KR101997089B1 - Wind turbine system and method for operating the same - Google Patents

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김일환
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Abstract

풍력발전 시스템 및 그 운용방법이 개시된다. 복수의 풍력발전기들이 직렬로 연결되어 초고압 직류 송전(HVDC)을 하는 풍력발전 시스템은, 상기 풍력발전기들 각각과 연결되고, 상기 풍력발전기가 기동하여 생산한 전력의 전압을 변환하여 출력하는 복수의 제 1 탭 절환 변압기들, 상기 제 1 탭 절환 변압기들 각각의 출력단에 연결되어 상기 제 1 탭 절환 변압기에서 출력되는 교류 전압을 직류로 변환하여 출력하고, 출력단이 MMC(Modular multilevel converter)의 직류링크에 직렬로 연결되는 복수의 정류기들, 상기 MMC의 출력단과 전력계통 사이에 연결되는 제 2 탭 절환 변압기 및 상기 복수의 풍력발전기들을 복수의 그룹으로 그룹화하고, 상기 그룹별로 상기 직류 링크로 출력되는 전압의 크기가 일정하게 유지되도록 상기 제 1 탭 절환 변압기의 탭을 조정하며, 상기 MMC에서 출력되는 전압이 계통전압으로 변환되도록 상기 제 2 탭 절환 변압기의 탭을 조정하는 제어부를 구비할 수 있다.A wind power generation system and a method of operating the same are disclosed. A wind power generation system in which a plurality of wind turbines are connected in series to perform an ultra high voltage direct current transmission (HVDC) is connected to each of the wind turbines, and a plurality of wind turbines 1 tap change-over transformers, and the first tap-change transformers, converts the AC voltage output from the first tap-change transformer to DC, and outputs the AC voltage to the DC link of the modular multilevel converter (MMC) A second tap switching transformer connected between an output terminal of the MMC and the power system, and a plurality of wind turbine generators grouped into a plurality of groups, wherein the plurality of rectifiers are connected in series, Adjusts the tap of the first tap change-over transformer so that the magnitude remains constant, and the voltage output from the MMC changes to the grid voltage And a control unit for adjusting the tap of the second tap switching transformer so as to be turned on.

Description

풍력발전 시스템 및 그 운용 방법{Wind turbine system and method for operating the same}Wind turbine system and method for operating same

본 발명은 풍력발전 시스템 및 그 운용 방법에 관한 것으로, 특히 복수의 풍력발전기들이 직렬로 연결되어 초고압 직류 송전(HVDC)을 하는 경우 MMC(Modular multilevel converter)의 전력 계통 측과 풍력발전기 측에 탭 절환 변압기를 설치하여 가변 직류 링크 전압을 갖는 풍력발전 시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wind power generation system and a method of operating the same. More particularly, when a plurality of wind power generators are connected in series to perform high voltage direct current transmission (HVDC), the power system side of a modular multilevel converter (MMC) To a wind power generation system having a variable DC link voltage by installing a transformer and a method of operating the same.

육상 풍력발전의 지리적, 지형적 한계 극복과 우수한 풍황 조건을 활용하기 위한 대규모 해상풍력발전단지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그러나 해상 풍력발전단지의 경우 설치와 유지보수 등 비용적 측면에서 육상 풍력발전단지와 비교할 때 단점이 있기 때문에 해상풍력발전단지의 설치 및 운영 비용 저감을 위한 다양한 계통 연계 기술이 연구 중에 있다. 계통 연계 기술 중에서는 크게 초고압 교류 송전 (High voltage alternative currnet transmission : HVAC)과 초고압 직류 송전 (High voltage direct current transmission system : HVDC) 기술로 나눌 수 있다. 400 MW 해상풍력발전단지 기준 52 km 이상 장거리의 송전 시 HVDC가 HVAC보다 경제적 측면에서 유리한 것으로 연구되었으며, 이에 따라 향후 대규모 해상 풍력발전단지의 전력 계통 연계 방안에서는 HVDC의 역할이 중요해질 것으로 전망된다.Large-scale offshore wind farms are being actively researched to overcome the geographical and geographical limitations of onshore wind power generation and to utilize excellent wind conditions. However, in case of offshore wind power plant, there are disadvantages in terms of cost, such as installation and maintenance, compared with onshore wind power generation plant. Therefore, a variety of grid connection technologies for reducing the installation and operation cost of offshore wind power generation plant are being studied. Among the grid interconnect technologies, there are high voltage alternative currnet transmission (HVAC) and high voltage direct current transmission system (HVDC). HVDC is considered to be more economical than HVAC in long-distance transmission of more than 52 km based on 400 MW offshore wind farm. Therefore, it is expected that HVDC will play an important role in future power grid connection plans of large offshore wind farms.

다수의 풍력발전기들을 직류-병렬로 연결하는 직류-병렬 구조의 경우 다수의 풍력발전기들이 병렬로 연계되어 있어 안정성이 우수하고, 소수의 풍력발전기만 기동할 때에도 전력전송에 문제가 없으나, 직류 전압 레벨이 낮기 때문에 HVDC의 구동을 위해서는 해상에 승압용 DC/DC 변환 플랫폼을 설치해야하며, 이때 대용량 DC/DC 컨버터의 기술적, 비용적 문제가 발생한다.In the case of a DC-parallel structure in which a plurality of wind turbines are connected in a dc-parallel manner, a plurality of wind turbines are connected in parallel so that stability is excellent. Even when only a small number of wind turbines are started, It is necessary to install a DC / DC conversion platform for boosting at sea for driving the HVDC, and there is a technical and cost problem of the large capacity DC / DC converter at this time.

다수의 풍력발전기들을 직류-직렬로 연결하는 직류-직렬 구조의 경우에는 해상 플랫폼이 필요 없어 해상풍력발전단지 계통연계 방안 중 경제적으로 가장 큰 장점을 가지고 있으나, 풍력발전기의 풍속에 따라 HVDC의 직류 링크 전압이 변동될 우려가 있으며, 소수의 풍력발전기가 기동할 경우에는 직류 링크 전압이 충분히 승압이 되지 않아 HVDC의 운용이 불가능한 경우가 발생할 수 있다.In the case of a DC-to-serial structure in which a plurality of wind turbines are connected in a dc-series manner, there is no need for an offshore platform, which is economically most advantageous among the offshore wind turbine grid connection schemes. However, depending on the wind speed of the wind turbine, The voltage may fluctuate, and when a small number of wind turbines are started, the DC link voltage may not be sufficiently increased so that the HVDC can not be operated.

