최근 전기 에너지를 공급하는데 필요한 화석연료의 수급 불균형 및 탄소 배출권 등의 이슈로 국제적 관심이 높아졌다. 이는 자연스럽게 화석연료를 대체할 에너지원으로 사람들의 관심을 집중시켰고 그 결과 전 세계적으로 태양광, 풍력 등의 무한 청정에너지를 이용한 신재생 에너지 발전시스템의 연구 및 상용화가 활발히 진행 중이다. 여러 신재생 에너지원 중에서 풍력을 이용한 발전시스템은 유럽 국가를 중심으로 활성화 되고 있으며 각 국가에서는 대용량 풍력 발전단지 건설에 박차를 가하고 있다. 이러한 대규모의 풍력발전시스템이 계통과 안정적으로 동작하기 위해 여러 국가에서는 풍력 발전시스템의 계통연계 규정인 ...
최근 전기 에너지를 공급하는데 필요한 화석연료의 수급 불균형 및 탄소 배출권 등의 이슈로 국제적 관심이 높아졌다. 이는 자연스럽게 화석연료를 대체할 에너지원으로 사람들의 관심을 집중시켰고 그 결과 전 세계적으로 태양광, 풍력 등의 무한 청정에너지를 이용한 신재생 에너지 발전시스템의 연구 및 상용화가 활발히 진행 중이다. 여러 신재생 에너지원 중에서 풍력을 이용한 발전시스템은 유럽 국가를 중심으로 활성화 되고 있으며 각 국가에서는 대용량 풍력 발전단지 건설에 박차를 가하고 있다. 이러한 대규모의 풍력발전시스템이 계통과 안정적으로 동작하기 위해 여러 국가에서는 풍력 발전시스템의 계통연계 규정인 그리드 코드(Grid Code)를 제정하여 발전단지 운영자들에게 제공하고 있다.
그리드 코드에서는 평상시 풍력 발전시스템의 운영 규정과 계통사고시의 운영규정으로 나눠진다. 평상시 규정에는 주파수 제어, 유효전력제어 규정과 전압/운전 범위 등이 있으며 이는 기존의 분산전원 시스템에서 요구하는 보조서비스(ancillary service) 기능과 일맥상통한 부분이다. 비상시 규정으로는 저전압 계통 사고가 발생할 경우 일정시간 동안 풍력 발전시스템의 계통연계 상황을 유지해야하는 LVRT규정이 대표적이다. 이와 동시에 사고전압 보상을 위해 무효전류 주입 기능을 필요로 한다. 하지만 계통의 저전압 사고 시 풀 컨버터 기반의 풍력 발전시스템은 발전전력이 온전히 계통으로 유입되기 어려워 직류단(DC-link) 전압 상승이 불가피해진다. 이는 직류단 과전압에 의해 발전시스템의 소손이 발생할 수 있고 전력 계통으로부터 탈락되는 최악의 상황까지 갈 수 있다.
따라서 본 논문에서는 이러한 LVRT 규정 만족을 목표로 빠른 저전압 사고검출 알고리즘 및 LVRT시 컨버터 제어 전략을 제안하였다. 제안된 사고 검출 알고리즘은 적응형매개변수 추정 기법(adaptive parameter estimation method)을 적용하였으며 고조파 성분 및 불평형 계통 전원 등의 외란이 발생하여도 기본파 성분의 계통 전압을 빠르게 검출하는 특징을 갖고 있다. 또한 계통의 주파수도 추정이 가능하기 때문에 주파수 변동이 발생하여도 정확하게 계통 전압 값을 추정할 수 있다. 한편 일반적인 컨버터의 LVRT 제어 전략은 발전량을 감소시켜 직류단 전압 상승을 완화시키는 것이 목적이다. 기존의 발전량 제한 방식으로는 Dynamic Braking Resistor(DBR)을 이용한 방식과 De-loading droop 제어가 있다. DBR을 이용한 방식은 저항을 이용하여 전압상승을 제한하는 방식으로 구현이 용이하며 응답이 빠른 장점이 있지만 저항을 이용하여 직류단에 쌓인 에너지를 소모하기 때문에 시스템의 용량에 따라 저항의 부피 또한 커진다. 반면 de-loading droop 방식은 직류단의 전압 상승률에 따라 발전량을 감소시켜 직류단 전압 상승을 제한한다. 별도의 소모성 저항이 필요없어 부피 및 원가 저감의 장점이 있지만, 직류단 전압의 부유(floating) 현상이 발생하고 직류단 정상전압 범위내로 돌아오는데 느린 단점이 있다. 이러한 단점들을 보완하고자 계통 전압의 감소율을 이용하여 발전량을 줄이는 알고리즘을 적용하였다. 이 방식은 계통 사고 시의 발전량을 사고 전압 감소율에 비례하여 감소시키기 때문에 계통 사고 후 상승하는 직류단 전압을 통해 발전량을 제한하는 de-loading droop 방식에 비하여 보다 빠르게 발전량을 제한할 수 있고 소모성 저항도 필요하지 않는 장점을 갖는다. 본 논문에서 제안한 저전압 사고검출 알고리즘은 모의실험 및 하드웨어 실험을 통해 성능 검증을 실시하였고 이를 바탕으로 Matlab/Simulink 해석모델에 적용하여 LVRT 제어전략의 타당성을 검증하였다.
