KR20180087349A - 윈드 터빈 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

윈드 터빈은 전력 전송 시스템은 서로 병렬로 접속되어 있는, 전력 전송 시스템의 적어도 2개의 세트; 및 전력 전송 시스템의 각각의 세트에 대응적으로 제공된 상부 레벨 제어기(22) 및 제어 서브시스템을 포함하는 제어 시스템(2)을 포함한다. 제어 서브시스템의 각각의 세트는 하부 레벨 제어기(21)를 포함한다. 하부 레벨 제어기(21)는 대응 전력 전송 시스템 내의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 모니터링하고, 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되면 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 상부 레벨 제어기(22)에 송신하기 위해 사용된다. 상부 레벨 제어기(22)는 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛 내에 결함이 발생하는 것으로 판정되면 동작 명령을 발생하고, 동작 명령에 따라 동작하도록 전력 전송 시스템을 제어하기 위해 사용된다. 윈드 터빈은 완전히 이용되고, 윈드 터빈의 발전 능력은 따라서 향상된다. 윈드 터빈용 제어 방법이 또한 개시된다.

Description

윈드 터빈 및 그 제어 방법
본 개시내용의 실시예는 풍력 발전 제어의 기술 분야에 관한 것으로서, 특히 윈드 터빈 발전기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
윈드 터빈은 풍력 에너지를 회전자를 구동하고 최종적으로 교류를 출력하기 위한 기계 에너지로 변환하기 위해 사용되는 발전 장비이다. 전체 윈드 터빈의 정상 동작을 보장하기 위해, 윈드 터빈의 각각의 시스템은 제어되도록 요구된다. 영구 자석 직접 구동형 윈드 터빈에 대해, 윈드 터빈의 토크 제어, 윈드 터빈의 냉각 시스템 제어, 변환기의 냉각 시스템 제어, 가변 피치 제어, 브레이크 제어, 요잉(yawing) 제어 등이 윈드 터빈의 동작 중에 관련된다.
현재 윈드 터빈의 전체 구조에 있어서, 구동 모터는 다권선 구조체(multi-winding structure)를 갖고, 복수의 변환기가 또한 포함될 수 있고, 각각의 변환기는 백투백 버스(back to back bus)의 비교적 독립적인 구조체를 채택하고 있지만, 함께 직렬로 구동 모터, 기계측 스위치, 변환기, 네트워크측 스위치로 구성된 발전 회로의 결과로서, 주 제어 시스템은 단일의 주 라인 제어를 수행하고, 따라서 전체 윈드 터빈의 기능 유닛이 고장인 경우에, 주 제어 시스템은 단지 기능 유닛에 대해 동일한 제어만을 수행하고, 단지 구동 모터 내의 다권선만이 동시에 정지될 수 있거나 또는 비교적 독립적으로 배열된 다수의 변환기의 제어 파라미터가 동시에 변화될 수도 있다. 그 결과, 기능 유닛 중 하나가 고장인 경우에, 전체 발전 회로가 영향을 받고, 이에 의해 윈드 터빈 발전기를 최대한 사용하는데 실패하고 윈드 터빈 발전기의 에너지 생산을 감소시킨다.
본 개시내용의 실시예는 윈드 터빈 발전기 내의 기능 유닛의 통합 직렬 접속 및 현재 기술에서 단일의 주 라인 제어를 수행하는 주 제어 시스템에 기인하여 기능 유닛이 고장인 경우에, 전체 전력 전송 시스템이 영향을 받아, 이에 의해 윈드 터빈 발전기를 최대한 사용하는데 실패하고 윈드 터빈 발전기의 에너지 생산을 감소시키는 기술적 문제점을 해결하는, 윈드 터빈 발전기 및 그 제어 방법을 제공한다.
제1 양태에서, 윈드 터빈 발전기가 본 개시내용의 실시예에서 제공되고,
서로 병렬로 접속된 적어도 2개의 전력 전송 시스템;
제어 시스템으로서, 제어 시스템은 전력 전송 시스템에 대응적으로 제공된 상부 제어기 및 제어 서브시스템을 포함하고, 각각의 제어 서브시스템은 하부 제어기를 포함하는, 제어 시스템을 포함하고;
하부 제어기는 대응 전력 전송 시스템의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 모니터링하고, 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되는 조건 하에서, 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 상부 제어기에 송신하기 위해 사용되고;
상부 제어기는 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정되는 조건 하에서 동작 명령을 발생하고 동작 명령에 따라 작업하도록 전력 전송 시스템을 제어하기 위해 사용된다.
제2 양태에서, 윈드 터빈 발전기의 제어 방법이 본 개시내용의 실시예에서 제공되고, 윈드 터빈 발전기는 서로 병렬로 접속된 적어도 2개의 전력 전송 시스템; 및 제어 시스템을 포함하고, 제어 시스템은 전력 전송 시스템에 대응적으로 제공된 상부 제어기 및 제어 서브시스템을 포함하고 각각의 제어 서브시스템은 하부 제어기를 포함하고,
제어 방법은:
하부 제어기가 대응 전력 전송 시스템의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 모니터링하고, 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되는 조건 하에서, 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 상부 제어기에 송신하는 단계;
상부 제어기가 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정되는 조건 하에서 동작 명령을 발생하고 동작 명령에 따라 작업하도록 전력 전송 시스템을 제어하는 단계를 포함한다.
본 개시내용의 실시예는 윈드 터빈 발전기 및 그 제어 방법을 제공한다. 윈드 터빈 발전기는 서로 병렬로 접속된 적어도 2개의 전력 전송 시스템; 제어 시스템으로서, 제어 시스템은 전력 전송 시스템에 대응적으로 제공된 상부 제어기 및 제어 서브시스템을 포함하고, 각각의 제어 서브시스템은 하부 제어기를 포함하는, 제어 시스템을 포함하고; 하부 제어기는 대응 전력 전송 시스템의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 모니터링하고, 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되는 조건 하에서, 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 상부 제어기에 송신하기 위해 사용되고; 상부 제어기는 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정되는 조건 하에서 동작 명령을 발생하고 동작 명령에 따라 작업하도록 전력 전송 시스템을 제어하기 위해 사용된다. 모든 전력 전송 시스템은 서로 병렬로 접속되어 있고, 전력 전송 시스템의 동일한 기능 유닛은 서로 독립적이기 때문에, 기능 유닛이 고장인 경우에, 단지 기능 유닛이 위치되어 있는 전력 전송 시스템만이 영향을 받고, 다른 전력 전송 시스템의 정상 동작은 영향을 받지 않는다. 하부 제어기는 대응 기능 유닛을 독립적으로 모니터링할 수도 있고, 상부 제어기가 대응 기능 유닛이 고장인 것을 판정한 후에, 상부 제어기는 동작 명령에 따라 작업하도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어하도록 동작 명령을 발생하고 무결함 전력 전송 시스템의 정상 동작은 영향을 받지 않는다. 따라서, 윈드 터빈 발전기가 최대한 사용되어, 이에 의해 윈드 터빈 발전기의 에너지 생산을 증가한다.
본 개시내용의 실시예 또는 종래 기술의 실시예의 기술적인 해결책을 더 명백하게 예시하기 위해, 실시예 또는 종래 기술의 설명에 사용될 첨부 도면이 이하에 간략하게 설명된다. 명백하게, 이하의 설명에서 첨부 도면은 단지 본 개시내용의 몇몇 실시예일 뿐이고, 다른 첨부 도면이 어떠한 창조적인 노력 없이 본 명세서에 제공된 첨부 도면에 따라 통상의 기술자에 의해 얻어질 수도 있다.
도 1은 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 개략 구조도이다.
도 2는 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 제어 시스템의 개략 구조도이다.
도 3은 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 상부 제어기의 개략 구조도이다.
도 4는 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 상부 제어기의 개략 구조도이다.
도 5는 무결함 전력 전송 시스템의 발전기 권선의 전류가 어떻게 시간 경과에 따라 변화하는지를 도시하고 있는 개략도이다.
도 6은 전력 전송 시스템의 발전기 권선의 자극(magnetic pole)의 힘을 도시하고 있는 개략도이다.
도 7은 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 제어 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 제어 방법의 다른 흐름도이다.
도 9는 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 제어 방법의 다른 흐름도이다.
도 10은 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 제어 방법의 다른 흐름도이다.
도 11은 2개의 전력 전송 시스템에 의해 전력을 발생하는 것 및 전력 전송 시스템을 제거한 상태에서 전력을 발생하는 것의 개략 모드 도면이다.
도면 부호:
1: 발전 서브시스템
11a: 제1 발전기 권선
11b: 제1 발전기 권선 라디에이터
11c: 제1 기계측 스위치
11d: 제1 변환기
11e: 제1 변환기의 라디에이터
12a: 제2 발전기 권선
12b: 제2 발전기 권선 라디에이터
12c: 제2 기계측 스위치
12d: 제2 변환기
12e: 제2 변환기의 라디에이터
2: 제어 시스템
21: 하부 제어기
211: 변환기의 중앙 제어 모듈
211a1: 제1 변환기의 정류기 제어 서브모듈
211a2: 제1 변환기의 인버터 제어 서브모듈
211b1: 제2 변환기의 정류기 제어 서브모듈
211b2: 제2 변환기의 인버터 제어 서브모듈
212: 스위치 제어 모듈
213: 발전기 권선의 라디에이터 제어 모듈
214: 변환기의 라디에이터 제어 모듈
22: 상부 제어기
221: 결함 유형 판정 유닛
222: 동작 모드 결정 유닛
223: 동작 명령 발생 유닛
223a: 제1 동작 명령 발생 모듈
223b: 제2 동작 명령 발생 모듈
223c: 제3 동작 명령 발생 모듈
224: 결함이 있는 전력 전송 시스템의 제거 제어 유닛
225: 전개된 제어 파라미터 계산 유닛
226: 무결함 전력 전송 시스템의 제어 유닛
3: 전력 전송 서브시스템
31a: 제1 네트워크측 스위치
31b: 제1 변압기 권선
32a: 제2 네트워크측 스위치
32b: 제2 변압기 권선
501: U 상 위의 제3 분기 회로 전류 곡선(Coil#1u3)
502: U 상 위의 제7 분기 회로 전류 곡선(Coil#1u7)
503: V 상 위의 제3 분기 회로 전류 곡선(Coil#1v3)
504: U 상 위의 제7 분기 회로 전류 곡선(Coil#1v7)
505: W 상 위의 제1 분기 회로 전류 곡선(Coil#1w1)
506: W 상 위의 제9 분기 회로 전류 곡선(Coil#1w9)
507: W 상 위의 전류 순환 곡선
508: V 상 위의 전류 순환 곡선
509: U 상 위의 전류 순환 곡선
본 개시내용의 실시예의 목적, 기술적 해결책 및 장점을 더 명백하게 하기 위해, 이하에서, 본 개시내용이 도면과 함께 명백하고 완전하게 설명될 것이다. 명백하게, 설명된 실시예는 단지 본 개시내용의 모든 실시예보다는 단지 일부이다. 임의의 창작 작업 없이 본 개시내용의 이들 실시예에 기초하여 통상의 기술자에 의해 얻어진 모든 다른 실시예는 본 개시내용의 보호 범주 내에 있다.