이러한 문제점을 해결하기 위해 DC/DC 컨버터를 사용한 직류-직렬 구조의 풍력발전단지 운용 방안이 제안되어 왔으나, 단 1기의 풍력발전기 운전을 가정하였을 때 풍력발전기 출력 직류 전압은 MMC (Modular multilevel converter)의 직류 전압과 동일해야하는 문제가 있다. 이는 전력용 스위치 반도체 소자의 용량과 설비의 절연 문제 등으로 현실적인 운용이 곤란하며, 가능하더라도 해상 풍력발전단지의 경우 절연 레벨 증가로 인해 설비 간 이격거리 증가 등 추가적인 비용적인 문제가 발생한다.In order to solve these problems, a DC-DC converter using a DC-DC converter has been proposed. However, when the operation of only one wind turbine is assumed, the output DC voltage of the wind turbine generator is changed by a modular multilevel converter (MMC) The DC voltage of the DC power source must be equal to the DC voltage of the DC power source. This is because it is difficult to realize practical operation due to the capacity of the switch semiconductor device for electric power and the insulation problem of the equipment. Even if it is possible, there is an additional cost problem in the case of the offshore wind power generation complex due to the increase of the insulation level.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 복수의 풍력발전기들이 직렬로 연결되어 초고압 직류 송전(HVDC)을 하는 경우 MMC(Modular multilevel converter)의 전력 계통 측과 풍력발전기 측에 탭 절환 변압기를 설치하여 가변 직류 링크 전압을 갖는 풍력발전 시스템 및 그 운용방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a tap changer for a power system side of a modular multilevel converter (MMC) and a wind turbine generator when a plurality of wind turbines are connected in series to perform high voltage direct current transmission (HVDC) And a method of operating the wind power generation system.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 풍력발전기들이 직렬로 연결되어 초고압 직류 송전(HVDC)을 하는 풍력발전 시스템은, 상기 풍력발전기들 각각과 연결되고, 상기 풍력발전기가 기동하여 생산한 전력의 전압을 변환하여 출력하는 복수의 제 1 탭 절환 변압기들, 상기 제 1 탭 절환 변압기들 각각의 출력단에 연결되어 상기 제 1 탭 절환 변압기에서 출력되는 교류 전압을 직류로 변환하여 출력하고, 출력단이 MMC(Modular multilevel converter)의 직류링크에 직렬로 연결되는 복수의 정류기들, 상기 MMC의 출력단과 전력계통 사이에 연결되는 제 2 탭 절환 변압기 및 상기 복수의 풍력발전기들을 복수의 그룹으로 그룹화하고, 상기 그룹별로 상기 직류 링크로 출력되는 전압의 크기가 일정하게 유지되도록 상기 제 1 탭 절환 변압기의 탭을 조정하며, 상기 MMC에서 출력되는 전압이 계통전압으로 변환되도록 상기 제 2 탭 절환 변압기의 탭을 조정하는 제어부를 구비할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a wind power generation system in which a plurality of wind turbines are connected in series to perform HVDC, the wind turbine generator is connected to each of the wind turbines, A plurality of first tap change-over transformers for converting a voltage of the power produced by the first tap-changing transformers and outputting the converted voltage, A plurality of rectifiers whose output terminals are connected in series to a DC link of a modular multilevel converter (MMC), a second tap switching transformer connected between the output stage of the MMC and the power system, and a plurality of wind turbines And the tabs of the first tap change-over transformer are arranged such that the magnitude of the voltage output to the DC link is maintained constant for each group Jeonghamyeo, the voltage output from the MMC may be provided with a control unit for adjusting the tap of the second transformer tap changer to be converted to the system voltage.

상기 제어부는, 상기 그룹별로 기동하는 풍력발전기의 개수와 무관하게 적어도 하나의 풍력발전기만 기동하면 상기 직류 링크로 출력되는 그룹별 전압의 크기가 일정하게 유지되도록 상기 제 1 탭 절환 변압기의 탭을 조정할 수 있다.The control unit adjusts the tabs of the first tap change-over transformer so that the magnitude of the voltage per group output to the DC link is kept constant when at least one wind turbine generator is started regardless of the number of wind turbines operating in each group .

상기 제어부는, 상기 그룹들 중 제 1 그룹에 포함된 풍력발전기들 중 적어도 하나의 풍력발전기가 기동하는 경우, 상기 직류 링크로 출력되는 전압이 제 1 전압이 되도록 상기 제 1 그룹의 풍력발전기들에 연결된 제 1 탭 절환 변압기들의 탭을 조정하고, 상기 직류 링크로 출력되는 전압이 제 1 전압인 상태에서 제 2 그룹에 포함된 풍력발전기들 중 적어도 하나의 풍력발전기가 기동하는 경우, 상기 직류 링크로 출력되는 전압이 제 2 전압이 되도록 상기 제 1 그룹의 풍력발전기들에 연결된 제 1 탭 절환 변압기들의 탭을 유지하면서 상기 제 2 그룹의 풍력발전기들에 연결된 상기 제 1 탭 절환 변압기들의 탭을 조정할 수 있다.Wherein the control unit controls the first group wind turbines so that the voltage outputted to the DC link is the first voltage when at least one of the wind turbines included in the first group of wind turbines is started When at least one of the wind turbines included in the second group is started when the voltage output from the DC link is the first voltage, the taps of the first tap change- The taps of the first tap switching transformers connected to the wind turbines of the second group can be adjusted while maintaining the taps of the first tap switching transformers connected to the first group of wind turbines so that the output voltage is the second voltage have.

상기 풍력발전기는, 영구자석 동기발전기(Permanent magnet synchronous generator : PMSG)로 구성되어 있을 수 있다.The wind turbine generator may include a permanent magnet synchronous generator (PMSG).

상기 풍력발전 시스템은, 각각의 상기 풍력발전기의 출력단에 연결되어 상기 풍력발전기에서 출력하는 교류 전압을 직류로 변환 후 다시 교류로 변환하여 출력하는 백투백(back-to-back) 방식의 컨버터를 더 구비하고, 상기 제 1 탭 절환 변압기는 상기 컨버터의 출력단에 연결되어 상기 컨버터에서 출력되는 직류 전압을 교류로 변환하여 출력할 수 있다.The wind power generation system may further include a back-to-back converter connected to an output terminal of each of the wind power generators, for converting an AC voltage output from the wind power generator into a DC voltage, And the first tap switching transformer is connected to the output terminal of the converter to convert the DC voltage output from the converter to AC and output the AC voltage.

본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 일 실시예에 따른 복수의 풍력발전기들 각각에 제 1 탭 절환 변압기가 연결되고, 상기 제 1 탭 절환 변압기들에서 출력되는 전압을 직류로 변환하여 MMC(Modular multilevel converter)의 직류링크에 직렬로 연결되며, 상기 MMC의 출력단과 전력계통 사이에 제 2 탭 절환 변압기가 연결되어 초고압 직류 송전(HVDC)을 하는 풍력발전 시스템 운용방법은, 상기 복수의 풍력발전기들을 복수의 그룹으로 그룹화하는 단계, 상기 그룹별로 상기 직류 링크로 출력되는 전압의 크기가 일정하게 유지되도록 상기 제 1 탭 절환 변압기의 탭을 조정하는 단계 및 상기 MMC에서 출력되는 전압이 계통전압으로 변환되도록 상기 제 2 탭 절환 변압기의 탭을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.The first tap change-over transformer is connected to each of the plurality of wind turbines according to the technical idea of the present invention, and the voltage output from the first tap-change transformers is converted into a direct current (MMC) And a second tap-changing transformer is connected between the output terminal of the MMC and the power system to perform HVDC, the method comprising the steps of: Adjusting the tap of the first tap switching transformer so that the magnitude of the voltage output to the DC link is kept constant for each group, And adjusting the tabs of the two-tap change-over transformer.

