KR101044631B1 - Synchronization control method for reconnecting microgrid to upstream network - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A synchronization control method for reconnecting a micro grid to an upper power system is provided to determine a reference frequency and a voltage by a plurality of micro power, thereby synchronizing with the upper power system. CONSTITUTION: A subtracter(502) calculates the difference between the voltage phase of a power system and the voltage phase of a micro grid. A proportional gain block(503) determines a changed amount of a set effective power value of micro power by multiplying the voltage phase difference with a voltage phase synchronization gain. An adder(506) outputs a set effective power value(507) of micro power modified for voltage phase synchronization by adding the changed amount to the set effective power value. The changed amount is limited in a specific range.

Description

마이크로그리드의 재접속을 위한 동기화 제어 방법{Synchronization Control Method for Reconnecting Microgrid to Upstream Network}Synchronization Control Method for Reconnecting Microgrid to Upstream Network}

본 발명은 다수의 마이크로전원들에 의해 단독운전이 가능한 마이크로그리드가 상위 전력계통과 재접속하기 위한 동기화 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 마이크로그리드 내 PCC(Point of Common Coupling)에 가까이 위치된 마이크로전원이 출력을 조정하여 마이크로그리드의 독립된 전압 위상 및 크기를 상위 전력계통의 전압 위상 및 크기와 동기화하는 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a synchronization control method for reconnecting a microgrid that can be operated solely by a plurality of micropowers with an upper power system. More specifically, a micropower that is located close to a point of common coupling (PCC) in a microgrid. The present invention relates to a control method of adjusting this output to synchronize the independent voltage phase and magnitude of the microgrid with the voltage phase and magnitude of the upper power system.

마이크로그리드는 여러 가지 형태의 마이크로전원들과 전력 소비자 및 소비자 단체인 수용가로 구성되고 단독 운전(islanded operation)이 가능한 소규모 전력망으로 정의된다. Microgrids are defined as small-scale power grids that consist of various types of micropower sources and consumers who are power consumers and consumer groups and are capable of islanded operation.

마이크로그리드는 짧은 시간의 정전시 전력을 공급할 수 있는 무정전전원공급장치(uninterruptible power supply)와는 다른 하나 또는 그 이상의 마이크로전원들에 의해 지속적인 단독 운전이 가능하며, 마이크로전원에 의해 전력을 공급받는 전력 소비자 및 소비자 단체인 수용가는 높은 신뢰도 및 품질의 전력을 공급받을 수 있을 뿐만 아니라 다양한 서비스를 제공받을 수 있다. Microgrids are capable of continuous stand-alone operation by one or more micropower sources, other than an uninterruptible power supply that can supply power during short power outages, and are powered by micropower sources. And a consumer group, consumers can be provided with a high reliability and quality of power as well as a variety of services.

상위 전력계통에서 사고 등이 발생되어 전력 품질이 저하되면, 마이크로그리드로 운전되는 수용가는 상위 전력계통과 마이크로그리드를 연결하는 스위치를 개로(open)함으로써 상위 전력계통을 분리하여 단독으로 운전할 수 있어서 상위 전력계통의 사고 및 저하된 전력 품질을 경험하지 않을 수 있다. When the power quality is lowered due to an accident in the upper power system, the customer operating with the micro grid can separate and operate the upper power system alone by opening the switch connecting the upper power system and the micro grid. You may not experience power system accidents and reduced power quality.

이외에 마이크로그리드를 위한 마이크로전원 및 그 제어방법에 관한 특허 출원번호 10-2010-0032972에서 마이크로그리드를 자세히 설명하고 있다.In addition, the microgrid is described in detail in Patent Application No. 10-2010-0032972 regarding a micro power supply for the microgrid and a control method thereof.

단독으로 운전되는 마이크로그리드에서는 하나 또는 그 이상의 마이크로전원에 의해 마이크로그리드의 기준 주파수 및 전압이 제공되어야, 마이크로그리드의 전력 품질을 유지할 수 있고, 부하에서 요구하는 전력 공급이 가능하다. In a microgrid operated alone, the reference frequency and voltage of the microgrid must be provided by one or more micropower sources to maintain the power quality of the microgrid and to supply the power required by the load.

전력계통에 기준 주파수 및 전압을 제공하는 마이크로전원은 Grid-Forming 제어 방법으로 운전된다. Grid-Forming 제어 방법은 마이크로전원이 연결된 전력계통의 전압의 위상 및 크기에 상관없이 독립된 전압의 위상 및 크기를 출력한다. The micropower supplying the reference frequency and voltage to the power system is operated by Grid-Forming control method. Grid-Forming control method outputs phase and magnitude of independent voltage regardless of phase and magnitude of voltage of power system to which micro power is connected.

