KR101243181B1

KR101243181B1 - 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치

Info

Publication number: KR101243181B1
Application number: KR1020100109140A
Authority: KR
Inventors: 박정우; 강대욱; 문지우; 권진수; 배득우; 오창훈
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2013-03-14
Also published as: EP2451072B1; EP2451072A3; KR20120047528A; US8593114B2; EP2451072A2; DK2451072T3; US20120112708A1

Abstract

본 발명은 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 권선형유도발전기 회전자 전류의 정상성분과 역상성분 각각에 대하여 d-축과 q-축으로 분류하여 제어를 실시하되, 비선형 특성을 갖는 정상성분과 역상성분을 선형화 되도록 제어함으로 순간정전과 같은 불평형전압 조건에서도 직류단 전압 제어 능력과 출력제어 능력을 향상시켜 LVRT(Low Voltage Ride-Through) 기능을 구현할 수 있는 권선형유도발전기 제어장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, AC-DC 변환 기능을 담당하는 계통측 컨버터와 DC-AC 변환기능을 담당하는 발전기측 컨버터로 구성되는 전력변환장치에 의해 제어되는 권선형유도발전기용 전류 제어장치에 있어서, 권선형유도발전기의 고정자 전압과 전류, 회전자 전압과 전류 및 고정자 자속과 회전자 자속 신호를 정상성분과 역상성분으로 분리한 측정치를 얻고, 상기 회전자 전류의 정상성분과 역상성분 각각에 대해 d-축 전류와 q-축 전류로 분류하여 회전자 전류를 4개의 신호로 분류한 다음, 상기 회전자 전류의 정상성분 제어기와 역상성분 제어기가 상기 측정치를 이용하여 상기 회전자 전류 4개의 신호를 분류제어하되, 상기 정상성분 제어기와 역상성분 제어기는 각각 d-축 전류와 q-축 전류에 대해 궤환선형화 방법을 이용하여 선형화된 전류 입출력 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치를 제공한다.

Description

궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치{Control Device for a doubly-fed induction generator in which feedback linearization method is embedded}

본 발명은 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 권선형유도발전기 회전자 전류의 정상성분과 역상성분 각각에 대하여 d-축과 q-축으로 분류하여 제어를 실시하되, 비선형 특성을 갖는 정상성분과 역상성분을 선형화 되도록 제어함으로 순간정전과 같은 불평형전압 조건에서도 직류단 전압 제어 능력과 출력제어 능력을 향상시켜 LVRT(Low Voltage Ride-Through) 기능을 구현할 수 있는 권선형유도발전기 제어장치에 관한 것이다.

권선형유도발전기는 풍력발전에 사용되는 대표적인 발전기로서 조류발전, 조력발전 및 파력발전 등에도 적용 연구가 추진되고 있다.

일반적으로 전력계통에 연결되어 발전을 수행하도록 되어 있는 계통연계형 발전시스템은 계통전압과 깊은 연관 관계를 가지고 있으며, 특히 권선형유도발전기(Double-fed induction generator, DFIG)를 사용하는 발전시스템에서는 3상의 전력선이 권선형유도발전기의 고정자 권선에 직접 연결되는 구조를 가지고 있어서 계통전압의 특성에 많은 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 따라서, 이러한 계통전압의 변동에 대하여 발전을 지속하도록 하는 제어장치에 대한 기술 개발이 꾸준히 이루어지고 있다.

도 1은 종래에 IGBT를 사용한 Back-to-Back 구조의 AC-DC-AC 변환장치를 적용한 권선형유도발전기 제어장치를 나타내고 있다. 상기 장치는 권선형유도발전기(DFIG)의 회전자 권선에 붙어있는 발전기측 컨버터와, 변압기를 거친 전력 계통선과 연결되어 있는 계통측 컨버터로 구분할 수 있다.

도 2는 상기 도 1에 나타난 권선형유도발전기 제어장치의 제어 방식을 나타내고 있다. 상기 제어장치에서는 각 단의 전류와 전압을 측정한 다음 d-q 좌표계로 변환하여 제어에 필요한 정보로 사용하며, 특히 권선형유도발전기의 회전자 권선에 흐르는 전류 성분을 통해 제어를 수행하고 있다.

하지만, 종래의 제어장치는 계통전압이 3상 평형을 유지하는 경우에는 제어특성이 양호하지만, 불평형 전압 조건에서는 제어특성이 열악해지는 단점이 있다. 도 3은 계통전압강하가 일어난 상황을 예시하고 있으며, 도 4는 상기 계통전압강하 구간에서의 유효전력 특성을 나타내고 있다.

구체적으로, 도 4에서 노란색 신호(Ch1)는 30% 계통전압강하의 감지 신호를, 붉은색 신호(Ch2)는 직류단(DC_link) 전압을, 초록색 신호(Ch4)는 필터링 되지 않은 유효전력을, 파란색 신호(Ch3)는 필터링 된 유효전력을 나타내고 있다. 또한, 도 5는 50% 계통전압강하 조건(도 5c)에서 직류단 전압의 제어특성과(도 5a), 권선형유도발전기의 유효 전력 제어특성(도 5b)을 나타내고 있다.

도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 제어장치는 정상범위의 계통전압에 대해서는 안정적으로 제어를 수행하지만, 전압강하가 발생하는 구간 내에서는 유효전력에 고조파가 많이 함유되는 형태로 제어되며, 계통전압이 순간적으로 강하되는 조건에서 제어특성을 유지하지 못함을 관찰할 수 있다.

이와 같이 3상 불평형인 전압조건에서 직류단(DC_link) 전압을 일정하게 제어할 수 없으면 시스템이 불안정해지기 때문에 발전을 지속할 수 없게 되며, 불평형 전압 구간에서 무효전력을 공급할 수 없게 된다.

계통전압강하(voltage sag or voltage dip) 혹은 순간정전 조건에서 직류단 전압을 안정 범위에서 유지시키도록 권선형유도발전기를 제어할 수 없게 되면 발전기 제어장치를 보호하기 위해 발전설비를 정지시켜야 한다. 이때 발전설비가 정지되면 최소 5분 내에는 재가동할 수 없다는 규정을 준수해야 하므로 운전율이 감소하여 발전량이 떨어지는 것은 물론, 전력계통에 공급되는 에너지량이 크게 변동되는 것을 방지할 수 없게 된다.

