KR101622689B1 - Small wind generation system and method for sensorless fuzzy maximum power point tracking using SMR circuit - Google Patents
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Abstract
SMR회로를 이용한 센서리스 퍼지 최대전력점 추종제어를 하는 소형풍력발전시스템이 개시된다. 영구자석 동기기로부터 3상 교류전류를 수신하는 다이오드 정류기, 다이오드 정류기의 양단과 연결된 스위치 및 에노드가 스위치의 일단과 연결된 다이오드를 포함하는 SMR(Switched-mode- Rectifier)회로 및 영구자석 동기기의 현재 전력값과 영구자석 동기기의 이전 전력값에 대한 차이값을 기초로 퍼지제어를 수행하여 스위치의 듀티비(duty ratio)를 가변시켜 최대전력점을 추종하는 퍼지 제어부를 포함한다.A small wind power generation system that performs sensorless fuzzy maximum power point tracking control using an SMR circuit is disclosed. A diode rectifier receiving a three-phase alternating current from the permanent magnet synchronizer, a switch connected to both ends of the diode rectifier, and a current switched-mode-rectifier (SMR) circuit including a diode connected to one end of the switch, And a fuzzy controller for performing a fuzzy control based on a difference between the value of the previous power value of the permanent magnet synchronous machine and the previous power value of the permanent magnet synchronous machine to vary the duty ratio of the switch to follow the maximum power point.
Description
본 발명은 소형풍력발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SMR회로를 기초로 센서리스 퍼지 알고리즘을 이용하여 최대전력점 추종제어를 하는 소형풍력발전시스템 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a small wind power generation system, and more particularly, to a small wind power generation system and method that performs maximum power point follow-up control using a sensorless fuzzy algorithm based on an SMR circuit.
석유, 석탄 등 화석연료의 사용으로 인해 환경오염과 지구 온난화 문제가 대두되고 있는 현재, 세계의 에너지 수요는 점점 증가되어 왔다. 몇몇 보고서는 세계의 에너지 소비량이 2050년까지 3배가 될 것으로 예상한다. Since the use of fossil fuels such as petroleum and coal is causing environmental pollution and global warming problems, the world's energy demand has been increasing. Some reports expect the world's energy consumption to triple by 2050.
이에 최근 화석에너지의 고갈에 대한 대체에너지로 풍력 및 태양광 발전시스템이 각광을 받고 있다.
Recently, wind energy and photovoltaic power generation systems are attracting attention as an alternative energy source for depletion of fossil energy.
특히, 풍력은 자연상태의 무공해 에너지원으로서 대체 에너지원 중 가장 경제성이 높은 에너지원이다. 풍력발전시스템은 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람 에너지를 기계적 에너지로 변화하고, 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 발전시스템이다. 풍력발전시스템은 무한정의 청정에너지인 바람을 동력원으로 함으로써, 기존의 화석연료나 우라늄 등을 이용한 발전방식과 달리 발열에 의한 열공해나 대기오염 그리고 방사능 누출 등과 같은 문제가 없는 무공해 발전방식이다. In particular, wind power is a pollution-free energy source in the natural state, and it is the most economical energy source among alternative energy sources. The wind power generation system is a power generation system that converts wind energy into mechanical energy using various types of windmills and drives the generators with this mechanical energy to obtain electric power. The wind power generation system is a pollution-free power generation system that does not have problems such as heat emission due to heat generation, air pollution, and radiation leakage, unlike the conventional fossil fuel or uranium power generation system, by making the wind which is an infinite clean energy as a power source.
이러한 풍력발전은 현재 가장 유력한 대체 에너지원으로 인정받고 있으며, 이러한 풍력발전시스템은 구조나 설치가 간단하고 운영 및 관리가 용이하게 무인화 및 자동운전이 가능하기 때문에 전 세계적으로 그 활용이 증가하고 있는 추세에 있다.
Such wind power generation has been recognized as the most promising alternative energy source. Such a wind power generation system is easy to structure and install, and can be operated and managed easily. .
하지만 기존의 풍력발전시스템은 종래 풍속과 발전기의 회전속도 정보를 이용하여 MPPT 제어를 하는 방법을 사용하기 때문에 고가의 장비를 필요로 하고, 풍속 및 발전기의 회전속도 측정센서의 고장으로 인한 신뢰도의 문제가 존재한다는 단점이 있습니다.However, existing wind turbine systems require high-priced equipment because they use MPPT control method using rotational speed information of conventional wind speed and generator, and there is a problem of reliability due to failure of wind speed sensor and rotational speed measuring sensor of generator There is the disadvantage that there is.
이러한 단점을 개선하기 위해서 풍속과 발전기의 회전속도 정보를 필요로 하지 않는 센서리스 MPPT 제어기술이 제안되고 있다. 센서리스 MPPT 제어는 발전기의 출력전력 및 출력전압의 관계를 비교하여 최대전력을 출력가능하게 할 수 있다. 센서리스 MPPT 제어기법 중 P&O(Perturb and Observe) 알고리즘의 경우 추종속도가 느리고 정상상태인 최대전력점 주위에서 발전기의 회전속도가 계속 진동하는 문제가 있다. 이는 결과적으로 단순 계통에 공급되는 전압의 품질을 저하시키는 문제점을 발생시키며, 현재 이러한 문제점들을 개선하기 위한 연구가 진행 중에 있다.
In order to overcome such disadvantages, a sensorless MPPT control technique which does not require wind velocity and rotational speed information of a generator has been proposed. The sensorless MPPT control can compare the relationship between the output power of the generator and the output voltage to make it possible to output the maximum power. Among the sensorless MPPT control methods, the P & O (Perturb and Observe) algorithm has a problem that the rotational speed of the generator continues to vibrate around the maximum power point in a steady state with a slow follow-up speed. This results in a problem of degrading the quality of the voltage supplied to the simple system, and research is underway to remedy these problems at present.
공개특허공보 제10-2013-0103909호는 전력변환장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력을 이용한 풍력발전시스템에서 발전된 전압, 전류를 최대전력점 추정제어를 통해 부하로 최대전력을 전달할 수 있도록 한 풍력발전시스템의 센서리스형 MPPT 제어를 적용한 전력변환장치에 관한 것이다.
