KR20080028605A

KR20080028605A - Real time simulator of wind power system

Info

Publication number: KR20080028605A
Application number: KR1020060094102A
Authority: KR
Inventors: 전진홍; 김슬기; 조창희; 안종보; 김응상
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-04-01
Anticipated expiration: 2026-09-27
Also published as: KR100930956B1

Abstract

본 발명은 풍력발전 시스템의 실시간 시뮬레이터에 관한 것으로, 특히 상용 전동기 구동 시스템과 실시간 모의 장치를 이용하여 임의의 풍속 조건에서 임의의 풍력 발전 시스템의 실시간 운전을 모의할 수 있도록 함으로써, 기존의 실험 방법에 비하여 시스템의 구축 비용 및 시간을 획기적으로 줄일 수 있으며 임의의 풍력 발전 시스템을 임의 운전 조건에서 실시간으로 모의할 수 있는 풍력발전 시스템의 실시간 시뮬레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time simulator of a wind power generation system, and in particular, by using a commercial motor drive system and a real-time simulation device to simulate the real-time operation of any wind power generation system under any wind speed conditions, Compared to this, the construction cost and time of the system can be drastically reduced, and the present invention relates to a real-time simulator of a wind power generation system that can simulate any wind power generation system in real time under arbitrary operating conditions.

본 발명의 풍력발전 시스템의 실시간 시뮬레이터를 이루는 구성수단은, 상용의 실시간 모의 시스템에 구현되는 컴퓨터 기반의 상용의 풍력 터빈 시뮬레이터와, 상기 풍력 터빈 시뮬레이터에서 모의된 회전속도를 제어 입력으로 하여 풍력 발전기의 기계적인 구동력으로 구현하는 상용 전동기 구동 시스템으로 구성되는 것을 특징으로 한다.The constituent means of the real-time simulator of the wind power generation system of the present invention comprises a computer-based commercial wind turbine simulator implemented in a commercial real-time simulation system and a rotation speed simulated by the wind turbine simulator as a control input. Characterized in that it consists of a commercial motor drive system to implement a mechanical driving force.

Description

Real time simulator of wind force system

도 1은 일반적인 풍력 발전 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a general wind power generation system.

도 2는 종래의 풍력 발전 시스템 시뮬레이터의 구성도이다. 2 is a block diagram of a conventional wind power system simulator.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 시스템의 시뮬레이터 구성도이다.3 is a configuration diagram of a simulator of a wind power generation system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 시스템 시뮬레이터의 풍력 터빈 시뮬레이터 제어 블록 선도이다.4 is a wind turbine simulator control block diagram of a wind power system simulator according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기용 전력변환장치 계통연계 시험을 위한 시스템 구성도이다.5 is a system configuration diagram for the grid connection test of the power converter for a wind generator according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

310 : 풍력 터빈 시뮬레이터 311 : 풍속 모델310: wind turbine simulator 311: wind speed model

312 : 풍력 터빈 모델 313 : 토크 제어기312 wind turbine model 313 torque controller

314 : 속도 제어기 320 : 전동기 구동 시스템314 speed controller 320 motor drive system

321 : 전력 변환기 322 : 전동기321: power converter 322: electric motor

323 : 전동기 제어기 330 : 풍력 발전기323: motor controller 330: wind power generator

340 : 전력 변환 장치 350 : 계통 접속점 변압기340: power converter 350: grid junction transformer

360 : 배전 계통 360: power distribution system

풍력 발전 시스템은 에너지원인 풍속의 가변성에 기인한 출력의 불규칙성으로 인해 주변 계통 수용가와 부하의 전압, 주파수 등의 전력품질을 저하시킬 수 있으며 또한 기존의 전원에서 부하로의 일방향적인 계통구성이 전원과 부하가 혼재되어 있는 계통구성으로 바뀌어서 기존의 보호협조체제로 정확한 사고검출 및 차단이 어려울 수 있다. Wind power generation system can reduce power quality such as voltage and frequency of surrounding system customers and load due to the irregularity of output due to the variation of wind speed, which is the energy source. As the system is changed to mixed loads, it is difficult to accurately detect and block accidents with the existing protection coordination system.

따라서 실제 풍력 발전 시스템을 계통에 연계하기에 앞서 풍력 발전 시스템의 과도현상 및 정상상태에 의한 주변 계통의 전기품질 및 보호체계에 미치는 영향을 검토하는 것이 필요하다. Therefore, before linking the actual wind power generation system to the grid, it is necessary to examine the impact on the electrical quality and protection system of the surrounding system due to the transient and steady state of the wind power generation system.

