[논문]슬라이딩 모드 기반의 이중여자 유도형 풍력발전시스템의 직접전력제어기법

김원상; 심경훈; 이교범; 정병창; 송승호

슬라이딩 모드 기반의 이중여자 유도형 풍력발전시스템의 직접전력제어기법
Sliding-Mode Based Direct Power Control of a Doubly Fed Induction Generator for Wind Turbines 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.13 no.2, 2008년, pp.152 - 162

김원상 (아주대 전자공학과) , 심경훈 (아주대 전자공학과) , 이교범 (아주대 전자공학부) , 정병창 (LS 산전) , 송승호 (광운대 전기공학과)

초록
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본 논문은 이중여자 유도형(DFIG) 풍력발전시스템에서 유효전력과 무효전력을 직접적으로 제어하기 위한 슬라이딩 모드 기반의 직접전력제어기법을 제시한다. 제안하는 제어기법은 슬라이딩 모드 기반의 전력제어기부와 전력회로부의 스위칭 지령값을 위한 공간전압벡터변조방식(SVM)으로 구성된다. 본 논문에서 제안하고 있는 공간전압벡터 변조방식을 이용한 슬라이딩 모드 기반의 전력제어기법은 고정된 스위칭 주파수에서 기기상수의 변화에 강인한 전력제어가 가능하고, 기존의 자속기준제어기법(FOC)에서 사용되었던 전류제어기와 축변환 없이 직접적으로 전력을 제어함으로써 제어구조가 간단하다. 시뮬레이션과 실험 결과를 통해 제안하는 제어기법의 타당성을 확인한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents a sliding mode controller (SMC) to directly control the active and reactive powers of a doubly ffd induction generator (DFIG) for wind turbines. Sliding-mode control (SMC) and space-vector modulation (SVM) are combined to ensure high-performance operation. SMC scheme is designed to provide robust and fast power controls without frame transformation and current controller used in the conventional FOC drive. Simulation results and experimental results demonstrate that proposed methods preserve the effectiveness and robustness during variations of active and reactive power.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 슬라이딩 모드 제어기법을 기반한 직접 전력제어기 법을 제안한다. 자속기준제어 기법은 전력제어기 및 전류제어기와 축변환으로 구성되어 있는 복잡한 제어구조를 가지고 있다.
본 논문에서는 이중여자 유도형 풍력발전시스템에서 유효전력과 무효전력을 직접적으로 제어하고 기기 상수 변화에 강인한 슬라이딩 모드 기반의 직접 전력제어기법을 제안하였다. 제안하는 제어기법은 기존의 자속기준제어기법에 비해 간단한 제어구조를 가지고 있다.
가변한다는 단점이 있다. 이러한 단점들을 보완할 목적으로 방법들을 제시했다. 이는 직접 토크 제어방식에서 사용되었던 히스테리시스 제어기를 이용해서 스위칭 지령값을 생성하는 방식이 아니라 공간 전압 벡터 변조 방식(SVM)을 이용해서 스위칭 지령값을 생성하는 방식이 소개되었다阿网 또한 가변구조제어방식 (VSC)과 직접토크제어기법(DTC)을 함께 이용해서 자속과 토크를 제어하는 방식이 소개되었다'이 이러한 방식들은 직접토크제어방식의 장점인 간단한 제어구조 및 빠른 동적특성을 유지하면서 일정한 스위칭 주파수로 토크 및 자속과 전류의 변동을 줄일 수 있다는 장점을 가진다.

가설 설정

고정자는 계통에 직접적으로 연결되어있기 때문에 고정자 자속은 일정하다고 가정한다. 동기기준좌표계 (叫=糾 - 고정자 자속속도, 总=&摂를 이용하면 식 (1)의 고정자 전압벡터는 다음과 같이 표현된다.