본 개시내용에 사용된 용어 "및/또는"은 단지 서술하는 연관 대상의 발생 관계이고, 3개의 종류의 관계가 존재하는 것을 지시하는데, A 및/또는 B는 3개의 조건: A가 개별적으로 존재하는 것, A 및 B의 모두가 존재하는 것, 및 B가 개별적으로 존재하는 것을 지시할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 게다가, 본 개시내용에서 기호 "/"는 일반적으로 연관 대상이 "또는" 관계인 것을 지시한다.
문맥에 따라, 여기에 사용된 단어 "만일"은 "~인 경우에" 또는 "~일 때" 또는 "~인 결정에 응답하여" 또는 "~인 검출에 응답하여"로서 설명될 수도 있다. 유사하게, 문맥에 따라, 구문 "~라고 판정되면" 또는 "~라고 검출되면(진술의 조건 또는 이벤트)"은 "~인 것이 결정될 때" 또는 "~인 것이 검출될 때(진술의 조건 또는 이벤트)" 또는 "~인 것의 검출에 응답하여(진술의 조건 또는 이벤트)"로서 설명될 수도 있다.
도 1은 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 제1 실시예의 개략 구조도이고, 실시예에 제공된 윈드 터빈 발전기는 적어도 2개의 전력 전송 시스템 및 제어 시스템을 포함한다. 적어도 2개의 전력 전송 시스템은 서로 병렬로 접속되고, 각각의 전력 전송 시스템은 동일한 기능 유닛을 갖는다. 각각의 전력 전송 시스템은 독립적으로 전력을 발생할 수도 있고, 또는 병렬로 전력을 발생할 수도 있다. 제어 시스템은 전력 전송 시스템에 대응적으로 제공된 상부 제어기 및 제어 서브시스템을 포함하고, 각각의 제어 서브시스템은 하부 제어기를 포함한다.
실시예에서, 단지 2개의 전력 전송 시스템의 상황이 도 1에 도시되어 있고, 에너지 생산을 위한 요구에 따라, 3개의 전력 전송 시스템, 4개의 전력 전송 시스템 등이 또한 채택될 수도 있는데, 이들은 실시예에서 한정되는 것은 아니다. 윈드 터빈 발전기는 영구 자석 직접 구동형 발전기 시스템 또는 이중 여자(doubly-fed) 윈드 터빈 발전기 또는 다른 유형일 수 있는데, 이들은 실시예에서 한정되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 윈드 터빈 발전기는 적어도 2개의 전력 전송 시스템을 포함하고, 여기서 모든 전력 전송 시스템은 서로 병렬로 접속되고, 각각의 전력 전송 시스템은 동일한 기능 유닛을 갖고, 전력 전송 시스템에서 동일한 유형의 기능 유닛은 서로 독립적이다. 따라서, 윈드 터빈 발전기 내에 용장성(redundant) 전력 전송 시스템이 존재한다.
몇몇 실시예에서, 전력 전송 시스템의 모든 세트는 각각 발전 서브시스템 및 전력 전송 서브시스템을 포함한다.
발전 시스템의 기능 유닛은 발전기 및 발전기 권선 라디에이터를 포함하고, 전력 전송 서브시스템의 기능 유닛은 기계측 스위치, 변환기, 변환기의 라디에이터, 네트워크측 스위치 및 변압기 권선을 포함한다. 발전기 권선, 기계측 스위치, 변환기, 네트워크측 스위치 및 변압기 권선이 이어서 직렬로 접속되는 경우에, 발전기 권선 라디에이터는 발전기 권선을 냉각하기 위해 사용되고, 변환기의 라디에이터는 변환기를 냉각하기 위해 사용된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 발전 서브시스템은 제1 발전기 권선(11a), 및 제1 발전기 권선 라디에이터(11b)를 포함한다. 제1 전력 전송 서브시스템은 제1 기계측 스위치(11c), 제1 변환기(11d), 제1 변환기의 라디에이터(11e), 제1 네트워크측 스위치(31a) 및 제1 변압기 권선(31b)을 포함한다.
제2 발전 서브시스템은 제2 발전기 권선(12a), 및 제2 발전기 권선 라디에이터(12b)를 포함한다. 제2 전력 전송 서브시스템은 제2 기계측 스위치(12c), 제2 변환기(12d), 제2 변환기의 라디에이터(12e), 제2 네트워크측 스위치(32a) 및 제2 변압기 권선(32b)을 포함한다.
도 1에서, 제어 시스템과 각각의 기능 유닛 사이에 접속된 회로는 제어 회로이고, 각각의 기능 유닛 사이에 접속된 회로는 전력 전송 회로이다.
몇몇 실시예에서, 적어도 2개의 발전 서브시스템의 발전기 권선은 이중 권선 또는 다중 권선이고, 이중 권선은 이중 Y 권선으로서 설정될 수도 있다. 각각의 전력 전송 서브시스템의 변환기는 백투백 버스의 비교적 독립적인 구조체일 수도 있다. 각각의 전력 전송 서브시스템 내의 발전기 권선 라디에이터 및 변환기의 라디에이터의 모두는 듀플렉스 펌프 구조체일 수도 있다. 기계측 스위치 및 네트워크측 스위치의 유형은 본 명세서에서 한정되는 것은 아니다.
전력 전송 서브시스템 내의 각각의 기능 유닛에 대해서, 대응 하부 제어기가 제공되고, 여기서 하부 제어기의 일 단부는 대응 기능 유닛에 접속되고, 하부 제어기의 다른 단부는 상부 제어기에 접속된다.
몇몇 실시예에서, 하부 제어기는 대응 전력 전송 시스템의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 모니터링하고, 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되는 조건 하에서, 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 상부 제어기에 송신하기 위해 사용된다.
상부 제어기는 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정되는 조건 하에서 동작 명령을 발생하고, 동작 명령에 따라 작업하도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어하기 위해 사용된다.
실시예를 더 양호하게 이해하기 위해, 구성요소의 구조 및 위치 관계를 통해 결정된 윈드 터빈 발전기의 제어 방법은 도 7을 참조할 수도 있다. 실용적인 용례에서, 각각의 하부 제어기에 의해 대응적으로 모니터링된 전력 전송 시스템 내의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터는 기능 유닛에 따라 다양할 수도 있다. 변환기에 있어서, 변환기 내의 정류기 모듈, 인버터 모듈 및 필터 모듈의 동작 온도 및 변환기의 심박동 신호가 모니터링될 수도 있다. 발전기 권선에 있어서, 모니터링된 동작 상태 파라미터는 3상 전류가 균형화되는지 여부, 발전기 권선의 온도 등일 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 각각의 하부 제어기가 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합되는지 여부를 판정하는 방법은: 각각의 기능 유닛의 이상 동작 상태 파라미터의 수치 범위를 미리 저장하는 단계; 모니터링된 동작 상태 파라미터의 값을 각각의 기능 유닛의 이상 동작 상태 파라미터의 수치 범위에 비교하는 단계; 모니터링된 동작 상태 파라미터의 값이 이상 동작 상태 파라미터의 수치 범위 내에 있는 경우에, 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정하는 단계를 포함할 수도 있다. 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는지 여부를 판정하는 방법은 다른 방법일 수도 있고, 이들은 실시예에서 한정되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 상부 제어기가 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는지 여부를 판정하는 방법은 본 명세서에서 한정되는 것은 아니다. 각각의 기능 유닛의 이상 조건은 미리 저장될 수도 있고, 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터가 이상 조건에 부합하는지 여부가 판정되고, 판정이 긍정적이면, 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정된다. 다른 방법이 또한 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는지 여부를 판정하기 위해 채택될 수도 있는데, 이들은 실시예에서 한정되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정되는 조건 하에서 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정한 후에, 동작 명령은 자동으로 발생될 수도 있고, 또는 인에이블 신호(enable signal)를 수신한 후에, 동작 명령이 또한 발생될 수도 있어, 동작 명령에 따라 작업하도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어한다. 동작 명령은 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제거하는 명령, 또는 결함이 있는 전력 전송 시스템을 정상으로 복원하기 위해 결함이 있는 전력 전송 시스템 내에서 동작 파라미터를 조정하는 명령과 같은, 결함이 있는 전력 전송 시스템의 동작 상태를 조정하는 명령, 또는 무결함 전력 전송 시스템의 동작 상태를 제어하는 명령일 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 상부 제어기가 동작 명령에 따라 작업하도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어하는 경우에, 결함이 있는 전력 전송 시스템 및 무결함 전력 전송 시스템은 서로 병렬로 접속되고, 무결함 전력 전송 시스템은 정상으로 동작하고 전력을 계속 발생하고 전송할 수도 있다.
본 실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기는 적어도 2개의 전력 전송 시스템으로서, 전력 전송 시스템은 서로 병렬로 접속되어 있는, 적어도 2개의 전력 전송 시스템; 제어 시스템으로서, 제어 시스템은 모든 전력 전송 시스템에 대응적으로 제공된 상부 제어기 및 제어 서브시스템을 포함하고, 각각의 제어 서브시스템은 하부 제어기를 포함하는, 제어 시스템을 포함하고; 하부 제어기는 대응 전력 전송 시스템의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 모니터링하고, 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되는 조건 하에서, 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 상부 제어기에 송신하기 위해 사용되고; 상부 제어기는 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정되는 조건 하에서 동작 명령을 발생하고 동작 명령에 따라 작업하도록 전력 전송 시스템을 제어하기 위해 사용된다. 모든 전력 전송 시스템이 서로 병렬로 접속되어 있기 때문에, 전력 전송 시스템의 동일한 기능 유닛은 서로 독립적이고, 2개의 전력 전송 시스템은 동시에 동작할 수도 있고, 따라서 기능 유닛이 고장인 경우에, 단지 기능 유닛이 위치되어 있는 전력 전송 시스템만이 영향을 받고, 다른 전력 전송 시스템의 정상 동작은 영향을 받지 않고, 하부 제어기는 대응 기능 유닛을 독립적으로 모니터링할 수도 있다. 상부 제어기가 대응 기능 유닛이 고장인 것을 판정한 후에, 동작 명령에 따라 작업하도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어하도록 동작 명령이 발생되고 무결함 발전 회로의 정상 동작은 영향을 받지 않고, 따라서 윈드 터빈 발전기는 최대한 사용되어, 이에 의해 윈드 터빈 발전기의 에너지 생산을 증가시킨다.
