KR100768848B1 - Control apparatus and method for dispersion power system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분산전원 시스템의 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 내장된 리미터들의 파라미터들을, 출력단의 전압과 전류를 소정 처리하여 분산 전원시스템의 최적 함수를 도출하고, 그 도출된 최적함수에 의해 구해지는 파라미터를 소정 처리하여 최적의 리미터 파라미터로 검출함으로써, 분산전원 시스템의 동적 동작 능력을 향상시키도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 대체 에너지를, 소정 제어에 의해 주파수 가변하여 상용교류전원을 발생하는 인버터 시스템과; 비선형 리미터를 내장하고, 적응제어신호에 따라 상기 비선형 리미터의 파라미터들을 가변하여, 인버터 시스템의 인버팅을 제어하는 제어수단과; 상기 인버터 시스템에서 발생하는 전압과 전류를 피이드백 받아 소정처리하고, 그 처리결과에 근거하여 상기 인버터 시스템의 동적 응답특성을 최적화하기 위한 상기 비선형 리미터의 적응 제어신호를 출력하는 동적응답특성 향상수단을 포함하여 구성하며, 상기 동적응답특성 향상수단은, 전류와 전압을 이용하여 동적 최적함수를 구현하여 그 동적 최적함수에 응답하는 리미터 파라미터들을 1차 미분하고, 상기 1차 미분한 파라미터들을 반복 알고리즘을 통해 갱신하여 그 갱신된 리미터 파라미터의 응답특성의 변화량이 기준변화량 이하가 되면 해당 파라미터를 적용하기 위한 비선형 리미터의 적응제어신호를 출력한다.The present invention relates to a control apparatus and a method of a distributed power supply system, wherein the parameters of built-in limiters are processed by a predetermined process of a voltage and a current of an output stage to derive an optimal function of the distributed power supply system. By processing the parameters to detect the optimum limiter parameters, the dynamic operation capability of the distributed power supply system is improved. To this end, the present invention comprises an inverter system for generating a commercial AC power source by varying the frequency of the alternative energy by a predetermined control; Control means for incorporating a nonlinear limiter and varying parameters of the nonlinear limiter according to an adaptive control signal to control the inverting of the inverter system; A dynamic response characteristic improving means for receiving a feedback and a predetermined process of the voltage and current generated from the inverter system, and outputting an adaptive control signal of the nonlinear limiter for optimizing the dynamic response characteristic of the inverter system based on the result of the processing; The dynamic response characteristic improving means implements a dynamic optimal function using current and voltage, and firstly differentiates the limiter parameters responsive to the dynamic optimal function, and repeats the first derivative parameters. If the change amount of the response characteristic of the updated limiter parameter is less than the reference change amount, the controller outputs an adaptive control signal of the nonlinear limiter for applying the parameter.
Description
도 1은 종래 분산전원 시스템의 구성을 보인 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of a conventional distributed power supply system.
도 2는 본 발명 분산전원 시스템의 제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the control device of the distributed power supply system of the present invention.
도 3은 본 발명 분산전원 시스템의 제어방법에 대한 동작흐름도.Figure 3 is a flow chart for the control method of the distributed power supply system of the present invention.
도 4는 도2에 있어서, 분산전원 시스템에, Disturbance가 발생할때, 제어수단의 리미터 출력단 파형의 동적 특성을 보여주는 파형도.4 is a waveform diagram showing dynamic characteristics of a limiter output stage waveform of a control means when disturbance occurs in the distributed power supply system in FIG.
도5는 도2에 있어서, 분산전원 시스템에, Disturbance 발생에 따른 제어수단의 출력전압 응답 파형도.5 is an output voltage response waveform diagram of a control means according to occurrence of disturbance in the distributed power supply system in FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100:대체 에너지 200:인버터 시스템100: alternative energy 200: inverter system
300:제어수단 400:동적응답 특성 향상수단300: control means 400: dynamic response characteristics improvement means
본 발명은 대체 에너지를 이용하는 분산 전원시스템에 관한 것으로, 특히 내장된 리미터들의 파라미터들을, 출력단의 전압과 전류를 소정 처리하여 분산 전원 시스템의 최적 함수를 도출하고, 그 도출된 최적함수에 의해 구해지는 파라미터를 소정 처리하여 최적의 리미터 파라미터로 검출하도록 한 분산전원 시스템의 제어장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distributed power supply system using alternative energy. In particular, the parameters of the built-in limiters are processed by a predetermined process of output voltage and current to derive an optimal function of the distributed power supply system. The present invention relates to a control device and method for a distributed power supply system in which a predetermined process is performed to detect a parameter as an optimal limiter parameter.