상기 제 1 탭 절환 변압기의 탭을 조정하는 단계는, 상기 그룹별로 기동하는 풍력발전기의 개수와 무관하게 적어도 하나의 풍력발전기만 기동하면 상기 직류 링크로 출력되는 그룹별 전압의 크기가 일정하게 유지되도록 상기 제 1 탭 절환 변압기의 탭을 조정하는 단계일 수 있다.The step of adjusting the taps of the first tap-changing transformer may include adjusting the taps of the first and second tap-changing transformers so that when the at least one wind turbine generator is activated independently of the number of the wind turbines operating in each group, And adjusting the tab of the first tap change-over transformer.

상기 제 1 탭 절환 변압기의 탭을 조정하는 단계는, 상기 그룹들 중 제 1 그룹에 포함된 풍력발전기들 중 적어도 하나의 풍력발전기가 기동하는 경우, 상기 직류 링크로 출력되는 전압이 제 1 전압이 되도록 상기 제 1 그룹의 풍력발전기들에 연결된 제 1 탭 절환 변압기들의 탭을 조정하는 단계 및 상기 직류 링크로 출력되는 전압이 제 1 전압인 상태에서 제 2 그룹에 포함된 풍력발전기들 중 적어도 하나의 풍력발전기가 기동하는 경우, 상기 직류 링크로 출력되는 전압이 제 2 전압이 되도록 상기 제 1 그룹의 풍력발전기들에 연결된 제 1 탭 절환 변압기들의 탭을 유지하면서 상기 제 2 그룹의 풍력발전기들에 연결된 상기 제 1 탭 절환 변압기들의 탭을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step of adjusting the taps of the first tap-changing transformer comprises the steps of: when at least one of the wind turbines included in the first group of the groups is started, Adjusting the taps of the first tap switching transformers connected to the first group of wind turbines so that at least one of the wind turbines included in the second group in the state where the voltage output from the DC link is at the first voltage When the wind turbine is started, the taps of the first tap switching transformers connected to the wind turbines of the first group are connected to the wind turbines of the second group so that the voltage output to the DC link is the second voltage And adjusting the taps of the first tap change-over transformers.

본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 풍력발전 시스템 및 그 운용방법은 단 1대의 풍력발전기부터 풍력발전단지 정격 출력까지 순차적으로 기동하더라도 가변 직류 링크 전압 제어가 잘 되어 모든 출력 전달이 안정적으로 전달될 수 있는 장점이 있다. 본 발명의 풍력발전 시스템 상의 모든 풍력발전기에 각각 다른 풍속으로 출력이 다르더라도, 본 발명을 이용하는 경우 MMC의 직류 링크 전압이 안정적으로 유지되고 출력 전력 또한 안정적으로 전달될 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명을 적용하는 경우 해상 MMC 플랫폼이 없음에도 불구하고 풍력발전 출력이 계통 측으로 원활히 전달되어 풍력발전기 측 삼상 정류기와 탭 절환 변압기의 설치로 해상 플랫폼의 설치와 운영 비용이 절약 가능할 수 있는 장점이 있다. 따라서 대규모 해상 풍력발전단지 운용에 본 발명을 적용하는 경우 해상 플랫폼의 제거에도 불구하고 안정적인 전력전송이 가능할 것이며, 직류 링크의 가변적인 운용으로 각 풍력발전기 절연 레벨을 낮출 수 있어 설비의 비용 감축 뿐만 아니라 설비 내 이격거리 또한 감소시킬 수 있기 때문에 해상풍력발전단지 도입 시 경제성 확보에 이바지 할 수 있는 장점이 있다.The wind turbine system according to an embodiment of the present invention and the method of operating the same according to an embodiment of the present invention can control variable DC link voltage well even when the turbine starts sequentially from only one wind turbine to the rated output of the wind turbine, There is an advantage that it can be transmitted. Even when the wind turbine generator of the present invention has different wind speeds, the DC link voltage of the MMC can be stably maintained and output power can be stably transmitted. In addition, when the present invention is applied, it is possible to save the installation cost and operational cost of the marine platform by installing the three-phase rectifier of the wind turbine generator and the tap change-over transformer even though the marine MMC platform is not available. . Therefore, when the present invention is applied to the operation of a large-scale offshore wind farm, stable power transmission is possible despite the removal of the offshore platform, and the insulation level of each wind turbine generator can be lowered by variable operation of the DC link, It is possible to contribute to securing economical efficiency in the introduction of the offshore wind farm because it can reduce the distance in the facility.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 풍력발전 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 풍력발전 시스템 중 풍력발전기에서 직류 링크(DC link) 사이의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 풍력발전 시스템의 운용방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 도 3의 풍력발전 시스템 운용방법을 알고리즘으로 표현한 것이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 백투백 방식의 컨버터 중 풍력발전기 측 컨버터를 도식화한 회로도이다.
도 6은 도 1의 백투백 방식의 컨버터 중 정류기 측 컨버터를 도식화한 회로도이다.
도 7은 도 1의 제 1 탭 절환 변압기 또는 제 2 탭 절환 변압기의 일 실시예를 도시한 회로도이다.
도 8은 도 1의 MMC의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 MMC의 서브모듈의 동작을 도시한 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS A brief description of each drawing is provided to more fully understand the drawings recited in the description of the invention.
1 is a schematic view of a wind turbine system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view schematically showing a structure between a DC link in a wind turbine generator of the wind turbine generator of FIG. 1. FIG.
3 is a flowchart showing a method of operating the wind power generation system of FIG.
4 is an algorithm representation of the method of operating the wind power generation system of FIG.
FIG. 4 and FIG. 5 are circuit diagrams illustrating the converter of the wind power generator among the converters of the back-to-back system of FIG.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a rectifier-side converter of the back-to-back system converter of FIG.
Fig. 7 is a circuit diagram showing an embodiment of the first tap change-over transformer or the second tap-change transformer of Fig. 1;
8 is a diagram illustrating an embodiment of the MMC of FIG.
FIG. 9 is a view showing the operation of the sub-module of the MMC of FIG.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 풍력발전 시스템(100)의 개략도이고, 도 2는 도 1의 풍력발전 시스템(100) 중 풍력발전기에서 직류 링크(DC link) 사이의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 1 is a schematic view of a wind power generation system 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a structure between a wind power generator and a DC link in the wind power generation system 100 of FIG. Fig.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 시스템(100)은 복수의 풍력발전기(210)들이 직렬로 연결되어 초고압 직류 송전(High voltage direct current transmission system : HVDC)을 하기 위하여 복수의 제 1 탭 절환 변압기들(230), 복수의 정류기들(240), 제 2 탭 절환 변압기(120) 및 제어부(미도시)를 구비할 수 있다. 풍력발전기(210)는 영구자석 동기발전기(Permanent magnet synchronous generator : PMSG)로 구성된 풍력발전기일 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, a wind turbine system 100 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of wind turbines 210 connected in series to a high voltage direct current transmission system (HVDC) A plurality of rectifiers 240, a second tap-change transformer 120, and a control unit (not shown) for controlling the operation of the first tap-change transformer 230, The wind power generator 210 may be a wind power generator composed of a permanent magnet synchronous generator (PMSG).

