KR101168030B1 - Power converter and wind turbine system including the same - Google Patents

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KR101168030B1 KR1020110017171A KR20110017171A KR101168030B1 KR 101168030 B1 KR101168030 B1 KR 101168030B1 KR 1020110017171 A KR1020110017171 A KR 1020110017171A KR 20110017171 A KR20110017171 A KR 20110017171A KR 101168030 B1 KR101168030 B1 KR 101168030B1
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Abstract

PURPOSE: A power converter comprising a number of modules and a wind turbine system including the same are provided to form a current and voltage delivery signal line and a PWM control signal line shorter than a communication signal line by closely arranging a converter and a slave controller within 1m~3m. CONSTITUTION: A number of generator side converters(210) are connected in parallel. A number of system side converters(220) are connected in parallel. A number of capacitors(230) connects a number of generator side converters and a number of system side converters in parallel. A number of slave controllers(240) controls one or both current and voltage of the converter. A master controller(250) controls a number of slave controllers.

Description

전력 변환기 및 이를 포함하는 풍력 터빈 시스템{POWER CONVERTER AND WIND TURBINE SYSTEM INCLUDING THE SAME}Power converter and wind turbine system including the same {POWER CONVERTER AND WIND TURBINE SYSTEM INCLUDING THE SAME}

전력 변환기 및 이를 포함하는 풍력 터빈 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대용량 운전이 가능하며 유지보수가 용이한 전력 변환기 및 이를 포함하는 풍력 터빈 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a power converter and a wind turbine system including the same, and more particularly, to a power converter capable of large-capacity operation and easy maintenance.

풍력 터빈은 풍력에 의한 동력 에너지를 기계적인 에너지 및/또는 전기적인 에너지로 전환시키는 기계이다. 풍력 터빈은 어느 곳에나 산재되어 있는 무공해, 무한정의 바람을 이용하므로 환경에 미치는 영향이 거의 없고, 국토를 효율적으로 이용할 수 있다. 게다가 풍력 발전은 발전 단가도 기존의 발전 방식과 경쟁 가능한 수준으로 신에너지 생성 수단으로서 대두되고 있다.A wind turbine is a machine that converts power energy from wind power into mechanical energy and / or electrical energy. Since wind turbines use pollution-free and indefinite winds scattered everywhere, there is little effect on the environment and the land can be used efficiently. In addition, wind power generation has emerged as a means of generating new energy, with the cost of generating power competing with existing power generation methods.

최근에는 육상에서의 풍속의 제한 및 대형화된 풍력 터빈이 발생시키는 소음문제, 시각적인 위압감 등과 환경적인 문제 등으로 인하여 해상용 풍력 터빈 시스템의 도입이 활발히 이루어지고 있다. 해상용 풍력 터빈은 종래의 육상용 풍력 터빈에 비해 대용량으로 구현될 수 있다. 예를 들면 약 5MW급 이상의 대용량 풍력 터빈이 설치될 수 있다. 그런데, 이와 같은 대용량 풍력 터빈의 경우 종래의 풍력 터빈에 적용되던 전력 변환기의 처리 용량의 한계로 인하여 이를 그대로 적용할 수가 없다. 따라서, 대용량 풍력 터빈에 적합한 전력 변환기의 개발이 요구된다. 특히, 해상에 설치된 풍력 터빈 시스템의 경우 작업자가 쉽게 접근할 수 없기 때문에 대용량 운전이 가능하면서도 유지 보수가 용이한 전력 변환기에 대한 요구가 증대하고 있다.Recently, marine wind turbine systems have been actively introduced due to limited wind speeds on land, noise problems caused by large wind turbines, visual pressure and environmental problems. The offshore wind turbine can be implemented at a larger capacity than conventional onshore wind turbines. For example, a large capacity wind turbine of about 5MW or more may be installed. However, such a large-capacity wind turbine cannot be applied as it is due to the limitation of the processing capacity of the power converter applied to the conventional wind turbine. Therefore, there is a need for the development of power converters suitable for large capacity wind turbines. In particular, since the offshore wind turbine system is not easily accessible to workers, there is an increasing demand for a power converter that is capable of large-capacity operation and is easy to maintain.