이러한 상황은 부하가 급격히 변동하는 것과 동일한 효과를 초래하므로, 전력망을 관리하는 발전사업자에게 큰 부담을 야기하게 된다. 종전에는 계통전압의 변동율이 10% 이내이면 발전을 지속하도록 기술기준이 적용되었으나, 최근에는 단시간 동안의 계통전압강하 조건과 순간정전 조건에서도 발전을 지속하도록 하는 기술기준이 확대 요구되고 있는 실정이다.

즉, 세계적인 기술기준(Grid Code)의 추이는 짧은 순간의 계통 외란에서도 지속적인 운전을 수행하는 LVRT(Low Voltage Ride-Through) 기능이 필수사양으로 자리 잡고 있는데, 전술한 바처럼 순간정전과 같이 계통전압이 불안정한 상태에서 직류단 전압을 일정하게 제어할 수 없게 되면 상기 LVRT 기능을 수행할 수 없게 되는 문제가 발생하게 된다.

따라서 본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는데 그 목적이 있는 발명으로서, 계통전압이 3상 평형을 유지하는 구간은 물론이고 순간정전과 같은 3상 불평형 구간에서도 권선형유도발전기를 안정적으로 제어할 수 있는 제어장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

특히, 회전자 전류의 정상성분과 역상성분 각각에 대하여 d-축과 q-축으로 분류하여 제어를 실시하되, 비선형 특성을 갖는 정상성분과 역상성분을 선형화 되도록 제어함으로 직류단 전압 제어 능력과 출력제어 능력을 향상시켜 순간정전과 같은 불평형전압 조건에서도 안정적인 제어를 수행할 수 있고, LVRT(Low Voltage Ride-Through) 기능을 구현할 수 있는 권선형유도발전기 제어장치를 제공하고자 하는 목적을 가지고 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치는, AC-DC 변환 기능을 담당하는 계통측 컨버터와 DC-AC 변환기능을 담당하는 발전기측 컨버터로 구성되는 전력변환장치에 의해 제어되는 권선형유도발전기용 전류 제어장치에 있어서, 권선형유도발전기의 고정자 전압과 전류, 회전자 전압과 전류 및 고정자 자속과 회전자 자속 신호를 정상성분과 역상성분으로 분리한 측정치를 얻고, 상기 회전자 전류의 정상성분과 역상성분 각각에 대해 d-축 전류와 q-축 전류로 분류하여 회전자 전류를 4개의 신호로 분류한 다음, 상기 회전자 전류의 정상성분 제어기와 역상성분 제어기가 상기 측정치를 이용하여 상기 회전자 전류 4개의 신호를 분류제어하되, 상기 정상성분 제어기와 역상성분 제어기는 각각 d-축 전류와 q-축 전류에 대해 궤환선형화 방법을 이용하여 선형화된 전류 입출력 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치는, AC-DC 변환 기능을 담당하는 계통측 컨버터와 DC-AC 변환기능을 담당하는 발전기측 컨버터로 구성되는 전력변환장치에 의해 제어되는 권선형유도발전기용 전류 제어장치에 있어서, 권선형유도발전기의 고정자 전압과 전류, 회전자 전압과 전류 및 고정자 자속과 회전자 자속 신호를 정상성분과 역상성분으로 분리한 측정치를 얻고, 상기 회전자 전류의 정상성분과 역상성분 각각에 대해 d-축 전류와 q-축 전류로 분류하여 회전자 전류를 4개의 신호로 분류한 다음, 상기 회전자 전류의 정상성분 제어기와 역상성분 제어기가 상기 측정치를 이용하여 상기 회전자 전류 4개의 신호를 분류제어하되, 상기 정상성분 제어기는 d-축 전류와 q-축 전류에 대해 궤환선형화 방법을 이용하여 선형화된 전류 입출력 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 정상성분 제어기의 d-축 출력(

)은

로 계산하는 것을 특징으로 한다.
여기서, R_r : 회전자 저항,

,

: 회전자 전류의 정상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분,

,

: 고정자 슬립 각속도, 회전자 슬립 각속도,

: 치환 변수,

: 회전자 인덕턴스,

: 고정자 인덕턴스,

: 상호 인덕턴스,

: 정상성분에 대한 새로운 상태변수 1이다.
또한, 상기 정상성분 제어기의 q-축 출력(

)은

로 계산하는 것을 특징으로 한다.
여기서,

: 정상성분 자화전류,

: 회전자 인덕턴스,

: 고정자 인덕턴스,

: 상호 인덕턴스,

: 정상성분에 대한 새로운 상태변수 2, R_r : 회전자 저항,

,

: 회전자 전류의 정상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분,

,

: 고정자 슬립 각속도, 회전자 슬립 각속도,

: 치환 변수이다.
또한, 새로운 상태변수

는,

이고

일 때,

로 계산하는 것을 특징으로 한다.
여기서,

,

: PI 제어기 상수,

,

: 정상성분의 d-축 회전자 전류, 정상성분의 d-축 회전자 전류 기준값,

이다.
또한, 새로운 상태변수

는,

이고

일 때,

로 계산하는 것을 특징으로 한다.
여기서,

:

의 미분,

,

: PI 제어기 상수,

이다.
또한, 새로운 상태변수

는,

이고

일 때,

로 계산하는 것을 특징으로 한다.
여기서,

,

: PI 제어기 상수,

: 정상성분의 q-축 회전자 전류 기준값,

: 정상성분의 q-축 회전자 전류,

이다.
또한, 새로운 상태변수

는,

이고

일 때,

로 계산하는 것을 특징으로 한다.
여기서,

:

