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문제 정의
- 본 논문은 풍력터빈용 PMSG를 위한 적응 제어기 알고리즘을 슬라이딩 모드 접근법에 기반하여 제안하였다. 제안된 적응 제어기는 PMSG가 MPPT 알고리즘에 의해 결정된 기준 속도를 추종할 수 있음을 리아푸노프 함수를 이용하여 증명하였다.
- 이러한 사정을 고려하여 본 논문에서는 불확실성을 갖거나 불완전하게 모델링된 비선형 시스템을 위하여 성공적으로 적용되어 온 슬라이딩 모드 접근법[6-9]에 기반하여 메가와트급 직접구동형 가변속 풍력발전용 PMSG의 제어기설계 방법을 제안한다. 슬라이딩 모드 접근법의 안정도 증명 방법에 따라 리아푸노프 함수를 사용하여 제안된 제어시스템의 오차신호가 0에 수렴함을 증명한다.
가설 설정
- 그림 4와 5는 동일한 풍속 모델 상황 하에서 기존의 PI 제어방식과 제안된 제어방식과의 성능을 비교하기 위한 시뮬레이션 결과를 보여주고 있다. 기존 PI 제어기의 경우 [10, 11]의 튜닝 규칙을 참조하여 전류제어기 이득의 주파수 대역폭은 300 [md/s]으로 설정하였고 속도제어기 주파수 대역폭은 일반적으로 동기기 PI 제어기 이득 설정을 위해 쓰여지는 경험칙에 따라 전류제어기 이득의 주파수 대역폭의 10분의 1이하인 30 [rad/s]로설정하였다. 그림 4는 기존의 PI 제어기를 사용한 경우의 시뮬레이션 결과로 맨 위 그림은 회전자 속도 % 중간 그림은 회전자 속도오차 e2=a>e-a>d 그리고 맨 아래 그림은 발전기 출력 月, 를 보여준다.
- 제안된 제어기와 기존의 PI 제어기에 대한 비교 시뮬레이션을 수행하기 위해 본 논문에서는 II절에서 소개한 난류성 성분을 포함한 풍속 모델을 사용하였다. 모의실험을 행할 때 제안된 속도제어기 성능의 우수성을 보이기 위해 PMSG의 일부 파라미터 风丄, , J가 측정 오차나 온도 등에 의해서 200% 변동하였음을 가정하였다. 그림 4와 5는 동일한 풍속 모델 상황 하에서 기존의 PI 제어방식과 제안된 제어방식과의 성능을 비교하기 위한 시뮬레이션 결과를 보여주고 있다.
- 피치 제어기는 블레이드의 피치각 를 제어하여 발전기 출력 鸟을 정격전력 Quoted 이하로 제한시켜 정격풍속 이상의 구간에서는 초래될 수 있는 기계적 혹은 전기적인 고장을 방지하도록 한다. 본 논문에서는 일반적으로 가장 많이 사용되는 그림 2와 같은 PI 형태의 피치각 제어기를 사용된다고 가정할 것이다. 풍력터빈에 의해 발생하는 전력 %은 공기밀도 p 와 블레이드의 반지름 Rd, 피치각 8, 풍력터빈의 회전속도 以m, 풍속과 터빈의 회전속도 비율인 주속비 入등의 비선형 함수로 牛 =0.
- 일반적으로 기준 회전속도 <如와 기계적인 토크 孔은 다른 상태변수에 비하여 매우 천천히 변화하므로 이전의 연구 결과들처럼 也=晶= 九=0으로 가정할 것이다. 속도 오차 %—3初를 e2 = — 3d 라 하고 이의 적분값을 ei = J@2为라 흐卜자.
- 주1: 적응 이득 如也는 제어기의 성능에 큰 영향을 미친다. 만약 큰 값을 사용하면 적응이 천천히 이루어지며 과도 오차가 클 수 있다.
- 주2: 기존의 PI제어 방식에 따르면 q축 입력전압 와 d축 입력전압 K, 는 다음처럼 결정하면 된다.
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