그러나 풍속과 같은 시변성과 비선형성이 강한 자연 환경에 의해 시스템의 상태가 결정되기 때문에 실험을 위한 시스템의 상태 예측과 재현이 불가능하므로 특정 운전 조건을 재현할 수 있는 실험 장치가 필수적이다. However, since the state of the system is determined by the time-varying nature such as wind speed and strong nonlinearity, it is impossible to predict and reproduce the state of the system for the experiment.

특정 운전 조건을 구현하는 방법으로는 풍동 실험 장치와 같이 물리적인 현상을 재현하는 방법과 적절한 컴퓨터 시뮬레이션과 하드웨어를 동시에 이용하는 모의 실험 장치를 이용하는 방법이 있을 수 있다. As a method of implementing a specific operating condition, there may be a method of reproducing a physical phenomenon such as a wind tunnel test apparatus, and a method of using a simulation apparatus using appropriate computer simulation and hardware simultaneously.

전자의 풍동 실험 시스템을 이용하는 방법은 많은 비용을 필요로 하며 실험 설정이나 실험 대상이 변경될 시 직접 시스템을 교체해야 하므로 많은 시간 및 노력이 투자되어야하며 대상 시스템의 크기와 용량에 많은 제약이 존재한다. The method of using the former wind tunnel test system is expensive and requires a lot of time and effort because the system needs to be replaced when the experiment setup or the subject is changed, and there are many restrictions on the size and capacity of the target system. .

또한 후자의 모의 실험 장치를 이용한 현재까지의 방법은 직류 전동기와 유도 발전기 혹은 동기 발전기를 이용하며 풍력 터빈이 발전기에 가하는 토크를 직류 전동기의 전류 제어를 이용하여 구현하는 방법을 사용하고 있다. In addition, the current method using the latter simulation apparatus uses a DC motor, an induction generator or a synchronous generator, and uses a method of implementing the torque applied by the wind turbine to the generator by using the current control of the DC motor.

이 또한 대부분 실험실 수준으로 실시간 모의에 대한 신뢰성이 충분히 검증되지 않은 상태이며 터빈 모델의 변경이나 주요 파라미터의 변경이 개발자에 의해서만 가능하기 때문에 시스템의 사용이 제한적이다. This is also mostly lab-level, where the reliability of real-time simulations has not been fully validated, and the use of the system is limited because changes in turbine models or major parameters can only be made by the developer.

첨부된 도 1은 일반적인 풍력 발전 시스템의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 풍력 발전 시스템은 바람으로부터 회전력을 발생시키는 회전날개(111)와 회전 날개(111)의 회전 속도를 발전기(120)의 발전에 적합한 회전 속도로 회전할 수 있도록 증속하는 증속기(112)로 구성되어 있는 풍력 터빈(110)과 풍력 터빈(110)에서 발생된 회전력을 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전기(120)로 구성되어 있으며 발전기의 종류에 따라 발생된 교류 전력을 상용 계통에 적합한 교류 전력으로 변환하여 주는 전력 변환장치(130)로 구성되어 계통 연계점의 변압 기(140)를 통하여 배전 계통(150)에 연계되어 발생된 전력을 계통에 공급하는 구조로 되어 있다. 1 is a block diagram of a general wind power generation system. As shown in FIG. 1, the general wind power generation system may increase the rotation speed of the rotary blade 111 and the rotary blade 111 to generate rotational force from the wind at a rotational speed suitable for power generation of the generator 120. It consists of a wind turbine 110 is composed of a speed increaser 112 and a wind generator 120 for converting the rotational force generated in the wind turbine 110 into electrical energy and the AC power generated according to the type of generator It is composed of a power converter 130 for converting into AC power suitable for a commercial system is configured to supply the power generated in connection with the power distribution system 150 through the transformer 140 of the grid connection point to the system. .

첨부된 도 2는 종래의 풍력 발전 시스템의 시뮬레이터의 구성도이다. 도 1에서 설명한 풍력 발전 시스템의 구조에서 바람의 운동에너지를 기계적인 에너지로 변환하여 풍력 발전기(220)를 구동하는 풍력 터빈 시스템(210)은 풍력 발전기(220)에 기계적인 구동력을 발생시키는 장치로 대신할 수 있다. 2 is a block diagram of a simulator of a conventional wind power generation system. In the structure of the wind power generation system described with reference to FIG. 1, the wind turbine system 210 driving the wind generator 220 by converting kinetic energy of wind into mechanical energy is a device for generating a mechanical driving force in the wind generator 220. It can be replaced.