의 미분,

: 정상성분의 q-축 회전자 전류 기준값,

: 회전자 전류의 정상성분에 대한 q-축 성분,

,

: PI 제어기 상수,

이다.
또한, 상기 역상성분 제어기의 d-축 출력(

)은

로 계산하는 것을 특징으로 한다.
여기서,

,

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분,

: 역상성분에 대한 새로운 상태변수 1, R_r : 회전자 저항,

,

: 고정자 슬립 각속도, 회전자 슬립 각속도,

: 치환 변수이다.
또한, 상기 역상성분 제어기의 q-축 출력(

)은

로 계산하는 것을 특징으로 한다.
여기서,

: 역상성분 자화전류,

: 역상성분에 대한 새로운 상태변수 2, R_r : 회전자 저항,

,

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분,

,

: 고정자 슬립 각속도, 회전자 슬립 각속도,

,

: 고정자 인덕턴스, 회전자 인덕턴스,

: 상호 인덕턴스,

: 치환 변수이다.
또한, 새로운 상태변수

은,

이고

일 때,

로 계산하는 것을 특징으로 한다.
여기서,

,

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 d-축 기준값,

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 d-축 성분,

,

: PI 제어기 상수이다.
또한, 새로운 상태변수

은,

이고

일 때,

로 계산하는 것을 특징으로 한다.
여기서,

:

의 미분,

,

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 d-축 기준값,

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 d-축 성분,

,

: PI 제어기 상수이다.
또한, 새로운 상태변수

은,

이고

일 때,

로 계산하는 것을 특징으로 한다.
여기서,

,

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 q-축 기준값,

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 q-축 성분,

,

: PI 제어기 상수이다.
또한, 새로운 상태변수

은,

이고

일 때,

로 계산하는 것을 특징으로 한다.
여기서,

:

의 미분,

,

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 q-축 기준값,

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 q-축 성분,

,

: PI 제어기 상수이다.
또한, 상기 역상성분 제어기에 사용되는 역상성분의 d-축 회전자 전류 기준값(

)과 q-축 회전자 전류 기준값(

)은 각각

와

으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 직류단 전압이 직류단 전압 상한치와 직류단 전압 하한치 사이에 있으며 계통전압 정상성분 크기가 정상성분에 대한 정격전압의 90％ 이상일 경우, 상기 권선형유도발전기의 고정자측 메인 스위치가 ON 되도록 운전제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 계통전압 정상성분 크기가 정상성분에 대한 정격전압의 90％ 미만일 경우, 상기 권선형유도발전기의 고정자측 메인 스위치가 OFF 되도록 운전제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 직류단 전압 양단에 병렬로 부착되는 제동 저항 장치를 더 포함하고,
상기 제동 저항 장치는 상기 직류단 전압이 직류단 전압 상한값보다 크면 ON 되고, 상기 직류단 전압이 직류단 전압 상한치와 직류단 전압 하한치 사이에 있으면 OFF 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 직류단 전압이 직류단 전압 양단에 병렬로 부착된 커패시터를 고려한 허용내압(직류단 전압 정지값)보다 크면 전력변환장치를 정지시키도록 운전제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에 따른 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치에 의하면, 권선형유도발전기를 갖는 발전시스템(풍력발전, 조류발전, 파력발전 등)이 계통 연계형으로 운전될 경우, 계통전압이 크게 변동되거나 순시정전(150ms 이하)이 일어나는 등의 불평형 전압 조건에서도 권선형유도발전기의 유효전력 및 직류단 전압을 안정적으로 제어할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 순간정전과 같은 계통사고 구간에서도 안정적인 제어를 수행하게 되므로 전력변환장치를 정지하지 않을 수 있게 되며, 순간정전 구간에서도 정지하지 않고 지속적인 운전을 수행해야 하는 유럽 기준(E.ON Netz Standard)의 LVRT(Low Voltage Ride-Through) 기능을 구비하게 되어 시장성을 확대시킬 수 있게 된다.

도 1은 종래의 Back-to-Back 구조를 갖는 권선형유도발전기 제어방식을 도시한 구성도.
도 2는 종래 기술에 따른 권선형유도발전기의 제어방식을 나타내는 도면.
도 3은 계통전압강하가 일어난 상황을 나타내는 도면.
도 4는 30% 계통전압강하 구간에서 유효전력 특성을 나타내는 그래프.
도 5는 계통전압강하 조건에서 종래 기술에 따른 제어장치의 제어 특성을 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 권선형유도발전기 제어용 정상성분 전류제어기의 제어 알고리즘을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 권선형유도발전기 제어용 정상성분 전류제어기의 제어 알고리즘을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 권선형유도발전기 제어용 역상성분 전류제어기의 제어 알고리즘을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 권선형유도발전기 제어용 역상성분 전류제어기의 제어 알고리즘을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 권선형유도발전기 제어장치의 제어 알고리즘을 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 권선형유도발전기 제어장치의 제어 알고리즘을 나타내는 도면.
도 12는 상기 제 2 실시예에서 사용된 pre-filter의 내부 구성을 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 권선형유도발전기 제어장치의 제어 알고리즘을 나타내는 도면.
도 14는 LVRT(Low Voltage Ride-Through) 기능을 갖도록 한 권선형유도발전기의 구동방식을 나타내는 순서도.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 제어장치를 권선형유도발전기에 연결한 모습을 나타내는 도면.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 제어장치를 50% 계통전압강하 조건에 적용하였을 때의 제어 특성을 나타내는 그래프.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 제어장치 및 운전제어 방법을 E.ON Netz에서 제시한 순간정전 조건에 적용할 경우의 제어 특성을 나타내는 그래프.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 제어장치의 30% 계통전압강하 구간에서의 유효전력 제어특성을 나타내는 그래프.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 권선형유도발전기 제어장치는 권선형유도발전기(DFIG)의 고정자 측 전압과 전류, 회전자측 전압과 전류 및 고정자 자속과 회전자 자속 신호를 정상성분과 역상성분으로 분류하고 d-q 좌표계로 변환한 다음, d-축 정상성분, q-축 정상성분, d-축 역상성분, q-축 역상성분으로 분류된 회전자 전류에 대한 4개 신호를 이용하여 정상성분에 대한 d-축, q-축 전류성분을 제어하고 역상성분에 대한 d-축, q-축 전류성분을 제어하도록 동작한다.

특히, 상기 회전자 전류의 정상성분과 역상성분에 대하여 궤환선형화 방법을 적용함으로 완전한 비간섭제어(Decoupling control)가 이루어질 수 있게 된다. 이를 통해 본 발명은, 에너지 이동의 주된 통로인 고정자 권선의 에너지 흐름을 제어하는 회전자 권선을 갖는 권선형유도발전기에 대해서, 발전기 회전자측 컨버터(RSC : Rotor-side converter)를 제어하여 불평형 전압조건에서 계통전압을 조속히 안정화시키고 직류단 전압을 안정 범위 내로 유지하여 LVRT 기능을 가질 수 있게 한다.

