풍력발전기 형식

풍력발전기 형식이란

풍력발전기 형식은 회전자, 증속장치, 발전기, 전력변환장치의 조합으로 정해진다.

동력전달 구조에 따라 기어형과 기어리스형으로 나뉜다.

발전기 종류와 속도 제어 방식까지 보면 Type 1부터 Type 4까지 분류된다.

회전 속도 차이

날개는 분당 수십 회전으로 느리게 돌지만, 발전기는 빠르게 돌아야 한다.

계통에 연결된 발전기는 계통 주파수에 맞는 빠른 회전을 요구한다.

두 회전 속도를 어떻게 맞추고 계통과 어떻게 이어 붙이는지가 형식을 가른다.

기어형의 원리

기어형은 날개 회전수를 증속기로 높여 발전기에 전달한다.

동기속도는 120f/P로 구하며, 60Hz 4극 발전기는 1800rpm이다.

날개가 30rpm이면 증속비는 1800을 30으로 나눈 60이다.

증속기는 기어형의 핵심 장치다. 대형기는 헬리컬기어를 많이 쓴다.

기어리스형과 비교

기어리스형은 로터와 발전기를 직접 연결하고 증속기를 없앤다.

발전기는 극수를 늘려 로터 속도에 맞추고, 출력은 인버터가 계통에 맞춘다.

표에서 보듯 기어형은 계통연계가 간편하고 시설비가 낮다.

기어리스형은 정비 부담이 작지만 발전기가 무겁고 인버터 비용이 든다.

계통 측면의 요구

풍력은 바람 변동에 따라 출력이 바뀌어 계통에 영향을 준다.

사고로 전압이 떨어져도 계통에서 떨어지지 않는 능력을 FRT라고 한다.

전압과 무효전력은 측정 위치마다 값이 달라 국지적이고, 제어가 어렵다.

가변속 Type 3과 Type 4가 이 조건을 충족하는 대표 형식이다.

시험에서 헷갈리는 점

첫째, 기어리스형은 증속기를 없애 기계 고장 요인을 줄인다. 대신 다극 발전기와 인버터가 필요하다.

둘째, 두 형식의 제어 구조를 혼동하면 감점이 크다.

기어형은 증속기로, 기어리스형은 인버터로 계통 조건에 맞춘다.

정리

정답은 전력변환장치, 즉 인버터다. 기어리스형은 이 장치로 출력을 계통에 맞춘다.

기어형은 증속기로 회전수를 높여 계통 주파수에 맞춘다.

기어리스형은 로터와 발전기를 직접 연결하고 인버터로 출력을 제어한다. 형식 선택은 계통연계 능력과 유지보수 비용을 함께 본다.