[논문]이중여자 유도발전기를 이용한 가변속운전과 정속운전 풍력발전시스템의 운전특성 비교

노경수; 김태호

이중여자 유도발전기를 이용한 가변속운전과 정속운전 풍력발전시스템의 운전특성 비교
Comparison of Characteristics for Variable Operation using Doubly-fed Induction Generator and Fixed Speed Operation in Wind Turbine System 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.58 no.7, 2009년, pp.1313 - 1320

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This paper analyzes the steady-state operating characteristics of doubly-fed induction generator(DFIG) and fixed-speed induction generator(FSIG) in wind turbine system. It also presents a modeling and simulation of a grid-connected wind turbine generation system for dynamics analysis on MATLAB/Simulink, and compares the responses between DFIG and FSIG wind turbine systems with respect to wind speed variation, 3-phase fault and 1-phase ground fault of the network. Simulation results show the variations of generator's active/reactive output, rotor speed, terminal voltage, fault current, etc. Case studies demonstrate that DFIG illustrates better performance compared to FSIG.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 정상상태에서 FSIG과 DFIG를 이용한 가 변속 운전 풍력발전시스템의 운전특성을 분석하였으며, 동특성 해석을 위한 계통연계 풍력발전시스템을 모델링하고 여러 가지 상황에 대해 시뮬레이션을 통하여 DFIG와 FSIG의 운전 특성을 비교, 분석한 결과를 얻고자 하였다. Simulink에서 수행한 다양한 시뮬레이션 결과를 통해 DFIG와 FSIG의 차이점을 살펴보면 다음과 같다.
그림 14에 나타내고 있다. 풍속 변화에 대해 DFIG와 FSIG에 대한 발전기 단자전압, 발전기 유/무효 출력, 회전자 속도 등의 특성 변화를 관찰하고자 한다.

제안 방법

출력, 회전속도 등을 관찰한다. 고장은 3상 단락 고장과 같이 90초에서 0.06초간 발생에 대하여 시뮬레이션을 수행하고 FSIG와 DFIG의 응답 특성을 비교한다.
회전속도 등을 관찰한다. 고장은 90초에서 0.06초간 발생에 대하여 시뮬레이션을 수행하고 FSIG와 DFIG의 응답 특성을 비교한다.
그림 8의 모델로 여러가지 사례에 대한 시뮬레이션을 수행하여 시뮬레이션 모델의 정당함을 검증하고, 정상 상태에서 풍속의 변화에 대해서 그리고 3상단락 고장에 대해서 DFIG와 FSIG의 운전특성을 관찰하여 비교하고자 한다. 각 단자에서의 전압과 전류는 단위법(p.
본 논문에서는 정상상태에서 FSIG와 DFIG를 이용한 풍력발전시스템의 운전특성을 분석하였으며, 외란에 대한 동특성 해석을 위해 계통연계 풍력발전시스템을 MATLAB/ Simulink에서 모델링하였다. 위의 참고문헌과의 차별성을 부각하기 위해 같은 조건의 풍속 변화 및 3상 단락고장과 1상지락고장에 따라 DFIG와 FSIG의 발전기 유/무효 출력, 회전자 각속도, 단자전압, 고장전류 등에 대하여 폭넓게 변동을 관찰하여 DFIG와 FSIG의 특징을 비교, 분석하고자 한다.
그림 6은 풍력터빈이 배전계통과 연계된 풍력발전 시스템의 개략적인 구조를 나타낸다. 본 연구에서는 DFIG와 FSIG의 특징을 비교하기 위해 MATLAB/ Simulink를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. FSIG의 경우 그림 6에서 A로 표시된 점선안의 부분이 그림 2를 나타내며, DFIG의 경우 점선안의 부분이 그림 3을 나타내어 계통 부분이 그림 6의 F지점과 연결된다.
모델링하였다. 위의 참고문헌과의 차별성을 부각하기 위해 같은 조건의 풍속 변화 및 3상 단락고장과 1상지락고장에 따라 DFIG와 FSIG의 발전기 유/무효 출력, 회전자 각속도, 단자전압, 고장전류 등에 대하여 폭넓게 변동을 관찰하여 DFIG와 FSIG의 특징을 비교, 분석하고자 한다.

성능/효과

. DFIG는 회전자측 컨버터의 제어에 의해 FSIG보다 전압 및 무효전력의 변동이 거의 없게 됨을 알 수 있었다.
. 시뮬레이션 결과를 통해 풍속의 변화에 대한 DFIG와 FSIG의 발전기 단자전압, 유효/무효 출력의 변화 등의 특성을 비교하여 DFIG가 FSIG보다 운전 특성이 우수함을 알 수 있었다.
3상 단락 고장과는 다르게 F지점의 고장전압과 고장전류 값이 감소한 것을 볼 수 있지만, 3상 단락고장과 마찬가지로 F지점의 a 상 전압과 전류 모두 DFIG가 FSIG에 비하여 고장에 의한 진동이 적고 정상상태로의 회복이 FSIG보다 빠른 것을 볼 수 있다. 따라서, 시뮬레이션 결과로 보아 DFIG의 응답 특성이 FSIG의 응답특성보다 우수함을 알 수 있다.

후속연구

이와 같은 결과를 토대로 살펴보면, DFIG는 풍속에 따른 운전 특성이 좋으며 계통의 무효전력을 제어할 수 있는 장점을 가지고 있기 때문에 DFIG 풍력발전 시스템은 샹용화될풍력에너지의 효율적인 이용을 위해 시스템에 적용될 가능성이 더욱 확대될 것으로 사료된다.

참고문헌 (12)

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