도 2는 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 제어 시스템의 개략 구조도이다. 변환기의 하부 제어기를 제외하고는, 다른 하부 제어기 및 상부 제어기의 하나의 세트만이 도 2에 도시되어 있다. 변환기에 대응하는 2개의 하부 제어기가 존재한다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기는 또한 본 개시내용의 윈드 터빈 발전기의 제1 실시예에 기초하여 제어 시스템의 하부 제어기 및 상부 제어기를 규정하고, 본 실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기는 이하의 특징을 포함한다.
제어 시스템의 각각의 제어 서브시스템의 하부 제어기는 변환기의 중앙 제어 모듈(211), 스위치 제어 모듈(212), 발전기 권선의 라디에이터 제어 모듈(213) 및 변환기의 라디에이터 제어 모듈(214)을 포함한다.
변환기의 중앙 제어 모듈(211)은 전체 변환기를 제어하고 관리하기 위해 사용된다.
몇몇 실시예에서, 변환기의 중앙 제어 모듈(211)은 정류기 제어 서브모듈 및 인버터 제어 서브모듈을 포함한다.
정류기 제어 서브모듈은 전력 전송 시스템 내의 변환기의 정류기 모듈의 작업 상태를 제어하고 정류기 모듈의 동작 상태 파라미터를 모니터링하기 위해 사용된다. 인버터 제어 서브모듈은 전력 전송 시스템 내의 변환기의 인버터 모듈의 작업 상태를 제어하고 인버터 모듈의 동작 상태 파라미터를 모니터링하기 위해 사용된다.
도 2에 도시된 변환기의 중앙 제어 모듈(211)은 제1 변환기의 정류기 제어 서브모듈(211a1), 제1 변환기의 인버터 제어 서브모듈(211a2), 제2 변환기의 정류기 제어 서브모듈(211b1) 및 제2 변환기의 인버터 제어 서브모듈(211b2)을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 정류기 제어 서브모듈은 전력 전송 시스템 내의 변환기의 정류기 모듈의 동작 상태 파라미터를 모니터링하고, 동작 상태 파라미터에 따라 정류기 모듈이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되는 조건 하에서, 정류기 모듈의 동작 상태 파라미터를 변환기의 중앙 제어 모듈에, 변환기의 중앙 제어 모듈을 통해 또한 상부 제어기에 송신한다. 상부 제어기는 정류기 모듈의 동작 상태 파라미터에 따라 정류기 모듈의 결함이 발생하는 것으로 판정되는 조건 하에서 동작 명령을 발생하고, 변환기의 중앙 제어 모듈 및 정류기 제어 서브모듈을 통해 전력 전송 시스템 내의 변환기의 정류기 모듈의 작업 상태를 제어한다.
유사하게, 인버터 제어 서브모듈은 전력 전송 시스템 내의 변환기의 인버터 모듈의 동작 상태 파라미터를 모니터링하고, 동작 상태 파라미터에 따라 인버터 모듈이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되는 조건 하에서, 인버터 모듈의 동작 상태 파라미터를 변환기의 중앙 제어 모듈에, 변환기의 중앙 제어 모듈을 통해 또한 상부 제어기에 송신한다. 상부 제어기는 인버터 모듈의 동작 상태 파라미터에 따라 인버터 모듈의 결함이 발생하는 것으로 판정되는 조건 하에서 동작 명령을 발생하고, 변환기의 중앙 제어 모듈 및 인버터 제어 서브모듈을 통해 전력 전송 시스템 내의 변환기의 인버터 모듈의 작업 상태를 제어한다.
몇몇 실시예에서, 스위치 제어 모듈(212)은 기계측 스위치 및 네트워크측 스위치의 작업 상태를 제어하기 위해 사용된다.
바람직하게는, 변환기의 중앙 제어 모듈(211)이 변환기에 제공되고, 정류기 제어 서브모듈 및 인버터 제어 서브모듈이 또한 변환기 내에 제공되는 것이 이해될 수도 있다.
바람직하게는, 스위치 제어 모듈(212), 발전기 권선의 라디에이터 제어 모듈(213) 및 변환기의 라디에이터 제어 모듈(214)은 주 제어 캐비넷 내에 제공된다.
변환기의 중앙 제어 모듈은 변환기 및 발전기 권선의 모두를 제어한다는 것이 주목되어야 한다.
실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기의 하부 제어기는 변환기의 중앙 제어 모듈, 스위치 제어 모듈, 발전기 권선의 라디에이터 제어 모듈 및 변환기의 라디에이터 제어 모듈을 포함한다. 여기서, 변환기의 중앙 제어 모듈은 정류기 제어 서브모듈 및 인버터 제어 서브모듈을 포함한다. 정류기 제어 서브모듈은 전력 전송 시스템 내의 변환기의 정류기 모듈의 작업 상태를 제어하고 정류기 모듈의 동작 상태 파라미터를 모니터링하기 위해 사용된다. 인버터 제어 서브모듈은 전력 전송 시스템 내의 변환기의 인버터 모듈의 작업 상태를 제어하고 인버터 모듈의 동작 상태 파라미터를 모니터링하기 위해 사용된다. 스위치 제어 모듈은 기계측 스위치 및 네트워크측 스위치의 작업 상태를 제어하기 위해 사용된다.
바람직하게는, 상부 제어기, 스위치 제어 모듈, 발전기 권선의 라디에이터 제어 모듈 및 변환기의 라디에이터 제어 모듈은 주 제어 캐비넷에 제공되고; 변환기의 중앙 제어 모듈은 변환기에 제공되는데, 이는 발전 회로 내에 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 모니터링하고 제어기를 관리하는데 더 편리하다.
도 3은 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 상부 제어기의 개략 구조도이다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기는 또한 본 개시내용의 윈드 터빈 발전기의 제2 실시예에 기초하여 상부 제어기를 규정하고, 본 실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기는 이하의 특징을 더 포함한다.
본 실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기의 상부 제어기는 특히 결함 유형 판정 유닛(221), 동작 모드 결정 유닛(222) 및 동작 명령 발생 유닛(223)을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 결함 유형 판정 유닛(221)은 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는지 여부를 판정하기 위해 사용되고, 결함이 발생하면, 결함의 유형이 판정된다.
특히, 실시예에서, 결함 유형 판정 유닛(221)은 전력 전송 시스템의 결함을 미리 분류하고 결함 유형을 미리 저장할 수도 있다. 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정한 후에, 대응 기능 유닛의 결함 유형이 미리 저장된 결함 유형에 따라 판정된다.
몇몇 실시예에서, 동작 모드는 이하의 모드 중 임의의 하나를 포함한다:
온라인 자동 제거 모드, 오프라인 자동 제거 모드 및 수동 제거 모드.
온라인 자동 제거 모드는 결함이 있는 전력 전송 시스템이 다운되지 않고 자동으로 제거되도록 제어되는 모드이다. 오프라인 자동 제거 모드는 결함이 있는 전력 전송 시스템이 다운되고 재시동된 후에 자동으로 제거될 수 있는 모드이다. 수동 제거 모드는 기술자가 제거 인에이블 신호를 수동으로 송출하고, 결함이 있는 전력 전송 시스템이 제어 시스템에 의해 제거되도록 제어되는 모드이다.
몇몇 실시예에서, 결함 유형 판정 유닛(221)은 동작 모드에 따라 결함 유형을 분류할 수도 있다. 온라인 자동 제거 모드가 채택될 수도 있는 결함 유형은 제1 유형의 결함으로서 분류되고, 오프라인 자동 제거 모드가 채택될 수도 있는 결함 유형은 제2 유형의 결함으로서 분류되고, 수동 제거 모드가 채택될 수도 있는 결함 유형은 제3 유형의 결함으로서 분류된다.
몇몇 실시예에서, 결함 유형 판정 유닛(221)에 접속된 동작 모드 결정 유닛(222)은 미리 저장된 결함 유형과 동작 모드 사이의 대응 관계에 따라 결함이 있는 전력 전송 시스템의 동작 모드를 결정하기 위해 사용된다.
몇몇 실시예에서, 동작 모드 결정 유닛(222)은 결함 유형과 동작 모드 사이의 대응 관계를 미리 저장한다. 즉, 제1 유형의 결함은 온라인 자동 제거 모드에 대응하고, 제2 유형의 결함은 오프라인 자동 제거 모드에 대응하고, 제3 유형의 결함은 수동 제거 모드에 대응한다. 대응 기능 유닛이 속하는 결함 유형에 따라, 미리 저장된 결함 유형과 동작 모드 사이의 대응 관계가 대응 기능 유닛이 속하는 결함 유형에 대응하는 제거 모드를 결정하기 위해 검색된다.
몇몇 실시예에서, 동작 모드 결정 유닛(222)에 접속된 동작 명령 발생 유닛(223)은 동작 모드에 따라 동작 명령을 발생하기 위해 사용된다.
몇몇 실시예에서, 동작 명령 발생 유닛(223)은 제1 동작 명령 발생 모듈(223a), 제2 동작 명령 발생 모듈(223b) 및 제3 동작 명령 발생 모듈(223c)을 포함한다.
동작 모드가 온라인 자동 제거 모드인 경우에, 제1 동작 명령 발생 모듈(223a)은 윈드 터빈 발전기의 동작이 정지되지 않은 상태에서 제거 명령을 자동으로 발생하기 위해 사용된다.
동작 모드가 오프라인 자동 제거 모드인 경우에, 제2 동작 명령 발생 모듈(223b)은 동작을 정지하기 위해 윈드 터빈 발전기를 제어하고 윈드 터빈 발전기가 재시동되어 있는지 여부를 판정하기 위해 사용되고, 윈드 터빈 발전기가 재시동되어 있는 경우에, 제2 동작 명령 발생 모듈(223b)은 제거 명령을 자동으로 발생한다.
동작 모드가 수동 제거 모드인 경우에, 제3 동작 명령 발생 모듈(223c)은 제거 인에이블 신호가 수신되었는지 여부를 판정하기 위해 사용되고, 제거 인에이블 신호가 수신된 경우에, 제3 동작 명령 발생 모듈(223c)은 제거 인에이블 신호에 따라 제거 명령을 발생한다.