본 발명에 따른 권선형유도발전기 제어장치의 제어방식을 설명하기 위해 다음과 같이 파라미터를 정의한다.

: 고정자 저항, 회전자 저항

: d-축과 q-축 성분을 모두 함유하고 있는 고정자 전압, 회전자 전압

: 역상성분의 고정자 전압, 역상성분의 회전자 전압

: 회전자 전압의 정상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분

: 회전자 전압의 역상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분

: d-축과 q-축 성분을 모두 함유하고 있는 고정자 전류, 회전자 전류

: 역상성분의 고정자 전류, 역상성분의 회전자 전류

: 회전자 전류의 정상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분

: 회전자 전류의 정상성분에 대한 d-축 기준값, q-축 기준값

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 d-축 기준값, q-축 기준값

: 정상성분 자화전류

: 역상성분 자화전류

: d-축과 q-축 성분을 모두 함유하고 있는 고정자 쇄교자속, 회전자 쇄교자속

: 역상성분의 고정자 쇄교자속, 역상성분의 회전자 쇄교자속

: 회전자 쇄교자속의 정상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분

: 회전자 쇄교자속의 역상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분

: 고정자 쇄교자속의 정상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분

: 고정자 쇄교자속의 역상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분

: 고정자 인덕턴스, 회전자 인덕턴스

: 상호 인덕턴스

: 고정자 누설 인덕턴스, 회전자 누설 인덕턴스

: 고정자 각속도, 회전자 각속도, 슬립 각속도

: 고정자 유효전력, 고정자 무효전력

: 직류단 전압

: 고정자 자속각, 회전자 자속각, 슬립 자속각

: 미분연산자, 허수연산자

: PI 제어기 상수

:

을 2상 정지좌표계로 각각 변환한 값

이하, 본 발명에 따른 권선형유도발전기 제어장치의 제어방식을 수식을 사용하여 설명하도록 한다.

권선형유도발전기의 고정자 전압 방정식과 회전자 전압 방정식을 정지좌표계로 표현하면 다음과 같다.

또한, 권선형유도발전기의 회전자 전압 방정식에서, 정상성분에 대해 d, q 좌표계로 변환하여 표현하면 하기 수학식 2, 3과 같이 나타낼 수 있다.

그리고 고정자 쇄교자속과 회전자 쇄교자속, 고정자 인덕턴스, 회전자 인덕턴스 등은 아래 수학식 4~7과 같다. 또한, 본 발명에서 정의되는

은 수학식 8과 같다.

회전자 측 전압방정식을 이용하여 PI 형태로 전류제어기를 설계하는 기존 방식과 다르게, 본 발명에서는 입출력 관계성이 선형이 되도록 전류제어장치를 설계한다. 입출력 관계성이 단일입력 단일출력 형태를 가지면서 선형이 된다는 것은 관계식에 나타난 파라미터 이외의 파라미터에 대해서 간섭을 받지 않는 것을 의미한다. 따라서 과도 특성이 크게 개선되며, 비선형으로 변동되는 파라미터 변동 특성과 계통전압 변동에 대해서 제어특성을 유지시킬 수 있는 강인성을 가지게 된다.

상기 수학식 2(수학식 3)에서 입력신호를 d-축 전압(q-축 전압)이라 하고 출력을 d-축 전류(q-축 전류)라고 할때, 입출력 관계가 바뀌어 있고 미분 형태를 가지고 있어서 비선형적인 관계를 가진다는 것을 알 수 있다. 따라서 상기 수학식 2, 3에서

의 관계성을 적용한 후, 미분항이 좌측에 오도록 다항식을 정리하면 아래 수학식 9, 10과 같이 나타난다.

한편, 권선형유도발전기를 제어할 때, 발전기측 컨버터에는 전압벡터를 인가하여 소정의 전류가 흐르도록 PWM을 구현하므로, 입력신호를

와

로 정의하고, 출력신호를

와

로 정의한다. 입출력 파라미터에 대한 정의식을 기반으로, 2개의 입력신호에 대한 항과 입력신호를 포함하지 않는 항으로 구분하여 매트릭스 형태로 나타내면 아래 수학식 11과 같다.

상기 수학식 11에 대하여 입력신호가 2개이고, 출력신호가 2개인 다중입력 다중출력(Multi-Input Multi-Output) 시스템이라는 것을 나타낼 수 있도록 치환하여 표현하고, 출력을 정의한 방정식을 함께 치환하여 정리하면 아래 수학식 12가 된다.

여기서 각 변수의 정의는 다음과 같다.

본 발명에서 입력신호와 출력신호에 대한 관계성이 선형이 되도록 하는 제어장치를 설계하기 위하여 각각의 출력에 대하여 미분을 계산하는 과정을 수행해야 하며, 미분한 결과식에서 입력항이 나타날 때까지 이를 반복한다.

첫 번째 출력(

)에 대해 첫 번째 미분을 하면 아래 수학식 18을 얻을 수 있다.

첫 번째 출력(

)에 대해 첫 번째 미분한 결과 수식에서 제어입력 신호인

이 나타났기 때문에 더 이상의 미분을 수행하지 않고, 두 번째 출력(

)에 대한 미분을 수행한다. 두 번째 출력(

)에 대한 첫 번째 미분을 수행하면 아래 수학식 19를 얻을 수 있다.

두 번째 출력(

)에 대해 첫 번째 미분한 결과 수식에서 제어입력 신호인

가 나타났기 때문에 더 이상의 미분은 수행하지 않는다. 상기 수학식 18과 19를 매트릭스 형태로 나타내고, 입력을 포함하고 있는 항과 입력을 포함하지 않는 항으로 구분하여 정리하면 수학식 20이 된다.

상태변수와 입력신호로 정의되었던 수학식 11과 비교해 볼 때, 상기 수학식 20은 출력과 입력신호로 정의된 관계식으로 변형된 것임을 알 수 있다. 다만, 아직도 미분 형태를 갖고 있으므로 비선형 형태를 선형 형태로 변환해 주면 입력과 출력 관계를 선형화시킬 수 있음을 알 수 있다.