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 10-2013-0103909 relates to a power conversion apparatus, and more particularly, to a power conversion apparatus that is capable of transmitting maximum power to a load through a maximum power point estimation control based on voltage and current generated in a wind power generation system using wind power The present invention relates to a power conversion apparatus employing sensorless MPPT control of a wind power generation system.
공개특허공보 제10-2013-0099479호는 풍력발전 제어계통에 관한 것으로, 보다 상세하게는 설치 및 운용부담을 줄일 수 있는 새로운 제어기법 개발을 수행하고, 온라인 신경망 제어기를 설계하기 위한 풍력발전 제어계통에 대한 센서리스 온라인 신경망 제어방법에 관한 것이다.
Open No. 10-2013-0099479 relates to a wind power generation control system, and more particularly to a wind power generation control system for developing a new control technique capable of reducing installation and operation burden, The present invention relates to a method of controlling a sensorless on-line neural network.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 부스트 컨버터 풍력 발전시스템에서 영구자석 동기기의 동기 인덕턴스를 대신 사용하여 L-C 수동소자들을 제거하는 SMR회로를 이용한 센서리스 퍼지 최대전력점 추종제어를 하는 소형풍력발전시스템 및 방법을 제안한다.The present invention is directed to a small wind turbine power generation system that performs sensorless fuzzy maximum power point follow-up control using an SMR circuit that removes LC passive elements by using a synchronous inductance of a permanent magnet synchronous machine instead of a conventional boost converter wind power generation system And method.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 영구자석 동기기의 현재 전력값과 이전 전력값의 차이를 기초로 영구자석 동기기가 최적의 듀티비를 가지도록 퍼지제어를 이용하여 듀티비를 가변스텝 사이즈로 제어하는 SMR회로를 이용한 센서리스 퍼지 최대전력점 추종제어를 하는 소형풍력발전시스템 및 방법에 제안한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a duty ratio of a permanent magnet synchronous machine in a variable step size using a fuzzy control so that a permanent magnet synchronous machine has an optimum duty ratio based on a difference between a current power value and a previous power value of the permanent magnet synchronous machine This paper proposes a small wind power generation system and method for sensorless fuzzy maximum power point tracking control using SMR circuit.
본 발명에 따른 SMR회로를 이용한 센서리스 퍼지 최대전력점 추종제어를 하는 소형풍력발전시스템은 영구자석 동기기로부터 3상 교류전류를 수신하는 다이오드 정류기, 상기 다이오드 정류기의 양단과 연결된 스위치 및 에노드가 상기 스위치의 일단과 연결된 다이오드를 포함하는 SMR(Switched-mode- Rectifier)회로 및 상기 영구자석 동기기의 현재 전력값과 상기 영구자석 동기기의 이전 전력값에 대한 차이값을 기초로 퍼지제어를 수행하여 상기 스위치의 듀티비(duty ratio)를 가변시켜 최대전력점을 추종하는 퍼지 제어부;를 포함한다.A small wind power generation system for performing sensorless fuzzy maximum power point tracking control using an SMR circuit according to the present invention includes a diode rectifier for receiving three-phase alternating current from a permanent magnet synchronous machine, a switch connected to both ends of the diode rectifier, A switched-mode-rectifier (SMR) circuit including a diode connected to one end of the switch, and a fuzzy control based on a difference between a current power value of the permanent magnet synchronous machine and a previous power value of the permanent magnet synchronous machine, And a fuzzy controller for varying the duty ratio of the fuzzy controller to follow the maximum power point.
상기 영구자석 동기기는 내부의 동기임피던스를 통해 3상 부스트 컨버터의 역할을 포함하는 것을 특징으로 한다.And the permanent magnet synchronous machine includes a role of a three-phase boost converter through an internal synchronous impedance.
상기 퍼지 제어부는 상기 듀티비에 따라 출력된 전류 및 전압의 측정값을 기초로 상기 영구자석 동기기의 전력을 산출하는 것을 특징으로 한다.And the fuzzy controller calculates the power of the permanent magnet synchronous machine on the basis of the measured values of the current and voltage output according to the duty ratio.
상기 퍼지 제어부는 입력변수와 출력변수를 소속함수(membership function)로 변환하는 퍼지화부, 상기 변환된 입력변수와 출력변수를 기초로 규칙기반(rule base) 테이블을 생성하고, 상기 생성된 규칙기반 테이블을 이용하여 퍼지값을 산출하는 추론엔진부 및 상기 산출된 퍼지값을 실제 수치로 변환하여 퍼지제어가 수행된 듀티비를 산출하는 비퍼지화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the fuzzy controller includes a fuzzy logic unit for converting an input variable and an output variable into a membership function, a rule base table based on the converted input variable and the output variable, An inference engine for calculating a fuzzy value by using the calculated fuzzy value, and an observer for converting the calculated fuzzy value to an actual value to calculate a duty ratio on which the fuzzy control is performed.
상기 퍼지 제어부는 상기 영구자석 동기기의 최대전력이 생성되도록 상기 듀티비에 퍼지제어를 수행하여 가변스텝 사이즈의 가중치를 더하거나 빼는 것을 특징으로 한다.The fuzzy controller performs fuzzy control on the duty ratio so as to generate a maximum power of the permanent magnet synchronous machine to add or subtract the weight of the variable step size.
상기 퍼지 제어부는 상기 차이값이 양수이고, 상기 듀티비가 증가하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 더하며, 상기 차이값이 양수이고, 상기 듀티비가 감소하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 빼는 것을 특징으로 한다.Wherein the purge control unit adds a weight of the variable step size to the duty ratio if the difference value is positive and the duty ratio has a tendency to increase and if the difference value is positive and the duty ratio has a tendency to decrease, The weight of the step size is subtracted.
상기 퍼지 제어부는 상기 차이값이 음수이고, 상기 듀티비가 증가하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 빼며, 상기 차이값이 음수이고, 상기 듀티비가 감소하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 더하는 것을 특징으로 한다.Wherein the fuzzy controller subtracts the weight of the variable step size from the duty ratio if the difference value is negative and the duty ratio tends to increase, and if the difference value is negative and the duty ratio tends to decrease, And adds a weight value of the size.
상기 퍼지 제어부는 상기 듀티비가 가변하면서 터빈의 특성곡선 및 미분 연쇄법칙을 기초로 상기 특성곡선의 극대점을 추종하는 것을 특징으로 한다.