Grid-Forming 제어 방법과 달리 Grid-Following 제어 방법은 마이크로전원이 연결된 전력계통의 전압의 위상 및 크기에 상대적인 전압의 위상 및 크기를 출력하는 방식으로 기준 주파수 및 전압을 제공할 수 없고 마이크로전원이 연결된 전력계통에 기준 주파수 및 전압이 제공되고 있지 않을 때는 전력을 공급할 수 없어서 단독 운전이 허용되지 않는다. Unlike the Grid-Forming control method, the Grid-Following control method outputs the phase and magnitude of the voltage relative to the phase and magnitude of the voltage of the power system to which the micro-power is connected. When no reference frequency and voltage are provided to the power system, power cannot be supplied and standalone operation is not allowed.

기준 주파수 및 전압을 제공하는 마이크로전원이 충분히 큰 용량을 가진다면, 더 좋은 품질의 전력을 공급할 수 있을 것이다. 그러나, 마이크로전원의 기술 및 경제적 한계에 의해 마이크로전원의 용량은 한계를 가질 수밖에 없다. 따라서, 다수의 마이크로전원들을 병렬로 운전하여 마이크로그리드에서 요구하는 전력을 충분히 공급해야 할 것이다.If the micropower supply providing the reference frequency and voltage has a sufficiently large capacity, it will be able to supply better quality power. However, due to the technical and economic limitations of the micro power supply, the capacity of the micro power supply has to be limited. Therefore, it is necessary to operate a plurality of micro power supplies in parallel to supply enough power for the micro grid.

도 1의 유효전력(P)과 주파수(ω)에 대한 드룹(droop) 특성과 도 2의 무효전력(Q)과 전압(V)에 대한 드룹 특성 기반의 제어방식은 기준 주파수 및 전압을 제공하는 마이크로전원의 제어 방식 중 하나이고, 이를 이용하면, 다수의 마이크로전원들이 통신 없이 병렬 운전하여 마이크로그리드에서 요구하는 전력을 적절히 분배하면서 마이크로그리드의 정상상태 기준 주파수 및 전압을 결정할 수 있는 장점이 있다. 또한, 드룹 특성의 제어 방식은 마이크로전원의 과도 안정도를 향상시켜준다.The droop characteristics of the active power P and the frequency ω of FIG. 1 and the droop characteristics of the reactive power Q and the voltage V of FIG. 2 provide a reference frequency and voltage. One of the control methods of the micro-power source, and using this, there is an advantage that the micro-grid can determine the steady state reference frequency and voltage of the micro grid while properly distributing the power required by the micro grid by operating in parallel without communication. In addition, the droop control method improves the transient stability of the micro power supply.

도 1 및 도 2와 같은 드룹 특성은 [수학식 1]과 같이 표현된다.The droop characteristics as shown in FIGS. 1 and 2 are represented by Equation 1.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112010066050776-pat00001
Figure 112010066050776-pat00001

[수학식 1]에서 Pi *, Qi *는 단독으로 운전되는 마이크로그리드 내 i번째 마이크로전원의 유효전력 및 무효전력의 설정치이고, Pi(t), Qi(t)는 단독으로 운전되는 마이크로그리드 내 i번째 마이크로전원의 유효전력 및 무효전력의 출력이고, ω0는 정격 주파수이고, V0는 정격 전압이고, ω(t)는 단독으로 운전되는 전력망의 공통 운전 주파수이고, Vi(t)는 i번째 마이크로전원의 단자 전압이고, kP는 유효전력과 주파수간의 드룹 특성의 비례 이득(static droop gain)이고, kP<0이고, kQ는 무효전력과 전압 간의 드룹 특성의 비례 이득이고, kQ<0이고, i=1,2,...,n이며, n은 마이크로그리드 내에 존재하는 마이크로전원의 수이다.In Equation 1, P i * and Q i * are the setting values of the active power and the reactive power of the i-th micro power supply in the microgrid operated alone, and P i (t) and Q i (t) operate alone. Ω 0 is the rated frequency, V 0 is the rated voltage, ω (t) is the common operating frequency of the grid operated alone, V i (t) is the terminal voltage of the i-th micropower supply, k P is the static droop gain of the droop characteristic between active power and frequency, k P <0, and k Q is the droop characteristic between reactive power and voltage. Proportional gain, k Q <0, i = 1, 2, ..., n, where n is the number of micropower sources present in the microgrid.

