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초록
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본 논문에서는 풍력발전기의 제어시스템에 대한 성능평가를 위한 실시간 처리 기반의 Hardware-In-Loop(HIL) 시뮬레이터와 안정적으로 운용할 수 있는 시스템 제어 알고리즘을 제시한다. 기존의 수행된 연구는 모터와 발전기가 결합되어 동력이 전달되는 구조로서, 소형풍력발전기의 발전기 토크와 전력변환장치의 대한 특성분석으로 그 시험 범위가 제한적이나, 제안하는 실시간 처리 기반의 풍력발전기 시뮬레이터를 통해서 정상운전과 비상운전을 포함하여 제어시스템의 알고리즘과 하드웨어 요소에 대한 시험 성능평가가 가능하다. 한편, 제안하는 시뮬레이터는 세부적으로 하드웨어와 동기화되어 운영 될 수 있도록 MATLAB, CODER 그리고 PLC Library를 활용하여 동적모델과 제어시스템을 포함한 실시간 처리 기반의 풍력발전기 모듈, 바람 데이터를 생성/처리하는 모듈, 전력계통 모듈 그리고 전체 시뮬레이터의 운용을 위한 'Host PC'로 구성된다. 실제 풍력발전기가 설치되는 환경을 기반으로 외부적/내부적인 요소를 변수로 다양한 시나리오에 대한 시험을 수행하여, 풍력발전기 제어시스템의 성능평가를 통하여 본 논문에서 제시한 HIL-시뮬레이터의 우수성과 효용성을 입증한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a Hardware-In-Loop(HIL) Simulator for a Wind Turbine and an operational control algorithm to evaluate the performance of a wind turbine control system. It provides not only for the validation of the control logics, safety functions and H/W failure, but also for the high reliabili...

주제어

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문제 정의

  • 2장에서 언급된 기존 연구의 문제점을 극복하기 위해서, 본 연구에서는 풍력발전기 시스템 전체의 성능 및 신뢰성 평가와 이를 통한 시스템 최적화 가능하고, 확장성 및 범용성이 뛰어난 풍력발전기 Hardware-In-Loop 시뮬레이터에 대해 제안한다.
  • 따라서 다양한 피치제어기가 연구 되고 있는데, 본 연구에서는 직관적이며 보편적으로 산업현장에서 가장 많이 사용되는 PID제어방식에 비선형 시스템을 선형제어방법을 통해 제어하기 위해서 LPV(Linear Parameter Varying)로 모델링하여 생성한 Gain Scheduled PI 제어방식을 적용하였다.
  • 따라서 본 논문에서는 풍력발전기의 전체 제어시스템에 대한 성능평가가 가능한 실시간 처리 기반의 HIL시뮬레이터와 안정적으로 운용할 수 있는 시스템 제어 알고리즘을 제시한다. 구체적으로 풍력발전기의 수학적인 모델과 Safety System이 포함된 제어시스템, 실시간 연산 및 신호처리 기술, 그리고 시스템 전체를 운영할 수 있는 시스템 제어 알고리즘을 개발하여 WT HIL-시뮬레이터 Graphic User Interface (GUI)에 적용하고, 이를 바탕으로 MATLAB Coder와 TwinCAT Library를 활용하여, 하드웨어와 시뮬레이션이 연계되는 Console 프로그램 형태를 제안한다.
  • 구체적으로 풍력발전기의 수학적인 모델과 Safety System이 포함된 제어시스템, 실시간 연산 및 신호처리 기술, 그리고 시스템 전체를 운영할 수 있는 시스템 제어 알고리즘을 개발하여 WT HIL-시뮬레이터 Graphic User Interface (GUI)에 적용하고, 이를 바탕으로 MATLAB Coder와 TwinCAT Library를 활용하여, 하드웨어와 시뮬레이션이 연계되는 Console 프로그램 형태를 제안한다. 또한, Punching plate에 Open Cabinet의 형태의 시뮬레이터를 구성하여 H/W와 S/W의 유연성과 확장성에 대한 증대와, 다양한 시나리오에 대한 시험을 수행하여, 풍력발전기 제어시스템의 성능평가를 통해서 본 논문에서 제시한 시뮬레이터의 우수성과 효용성을 입증하고자 한다.
  • 본 논문에서는 풍력발전기의 제어시스템에 대한 성능평가가 가능한 실시간 처리 기반의 HIL-시뮬레이터와 안정적으로 운용할 수 있는 시스템 제어 알고리즘을 개발하였다. 이를 통해 실제 풍력발전기 운용에 필요한 제어 알고리즘의 검증을 다양한 시나리오와 시뮬레이터의 각 모듈별로 연동하여 시험을 수행하였고, 풍력발전기의 ‘Normal Operation’과 ‘Emergence Operation’에 대한 성능평가를 할 수 있었다.
  • 본 연구는 풍력발전기의 제어시스템 알고리즘 검증을 위한 시뮬레이터를 개발에 그 목적을 두고 있어, 운전에 따른 각 주요 구성품의 상태와 상세한 하중 값을 분석할 수 있어야 한다. 하지만 앞에서 언급된 식은 각 블록별로 상관관계와 대략적인 흐름을 알 수 있지만, 3차원 바람데이터 이용 및 상세한 분석 등의 한계로 인하여, 본 논문에서는 미국 신재생에너지연구소 (NREL, National Renewable Energy Laboratory)에서 개발하여 공개한 FAST (Fatigue, Aerodynamics, Structures and Turbulence)를 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전체 전력 생산량에서 풍력 발전기가 차지하는 비중이 커지게 된 배경은 무엇인가? 전 세계적으로 환경 파괴로 인한 지구 온난화로 인류의 생존이 위협을 받고 있는 상황에서 과거의 화석연료를 대체할 수 있는 친환경 에너지원에 대한 필요성이 증대되었고 이에 최근에는 풍력, 태양열, 태양광 등과 같은 신재생에너지의 비약적인 발전을 이뤄냈다. 특히, 신재생에너지 중에서 가장 경제적이고 신뢰성 높은 풍력발전기는 개별 발전 용량이 ‘MW급’으로 보편화되고 대규모 발전단지가 상용 운전을 개시함으로써, 전체 전력 생산량에서 풍력 발전기가 차지하는 비중이 커지고 있는 상황이다. 또한 풍력발전기 산업의 성숙도로 인해 주요 부품의 단가와 건설비용이 낮아지고 있고, 이를 통한 낮은 발전단가를 통해 청정에너지원으로의 장점과 더불어 경제적인 측면에서도 각광을 받고 있다.
Normal Operation에서 Safety Operation이 적용되는 조건은 무엇인가? 여기서, Normal Operation은 내부의 모든 주요장치가 오류가 없는 정상적인 상태로, 각 부품의 초기화 과정부터, 자체 테스트를 거쳐 최종적으로 전력을 생산하는 단계에 이르는데, 이때 동적제어기인 Pitch controller와 Torque controller가 동작한다. 하지만, 내부 또는 외부의 요인으로 부품의 오동작, 출력이상, 진동 등의 이상 동작이 발생할 경우, 전력생산을 중단하고 정지하게 된다. 이를 Safety Operation이라고 하는데, 그 우선순위나 레벨의 종류에 따라서 정지단계와 복구단계가 차이가 있다.
풍력발전기의 전력 생산 구조는 어떻게 되는가? 풍력발전기는 바람의 운동에너지를 기계적인 에너지로 변환시키고, 이후 발전기의 회전으로 전달되어 생산된 전기에너지를 최종적으로 전력 계통에 전달하는 구조이다. 따라서 환경변수인 바람과 발전기의 현재 주요신호를 입력받아서 공력토크를 계산하는 블록, 기계적인 요소로 구성되어 기계적인 토크를 계산하는 블록, 그리고 발전기와 전력장치 블록으로 구성되어 있으며, Fig.
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참고문헌 (12)