복수의 제 1 탭 절환 변압기들(230) 각각은 풍력발전기(210)들 각각과 연결되고, 풍력발전기(201)가 기동하여 생산한 전력의 전압을 변환하여 출력할 수 있다. 복수의 정류기(240)들 각각은 제 1 탭 절환 변압기(230)들 각각의 출력단에 연결되어 제 1 탭 절환 변압기(230)에서 출력되는 교류 전압을 직류로 변환하여 출력하고, 출력단이 MMC(Modular multilevel converter)(120)의 직류링크에 직렬로 연결될 수 있다. 정류기(240)는 다이오드 정류기일 수 있다. 제 2 탭 절환 변압기(120)는 MMC(110)의 출력단과 전력계통 사이에 연결될 수 있다.Each of the plurality of first tap change-over transformers 230 is connected to each of the wind power generators 210 and can convert and output the voltage of the power generated by the wind power generator 201. Each of the plurality of rectifiers 240 is connected to the output terminal of each of the first tap-change transformers 230 to convert the AC voltage output from the first tap-change transformer 230 into DC, a multilevel converter 120 may be connected in series to the DC link. The rectifier 240 may be a diode rectifier. The second tap change-over transformer 120 may be connected between the output terminal of the MMC 110 and the power system.

상기 제어부는 복수의 풍력발전기(230)들을 복수의 그룹으로 그룹화하고, 상기 그룹별로 상기 직류 링크(DC Link)로 출력되는 전압의 크기가 일정하게 유지되도록 제 1 탭 절환 변압기(230)의 탭을 조정할 수 있다. 즉, 상기 제어부는 상기 그룹별로 기동하는 풍력발전기(230)의 개수와 무관하게 적어도 하나의 풍력발전기만 기동하면 상기 직류 링크(DC Link)로 출력되는 그룹별 전압의 크기가 일정하게 유지되도록 제 1 탭 절환 변압기(230)의 탭을 조정할 수 있다. 예를 들어, 5개의 풍력발전기마다 하나의 그룹으로 그룹화를 한 경우, 상기 그룹에 포함되는 풍력발전기가 1대가 기동을 하든지 5대가 기동을 하던지 상기 직류 링크(DC Link)로 출력되는 전압의 크기가 일정하게 유지될 수 있도록 상기 제 1 탭 절환 변압기(230)의 탭을 조정할 수 있다. The control unit groups the plurality of wind turbines 230 into a plurality of groups and controls the tap of the first tap switching transformer 230 so that the magnitude of the voltage output to the DC link Can be adjusted. That is, when the at least one wind turbine generator is started, regardless of the number of the wind turbine generators 230 activated for each group, the control unit controls the first The tabs of the tap-changing transformer 230 can be adjusted. For example, when five wind turbines are grouped into one group, whether the wind turbine included in the group is activated by one or five generators is activated or the magnitude of the voltage output to the DC link is The taps of the first tap change-over transformer 230 can be adjusted so as to be kept constant.

상기 제어부는 상기 그룹들 중 제 1 그룹에 포함된 풍력발전기(210)들 중 적어도 하나의 풍력발전기가 기동하는 경우, 상기 직류 링크(DC Link)로 출력되는 전압이 제 1 전압이 되도록 상기 제 1 그룹의 풍력발전기들에 연결된 제 1 탭 절환 변압기(230)들의 탭을 조정하고, 상기 직류 링크(DC Link)로 출력되는 전압이 제 1 전압인 상태에서 제 2 그룹에 포함된 풍력발전기(210)들 중 적어도 하나의 풍력발전기가 기동하는 경우, 상기 직류 링크(DC Link)로 출력되는 전압이 제 2 전압이 되도록 상기 제 1 그룹의 풍력발전기들에 연결된 제 1 탭 절환 변압기들의 탭을 유지하면서 상기 제 2 그룹의 풍력발전기들에 연결된 상기 제 1 탭 절환 변압기들의 탭을 조정할 수 있다. Wherein the control unit controls the first and second wind turbines so that a voltage output from the DC link is a first voltage when at least one of the wind turbines 210 of the wind turbine generators 210 included in the first group is activated, The taps of the first tap switching transformers 230 connected to the wind turbines of the group are adjusted and the wind turbine 210 included in the second group with the voltage output from the DC link being the first voltage, The taps of the first tap switching transformers connected to the wind turbines of the first group are maintained such that the voltage output to the DC link is the second voltage when at least one of the wind turbines is activated, The taps of the first tap change-over transformers connected to the wind generators of the second group can be adjusted.

예를 들어, 상기 제 1 그룹에 제 1 풍력발전기 내지 제 5 풍력발전기가 포함되어 있고 상기 제 2 그룹에 제 6 풍력발전기 내지 제 10 풍력발전기가 포함되어 있다고 가정한다. 앞서 설명한 것과 같이 상기 제 1 그룹의 제 1 풍력발전기 내지 제 5 풍력발전기 중 적어도 하나의 풍력발전기만 기동하면, 상기 제 1 그룹의 풍력발전기들과 연결된 제 1 탭 절환 변압기(230)가 탭을 조정하여 상기 직류 링크(DC Link)로 출력되는 전압은 항상 상기 제 1 전압이 되도록 할 수 있다. 만약, 상기 제 1 그룹의 모든 풍력발전기들이 동작하고 있고 상기 직류 링크(DC Link)로 상기 제 1 전압이 출력되고 있는 상태에서 상기 제 2 그룹에 속하는 제 6 풍력발전기가 기동을 하게 되면, 상기 제어부는 상기 제 1 그룹에 속하는 풍력발전기들에 연결된 제 1 탭 절환 변압기들의 탭을 유지하면서 상기 제 2 그룹의 상기 제 6 풍력발전기에 연결된 제 1 탭 절환 변압기의 탭을 조정하여 상기 직류 링크(DC Link)로 출력되는 전압을 상기 제 2 전압이 되도록 할 수 있다. 상기 예에서, 상기 제어부는 상기 제 1 그룹에 속하는 풍력발전기들에 연결된 제 1 탭 절환 변압기들의 탭은 이전과 동일하게 유지하면서 상기 제 6 풍력발전기에 연결된 제 1 탭 절환 변압기의 가장 상위 탭을 선택하여 상기 직류 링크(DC Link)의 전압을 상기 제 1 전압에서 상기 제 2 전압으로 승압할 수 있다.For example, it is assumed that the first group includes the first wind turbine generator to the fifth wind turbine generator, and the second group includes the sixth wind turbine to the tenth wind turbine generator. As described above, when at least one of the wind turbines of the first to fifth wind turbines of the first group is activated, the first tap switching transformer 230 connected to the wind turbines of the first group adjusts the taps So that the voltage output to the DC link can always be the first voltage. If all of the wind turbines of the first group are operating and the sixth wind turbine belonging to the second group is started in a state where the first voltage is being output by the DC link, Adjusts the taps of the first tap switching transformer connected to the sixth wind turbine of the second group while maintaining the taps of the first tap switching transformers connected to the wind turbines belonging to the first group, May be the second voltage. In this example, the control unit selects the uppermost tab of the first tap switching transformer connected to the sixth wind power generator while keeping the taps of the first tap switching transformers connected to the wind turbines belonging to the first group, So as to boost the voltage of the DC link from the first voltage to the second voltage.