구체적으로, 실시예에서, 동작 모드가 수동 제거 모드인 경우에, 제3 동작 명령 발생 모드(223c)는 중앙 제어 디바이스에 프롬프트 정보를 송신하여, 기술자가 결함을 재확인한 후에, 다른 무결함 전력 전송 시스템이 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제거하는 것을 통해 전력을 계속 발전할 수도 있고, 기술자가 중앙 제어 디바이스를 통해 상부 제어기에 제거 인에이블 신호를 송신하고, 제3 동작 명령 발생 모듈(223c)이 제거 인에이블 신호에 따라 제거 명령을 발생하게 된다.
몇몇 실시예에서, 상부 제어기는 결함이 있는 전력 전송 시스템의 제거 제어 유닛(224)을 더 포함한다.
동작 명령 발생 유닛(223)에 접속된 결함이 있는 전력 전송 시스템의 제거 제어 유닛(224)은 제거 명령에 따라 작업을 정지하기 위해 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어하기 위해 사용되고 윈드 터빈 발전기로부터 제거될 수도 있다.
따라서, 실시예에서, 제1 동작 명령 발생 모듈(223a), 제2 동작 명령 발생 모듈(223b) 및 제3 동작 명령 발생 모듈(223c)에 의해 제거 명령을 발생한 후에, 결함이 있는 전력 전송 시스템의 제거 제어 유닛(224)은 제거 명령에 따라 작업을 정지하도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어한다.
실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기는 하부 제어기를 통해 대응 전력 전송 시스템 내의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 모니터링하고, 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되는 조건 하에서, 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터는 상부 제어기에 송신되고, 상부 제어기의 결함 유형 판정 유닛은 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는지 여부를 판정하고 결함이 발생하면 결함 유형을 판정한다. 동작 모드 결정 유닛은 결함 유형 및 미리 저장된 결함 유형과 동작 모드 사이의 대응 관계에 따라 전력 전송 시스템의 동작 모드를 결정하고, 동작 명령 발생 유닛은 동작 모드에 따라 동작 명령을 발생한다.
동작 모드는 온라인 자동 제거 모드, 오프라인 자동 제거 모드 또는 수동 제거 모드이다. 동작 명령은 제거 명령이고, 결함이 있는 전력 전송 시스템의 제거 제어 유닛은 제거 명령에 따라 작업을 정지하도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어하여, 결함이 있는 전력 전송 시스템이 윈드 터빈 발전기로부터 제거되게 된다. 윈드 터빈 발전기가 최대한 사용될 뿐만 아니라, 또한 윈드 터빈 발전기의 에너지 생산이 증가된다. 다양한 결함 유형에 대해서, 결함이 복원되지 않을 수도 있으면, 결함이 있는 전력 전송 시스템은 직접 제거될 수 있다.
도 4는 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 상부 제어기의 개략 구조도이다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 본 실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기는 또한 본 개시내용의 윈드 터빈 발전기의 제3 실시예에 기초하여 상부 제어기를 규정한다.
몇몇 실시예에서, 상부 제어기는 전개된 제어 파라미터 계산 유닛(225) 및 무결함 전력 전송 시스템의 제어 유닛(226)을 더 포함한다.
전개된 제어 파라미터 계산 유닛(225)은 무결함 전력 전송 시스템 내의 전개된 제어 파라미터를 계산하기 위해 사용된다.
몇몇 실시예에서, 전개된 제어 파라미터는 무결함 전력 전송 시스템 내의 발전기의 토크 설정값, 주어진 반응값, 인덕턴스값, 저항값 및 자기 체인 데이터를 포함한다.
전개된 제어 파라미터는 순환 전류 등을 억제하는 전개된 제어 파라미터를 더 포함할 수도 있다.
무결함 전력 전송 시스템 내의 발전기의 인덕턴스값, 저항값 및 자기 체인 데이터는 무결함 전력 전송 시스템 내의 발전기 권선의 파라미터이다.
몇몇 실시예에서, 무결함 전력 전송 시스템 내의 발전기 권선의 파라미터는 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제거한 후에, 또는 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제거한 후에 시뮬레이션 및 테스트를 통해 결정되고, 변환기의 중앙 제어 모듈은 무결함 전력 전송 시스템 내의 변환기의 전류 및 전압의 변화를 획득하여 이들을 상부 제어기에 송신하여, 상부 제어기가 전류 및 전압의 변화에 따라 무결함 전력 전송 시스템 내의 권선의 파라미터를 계산하게 된다.
전개된 제어 파라미터 계산 유닛(225)에 접속된 무결함 전력 전송 시스템의 제어 유닛(226)은 전개된 제어 파라미터에 따라 무결함 전력 전송 시스템의 동작 상태를 제어하기 위해 사용된다.
몇몇 실시예에서, 전개된 제어 파라미터 계산 유닛(225)은 전개된 제어 파라미터 내의 발전기의 토크 설정값, 주어진 반응값, 인덕턴스값, 저항값 및 자기 체인 데이터에 따라 무결함 전력 전송 시스템 내의 발전기의 동작 상태를 제어하여, 발전기가 에너지 생산을 증가시키고 요구에 부합하는 것을 가능하게 한다. 그리고, 전개된 제어 파라미터 계산 유닛(225)은 순환 전류를 억제하는 전개된 제어 파라미터에 따라 발전기 권선 내의 순환 전류를 제어할 수도 있다.
실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기에서, 하부 제어기는 대응 전력 전송 시스템 내의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 모니터링하고, 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되는 조건 하에서, 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 상부 제어기에 송신하여, 상부 제어기가 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는지 여부를 판정하게 되고, 결함이 발생하면 상부 제어기는 결함 유형을 판정하고, 결함 유형 및 미리 저장된 결함 유형과 동작 모드 사이의 대응 관계에 따라 전력 전송 시스템의 동작 모드를 결정하고, 동작 모드에 따라 동작 명령을 발생한다. 동작 모드는 온라인 자동 제거 모드, 오프라인 자동 제거 모드 또는 수동 제거 모드이다. 동작 명령은 제거 명령이고, 이 제거 명령은 제거 명령에 따라 작업을 정지하도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어하여, 결함이 있는 전력 전송 시스템이 윈드 터빈 발전기로부터 제거되는 것을 가능하게 한다. 상부 제어기의 전개된 제어 파라미터 계산 유닛은 무결함 전력 전송 시스템의 전개된 제어 파라미터를 계산하고, 무결함 전력 전송 시스템의 제어 유닛은 전개된 제어 파라미터에 따라 무결함 전력 전송 시스템의 동작 상태를 제어하기 위해 사용되어, 이에 의해 윈드 터빈 발전기를 최대한 사용할 뿐만 아니라, 또한 윈드 터빈 발전기의 에너지 생산을 증가시킨다. 그리고, 결함이 있는 전력 전송 시스템이 제거된 후에, 무결함 전력 전송 시스템은 또한 발전의 요구에 부합한다.
실시예에 제공된 윈드 터빈 발전기 내의 발전기는 이중 권선 또는 다중 권선 구조를 채택하기 때문에, 전력 전송 시스템이 제거되지 않는 경우에, 발전기 권선의 각각의 세트의 U/V/W의 3상은 공간 내에서 균일하고 대칭이고, 병렬로 배열된 동일한 상의 상이한 분기 사이에 순환 전류가 존재하지 않는다. 결함이 있는 전력 전송 시스템이 제거된 후에, 나머지 발전기 권선의 U/V/W의 3상은 공간 내에서 균일하고 대칭이지 않기 때문에, 병렬로 배열된 동일한 상의 상이한 분기 사이에 순환 전류가 존재하고, 이는 발전기 권선 상에 국부 과열을 유발할 수도 있고 자극 상에 대응 주파수의 반경방향력 및 접선력을 발생할 수도 있고, 유도 기전력의 베이스파와 작용하고 맥동 토크(ripple torque)를 발생할 수도 있다. 자극 상의 반경방향력 및 접선력의 증가 및 새롭게 발생된 맥동 토크는 발전기의 큰 진동을 유발하고 발전기의 수명에 영향을 미칠 수도 있다. 그리고, 발전기의 진동은 대응 주파수의 노이즈 톤을 발생할 수도 있다.
직접 구동형 영구 자석 발전기를 예로서 취하여, 직접 구동형 영구 자석 발전기가 2개의 전력 전송 시스템을 갖는 경우에, 결함이 있는 전력 전송 시스템이 제거된 후에, 시간 경과에 따른 무결함 전력 전송 시스템의 권선의 전류 변화 및 자극의 힘이 수집된다.
도 5는 무결함 전력 전송 시스템의 발전기 권선의 전류가 어떻게 시간 경과에 따라 변화하는지를 도시하고 있는 개략도이다. 도 5는 무결함 전력 전송 시스템 내의 발전기의 단일의 권선의 U/V/W의 3상의 전류를 도시하고 있고, 각각의 상은 병렬로 배열된 8개의 분기를 포함하고, 동일한 상의 8개의 분기의 각각의 잔류는 최대 전류 및 최소 전류를 획득하기 위해 수집된다. 도 5의 곡선(501) 및 곡선(502)은 각각 U 상의 제3 분기의 전류 곡선 및 U 상의 제7 분기의 전류 곡선인데, 이들은 U 상의 최대 전류 및 최소 전류이다. 유사하게, 곡선(503) 및 곡선(504)은 각각 V 상의 제3 분기의 전류 곡선 및 V 상의 제7 분기의 전류 곡선이고, 이들은 V 상의 최대 전류 및 최소 전류이다. 곡선(505) 및 곡선(506)은 각각 W 상의 제1 분기의 전류 곡선 및 W 상의 제9 분기의 전류 곡선이고, 이들은 W 상의 최대 전류 및 최소 전류이다. 도 5의 아래의 3개의 곡선은 각각, 각각의 상의 최대 전류의 분기와 최소 전류의 분기 사이의 전류차에 의해 형성된 곡선이고, 이들은 각각 대응 순환 전류이다. 곡선(509)은 U 상의 순환 전류이고, 곡선(508)은 V 상의 순환 전류이고, 곡선(507)은 W 상의 순환 전류이다. 최대 순환 전류는 최대 전류로의 최대 순환 전류의 비교를 통해 정격 전류의 5.7%라는 것이 공지되어 있다.