대용량 운전이 가능하면서도 유지 보수가 용이한 전력 변환기를 제공하고자 한다. The present invention aims to provide a power converter that is capable of large capacity operation and is easy to maintain.

대용량 운전이 가능하면서도 유지 보수가 용이한 전력 변환기를 포함하는 풍력 터빈 시스템을 제공하고자 한다. It is an object of the present invention to provide a wind turbine system including a power converter capable of large-capacity operation and easy maintenance.

본 발명의 일 측면에 따르면, 병렬 연결된 다수의 발전기측 컨버터; 병렬 연결된 다수의 계통측 컨버터; 상기 다수의 발전기측 컨버터와 상기 다수의 계통측 컨버터를 병렬 연결하는 다수의 커패시터; 상기 발전기측 컨버터 및 상기 계통측 컨버터별로 각각 제공되어 대응하는 컨버터의 전류 및 전압 중 하나 이상을 제어하는 다수의 슬레이브 제어기; 및 상기 다수의 슬레이브 제어기를 제어하는 마스터 제어기를 포함하는 전력 변환기가 제공된다. According to one aspect of the invention, a plurality of generator-side converter connected in parallel; Multiple grid-side converters connected in parallel; A plurality of capacitors connecting the plurality of generator-side converters and the plurality of grid-side converters in parallel; A plurality of slave controllers provided for each of the generator-side converter and the grid-side converter to control one or more of current and voltage of a corresponding converter; And a master controller controlling the plurality of slave controllers.

또한, 상기 발전기측 컨버터 및 상기 계통측 컨버터는 3레벨 중성점 클램핑 방식 컨버터(Neutral Point Converter)일 수 있다. In addition, the generator-side converter and the grid-side converter may be a three-level neutral point converter (Neutral Point Converter).

또한, 상기 발전기측 컨버터 및 상기 계통측 컨버터와, 각각 대응되는 상기 슬레이브 제어기 사이에 전류 및 전압을 전달하는 제1신호선 및 펄스폭 변조 제어 신호를 전달하는 제2신호선이 연결되고, 상기 슬레이브 제어기와 상기 마스터 제어기 사이에 통신 신호선이 연결될 수 있다. In addition, a first signal line for transmitting current and voltage and a second signal line for transmitting a pulse width modulation control signal are connected between the generator-side converter and the grid-side converter, and the corresponding slave controller, respectively, Communication signal lines may be connected between the master controllers.

또한, 상기 발전기측 컨버터 및 상기 계통측 컨버터 중 어느 하나인 제1 컨버터, 상기 제1 컨버터에 대응되는 제1 슬레이브 제어기, 상기 제1 컨버터와 상기 제1 슬레이브 제어기를 연결하는상기 제1 신호선 및 상기 제2 신호선이 단위모듈로 구비될 수 있다. 본 발명의 다른 측면에 의하면, 발전기와 상기 발전기로부터 생성되는 전력을 계통 연계에 전달하는 풍력 터빈 시스템에 있어서, 병렬 연결된 다수의 발전기측 컨버터, 병렬 연결된 다수의 계통측 컨버터, 상기 다수의 발전기측 컨버터와 상기 다수의 계통측 컨버터를 병렬 연결하는 다수의 커패시터, 상기 발전기측 컨버터 및 상기 계통측 컨버터별로 각각 제공되어 상기 대응하는 컨버터의 전류 및 전압 중 하나 이상을 제어하는 다수의 슬레이브 제어기, 및 상기 다수의 슬레이브 제어기를 제어하는 마스터 제어기를 포함하는 전력 변환기를 포함하는 풍력 터빈 시스템이 제공된다. In addition, a first converter which is one of the generator-side converter and the grid-side converter, a first slave controller corresponding to the first converter, the first signal line connecting the first converter and the first slave controller, and the The second signal line may be provided as a unit module. According to another aspect of the invention, in the wind turbine system for transmitting the power generated from the generator and the generator to the grid linkage, a plurality of generator-side converters connected in parallel, a plurality of grid-side converters connected in parallel, the plurality of generator-side converters And a plurality of capacitors for connecting the plurality of grid-side converters in parallel, a plurality of slave controllers respectively provided for each of the generator-side converter and the grid-side converter to control one or more of current and voltage of the corresponding converter, and the plurality of A wind turbine system is provided that includes a power converter including a master controller to control a slave controller of the controller.