상기 제어부는 MMC(110)에서 출력되는 전압이 일정한 계통전압으로 변환되도록 제 2 탭 절환 변압기(120)의 탭을 조정할 수 있다. 계통전압은 항상 일정하게 유지되어야 하므로, 상기 제어부는 제 2 탭 절환 변압기(120)의 탭을 조정하여 제 2 탭 절환 변압기(120)의 출력전압이 일정한 크기의 계통전압으로 유지될 수 있도록 할 수 있다.The controller may adjust the tap of the second tap switching transformer 120 so that the voltage output from the MMC 110 is converted into a constant grid voltage. Since the system voltage must be maintained constantly, the control unit can adjust the tap of the second tap-changing transformer 120 so that the output voltage of the second tap-changing transformer 120 can be maintained at a constant system voltage have.

풍력발전 시스템(100)은, 각각의 풍력발전기(210)의 출력단에 연결되어 상기 풍력발전기에서 출력하는 교류 전압을 직류로 변환 후 다시 교류로 변환하여 출력하는 백투백(back-to-back) 방식의 컨버터(220_1, 220_2)를 더 구비할 수 있다. 그리고 제 1 탭 절환 변압기(230)는 컨버터(220_1, 220_2)의 출력단에 연결되어 상기 컨버터(220_1, 220_2)에서 출력되는 직류 전압을 교류로 변환하여 출력할 수 있다.The wind power generation system 100 is connected to an output terminal of each of the wind power generators 210 to convert the alternating voltage output from the wind power generator into a direct current And may further include converters 220_1 and 220_2. The first tap change-over transformer 230 is connected to the output terminals of the converters 220_1 and 220_2 to convert the DC voltage output from the converters 220_1 and 220_2 into AC and output the DC voltage.

도 3은 도 1의 풍력발전 시스템(100)의 운용방법을 도시한 흐름도이고, 도 4는 도 3의 풍력발전 시스템 운용방법을 알고리즘으로 표현한 것이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation method of the wind power generation system 100 of FIG. 1, and FIG. 4 is an algorithm representation of the method of operating the wind power generation system of FIG.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 제어부는 상기 복수의 풍력발전기들을 복수의 그룹으로 그룹화하고(S310), 상기 그룹별로 상기 직류 링크로 출력되는 전압의 크기가 일정하게 유지되도록 상기 제 1 탭 절환 변압기의 탭을 조정할 수 있다(S320). 그리고 상기 제어부는 MMC(110)에서 출력되는 전압을 일정한 계통전압으로 변환되도록 제 2 탭 절환 변압기(120)의 탭을 조정할 수 있다(S330). S310 단계 내지 S330 단계는 앞서 상세하게 설명하였으므로, 이하 중복되는 설명은 생략한다. 도 4에서

Figure 112017124722415-pat00001
은 MMC(110) 초기 직류 링크 전압,
Figure 112017124722415-pat00002
은 그룹에 포함되는 풍력발전기 수,
Figure 112017124722415-pat00003
는 그룹 내 풍력발전기 개수
Figure 112017124722415-pat00004
,
Figure 112017124722415-pat00005
는 전체 풍력발전기 수
Figure 112017124722415-pat00006
,
Figure 112017124722415-pat00007
은 제 2 탭 절환 변압기(120)탭 변환 레벨,
Figure 112017124722415-pat00008
는 제 1 탭 절환 변압기(230) 2차측 출력 교류 전압,
Figure 112017124722415-pat00009
는 그룹 내 바이패스 스위치가 온(on) 되어진 풍력발전기 수,
Figure 112017124722415-pat00010
은 MMC(110) 출력 교류 전압,
Figure 112017124722415-pat00011
는 MMC(110) 연계 계통 전압, m은 MMC(110)의 변조비,
Figure 112017124722415-pat00012
는 j번 풍력발전기의 직류 출력 전압을 나타낸다.Referring to FIGS. 1 to 3, the control unit groups the plurality of wind turbines into a plurality of groups (S310), and controls the first tap switching The tap of the transformer can be adjusted (S320). The controller may adjust the tap of the second tap switching transformer 120 to convert the voltage output from the MMC 110 to a constant grid voltage at step S330. Since steps S310 to S330 have been described in detail above, duplicate descriptions will be omitted. 4,
Figure 112017124722415-pat00001
The MMC 110 initial DC link voltage,
Figure 112017124722415-pat00002
The number of wind power generators included in the group,
Figure 112017124722415-pat00003
The number of wind turbines in the group
Figure 112017124722415-pat00004
,
Figure 112017124722415-pat00005
Total Wind Turbine Number
Figure 112017124722415-pat00006
,
Figure 112017124722415-pat00007
The second tap change-over transformer 120 has a tap conversion level,
Figure 112017124722415-pat00008
A second tap output transformer 230, a secondary output AC voltage,
Figure 112017124722415-pat00009
The number of wind generators in which the in-group bypass switch is turned on,
Figure 112017124722415-pat00010
The output AC voltage of the MMC 110,
Figure 112017124722415-pat00011
M is the MMC 110 coupled system voltage, m is the modulation ratio of the MMC 110,
Figure 112017124722415-pat00012
Represents the DC output voltage of the j-th wind turbine generator.

예를 들어,

Figure 112017124722415-pat00013
이 5일 경우, 1대부터 5대의 풍력발전기가 기동할 때 제 1 탭 절환 변압기(230)의 탭 조정이 이루어져, 직류 링크 전압을 일정하게 유지한다. 이때 1대의 풍력발전기가 추가로 기동할 경우에는 기존 5대의 풍력발전기의 탭은 그대로 유지하되 1대의 풍력발전기는 가장 상위 탭을 선택하여 직류 링크 전압을 승압하고, 이와 동시에 제 2 탭 절환 변압기(120)의 탭을 조정하여 출력 전압을 승압하게 된다.E.g,
Figure 112017124722415-pat00013
In this case, when the first to fifth wind turbines are started, the taps of the first tapped switching transformer 230 are adjusted to keep the dc link voltage constant. In this case, when one wind turbine generator is further activated, the taps of the existing five wind turbines are maintained while one turbine generator selects the uppermost tap to boost the DC link voltage. At the same time, the second tap switching transformer 120 ) To adjust the output voltage.

도 4 및 도 5는 도 1의 백투백 방식의 컨버터(220_1, 220_2) 중 풍력발전기 측 컨버터(220_1)를 도식화한 회로도이다.FIGS. 4 and 5 are circuit diagrams illustrating the wind power generator side converter 220_1 of the back-to-back type converters 220_1 and 220_2 of FIG.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 계통에 연계되어 있어 일반적인 제어 방법을 사용하는 PMSG 풍력발전기와 직류-직렬 연계를 위한 PMSG 풍력발전기의 제어는 정류기 측 컨버터(220_2)에서 일정한 크기와 주파수를 갖는 전압을 공급을 해야하기 때문에 풍력발전기 측 컨버터(220_1)에서 직류 링크 전압제어를 수행하여 정류기 측 컨버터(220_2)의 출력 전압 안정화에 기여하여야 한다.1 to 5, control of a PMSG wind turbine generator connected to a grid and using a general control method and a PMSG wind turbine generator for DC-to-serial coupling is controlled by a voltage having a constant magnitude and frequency in a rectifier- It is necessary to control the DC link voltage at the wind power generator side converter 220_1 to contribute to the stabilization of the output voltage of the rectifier side converter 220_2.