이를 위해, 우선 상기 수학식 20에서 제어기 입력(

)이 해를 갖기 위해서는 제어기 입력의 계수항인 매트릭스에 대한 역행렬(matrix inverse)이 존재해야만 한다. 따라서, 해가 존재하는지 여부를 판단하기 위해 상기 수학식 20을 매트릭스로 치환하여 수학식 21을 만든 다음, 역행렬을 조사한다.

상기 수학식 21에서 매트릭스 E(t)의 역행렬을 계산하면 아래 수학식 22가 된다.

따라서 수학식 21이 언제나 해(solution)를 가지기 위해서는

이라는 조건만 만족하면 역행렬이 "0"이 아니므로 해를 가지게 된다. 그런데 권선형유도발전기에 대한 회전자측 인덕턴스 값은 언제나 "0"이 아니므로 언제나 만족하는 해를 갖는다는 것을 알 수 있다.

상기 수학식 21에서 비선형 항이었던 출력에 대한 미분치(

)를 새로운 상태변수

로 치환하여 선형화하기 위하여 아래 수학식 23과 같이 치환하였다.

상기 수학식 23을 수학식 20에 대입하고, 수학식 22를 대입하여 정리하면 제어신호를 결정하는 규칙을 얻을 수 있다. 이를 수학식 24에서 제시하였다. 하기 수학식 24는 본 발명에 따른 권선형유도발전기 제어장치에 사용되는 정상성분에 대한 전류제어기로 사용할 수 있다.

한편, 제어기 입력신호에 대한 정의식인 수학식 17을 수학식 24에 대입하면, 권선형유도발전기에 적용할 수 있는 전류 제어장치를 수학식 25와 같이 얻을 수 있다. 이는 오차를 "0"으로 만들기 위한 항과 또 다른 입력에 대해 완전히 비간섭(decoupling) 시키기 위한 전향보상기 항(Feed forward term)으로 구성되어 있음을 알 수 있다.

여기서 새로운 상태변수는 제어입력에 대한 오차와 변동율을 이용하여 결정하도록 설계할 수 있으며, 수학식 26 또는 수학식 27을 사용함으로 오차를 "0"으로 조절(regulation)하는 기능을 부여할 수 있다.

이때,

,

이고

,

를 나타낸다. 또한,

는

의 미분이고,

는

의 미분이다.

첨부된 도 6 및 도 7은 전술한 바와 같은 제어 알고리즘을 이용한 정상성분 전류제어기의 제 1 실시예와 제 2 실시예를 나타내고 있다. 도 7에 나타난 제 2 실시예는 오차(

,

)로부터 새로운 상태변수(

,

)를 결정하는 부분을 프리 필터(pre-filter)를 이용하여 결정하는 방법을 적용한 실시예이다. 도 6을 참조하면,

,

의 관계임을 알 수 있다. 또한,

과

에서 위첨자 p는 정상성분을 의미하는 것으로서,

과

는 각각 정상성분에 대한 새로운 상태변수를 나타낸다.

다음으로, 본 발명에 따른 권선형유도발전기 제어용 역상성분 전류제어기의 제어 방식을 설명하도록 한다. 본 발명에서 역상성분 전류제어기의 제어 방식은 전술한 정상성분 전류제어기의 제어 알고리즘과 같은 방식으로 구성할 수 있으며, 동일하거나 유사한 구성에 대하여는 자세한 설명을 생략하도록 한다.

먼저, 권선형유도발전기의 고정자 전압 방정식과 회전자 전압 방정식을 역상성분에 대해 정지좌표계로 표현하면 수학식 28과 같다.

여기서,

이때, 회전자 전압 방정식을 이용하여, 역상성분에 대한 d, q 전압 방정식을 표현하면 하기 수학식 29, 30과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 29, 30을 상태방정식 형태로 만들기 위해 미분항이 좌측에 오도록 다항식을 정리하면 수학식 31, 32가 된다. 또한, 입력신호를

과

로 정의하고, 출력신호를

와

로 정의한 후, 매트릭스 형태로 나타내면 수학식 33이 된다.

상기 수학식 33에 대하여 입력신호가 2개이고, 출력신호가 2개인 다중입력 다중출력(Multi-Input Multi-Output) 시스템이라는 것을 나타낼 수 있도록 치환하여 표현하고, 출력을 정의한 방정식을 함께 치환하여 정리하면 아래 수학식 34가 된다.

여기서 각 변수의 정의는 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 입력신호와 출력신호에 대한 관계성이 선형이 되도록 하는 제어기를 설계하기 위하여 각각의 출력에 대하여 미분을 계산하는 과정을 수행해야 하며, 미분한 결과식에서 입력항이 나타날 때까지 이를 반복한다.

첫 번째 출력(

)에 대해 첫 번째 미분을 하면 아래 수학식 40을 얻을 수 있다.

첫 번째 출력(

)에 대해 첫 번째 미분한 결과 수식에서 제어입력 신호인

)에 대한 미분을 수행한다. 두 번째 출력(

)에 대한 첫 번째 미분을 수행하면 아래 수학식 41을 얻을 수 있다.

두 번째 출력(

)에 대해 첫 번째 미분한 결과 수식에서 제어입력 신호인

가 나타났기 때문에 더 이상의 미분은 수행하지 않는다. 상기 수학식 40과 41을 매트릭스 형태로 나타내고, 입력을 포함하고 있는 항과 입력을 포함하지 않는 항으로 구분하여 정리하면 수학식 42가 된다.

상태변수와 입력신호로 정의되었던 수학식 33과 비교해 볼 때, 상기 수학식 42는 출력과 입력신호로 정의된 관계식으로 변형된 것임을 알 수 있다. 다만, 아직도 미분 형태를 갖고 있으므로 비선형 형태를 선형 형태로 변환해 주면 입력과 출력 관계를 선형화시킬 수 있음을 알 수 있다.

이를 위해, 우선 상기 수학식 20에서 제어기 입력(

)이 해를 갖기 위해서는 제어기 입력의 계수항인 매트릭스에 대한 역행렬(matrix inverse)이 존재해야만 한다. 해가 존재하는지 여부를 판단하기 위해 상기 수학식 42를 매트릭스로 치환하면 수학식 43이 된다.

상기 수학식 43에서 매트릭스 E(t)의 역행렬을 계산하면 아래 수학식 44가 된다.

전술한 바와 같이 권선형유도발전기에서

이므로 언제나 만족하는 해를 갖는다는 것을 알 수 있다.

