압이 정상상태로 복구된 후에 회생된다. 5, according to the torque command curve T (t) with the illustrated embodiment by a broken line for example, that shown by the solid line, is applied to the generator 220, the torque command curve T a the area of the hatched portion between the (t) This means the inertial energy stored in the blade 210 between t 0 and t 2 . Therefore, the inertial energy stored in the blade 210 between t 0 and t 2 is regenerated after the voltage of the system is restored to the normal state.

도 6은 바람이 일정한 상태에서 상기된 실시 예에 따라서 제너레이터(220)에 인가되는 토크 지령을 변화시켰을 경우의 그래프를 나타낸다. 도 6은 계통의 전압이 15%로 감소하고, t0=0sec, t1=0.625sec, t2=3sec라고 가정하였을 경우로 나타내었다. 이 경우 역시 도 5에 도시된 바와 마찬가지로 빗금친 부분의 면적이 블레이드(210)에 저장된 관성 에너지를 의미하며, 손실되는 에너지의 약 51% 정도가 저장된다. 6 shows a graph in the case where the torque command applied to the generator 220 is changed in accordance with the above-described embodiment in a state where the wind is constant. FIG. 6 shows a case where the voltage of the system decreases to 15%, t 0 = 0 sec, t 1 = 0.625 sec, and t 2 = 3 sec. In this case, as shown in FIG. 5, the area of the hatched portion means the inertial energy stored in the blade 210, and about 51% of the lost energy is stored.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본 질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

도 1은 계통의 순간 정전 발생시에 풍력 발전기에 일반적으로 요구되는 LVRT 기능을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing the LVRT function generally required for a wind generator at the time of a system power failure.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 블록도이다. 2 is a block diagram of a wind generator according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 토크 지령을 인가하는 방법의 흐름도이다.3 is a flowchart of a method of applying a torque command according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 350단계를 보다 구체적으로 나타낸 흐름도이다. 4 is a flowchart illustrating step 350 in more detail according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 실시예에 따라 토크 지령을 인가하는 방법을 설명하기 위한 참고도이다. 5 is a reference diagram for explaining a method of applying a torque command according to the present embodiment.

도 6은 바람이 일정한 상태에서 본 발명의 일 실시예에 따라서 제너레이터에 인가되는 토크 지령을 변화시켰을 경우의 그래프를 나타낸다.Fig. 6 shows a graph in the case where the torque command applied to the generator is changed in a state where the wind is constant.

Claims (6)