The fuzzy controller may follow a maximum point of the characteristic curve based on a characteristic curve of the turbine and a differential chain rule, while varying the duty ratio.
본 발명에 따른 SMR회로를 이용한 센서리스 퍼지 최대전력점 추종제어를 하는 소형풍력발전방법은 영구자석 동기기의 현재 전력값과 상기 영구자석 동기기의 이전 전력값에 대한 차이값을 산출하는 단계, 상기 산출된 차이값을 기초로 퍼지제어를 수행하여 스위치의 듀티비(duty ratio)를 가변시켜 최대전력점을 추종하는 단계를 포함하고, 상기 최대전력점을 추종하는 단계는 입력변수와 출력변수를 소속함수(membership function)로 변환하고, 상기 변환된 입력변수와 출력변수를 기초로 기 설정된 규칙기반(rule base)을 이용하여 퍼지값을 산출하며, 상기 산출된 퍼지값을 실제 수치로 변환하여 퍼지제어가 수행된 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 한다.
A small wind power generation method for performing sensorless fuzzy maximum power point follow-up control using an SMR circuit according to the present invention includes the steps of: calculating a difference between a current power value of a permanent magnet synchronous machine and a previous power value of the permanent magnet synchronous machine; And varying a duty ratio of the switch to follow a maximum power point, wherein the step of following the maximum power point comprises the steps of: and a fuzzy controller for calculating a fuzzy value using a predetermined rule base based on the converted input variable and the output variable, converting the calculated fuzzy value to an actual value, And the duty ratio is calculated.
본 발명에 따른 SMR회로를 이용한 센서리스 퍼지 최대전력점 추종제어를 하는 소형풍력발전시스템 및 방법은 종래의 부스트 컨버터 풍력 발전시스템에서 영구자석 동기기의 동기 인덕턴스를 대신 사용하여 L-C 수동소자들을 제거하여 가격절감을 하고, 유지보수가 용이하게 한다.The small wind power generation system and method for performing the sensorless fuzzy maximum power point follow-up control using the SMR circuit according to the present invention is characterized in that in the conventional boost converter wind power generation system, the LC inductive elements of the permanent magnet synchronous machine are used instead, Saving, and easy maintenance.
또한 영구자석 동기기의 현재 전력값과 이전 전력값의 차이를 기초로 영구자석 동기기가 최적의 듀티비를 가지도록 퍼지제어를 이용하여 듀티비를 가변스텝 사이즈로 제어함으로써, 종래의 고정스텝 사이즈 제어보다 정상상태의 응답특성이 더 안정되고 응답속도가 빨라진다.
Further, by controlling the duty ratio in a variable step size using the fuzzy control so that the permanent magnet synchronous machine has the optimum duty ratio based on the difference between the current power value and the previous power value of the permanent magnet synchronous machine, The steady state response characteristic becomes more stable and the response speed becomes faster.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형풍력발전시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SMR회로의 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최대전력점 추종제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼지 제어부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 퍼지 제어부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 소속함수를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 소속함수를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼지추론규칙의 테이블을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정스텝 사이즈 P&O 최대전력점 추종제어와 가변스텝 사이즈 퍼지 최대전력점 추종제어를 비교하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정스텝 사이즈 P&O 최대전력점 추종제어와 가변스텝 사이즈 퍼지 최대전력점 추종제어의 실험을 비교하는 도면이다.1 is a view for explaining a configuration of a small wind power generation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining driving of the SMR circuit according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining a maximum power point tracking control according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram illustrating a fuzzy controller according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram illustrating a fuzzy controller according to another embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an input membership function according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an output membership function according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a table of fuzzy inference rules according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram for comparing a fixed step size P & O maximum power point tracking control and a variable step size fuzzy maximum power point tracking control according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram for comparing experiments of fixed step size P & O maximum power point tracking control and variable step size fuzzy maximum power point tracking control according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명할 수 있다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 할 수 있다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather obvious or understandable to those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형풍력발전시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a configuration of a small wind power generation system according to an embodiment of the present invention.
도 1를 참조하면, 소형풍력발전시스템(1)은 SMR(Switched-mode Rectifier)회로의 스위치에 대한 듀티비(duty ratio)에 따라 산출된 전력을 비교하여 최대전력점을 추종한다. 즉, 소형풍력발전시스템(1)은 풍속 및 영구자석 동기기의 회전속도를 측정하는 센서가 필요하지 않기 때문에 비용절감을 할 수 있고, 유지보수가 용이할 수 있다.Referring to FIG. 1, the small wind
또한 소형풍력발전시스템(1)은 영구자석 동기기(Permanent Magnet Synchronous Generator, PMSG)의 현재 전력값과 이전 전력값의 차이값을 기초로 퍼지제어를 수행하여 영구자석 동기기가 최적의 듀티비를 가지는 속도로 동작하도록 듀티비를 가변스텝 사이즈로 제어한다. 이로 인해 소형풍력발전시스템(1)은 종래의 고정스텝 사이즈 제어보다 정상상태의 응답특성이 더 안정되고, 응답속도가 빨라질 수 있다.Also, the small wind
소형풍력발전시스템(1)은 블레이드(110), 영구자석 동기기(120), SMR회로(130), 커패시터(140), 계통측 컨버터(150), 3상 인덕터(160), 계통(170) 및 퍼지 제어부(180)를 포함한다.
The small wind
블레이드(110)는 바람에너지를 기계적 에너지로 변환하는 날개이다. 상기 기계적 에너지는 회전되면서 발생되는 에너지일 수 있다. 블레이드(110)는 바람이 효과적으로 회전되도록 설계될 수 있다. 즉, 블레이드(110)는 최고 효율을 낼 수 있는 날개의 수 및 날개각도 등을 역학적으로 산출하여 설계될 수 있다.
The
영구자석 동기기(120)는 상기 블레이드(110)에서 변환된 기계적 에너지를 전기에너지로 변환한다. 영구자석 동기기(120)는 3상 교류전류를 생성할 수 있다. 특히, 영구자석 동기기(120)는 N극과 S극이 교대로 배치된 영구자석과 전기자로 구성될 수 있으며, 회전속도(Revolution Per Minute, RPM)에 의해 발생되는 교류의 주파수를 통해 전기에너지를 생성한다.