상기 수학식 43에서 비선형 항이었던 출력에 대한 미분치(

)를 새로운 상태변수

로 치환하여 선형화하기 위하여 아래 수학식 45와 같이 치환하였다.

상기 수학식 45를 수학식 43에 대입하고, 수학식 44를 대입하여 정리하면 제어신호를 결정하는 규칙을 얻을 수 있다. 이를 수학식 46에서 제시하였다. 하기 수학식 46은 본 발명에 따른 권선형유도발전기 제어장치에 사용되는 역상성분에 대한 전류제어기로 사용할 수 있다.

한편, 제어기 입력신호에 대한 정의식인 수학식 39를 수학식 46에 대입하면, 권선형유도발전기에 적용할 수 있는 전류 제어장치를 수학식 47과 같이 얻을 수 있다. 이는 오차를 "0"으로 만들기 위한 항과 또 다른 입력에 대해 완전히 비간섭(decoupling) 시키기 위한 전향보상기 항(Feed forward term)으로 구성되어 있음을 알 수 있다.

여기서 새로운 상태변수는 제어입력에 대한 오차와 변동율을 이용하여 결정하도록 설계할 수 있으며, 수학식 48 또는 수학식 49를 사용함으로 오차를 "0"으로 조절(regulation)하는 기능을 부여할 수 있다.

첨부된 도 8 및 도 9는 전술한 바와 같은 제어 알고리즘을 이용한 역상성분 전류제어기의 제 1 실시예와 제 2 실시예를 나타내고 있다. 도 9에 나타난 제 2 실시예는 오차(

,

)로부터 새로운 상태변수(

,

)를 결정하는 부분을 프리 필터(pre-filter)를 이용하여 결정하는 방법을 적용한 실시예이다. 도 8을 참조하면,

,

의 관계임을 알 수 있다. 또한,

과

에서 위첨자 n은 역상성분을 의미하는 것으로서,

과

은 각각 역상성분에 대한 새로운 상태변수를 나타낸다.

본 발명은 전술한 바와 같은 정상성분 전류제어기와 역상성분 전류제어기를 결합함으로써, 권선형유도발전기를 제어하기 위한 전류제어장치를 완성할 수 있다. 도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 권선형유도발전기 제어장치를 나타내고 있다.

도 10에서 내부제어기(con1, con2, con3, con4)는 PI 제어기를 이용하여 오차함수(error function)와 새로운 상태변수(

)를 결정하는 부분이며, 전류제어기(FL1, FL2)는 전술한 바와 같은 궤환선형화 방법을 이용하여 입출력 관계를 선형화하면서 본 발명에 따른 전류제어장치를 구성하는 부분이다. 이때, 상기 FL1은 본 발명의 수학식 25를 나타내며, FL2는 본 발명의 수학식 47을 나타낸다.

본 발명에서는 정상성분 전류제어기(FL1)의 출력과 역상성분 전류제어기(FL2)의 출력을 각각 정지좌표계로 변환(Transform 1, Transform 2)하여, 동일한 성분끼리 합성함으로써 2상 정지 좌표계로 표현된 회전자 기준전압을 얻을 수 있다. 이때, 2상 정지좌표계로 표현된 상기 회전자 기준전압은 3상 정지좌표계로 변환(Transform 3)하면 PWM 입력신호를 얻을 수 있다.

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 권선형유도발전기 제어장치를 나타내는 것으로, 상기 제 1 실시예의 오차(

,

)로부터 새로운 상태변수(

)를 결정하는 부분을 프리 필터를 이용하여 결정하고 있다. 상기 프리 필터의 내부 구성도는 저역통과필터를 나타내는 것으로 도 12에 나타내었다.

한편, 도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 권선형유도발전기 제어장치를 나타내는 것으로, 상기 제 3 실시예에 의하면 역상성분 전류제어기에 대해서는 궤환선형화방법을 적용하지 않고 오차(

,

)에 PI 제어기를 적용하여 바로 제어기 입력을 결정할 수 있다.

이처럼 본 발명은, 회전자 전류의 정상성분과 역상성분 각각에 대하여 d-축과 q-축으로 분류하여 제어를 실시하되, 비선형 특성을 갖는 정상성분과 역상성분을 선형화 되도록 제어할 수 있는 권선형유도발전기 제어장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 제어장치를 적용하면서, 운전제어(sequence control)를 함께 수행하면 더 큰 효과를 얻을 수 있다. 운전제어라는 것은 전력변환장치 내에 있는 고정자 측의 주 스위치(Stator-side MS)와 직류단 양단에 있는 제동저항 장치(Dynamic Braker)를 제어하는 방법을 가리킨다.

도 14는 LVRT 기능을 갖도록 한 권선형유도발전기 운전제어 방법을 나타내고 있다. 도시된 운전제어 방법은 직류단 전압상태와 계통전압 상태에 따라 고정자측 메인 스위치의 ON/OFF를 제어하는 방법을 나타낸다. 직류단 전압 하한값 및 상한값은 계통측 컨버터가 제어를 유지해야 하는 직류단 전압 하한값 및 상한값을 의미하며, 직류단 전압 정지값이란 직류단 전압 양단에 병렬로 부착되어 있는 커패시터를 고려한 허용 내압을 의미한다. 상기 설정값은 (직류단 전압 하한값 < 직류단 전압 상한값 < 직류단 전압 정지값)의 관계를 갖는다.

본 발명의 실시예에 따르면, 권선형유도발전기의 고정자측 메인 스위치는 직류단 전압이 직류단 전압 상한값과 직류단 전압 하한값 사이에 있으면서(S110, S116), 계통전압 정상성분 크기가 정상성분에 대한 정격 전압에 대하여 90% 이상일 경우(S124)에만 ON 되도록(S130) 운전제어가 수행될 수 있다.

그러나 상기 직류단 전압이 직류단 전압 상한값과 직류단 전압 하한값 사이에 있더라도(S110, S116), 계통전압 정상성분 크기가 정상성분에 대한 정격 전압에 대하여 90% 미만일 경우(S124)에는 상기 고정자측 메인 스위치를 OFF 함으로(S134) LVRT 기능을 갖도록 할 수 있다. 상기 고정자측 메인 스위치가 ON 되면(S130) 본 발명의 실시예에 따른 제어장치를 구동하여 권선형유도발전기 회전자측 컨버터(RSC) 제어를 수행할 수 있다(S132).

