Abstract
This paper proposes a Hardware-In-Loop(HIL) Simulator for a Wind Turbine and an operational control algorithm to evaluate the performance of a wind turbine control system. It provides not only for the validation of the control logics, safety functions and H/W failure, but also for the high reliability of the wind turbines (by reducing/and the reduction of the operating expense(OPEX) through performance evaluation tests with complex scenarios. On the other hand, the proposed simulator uses MATLAB, CODER, and the PLC library to operate in synchronization with the hardware, and a real-time processing-based wind turbine module including a dynamic model and control system, wind module, grid module and host PC to manage the HIL-simulator. Several experiments were carried out under the above concept to verify the effectiveness of the proposed WT HIL-simulator.
본 논문에서는 풍력발전기의 제어시스템에 대한 성능평가를 위한 실시간 처리 기반의 Hardware-In-Loop(HIL) 시뮬레이터와 안정적으로 운용할 수 있는 시스템 제어 알고리즘을 제시한다. 기존의 수행된 연구는 모터와 발전기가 결합되어 동력이 전달되는 구조로서, 소형풍력발전기의 발전기 토크와 전력변환장치의 대한 특성분석으로 그 시험 범위가 제한적이나, 제안하는 실시간 처리 기반의 풍력발전기 시뮬레이터를 통해서 정상운전과 비상운전을 포함하여 제어시스템의 알고리즘과 하드웨어 요소에 대한 시험 성능평가가 가능하다. 한편, 제안하는 시뮬레이터는 세부적으로 하드웨어와 동기화되어 운영 될 수 있도록 MATLAB, CODER 그리고 PLC Library를 활용하여 동적모델과 제어시스템을 포함한 실시간 처리 기반의 풍력발전기 모듈, 바람 데이터를 생성/처리하는 모듈, 전력계통 모듈 그리고 전체 시뮬레이터의 운용을 위한 'Host PC'로 구성된다. 실제 풍력발전기가 설치되는 환경을 기반으로 외부적/내부적인 요소를 변수로 다양한 시나리오에 대한 시험을 수행하여, 풍력발전기 제어시스템의 성능평가를 통하여 본 논문에서 제시한 HIL-시뮬레이터의 우수성과 효용성을 입증한다.