종래의 풍력 발전 시스템 시뮬레이터는 도 1의 풍력 터빈 시스템(110)을 모의하기 위하여 풍속 모델(211), 풍력 터빈 모델(212), 토크 제어기(213), 직류 전동기(215)와 그 구동 시스템(214)으로 구성되는 풍력 터빈 시뮬레이터(210)를 구현하고 직류 전동기(215)와 풍력 발전기(220)를 연결하여 직류 전동기(215)가 풍력 발전기(220)를 구동하는 시스템으로 구성되어 있다. Conventional wind power system simulator is a wind speed model 211, wind turbine model 212, torque controller 213, DC motor 215 and its drive system 214 to simulate the wind turbine system 110 of FIG. Implementing the wind turbine simulator 210 is configured to connect the DC motor 215 and the wind generator 220, the DC motor 215 is configured as a system for driving the wind generator 220.

일반적인 풍력 발전기 시스템과 마찬가지로 풍력 발전기(220)의 종류에 따라 적절한 전력 변환 장치 시스템(230)을 이용하여 계통 연계점의 변압기(240)를 통하여 배전 계통(250)에 발생된 전력을 공급하는 구조로 되어 있다. Like a general wind generator system, a structure for supplying the generated power to the distribution system 250 through the transformer 240 of the grid connection point using the appropriate power converter system 230 according to the type of the wind generator 220. It is.

종래의 풍력 터빈 시뮬레이터(210)는 풍속 모델(211)과 풍력 터빈 모델(212)을 수학적으로 유도하고 풍력 터빈 시뮬레이터(210)를 제어하기 위하여 개발된 특정 제어기 하드웨어에 개발자가 직접 코드로 구현하는 형태로 구현되어 있다. The conventional wind turbine simulator 210 is a form in which a developer directly codes a specific controller hardware developed for mathematically inducing the wind speed model 211 and the wind turbine model 212 and controlling the wind turbine simulator 210. Is implemented.

따라서 풍력 터빈 모델(212)의 파라미터나 구성의 변경은 개발자 혹은 개발된 제어기 시스템을 잘 알고 시스템에 접근할 수 있는 사람만이 가능하므로 풍력 터빈 시스템 모델(212)이나 구성 변경 등 사용상에 제약이 많은 단점이 있다. Therefore, the parameter or configuration of the wind turbine model 212 can be changed only by a developer or a person who is familiar with the developed controller system and can access the system. There are disadvantages.

또한 개발자에 의해 모델링되고 구현된 풍력 터빈 모델(212)의 실시간 모의 성능에 대한 신뢰성 및 안정성이 충분히 검증되지 않은 단점이 있다. 토크 제어기(213)와 직류 전동기 구동 시스템(215)의 개발이 실험실에서 직접 이루어지기 때문에 이를 위한 개발에 많은 시간이 소요되며 따라서 많은 개발 비용을 필요로 한다. In addition, the reliability and stability of the real-time simulation performance of the wind turbine model 212 modeled and implemented by the developer has a disadvantage that is not sufficiently verified. Since the development of the torque controller 213 and the DC motor drive system 215 is performed directly in the laboratory, it takes a lot of time to develop for this, and therefore requires a large development cost.

상기와 같은 종래의 풍력발전 시스템의 시뮬레이터에 관련된 문제점과 더불어, 일반적인 풍력 발전 시스템은 풍속과 같은 시변성과 비선형성이 강한 자연 환경에 의해 시스템의 상태가 결정되기 때문에 실험을 위한 시스템의 상태 예측과 재현이 불가능하므로 특정 운전 조건을 재현할 수 있는 실험 장치가 필수적인 현실이다. In addition to the problems related to the simulator of the conventional wind power generation system as described above, since the state of the system is determined by the natural environment with high time variability and nonlinearity such as wind speed, the state prediction and reproduction of the state of the system for the experiment Since this is impossible, an experimental device capable of reproducing specific operating conditions is essential.

특정 운전 조건을 구현하는 방법으로 풍동 실험 장치와 같이 물리적인 현상을 재현하는 방법이 있으나 이는 시스템의 용량과 크기에 따라 다르나 설비의 구축에 많은 비용이 필요하며 실험을 진행하는데 있어서도 많은 시간과 노력을 투자해야 하는 단점이 있다. There are methods to reproduce physical phenomena like wind tunnel tester as a way to implement specific operating conditions, but this depends on the capacity and size of the system, but it requires a lot of cost to build the facility and it takes a lot of time and effort to conduct the experiment. There are drawbacks to investing.