The
SMR회로(130)는 SMR회로는 교류를 직류로 변환한다. SMR회로(130)는 다이오드 정류기, 스위치 및 다이오드를 포함한다.The
보다 상세하게는, SMR회로(130)는 영구자석 동기기(120)의 3상 교류전류를 수신하는 다이오드 정류기를 포함하고, 다이오드 정류기의 양단에 연결된 스위치를 포함한다. 또한 SMR회로(130)는 에노드가 상기 스위치의 일단과 연결된 다이오드를 포함한다.More specifically, the
SMR회로(130)는 3상 부스트 정류기와 유사한 형태 및 동작을 할 수 있다. 즉, SMR회로(130)는 부스트 컨버터를 이용한 종래의 풍력발전시스템과 비교할 경우 더 적은 수동소자로 구성된다. SMR회로(130)는 인덕터(L) 및 커패시터(C)를 제거하여 비용절감 및 부피를 줄일 수 있다.The
따라서, 소형풍력발전시스템(1)은 SMR회로(130)의 상기 특징을 이용하여 소형화를 시킬 수 있다.
Therefore, the small wind
커패시터(140)는 평활용 커패시터로써 임시로 전기에너지를 저장한다. 즉 커패시터(140)는 교류를 평활화시켜서 직류로 변환하는 동시에 임시로 전기에너지를 저장한다.The
또한 커패시터(140)는 SMR회로(130)과 계통측 컨버터(150) 사이에 구비된다. 더 상세하게는 커패시터(140)는 일단이 상기 다이오드의 캐소드와 연결되고 타단이 상기 스위치의 타단과 연결된다. 또한 커패시터(140)의 양단은 계통측 컨버터(150)과 연결된다.
The
계통측 컨버터(150)는 직축(direct axis) 전류와 횡축(quadrature axis) 전류를 각각 제어함으로써 유효전력와 무효전력을 제어할 수 있다. 계통측 컨버터(150)는 내측과 외측의 두가지 제어기를 포함한다. The system side converter 150 can control the active power and the reactive power by respectively controlling the direct axis current and the quadrature axis current. The system side converter 150 includes two controllers, namely, an inside and an outside.
계통측 컨버터(150)의 내측 제어기는 PI(Proportional Integral) 제어기이다. 상기 PI 제어기는 d, q축 전류를 각각 제어한다. 계통측 컨버터(150)의 외측 제어기는 단위 역률제어와 최대 전력전달을 위하여 무효전력과 DC링크 전압을 듀티비값으로 일정하게 제어한다.
The inner controller of the system side converter 150 is a PI (Proportional Integral) controller. The PI controller controls the d and q axis currents, respectively. The outer controller of the system side converter 150 controls the reactive power and the DC link voltage to a constant duty ratio value for unit power factor control and maximum power transfer.
3상 인덕터(160)는 계통(170)으로 들어가는 전류를 필터링한다. 이를 통해 계통(170)은 전기에너지를 수신받는다.
The three-
퍼지 제어부(180)는 바람에 따라 가변되는 영구자석 동기기(120)의 전력을 SMR회로(130)의 스위치에 대한 듀티비에 따라 출력된 전류 및 전압의 측정값을 기초로 산출한다. 퍼지 제어부(180)는 영구자석 동기기(120)의 최대전력이 생성되도록 SMR회로(130)의 스위치에 대한 듀티비에 퍼지제어를 수행하여 가변스텝 사이즈의 가중치를 더하거나 뺌으로써, 최대전력점을 추종한다.The
즉, 퍼지 제어부(180)는 영구자석 동기기(120)의 전력 차이값이 양수이고 스위치의 듀티비가 증가하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 더하며, 전력 차이값이 양수이고 듀티비가 감소하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 뺀다.That is, if the power difference value of the permanent magnet
또한 퍼지 제어부(180)는 영구자석 동기기(120)의 전력 차이값이 음수이고 스위치의 듀티비가 증가하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 빼며, 전력 차이값이 음수이고 듀티비가 감소하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 더한다.
Also, if the power difference value of the permanent magnet
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SMR회로의 구동을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining driving of the SMR circuit according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 소형풍력발전시스템(1)은 영구자석 동기기(120)를 통하여 SMR회로(130)를 사용한다. SMR회로(130)는 영구자석 동기기(120)의 3상 교류전류를 수신하는 다이오드 정류기(230)를 포함하고, 다이오드 정류기(230)의 양단에 연결된 스위치를 포함한다. 또한 SMR회로(130)는 에노드가 상기 스위치의 일단과 연결된 다이오드(250)를 포함한다.
Referring to FIG. 2, the small wind
영구자석 동기기(120)는 내부의 동기임피던스를 통해 3상 부스트 컨버터의 역할을 할 수 있다. 영구자석 동기기(120)는 3상 전압원(212, 214, 216) 및 3상 인덕터(222, 224, 226)를 연결한 회로로 등가화한다. 3상 인덕터(222, 224, 226)는 블레이드(110)에서 입력받은 에너지에 전압 부스팅 역할을 수행할 수 있다. 즉, 3상 인덕터(222, 224, 226)는 동기 임피던스가 생성하고, 생성된 동기 임피던스를 기초로 부스트 효과를 얻을 수 있다.
The permanent magnet
3상 인덕터(222, 224, 226)는 스위치(240)의 온오프에 의해 에너지를 저장 및 공급을 한다. 스위치(240)가 스위치온(switch-on)된 경우, 3상 인덕터(222, 224, 226)는 인가되는 전류의 상승으로 에너지를 순간적으로 저장할 수 있다. 스위치(240)가 스위치오프(switch-off)된 경우, 3상 인덕터(222, 224, 226)는 저장된 에너지 및 3상 전압원(212, 214, 216)의 에너지가 더해져서 에너지를 공급할 수 있다. The three-
이를 통해 3상 인덕터(222, 224, 226)는 부스트 효과를 수행할 수 있다. 또한 3상 인덕터(222, 224, 226)에 해당되는 각각의 전압은 전압 방정식을 기초로 퍼지 제어부(180)에서 산출한다.
Thus, the three-
SMR회로(130)는 전압 및 전류의 관계를 [수학식 1] 과 [수학식 2]로 나타낸다.