최근 전기 에너지를 공급하는데 필요한 화석연료의 수급 불균형 및 탄소 배출권 등의 이슈로 국제적 관심이 높아졌다. 이는 자연스럽게 화석연료를 대체할 에너지원으로 사람들의 관심을 집중시켰고 그 결과 전 세계적으로 태양광, 풍력 등의 무한 청정에너지를 이용한 신재생 에너지 발전시스템의 연구 및 상용화가 활발히 진행 중이다. 여러 신재생 에너지원 중에서 풍력을 이용한 발전시스템은 유럽 국가를 중심으로 활성화 되고 있으며 각 국가에서는 대용량 풍력 발전단지 건설에 박차를 가하고 있다. 이러한 대규모의 풍력발전시스템이 계통과 안정적으로 동작하기 위해 여러 국가에서는 풍력 발전시스템의 계통연계 규정인 그리드 코드(Grid Code)를 제정하여 발전단지 운영자들에게 제공하고 있다.
그리드 코드에서는 평상시 풍력 발전시스템의 운영 규정과 계통사고시의 운영규정으로 나눠진다. 평상시 규정에는 주파수 제어, 유효전력제어 규정과 전압/운전 범위 등이 있으며 이는 기존의 분산전원 시스템에서 요구하는 보조서비스(ancillary service) 기능과 일맥상통한 부분이다. 비상시 규정으로는 저전압 계통 사고가 발생할 경우 일정시간 동안 풍력 발전시스템의 계통연계 상황을 유지해야하는 LVRT규정이 대표적이다. 이와 동시에 사고전압 보상을 위해 무효전류 주입 기능을 필요로 한다. 하지만 계통의 저전압 사고 시 풀 컨버터 기반의 풍력 발전시스템은 발전전력이 온전히 계통으로 유입되기 어려워 직류단(DC-link) 전압 상승이 불가피해진다. 이는 직류단 과전압에 의해 발전시스템의 소손이 발생할 수 있고 전력 계통으로부터 탈락되는 최악의 상황까지 갈 수 있다.
따라서 본 논문에서는 이러한 LVRT 규정 만족을 목표로 빠른 저전압 사고검출 알고리즘 및 LVRT시 컨버터 제어 전략을 제안하였다. 제안된 사고 검출 알고리즘은 적응형 매개변수 추정 기법(adaptive parameter estimation method)을 적용하였으며 고조파 성분 및 불평형 계통 전원 등의 외란이 발생하여도 기본파 성분의 계통 전압을 빠르게 검출하는 특징을 갖고 있다. 또한 계통의 주파수도 추정이 가능하기 때문에 주파수 변동이 발생하여도 정확하게 계통 전압 값을 추정할 수 있다. 한편 일반적인 컨버터의 LVRT 제어 전략은 발전량을 감소시켜 직류단 전압 상승을 완화시키는 것이 목적이다. 기존의 발전량 제한 방식으로는 Dynamic Braking Resistor(DBR)을 이용한 방식과 De-loading droop 제어가 있다. DBR을 이용한 방식은 저항을 이용하여 전압상승을 제한하는 방식으로 구현이 용이하며 응답이 빠른 장점이 있지만 저항을 이용하여 직류단에 쌓인 에너지를 소모하기 때문에 시스템의 용량에 따라 저항의 부피 또한 커진다. 반면 de-loading droop 방식은 직류단의 전압 상승률에 따라 발전량을 감소시켜 직류단 전압 상승을 제한한다. 별도의 소모성 저항이 필요없어 부피 및 원가 저감의 장점이 있지만, 직류단 전압의 부유(floating) 현상이 발생하고 직류단 정상전압 범위내로 돌아오는데 느린 단점이 있다. 이러한 단점들을 보완하고자 계통 전압의 감소율을 이용하여 발전량을 줄이는 알고리즘을 적용하였다. 이 방식은 계통 사고 시의 발전량을 사고 전압 감소율에 비례하여 감소시키기 때문에 계통 사고 후 상승하는 직류단 전압을 통해 발전량을 제한하는 de-loading droop 방식에 비하여 보다 빠르게 발전량을 제한할 수 있고 소모성 저항도 필요하지 않는 장점을 갖는다. 본 논문에서 제안한 저전압 사고검출 알고리즘은 모의실험 및 하드웨어 실험을 통해 성능 검증을 실시하였고 이를 바탕으로 Matlab/Simulink 해석모델에 적용하여 LVRT 제어전략의 타당성을 검증하였다.