기존의 풍력 발전 시스템 시뮬레이터는 개발자가 자체로 제작한 풍력 터빈 모델 및 모의 장치를 사용한다. 현재까지 보고되고 있는 풍력 발전 시스템 시뮬레이터는 실험실 수준에서 개발되었기 때문에 풍력 터빈 모델의 실시간 모의 성능에 대한 신뢰성이 검증되지 않은 상태이며 터빈 모델의 변경이나 주요 파라미터의 변경이 개발자에 의해서만 가능하기 때문에 시스템의 사용이 제한적이다는 문제점을 안고 있다. Existing wind power system simulators use wind turbine models and simulators built by developers. Since the wind power system simulator reported to date has been developed at the laboratory level, the reliability of the real-time simulation performance of the wind turbine model has not been verified, and the change of the turbine model or the major parameters can only be made by the developer. There is a problem of limited use.

기존의 풍력 발전 시스템 시뮬레이터는 풍력 터빈의 출력 토크를 구현하기 위하여 직류 전동기를 사용하며 이를 구동하기 위한 구동 시스템을 실험실 수준에서 제작하여 사용하기 때문에 이의 개발에 많은 시간이 소요되며 따라서 많은 개발 비용을 필요로 하는 단점이 있다. Existing wind power system simulator uses DC motor to realize output torque of wind turbine, and it takes a lot of time to develop because driving system for driving it is manufactured at laboratory level. There is a disadvantage.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 풍동 실험 장치와 동일한 효과를 얻으면서 설비의 구축과 시험에 필요한 비용과 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 풍력발전 시스템의 실시간 시뮬레이터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was devised to solve the problems of the prior art as described above, and obtains the same effect as the wind tunnel test apparatus while real-time simulator of the wind power generation system that can drastically reduce the cost and time required for the construction and testing of the facility Its purpose is to provide.

또한, 임의의 풍력 발전 시스템을 임의의 시스템 운전 조건에서 실시간으로 모의할 수 있도록 함으로써, 실제 운전 상황과 동일한 효과를 실시간으로 신뢰성을 가지고 재현할 수 있어 풍력 발전 시스템의 정적, 동적 특성 파악 및 계통 연계 운전 시 발생할 수 있는 문제점을 검토할 수 있는 풍력발전 시스템의 실시간 시뮬레이터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, by allowing any wind power system to be simulated in real time under any system operating conditions, it is possible to reliably reproduce the same effects as the actual operating conditions in real time, so that the static and dynamic characteristics of the wind power system can be identified and linked to the grid. The object of the present invention is to provide a real-time simulator of the wind power generation system that can examine the problems that may occur during operation.

또한, 상용 실시간 시뮬레이터 시스템을 이용하여 기존에 제시된 많은 결과를 통해 실시간 모의 결과의 신뢰성을 확보할 수 있고 상용 장비를 이용하므로 다양한 풍력 터빈 모델을 사용할 수 있으며 이에 대한 변경이 용이하여 사용의 편리성을 제고할 수 있는 풍력발전 시스템의 실시간 시뮬레이터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, it is possible to secure the reliability of the real-time simulation results through many of the results presented previously using the commercial real-time simulator system, and various wind turbine models can be used because the commercial equipment is used, and it is easy to change them for ease of use. The purpose is to provide a real-time simulator of the wind power generation system that can be improved.

또한, 상용 전동기 구동 시스템을 사용하며 속도 제어 명령을 이용함으로써, 전동기의 종류에 제한을 받지 않으며 전동기 구동 시스템 개발에 투입되는 비용과 시간을 감소할 수 있는 풍력발전 시스템의 실시간 시뮬레이터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, by using a commercial motor drive system and using the speed control command, providing a real-time simulator of the wind power generation system that can reduce the cost and time spent on developing the motor drive system without being limited by the type of the motor. The purpose.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 풍력발전 시스템의 실시간 시뮬레이터를 이루는 구성수단은, 상용의 실시간 모의 시스템에 구현되는 컴퓨터 기반의 상용의 풍력 터빈 시뮬레이터와, 상기 풍력 터빈 시뮬레이터에서 모의된 회전속도를 제어 입력으로 하여 풍력 발전기의 기계적인 구동력으로 구현하는 상용 전동기 구동 시스템으로 구성되는 것을 특징으로 한다.The construction means constituting the real-time simulator of the wind power generation system of the present invention proposed to solve the above technical problem is a computer-based commercial wind turbine simulator implemented in a commercial real-time simulation system, and simulated in the wind turbine simulator It is characterized by consisting of a commercial electric motor drive system that implements the mechanical drive force of the wind generator by using the rotation speed as a control input.