[수학식1]로부터 단독으로 운전되는 마이크로그리드 내 마이크로전원들은 도 3과 같은 제어기를 이용하여 마이크로그리드에서 요구하는 유효전력을 공급할 수 있고, 도 4와 같은 제어기를 이용하여 마이크로그리드에서 요구하는 무효전력을 공급할 수 있다.The micropowers in the microgrid operated solely from Equation (1) can supply the active power required by the microgrid using the controller as shown in FIG. 3, and the invalid power required by the microgrid using the controller as shown in FIG. Can supply power

도 3의 제어기는 마이크로전원의 유효전력 설정치(300)와, 마이크로그리드 내 부하에서 요구하는 전력을 공급하기 위해 마이크로전원에서 현재 출력되고 있는 유효전력(301)의 차를 드룹 특성의 비례 이득 블록(302)과 곱하여 주파수 변동분(303)을 결정하고, 주파수 변동분(303)은 정격 주파수(304)와 동기화를 위한 주파수 변동분(308)에 더해져서 마이크로전원의 출력 전압의 주파수(305)를 결정하고, 마이크로 전원의 출력 전압의 주파수(305)는 적분기(306)에 의해 적분되어 마이크로전원의 출력 전압의 위상(307)을 결정한다.The controller of FIG. 3 is a proportional gain block having a droop characteristic of a difference between the active power set value 300 of the micro power supply and the active power 301 currently output from the micro power supply to supply the power required by the load in the microgrid. Multiply by 302 to determine frequency variation 303, frequency variation 303 is added to frequency variation 308 for synchronization with rated frequency 304 to determine frequency 305 of the output voltage of the micropower source, The frequency 305 of the output voltage of the micropower is integrated by the integrator 306 to determine the phase 307 of the output voltage of the micropower.

도 4의 제어기는 마이크로전원의 무효전력 설정치(400)와, 마이크로그리드 내 부하에서 요구하는 유효전력을 공급하기 위해 수반되는 무효전력을 공급하기 위해서, 마이크로전원에서 현재 출력되고 있는 무효전력(401)의 차를 드룹 특성의 비례 이득블록(402)과 곱하여 전압의 크기 변동분(403)을 결정하고, 전압의 크기 변동분(403)과 정격 전압의 크기(404)를 더하여 마이크로전원의 출력 전압의 크기(405)를 결정한다.The controller of FIG. 4 is a reactive power setpoint 400 of the micropower supply, and a reactive power 401 currently output from the micropower supply to supply reactive power accompanying to supply the active power required by the load in the microgrid. Multiplying the difference by by the proportional gain block 402 of the droop characteristic to determine the magnitude variation 403 of the voltage, and adding the magnitude variation 403 of the voltage and the magnitude 404 of the rated voltage to the magnitude of the output voltage of the micro-power source ( 405).

도 3 및 도 4와 같이 드룹 특성을 이용한 마이크로전원의 제어기는 단독으로 운전되는 마이크로그리드가 전력계통의 정격 주파수 및 전압보다 낮거나 높은 주파수 및 전압으로 운전되도록 할 수 있다.3 and 4, the controller of the micro power source using the droop characteristic may allow the microgrid operated alone to operate at a frequency and voltage lower or higher than the rated frequency and voltage of the power system.

마이크로전원들에 의해 상위 전력계통과 분리되어 단독으로 운전되는 마이크로그리드가 상위 전력계통과 재접속하기 위해서는 마이크로그리드의 독립된 전압 위상 및 크기를 상위 전력계통의 독립된 전압 위상 및 크기와 동기화 시킬 수 있는 적절한 동기화 제어가 필요하다. In order for the microgrid, which is operated separately from the upper power system by the micro-power sources, to reconnect with the upper power system, proper synchronization can synchronize the independent grid phase and magnitude of the microgrid with the independent voltage phase and magnitude of the upper power system. Control is required.

만약, 동기화 제어 없이 전력계통과 마이크로그리드를 재접속하면, 이들 사이에서 과도적으로 순환 전류가 상당히 발생하는 과도현상이 나타날 수 있다. 이러한 과도현상은 여러 보호 장치들을 활성화시키거나, 여러 장치들에게 스트레스를 가져올 수 있다.If the power system and the microgrid are reconnected without synchronizing control, a transient phenomenon may occur in which a circulating current significantly occurs between them. Such transients can activate multiple protection devices or stress them.