도 6은 전력 전송 시스템의 발전기 권선의 자극의 힘을 도시하고 있는 개략도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 도면의 4개의 곡선은 각각 이중 권선 또는 단일의 권선의 동작 하에서 시간 경과에 따른 자극의 접선력 및 반경방향력의 변화 곡선이다. 결함이 있는 전력 전송 시스템이 제거된 후에, 단일의 자극의 접선력 및 반경방향력은 무결함 전력 전송 시스템의 단일의 권선의 동작 하에서 많이 증가할 수도 있고, 증가는 약 3%라는 것을 도 6으로부터 알 수도 있다.
결함이 있는 전력 전송 시스템을 제거함으로써 유발된 무결함 전력 전송 시스템의 영향을 억제하고, 발전기의 진동을 억제하고 발전기의 진동에 의해 발생된 대응 주파수의 노이즈 톤을 감소시키기 위해, 본 실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기는 본 개시내용의 윈드 터빈 발전기의 제4 실시예에 기초하여 이하의 특징을 더 포함한다.
몇몇 실시예에서, 전개된 제어 파라미터는 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터이다.
전개된 제어 파라미터 계산 유닛(225)은 무결함 전력 전송 시스템의 동작 하에서 발전기 권선에 의해 발생된 순환 전류에 따라 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터를 계산하기 위해 특히 사용된다.
고조파 전류는 순환 전류를 억제하는 전류이다. 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터는 진폭, 위상, 및 주파수를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 무결함 전력 전송 시스템을 모니터링하고, 순환 전류를 수집하고, 순환 전류의 진폭, 위상 및 주파수를 결정하는 것을 통해, 고조파 전류의 진폭이 순환 전류의 진폭에 동일하고, 고조파 전류의 위상이 순환 전류의 위상에 반대이고, 고조파 전류의 주파수가 순환 전류의 주파수에 동일한 것이 계산될 수 있다.
무결함 전력 전송 시스템(226)의 제어 유닛은 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터에 따라 순환 전류를 제거하도록 고조파 전류를 주입하기 위해 무결함 전력 전송 시스템 내의 변환기의 인버터 모듈을 제어하기 위해 특히 사용된다.
특히, 실시예에서, 무결함 전력 전송 시스템 내의 변환기의 인버터 모듈은 고조파 전류의 진폭, 위상 및 주파수에 따라 고조파 전류를 발생하고 주입하도록 제어된다. 고조파 전류의 진폭 및 주파수는 순환 전류의 진폭 및 주파수와 동일하고, 고조파 전류의 위상은 순환 전류의 위상에 반대이기 때문에, 주입된 고조파 전류는 순환 전류를 제거할 수 있다. 순환 전류의 제거는 자극 상에 생성된 반경방향력 및 접선력을 결함이 있는 전력 전송 시스템이 제거되지 않을 때의 값으로 감소시키고, 또한 발전기의 진동 및 노이즈 톤을 억제한다.
본 실시예에 제공된 윈드 터빈 발전기에서, 상부 제어기 내의 결함이 있는 전력 전송 시스템의 제거 제어 유닛이 제거 명령에 따라 작업을 정지하고 윈드 터빈 발전기로부터 제거되도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어한 후에, 전개된 제어 파라미터 계산 유닛은 무결함 전력 전송 시스템의 동작 하에서 발전기 권선에 의해 발생된 순환 전류에 따라 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터를 계산하고; 무결함 전력 전송 시스템의 제어 유닛은 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터에 따라 순환 전류를 제거하기 위해 고조파 전류를 주입하도록 무결함 전력 전송 시스템 내의 변환기의 인버터 모듈을 제어하여, 윈드 터빈 발전기를 최대한 사용할 뿐만 아니라, 또한 윈드 터빈 발전기의 에너지 생산을 증가시킨다. 순환 전류의 제거는 자극 상에 생성된 반경방향력 및 접선력을 결함이 있는 전력 전송 시스템이 제거되지 않을 때의 값으로 감소시키고, 또한 발전기의 진동 및 노이즈 톤을 억제한다.
도 7은 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 제어 방법의 흐름도이고, 본 실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기의 제어 방법은 상기 실시예에 제공된 윈드 터빈 발전기를 제어하기 위해 사용된다. 한편, 실시예를 더 양호하게 이해하기 위해, 구성요소의 구조 및 위치 관계는 도 1을 참조할 수도 있다. 윈드 터빈 발전기의 제어 방법은 본 개시내용의 제1 실시예에 제공된 윈드 터빈 발전기에 적용되고, 윈드 터빈 발전기는 서로 병렬로 접속된 적어도 2개의 전력 전송 시스템; 및 전력 전송 시스템에 대응적으로 제공된 상부 제어기 및 제어 서브시스템을 포함하는 제어 시스템을 포함하고, 각각의 제어 서브시스템은 하부 제어기를 포함한다. 본 실시예에 제공된 윈드 터빈 발전기의 제어 방법은 이하의 단계 701 내지 702를 포함한다.
단계 701에서, 하부 제어기는 대응 전력 전송 시스템의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 모니터링하고, 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되는 조건 하에서, 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 상부 제어기에 송신한다.
실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 제어 서브시스템에 있어서, 하부 제어기는 각각 변환기의 중앙 제어 모듈, 스위치 제어 모듈, 발전기 권선의 라디에이터 제어 모듈 및 변환기의 라디에이터 제어 모듈이다.
실시예에서, 각각의 하부 제어기에 의해 대응적으로 모니터링된 전력 전송 시스템 내의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터는 기능 유닛에 따라 상이할 수도 있다.
실시예에서, 각각의 하부 제어기가 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는지 여부를 판정하는 방법은 또한 본 명세서에서 한정되는 것은 아니다.
실시예에서, 대응적으로 전력 전송 시스템 내의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 모니터링하는 각각의 하부 제어기의 설명 및 각각의 하부 제어기가 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는지 여부를 판정하는 방법의 설명은 특히 본 개시내용의 윈드 터빈 발전기의 제1 실시예의 대응 설명을 참조할 수도 있고, 이들은 본 명세서에서 반복되지 않는다.
단계 702에서, 상부 제어기는 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정되는 조건 하에서 동작 명령을 발생하고, 동작 명령에 따라 작업하도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어한다.
실시예에서, 상부 제어기는 버스 또는 이더넷을 거쳐 통신하는 제어 서브시스템 내의 각각의 하부 제어기에 접속된다.
특히, 실시예에서, 상부 제어기가 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는지 여부를 판정하는 방법은 본 명세서에서 한정되는 것은 아니다. 각각의 기능 유닛의 이상 조건은 미리 저장될 수도 있고, 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터가 이상 조건에 부합하는지 여부가 판정되고, 판정이 긍정적이면, 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정된다. 다른 방법이 또한 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는지 여부를 판정하기 위해 채택될 수도 있는데, 이들은 실시예에서 한정되는 것은 아니다.
실시예에서, 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정한 후에, 동작 명령을 송신하는 방법은 또한 한정되는 것은 아니다.
실시예에서, 제어기가 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는지 여부를 판정하는 것의 설명 및 대응 기능 유닛의 결함이 발생한 것으로 판정한 후에 동작 명령을 송신하는 방법의 설명은 특히 본 개시내용의 윈드 터빈 발전기의 제1 실시예에서의 대응 설명을 참조할 수도 있고, 이들은 본 명세서에 반복되지 않는다.
실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기의 제어 방법에서, 대응 전력 전송 시스템 내의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터가 하부 제어기를 통해 모니터링되고; 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되는 조건 하에서, 하부 제어기는 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 상부 제어기에 송신하고; 상부 제어기는 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정되는 조건 하에서 동작 명령을 발생하고, 동작 명령에 따라 작업하도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어한다. 윈드 터빈 발전기 내의 각각의 전력 전송 시스템은 서로 병렬로 접속되어 있고, 전력 전송 시스템의 동일한 기능 유닛은 서로 독립적이기 때문에, 기능 유닛이 고장인 경우에, 단지 기능 유닛이 위치되어 있는 회로만이 영향을 받고, 다른 전력 전송 시스템의 정상 동작은 영향을 받지 않는다. 하부 제어기는 대응 기능 유닛을 독립적으로 모니터링할 수도 있고, 상부 제어기가 대응 기능 유닛이 고장인 것을 판정한 후에, 상부 제어기는 동작 명령에 따라 작업하도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어하도록 동작 명령을 발생하고 무결함 발전 회로의 정상 동작은 영향을 받지 않고, 따라서 윈드 터빈 발전기는 최대한 사용되어, 이에 의해 윈드 터빈 발전기의 에너지 생산을 증가시킨다.
도 8은 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 제어 방법의 제2 실시예의 흐름도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기의 제어 방법은 본 개시내용의 윈드 터빈 발전기의 제어 방법의 제1 실시예의 단계 702를 또한 규정하고, 한편 실시예를 더 양호하게 이해하기 위해, 구성요소의 구조 및 위치 관계는 도 3을 참조할 수도 있다. 본 실시예에 제공된 윈드 터빈 발전기의 제어 방법은 이하의 단계 801 내지 815를 포함한다.
단계 801에서, 하부 제어기는 대응 전력 전송 시스템의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 모니터링하고, 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되는 조건 하에서, 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 상부 제어기에 송신한다.
실시예에서, 단계 801의 구현예는 본 개시내용의 윈드 터빈 발전기의 제1 실시예의 제어 방법의 단계 701의 것과 동일하고, 이들은 본 명세서에서 반복되지 않는다.
단계 802에서, 상부 제어기는 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는지 여부를 판정하고, 판정이 긍정적이면, 결함 유형이 판정된다.
몇몇 실시예에서, 실시예에서, 전력 전송 시스템의 결함은 미리 분류될 수도 있고, 결함 유형은 미리 저장된다. 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정한 후에, 대응 기능 유닛의 결함 유형이 미리 저장된 결함 유형에 따라 판정된다.
실시예에서, 결함 유형은 동작 모드에 따라 분류될 수도 있다. 온라인 자동 제거 모드가 채택될 수도 있는 결함 유형은 제1 유형의 결함으로서 분류되고, 오프라인 자동 제거 모드가 채택될 수도 있는 결함 유형은 제2 유형의 결함으로서 분류되고, 수동 제거 모드가 채택될 수도 있는 결함 유형은 제3 유형의 결함으로서 분류된다.
단계 803에서, 상부 제어기는 미리 저장된 결함 유형과 동작 모드 사이의 대응 관계에 따라 결함이 있는 전력 전송 시스템의 동작 모드를 결정한다.
동작 모드는 이하의 모드 중 임의의 하나를 참조한다.
온라인 자동 제거 모드, 오프라인 자동 제거 모드 및 수동 제거 모드.