또한, 상기 풍력 터빈 시뮬레이터는 풍속모델, 풍력 터빈모델, 토크 제어기, 속도 제어기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The wind turbine simulator may include a wind speed model, a wind turbine model, a torque controller, and a speed controller.

또한, 상기 풍력 터빈 시뮬레이터는 상기 풍속 모델에서 발생된 풍속과 현재의 풍력 터빈의 회전속도를 입력으로 하여 풍력 터빈의 회전날개에서 발생되는 기계적인 회전력을 모의하고, 상기 회전 날개에서 발생된 기계적 회전력과 풍력 발전기에서 출력되고 있는 전기적인 회전력의 차를 입력으로 하여 풍력 발전기의 가속도를 모의한 후, 상기 속도제어기를 통해 상기 모의된 가속도를 입력으로 하여 풍력 발전기의 기동 속도와 정지 속도 범위에서 풍력 발전기의 회전속도를 실시간으로 모의하여 상기 상용 전동기 구동 시스템의 제어속도로 출력하는 것을 특징으로 한다.In addition, the wind turbine simulator simulates the mechanical rotational force generated in the rotor blades of the wind turbine by inputting the wind speed generated in the wind speed model and the rotational speed of the current wind turbine, and the mechanical rotational force generated in the rotary blades After the acceleration of the wind power generator is simulated by using the difference of the electric torque output from the wind power generator, the simulated acceleration is inputted through the speed controller, and the wind generator is operated in the range of the start speed and the stop speed of the wind power generator. Simulate the rotational speed in real time, characterized in that for outputting at the control speed of the commercial motor drive system.

또한, 상기 상용 전동기 구동 시스템은 상기 풍력발전기에 동력을 전달하는 전동기와, 상기 전동기에 전력을 공급하는 전력변환기와, 상기 전력변환기를 제어하여 상기 전동기의 속도를 제어하는 전동기 제어기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The commercial motor drive system may include an electric motor for transmitting power to the wind turbine, a power converter for supplying electric power to the electric motor, and an electric motor controller for controlling the speed of the electric motor by controlling the electric power converter. It features.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성수단으로 이루어져 있는 본 발명인 풍력발전 시스템의 실시간 시뮬레이터에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the real-time simulator of the present invention wind power generation system consisting of the above configuration means.

도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템 시뮬레이터의 구성도이다. 3 is a block diagram of a wind power generation system simulator according to the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템의 시뮬레이터는 상용의 실시간 모의 시스템에 구현되는 풍력 터빈 시뮬레이터(310)와 풍력 터빈 시뮬레이터(310)에서 모의된 출력을 풍력 발전기(330)의 기계적인 구동력으로 구현하는 상용 전동기 구동 시스템(320)으로 구성되어 있다. As shown in FIG. 3, the simulator of the wind power generation system according to the present invention outputs the outputs simulated by the wind turbine simulator 310 and the wind turbine simulator 310 implemented in a commercial real-time simulation system. It is composed of a commercial motor drive system 320 to implement a mechanical driving force.

상용의 실시간 모의 시스템에 구현되는 풍력 터빈 시뮬레이터(310)는 풍속 모델(311), 풍력 터빈 모델(312), 토크 제어기(313), 속도 제어기(314)로 구성되어 있으며 실시간 모의 시스템에 실시간으로 모의된 풍력 발전 시스템의 회전 속도가 상용 전동기 구동 시스템(320)의 제어 입력으로 사용된다. Wind turbine simulator 310 implemented in a commercial real-time simulation system is composed of wind speed model 311, wind turbine model 312, torque controller 313, speed controller 314 and simulates in real time to the real-time simulation system The rotational speed of the wind turbine system is used as a control input of the commercial motor drive system 320.

실시간 속도 제어 명령에 따라 전동기 제어기(323)는 전동기 구동 시스템(320)의 전력 변환 장치(321)를 이용하여 교류 전동기(322)의 속도를 제어하고 따라서 교류 전동기(322)에 연결되어 있는 풍력 발전기(330)가 실시간으로 모의된 풍력 발전기의 회전속도로 제어되게 된다. According to the real-time speed control command, the motor controller 323 controls the speed of the AC motor 322 using the power converter 321 of the motor drive system 320 and thus the wind generator connected to the AC motor 322. 330 is controlled to the rotational speed of the wind generator simulated in real time.