예를 들어, 단독으로 운전되는 마이크로그리드의 기준 주파수 및 전압이 다수의 마이크로전원의 드룹 특성에 의해 결정되는 경우, 마이크로전원의 기술 및 경제적 한계에 따른 다음의 두 가지 제약 조건으로 인하여 마이크로그리드의 전압 위상 및 크기를 상위 전력계통의 전압 위상 및 크기와 동기화 시키는 것에서 어려움이 있다.For example, if the reference frequency and voltage of a microgrid operating alone are determined by the droop characteristics of a plurality of micropower sources, the voltage of the microgrid may be due to the following two constraints according to the technical and economic limitations of the micropower source. There is a difficulty in synchronizing the phase and magnitude with the voltage phase and magnitude of the upper power system.

제약 조건 중, 첫 번째는, 단독으로 운전되는 마이크로그리드에서 마이크로전원 및 통합제어 장치 사이에서 동기화를 수행하기 위한 빠른 통신은 신뢰도 문제로 인하여 채택될 수 없다는 것이다. 이에 따라, 단독으로 운전되는 마이크로그리드의 전압 위상 및 크기를 상위 전력계통과 동기화 시킬 수 있는 마이크로전원은 마이크로그리드와 상위 전력계통을 연결하는 접속점(PCC: point of common coupling)에 가까이 위치되어 상위 전력계통의 전압 위상 및 크기를 빠른 통신 없이 직접 측정할 수 있는 마이크로전원만이 가능하다. 두 번째 제약조건은, 다수의 마이크로전원에 의해 단독으로 운전되는 마이크로그리드의 기준 주파수 및 전압이 결정되는 경우, PCC에 가까이 위치된 마이크로전원만으로 동기화 수행시 해당 마이크로전원의 상당한 출력 또는 마이크로그리드 내 마이크로전원들 사이에서 순환전류가 발생할 수 있다. Among the constraints, the first is that fast communication to perform synchronization between the micropower and the integrated control device in a microgrid that operates alone cannot be adopted due to reliability issues. Accordingly, the micro power source capable of synchronizing the voltage phase and magnitude of the microgrid operated alone with the upper power system is located near the point of common coupling (PCC) connecting the micro grid and the upper power system. Only micropower supplies can directly measure the voltage phase and magnitude of the system without fast communication. The second constraint is that if the reference frequency and voltage of a microgrid that is operated solely by multiple micropower sources is determined, a significant output of that micropower or micros in the microgrid when synchronization is performed with only the micropower located close to the PCC A circulating current can occur between the power supplies.

상기와 같은 제약 조건에 의해, 기존에는 단독으로 운전되는 마이크로그리드에서 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원만이 기준 주파수 및 전압을 결정할 수 있게 하여, 단독운전으로 전환 및 동기화 후 재접속을 수행하고 있다. 그러나, 이와 같은 방법에서는 기준 주파수 및 전압을 결정하는 마이크로전원의 용량을 상대적으로 높게 설계해야 마이크로그리드에서 요구하는 전력을 충분히 공급하고, 단독 운전으로의 전환을 원활히 할 수 있는 또 다른 문제가 발생된다. Due to the above constraints, only a micro power source located close to the PCC in the conventionally operated microgrid is able to determine the reference frequency and voltage, thereby performing reconnection after switching and synchronization in single operation. However, in such a method, if the capacity of the micro power supply which determines the reference frequency and voltage is relatively high, another problem arises in that the power required by the micro grid is sufficiently supplied and the transition to single operation can be smoothly performed. .

또 다른 방법으로는 단독으로 운전 중인 마이크로그리드가 상위 전력계통과 재접속하기 위해, 동기화 수행시, 마이크로그리드 내 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원을 제외한 나머지 마이크로전원들의 제어방식을 마이크로그리드의 기준 주파수 및 전압을 결정하지 못하는 Grid-Following 제어방식으로 전환하고, PCC에 가까이 위치된 마이크로전원만이 기준 주파수 및 전압을 결정할 수 있게 하여 동기화를 수행하고 있다. 그러나, 이와 같은 방법에서는 마이크로그리드 내 마이크로전원들의 제어방식을 변경해야하는 단계를 가짐으로써, 제어의 복잡도를 높이고, 마이크로전원들도 여러 가지 제어방식을 지원해야 하는 문제가 있다.Another method is to control the microgrid's reference frequency and voltage when the synchronization of the microgrid, except for the micropower located close to the PCC in the microgrid, is performed when the microgrid operating alone is reconnected with the upper power system. The system switches to Grid-Following control method that can't determine the voltage, and only the micro power supply close to PCC can determine the reference frequency and voltage to perform synchronization. However, in such a method, the control method of the micropowers in the microgrid has to be changed, thereby increasing the complexity of the control, and the micropowers also need to support various control methods.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 단독으로 운전하는 마이크로그리드가 상위 전력계통에 원활히 동기화하여 재접속할 수 있게 해주는 동기화 제어 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a synchronization control method for allowing microgrids to operate independently to reconnect to higher power systems.