풍력 발전기의 계통 저전압 보상 방법에 있어서,In the system low voltage compensation method of a wind generator, (a) 상기 풍력 발전기와 연결된 계통의 전압이 소정 크기 이상 하강하는 제1 시점에, 블레이드의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제너레이터에 인가되는 토크 지령을 소정 값으로 낮추는 단계;(a) lowering a torque command applied to a generator for converting rotational energy of a blade into electrical energy at a first time when a voltage of a system connected to the wind generator is lowered by a predetermined magnitude or more to a predetermined value; (b) 상기 소정 값으로 낮추어진 토크 지령을 상기 계통의 전압이 상승하는 제2 시점까지 유지하는 단계; 및(b) maintaining the torque command lowered to the predetermined value until a second time point when the voltage of the system increases; And (c) 상기 제2 시점부터 상기 계통의 전압이 정상상태로 복구되는 제3 시점까지 상기 토크 지령을 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 계통 저전압 보상 방법.(c) increasing the torque command from the second time point to a third time point at which the voltage of the system is restored to a normal state. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (c) 단계는, 상기 증가되는 토크 지령의 상기 제3 시점에서의 값이 정상적인 계통 상황에서 상기 블레이드의 회전 속도에 비례하는 토크 지령 값과 일치하도록 상기 토크 지령을 증가시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 저전압 보상 방법.In the step (c), the torque command is increased so that the value at the third time point of the increased torque command matches the torque command value proportional to the rotational speed of the blade in a normal system situation. How to compensate the low voltage of the generator. 제2항에 있어서, 상기 (c) 단계는,The method of claim 2, wherein step (c) comprises: (c1) 상기 계통의 전압의 변화량을 이용하여 상기 제3 시점을 구하는 단계;(c1) obtaining the third time point using an amount of change in voltage of the system; (c2) 상기 블레이드의 회전 속도에 비례하는 토크의 상기 제3 시점에서의 값을 구하는 단계;(c2) obtaining a value at said third time point of torque proportional to the rotational speed of said blade; (c3) 상기 (c1) 단계 및 상기 (c2) 단계에서 구해진 값을 이용하여 시간에 따른 상기 토크 지령의 증가량을 구하는 단계; 및(c3) obtaining an increase amount of the torque command with time using the values obtained in the steps (c1) and (c2); And (c4) 상기 토크 지령의 증가량에 따라서 상기 토크 지령을 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 저전압 보상 방법.(c4) increasing the torque command according to the increase amount of the torque command. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 (c1), (c2), (c3), (c4) 단계는 상기 제2 시점과 상기 제3 시점 사이에서 소정 샘플링 시간마다 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 저전압 보상 방법.The steps (c1), (c2), (c3), and (c4) are repeatedly performed at predetermined sampling times between the second time point and the third time point. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 (c1) 단계는 다음 수학식들을 이용하여 상기 제3 시점 t2를 구하고,In the step (c1), the third time point t2 is obtained by using the following equations,
Figure 112009056421113-pat00023
,
Figure 112009056421113-pat00024
Figure 112009056421113-pat00023
,
Figure 112009056421113-pat00024
 (여기서, Vt는 상기 제2 시점 t1과 상기 제3 시점 t2 사이의 임의의 시점 t에서의 계통 전압을, ar은 상기 임의의 시점 t에서 계통의 전압이 회복되는 기울기를, Vc는 상기 하강된 계통의 전압을, Ve는 상기 계통의 전압이 정상상태로 복구되었는지 여부의 기준이 되는 전압을 의미한다.)Where V t is the system voltage at any point in time t between the second time point t1 and the third time point t2, a r is the slope at which the voltage of the system is restored at any point in time t, and Vc is the The voltage of the lowered system, Ve means the voltage which is a reference of whether the voltage of the system is restored to normal state.) 상기 (c2) 단계는 다음 수학식을 이용하여 상기 블레이드의 회전 속도에 비례하는 토크의 상기 제3 시점에서의 값 T'(t2)를 구하며,In the step (c2), the value T '(t 2 ) at the third time point of the torque proportional to the rotational speed of the blade is obtained using the following equation,
Figure 112009056421113-pat00011
Figure 112009056421113-pat00011
 여기서, aT는 상기 블레이드의 회전 속도에 비례하는 토크 지령 곡선의 기울기를, T'(t)은 t1과 t2사이의 임의의 시간 t에서의 상기 블레이드의 회전 속도에 비례하는 토크의 값을 의미한다.)Where a T is the slope of the torque command curve proportional to the rotational speed of the blade, and T '(t) is the value of the torque proportional to the rotational speed of the blade at any time t between t1 and t2. do.) 상기 (c3) 단계는 다음 수학식을 이용하여 상기 토크 지령의 증가량을 구하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 계통 저전압 보상 방법.In the step (c3), the system low voltage compensation method for a wind generator, characterized in that to obtain an increase amount of the torque command using the following equation.
Figure 112009056421113-pat00012
Figure 112009056421113-pat00012
 (여기서, Tsamp는 샘플링 시간을 의미한다.)(Where T samp is the sampling time.) 풍력 발전기에 있어서,In a wind generator, 블레이드의 회전 에너지로부터 전력을 생산하는 제너레이터; 및A generator for producing electric power from the rotational energy of the blades; And 상기 생산된 전력을 상기 풍력 발전기와 연결된 계통에 공급하기 위한 전력으로 변환하며, 상기 제너레이터에 토크 지령을 인가하는 전력 컨버터를 포함하고,A power converter converting the produced power into electric power for supplying a system connected to the wind generator, and applying a torque command to the generator; 상기 전력 컨버터는 상기 계통의 전압이 소정 크기 이상 하강하는 제1 시점에 상기 토크 지령을 소정 값으로 낮추고, 상기 소정 값으로 낮추어진 토크 지령을 상기 계통의 전압이 상승하는 제2 시점까지 유지하다가, 상기 제2 시점부터 상기 계통의 전압이 정상상태로 복구되는 제3 시점까지 상기 토크 지령을 증가시키는 것 을 특징으로 하는 풍력 발전기.The power converter lowers the torque command to a predetermined value at a first time point when the voltage of the system drops by a predetermined magnitude or more, and maintains the torque command lowered to the predetermined value until a second time point when the voltage of the system increases. And the torque command is increased from the second time point to a third time point when the voltage of the system is restored to a normal state.
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