특히, 실시예에서, 결함 유형과 동작 모드 사이의 대응 관계가 미리 저장된다. 즉, 제1 유형의 결함은 온라인 자동 제거 모드에 대응하고, 제2 유형의 결함은 오프라인 자동 제거 모드에 대응하고, 제3 유형의 결함은 수동 제거 모드에 대응한다. 대응 기능 유닛이 속하는 결함 유형에 따라, 미리 저장된 결함 유형과 동작 모드 사이의 대응 관계가 대응 기능 유닛이 속하는 결함 유형에 대응하는 동작 모드를 결정하기 위해 검색된다.
단계 804에서, 상부 제어기는 동작 모드가 온라인 자동 제거 모드인지 여부를 판정하고, 판정 결과가 긍정적이면, 단계 805가 수행되고, 그렇지 않으면, 단계 806이 수행된다.
몇몇 실시예에서, 실시예에서, 동작 모드는 3개의 유형을 포함하고, 동작 모드가 온라인 자동 제거 모드인지 여부가 제거 프로세스를 가장 편리하게 수행하기 위해 먼저 판정된다.
단계 805에서, 상부 제어기는 윈드 터빈 발전기의 동작이 정지되지 않은 상태 하에서 자동으로 제거 명령을 발생한다.
온라인 자동 제거 모드에 대응하는 결함은 대응 구성요소가 위치되어 있는 전력 전송 시스템이 다운되지 않고 제거될 수도 있는 결함이기 때문에, 동작 모드가 온라인 자동 제거 모드인 경우에, 윈드 터빈 발전기의 동작이 정지되지 않은 상태 하에서, 제거 명령은 자동으로 발생되고 단계 814가 수행된다.
제1 유형의 결함은 변환기의 라디에이터 액체의 너무 높은 온도, 변환기의 Du/Dt 모듈의 온도의 과열 등을 포함한다. 이들 결함은 결함이 발생하는 기능 유닛에 위치설정될 수도 있고, 또한 결함이 발생하는 전력 전송 시스템에 위치설정될 수도 있다. 따라서, 다운되지 않고, 결함이 있는 전력 전송 시스템만을 제거하면 된다.
단계 806에서, 상부 제어기는 동작 모드가 오프라인 자동 제거 모드인지 여부를 판정하고, 판정 결과가 긍정적이면, 단계 807이 수행되고, 그렇지 않으면, 단계 809가 수행된다.
단계 807에서, 상부 제어기는 동작을 정지하도록 윈드 터빈 발전기를 제어한다.
단계 808에서, 윈드 터빈 발전기가 재시동되어 있는 경우에, 제거 명령은 자동으로 발생된다.
실시예는 단계 806 내지 808과 함께 설명된다. 실시예에서, 오프라인 자동 제어 모드는 결함이 있는 전력 전송 시스템이 다운 및 재시동 후에 자동으로 제거되도록 제어되는 모드이고, 온라인 자동 제거 모드에 비교하여, 오프라인 자동 제거 모드에서, 단지 다운하고 재시동될 수 있는 것으로 판정한 후에만 결함이 있는 발전 회로를 자동으로 제거할 필요가 있다.
제2 유형의 결함은 단일의 발전 회로 및 변환기의 이상 심박동 신호, 수냉식 UPS 배터리 등의 피드백의 손실을 포함하고, 결함점은 이들 결함에 대해 위치설정되지 않을 수도 있다. 결함이 있는 전력 전송 시스템은 윈드 터빈 발전기가 재시동될 때 인식되고, 이어서 결함이 있는 전력 전송 시스템은 제거된다.
단계 808이 수행된 후에, 단계 814가 수행된다.
단계 809에서, 상부 제어기는 동작 모드가 수동 제거 모드인 것으로 판정한다.
단계 810에서, 상부 제어기는 상부 제어기가 윈드 터빈 발전기의 결함이 완전히 해결되었다는 명령을 수신하였는지 여부를 판정하고, 판정 결과가 긍정적이면, 방법은 종료하고, 그렇지 않으면 단계 811이 수행된다.
단계 811에서, 상부 제어기는 제거 인에이블링 신호가 수신되었는지 여부를 판정하고, 판정 결과가 긍정적이면, 단계 812가 수행되고, 그렇지 않으면, 단계 813이 수행된다.
단계 812에서, 상부 제어기는 제거 인에이블링 신호에 따라 제거 명령을 발생한다.
단계 813에서, 상부 제어기는 작업을 정지하도록 윈드 터빈 발전기를 제어하고 유지보수 동작을 수행한다.
실시예는 단계 809 내지 813과 함께 설명된다. 특히, 실시예에서, 동작 모드가 온라인 자동 제거 모드 및 오프라인 자동 제거 모드에 속하지 않는 경우에, 동작 모드는 수동 제거 모드로서 판정될 수도 있다. 수동 제거 모드가 제거 모드인 경우에, 기술자는 이것이 수행될 수도 있도록 개입하게 요구된다.
제3 유형의 결함은 단일 발전 회로의 권선 등의 불균형화된 3상 전류의 결함을 포함한다. 기술자가 제3 유형의 결함이 중앙 제어 디바이스를 통해 윈드 터빈 발전기 상에서 발생한 것을 인지하고 현장에 도달한 후에, 기술자는 결함을 재차 판정하고, 결함을 해결하고, 결함이 완전히 해결된 후에, 윈드 터빈 발전기의 결함이 완전히 해결되었다는 명령이 중앙 제어 디바이스를 통해 상부 제어기에 송신되어, 윈드 터빈 발전기가 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제거하지 않고 전력을 계속 발전할 수도 있게 된다. 결함이 단시간에 해결되지 않을 수도 있는 전력 전송 시스템 중 하나에서 발생한 경우에, 제거 인에이블링 신호는 중앙 제어 디바이스를 통해 상부 제어기에 송신되어, 상부 제어기가 제거 인에이블링 신호에 따라 제거 명령을 발생하게 된다. 그리고, 단계 815가 수행된다.
단계 814에서, 상부 제어기는 제거 명령에 따라 작업을 정지하고 윈드 터빈 발전기로부터 제거되도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어한다.
몇몇 실시예에서, 동작 모드는 제거 모드 중 임의의 하나이기 때문에, 제거 명령이 발생된 후에, 결함이 있는 전력 전송 시스템은 제거 명령에 따라 작업을 정지하도록 제어되고, 결함이 있는 전력 전송 시스템은 윈드 터빈 발전기로부터 제거된다.
실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기의 제어 방법에서, 대응 전력 전송 시스템 내의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터는 하부 제어기를 통해 모니터링되고; 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되는 조건 하에서, 하부 제어기는 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 상부 제어기에 송신하고, 상부 제어기는 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛의 결함이 발생하였는지 여부를 판정하고, 결함이 발생하였으면 결함 유형을 판정하고, 미리 저장된 결함 유형과 동작 모드 사이의 대응 관계에 따라 결함이 있는 전력 전송 시스템의 동작 모드를 판정하고, 여기서 동작 모드는 온라인 자동 제거 모드, 오프라인 자동 제거 모드 또는 수동 제거 모드이다. 상부 제어기는 동작 모드에 따라 제거 명령인 동작 명령을 발생하고, 제거 명령에 따라 작업을 정지하도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어하여, 결함이 있는 전력 전송 시스템을 윈드 터빈 발전기로부터 제거한다. 다수의 유형의 결함에 대해, 제거 명령은 대응 제거 모드에 따라 발생되어, 윈드 터빈 발전기를 최대한 사용할 뿐만 아니라, 또한 윈드 터빈 발전기의 에너지 생산을 증가시킨다. 그리고, 다수의 유형의 결함에 대해서, 결함이 복원되지 않을 수도 있으면, 결함이 있는 전력 전송 시스템은 직접 제거될 수 있다.
도 9는 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 제어 방법의 제3 실시예의 흐름도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 실시예는 상부 제어기가 제거 명령에 따라 작업을 정지하고 본 개시내용의 윈드 터빈 발전기의 제어 방법의 제2 실시예에 기초하여 윈드 터빈 발전기로부터 제거되도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어한 후에 이하의 단계 901 내지 902를 더 포함한다.
단계 901에서, 상부 제어기는 무결함 전력 전송 시스템 내의 전개된 제어 파라미터를 계산한다.
몇몇 실시예에서, 전개된 제어 파라미터는 무결함 전력 전송 시스템 내의 발전기의 토크 설정값, 주어진 반응값, 인덕턴스값, 저항값 및 자기 체인 데이터를 포함한다.
무결함 전력 전송 시스템 내의 발전기의 인덕턴스값, 저항값 및 자기 체인 데이터는 무결함 전력 전송 시스템 내의 발전기 권선의 파라미터이다.
몇몇 실시예에서, 무결함 전력 전송 시스템 내의 발전기 권선의 파라미터를 계산하는 방법은 윈드 터빈 발전기의 제4 실시예의 설명을 참조할 수도 있다.
단계 902에서, 상부 제어기는 전개된 제어 파라미터에 따라 무결함 전력 전송 시스템의 동작 상태를 제어한다.
몇몇 실시예에서, 상부 제어기는 전개된 제어 파라미터 내의 발전기의 토크 설정값, 주어진 반응값, 인덕턴스값, 저항값 및 자기 체인 데이터에 따라 무결함 전력 전송 시스템 내의 발전기의 동작 상태를 제어하여, 발전기가 에너지 생산을 증가시키고 요구에 부합하는 것을 가능하게 한다.
본 실시예에서 제공된 윈드 터빈 발전기의 제어 방법에서, 상부 제어기가 작업을 정지하고 윈드 터빈 발전기로부터 제거되도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어한 후에, 상부 제어기는 무결함 전력 전송 시스템의 전개된 제어 파라미터를 계산하고, 여기서 전개된 제어 파라미터는 무결함 전력 전송 시스템 내의 발전기의 토크 설정값, 주어진 반응값, 인덕턴스값, 저항값 및 자기 체인 데이터를 포함한다. 상부 제어기는 전개된 제어 파라미터에 따라 무결함 전력 전송 시스템의 동작 상태를 제어하여, 윈드 터빈 발전기를 최대한 사용할 뿐만 아니라, 또한 윈드 터빈 발전기의 에너지 생산을 증가시킨다. 그리고, 결함이 있는 전력 전송 시스템이 제거된 후에, 무결함 전력 전송 시스템은 또한 발전의 요구에 부합한다.