풍력 발전기(330)의 회전 속도에 따라 풍력 발전기(330)에 연계되어 있는 전력 변환 장치(340)는 출력을 제어하고 제어된 출력은 연계 변압기(350)를 통해 배전 계통(360)에 유입된다. According to the rotational speed of the wind generator 330, the power converter 340 associated with the wind generator 330 controls the output and the controlled output flows into the power distribution system 360 through the associated transformer 350.

본 발명에 따른 풍력 발전 시스템의 실시간 모의 시뮬레이터는 컴퓨터 기반의 상용 실시간 시뮬레이터 시스템과 전동기 구동 시스템을 이용하여 풍동 실험 장치와 동일한 효과를 얻으면서 설비의 구축과 시험에 필요한 비용과 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 방법을 제공한다. The real-time simulation simulator of the wind power generation system according to the present invention can use the computer-based commercial real-time simulator system and the electric motor drive system to achieve the same effect as the wind tunnel tester, while drastically reducing the cost and time required for the construction and testing of the facility. Provide a way.

또한, 임의의 풍력 발전 시스템을 임의의 시스템 운전 조건에서 실시간으로 모의하기 때문에 실제 운전 상황과 동일한 효과를 실시간으로 신뢰성을 가지고 재현할 수 있으므로 풍력 발전 시스템의 정적, 동적 특성 파악 및 계통 연계 운전 시 발생할 수 있는 문제점을 검토하는데 유용한 수단이 된다. In addition, since any wind power generation system is simulated in real time under any system operating conditions, it is possible to reliably reproduce the same effect as the actual operating situation in real time, so that the static and dynamic characteristics of the wind power generation system can be generated when operating the grid. It is a useful tool for examining possible problems.

본 발명에 따른 풍력 발전 시스템의 시뮬레이터는 상용 실시간 시뮬레이터 시스템을 이용하기 때문에 기존에 제시된 많은 결과를 통해 실시간 모의 결과의 신뢰성을 확보할 수 있으며 상용 장비를 이용함으로 다양한 풍력 터빈 모델을 사용할 수 있으며 이에 대한 변경이 용이하여 사용의 편리성을 제고할 수 있는 장점이 있다. Since the simulator of the wind power generation system according to the present invention uses a commercial real-time simulator system, it is possible to secure the reliability of the real-time simulation results through a number of previously presented results, and various wind turbine models can be used by using commercial equipment. Easy to change has the advantage of improving the convenience of use.

또한 상용 전동기 구동 시스템을 사용하며 속도 제어 명령을 이용하기 때문에 전동기의 종류에 제한을 받지 않으며 전동기 구동 시스템 개발에 투입되는 비용 과 시간을 감소할 수 있으며 또한 상용의 검증된 구동 시스템을 사용하기 때문에 구동 시스템의 동작의 신뢰성 및 안정성을 제고할 수 있는 장점이 있다.In addition, since it uses a commercial motor drive system and uses the speed control command, it is not limited to the type of motor and can reduce the cost and time required to develop the motor drive system. There is an advantage that can improve the reliability and stability of the operation of the system.

도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템 시뮬레이터의 풍력 터빈 시뮬레이터 제어 불록선도를 나타낸 것이다. Figure 4 shows a wind turbine simulator control block diagram of a wind power system simulator according to the present invention.

본 발명에 따른 풍력 터빈 시뮬레이터(310)는 상용의 실시간 모의 시스템에 구현되며 풍속 모델(311), 풍력 터빈 모델(312), 토크 제어기(313), 속도 제어기(314)로 구성되어 있으며 풍력 발전기 회전 속도를 상용 전동기 구동 시스템(320)의 제어 입력으로 사용하여 풍력 발전기(330)의 회전 속도 Wref (433)와 출력을 제어한다. Wind turbine simulator 310 according to the present invention is implemented in a commercial real-time simulation system is composed of wind speed model 311, wind turbine model 312, torque controller 313, speed controller 314 and wind generator rotation Rotational speed Wref of wind generator 330 using the speed as a control input of commercial motor drive system 320 433 and control the output.

이러한 제어 기능을 하기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이, 상용 실시간 모의 시스템에 구현된 제어 알고리즘을 블록선도로 나타내었다. 풍력 터빈 시뮬레이터(310)의 제어 블록 선도는 임의의 풍속을 실시간으로 모의한 풍속 모델(311), 풍력 터빈의 회전 날개의 풍속 에너지 변환 특성을 모의한 회전 날개 모델 B(s)(410), 회전 날개와 각종 기계장치의 동적 응답을 모의한 터빈 모델 J(s)(420)과 터빈 모델의 출력을 풍력 발전기의 회전 속도로 변환하는 속도 제어기(430)로 구성되어 있다. In order to perform such a control function, as shown in FIG. 4, a control algorithm implemented in a commercial real-time simulation system is shown in a block diagram. The control block diagram of the wind turbine simulator 310 is a wind speed model 311 that simulates an arbitrary wind speed in real time, a rotor blade model B (s) 410 that simulates the wind energy conversion characteristics of a rotor blade of a wind turbine, and a rotation. Turbine model J (s) 420, which simulates the dynamic response of the blades and various machinery, and a speed controller 430 for converting the output of the turbine model to the rotational speed of the wind generator.