또한, 상기 발전기측 컨버터 및 상기 계통측 컨버터는 3레벨 중성점 클램핑 방식 컨버터(Neutral Point Converter)일 수 있다. In addition, the generator-side converter and the grid-side converter may be a three-level neutral point converter (Neutral Point Converter).

또한, 상기 발전기측 컨버터와 상기 계통측 컨버터와, 각각 대응되는 상기 슬레이브 제어기 사이에 전류 및 전압을 전달하는 제1신호선 및 펄스폭 변조 제어 신호를 전달하는 제2신호선이 연결되고, 상기 슬레이브 제어기와 상기 마스터 제어기 사이에는 통신 신호선이 연결될 수 있다. In addition, a first signal line for transmitting a current and a voltage and a second signal line for transmitting a pulse width modulation control signal are connected between the generator-side converter and the grid-side converter, and corresponding slave controllers, respectively, A communication signal line may be connected between the master controllers.

또한, 상기 발전기측 컨버터 및 상기 계통측 컨버터 중 어느 하나인 제1 컨버터, 상기 제1 컨버터에 대응되는 제1 슬레이브 제어기, 상기 제1 컨버터와 상기 제1 슬레이브 제어기를 연결하는 상기 제1 신호선 및 상기 제2 신호선이 단위모듈로 구비될 수 있다. The first converter may be any one of the generator-side converter and the grid-side converter, a first slave controller corresponding to the first converter, the first signal line connecting the first converter and the first slave controller, and the The second signal line may be provided as a unit module.

또한, 상기 발전기는 영구자석 동기발전기일 수 있다. In addition, the generator may be a permanent magnet synchronous generator.

또한, 상기 발전기측 컨버터는 상기 발전기에 변압기를 개재하지 않고 직접 연결될 수 있다. . In addition, the generator-side converter may be directly connected to the generator without intervening a transformer. .

다수의 모듈로 이루어진 전력 변환기는 대용량 운전이 가능할 뿐만 아니라 유지 보수가 용이하다. The multi-module power converter is not only capable of high capacity operation but also easy to maintain.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 도 2에 예시되어 있는 전력 변환기의 단위 모듈을 설명하기 위한 개략도이다. 1 is a schematic configuration diagram of a wind turbine system according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram illustrating a power converter according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating a unit module of the power converter illustrated in FIG. 2.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 개략도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Thus, in some embodiments, well known techniques are not described in detail in order to avoid obscuring the present invention. Unless otherwise defined, all terms used in the present specification (including technical and scientific terms) may be used as meanings that can be commonly understood by those skilled in the art. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise. Whenever a component is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise. In addition, singular forms also include the plural unless specifically stated otherwise in the text. Embodiments described herein will be described with reference to schematic diagrams, which are ideal exemplary views of the invention. Accordingly, the regions illustrated in the figures have schematic attributes and are not intended to limit the scope of the invention. Like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈 시스템(1)의 부분 구성도이다.1 is a partial configuration diagram of a wind turbine system 1 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 풍력 터빈 시스템(1)은 기계 부분(100), 제어 부분(200) 및 계통(300)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the wind turbine system 1 includes a mechanical portion 100, a control portion 200, and a system 300.

기계 부분(100)은 타워(2), 나셀(3) 및 로터(4)로 구성된다. 로터(4)는 로터 허브(미도시)를 덮고 있는 스피너(5)와 로터 허브 상에 장착된 로터 블레이드(6)로 구성된다. 나셀(3)은 구동 발전 기구(7)를 수납한다. 구동 발전 기구(7)는 증속 기어(7a)와 발전기(7b)를 포함할 수 있다. 타워(2)는 나셀(3)과 로터(4)를 일정 높이에서 지지하기 위한 구조물이다. 해저에 설치될 경우에는 그 자체가 해저의 앵커에 연결된 앵커 연결부를 구비하는 부유 장치일 수 있다. The machine part 100 consists of a tower 2, a nacelle 3 and a rotor 4. The rotor 4 consists of a spinner 5 covering a rotor hub (not shown) and a rotor blade 6 mounted on the rotor hub. The nacelle 3 houses the drive generation mechanism 7. The drive generation mechanism 7 may include a speed increasing gear 7a and a generator 7b. The tower 2 is a structure for supporting the nacelle 3 and the rotor 4 at a predetermined height. When installed on the seabed, it may itself be a floating device having anchor connections connected to the anchors of the seabed.

