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[국내논문] 소형 풍력발전시스템의 직류전원 적용을 위한 운전제어 및 AC/DC변환 통합장치 개발
Development of Operation Control and AC/DC Conversion Integrated Device for DC Power Application of Small Wind Power Generation System 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.19 no.3, 2019년, pp.179 - 184  

홍경진 (광주대학교 전기전자공학부)

초록
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전기가 부족한 개발도상국 같은 많은 나라에서는 Off Grid 형태의 소형풍력발전이 전력공급 문제를 해결하기 위한 효율적인 핵심 솔루션이다. 몇몇 국가에서는 전력계통의 확장과 전기가 부족한 지역의 감소로 소규모 풍력을 도시의 도로 조명, 모바일 통신 기지국, 양식업 및 해수 담수 등의 분야에 이용하기도 한다. 이런 변화에 따라 소형 풍력 산업 규모는 대규모 풍력보다 큰 잠재력이 기대되고 있다. 소형 풍력발전의 경우 발전기는 가변 속도로 제어되는 특성이 있으며 발전기에서 발생하는 전압 및 전류에는 많은 고조파 성분을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해서 본 논문에서는 소형 풍력발전시스템의 직류전원 적용을 위한 운전제어 및 AC/DC 변환 통합장치를 제안하며 기존 AC to DC 컨버터는 단일 스위치를 갖는 3상 승압형 방식의 컨버터로서 인덕터 전류가 불연속모드로 제어되며, 입력전류의 고조파를 제거하여 단위역률을 갖는 특성을 갖는다. 제안된 컨버터는 입력단에 LCL 필터 및 3상 정류 승압형 컨버터, 계통연계를 위한 단상 풀브릿지 형태로 구성되어 있으며 에너지저장시스템(ESS) 기능이 부가된 제어 시스템으로 풍력발전을 이동 평준화 방식에 의해 급변하는 전력에 대해 계통 안정화를 추구할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In many countries, such as developing countries where electricity is scarce, small wind turbines in the form of Off Grid are an effective solution to solve power supply problems. In some countries, the expansion of power systems and the decline of electricity-intensive areas have led to the use of s...

Keyword

#Wind Power System   #Power Conversion Device   #AC/DC Converter   #Energy Storage System  