The
여기서, 는 스위치(240)의 듀티비를 의미하고, 는 다이오드 정류기에 인가되는 전압을 의미하며, 는 커패시터(140)에 인가되는 전압으로 DC링크 전압을 의미하고, 는 다이오드 정류기에 출력되는 전류를 의미하며, 는 다이오드(250)에서 출력되는 전류를 의미한다.
here, Quot; means the duty ratio of the
SMR회로(130)의 출력전압인 DC링크 전압은 계통측 인버터의 DC링크 일정 전압제어에 의해 일정하게 제어된다. 따라서, 상기 DC링크 전압이 일정한 경우, [수학식 3]과 같이 DC링크 전류의 평균치는 다이오드 전류의 평균치와 동일하다.
The DC link voltage, which is the output voltage of the
여기서, 는 DC링크 전류를 의미한다.here, Means the DC link current.
또한 SMR회로(130)의 듀티비가 조절되면 다이오드 평균 전류가 가변될 수 있다. [수학식 2]를 이용하면 듀티비가 커질수록 다이오드 평균 전류는 작아지게 되고 듀티비가 작아질수록 다이오드 평균 전류는 커지게 된다.Also, if the duty ratio of the
즉, 풍속에 변화에 따라 SMR회로(130)의 듀티비 크기가 가변하면, 소형풍력발전시스템(1)은 계통(170)으로 전달되는 전력의 크기를 조절할 수 있다.
That is, when the duty ratio of the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최대전력점 추종제어를 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for explaining a maximum power point tracking control according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 퍼지 제어부(180)는 듀티비와 전력사이의 관계를 터빈의 특성곡선 및 미분 연쇄법칙을 기초로 추종한다. Referring to FIG. 3, the
퍼지 제어부(180)는 미분 연쇄법칙을 이용하여 [수학식 4]와 같이 전력과 듀티비의 관계를 전력과 회전수의 관계로 나타낼 수 있다.
The
여기서, 는 전력을 의미하고, 는 스위치(240)의 듀티비를 의미하며, 는 영구자석 동기기기(120)의 회전수를 의미한다.here, Means power, Quot; means the duty ratio of the
즉, 스위치(240)의 듀티비는 영구자석 동기기(120)의 회전수와 역부호로 인가된 값이다.
That is, the duty ratio of the
소형풍력발전시스템(1)은 스위치(240)의 듀티비가 작아지면 영구자석 동기기(120)의 회전수가 많아지고, 스위치(240)의 듀티비가 커지면 영구자석 동기기(120)의 회전수가 적어진다.When the duty ratio of the
퍼지 제어부(180)는 터빈의 특성곡선 및 [수학식 4]을 이용하여 듀티비 변화에 따른 전력곡선을 나타낼 수 있다. 최대전력점은 상기 전력곡선의 극대점일 수 있다.
The
도 3은 특정풍속에서 최대전력점을 기준으로 저속영역에서 듀티비가 커지면 전력이 감소하고, 듀티비가 작아지면 전력이 증가하지만 고속영역에서 듀티비는 작아지면 전력이 감소하고 듀티비가 커지면 전력이 증가한다. 퍼지 제어부(180)는 기 설정된 초기 듀티비 또는 이전 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 증가시키거나 감소시켜서 상기 듀티비를 제어할 수 있다. FIG. 3 shows that power increases when the duty ratio increases in a low speed region at a specific wind speed and increases when the duty ratio decreases, but increases when the duty ratio decreases in a high speed region and increases when the duty ratio increases . The
즉, 퍼지 제어부(180)는 스위치(240)의 듀티비를 제어하여 최대전력점을 추종한다.
That is, the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼지 제어부를 설명하기 위한 블록도이다.4 is a block diagram illustrating a fuzzy controller according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 퍼지 제어부(180)는 퍼지제어를 통하여 스위치(240)의 듀티비를 최적화한다. 즉, 퍼지 제어부(180)는 최대전력을 출력하는 스위치(240)의 듀티비를 퍼지제어를 통하여 산출한다.Referring to FIG. 4, the
퍼지 제어부(180)는 퍼지화부(410), 추론엔진부(420), 비 퍼지화부(430) 및 저장부(440)를 포함한다.
The
퍼지화부(410)는 입력변수와 출력변수를 소속함수(membership function)로 변환한다. 퍼지화부(410)는 삼각형의 형태로 소속함수를 퍼지화한다. 또한 상기 삼각형의 소속함수는 [수학식 5] 및 [수학식 6]과 같이 설정된다.
The
여기서, 는 영구자석 동기기(120)의 전력 변동값을 의미하고, 는 스위치(240)의 듀티비 변동값을 의미한다.
here, Means a power fluctuation value of the permanent magnet
추론엔진부(420)는 퍼지화부(410)에서 변환된 입력변수와 출력변수를 기초로 규칙기반(rule base) 테이블을 생성하고 상기 생성된 규칙기반 테이블을 이용하여 퍼지값을 산출한다. 상기 규칙기반 테이블은 퍼지추론을 위한 규칙 테이블일 수 있다. The
추론엔진부(420)는 퍼지화부(410)에서 변환된 소속함수을 기초로 각 규칙의 전반부 적합도를 [수학식 6]과 같이 논리 연산자 AND로 퍼지추론규칙과 관계를 맺는다. 특히, 입력되는 입력변수와 출력변수의 퍼지집합에 대한 적합도의 연산은 최소치 연산에 의해 수행된다.
The
이로 인해 추론엔진부(420)는 산출된 적합도를 기초로 각 규칙의 추론 결과를 산출하고, 각 규칙의 추론결과로부터 최종적인 추론결과를 산출하여 퍼지추론규칙 테이블을 생성한다.
Accordingly, the
비 퍼지화부(430)는 추론엔지부(420)에서 산출된 퍼지값을 실제 수치로 변환하여 퍼지제어가 수행된 듀티비를 산출한다.The
비 퍼지화부(430)는 비 퍼지화를 위해 무게 중심법(Center of Gravity Method)를 이용한다. 즉, 비 퍼지화부(430)는 [수학식 8]과 같이 비 퍼지화를 통해 얻어진 듀티비 변동분을 기초로 최적화된 듀티비로 SMR회로(130)을 제어하여 풍력 터빈을 최대전력을 출력하는 동작점에서 제어할 수 있다.
The
여기서, 는 최적화 듀티비를 의미한다.
here, Means the optimum duty ratio.