이때 PMSG 풍력발전기의 dq 동기좌표계에서의 전압 방정식은 아래의 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있으며, 이를 도 4와 같이 전류제어기로 도식화 할 수 있다. 그림 4에서

Figure 112017124722415-pat00014
는 도 5의 직류 링크 전압제어기와 연결되며,
Figure 112017124722415-pat00015
는 0으로 제어된다. 직류 링크 전압 제어기는 직류 링크 전압에 맞춰 PMSG 풍력발전기의 출력을 제어할 수 있도록 도 5와 같이 제어기를 설계하였으며, 도 5에서
Figure 112017124722415-pat00016
는 직류 링크 전압 지령값,
Figure 112017124722415-pat00017
는 직류 링크 전압,
Figure 112017124722415-pat00018
는 PMSG 풍력발전기의 지령값 그리고
Figure 112017124722415-pat00019
는 PMSG 풍력발전기의 유효전력을 의미한다.In this case, the voltage equation in the dq synchronous coordinate system of the PMSG wind power generator can be expressed by the following equations (1) and (2), which can be expressed by a current controller as shown in FIG. In Figure 4
Figure 112017124722415-pat00014
Is connected to the DC link voltage controller of Figure 5,
Figure 112017124722415-pat00015
Is controlled to be zero. 5, the DC link voltage controller is designed to control the output of the PMSG wind power generator according to the DC link voltage,
Figure 112017124722415-pat00016
DC link voltage command value,
Figure 112017124722415-pat00017
DC link voltage,
Figure 112017124722415-pat00018
Is the command value of the PMSG wind turbine generator and
Figure 112017124722415-pat00019
Means the effective power of the PMSG wind power generator.

Figure 112017124722415-pat00020
Figure 112017124722415-pat00020

Figure 112017124722415-pat00021
Figure 112017124722415-pat00021

여기서,

Figure 112017124722415-pat00022
: PMSG 풍력발전기 고정자 dq 등가 전압here,
Figure 112017124722415-pat00022
: PMSG wind power generator stator dq equivalent voltage

Figure 112017124722415-pat00023
: PMSG 풍력발전기 고정자 dq 등가 전류
Figure 112017124722415-pat00023
: PMSG wind power generator stator dq equivalent current

Figure 112017124722415-pat00024
: 고정자 인덕턴스
Figure 112017124722415-pat00024
: Stator inductance

Figure 112017124722415-pat00025
: 고정자 저항
Figure 112017124722415-pat00025
: Stator resistance

Figure 112017124722415-pat00026
: PMSG 풍력발전기 회전 각속도
Figure 112017124722415-pat00026
: PMSG wind turbine rotation angular velocity

도 6은 도 1의 백투백 방식의 컨버터(220_1, 220_2) 중 정류기 측 컨버터(220_2)를 도식화한 회로도이다.FIG. 6 is a circuit diagram showing the rectifier-side converter 220_2 of the back-to-back converter 220_1 and 220_2 of FIG.

도 1 내지 도6을 참조하면, 일반적인 풍력발전기의 제어 구조와는 달리 직류-직렬 연결 풍력발전기의 정류기 측 컨버터(220_2)의 경우 일정한 크기, 위상 그리고 주파수 갖는 전압을 발생하여야 한다. 따라서 PWM 신호를 생성하기 위한 전압은 [수학식 3] 내지 [수학식 5]와 같으며 이를 도 6과 같이 도식화할 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 6, a rectifier-side converter 220_2 of a dc-to-dc connected wind turbine generator must generate a voltage having a predetermined size, phase and frequency, unlike a control structure of a general wind turbine generator. Therefore, the voltage for generating the PWM signal is expressed by Equation (3) to Equation (5), which can be expressed as shown in FIG.

Figure 112017124722415-pat00027
Figure 112017124722415-pat00027

Figure 112017124722415-pat00028
Figure 112017124722415-pat00028

Figure 112017124722415-pat00029
Figure 112017124722415-pat00029

여기서,

Figure 112017124722415-pat00030
: 정류기 측 컨버터(220_2)의 a,b,c 상전압 지령치 here,
Figure 112017124722415-pat00030
: The a, b, and c phase voltage command values of the rectifier side converter 220_2

Figure 112017124722415-pat00031
: 출력 전압 지령값의 크기
Figure 112017124722415-pat00031
: Size of output voltage command value

Figure 112017124722415-pat00032
: 출력 주파스
Figure 112017124722415-pat00032
: Output frequency

Figure 112017124722415-pat00033
: 위상각 지령값
Figure 112017124722415-pat00033
: Phase angle command value

도 7은 도 1의 제 1 탭 절환 변압기(230) 또는 제 2 탭 절환 변압기(120)의 일 실시예를 도시한 회로도이다.FIG. 7 is a circuit diagram showing one embodiment of the first tap change-over transformer 230 or the second tap change-over transformer 120 of FIG.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 도 7은 제 1 탭 절환 변압기(230) 또는 제 2 탭 절환 변압기(120)가 트라이악을 사용한 탭 절환 변압기인 경우를 도시하고 있다. 이 경우 상기 탭 절환 변압기는 트라이악의 동작으로 일정한 입력전압을 이용하여 가변의 출력 전압을 생성하거나, 일정한 폭으로 변화하는 입력 전압을 이용하여 고정된 크기의 출력 전압을 얻을 수 있다. 도 7과 같은 구조에서 트라이악을 이용한 탭 절환 변압기의 2차 측 전압은 아래의 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다. 이때 트라이악이 턴온(turn-on) 상태일 때

Figure 112017124722415-pat00034
이며, 턴오프(turn-off) 상태에서
Figure 112017124722415-pat00035
과 같다.Referring to Figs. 1 to 7, Fig. 7 shows a case where the first tap change-over transformer 230 or the second tap change-over transformer 120 is a tap-changing transformer using a triac. In this case, the tap-changing transformer may generate a variable output voltage using a constant input voltage by operation of the triac, or may obtain an output voltage of a fixed size by using an input voltage varying with a constant width. The secondary voltage of the tap-changing transformer using the triac in the structure as shown in FIG. 7 can be expressed by Equation (6) below. When the triac is in a turn-on state
Figure 112017124722415-pat00034
, And in a turn-off state
Figure 112017124722415-pat00035
Respectively.

Figure 112017124722415-pat00036
Figure 112017124722415-pat00036

도 8은 도 1의 MMC(110)의 일 실시예를 도시한 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating an embodiment of the MMC 110 of FIG.