도 10은 본 개시내용에 따른 윈드 터빈 발전기의 제어 방법의 흐름도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 실시예는 상부 제어기가 제거 명령에 따라 작업을 정지하고 본 개시내용의 윈드 터빈 발전기의 제어 방법의 제3 실시예에 기초하여 윈드 터빈 발전기로부터 제거되도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어한 후에 이하의 단계 1001 내지 1002를 더 포함하고, 여기서 전개된 제어 파라미터는 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터를 포함한다.
단계 1001에서, 상부 제어기는 무결함 전력 전송 시스템의 동작 하에서 발전기 권선에 의해 발생된 순환 전류에 따라 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터를 계산한다.
고조파 전류는 순환 전류를 억제하는 전류이다. 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터는 진폭, 위상, 및 주파수를 포함한다.
특히, 실시예에서, 무결함 전력 전송 시스템을 모니터링하고, 순환 전류를 수집하고, 순환 전류의 진폭, 위상 및 주파수를 결정하는 것을 통해. 고조파 전류의 진폭은 순환 전류의 진폭과 동일하고, 고조파 전류의 위상은 순환 전류의 위상에 반대이고, 고조파 전류의 주파수는 순환 전류의 주파수와 동일한 것으로 계산될 수 있다.
단계 1002에서, 상부 제어기는 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터에 따라 순환 전류를 제거하도록 고조파 전류를 주입하기 위해 무결함 전력 전송 시스템 내의 변환기의 인버터 모듈을 제어한다.
몇몇 실시예에서, 실시예에서, 무결함 전력 전송 시스템의 변환기의 인버터 모듈은 고조파 전류의 진폭, 위상 및 주파수에 따라 고조파 전류를 발생하여 주입하도록 제어되고, 고조파 전류의 진폭 및 주파수는 순환 전류의 진폭 및 주파수와 동일하기 때문에, 고조파 전류의 위상은 순환 전류의 위상에 반대이고, 주입된 고조파 전류는 순환 전류를 제거할 수 있다. 순환 전류의 제거는 자극 상에 생성된 반경방향력 및 접선력을 결함이 있는 전력 전송 시스템이 제거되지 않을 때의 값으로 감소시키고, 또한 발전기의 진동 및 노이즈 톤을 억제한다.
본 실시예에 제공된 윈드 터빈 발전기의 제어 방법에서, 상부 제어기 내의 결함이 있는 전력 전송 시스템의 제거 제어 유닛이 제거 명령에 따라 작업을 정지하고 윈드 터빈 발전기로부터 제거되도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어한 후에, 상부 제어기는 무결함 전력 전송 시스템의 동작 하에서 발전기 권선에 의해 발생된 순환 전류에 따라 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터를 계산하고; 상부 제어기는 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터에 따라 순환 전류를 제거하기 위해 고조파 전류를 주입하도록 무결함 전력 전송 시스템 내의 변환기의 인버터 모듈을 제어하여, 윈드 터빈 발전기를 최대한 사용할 뿐만 아니라, 또한 윈드 터빈 발전기의 에너지 생산을 증가시킨다. 순환 전류의 제거는 자극 상에 생성된 반경방향력 및 접선력을 결함이 있는 전력 전송 시스템이 제거되지 않을 때의 값으로 감소시키고, 또한 발전기의 진동 및 발전기의 진동에 의해 유발된 노이즈 톤을 억제한다.
본 개시내용에 제공된 윈드 터빈 발전기의 제어 방법의 기술적 효과를 설명하기 위해, 3 MV의 윈드 터빈 발전기가 예로서 취해진다. 도 11은 2개의 전력 전송 시스템에 의해 전력을 발생하는 것 및 전력 전송 시스템을 제거한 후에 전력을 발생하는 것의 개략 모드 도면이고, 여기서 도 11의 횡좌표는 풍속이고, 좌측의 종좌표는 특정 지형 조건에서 각각의 풍속 범위의 백분율이고, 우측의 종좌표는 에너지 생산이다.
도 11에 도시된 바와 같이, "▲"의 기호를 갖는 곡선은 윌 분포 확률 곡선(Will distribution probability curve)이고, "x"의 기호를 갖는 곡선은 2개의 발전 회로의 윈드 터빈 발전기의 에너지 생산의 곡선이고, "●"의 기호를 갖는 곡선은 발전 회로의 하나의 세트가 제거된 후에 윈드 터빈 발전기의 에너지 생산의 곡선이다. 3 MV의 윈드 터빈 발전기에 대해, 윈드 터빈 발전기는 1.5 MW의 절반 전력에서 동작하는 경우에, 본 개시내용에 제공된 윈드 터빈 발전기의 제어 방법이 채택되고, 발전 회로의 하나의 세트가 제거된 후에, 윈드 터빈은 1.5 MW의 전송 능력을 여전히 갖는다. 전체 발전 및 전송 모드는 이하와 같다: 윈드 터빈 발전기의 발생 전력은 풍속이 7.5 m/s 미만이기 전에 1.5 MW 미만이고, 풍속이 3 내지 7.5 m/s인 경우에, 전체 기계의 출력은 윈드 터빈 발전기의 하나의 세트가 제거된 후에 영향을 받지 않고; 풍속이 7.5 내지 10.4 m/s인 경우에, 발전 회로의 하나의 세트가 제거된 후에, 윈드 터빈 발전기의 기여는 1.5 MW의 출력으로 일정할 수도 있지만, 2개의 원래 윈드 터빈 발전기의 기여는 3 MW 미만일 수도 있고, 출력 전력의 손실은 50% 이하이고; 풍속이 10.4 내지 22 m/s인 경우에, 발전 회로의 하나의 세트가 제거된 후에, 윈드 터빈 발전기의 기여는 1.5 MW의 출력으로 일정할 수도 있고, 2개의 원래 윈드 터빈 발전기의 기여는 3 MW이고, 출력 전력의 손실은 원래 출력 전력의 50%이다. 전체 윈드 터빈 발전기의 가동율이 95%인 경우에, 본 개시내용에 제공된 윈드 터빈 발전기의 제어 방법을 채택한 후에, 윈드 터빈 발전기의 가동율은 98.3%로 증가될 수도 있어, 3.36 퍼센트 포인트만큼 증가하고, 에너지 생산은 168282 KWH로 증가한다.
본 개시내용에 의해 제공된 윈드 터빈 발전기의 제어 방법은 윈드 터빈 발전기를 최대한 사용할 뿐만 아니라, 또한 윈드 터빈 발전기의 에너지 생산을 증가시키는 것으로 또한 입증된다.
몇몇 실시예에서, 본 개시내용은 또한 상부 제어기를 제공하고, 여기서 상부 제어기는 하나 또는 다수의 프로세서에 의해 수행되도록 구성된 하나 또는 다수의 프로그램 모듈을 포함한다. 하나 또는 다수의 프로그램 모듈은 결함 유형 판정 유닛(221), 동작 모드 결정 유닛(222) 및 동작 명령 발생 유닛(223)을 포함한다. 결함 유형 판정 유닛(221), 동작 모드 결정 유닛(222) 및 동작 명령 발생 유닛(223)의 기능은 상기 설명을 참조할 수도 있고, 이들은 본 명세서에서 반복되지 않는다.
몇몇 실시예에서, 본 개시내용은 또한 컴퓨터 프로그램 제품을 제공하고, 여기서 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독가능 저장 매체 및 그 내에 임베드된 컴퓨터 프로그램을 포함하고, 컴퓨터 프로그램은 단계 802 내지 814를 수행하기 위해 사용된 명령을 포함한다.
바람직하게는, 컴퓨터 프로그램은 단계 S901 내지 S902를 수행하기 위해 사용된 명령을 더 포함한다.
바람직하게는, 컴퓨터 프로그램은 단계 S1001 내지 S1002를 수행하기 위해 사용된 명령을 더 포함한다.
통상의 기술자는, 상기 방법의 실시예를 구현하기 위한 단계의 모두 또는 일부가 프로그램 명령에 연관된 하드웨어에 의해 완료될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 상기 프로그램은 판독가능한 저장 매체 내에 저장될 수도 있다. 프로그램이 실행될 때, 상기 방법의 실시예를 포함하는 단계가 수행되고; 전술된 저장 매체는 ROM, RAM, 디스크 또는 광학 디스크, 및 프로그램 코드를 저장할 수 있는 다른 매체를 포함한다.
본 개시내용의 실시예의 상부 제어기의 기능 유닛은 처리 모듈에 통합될 수 있고, 또는 개별 물리적 유닛일 수 있고, 또는 2개 이상의 유닛이 하나의 모듈 내에 통합된다. 상기 통합된 모듈은 하드웨어의 형태로 또는 소프트웨어 기능 모듈의 형태로 구현될 수 있다. 통합된 모듈은 또한 소프트웨어 기능 모듈로서 구현되면 컴퓨터 판독가능 저장 매체 내에 저장될 수 있고 독립형 제품으로서 판매되거나 사용된다. 전술된 저장 매체는 판독 전용 메모리, 디스크, 또는 광학 디스크일 수 있다.