저장부(440)는 퍼지화부(410)에서 변환된 입력변수와 출력변수를 기초로 생성된 규칙기반에 대한 테이블인 퍼지추론규칙 테이블이 저장된다. 저장부(440)는 상기 기 설정된 퍼지추론규칙 테이블을 이용하여 산출된 퍼지값이 저장된다.
The
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 퍼지 제어부를 설명하기 위한 블록도이다.5 is a block diagram illustrating a fuzzy controller according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 퍼지 제어부(180)는 퍼지추론규칙을 기초로 퍼지제어를 한다.Referring to FIG. 5, the
퍼지 제어부(180)는 기준 듀티비 및 계통측 컨버터 출력전력을 입력받는다. 퍼지 제어부(180)는 기준 듀티비 및 계통측 컨버터 출력전력을 각각 역방향 임피던스(520, 530)와 가감산기에 적용한다. 이를 통해 퍼지 제어부(180)는 각각 기준 듀티비의 변동값과 계통측 컨버터 출력전력의 변동값을 산출한다.The
퍼지 제어부(180)는 산출된 변동값들을 퍼지제어(540)를 하여 최적화 듀티비를 산출하며, 산출된 최적화 듀티비와 역방향 임피던스(510)을 가산기에 적용하여 스위치(240)에 적용할 듀티비를 산출한다.
The
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 소속함수를 예시하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 소속함수를 예시하는 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼지추론규칙의 테이블을 예시하는 도면이다. 특히, 도 6(a)는 출력전력 변동값의 입력 소속함수를 도시한 것이고, 도 6(b)는 듀티비 변동값의 입력 소속함수를 도시한 것이다.FIG. 6 is a diagram illustrating an input membership function according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram illustrating an output membership function according to an embodiment of the present invention. Fig. 8 is a diagram illustrating a table of fuzzy inference rules according to the present invention; Particularly, FIG. 6 (a) shows the input belonging function of the output power variation value, and FIG. 6 (b) shows the input belonging function of the duty ratio variation value.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 퍼지 제어부(180)는 입력 소속함수 및 출력 소속함수를 퍼지화한다. 6 to 8, the
퍼지 제어부(180)는 소속함수를 삼각형으로 선택한다. 영구전압 동기기(120) 출력전력의 현재값과 이전값의 차이인 영구전압 동기기(120) 출력전력 변동값은 7개, 기준 듀티비의 현재값과 이전값의 차이인 듀티비 변동값이 5개, 퍼지 제어부(180)의 출력인 퍼지제어가 수행된 듀티비는 7개의 퍼지집합을 갖도록 선정한다.The
이는 일 실시에에 불과하며 다른 실시예도 가능함은 당연하다.
It is to be understood that this is merely an embodiment and other embodiments are possible.
퍼지 제어부(180)는 퍼지추론규칙에 대한 테이블을 생성한다. 퍼지 제어부(180)는 입력 와 에 대해 출력 는 35개의 규칙을 갖는다. 즉, 퍼지 제어부(180)는 도 6 및 도 7을 기초로 퍼지추론규칙에 대한 테이블을 생성할 수 있다.
The
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정스텝 사이즈 P&O 최대전력점 추종제어와 가변스텝 사이즈 퍼지 최대전력점 추종제어를 비교하는 도면이다. 도 8(a)는 종래의 소형풍력시스템에서 제안하는 고정스텝 사이즈 P&O 최대전력점 추종제어에 대한 실시 예이고, 도 8(b)는 본 발명에 따른 소형풍력시스템에서 제안하는 가변스텝 사이즈 퍼지 최대전력점 추종제어에 대한 실시 예이다.9 is a diagram for comparing a fixed step size P & O maximum power point tracking control and a variable step size fuzzy maximum power point tracking control according to an embodiment of the present invention. FIG. 8A shows an example of the fixed step size P & O maximum power point follow-up control proposed in the conventional small wind power system, and FIG. 8B shows an example of the variable step size fuzzy maximum This is an embodiment of power point tracking control.
도 9를 참조하면, 소형풍력시스템(1)은 퍼지제어를 수행하여 최대전력점 추종제어를 하는 알고리즘을 실시 예를 통해 검증할 수 있다.
Referring to FIG. 9, the small
(실시 예)(Example)
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명한다. 단 하기 실시예들은 본 발명의 설명을 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples. The following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.
[표 1]은 풍력터빈 시스템의 정수를 나타낸 것이고, [표 2]는 영구자석 동기기와 전력시스템의 정수를 나타낸 것이다.[Table 1] shows the constants of the wind turbine system, and [Table 2] shows the constants of the permanent magnet synchronous machine and power system.
여기서, 소형풍력시스템(1)의 알고리즘을 검증하기 위해 PSIM 시뮬레이터를 이용하여 실시 예를 수행하였다. 실시 예는 실제 실험정수를 기초로 [표 1] 및 [표 2]의 조건에서 수행되었다. 또한 성능 검증을 위하여 고정스텝 사이즈 P&O 최대전력점 추종제어 알고리즘과 가변스텝 사이즈 퍼지 최대전력점 추종제어 알고리즘의 응답특성과 안정성을 비교 검증하였다.
Here, an embodiment was performed using a PSIM simulator to verify the algorithm of the small wind turbine system (1). The examples were carried out under the conditions of [Table 1] and [Table 2] based on actual experimental constants. In addition, the performance and stability of the fixed step size P & O maximum power point tracking control algorithm and the variable step size fuzzy maximum power point tracking control algorithm are compared and verified.
실시 예는 풍속 9(m/s) 조건이고, 전체 시스템의 스위칭 주파수는 10(kHz)이다.The embodiment is at an air speed of 9 (m / s), and the switching frequency of the entire system is 10 (kHz).
실시 예의 결과는 두 가지 최대전력점 추종제어 방식 모두 제안한 최대전력점 추종제어를 통해 파워계수는 0.48, 주속비는 8.1인 최적의 값을 추종하는 것을 보여준다. 또한 SMR회로의 듀티비도 최대전력점 추종제어를 통해 최적의 값으로 제어되는 것을 알 수 있다.The results of the embodiment show that both the maximum power point follow-up control method and the maximum power point follow-up control follow the optimum value with a power coefficient of 0.48 and a main speed ratio of 8.1. Also, it can be seen that the duty ratio of the SMR circuit is controlled to the optimum value through the maximum power point tracking control.