도 1 내지 도 8을 참조하면, MMC(110)는 도 8과 같이 3상 N+1 레벨 MMC일 수 있으며, 이는 하프 브릿지 구조의 서브모듈이 직렬로 연결된 구조로 각 상 암에 순환전류 억제와 고장 전류 억제를 위한 암 인덕터

Figure 112017124722415-pat00037
가 연결되어 있다.Referring to FIGS. 1 to 8, the MMC 110 may be a 3-phase N + 1 level MMC as shown in FIG. 8, in which sub-modules of a half bridge structure are connected in series, Arm Inductors for Fault Current Suppression
Figure 112017124722415-pat00037
Respectively.

이때 각 암에 흐르는 순환 전류는 아래의 [수학식 7]과 같이 계산할 수 있으며, 이에 따른 순환전류 억제를 위한 암 인턱터 값은 [수학식 8]로 산정 할 수 있다.At this time, the circulating current flowing through each arm can be calculated as shown in Equation (7) below, and the arm inductor value for suppressing the circulating current can be calculated by Equation (8).

Figure 112017124722415-pat00038
Figure 112017124722415-pat00038

Figure 112017124722415-pat00039
Figure 112017124722415-pat00039

여기서,

Figure 112017124722415-pat00040
: a상 순환 전류 [A]here,
Figure 112017124722415-pat00040
: a Phase Cycle current [A]

Figure 112017124722415-pat00041
: 서브모듈 수
Figure 112017124722415-pat00041
: Number of submodules

Figure 112017124722415-pat00042
: a상 전류 최대값 [A]
Figure 112017124722415-pat00042
: a phase current maximum value [A]

Figure 112017124722415-pat00043
: 변조비
Figure 112017124722415-pat00043
: Modulation ratio

Figure 112017124722415-pat00044
: 역률
Figure 112017124722415-pat00044
: Power factor

Figure 112017124722415-pat00045
: 직류 전류 [A]
Figure 112017124722415-pat00045
: DC current [A]

Figure 112017124722415-pat00046
: 무효율
Figure 112017124722415-pat00046
: No Efficiency

Figure 112017124722415-pat00047
: 위상각속도 [rad/s]
Figure 112017124722415-pat00047
: Phase angular velocity [rad / s]

Figure 112017124722415-pat00048
: 서브모듈 커패시턴스 [F]
Figure 112017124722415-pat00048
: Sub-module capacitance [F]

Figure 112017124722415-pat00049
: 암 인덕턴스 [H]
Figure 112017124722415-pat00049
: Arm Inductance [H]

하프 브릿지 구조의 서브모듈은 커패시터, 스위칭 소자 그리고 이에 역병렬 구조로 연결된 다이오드로 구성되어 있으며, 이때 서브모듈의 전압은 [수학식 9]와 같으며, 이에 따른 서브모듈 커패시턴스는 [수학식 10]과 같이 산정된다.The sub-module of the half-bridge structure is composed of a capacitor, a switching device and a diode connected in an anti-parallel structure to the sub-module. The voltage of the sub-module is expressed by Equation (9) .

Figure 112017124722415-pat00050
Figure 112017124722415-pat00050

Figure 112017124722415-pat00051
Figure 112017124722415-pat00051

여기서,

Figure 112017124722415-pat00052
: 서브모듈 전압here,
Figure 112017124722415-pat00052
: Submodule Voltage

Figure 112017124722415-pat00053
: 직류 링크 전압 [V]
Figure 112017124722415-pat00053
: DC link voltage [V]

Figure 112017124722415-pat00054
: 피상전력 [VA]
Figure 112017124722415-pat00054
: Apparent power [VA]

Figure 112017124722415-pat00055
: 커패시터 전압 리플율 [%]
Figure 112017124722415-pat00055
: Capacitor voltage ripple rate [%]

Figure 112017124722415-pat00056
: 커패시터 평균 전압 [V]
Figure 112017124722415-pat00056
: Capacitor average voltage [V]

도 9는 도 8의 MMC(110)의 서브모듈의 동작을 도시한 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating the operation of the sub-module of the MMC 110 of FIG.

도 1 내지 도 9를 참조하면, MMC(110)의 서브모듈은 도 9와 같이 스위치 T1과 T2의 On-off 동작에 따라 크게 두가지 상태로 나눌 수 있으며, 온(on) 상태는 도 9의 (a)와 (c), 오프(off) 상태는 도 9의 (b)와 (d)로 구분된다. 먼저 온 상태에서 양 전류의 경우 D1 다이오드를 통해 서브 모듈의 커패시터가 충전되며, 음 전류가 흐를 경우에는 T1 스위치의 온 동작으로 서브 모듈의 커패시터는 방전함으로써 온 상태의 서브 모듈 출력 전압은 커패시터 전압과 같게 된다. 오프 상태에서 양 전류가 흐를 경우 T2 스위치의 온 동작으로 서브모듈은 바이패스되며, 음 전류가 흐를 경우에는 D2 다이오드를 통해 바이패스 되어 오프 상태의 서브모듈의 전압은 0과 같다.Referring to FIGS. 1 to 9, the sub-module of the MMC 110 can be broadly divided into two states according to the on-off operation of the switches T1 and T2 as shown in FIG. 9, (a) and (c), and the off state is divided into (b) and (d) in FIG. In case of positive current, the capacitor of the submodule is charged through D1 diode in the case of positive current, and when the negative current flows, the capacitor of submodule is discharged due to the ON operation of T1 switch. Respectively. When the positive current flows in the OFF state, the submodule is bypassed by the ON operation of the T2 switch. When negative current flows, the voltage of the submodule in the OFF state bypassed through the D2 diode is equal to zero.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, an optimal embodiment has been disclosed in the drawings and specification. Although specific terms have been employed herein, they are used for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

Claims (8)