대체 에너지의 일종인, 연료전지 시스템(fuel cell system)은 연료가 가지고 있는 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환하는 장치로서, 이러한 연료전지 시스템의 발전기는 통상 고분자 전해질 막을 중심으로 양쪽에 양극(anode)과 음극(cathode)이 부착되어 있고, 양극(산화전극 또는 연료극)에서는 연료인 수소의 전기화학적 산화가, 그리고 음극(환원전극 또는 공기극)에서는 산화제인 산소의 전기화학적 환원이 일어나며 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기에너지가 발생된다.A fuel cell system, which is a kind of alternative energy, is a device that directly converts energy contained in a fuel into electrical energy, and a generator of such a fuel cell system usually has anodes on both sides of a polymer electrolyte membrane. The cathode is attached, the electrochemical oxidation of hydrogen as a fuel occurs at the anode (anode or anode), and the electrochemical reduction of oxygen as an oxidant at the cathode (reduction electrode or cathode). Due to the electrical energy is generated.
이러한 대체 에너지에 의해 발생하는 전기에너지는, 도1과 같은 분산전원 시스템을 통하여 각 가정이나, 공장으로 주파수 변환되어 공급된다.Electrical energy generated by such alternative energy is frequency-converted and supplied to each home or factory through a distributed power supply system as shown in FIG.
즉, 인버터 시스템(20)은 대체 에너지(10)를, 소정 제어에 의해 주파수 가변하여 상용교류전원을 발생하는데, 이때 제어수단(30)은 상기 인버터 시스템(20)의 출력단에서 전압과 전류를 검출하고, 그 검출된 전압과 전류에 의해 상기 인버터 시스템(20)의 인버팅을 제어한다.That is, the inverter system 20 generates a commercial AC power source by varying the frequency of the
이때, 상술한 분산전원 시스템의 제어장치는, 내장된 리미터들이 비선형 소자이므로, 그 리미터들의 리미트 최대값/최소값은 전체 시스템의 다이내믹 동작에 큰 영향을 미치는데, 종래에는 상기 리미터들의 리미트 최대값과 리미트 최소값을 최초 고정된 값으로 설정하여 사용하므로 전체 시스템의 동적 안정도가 저하되는 문제점이 있다.In this case, the above-described control device of the distributed power supply system, since the built-in limiters are non-linear elements, the limit maximum value / minimum value of the limiters greatly affects the dynamic operation of the entire system. There is a problem that the dynamic stability of the whole system is lowered because the limit minimum value is used as the first fixed value.
상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명은, 내장된 리미터들의 파라미터들을, 출력단의 전압과 전류를 소정 처리하여 분산 전원시스템의 최적 함수를 도출하고, 그 도출된 최적함수에 의해 구해지는 파라미터를 소정 처리하여 최적의 리미터 파라미터로 검출함으로써, 분산전원 시스템의 동적 동작 능력을 향상시키도록 한 분산전원 시스템의 제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention devised in view of the above problems, the parameters of the built-in limiters, by processing the voltage and current of the output stage to derive the optimum function of the distributed power supply system, the parameters obtained by the derived optimal function It is an object of the present invention to provide a control apparatus and method for a distributed power supply system that improves the dynamic operation capability of the distributed power supply system by detecting a predetermined limiter parameter by performing a predetermined process.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
대체 에너지를, 소정 제어에 의해 주파수 가변하여 상용교류전원을 발생하는 인버터 시스템과;
비선형 리미터를 내장하고, 적응제어신호에 따라 상기 비선형 리미터의 파라미터들을 가변하여, 인버터 시스템의 인버팅을 제어하는 제어수단과;
상기 인버터 시스템에서 발생하는 전압과 전류를 피이드백 받아 소정처리하고, 그 처리결과에 근거하여 상기 인버터 시스템의 동적 응답특성을 최적화하기 위한 상기 비선형 리미터의 적응 제어신호를 출력하는 동적응답특성 향상수단을 포함하여 구성하며,
상기 동적응답특성 향상수단은,
전류와 전압을 이용하여 동적 최적함수를 구현하여 그 동적 최적함수에 응답하는 리미터 파라미터들을 1차 미분하고,
상기 1차 미분한 파라미터들을 반복 알고리즘을 통해 갱신하여 그 갱신된 리미터 파라미터의 응답특성의 변화량이 기준변화량 이하가 되면 해당 파라미터를 적용하기 위한 비선형 리미터의 적응제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.The present invention to achieve the above object,
An inverter system for generating an AC power by varying the alternative energy by a predetermined control;
Control means for incorporating a nonlinear limiter and varying parameters of the nonlinear limiter according to an adaptive control signal to control the inverting of the inverter system;
A dynamic response characteristic improving means for receiving a feedback and a predetermined process of the voltage and current generated from the inverter system, and outputting an adaptive control signal of the nonlinear limiter for optimizing the dynamic response characteristic of the inverter system based on the result of the processing; Including,
The dynamic response characteristic improving means,
The dynamic optimal function is implemented using current and voltage to firstly differentiate the limiter parameters that respond to the dynamic optimal function.