Claims (21)

  1. 윈드 터빈 발전기이며,
    서로 병렬로 접속된 적어도 2개의 전력 전송 시스템;
    제어 시스템으로서, 상기 제어 시스템은 상기 전력 전송 시스템에 대응적으로 제공된 상부 제어기 및 제어 서브시스템을 포함하고, 각각의 제어 서브시스템은 하부 제어기를 포함하는, 제어 시스템을 포함하고;
    상기 하부 제어기는 대응 전력 전송 시스템의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 모니터링하고, 상기 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되는 조건 하에서, 상기 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 상기 상부 제어기에 송신하기 위해 사용되고;
    상기 상부 제어기는 상기 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 상기 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정되는 조건 하에서 동작 명령을 발생하고 상기 동작 명령에 따라 작업하도록 상기 전력 전송 시스템을 제어하기 위해 사용되고, 상기 기능 유닛 중 하나가 고장인 경우에, 상기 기능 유닛이 위치되어 있는 전력 전송 시스템만이 영향을 받고, 다른 전력 전송 시스템의 정상 동작은 영향을 받지 않는, 윈드 터빈 발전기.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 전력 전송 시스템은 발전 서브시스템 및 전력 전송 서브시스템을 포함하고;
    상기 발전 서브시스템의 기능 유닛은 발전기 권선 및 발전기 권선 라디에이터를 포함하고;
    상기 전력 전송 서브시스템의 기능 유닛은 기계측 스위치, 변환기, 상기 변환기의 라디에이터, 네트워크측 스위치 및 변압기 권선을 포함하고,
    상기 발전기 권선, 상기 기계측 스위치, 상기 변환기, 상기 네트워크측 스위치 및 상기 변압기 권선은 이어서 직렬로 접속되고;
    상기 발전기 권선 라디에이터는 상기 발전기 권선을 냉각하기 위해 사용되고, 상기 변환기의 라디에이터는 상기 변환기를 냉각하기 위해 사용되는, 윈드 터빈 발전기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 하부 제어기는 각각의 전력 전송 시스템의 각각의 기능 유닛에 대응적으로 배열되고, 상기 하부 제어기의 일 단부는 대응 기능 유닛에 접속되고, 상기 하부 제어기의 다른 단부는 상기 상부 제어기에 접속되는, 윈드 터빈 발전기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 하부 제어기는 상기 변환기의 중앙 제어 모듈, 스위치 제어 모듈, 상기 발전기 권선의 라디에이터 제어 모듈 및 상기 변환기의 라디에이터 제어 모듈을 포함하는, 윈드 터빈 발전기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 변환기의 중앙 제어 모듈은 정류기 제어 서브모듈 및 인버터 제어 서브모듈을 포함하고,
    상기 정류기 제어 서브모듈은 상기 전력 전송 시스템 내의 상기 변환기의 정류기 모듈의 작업 상태를 제어하고 상기 정류기 모듈의 동작 상태 파라미터를 모니터링하기 위해 사용되고;
    상기 인버터 제어 서브모듈은 상기 전력 전송 시스템 내의 변환기의 인버터 모듈의 작업 상태를 제어하고 상기 인버터 모듈의 동작 상태 파라미터를 모니터링하기 위해 사용되는, 윈드 터빈 발전기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 스위치 제어 모듈은 상기 기계측 스위치 및 상기 네트워크측 스위치의 작업 상태를 제어하기 위해 사용되는, 윈드 터빈 발전기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 상부 제어기, 상기 스위치 제어 모듈, 상기 발전기 권선의 라디에이터 제어 모듈 및 상기 변환기의 라디에이터 제어 모듈은 주 제어 캐비넷 내에 제공되고;
    상기 변환기의 중앙 제어 모듈은 상기 변환기 내에 제공되는, 윈드 터빈 발전기.
  8. 제4항에 있어서, 상기 상부 제어기는
    상기 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 상기 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는지 여부를 판정하고, 결함이 발생하면, 결함의 유형을 판정하기 위해 사용되는, 결함 유형 판정 유닛;
    미리 저장된 결함 유형과 동작 모드 사이의 대응 관계에 따라 결함이 있는 전력 전송 시스템의 동작 모드를 결정하기 위해 사용되는, 동작 모드 결정 유닛;
    동작 모드에 따라 동작 명령을 발생하기 위해 사용되는, 동작 명령 발생 유닛을 더 포함하는, 윈드 터빈 발전기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 동작 모드는 이하의 모드:
    온라인 자동 제거 모드, 오프라인 자동 제거 모드 및 수동 제거 모드 중 임의의 하나를 포함하는, 윈드 터빈 발전기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 동작 명령 발생 유닛은 제1 동작 명령 발생 모듈, 제2 동작 명령 발생 모듈 및 제3 동작 명령 발생 모듈을 포함하고,
    상기 동작 모드가 온라인 자동 제거 모드인 경우에, 상기 제1 동작 명령 발생 모듈은 상기 윈드 터빈 발전기의 동작이 정지되지 않은 상태에서 제거 명령을 발생하기 위해 사용되고;
    상기 동작 모드가 오프라인 자동 제거 모드인 경우에, 상기 제2 동작 명령 발생 모듈은 동작을 정지하기 위해 상기 윈드 터빈 발전기를 제어하고, 상기 윈드 터빈 발전기가 재시동되어 있는지 여부를 판정하고, 상기 윈드 터빈 발전기가 재시동되어 있는 경우에 제거 명령을 발생하기 위해 사용되고;
    상기 동작 모드가 수동 제거 모드인 경우에, 상기 제3 동작 명령 발생 모듈은 제거 인에이블 신호가 수신되었는지 여부를 판정하고, 상기 제거 인에이블 신호가 수신되는 경우에 상기 제거 인에이블 신호에 따라 제거 명령을 발생하기 위해 사용되는, 윈드 터빈 발전기.
  11. 제8항에 있어서, 상기 상부 제어기는
    제거 명령에 따라 작업을 정지하고 윈드 터빈 발전기로부터 제거되도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어하기 위해 사용되는, 결함이 있는 전력 전송 시스템의 제거 제어 유닛을 더 포함하는, 윈드 터빈 발전기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 상부 제어기는
    무결함 전력 전송 시스템 내의 전개된 제어 파라미터를 계산하기 위해 사용되는, 전개된 제어 파라미터 계산 유닛; 및
    상기 전개된 제어 파라미터에 따라 무결함 전력 전송 시스템의 동작 상태를 제어하기 위해 사용되는, 무결함 전력 전송 시스템의 제어 유닛을 더 포함하는, 윈드 터빈 발전기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전개된 제어 파라미터는 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터이고;
    대응적으로, 상기 전개된 제어 파라미터 계산 유닛은 무결함 전력 전송 시스템의 동작 하에서 상기 발전기 권선에 의해 발생된 순환 전류에 따라 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터를 계산하기 위해 또한 사용되고;
    상기 무결함 전력 전송 시스템의 제어 유닛은 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터에 따라 순환 전류를 제거하도록 고조파 전류를 주입하기 위해 상기 무결함 전력 전송 시스템 내의 변환기의 인버터 모듈을 제어하기 위해 또한 사용되고;
    상기 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터는 진폭, 위상, 및 주파수를 포함하는, 윈드 터빈 발전기.
  14. 윈드 터빈 발전기의 제어 방법이며, 상기 윈드 터빈 발전기는 서로 병렬로 접속된 적어도 2개의 전력 전송 시스템; 및 상기 전력 전송 시스템에 대응적으로 제공된 상부 제어기 및 제어 서브시스템을 포함하는 제어 시스템을 포함하고, 각각의 제어 서브시스템은 하부 제어기를 포함하고,
    상기 제어 방법은:
    상기 하부 제어기가 대응 전력 전송 시스템의 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 모니터링하고, 상기 동작 상태 파라미터에 따라 대응 기능 유닛이 이상 조건에 부합하는 것으로 판정되는 조건 하에서, 상기 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터를 상기 상부 제어기에 송신하는 단계;
    상기 상부 제어기가 상기 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 상기 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정되는 조건 하에서 동작 명령을 발생하고 상기 동작 명령에 따라 작업하도록 상기 전력 전송 시스템을 제어하는 단계로서, 상기 기능 유닛 중 하나가 고장인 경우에, 상기 기능 유닛이 위치되어 있는 전력 전송 시스템만이 영향을 받고, 다른 전력 전송 시스템의 정상 동작은 영향을 받지 않는, 단계를 포함하는, 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 하부 제어기는 변환기의 중앙 제어 모듈, 스위치 제어 모듈, 발전기 권선의 라디에이터 제어 모듈 및 상기 변환기의 라디에이터 제어 모듈을 포함하는, 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상부 제어기가 상기 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 상기 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는 것으로 판정되는 조건 하에서 동작 명령을 발생하는 단계는:
    상기 상부 제어기가 상기 대응 기능 유닛의 동작 상태 파라미터에 따라 상기 대응 기능 유닛의 결함이 발생하는지 여부를 판정하고, 판정이 긍정적이면, 결함 유형을 판정하는 단계;
    상기 상부 제어기가 미리 저장된 결함 유형과 동작 모드 사이의 대응 관계에 따라 결함이 있는 전력 전송 시스템의 동작 모드를 결정하는 단계;
    상기 상부 제어기가 상기 동작 모드에 따라 동작 명령을 발생하는 단계를 더 포함하는, 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 동작 모드는 이하의 모드:
    온라인 자동 제거 모드, 오프라인 자동 제거 모드 및 수동 제거 모드 중 임의의 하나를 포함하는, 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 상부 제어기가 상기 동작 모드에 따라 동작 명령을 발생하는 단계는:
    상기 동작 모드가 온라인 자동 제거 모드인 경우에, 상기 상부 제어기가 상기 윈드 터빈 발전기의 동작이 정지되지 않은 상태에서 제거 명령을 발생하는 단계;
    상기 동작 모드가 오프라인 자동 제거 모드인 경우에, 상기 상부 제어기가 동작을 정지하기 위해 상기 윈드 터빈 발전기를 제어하고, 상기 윈드 터빈 발전기가 재시동되어 있는지 여부를 판정하고, 상기 윈드 터빈 발전기가 재시동되어 있는 경우에, 제거 명령을 발생하는 단계; 및
    상기 동작 모드가 수동 제거 모드인 경우에, 상기 상부 제어기가 제거 인에이블 신호가 수신되었는지 여부를 판정하고, 상기 제거 인에이블 신호가 수신되는 경우에 상기 제거 인에이블 신호에 따라 제거 명령을 발생하는 단계를 더 포함하는, 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 상부 제어기가 제거 명령을 발생한 후에, 상기 방법은:
    상기 상부 제어기가 제거 명령에 따라 작업을 정지하고 상기 윈드 터빈 발전기로부터 제거되도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어하는 단계를 더 포함하는, 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 상부 제어기가 제거 명령에 따라 작업을 정지하고 윈드 터빈 발전기로부터 제거되도록 결함이 있는 전력 전송 시스템을 제어한 후에, 상기 방법은:
    상기 상부 제어기가 무결함 전력 전송 시스템 내의 전개된 제어 파라미터를 계산하는 단계; 및
    상기 상부 제어기가 전개된 제어 파라미터에 따라 무결함 전력 전송 시스템의 동작 상태를 제어하는 단계를 더 포함하는, 제어 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 전개된 제어 파라미터는 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터이고;
    대응적으로, 상기 상부 제어기가 무결함 전력 전송 시스템 내의 전개된 제어 파라미터를 계산하는 단계는:
    상기 상부 제어기가 무결함 전력 전송 시스템의 동작 하에서 발전기 권선에 의해 발생된 순환 전류에 따라 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터를 계산하는 단계를 더 포함하고;
    상기 상부 제어기가 전개된 제어 파라미터에 따라 무결함 전력 전송 시스템의 동작 상태를 제어하는 단계는:
    상기 상부 제어기가 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터에 따라 순환 전류를 제거하도록 고조파 전류를 주입하기 위해 무결함 전력 전송 시스템 내의 변환기의 인버터 모듈을 제어하는 단계를 더 포함하고;
    상기 고조파 전류의 전개된 제어 파라미터는 진폭, 위상, 및 주파수를 포함하는, 제어 방법.
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