계통 연계형 풍력 발전 시스템의 LVRT 제어 전략

Abstract

본 논문은 계통 전압 사고 상황에서 계통 연계형 풍력 발전 시스템이 만족시켜줘야 할 LVRT(Low Voltage Ride Through) 제어 전략을 제안한다. LVRT 규정은 계통 전압 사고 시 풍력 발전 시스템이 지켜야 할 부분들을 전압 감소율과 사고 시간에 대해 나타내고 있다. 특히 전압 감소율이 10% 이상일 경우에는 풍력 발전 시스템은 규정된 무효 전류를 전력 계통에 제공하여 계통 전압 확보에 이바지해야 한다. 본 논문에서의 LVRT 규정은 세계적으로 가장 엄격한 규정인, 독일 계통 연계 규정(German Grid Code)을 기준으로 하고 풀 스케일(Full-scale) 가변 속도 전력 변환 시스템을 고려하여 제어 전략을 수립한다. 본 LVRT 제어 전략은 계통 사고 시 LVRT 규정을 모두 만족시킴과 동시에 직류단 전압 제어의 추가적인 알고리즘으로 직류단 전압의 제어를 통하여 전체 풍력 발전 시스템의 전력 균형을 기할 수 있다. 3상 전압 지락 사고의 경우 계통으로의 전력 제어가 불가능하여 계통 측 컨버터가직류단 전압을 제어할 수 없으므로, 전력 제어의 기능을 발전기 측 인버터로 이행 시켜 상황에 따라 유연한 직류단 전압 제어가 가능함을 보였다. 시뮬레이션과 실험을 통해 LVRT 제어 전략의 타당성을 검증하였다. This paper proposes a LVRT (Low Voltage Ride Through) control strategy which should be satisfied by grid-connected wind power system when grid faults occur. The LVRT regulation indicates rules or actions which have to be executed according to the voltage dip ratio and the fault duration. Especially the wind power system has to support the grid with specified reactive current to secure the grid stability when voltage reduction ratio is over 10%. The LVRT regulation in this paper is based on the German Grid Code and full-scale variable speed wind power conversion system is considered for LVRT control strategy. The proposed LVRT control strategy satisfies not only LVRT regulation but also makes power balance between wind turbine and power system through additional DC link voltage regulation algorithms. Because it is impossible to control grid side power when the 3-phase to ground fault occurs, the DC link voltage is controlled by a generator side inverter using the DC link voltage control strategy. Through the simulation and experiment result, the proposed LVRT control strategy is evaluated and its effectiveness is verified.