제어 부분(200)은 전력 변환기(201)와 시스템 제어기(202)를 포함할 수 있다. 전력 변환기(201)는 구동 발전 기구(7)에서 생성되는 전력을 계통(300)에 안정적으로 전달하기 위한 것이다. The control portion 200 may include a power converter 201 and a system controller 202. The power converter 201 is for stably transferring power generated by the drive generation mechanism 7 to the system 300.

시스템 제어기(202)는 전력 변환기(201)로부터 풍력 터빈 시스템(1)의 각종 운전 제어를 위한 정보를 받고, 계통(300)으로부터 측정되는 계통(300)의 전압(V*) 및 주파수(f*)와, 지정된 계통 기준값을 입력받아 풍력 터빈 시스템(1)의 총괄적인 제어를 한다. 예를 들면, 입력 값에 근거하여 발전기(7b) 등의 가변속 제어를 하도록 하는 지령을 전력 변환기(201)로 전달하여 풍력 터빈 시스템(1)의 보호 기능 등을 수행한다. 도면에는 도시하지 않았으나 시스템 제어기(202)는 상술한 제어 기능 이외에도 로터(4)에 설치된 피치 제어 장치의 제어를 위한 정보를 입력받아 피치 제어를 위한 지령을 하거나 나셀(3) 설치된 요(yaw) 제어 장치의 제어를 위한 정보를 입력받아 요 제어를 위한 지령을 하거나 기계 부분(100), 제어 부분(200)을 구성하는 각 구성 요소들의 온도 제어를 위한 지령을 할 수 있다. 즉, 시스템 제어기(202)는 시스템(1) 레벨에서의 감시 및 진단, 모니터링, 보호, 자동화 제어 등을 수행한다. The system controller 202 receives information for various operation control of the wind turbine system 1 from the power converter 201, and the voltage V * and the frequency f * of the system 300 measured from the system 300. ) And the designated system reference value are input to perform overall control of the wind turbine system 1. For example, a command to control the variable speed of the generator 7b or the like is transmitted to the power converter 201 based on the input value to perform the protection function of the wind turbine system 1. Although not shown in the drawing, the system controller 202 receives the information for the control of the pitch control device installed in the rotor 4 in addition to the above-described control function, and commands for pitch control or yaw control installed in the nacelle 3. Commands for yaw control may be received by receiving information for controlling the device, or commands for temperature control of respective components constituting the machine part 100 and the control part 200 may be provided. That is, the system controller 202 performs monitoring and diagnosis, monitoring, protection, automation control, and the like at the system 1 level.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 시스템을 구성하는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기(201)에 대하여 설명한다. 도 2는 전력 변환기(201)를 설명하기 위한 개략도이고, 도 3는 전력 변환기(201)를 구성하는 단위 모듈(203)의 개략도이다. Hereinafter, a power converter 201 according to an embodiment of the present invention constituting a wind power system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3. 2 is a schematic diagram for describing the power converter 201, and FIG. 3 is a schematic diagram of the unit module 203 constituting the power converter 201.

도 2를 참조하면 전력 변환기(201)는 다수의 발전기(7b)측 컨버터(210), 다수의 계통(300)측 컨버터(220), 발전기(7b)측 컨버터(210)와 계통(300)측 컨버터(220)를 병렬 연결하는 다수의 커패시터(230), 각 컨버터(210, 220) 별로 각각 제공되어 대응하는 컨버터(210, 220)의 전류 및 전압을 제어하는 다수의 슬레이브(slave) 제어기(240) 및 다수의 슬레이브 제어기(240)를 총괄 제어하는 마스터 제어기(250)을 포함한다.Referring to FIG. 2, the power converter 201 includes a plurality of generator 7b side converters 210, a plurality of grid 300 side converters 220, a generator 7b side converter 210, and a grid 300 side. A plurality of capacitors 230 for connecting the converters 220 in parallel, and a plurality of slave controllers 240 for controlling the current and voltage of the corresponding converters 210 and 220, respectively, provided for each converter 210 and 220. ) And a master controller 250 for overall control of the plurality of slave controllers 240.