  1. Jianzhong Z., Ming C., "A real time testing system for wind turbine controller with xPC target machine", Electrical Power and Energy Systems, vol. 73, pp. 132-140, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2015.04.007 

  2. Steurer M, Edrington CS, Sloderbeck M, Ren W, Langston J. "A Megawatt-Scale Power Hardwarein-the-Loop Simulation Setup for Motor Drives", IEEE Trans., Industr Electron 2010, vol. 57, no. 4, pp. 1254 -1260. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2036639 

  3. Se-Yoon K., Sung-Ho K., Jong-Hee L. Jin-Young M., "Development of Torque simulator for the performance analysis of the 10kW wind turbine system", Journal of Korean Insitute of Intelligent System, vol. 2, no. 6, pp. 579-585, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.5391/JKIIS.2014.24.6.579 

  4. Sung-Ho K., YoungHoon J., Sujin K., "Development of Matlab-based Variable Torque Simulator for wind Turbine Systems", Institute of Control, Robotics and Systems, vol. 16, no. 4, pp. 396-402, 2010. 

  5. Sun-Hyung K., Seung-Ho S., "Simulation and Experiment of Dynamic Torsional Vibration during Grid Low Voltage in a PMSG Wind Power Generation System", The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, vol. 18, no. 3, pp. 211-216, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.6113/TKPE.2013.18.3.211 

  6. Xiaojiao C., Peng F., Liansheng H., Ge G., Shiying H., "Hardware-in-the-loop simulation of the EAST PF converter for PF control system upgrade", Fusion Engineering and Design, vol. 112, pp. 55-66, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2016.07.020 

  7. Hooshyar H., Mahmood F., Vanfretti L., Baudette M., "Specification, implementation, and hardware-in-theloop real-time simulation of an active distribution grid",Sustainable Energy, Grids and Networks, vol. 3, pp. 36-51, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.segan.2015.06.002 

  8. Jee-Hoon J., "Power hardware-in-the-loop simulation (PHILS) of photovoltaic power generation using real-time simulation techniques and power interfaces", Journal of Power Sources, vol. 285, pp. 137-145, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.03.052 

  9. Octavian C., Adrian F., Iulian M., Antoneta I. B., Seddik B., Daniel R., "Hardware-in-the-loop simulation applied to protection devices testing", Electrical Power and Energy Systems, vol. 54, pp. 55-64, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2013.06.031 

  10. Siegfried Heier, "Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems," John Wiley & Sons Ltd, 1998, ISBN 0-471-97143-X 

  11. Munteanu I, Bartcu AI, Cutululis NA, Ceanga E. Optimal control of wind energy system, London: Springer-Verlag, pp. 55-6, 2008. 

  12. Jonkman J, Buhl ML. "FAST user's guide. Golden (CO), National Renewable Energy Laboratory, 2005. 

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