회전 날개 모델 B(s)(410)은 풍속 모델(311)에서 발생된 풍속 Vwind (411)과 현재의 풍력 터빈의 회전 속도 Wm (412)를 입력으로 하여 풍력 터빈의 회전 날개에서 발생되는 기계적인 회전력 Tm (421)을 모의한다. 터빈 모델 J(s)(420)은 회전 날개에서 발생된 기계적 회전력 Tm (421)과 풍력 발전기에서 출력되고 있는 전기적 인 회전력 Te (422)의 차 △T (423)를 입력으로 하여 풍력 발전기의 가속도 △W (431)를 모의한다. The rotary vane model B (s) 410 is a mechanical output generated from the rotary vanes of the wind turbine by inputting the wind speed Vwind 411 generated in the wind velocity model 311 and the rotational speed Wm 412 of the current wind turbine. The rotational force Tm 421 is simulated. Turbine model J (s) 420 receives the acceleration of the wind generator by inputting the difference ΔT 423 of the mechanical torque Tm 421 generated from the rotor blades and the electrical torque Te 422 output from the wind generator. DELTA W 431 is simulated.

속도 제어기(430)는 모의된 가속도 △W (431)를 입력으로 하여 풍력 발전기의 기동 속도와 정지 속도 범위(432)에서 풍력 발전기의 회전 속도 Wref(433)를 실시간으로 모의하여 출력한다. 제시된 제어 블록은 상용 실시간 시뮬레이터의 GUI(Graphic User Interface)를 이용하여 간단히 구성하고 변경할 수 있다.The speed controller 430 is subject to a simulated acceleration △ W (431) as input, and outputs the real-time simulated by the rotational speed Wref (433) of a wind turbine in a start-up speed of the wind generator and stop speed range (432). The proposed control block can be easily configured and modified using a graphical user interface (GUI) of a commercial real-time simulator.

도 5는 본 발명을 적용하여 시스템을 구성하는 사례를 보여주는 도면으로서 개발된 풍력 발전기(520) 혹은 전력 변환 장치(530)와 풍력 발전 시스템의 발전기 특성 시험이나 계통연계 운전을 위한 연계 운전 특성을 시험의 시스템 구성도이다.5 is a view showing an example of configuring a system by applying the present invention, the generator characteristic test of the wind power generator 520 or the power conversion device 530 and the wind power generation system developed, or test the linkage operation characteristics for grid linkage operation. System configuration diagram.

도 5에 도시된 구성은 상용 실시간 시뮬레이터(511)와 상용 전동기 구동 시스템(512)로 구성된 풍력 발전 시스템 시뮬레이터(510)의 전동기에 개발된 풍력 발전기(520)를 연결하고 풍력 발전기(520)의 출력에 가변전압 가변주파수(VVVF, Variable Voltage Variable Frequency)의 PWM 컨버터(531)와 계통 연계 인버터(532)로 구성된 전력 변환 장치 시스템(530)을 설치하여 풍력 발전기(520)에서 발전된 전력을 연계 변압기(540)를 이용하여 배전 계통(550)에 출력하도록 한 실험 시스템 예이다. The configuration shown in Figure 5 is connected to the wind generator 520 developed in the electric motor of the wind power generation system simulator 510 composed of a commercial real-time simulator 511 and a commercial motor drive system 512 and the output of the wind generator 520 Installed a power converter system 530 consisting of a PWM converter 531 of a variable voltage variable frequency (VVVF) and a grid-connected inverter 532 in order to convert the power generated by the wind generator 520 into a linked transformer ( An example of an experimental system for outputting to the power distribution system 550 using 540.