도 2에서는 발전기(7b)로는 영구자석 동기 발전기(Permanent Magnetic Synchronous Generator, PMSG)를 예시하였다. 발전기(7b)로 PMSG를 사용하면 가용 풍속범위가 넓고, 발전기(7b)의 외형 크기를 작게 할 수 있다. 또한 경우에 따라서는 증속기(도 1의 7a 참조)의 설치를 생략할 수도 있다. 또한, PMSG는 영구자석을 이용하여 만들기 때문에, 발전기를 여자 시키기 위해서 회전자에 코일을 삽입하여 전자석을 형성하는 DFIG(Doubly Fed Induction Generator)와 달리 효율 및 손실 면에서 더욱더 유리하다.In FIG. 2, the permanent magnet synchronous generator (PMSG) is illustrated as the generator 7b. When PMSG is used as the generator 7b, the available wind speed range is wide and the external size of the generator 7b can be reduced. In some cases, the installation of the speed increaser (see 7a of FIG. 1) may be omitted. In addition, since the PMSG is made of permanent magnets, unlike the DFIG (Doubly Fed Induction Generator) which forms an electromagnet by inserting a coil into the rotor to excite the generator, it is more advantageous in terms of efficiency and loss.

도 2 및 도 3에 예시되어 있는 바와 같이, 전력 변환기(201)는 컨버터(210 또는 220)와 슬레이브 제어기(240)로 이루어진 단위 모듈(203)이 다수개 병렬 연결되고 다수의 단위 모듈(203)이 마스터 제어기(250)에 의해 총괄 제어된다. 따라서, 전력 변환기(201)에 의해 처리할 수 있는 전류 용량을 크게 할 수 있다. 이는 발전기(7b)의 출력 전압을 고압으로 설계하더라도 전력 변환기(201)가 이를 충분히 변환할 수 있다는 것을 의미한다. 5MW급 이상의 용량으로 발전할 경우 발전기(7b)의 출력 전압이 고압으로 설계되면 변압기 없이 계통(300)으로 직접 송전을 할 수 있다. 따라서, 발전기(7b)측 컨버터(210)는 발전기(7b)에 변압기를 개재하지 않고 직접 연결될 수 있다. As illustrated in FIGS. 2 and 3, the power converter 201 includes a plurality of unit modules 203 including a converter 210 or 220 and a slave controller 240 connected in parallel and a plurality of unit modules 203. The master controller 250 controls the overall control. Therefore, the current capacity that can be processed by the power converter 201 can be increased. This means that even if the output voltage of the generator 7b is designed to be high voltage, the power converter 201 can sufficiently convert it. If the power generation capacity of 5MW or more, the output voltage of the generator (7b) is designed to be high voltage can be directly transmitted to the system 300 without a transformer. Accordingly, the generator 7b side converter 210 may be directly connected to the generator 7b without intervening a transformer.

전력 변환기(201)를 구성하는 컨버터(210 또는 220)는 도 2 및 도 3에 예시되어 있는 바와 같이 3레벨 중성점 클램핑 방식의 컨버터(Neutral Point Converter, NPC)로 구성될 수 있다. 3레벨 NPC는 12개의 IGBT 스위치 소자와 6개로 다이오드로 이루어져 있다. 3레벨 NPC는 2레벨 컨버터와 비교할 때 고조파 성분을 반 이상으로 줄일 수 있으며 고전압을 처리할 수 있다. 또한 IGBT의 직렬 연결 방식에 비하여 턴-오프시 균등한 전압 분배를 이룰 수 있으므로 턴-오프 동작의 동기화에 대한 고려를 할 필요가 없어 하드웨어 구성이 간단하고 각 스위칭 소자인 IGBT의 차단 전압이 낮아서 스위칭시의 급격한 전압 변동으로 인하여 발생하는 EMI 노이즈를 줄일 수 있다. The converter 210 or 220 constituting the power converter 201 may be configured as a three-level neutral point converter (NPC) as illustrated in FIGS. 2 and 3. The three-level NPC consists of 12 IGBT switch elements and six diodes. Three-level NPCs can reduce harmonic content by more than half compared to two-level converters and can handle high voltages. In addition, evenly distributed voltages can be achieved during turn-off compared to the IGBT series connection method, so there is no need to consider the synchronization of the turn-off operation, so the hardware configuration is simple and the switching voltage of each switching element, IGBT, is low. EMI noise generated by sudden voltage fluctuations in time can be reduced.

