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영구자석형 동기발전기를 이용한 풍력 시뮬레이터 개발에 관한 연구

A Study for Development of Wind Turbine Simulator with Permanent Magnet Synchronous Generator

최원식 (Won Shik Choi, 포항공과대학교 풍력특성화대학원)

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The wind energy conversion system has become an important part of the wind turbine systems. The study on a development of wind turbine simulator and a control strategy of wind turbine system with Permanent Magnet Synchronous Generator which is grid connected with back-to-back power converter has bee...
The wind energy conversion system has become an important part of the wind turbine systems. The study on a development of wind turbine simulator and a control strategy of wind turbine system with Permanent Magnet Synchronous Generator which is grid connected with back-to-back power converter has been done. Using Kaimal Spectrum model that is recommended by IEC61400-1 3rd edition, aerodynamic characteristics of blade and rotor, the dynamic parts of the simulator can be defined. Blade which is 5-MW Reference Wind turbine of NREL is applied and simulated on PC. The computer based simulation model is composed into 22kW induction motor that is used to replace dynamic parts and 11kW permanent magnet synchronous generator. Electrical part of the simulator is composed of motor driving inverter and grid-connected full-converter and their own controllers. A control strategy from the blade data as a variable-speed variable-pitch generator and gave specific cases of winds that drive dynamic parts and then observed the active power and generator-side torques and speeds. The wind turbine control strategies and full-converter control are simulated in PSIMⓒ. Actually FOC(Field Oriented Control) method and Torque versus Speed look-up curve called as ‘Control Strategy’ are used to control the system. The main controller is a Texas Instruments’ TMS320F28335 MCU. Other peripheral circuits and the motor driving algorithms were developed for this study. Finally the developed device is verified by experimental results.
목차 moremore
Abstract i
목차 iii
그림목차 v
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Abstract i
목차 iii
그림목차 v
표목차 vii
기호 및 약어 ⅷ


Ⅰ. 서론 1
1.1 연구의 필요성 1
1.2 연구의 동향 3
1.3 연구의 목적 5
1.4 논문의 구성 6

Ⅱ. 바람 모델과 공역학적 특성 8
2.1 바람 모델 생성 8
2.2 풍력 발전기의 공역학적 특성 15

Ⅲ. 풍력 발전기의 발전 토폴로지와 제어 전략 18
3.1 풍력 발전기의 발전 토폴로지와 동향 18
3.2 풍력 발전기의 제어 전략 (Control strategy) 21
3.2.1 고정속 가변 피치 제어 (Fixed-speed Variable-pitch control) 21
3.2.2 가변속 가변 피치 제어 (Variable-speed Variable-pitch control) 23
3.3 풍력 발전 시뮬레이터 스케일링 24

Ⅳ. 풍력 발전 시뮬레이터 시뮬레이션 29
4.1 3상 전압형 인버터 (3phase voltage source inverter) 29
4.1.1 유도 전동기 수학적 모델 29
4.1.2 유도 전동기 제어 30
4.2 발전기 측 컨버터 40
4.2.1 동기 전동기 수학적 모델 40
4.2.2 동기 전동기 제어 44
4.3 계통 측 컨버터 46
4.4 풍력 발전 시뮬레이터 디지털 시뮬레이션 51
4.4.1 디지털 시뮬레이션 조건 51
4.4.2 디지털 시뮬레이션 결과 51

Ⅴ. 풍력 발전 시뮬레이터 하드웨어 설계 57
5.1 3상 인버터 하드웨어 설계 57
5.1.1 LC-필터 설계 57
5.2 3상 인버터 제어보드 설계 62
5.2.1 제어기의 구성 62
5.2.2 전원 회로 설계 63
5.2.3 Analog to digital convert 회로 설계 63
5.2.4 Digital to analog convert 회로 설계 64
5.2.5 Gate drive 회로 설계 65
5.2.6 Quadrature encoder pulse signal convert 회로 설계 66
5.2.7 하드웨어 제작 67
5.2.8 모터 측 인버터 시스템 알고리즘 69
5.3 실험 결과 71
5.3.1 실험 조건 71
5.3.2 실험 결과 72

Ⅵ. 결론 74

참고 문헌 75