이때, OFF 상태에 있는 고정자측 메인 스위치는 직류단 전압이 정상화되고, 계통전압이 정상화되면(S138) 다시 ON 될 수 있다. 이때 상기 고정자측 메인 스위치가 OFF 상태에서 ON 상태로 전환되는 과정에서는 반드시 IN_phase 과정(S130)이 요구된다. 상기 IN_phase 방법은 본 발명에서 제시하는 기술적 특징이 아니므로 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 직류단 전압 양단에 병렬로 부착되어 있는 제동저항 장치는 직류단 전압이 직류단 전압 상한값보다 크면 ON 되고(S112), 상기 직류단 전압이 정상범위에 들어오게 되면 OFF 되도록(S118) 운전제어를 수행한다. 또한, 상기 직류단 전압이 직류단 전압 정지값 보다 크게 되면(S114) 전력변환장치를 정지시킴으로 발전을 정지한다(S140).

본 발명의 실시예에 따른 권선형유도발전기 제어장치를 2.5MW 권선형유도발전기를 대상으로 불평형 전압 조건에서 운전되는 특성을 분석하였다. 본 발명에 따른 권선형유도발전기 제어장치는 도 15에 도시된 바와 같이 권선형유도발전기의 발전기 회전자측 컨버터(RSC)에 연결할 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 슬립전력을 제어할 수 있도록 회전자 권선을 추가적으로 구비하고 있는 권선형유도발전기에 적용이 가능하며, 회전자 권선측에는 본 발병에서 제시하는 방법을 탑재하는 AC-DC-AC 변환 기능을 가지는 Back-to-Back 구조의 IGBT 모듈로 장치가 구성되어야 한다.

도 16은 본 발명에 따른 장치를 적용하여, 계통전압이 10 주기(cycle) 동안 50% 크기로 강화되었다 회복하는 계통전압 조건(도 16c)에 대해 발전제어를 수행한 결과를 나타낸다. 도 16a는 상기 조건에 대한 직류단 전압 제어특성을 나타내며, 도 16b는 권선형유도발전기의 유효전력 제어특성을 나타낸다.

도 16a에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 장치를 적용할 경우 전압강하(voltage sag) 구간에서 직류단 전압 변동폭은 150V를 나타내었는데, 이는 도 5에 나타난 기존 방법의 50% 수준에 해당된다. 그리고 전압이 정상으로 회복된 구간에서도 변동폭은 150V를 나타내었는데, 이는 기존 방법의 변동폭(약 575V)의 26%밖에 되지 않는 매우 양호한 특성을 보여주는 것으로 분석되었다.

따라서, 본 발명에 따른 권선형유도발전기 제어장치를 이용할 경우, 계통전압이 단시간 동안 강하되거나 순간정전이 일어나는 조건에 대해서도 직류단 전압을 상대적으로 안정하게 유지시킬 수 있다는 것을 관찰할 수 있었다.

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 제어장치와 도 14에서 제시한 운전제어 방법을 적용하여, E.ON Netz에서 요구하는 기술기준 중 순간정전 조건에서 실험한 경우의 제어특성을 나타내고 있다. 150ms 동안 정전되었다가 70% 수준으로 회복되고, 상기 70% 수준이 일정시간 동안 유지된 다음 정상전압으로 회복하는 모델에 대해(도 17c), 직류단 전압은 230V만큼 순시적으로 변동되지만 제어특성을 곧바로 회복하여 직류단 전압이 일정한 전압으로 회복함을 관찰할 수 있었다(도 17a).

또한, 직류단 전압이 상한치(DC_Link_VTG_over_limit)를 넘게 되거나 계통전압이 안정 범위 이하로 강하되면(Ratio_positive_VTG < 0.9) 고정자측 스위치는 다시 OFF 되는 것을 보여주고 있으며, 직류단 전압이 정상화되고 계통전압도 안정화되면 고정차측 스위치는 다시 ON되어 IN_phase 과정을 거쳐 발전을 지속하는 특성을 나타내고 있다.

도 18은 10kW 권선형유도발전기 제어 시스템에 본 발명에 따른 제어장치를 적용하였을 때의 실험결과를 나타내고 있다. 구체적으로, 노란색 신호(Ch1)는 30% 계통전압강하의 감지 신호를, 붉은색 신호(Ch2)는 직류단 전압을, 초록색 신호(Ch4)는 필터링 되지 않은 유효전력을, 파란색 신호(Ch3)는 필터링 된 유효전력을 나타내고 있다.

도 18에 나타난 바와 같이, 전압강하가 발생하는 구간에서 권선형유도발전기의 고정자측 유효전력 특성(Ch4)을 도 4에 나타난 종래 기술에 따른 제어장치를 사용하였을 때와 비교해 보면, 고조파 성분이 현격하게 감소되었으며 왜란성분이 크게 줄었음을 확인할 수 있었다.

이처럼 본 발명에 따른 권선형유도발전기 제어장치는 전압강하 상황은 물론이고, 순간정전 등의 불평형 전압 조건에 대하여도 유효전력 및 직류단 전압을 안정적으로 제어하고 LVRT 사양을 만족할 수 있다는 것을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있다. 따라서 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에 속한 사람이 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.

Claims

AC-DC 변환 기능을 담당하는 계통측 컨버터와 DC-AC 변환기능을 담당하는 발전기측 컨버터로 구성되는 전력변환장치에 의해 제어되는 권선형유도발전기용 전류 제어장치에 있어서,
권선형유도발전기의 고정자 전압과 전류, 회전자 전압과 전류 및 고정자 자속과 회전자 자속 신호를 정상성분과 역상성분으로 분리한 측정치를 얻고, 상기 회전자 전류의 정상성분과 역상성분 각각에 대해 d-축 전류와 q-축 전류로 분류하여 회전자 전류를 4개의 신호로 분류한 다음, 상기 회전자 전류의 정상성분 제어기와 역상성분 제어기가 상기 측정치를 이용하여 상기 회전자 전류 4개의 신호를 분류제어하되, 상기 정상성분 제어기와 역상성분 제어기는 각각 d-축 전류와 q-축 전류에 대해 궤환선형화 방법을 이용하여 선형화된 전류 입출력 제어를 수행하고,
상기 정상성분 제어기의 d-축 출력(
)은
로 계산하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.
R_r : 회전자 저항