영구자석 동기 발전기(7b)에서 생성되는 전압 및 전류는 일정하지 않다. 따라서, 영구자석 동기 발전기(7b)측 컨버터(210)는 영구자석 동기 발전기(7b)에서 생성되는 교류를 직류로 일정하게 변환하며, 커패시터(230)에서 변환된 직류 전원을 평활시키는 역할을 한다. 이어서, 계통(300)측 컨버터(220)에서 직류를 교류로 변환하여 계통(300)으로 전달한다. The voltage and current generated by the permanent magnet synchronous generator 7b are not constant. Accordingly, the permanent magnet synchronous generator 7b side converter 210 converts the alternating current generated by the permanent magnet synchronous generator 7b into direct current, and smoothes the converted DC power in the capacitor 230. Subsequently, the converter 300 converts the direct current into alternating current and transmits the alternating current to the system 300.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기(201)에서는 각 컨버터(210 또는 220) 별로 슬레이브 제어기(240)가 각각 제공된다. 슬레이브 제어기(240)는 각 컨버터(210)에서 입력되는 전류 및 전압 값을 디지털 신호로 변환하여 이 신호에 근거하여 각 컨버터(210 또는 220)의 동작을 제어한다. 마스터 제어기(250)는 시스템 제어기(202)로부터 입력되는 발전기(7b)의 가변속 제어 지령에 따라 제어에 필요한 전압 전류 값을 계산하여 발전기(7b)를 제어하고, 각 슬레이브 제어기(240)로부터 입력되는 정보에 따라 컨버터(210 또는 220)의 각종 운전 제어를 위한 지령을 각 슬레이브 제어기(240)로 보내는 기능을 한다. 따라서, 각 컨버터(210)와 각 슬레이브 제어기(240) 사이에만 전류, 전압 전달 신호선(260)과 펄스폭 변조(PWM) 제어 신호선(270)이 설치될 수 있다 그리고, 각 슬레이브 제어기(240)와 마스터 제어기(250) 사이에는 각 컨버터(210)의 운전, 고장 정보 등의 데이터 교환 및 고장난 컨버터(210)의 동작을 비활성화시키기 위한 제어 지령의 전달을 위한 통신 신호선(280)이 설치될 수 있다. 컨버터(210 또는 220)와 슬라이브 제어기(240)로 이루어진 단위 모듈(203)과 마스터 제어기(250) 사이의 거리는 5~10m 이상으로 상당한 장거리이나 이들 사이에는 신호의 신뢰성이 높은 광통신케이블과 같은 통신 신호선(280)이 설치되고, 하나의 단위 모듈(203)내에 존재하는 컨버터(210 또는 220)와 슬레이브 제어기(240)는 1~3m 이내에 인접 배치되므로 전류 전압 전달 신호선(260)과 PWM 제어 신호선(270)은 통신 신호선(280)에 비해 상대적으로 짧게 형성할 수 있다. 따라서, 전력 변환기(201) 전체 신호선의 설치가 매우 간단해질 수 있으며, 각 컨버터(210 또는 220)별로 보호 동작이 용이하므로 전력 변환기(201)의 전체적인 신뢰성을 높일 수 있다. 게다가 하나의 모듈(203)에서 고장이 나더라도 전체 풍력 터빈 시스템(1)을 정지시키지 않고 마스터 제어기(250)의 제어에 의해 고장난 모듈(203)을 비활성화시키고 나머지 모듈(203)만을 사용하여 용량을 낮추어 운전될 수 있도록 하는 것이 가능하다. 그리고, 이후 작업자가 풍력 터빈 시스템(1)에 접근하여 전력 변환기(201)를 수리할 때에도 고장난 모듈(203)만을 교체하면 되므로 유지 보수 또한 편리하다. 이는 해상에 설치된 풍력 터빈 시스템(1)과 같이 작업자가 쉽게 접근할 수 없는 경우 그 유용성이 증대된다. In the power converter 201 according to an embodiment of the present invention, a slave controller 240 is provided for each converter 210 or 220, respectively. The slave controller 240 converts current and voltage values input from each converter 210 into digital signals and controls the operation of each converter 210 or 220 based on the signals. The master controller 250 controls the generator 7b by calculating a voltage current value required for control according to the variable speed control command of the generator 7b input from the system controller 202, and is input from each slave controller 240. According to the information to send a command for various operation control of the converter (210 or 220) to each slave controller (240). Accordingly, a current, voltage transfer signal line 260 and a pulse width modulation (PWM) control signal line 270 may be provided only between each converter 210 and each slave controller 240. A communication signal line 280 may be provided between the master controllers 250 for operation of each converter 210, data exchange such as fault information, and transfer of control commands for deactivating the failed converter 210. The distance between the unit module 203 consisting of the converter 210 or 220 and the slave controller 240 and the master controller 250 is 5 to 10 m or more, which is a considerable long distance or a communication such as an optical communication cable having a high signal reliability therebetween. The signal line 280 is provided, and the converter 210 or 220 and the slave controller 240 existing in one unit module 203 are disposed adjacent to each other within 1 to 3 m, so that the current voltage transmission signal line 260 and the PWM control signal line ( The 270 may be formed to be shorter than the communication signal line 280. Therefore, the installation of the entire signal line of the power converter 201 can be very simple, and since the protection operation is easy for each converter 210 or 220, the overall reliability of the power converter 201 can be improved. Furthermore, even if one module 203 fails, the failed module 203 is deactivated by the control of the master controller 250 without stopping the entire wind turbine system 1 and only the remaining module 203 is used to reduce the capacity. It is possible to lower and operate. Then, even after the worker approaches the wind turbine system 1 and repairs the power converter 201, only the failed module 203 needs to be replaced, so maintenance is also convenient. This increases its usefulness if the operator is not easily accessible, such as a wind turbine system 1 installed at sea.