These days, many countries get a large portion of their power from wind and wind energy production is now growing rapidly at more than 25% per annum. Therefore, the sudden loss of wind energy production can be seen to threaten the power system stability. Therefore, many countries established the tec...
These days, many countries get a large portion of their power from wind and wind energy production is now growing rapidly at more than 25% per annum. Therefore, the sudden loss of wind energy production can be seen to threaten the power system stability. Therefore, many countries established the technical requirements for the connection of wind power systems as a part of power system regulation known as grid codes.
The low-voltage ride through (LVRT) capability is one of the important grid codes that defines the ability of wind turbine systems to remain in operation in the event of network disturbances such as voltage dips and interruptions. The LVRT requirements are described by a system voltage against fault duration characteristics. According to the LVRT requirements, wind power systems must stay connected to the grid for prescribed time during faults and also need to supply reactive currents to the grid to support the recovery of faulted voltages.
This paper presents how to improve LVRT capability for permanent magnet synchronous generator (PMSG) type wind power systems with full-scale back-to-back converters. During faults, wind power systems normally cannot precisely control their real power output to the grid. This means that the power unbalance between the wind turbine and the grid-side converter can cause voltage increase in the dc link. In the worst case, wind power systems would be disconnected from the grid by protection devices. Therefore, to secure the LVRT capability, it is important to rapidly detect the grid fault condition and have high bandwidth in the controller of the grid-side converter.
Thus, this paper proposes a new voltage measurement algorithm to detect grid fault conditions. The proposed voltage measurement algorithm is based on the on-line adaptive parameter estimation that can accurately estimate the phasor of the fundamental voltage as well as the system frequency. The performance of the proposed algorithm is compared to the conventional voltage measurement algorithm, which is defined in the IEC 61400-21 standard. Because the conventional method calculates the grid voltage by using the average value of the one cycle, it takes at least one cycle to measure accurate voltage levels. However, the proposed algorithm can estimate the voltage level at each sample time without using averaging function so that the fault detection performance is faster than that of the conventional one. The proposed algorithm can estimate the phase of grid voltage as well as the magnitude of grid voltage. Also this paper represent the LVRT control scheme using the proposed fault detection method. The LVRT control scheme can reduce the power generation according to the reduction ratio of the grid voltage.
The proposed fault detection method and LVRT control scheme have been tested on MATLAB Simulink and is verified in comparison to the conventional voltage measurement method defined in the IEC 61400-21 standard and the conventional LVRT control scheme such as De-loading droop method.
These days, many countries get a large portion of their power from wind and wind energy production is now growing rapidly at more than 25% per annum. Therefore, the sudden loss of wind energy production can be seen to threaten the power system stability. Therefore, many countries established the technical requirements for the connection of wind power systems as a part of power system regulation known as grid codes.
The low-voltage ride through (LVRT) capability is one of the important grid codes that defines the ability of wind turbine systems to remain in operation in the event of network disturbances such as voltage dips and interruptions. The LVRT requirements are described by a system voltage against fault duration characteristics. According to the LVRT requirements, wind power systems must stay connected to the grid for prescribed time during faults and also need to supply reactive currents to the grid to support the recovery of faulted voltages.
This paper presents how to improve LVRT capability for permanent magnet synchronous generator (PMSG) type wind power systems with full-scale back-to-back converters. During faults, wind power systems normally cannot precisely control their real power output to the grid. This means that the power unbalance between the wind turbine and the grid-side converter can cause voltage increase in the dc link. In the worst case, wind power systems would be disconnected from the grid by protection devices. Therefore, to secure the LVRT capability, it is important to rapidly detect the grid fault condition and have high bandwidth in the controller of the grid-side converter.
Thus, this paper proposes a new voltage measurement algorithm to detect grid fault conditions. The proposed voltage measurement algorithm is based on the on-line adaptive parameter estimation that can accurately estimate the phasor of the fundamental voltage as well as the system frequency. The performance of the proposed algorithm is compared to the conventional voltage measurement algorithm, which is defined in the IEC 61400-21 standard. Because the conventional method calculates the grid voltage by using the average value of the one cycle, it takes at least one cycle to measure accurate voltage levels. However, the proposed algorithm can estimate the voltage level at each sample time without using averaging function so that the fault detection performance is faster than that of the conventional one. The proposed algorithm can estimate the phase of grid voltage as well as the magnitude of grid voltage. Also this paper represent the LVRT control scheme using the proposed fault detection method. The LVRT control scheme can reduce the power generation according to the reduction ratio of the grid voltage.
The proposed fault detection method and LVRT control scheme have been tested on MATLAB Simulink and is verified in comparison to the conventional voltage measurement method defined in the IEC 61400-21 standard and the conventional LVRT control scheme such as De-loading droop method.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.