표/그림 (11)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 시장의 상황을 고려하여 볼 때 향후에 성장 가능성이 높다고 판단되는 가정이나 소규모 건물에 적합한 소용량 풍력 시스템 (10kW 정도의 용량) 중에서 중요한 핵심적 구성 요소인 AC/DC 컨버터이다. 소형 풍력발전의 경우 발전기는 가변 속도로 제어되는 특성이 있으며 발전기에서 발생하는 전압 및 전류에는 많은 고조파 성분을 가지고 있다.
  • 따라서 본 논문에서는 풍력발전기의 출력전압이 최대 정격출력전압 이상 발생 시 부스트 컨버터의 출력전압이 상승하지 않도록 스위치의 시비율을 제어하여 DC Link 전압이 일정전압 이상이 되지 않도록 함으로써 발전기의 계자 자속이 반대 방향으로 생성되면서 감자작용이 일어나 기전력이 감소하고 발전기의 회전 속도와 출력전압이 감소되도록 제어하는 기능을 제안하였다. 또한 에너지저 장시스템(ESS) 기능이 부가된 제어 시스템으로 풍력발전을 이동 평준화 방식에 의해 급변하는 전력을 계통으로 보내지 않고 일정 시간에 평균하여 적분된 출력을 내보냄으로써 계통 안정화를 기하는 기능으로 개념도는 그림 5와 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
소형 풍력발전에서 많은 고조파 성분을 해결하기 위해 제안된 것은? 소형 풍력발전의 경우 발전기는 가변 속도로 제어되는 특성이 있으며 발전기에서 발생하는 전압 및 전류에는 많은 고조파 성분을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해서 본 논문에서는 소형 풍력발전시스템의 직류전원 적용을 위한 운전제어 및 AC/DC 변환 통합장치를 제안하며 기존 AC to DC 컨버터는 단일 스위치를 갖는 3상 승압형 방식의 컨버터로서 인덕터 전류가 불연속모드로 제어되며, 입력전류의 고조파를 제거하여 단위역률을 갖는 특성을 갖는다. 제안된 컨버터는 입력단에 LCL 필터 및 3상 정류 승압형 컨버터, 계통연계를 위한 단상 풀브릿지 형태로 구성되어 있으며 에너지저장시스템(ESS) 기능이 부가된 제어 시스템으로 풍력발전을 이동 평준화 방식에 의해 급변하는 전력에 대해 계통 안정화를 추구할 수 있다.
전기가 부족한 개발도상국에서는 전력공급 문제를 해결하기 위해 어떤 솔루션이 요구되는가? 전기가 부족한 개발도상국 같은 많은 나라에서는 Off Grid 형태의 소형풍력발전이 전력공급 문제를 해결하기 위한 효율적인 핵심 솔루션이다. 몇몇 국가에서는 전력계통의 확장과 전기가 부족한 지역의 감소로 소규모 풍력을 도시의 도로 조명, 모바일 통신 기지국, 양식업 및 해수 담수 등의 분야에 이용하기도 한다.
소형 풍력발전의 특징은? 본 논문에서는 시장의 상황을 고려하여 볼 때 향후에 성장 가능성이 높다고 판단되는 가정이나 소규모 건물에 적합한 소용량 풍력 시스템 (10kW 정도의 용량) 중에서 중요한 핵심적 구성 요소인 AC/DC 컨버터이다. 소형 풍력발전의 경우 발전기는 가변 속도로 제어되는 특성이 있으며 발전기에서 발생하는 전압 및 전류에는 많은 고조파 성분을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해서 본 논문에서 연구하고자 하는 AC to DC 컨버터는 단일 스위치를 갖는 3상 승압형 방식의 컨버터로서 인덕터 전류가 불연속모드로 제어되며, 입력전류의 고조파를 제거하여 단위 역률을 갖는 특성을 갖는다.
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참고문헌 (6)

  1. J. S. Oh, U. Y. Jeong, J. H. Park, M. S. Park, J. E. Kim, "Modeling & Operating Algorithm of Hybrid Generation System with PMSG Wind Turbine, Diesel Generator and BESS," Trans. KIEE. Vol. 65, No. 5, pp. 724-729, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.5370/KIEE.2016.65.5.724 

  2. S. M. Jung, "A Study of Economic ESS Utilization Based on Supplement Control Plan for Stable Wind Energy Extraction," Trans. KIEE. Vol. 67, No. 1, pp. 22-28, 2018. DOI: http://doi.org/10.5370/KIEE.2018.67.1.22 

  3. S. J. Park, M. H. Yoon, "A Study of the Mitigating Effect Comparison of Voltage Sags by WTG Types Based on the Concept of Area of Vulnerability," Trans. KIEE. Vol. 66, No. 12, pp. 1682-1688, 2017. DOI: http://doi.org/10.5370/KIEE.2017.66.12.1682 

  4. Tapas Kumar Saha and Debaprasad Kastha, "Design Optimization and Dynamic Performance Analysis of a Stand-Alone Hybrid Wind-Diesel Electrical Power Generation System," IEEE Trans. Energy Conversion, Vol. 25, No. 4, pp. 1209-1217, 2010. DOI: https://doi.org 10.1109/TEC.2010.2055870 

    상세보기 crossref

  5. J. E. Kim, "Modeling of Hybrid Generation System with Wind Turbine and Diesel Generator", Journal of KAIS, Vol. 13, No. 4, pp. 1806-1813, 2012. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2012.13.4.1806 

  6. S. J. Park, Y. S Hong, J. J. Kang, J. S. Yang, "A Study on Efficiency Analysis of Wind Power Generator," The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication (IIBC), Vol. 17, No. 2, pp. 219-224, 2017. DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2017.17.2.219 

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