하지만 고정스텝 사이즈 P&O 최대전력점 추종제어의 경우, 최대 전력점에서 영구자석 동기기가 운전하는 시간이 약 6초로써, 약 3초정도에 최대전력을 출력하는 제안된 퍼지 최대전력점 추종제어 방식에 비해 추종시간이 느림을 확인할 수 있다.
However, in the case of fixed step size P & O maximum power point follow-up control, the operation time of the permanent magnet synchronous machine at the maximum power point is about 6 seconds, and the proposed maximum fuzzy maximum power point follow- It can be confirmed that the follow-up time is slow.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정스텝 사이즈 P&O 최대전력점 추종제어와 가변스텝 사이즈 퍼지 최대전력점 추종제어의 실험을 비교하는 도면이다. 도 9(a)는 종래의 소형풍력시스템에서 제안하는 고정스텝 사이즈 P&O 최대전력점 추종제어에 대한 실험 예이고, 도 9(b)는 본 발명에 따른 소형풍력시스템에서 제안하는 가변스텝 사이즈 퍼지 최대전력점 추종제어에 대한 실험 예이다.10 is a diagram for comparing experiments of fixed step size P & O maximum power point tracking control and variable step size fuzzy maximum power point tracking control according to an embodiment of the present invention. FIG. 9A is an experimental example of the fixed step size P & O maximum power point follow-up control proposed in the conventional small wind power system. FIG. 9B is a graph showing an example of the variable step size fuzzy maximum This is an experimental example of power point tracking control.
도 10을 참조하면, 소형풍력시스템(1)은 퍼지제어를 수행하여 최대전력점 추종제어를 하는 알고리즘을 실험 예를 통해 검증할 수 있다.
Referring to FIG. 10, the small
(실험 예)(Experimental Example)
소형풍력시스템(1)의 알고리즘에 대한 타당성을 검증하기 위해 [표 1] 및 [표 2]와 같은 정수를 기초로 실험을 수행하였다. In order to verify the validity of the algorithm of the small wind power system (1), experiments were conducted based on the constants shown in [Table 1] and [Table 2].
상기 두 시스템은 도 8의 실시 예에 대한 결과와 마찬가지로 최대전력점 추종제어로 인해 최적의 파워계수, 주속비 및 듀티비를 추종하며, 최대 전력점에서 동작하는 것을 확인할 수 있다.As in the case of the embodiment of FIG. 8, the two systems follow the optimal power factor, the main speed ratio and the duty ratio due to the maximum power point tracking control and can be confirmed to operate at the maximum power point.
다만, 고정스텝 사이즈 P&O 최대전력점 추종제어는 약 24초, 가변스텝 사이즈 퍼지 최대전력점 추종제어는 약 12초 뒤에 최대 전력점을 추종하는 것을 확인할 수 있다.
However, it can be confirmed that the fixed step size P & O maximum power point follow-up control is about 24 seconds, and the variable step size fuzzy maximum power point follow-up control follows the maximum power point after about 12 seconds.
소형풍력발전시스템(1)은 제어가 복잡하지 않고, 가격 및 효율성에서 최우선 고려되어 설계된다. 즉, 소형풍력발전시스템(1)은 속도센서와 수동소자를 사용하지 않는 SMR회를 사용하여 가격 경쟁력에서 우위를 점할 수 있으며, 퍼지제어를 통하여 우수한 안정성과 응답속도를 확보할 수 있다.
The small wind turbine system (1) is not complicated in control, and is designed with the highest priority in terms of price and efficiency. In other words, the small wind power generation system (1) can be advantageous in cost competitiveness by using the SMR circuit which does not use the speed sensor and the passive element, and the stability and the response speed can be secured through the fuzzy control.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation in the embodiment in which said invention is directed. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the appended claims.
1: 소형풍력발전시스템 110: 블레이드
120: 영구자석 동기기 130: SMR회로
140: 커패시터 150: 계통측 컨버터
160: 3상 인덕터 170: 계통
180: 퍼지 제어부 212, 214, 216: 3상 전압원
222, 224, 226: 3상 인덕터 230: 다이오드 정류기
240: 스위치 250: 다이오드
410: 퍼지화부 420: 추론엔진부
430: 비퍼지화부 440: 저장부
510, 520, 530: 역방향 임피던스 540: 퍼지논리 제어기1: Small Wind Power System 110: Blade
120: permanent magnet synchronizer 130: SMR circuit
140: Capacitor 150: System side converter
160: Three-phase inductor 170: System
180:
222, 224, 226: Three-phase inductor 230: Diode rectifier
240: switch 250: diode
410: purge unit 420: reasoning engine unit
430: non-fuzzification unit 440: storage unit
510, 520, 530: reverse impedance 540: fuzzy logic controller
Claims (9)
상기 영구자석 동기기의 현재 전력값과 상기 영구자석 동기기의 이전 전력값에 대한 차이값을 기초로 퍼지제어를 수행하여 상기 스위치의 듀티비(duty ratio)를 가변시켜 최대전력점을 추종하는 퍼지 제어부;를 포함하고,
상기 퍼지 제어부는,
상기 차이값이 양수이고, 상기 듀티비가 증가하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 더하며,
상기 차이값이 양수이고, 상기 듀티비가 감소하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 빼고,
상기 차이값이 음수이고, 상기 듀티비가 증가하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 빼며,
상기 차이값이 음수이고, 상기 듀티비가 감소하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 더하는 것을 특징으로 하는 SMR회로를 이용한 센서리스 퍼지 최대전력점 추종제어를 하는 소형풍력발전시스템.
A diode rectifier for receiving a three-phase alternating current from the permanent magnet synchronous machine, a switch connected to both ends of the diode rectifier, and a diode connected to one end of the switch, and a switched-mode-rectifier (SMR) circuit. And
A fuzzy controller for performing a fuzzy control based on a difference between a current power value of the permanent magnet synchronous machine and a previous power value of the permanent magnet synchronous machine to vary a duty ratio of the switch to follow a maximum power point; Lt; / RTI >
Wherein the fuzzy controller comprises:
If the difference value is positive and the duty ratio tends to increase, the duty ratio is added to the weight of the variable step size,
If the difference value is positive and the duty ratio tends to decrease, the duty ratio is subtracted from the weight of the variable step size,
Subtracting the weight of the variable step size from the duty ratio if the difference value is negative and the duty ratio tends to increase,
Wherein the weight value of the variable step size is added to the duty ratio when the difference value is negative and the duty ratio tends to decrease.