지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are illustrative and explanatory only and are intended to be illustrative of the invention and are not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It is not. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

1: 풍력 터빈 시스템 2: 타워
3: 나셀 4: 로터
6: 로터 블레이드 7: 구동 발전 기구
201: 전력 변환기 202: 시스템 제어기
203: 단위 모듈 210, 220: 컨버터
230:커패시터 240:슬레이브 제어기
250:마스터 제어기 260:전류, 전압 전달 신호선
270:펄스폭 변조 제어 신호선 280:통신 신호선1: wind turbine system 2: tower
3: nacelle 4: rotor
6: rotor blade 7: drive generation mechanism
201: power converter 202: system controller
203: unit module 210, 220: converter
230: capacitor 240: slave controller
250: master controller 260: current, voltage transmission signal line
270: pulse width modulation control signal line 280: communication signal line

Claims (7)

병렬 연결된 다수의 발전기측 컨버터;
병렬 연결된 다수의 계통측 컨버터;
상기 다수의 발전기측 컨버터와 상기 다수의 계통측 컨버터를 병렬 연결하는 다수의 커패시터;
상기 발전기측 컨버터 및 상기 계통측 컨버터별로 각각 제공되어 대응하는 컨버터의 전류 및 전압 중 하나 이상을 제어하는 다수의 슬레이브 제어기; 및
상기 다수의 슬레이브 제어기를 제어하는 마스터 제어기를 포함하는 전력 변환기. A plurality of generator-side converters connected in parallel;
Multiple grid-side converters connected in parallel;
A plurality of capacitors connecting the plurality of generator-side converters and the plurality of grid-side converters in parallel;
A plurality of slave controllers provided for each of the generator-side converter and the grid-side converter to control one or more of current and voltage of a corresponding converter; And
And a master controller controlling the plurality of slave controllers. 제1 항에 있어서,
상기 발전기측 컨버터 및 상기 계통측 컨버터는 3레벨 중성점 클램핑 방식 컨버터(Neutral Point Converter)인 것을 특징으로 하는 전력 변환기. The method according to claim 1,
And the generator-side converter and the grid-side converter are three-level neutral point converters. 제2 항에 있어서,
상기 발전기측 컨버터 및 상기 계통측 컨버터와, 각각 대응되는 상기 슬레이브 제어기 사이에 전류 및 전압을 전달하는 제1신호선 및 펄스폭 변조 제어 신호를 전달하는 제2신호선이 연결되고, 상기 슬레이브 제어기와 상기 마스터 제어기 사이에 통신 신호선이 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기. The method of claim 2,
A first signal line transferring current and a voltage and a second signal line transferring a pulse width modulation control signal are connected between the generator-side converter and the grid-side converter and the corresponding slave controller, respectively, and the slave controller and the master are connected. And a communication signal line is connected between the controllers. 제3 항에 있어서,
상기 발전기측 컨버터 및 상기 계통측 컨버터 중 어느 하나인 제1 컨버터, 상기 제1 컨버터에 대응되는 제1 슬레이브 제어기, 상기 제1 컨버터와 상기 제1 슬레이브 제어기를 연결하는상기 제1 신호선 및 상기 제2 신호선이 단위모듈로 구비되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기. The method of claim 3,
A first converter, which is one of the generator-side converter and the grid-side converter, a first slave controller corresponding to the first converter, the first signal line and the second signal connecting the first converter and the first slave controller. Power converter characterized in that the signal line is provided as a unit module. 발전기와 상기 발전기로부터 생성되는 전력을 계통 연계에 전달하는 풍력 터빈 시스템에 있어서,
