인버터에 대해서 알아보자.

1. 인버터

풍력 발전은 대기 중의 바람의 운동 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 기술로, 전기화학 반응을 이용한 발전과는 달리, 발전소 내에 풍력 터빈이 설치되어 바람을 이용한 회전 운동으로 전기를 생산합니다. 이때, 생산된 전기는 그대로 사용하기 어려운 AC(교류) 전기이기 때문에, DC(직류) 전기로 변환해주는 풍력 인버터가 필요합니다.

 

 

풍력 인버터는 전력 변환 장치 중 하나로, DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 전력을 공급합니다. 이때, 인버터는 매우 정교한 제어 기술을 사용하여 입력 전압과 전류를 제어하고, 출력 전압과 전류의 주파수, 위상, 진폭 등을 조절합니다. 이를 통해 최적의 출력 전력을 유지하면서 전력의 안정성과 효율성을 보장합니다.

 

풍력 인버터는 기존의 전력 변환 장치와는 다르게 변환 효율을 높이고, 그리드 인터페이스와의 안전성을 향상시키기 위한 다양한 기술들이 적용되고 있습니다. 이 중 대표적인 기술로는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기술이 있습니다. MPPT 기술은 풍력 터빈의 입력 전압과 전류를 제어하여 최적의 출력 전력을 유지합니다. 이를 통해 변환 효율을 높이고, 전력의 안정성과 효율성을 보장합니다.

 

 

또한, 풍력 인버터는 다양한 보호 기능을 가지고 있습니다. 예를 들어, 과전압, 과전류, 단락 등의 상황에서 인버터를 자동으로 차단하여, 안전성을 보장합니다. 또한, 그리드 연결상태에 대한 모니터링을 통해, 그리드에 유해한 전력을 주입하지 않도록 보호하는 기능도 가지고 있습니다.

 

풍력 인버터는 변환 효율과 안정성을 보장하기 위해 다양한 기술과 보호 기능이 적용된 전력 변환 장치입니다. 이를 통해 풍력 발전의 안정성과 효율성을 높이는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.

 

2. 배전반

풍력발전시스템은 풍력터빈으로부터 발생하는 전기를 수집하여, 발전기에서 생성된 교류 전력을 적정한 전압 및 주파수로 바꾸어 전력망에 연결하기 위한 복잡한 시스템으로 구성됩니다. 이 중에서도 풍력 발전기의 발전 전압을 수용하여 정전기를 제어하고, 전압을 안정적으로 출력하며, 발전된 전력을 전기 그리드에 연결하는 기능을 수행하는 풍력 발전시스템의 핵심 부품이 바로 '풍력 배전반'입니다.

 

 

풍력 배전반은 풍력 발전기로부터 생성된 전력을 안정적으로 분배하고, 전기 전송용으로 처리하는 중요한 장치입니다. 이러한 풍력 배전반은 주로 발전기, 전압 조정장치, 접속반, 전력 변환기, 브레이크, 접지 장치, 과전압 및 과전류 보호기, 제어기 등의 장치로 구성됩니다.

 

풍력 발전기는 풍력터빈의 회전력을 전기 에너지로 변환하는 기계 장치로, 회전력을 전기 에너지로 바꾸기 위해 회전자와 정자간에 자기장이 생성되어 전기 에너지로 변환됩니다. 이 때 발전기의 출력전압은 회전속도, 자기장 세기, 무부하 전압 등과 같은 변수에 의해 결정되므로, 이러한 출력전압을 안정적으로 조절하기 위해서는 전압 조정장치가 필요합니다.

 

 

전압 조정장치는 발전기의 출력전압을 안정적으로 유지하며, 그림자 효과나 감소하는 풍속에 대응하여 풍력발전기의 출력전압을 조절하는 기능을 수행합니다. 이를 위해 전압 조정장치는 발전기의 출력전압을 측정하여 제어기로 신호를 보내고, 제어기는 이를 기반으로 PWM신호를 생성하여 변환기로 전달합니다.

 

접속반은 풍력 발전기에서 생성된 전력을 안정적으로 전달하고, 전력을 분배하는 역할을 수행합니다. 접속반은 풍력발전기와 전력망의 중간에 위치하며, 발전기로부터 생성된 전력을 수집하여 전력 변환기로 전달합니다.