상기 도 5에 도시된 구성을 이용하면 임의의 풍속에서 최대출력점제어(MPPT, Maximum Power Point Tracking) 특성 등의 전력 변환 장치 제어 특성, 특정 풍속에서의 발전기 출력, 전력 변환 장치 출력 등의 결과를 이용한 효율 및 고조파 특성 등의 풍력 발전 시스템의 전기적인 특성 시험이 가능하다.Using the configuration shown in FIG. 5, the results of the power converter control characteristics such as the maximum power point tracking (MPPT) characteristic at a certain wind speed, the generator output at a specific wind speed, the power converter output, etc. It is possible to test the electrical characteristics of wind power generation system such as efficiency and harmonic characteristics.

이와 같인 본 발명은 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 개발된 풍력 발전기 혹은 전력 변환 장치와 풍력 발전 시스템의 발전기 특성 시험이나 계통연계 운전을 위한 연계 운전 특성을 시험하는데 적용이 가능하다.As described above, the present invention can be applied to test the characteristics of the generator or the linkage operation for grid-connected operation of the developed wind power generator or power converter and the wind power generation system.

상기와 같은 구성 및 바람직한 실시예를 가지는 본 발명인 풍력발전 시스템의 실시간 시뮬레이터에 의하면, 풍동 실험 장치와 동일한 효과를 얻으면서 설비의 구축과 시험에 필요한 비용과 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.According to the real-time simulator of the wind power generation system of the present invention having the configuration and the preferred embodiment as described above, there is an advantage that can significantly reduce the cost and time required for the construction and testing of the facility while obtaining the same effect as the wind tunnel experimental apparatus.

또한, 임의의 풍력 발전 시스템을 임의의 시스템 운전 조건에서 실시간으로 모의하기 때문에 실제 운전 상황과 동일한 효과를 실시간으로 신뢰성을 가지고 재현할 수 있는 장점이 있다.In addition, since any wind power generation system is simulated in real time under an arbitrary system operating condition, there is an advantage in that the same effect as the actual driving situation can be reproduced with reliability in real time.

또한, 풍력 발전 시스템의 정적, 동적 특성 파악 및 계통 연계 운전 시 발생할 수 있는 문제점을 검토하는데 유용한 수단을 제공할 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage that can provide a useful means for identifying the static and dynamic characteristics of the wind power generation system and the problems that may occur during grid-linked operation.

또한, 상용 실시간 시뮬레이터 시스템을 이용하기 때문에 기존에 제시된 많은 결과를 통해 실시간 모의 결과의 신뢰성을 확보할 수 있으며 상용 장비를 이용함으로 다양한 풍력 터빈 모델을 사용할 수 있으며 이에 대한 변경이 용이하여 사용의 편리성을 제고할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the real-time simulator system is used, it is possible to secure the reliability of the real-time simulation results through many of the results presented previously, and various wind turbine models can be used by using commercial equipment, and it is easy to change them. There is an advantage that can be improved.

또한, 상용 전동기 구동 시스템을 사용하며 속도 제어 명령을 이용하기 때문에 전동기의 종류에 제한을 받지 않으며 전동기 구동 시스템 개발에 투입되는 비용과 시간을 감소할 수 있으며 또한 상용의 검증된 구동 시스템을 사용하기 때문에 구동 시스템의 동작의 신뢰성 및 안정성을 제고할 수 있는 장점이 있다.In addition, since it uses a commercial motor drive system and uses the speed control command, it is not limited to the type of motor and can reduce the cost and time required to develop the motor drive system, and also uses a commercially proven drive system. There is an advantage that can improve the reliability and stability of the operation of the drive system.

Claims

In the real-time simulator of the wind power system,

Comprising a computer-based commercial wind turbine simulator implemented in a commercial real-time simulation system, and a commercial electric motor drive system that implements the mechanical driving force of the wind generator by using the rotation speed simulated in the wind turbine simulator as a control input Real time simulator of a wind power system.

The method according to claim 1,

The wind turbine simulator includes a wind speed model, a wind turbine model, a torque controller, and a speed controller.

The method according to claim 2,

The wind turbine simulator simulates the mechanical rotational force generated from the rotor blades of the wind turbine by inputting the wind speed generated in the wind speed model and the rotational speed of the current wind turbine, and the mechanical rotational force generated in the rotary blades and the wind generator After calculating the acceleration of the wind power generator by inputting the difference of the electric torque output from the input, the speed of the wind power generator in the range of the start speed and the stop speed of the wind power generator by inputting the simulated acceleration through the speed controller Real time simulation of the wind power generation system, characterized in that for outputting at a control speed of the commercial motor drive system.

The method according to claim 3,

The commercial motor drive system includes an electric motor for transmitting power to the wind turbine, a power converter for supplying electric power to the electric motor, and an electric motor controller for controlling the speed of the electric motor by controlling the electric power converter. Real time simulator of a wind power system.