The first derivative is updated through an iterative algorithm, and when the change amount of the response characteristic of the updated limiter parameter is less than the reference change amount, an adaptive control signal of the nonlinear limiter for applying the corresponding parameter is output.
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상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, The present invention for achieving the above object,
인버터 시스템의 출력단의 전압과 전류를 검출하고, 그 전압과 전류에 기초한 동적 최적함수를 구현하는 과정과;Detecting a voltage and a current at an output stage of the inverter system and implementing a dynamic optimum function based on the voltage and current;
상기 동적 최적함수에 응답하는 리미터 파라미터들의 1차 미분값을 계산하 고, 그 계산한 리미터 파라미터들의 1차 미분값을 반복최적 알고리즘에 적용하여 리미터 파라미터들의 값을 갱신하는 과정과;Calculating a first derivative of the limiter parameters responsive to the dynamic optimal function, and applying the first derivative of the limiter parameters to the iterative optimization algorithm to update the limiter parameters;
상기 갱신된 리미터 파라미터들에 의한 동적응답 특성의 변화량을 기준변화량과 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 해당 리미터 파라미터를 적용하는 과정을 수행함을 특징으로 한다.And comparing the change amount of the dynamic response characteristic due to the updated limiter parameters with the reference change amount, and applying the limiter parameter based on the comparison result.
이하, 본 발명 분산전원 시스템의 제어장치 및 방법에 대한 작용과 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings the operation and effects of the control device and method of the distributed power supply system of the present invention will be described in detail.
도2는 본 발명 분산전원 시스템의 제어장치에 대한 실시예의 구성을 보인 블록도이다.2 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a control device of the distributed power supply system of the present invention.
도2에 도시한 바와같이 본 발명은, 대체 에너지(100)를, 소정 제어에 의해 주파수 가변하여 상용교류전원을 발생하는 인버터 시스템(200)과; 비선형 리미터를 내장하고, 그 비선형 리미터의 파라미터들을, 적응 제어신호에 의해 적응적으로 가변하여, 상기 인버터 시스템(200)의 인버팅을 제어하는 제어수단(300)과; 상기 인버터 시스템(200)에서 발생하는 전압과 전류를 피이드백 받아 소정 처리하고, 그 처리 결과에 근거하여 상기 인버터 시스템(200)의 동적 응답특성을 최적화하기 위한 상기 비선형 리미터의 적응 제어신호를 출력하는 동적응답특성 향상수단(400)을 구비한다.As shown in FIG. 2, the present invention includes an
상기 동적 응답특성 향상수단(400)은, 전류와 전압을 이용하여 동적 최적함수를 구현하여 그 동적 최적함수에 응답하는 리미터 파라미터들을 1차 미분하고, 상기 1차 미분한 파라미터들을 반복 알고리즘을 통해 갱신하여 그 갱신된 리미터 파라미터의 응답특성의 변화량이 기준변화량 이하가 되면 해당 파라미터를 적용하기 위한 비선형 리미터의 적응제어신호를 출력한다.
이때, 상기 기준변화량은 실험에 의해, 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 최적의 값으로 기설정된다.
상기 기준변화량은, 동작응답 특성향상수단(400)의 메모리에 미리 저장되는 값이다.The dynamic response
At this time, the reference change amount is preset by an experiment to an optimal value that can improve the efficiency of the system.
The reference change amount is a value previously stored in the memory of the operation response characteristic improving
여기서, 본 발명의 동작을 설명한다.Here, the operation of the present invention will be described.