상기 영구자석 동기기는,
내부의 동기임피던스를 통해 3상 부스트 컨버터의 역할을 포함하는 것을 특징으로 하는 SMR회로를 이용한 센서리스 퍼지 최대전력점 추종제어를 하는 소형풍력발전시스템.
The method according to claim 1,
The permanent magnet synchronous machine comprising:
Phase boost converter through the internal synchronous impedance of the small wind turbine. The present invention relates to a small-sized wind turbine generator with a sensorless fuzzy maximum power point follow-up control using an SMR circuit.
상기 퍼지 제어부는,
상기 듀티비에 따라 출력된 전류 및 전압의 측정값을 기초로 상기 영구자석 동기기의 전력을 산출하는 것을 특징으로 하는 SMR회로를 이용한 센서리스 퍼지 최대전력점 추종제어를 하는 소형풍력발전시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the fuzzy controller comprises:
And the power of the permanent magnet synchronous machine is calculated on the basis of the measured values of the current and voltage output according to the duty ratio.
상기 퍼지 제어부는,
입력변수와 출력변수를 소속함수(membership function)로 변환하는 퍼지화부;
상기 변환된 입력변수와 출력변수를 기초로 규칙기반(rule base) 테이블을 생성하고, 상기 생성된 규칙기반 테이블을 이용하여 퍼지값을 산출하는 추론엔진부; 및
상기 산출된 퍼지값을 실제 수치로 변환하여 퍼지제어가 수행된 듀티비를 산출하는 비퍼지화부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 SMR회로를 이용한 센서리스 퍼지 최대전력점 추종제어를 하는 소형풍력발전시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the fuzzy controller comprises:
A fuzzy unit for converting an input variable and an output variable into a membership function;
An inference engine unit for generating a rule base table based on the converted input variables and output variables and calculating a fuzzy value using the generated rule base table; And
And a non-fuzzy unit for converting the calculated fuzzy value into an actual value to calculate a duty ratio on which the fuzzy control is performed. The small wind power generation system according to claim 1, .
상기 퍼지 제어부는,
상기 영구자석 동기기의 최대전력이 생성되도록 상기 듀티비에 퍼지제어를 수행하여 가변스텝 사이즈의 가중치를 더하거나 빼는 것을 특징으로 하는 SMR회로를 이용한 센서리스 퍼지 최대전력점 추종제어를 하는 소형풍력발전시스템.
5. The method of claim 4,
Wherein the fuzzy controller comprises:
Wherein the duty ratio is controlled so as to generate the maximum power of the permanent magnet synchronous machine so that the weight of the variable step size is added to or subtracted from the duty ratio of the permanent magnet synchronous machine.
상기 퍼지 제어부는,
상기 듀티비가 가변하면서 터빈의 특성곡선 및 미분 연쇄법칙을 기초로 상기 특성곡선의 극대점을 추종하는 것을 특징으로 하는 SMR회로를 이용한 센서리스 퍼지 최대전력점 추종제어를 하는 소형풍력발전시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the fuzzy controller comprises:
Wherein the maximum point of the characteristic curve is tracked based on a characteristic curve of the turbine and a differential cascade rule while the duty ratio is variable.
상기 영구자석 동기기의 현재 전력값과 상기 영구자석 동기기의 이전 전력값에 대한 차이값을 기초로 퍼지제어를 수행하여 상기 스위치의 듀티비(duty ratio)를 가변시켜 최대전력점을 추종하는 퍼지 제어부;를 포함하는 SMR회로를 이용한 센서리스 퍼지 최대전력점 추종제어를 하는 소형풍력발전시스템에 있어서,
영구자석 동기기의 현재 전력값과 상기 영구자석 동기기의 이전 전력값에 대한 차이값을 산출하는 단계;
상기 산출된 차이값을 기초로 퍼지제어를 수행하여 스위치의 듀티비(duty ratio)를 가변시켜 최대전력점을 추종하는 단계;를 포함하고,
상기 최대전력점을 추종하는 단계는,
입력변수와 출력변수를 소속함수(membership function)로 변환하고, 상기 변환된 입력변수와 출력변수를 기초로 기 설정된 규칙기반(rule base)을 이용하여 퍼지값을 산출하며, 상기 산출된 퍼지값을 실제 수치로 변환하여 퍼지제어가 수행된 듀티비를 산출하고,
상기 차이값이 양수이고, 상기 듀티비가 증가하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 더하며, 상기 차이값이 양수이고, 상기 듀티비가 감소하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 빼고,
상기 차이값이 음수이고, 상기 듀티비가 증가하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 빼며, 상기 차이값이 음수이고, 상기 듀티비가 감소하는 경향을 가지면 듀티비에 가변스텝 사이즈의 가중치를 더하는 것을 특징으로 하는 SMR회로를 이용한 센서리스 퍼지 최대전력점 추종제어를 하는 소형풍력발전방법.A diode rectifier for receiving a three-phase alternating current from the permanent magnet synchronous machine, a switch connected to both ends of the diode rectifier, and a diode connected to one end of the switch, and a switched-mode-rectifier (SMR) circuit. And
A fuzzy controller for performing a fuzzy control based on a difference between a current power value of the permanent magnet synchronous machine and a previous power value of the permanent magnet synchronous machine to vary a duty ratio of the switch to follow a maximum power point; , Wherein the sensorless fuzzy maximum power point follow-up control is performed using an SMR circuit,
Calculating a difference between a current power value of the permanent magnet synchronous machine and a previous power value of the permanent magnet synchronous machine;
And performing fuzzy control based on the calculated difference value to vary the duty ratio of the switch to follow the maximum power point,
Wherein the step of following the maximum power point comprises:
A fuzzy value is calculated using a predetermined rule base based on the converted input variable and the output variable, and the calculated fuzzy value is converted into a membership function, The duty ratio obtained by performing the fuzzy control is calculated,
If the difference value is a positive number and the duty ratio tends to increase, the duty ratio is added to the weight of the variable step size, and if the difference value is positive and the duty ratio tends to decrease, However,
If the difference value is negative and the duty ratio tends to increase, the weight of the variable step size is subtracted from the duty ratio. If the difference value is negative and the duty ratio tends to decrease, Wherein the sensorless fuzzy maximum power point follow-up control is performed using an SMR circuit.
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