복수의 풍력발전기들이 직렬로 연결되어 초고압 직류 송전(HVDC)을 하는 풍력발전 시스템에 있어서,
상기 풍력발전기들 각각과 연결되고, 상기 풍력발전기가 기동하여 생산한 전력의 전압을 변환하여 출력하는 복수의 제 1 탭 절환 변압기들;
상기 제 1 탭 절환 변압기들 각각의 출력단에 연결되어 상기 제 1 탭 절환 변압기에서 출력되는 교류 전압을 직류로 변환하여 출력하고, 출력단이 MMC(Modular multilevel converter)의 직류링크에 직렬로 연결되는 복수의 정류기들;
상기 MMC의 출력단과 전력계통 사이에 연결되는 제 2 탭 절환 변압기; 및
상기 복수의 풍력발전기들을 복수의 그룹으로 그룹화하고, 상기 그룹별로 상기 직류 링크로 출력되는 전압의 크기가 일정하게 유지되도록 상기 제 1 탭 절환 변압기의 탭을 조정하며, 상기 MMC에서 출력되는 전압이 계통전압으로 변환되도록 상기 제 2 탭 절환 변압기의 탭을 조정하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템.
1. A wind power generation system in which a plurality of wind turbines are connected in series to perform an ultra high voltage direct current transmission (HVDC)
A plurality of first tap switching transformers connected to each of the wind turbines and converting and outputting a voltage of the power generated by the wind turbine generator;
A plurality of first switching transistors connected in series to a DC link of an MMC (Modular Multilevel Converter), each of the plurality of first switching transistors being connected to an output terminal of each of the first tapped switching transformers, Rectifiers;
A second tap switching transformer connected between the output terminal of the MMC and the power system; And
Wherein the plurality of wind turbines are grouped into a plurality of groups and a tap of the first tap switching transformer is adjusted so that the magnitude of the voltage output to the DC link is maintained constant for each group, And a control unit for adjusting a tap of the second tap switching transformer so as to be converted into a voltage.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 그룹별로 기동하는 풍력발전기의 개수와 무관하게 적어도 하나의 풍력발전기만 기동하면 상기 직류 링크로 출력되는 그룹별 전압의 크기가 일정하게 유지되도록 상기 제 1 탭 절환 변압기의 탭을 조정하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템.
The apparatus of claim 1,
The taps of the first tap switching transformers are adjusted so that the magnitude of the voltage of each group output to the DC link is kept constant when only at least one wind turbine generator is activated regardless of the number of wind generators activated for each group. Wind power generation system.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 그룹들 중 제 1 그룹에 포함된 풍력발전기들 중 적어도 하나의 풍력발전기가 기동하는 경우, 상기 직류 링크로 출력되는 전압이 제 1 전압이 되도록 상기 제 1 그룹의 풍력발전기들에 연결된 제 1 탭 절환 변압기들의 탭을 조정하고,
상기 직류 링크로 출력되는 전압이 제 1 전압인 상태에서 제 2 그룹에 포함된 풍력발전기들 중 적어도 하나의 풍력발전기가 기동하는 경우, 상기 직류 링크로 출력되는 전압이 제 2 전압이 되도록 상기 제 1 그룹의 풍력발전기들에 연결된 제 1 탭 절환 변압기들의 탭을 유지하면서 상기 제 2 그룹의 풍력발전기들에 연결된 상기 제 1 탭 절환 변압기들의 탭을 조정하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템.
The apparatus of claim 1,
Connected to the first group of wind turbines so that the voltage output to the DC link is at a first voltage when at least one of the wind turbines included in the first group of wind turbines is activated, Adjust the taps of the switching transformers,
Wherein when a voltage outputted from the DC link is a first voltage and at least one of the wind turbines included in the second group is started, a voltage output from the DC link is a second voltage, Wherein the taps of the first tap-change transformers connected to the wind turbines of the second group are adjusted while maintaining the taps of the first tap-change transformers connected to the wind turbines of the group.
제1항에 있어서, 상기 풍력발전기는,
영구자석 동기발전기(Permanent magnet synchronous generator : PMSG)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템.
The wind power generator according to claim 1,
And a permanent magnet synchronous generator (PMSG).
제1항에 있어서, 상기 풍력발전 시스템은,
각각의 상기 풍력발전기의 출력단에 연결되어 상기 풍력발전기에서 출력하는 교류 전압을 직류로 변환 후 다시 교류로 변환하여 출력하는 백투백(back-to-back) 방식의 컨버터를 더 구비하고,
상기 제 1 탭 절환 변압기는,
상기 컨버터의 출력단에 연결되어 상기 컨버터에서 출력되는 직류 전압을 교류로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템.
The wind power generation system according to claim 1,
Further comprising a back-to-back converter connected to an output terminal of each of the wind turbines to convert the alternating voltage output from the wind turbine generator to a direct current,
Wherein the first tap change-
And converts the DC voltage output from the converter into AC to be connected to the output terminal of the converter.
복수의 풍력발전기들 각각에 제 1 탭 절환 변압기가 연결되고, 상기 제 1 탭 절환 변압기들에서 출력되는 전압을 직류로 변환하여 MMC(Modular multilevel converter)의 직류링크에 직렬로 연결되며, 상기 MMC의 출력단과 전력계통 사이에 제 2 탭 절환 변압기가 연결되어 초고압 직류 송전(HVDC)을 하는 풍력발전 시스템 운용방법에 있어서,
상기 복수의 풍력발전기들을 복수의 그룹으로 그룹화하는 단계;
상기 그룹별로 상기 직류 링크로 출력되는 전압의 크기가 일정하게 유지되도록 상기 제 1 탭 절환 변압기의 탭을 조정하는 단계; 및
상기 MMC에서 출력되는 전압이 계통전압으로 변환되도록 상기 제 2 탭 절환 변압기의 탭을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템 운용방법.
A first tap change-over transformer is connected to each of the plurality of wind power generators, and the voltage output from the first tap-change transformers is converted into DC to be connected in series to a DC link of a modular multilevel converter (MMC) A method for operating a wind power generation system in which a second tapped switching transformer is connected between an output terminal and a power system to perform ultra high voltage direct current transmission (HVDC)
Grouping the plurality of wind power generators into a plurality of groups;
Adjusting a tap of the first tap switching transformer so that the magnitude of the voltage output to the DC link is maintained constant for each group; And
And adjusting a tap of the second tap switching transformer so that a voltage output from the MMC is converted into a grid voltage.
제6항에 있어서, 상기 제 1 탭 절환 변압기의 탭을 조정하는 단계는,
상기 그룹별로 기동하는 풍력발전기의 개수와 무관하게 적어도 하나의 풍력발전기만 기동하면 상기 직류 링크로 출력되는 그룹별 전압의 크기가 일정하게 유지되도록 상기 제 1 탭 절환 변압기의 탭을 조정하는 단계인 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템 운용방법.
7. The method of claim 6, wherein adjusting the taps of the first tap-
And adjusting the tap of the first tap switching transformer so that the magnitude of the voltage of each group output to the DC link is kept constant when at least one wind turbine generator is started regardless of the number of wind turbines operating in each group A method of operating a wind power system.
제6항에 있어서, 상기 제 1 탭 절환 변압기의 탭을 조정하는 단계는,
상기 그룹들 중 제 1 그룹에 포함된 풍력발전기들 중 적어도 하나의 풍력발전기가 기동하는 경우, 상기 직류 링크로 출력되는 전압이 제 1 전압이 되도록 상기 제 1 그룹의 풍력발전기들에 연결된 제 1 탭 절환 변압기들의 탭을 조정하는 단계; 및
상기 직류 링크로 출력되는 전압이 제 1 전압인 상태에서 제 2 그룹에 포함된 풍력발전기들 중 적어도 하나의 풍력발전기가 기동하는 경우, 상기 직류 링크로 출력되는 전압이 제 2 전압이 되도록 상기 제 1 그룹의 풍력발전기들에 연결된 제 1 탭 절환 변압기들의 탭을 유지하면서 상기 제 2 그룹의 풍력발전기들에 연결된 상기 제 1 탭 절환 변압기들의 탭을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템 운용방법.
7. The method of claim 6, wherein adjusting the taps of the first tap-
Connected to the first group of wind turbines so that the voltage output to the DC link is at a first voltage when at least one of the wind turbines included in the first group of wind turbines is activated, Adjusting the taps of the switching transformers; And
Wherein when a voltage outputted from the DC link is a first voltage and at least one of the wind turbines included in the second group is started, a voltage output from the DC link is a second voltage, Adjusting the taps of the first tap-changing transformers connected to the wind turbines of the second group while maintaining the taps of the first tap-changing transformers connected to the wind turbines of the group Way.
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