상기 제1 항 내지 제 4항 중 어느 하나의 전력 변환기를 포함하는 풍력 터빈 시스템.In the wind turbine system for transmitting the power generated from the generator and the generator to the grid linkage,
A wind turbine system comprising the power converter of any one of the preceding claims. 제5 항에 있어서,
상기 발전기는 영구자석 동기발전기인 것을 특징으로 하는 풍력 터빈 시스템. 6. The method of claim 5,
The generator is a wind turbine system, characterized in that the permanent magnet synchronous generator. 제6 항에 있어서,
상기 발전기측 컨버터는 상기 발전기에 변압기를 개재하지 않고 직접 연결되는 풍력 터빈 시스템. The method of claim 6,
The generator-side converter is directly connected to the generator without a transformer via a wind turbine system.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101524155B1 (en) * 2013-11-08 2015-05-29 삼성중공업 주식회사 Synchronization apparatus for controlling a generator
KR20150122853A (en) * 2014-04-23 2015-11-03 전자부품연구원 Integrated Operation System for Combined Generation of Wind Power and Wave Power
KR101604907B1 (en) * 2014-05-14 2016-03-18 엘에스산전 주식회사 High voltage direct current and controlling method thereof
WO2016066169A1 (en) * 2014-10-27 2016-05-06 Vestas Wind Systems A/S Wind-turbine converter control for modular string converters
KR20180080037A (en) * 2017-01-03 2018-07-11 엘지전자 주식회사 Parallel generation system and method for controlling the same
KR102242329B1 (en) * 2019-12-20 2021-04-20 한국전자기술연구원 Multi Wind Farm Controller Operation Method and System

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000116149A (en) 1998-10-06 2000-04-21 Meidensha Corp High-frequency power supply

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000116149A (en) 1998-10-06 2000-04-21 Meidensha Corp High-frequency power supply

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101524155B1 (en) * 2013-11-08 2015-05-29 삼성중공업 주식회사 Synchronization apparatus for controlling a generator
KR20150122853A (en) * 2014-04-23 2015-11-03 전자부품연구원 Integrated Operation System for Combined Generation of Wind Power and Wave Power
KR101641642B1 (en) * 2014-04-23 2016-07-22 전자부품연구원 Integrated Operation System for Combined Generation of Wind Power and Wave Power
KR101604907B1 (en) * 2014-05-14 2016-03-18 엘에스산전 주식회사 High voltage direct current and controlling method thereof
WO2016066169A1 (en) * 2014-10-27 2016-05-06 Vestas Wind Systems A/S Wind-turbine converter control for modular string converters
US10250042B2 (en) 2014-10-27 2019-04-02 Vestas Wind Systems A/S Wind-turbine converter control for modular string converters
KR20180080037A (en) * 2017-01-03 2018-07-11 엘지전자 주식회사 Parallel generation system and method for controlling the same
KR102242329B1 (en) * 2019-12-20 2021-04-20 한국전자기술연구원 Multi Wind Farm Controller Operation Method and System
WO2021125664A1 (en) * 2019-12-20 2021-06-24 한국전자기술연구원 Method and system for operating multi-type wind farm controllers

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