 

전력 변환기는 발전기에서 생성된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 장치로, 발전기의 출력 전압을 그리드 전압에 맞게 변환하여 전력망에 공급합니다. 이 때, 변환기는 발전기 출력 전압과 그리드 전압의 주파수와 위상을 일치시켜야 하므로, 전력 변환기에서는 주파수 변환과 위상 제어 기능이 필요합니다.

 

 

전력 변환기는 주로 다음과 같은 세부 장치들로 구성됩니다.

• 변환기 모듈: 발전기 출력 전압을 직류 전압으로 변환하는 역할을 수행합니다. 주로 IGBT 모듈, MOSFET 모듈, SCR 모듈 등이 사용됩니다.
• 필터: 변환된 직류 전압에서 발생하는 고주파 노이즈와 스파이크를 제거하여 그리드 전압의 품질을 향상시킵니다. 필터에는 L-C 필터, R-C 필터, L-R-C 필터 등이 사용됩니다.
• 제어기: 변환기 모듈을 제어하여 출력 전압과 주파수를 안정적으로 유지하고, 그리드와의 연동을 제어합니다. 제어기는 주로 DSP(Digital Signal Processor)나 마이크로컨트롤러 등으로 구성됩니다.
• 과전류/과전압 보호기: 전류나 전압이 과다하게 증가하는 경우 발생하는 과전류나 과전압을 감지하여 시스템을 보호합니다. 이러한 보호기에는 다이오드, 퓨즈, 회로 차단기 등이 사용됩니다.

 

 

• 브레이크: 비상시 발생할 수 있는 사고를 예방하기 위해, 전력 변환기에서 발생하는 전류를 차단하여 시스템을 정지시킵니다. 브레이크는 DC 차단기나 AC 차단기 등으로 구성됩니다.
• 접지 장치: 접지 장치는 시스템 내부에서 발생하는 노이즈나 전압 등을 안전하게 배출하기 위한 장치입니다. 접지 장치는 접지 버스, 접지 필터 등으로 구성됩니다.
• 통신 모듈: 전력 변환기의 동작 상태를 모니터링하고 제어하기 위해, 외부와 통신할 수 있는 기능을 제공하는 장치입니다. 통신 모듈은 주로 이더넷, RS-485, CAN 등의 프로토콜을 지원합니다.

 

 

 

위와 같이 풍력 발전시스템의 핵심 부품인 풍력 배전반은 풍력 발전기로부터 생성된 전력을 안정적으로 분배하고, 전력 변환기를 통해 전력망에 공급하기 위해 필요한 장치들로 구성됩니다.

 

전력 변환기는 발전기 출력 전압을 그리드 전압에 맞게 변환하고, 주파수와 위상을 일치시키기 위해 주파수 변환과 위상 제어 기능을 갖추어야 합니다. 이러한 변환기 모듈은 IGBT 모듈, MOSFET 모듈, SCR 모듈 등을 사용합니다.

 

필터는 변환된 직류 전압에서 발생하는 고주파 노이즈와 스파이크를 제거하여 그리드 전압의 품질을 향상시키는 역할을 합니다. 이러한 필터에는 L-C 필터, R-C 필터, L-R-C 필터 등이 사용됩니다.

 

제어기는 변환기 모듈을 제어하여 출력 전압과 주파수를 안정적으로 유지하고, 그리드와의 연동을 제어합니다. 이러한 제어기는 주로 DSP(Digital Signal Processor)나 마이크로컨트롤러 등으로 구성됩니다.

 

 

과전류/과전압 보호기는 전류나 전압이 과다하게 증가하는 경우 발생하는 과전류나 과전압을 감지하여 시스템을 보호합니다. 이러한 보호기에는 다이오드, 퓨즈, 회로 차단기 등이 사용됩니다.

 

브레이크는 비상시 발생할 수 있는 사고를 예방하기 위해, 전력 변환기에서 발생하는 전류를 차단하여 시스템을 정지시킵니다. 이러한 브레이크는 DC 차단기나 AC 차단기 등으로 구성됩니다.

 

접지 장치는 시스템 내부에서 발생하는 노이즈나 전압 등을 안전하게 배출하기 위한 장치입니다. 이러한 접지 장치는 접지 버스, 접지 필터 등으로 구성됩니다.

 

마지막으로, 통신 모듈은 전력 변환기의 동작 상태를 모니터링하고 제어하기 위해, 외부와 통신할 수 있는 기능을 제공하는 장치입니다. 이러한 통신 모듈은 주로 이더넷, RS-485, CAN 등의 프로토콜을 지원합니다.

 

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