,
: 회전자 전류의 정상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분

,
: 고정자 슬립 각속도, 회전자 슬립 각속도

: 치환 변수

: 회전자 인덕턴스

: 고정자 인덕턴스

: 상호 인덕턴스

: 정상성분에 대한 새로운 상태변수 1
AC-DC 변환 기능을 담당하는 계통측 컨버터와 DC-AC 변환기능을 담당하는 발전기측 컨버터로 구성되는 전력변환장치에 의해 제어되는 권선형유도발전기용 전류 제어장치에 있어서,
권선형유도발전기의 고정자 전압과 전류, 회전자 전압과 전류 및 고정자 자속과 회전자 자속 신호를 정상성분과 역상성분으로 분리한 측정치를 얻고, 상기 회전자 전류의 정상성분과 역상성분 각각에 대해 d-축 전류와 q-축 전류로 분류하여 회전자 전류를 4개의 신호로 분류한 다음, 상기 회전자 전류의 정상성분 제어기와 역상성분 제어기가 상기 측정치를 이용하여 상기 회전자 전류 4개의 신호를 분류제어하되, 상기 정상성분 제어기는 d-축 전류와 q-축 전류에 대해 궤환선형화 방법을 이용하여 선형화된 전류 입출력 제어를 수행하고,
상기 정상성분 제어기의 d-축 출력(
)은
로 계산하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.
R_r : 회전자 저항

,
: 회전자 전류의 정상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분

,
: 고정자 슬립 각속도, 회전자 슬립 각속도

: 치환 변수

: 회전자 인덕턴스

: 고정자 인덕턴스

: 상호 인덕턴스

: 정상성분에 대한 새로운 상태변수 1
삭제
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 정상성분 제어기의 q-축 출력(
)은
로 계산하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.

: 정상성분 자화전류

: 고정자 인덕턴스

: 회전자 인덕턴스

: 상호 인덕턴스

: 정상성분에 대한 새로운 상태변수 2
R_r : 회전자 저항

,
: 회전자 전류의 정상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분

,
: 고정자 슬립 각속도, 회전자 슬립 각속도

: 치환 변수
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
새로운 상태변수
는,
이고
일 때,
로 계산하는 것을 특징으로 하는 궤환 선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.

,
: PI 제어기 상수

,
: 정상성분의 d-축 회전자 전류, 정상성분의 d-축 회전자 전류 기준값
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
새로운 상태변수
는,
이고
일 때,
로 계산하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.

:
의 미분

,
: 정상성분의 d-축 회전자 전류, 정상성분의 d-축 회전자 전류 기준값

,
: PI 제어기 상수
제 4항에 있어서,
새로운 상태변수
는,
이고
일 때,
로 계산하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.

,
: PI 제어기 상수

: 정상성분의 q-축 회전자 전류 기준값

: 정상성분의 q-축 회전자 전류
제 4항에 있어서,
새로운 상태변수
는,
이고
일 때,
로 계산하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.

:
의 미분

: 정상성분의 q-축 회전자 전류 기준값

: 정상성분의 q-축 회전자 전류

,
: PI 제어기 상수
제 1항에 있어서,
상기 역상성분 제어기의 d-축 출력(
)은
로 계산하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.

,
: 회전자 전류의 역상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분

: 역상성분에 대한 새로운 상태변수 1
R_r : 회전자 저항

,
: 고정자 슬립 각속도, 회전자 슬립 각속도

: 치환 변수

: 회전자 인덕턴스

: 고정자 인덕턴스

: 상호 인덕턴스
제 1항에 있어서,
상기 역상성분 제어기의 q-축 출력(
)은
로 계산하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.

: 역상성분 자화전류

: 역상성분에 대한 새로운 상태변수 2
R_r : 회전자 저항

,
: 회전자 전류의 역상성분에 대한 d-축 성분, q-축 성분

,
: 고정자 슬립 각속도, 회전자 슬립 각속도

,
: 고정자 인덕턴스, 회전자 인덕턴스

: 상호 인덕턴스

: 치환 변수
제 9항에 있어서,
새로운 상태변수
은,
이고
일 때,
로 계산하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 d-축 기준값

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 d-축 성분

,
: PI 제어기 상수
제 9항에 있어서,
새로운 상태변수
은,
이고
일 때,
로 계산하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.

:
의 미분

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 d-축 기준값

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 d-축 성분

,
: PI 제어기 상수
제 10항에 있어서,
새로운 상태변수
은,
이고
일 때,
로 계산하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 q-축 기준값

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 q-축 성분

,
: PI 제어기 상수
제 10항에 있어서,
새로운 상태변수
은,
이고
일 때,
로 계산하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.

:
의 미분

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 q-축 기준값

: 회전자 전류의 역상성분에 대한 q-축 성분

,
: PI 제어기 상수
제 1항에 있어서,
상기 역상성분 제어기에 사용되는 역상성분의 d-축 회전자 전류 기준치
와 q-축 회전자 전류 기준치
는 각각
와
으로 설정하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
직류단 전압이 직류단 전압 상한치와 직류단 전압 하한치 사이에 있으며 계통전압 정상성분 크기가 정상성분에 대한 정격전압의 90% 이상일 경우, 상기 권선형유도발전기의 고정자측 메인 스위치가 ON 되도록 운전제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.
제 16항에 있어서,
상기 계통전압 정상성분 크기가 정상성분에 대한 정격전압의 90% 미만일 경우, 상기 권선형유도발전기의 고정자측 메인 스위치가 OFF 되도록 운전제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
직류단 전압 양단에 병렬로 부착되는 제동 저항 장치를 더 포함하고,
상기 제동 저항 장치는 상기 직류단 전압이 직류단 전압 상한값보다 크면 ON되고, 상기 직류단 전압이 직류단 전압 상한치와 직류단 전압 하한치 사이에 있으면 OFF 되는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
직류단 전압이 직류단 전압 양단에 병렬로 부착된 커패시터를 고려한 허용내압(직류단 전압 정지값)보다 크면 전력변환장치를 정지시키도록 운전제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 궤환선형화 방법을 이용한 권선형유도발전기 제어장치.