제안 방법

5KW, 220V, 1750n)m 직류전동기로 발전기의 속도 혹은 토크를 제어한다. 본 실험에서는 직류전동기의 속도제어로 발전기를 제어한다. 전력 변환부는 2400 직류단 커패시터를 7.
전력제어모드에서 실험을 수행하였다. 실험은 주로 유효전력응답특성 및 무효전력 응답특성 그리고 고정자 전류특성을 확인하였다.
이중여자 유도형 풍력발전시스템의 운전모드는 유효전력을 기준으로 구분된다邸. 제안하는 전력제어기법을 전력제어모드에 적용하였으며 자동적인 모드전환으로 계통사고 발생시 회복이 가능하다.
제안하는 제어기법의 타당성을 확인하기 위해 발전기의 전력제어모드에서 실험을 수행하였다. 실험은 주로 유효전력응답특성 및 무효전력 응답특성 그리고 고정자 전류특성을 확인하였다.
그림 10 에서 보듯이 이중여자 유도형 풍력발전기는 직류전동기의 속도에 따라 제어되고 있으며 회전속도는 발전기의 엔코더를 이용하여 측정한다. 측정된 회전속도로부터 최대전력점추적 곡선을 이용하여 발전기의 유효전력 지령값을 계산한다. 계산된 유효전력 지령값을 제안하는 알고리즘에 적용 하였을 때 응답특성을 볼 수 있다.

데이터처리

제안하는 슬라이딩 모드 기반의 직접 전력제어기법의 타당성을 입증하기 위해 SimuWNIatlab을 이용해서 검중하였다. 이중여자 유도형 풍력발전기의 정격은 3KW, 220V, 60Hz, 4극이고 기기상수는 风 =0.

이론/모형

제안하는 제어기법은 슬라이딩 모드 기반의 전력제어기로 유효전력과 무효전력을 직접적으로 제어할 수 있는 간단한 제어구조를 가지며 기기상수 변화에 강인한 제어특성을 보인다. 정상상태에서 전력맥동과 스위칭 주파수를 일정하게 유지하기 위해 공간전압벡터변조방식이 이용된다. 또한 계통사고에 의해 발생하는 불평형 전원에 대해 정상분 전압과 역상분 전압을 분리하여 계통 측 컨버터에서 계통연계지점의 역상분 전압을 보상하는 알고리즘이 이용된다®.

성능/효과

기기상수의 변화에 대한 응답특성을 확인하기 위해 그림 6의 (a)와 그림 8의 (a)를 비교해 볼 때 제안하는 제어기법은 유효전력과 무효전력의 제어는 기기 상수의 변화와 상관없이 강인한 제어특성을 보임을 확인할 수 있다.
직접전력제어기법에서 히스테리시스 제어기에 의해 생기는 스위칭 주파수의 가변을 피하기 위해 공간 전압 벡터 변조 방식을 이용하여 스위칭 주파수가 고정되는 특성을 가진다. 시뮬레이션과 실험결과를 통해 제안하는 제어기법의 타당성을 입증하였다.
유효전력이 변화에 따라 무효전력과 직류단 전압은 일정하게 유지되고 고정자전류가 변화하는 것을 확인할 수 있다. 그림 5와 그림6은 기기상수 변화(상호인덕터스 0%변화(그림 5)와 30%변화(그림 6))가 생길 때 자속기준제어 기법의 응답특성을 보여준다.
제안하였다. 제안하는 제어기법은 기존의 자속기준제어기법에 비해 간단한 제어구조를 가지고 있다. 직접전력제어기법에서 히스테리시스 제어기에 의해 생기는 스위칭 주파수의 가변을 피하기 위해 공간 전압 벡터 변조 방식을 이용하여 스위칭 주파수가 고정되는 특성을 가진다.
자속기준제어 기법은 전력제어기 및 전류제어기와 축변환으로 구성되어 있는 복잡한 제어구조를 가지고 있다. 제안하는 제어기법은 슬라이딩 모드 기반의 전력제어기로 유효전력과 무효전력을 직접적으로 제어할 수 있는 간단한 제어구조를 가지며 기기상수 변화에 강인한 제어특성을 보인다. 정상상태에서 전력맥동과 스위칭 주파수를 일정하게 유지하기 위해 공간전압벡터변조방식이 이용된다.
하도록 한다. 첫 번째로 이중여자 유도형 풍력발전기로부터 발전되는 전력량 혹은 회전속도가 설정값 이상일 조건과 두 번째로 고정자 전압 및 주파수와 위상이 계통과 일치하는 조건을 만족하면 고정자의 영 전류에서 자기접촉기와 회전자 측 컨버터는 동작한다. 그림 11은고정자와 계통이 연결되는 과정을 보여준다.

참고문헌 (16)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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