우선, 인버터 시스템(200)은 대체 에너지(100)를, 소정 제어에 의해 주파수 가변하여 상용교류전원을 발생하는데, 이때 제어수단(300)은 상기 인버터 시스템(200)의 출력단에서 전압과 전류를 검출하고, 그 검출된 전압과 전류에 의해 상기 인버터 시스템(200)의 인버팅을 제어한다.First, the
여기서, 상기 제어수단(300)은 내장된 비선형 리미터들의 파라미터값을, 상기 인버터 시스템(200)의 출력단에서 발생하는 전압과 전류에 따라 적응적으로 가변하는데, 이때, 상기 제어수단(300)의 리미터들의 파라미터값들은, 동적응답 특성 향상수단(400)에 의해 적응적으로 가변된다.Here, the control means 300 adaptively varies the parameter values of the built-in nonlinear limiters according to the voltage and the current generated at the output terminal of the
상기 동적응답 특성 향상수단(400)의 동작을, 도3을 참조하여 설명한다.The operation of the dynamic response characteristic improving
우선, 상기 동적응답 특성 향상수단은, 상기 인버터 시스템에서 출력되는 전압과 전류를 피이드백 받고(SP1), 그 피이드백된 전압과 전류에 기초하여 동적 최적함수를 구현한다(SP2).First, the dynamic response characteristic improving means receives the voltage and current output from the inverter system (SP1), and implements the dynamic optimal function based on the feedback voltage and current (SP2).
여기서, 상기 동적함수는, 하기의 수학식으로 구현된다.Here, the dynamic function is implemented by the following equation.
[수학식][Equation]
그 다음, 상기 동적 최적 함수에 응답하는 리미터 파라미터들의 1차 미분값을 계산하고(SP3), 그 계산한 리미터 파라미터들의 1차 미분값을 반복 알고리즘에 적용하여 리미터 파라미터들의 값을 갱신한다(SP4).Next, the first derivative of the limiter parameters in response to the dynamic optimization function is calculated (SP3), and the first derivative of the calculated limiter parameters is applied to the iterative algorithm to update the value of the limiter parameters (SP4). .
그 다음, 상기 갱신된 리미터 파라미터들에 의한 동적응답 특성의 변화량을 검출하고, 그 검출된 동적응답 특성의 변화량을 기준 변화량과 비교하여(SP5) 그 비교결과에 따라 해당 리미터 파리미터들을 상기 제어수단(300)의 리미터들에게 적용한다(SP6).Then, the change amount of the dynamic response characteristic by the updated limiter parameters is detected, and the detected change amount of the dynamic response characteristic is compared with a reference change amount (SP5) and the corresponding limiter parameters are determined according to the comparison result. It applies to the limiters of 300) (SP6).
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즉, 상기 동적응답특성 향상수단(400)은, 상기 갱신된 리미터 파라미터(300)들에 의한 동적 응답특성의 변화량이, 기준변화량 보다 작으면 현재 갱신된 리미터 파라미터들을 상기 제어수단(300)의 리미터들에게 적용하도록 제어한다.That is, the dynamic response characteristic improving means 400, if the change amount of the dynamic response characteristics by the updated
여기서, 도4는 분산전원 시스템에, Disturbance가 발생할때, 제어수단의 리미터 출력단 파형의 동적 특성을 보여주는 파형도이고, 도5는 분산전원 시스템에, Disturbance 발생에 따른 제어수단의 출력전압 응답 파형도로서, 본 발명에 의해 최적화된 파라미터(caseA)가 그렇지 못한 파라미터(caseB)보다 동적 안정도면에서 매우 우수함을 알 수 있고, 이에 따라 전압안정도 효율이 좋을 경우 그에 따른 주파수 및 전류 안정도도 우수할 것임을 예상할 수 있다.4 is a waveform diagram showing the dynamic characteristics of the limiter output terminal waveform of the control means when disturbance occurs in the distributed power supply system, and FIG. 5 is a waveform diagram of the output voltage response of the control means according to the occurrence of disturbance in the distributed power supply system. As a result, it can be seen that the parameter caseA optimized by the present invention is much better in terms of dynamic stability than the parameter caseB, which is not suitable. Accordingly, when the voltage stability efficiency is good, the frequency and current stability are expected to be excellent. can do.
상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.Specific embodiments or examples made in the detailed description of the present invention are intended to clarify the technical contents of the present invention to the extent that they should not be construed as limited to these specific embodiments and should not be construed in consultation. Various changes can be made within the scope of.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 내장된 리미터들의 파라미터들을, 출력단의 전압과 전류를 소정 처리하여 분산 전원시스템의 최적 함수를 도출하고, 그 도출된 최적함수에 의해 구해지는 파라미터를 소정 처리하여 최적의 리미터 파라미터로 검출함으로써, 분산전원 시스템의 동적 동작 능력을 향상시키는 우수한 효과가 있다.As described in detail above, the present invention derives an optimum function of the distributed power supply system by processing the parameters of the built-in limiters by predetermined voltage and current of the output stage, and processes the parameter obtained by the derived optimal function by predetermined processing. By detecting with the optimal limiter parameters, there is an excellent effect of improving the dynamic operating capability of the distributed power system.
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