또한, 마이크로그리드 내 다수의 마이크로전원 중 PCC에 가까이 위치하여 동기화를 수행하는 마이크로전원의 적은 유효 및 무효전력의 출력으로 다른 마이크로전원의 제어방식 변경없이 상위 전력계통과 동기화를 수행할 수 있는 동기화 제어 방법을 제공하는 데 있다.In addition, the synchronization control that can be synchronized with the upper power system without changing the control method of other micro power supply with the small effective and reactive power output of the micro power that is located near the PCC among the multiple micro power supplies in the microgrid. To provide a way.

그리고, 마이크로그리드의 기준 주파수 및 전압이 마이크로전원의 지리적 위치에 상관없이 다수의 마이크로전원에 의해 결정될 수 있게 하여, 마이크로그리드의 원활한 단독운전 및 단독 운전 전환을 가능하게 해주는 동기화 제어 방법을 제공하는 데 있다.In addition, the reference frequency and voltage of the microgrid can be determined by a plurality of micro-power source irrespective of the geographic location of the micro-power source, to provide a synchronization control method that enables the smooth operation of the micro grid and switching the single operation. have.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른, 다수의 마이크로전원을 포함하는 마이크로그리드에서 단독 운전 중 상위 전력계통과 재접속하기 위한 동기화 제어 방법은, 단독 운전 중인 마이크로그리드와 상위 전력계통을 연결하는 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 출력을 조정하여, 상기 마이크로그리드의 전압 위상 및 전압 크기를 상기 상위 전력계통의 전압 위상 및 전압 크기와 동기화하기 위하여, 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 출력을 '0' 또는 다른 마이크로전원 보다 상대적으로 적은 출력으로 회복하면서 상기 마이크로그리드의 기준 주파수 및 전압을 상기 상위 전력계통의 주파수 및 전압 크기 부근으로 조정하는 제1 제어단계; 및 상기 마이크로전원의 출력을 조정하여 상기 마이크로그리드의 전압 위상 및 전압 크기를 상기 상위 전력계통과 동기화하는 제2 제어단계를 포함한다.First, to summarize the features of the present invention, in accordance with an aspect of the present invention for achieving the object of the present invention, the synchronization control for reconnecting with the upper power system during single operation in a microgrid including a plurality of micro-power source The method adjusts the output of the micropower located close to the PCC connecting the upper grid with the microgrid running alone, thereby synchronizing the voltage phase and voltage magnitude of the microgrid with the voltage phase and voltage magnitude of the upper grid. In order to recover the output of the micropower located near the PCC to '0' or relatively less than other micropowers, the reference frequency and voltage of the microgrid near the frequency and voltage magnitude of the upper power system. A first control step of adjusting; And a second control step of adjusting the output of the micro power supply to synchronize the voltage phase and voltage magnitude of the microgrid with the upper power system.

또한, 본 발명의 다른 일면에 따른 다수의 마이크로전원을 포함하는 마이크로그리드에서 단독 운전 중 상위 전력계통과 재접속하기 위한 동기화 제어 방법은, 단독 운전 중인 마이크로그리드와 상위 전력계통을 연결하는 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 출력을 조정하여 상기 마이크로그리드의 전압 위상 및 전압 크기를 상기 상위 전력계통의 전압 위상 및 전압 크기와 동기화하기 위하여, 상기 마이크로그리드의 주파수를 상기 상위 전력계통의 주파수 부근으로 조정하는 단계; 상기 상위 전력계통과 전압 위상 동기화를 위해 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 유효전력을 제어하는 단계; 상기 전압 위상 동기화가 완료되어, 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 유효전력이 감소된 후, 상기 마이크로그리드의 기준 전압을 상기 상위 전력계통의 전압 크기 부근으로 조정하는 단계; 및 상기 상위 전력계통과 전압 크기 동기화를 위해 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 무효전력을 제어하는 단계를 포함한다.In addition, the synchronization control method for reconnecting to the upper power system during a single operation in a micro grid including a plurality of micro power source according to another aspect of the present invention, the position close to the PCC connecting the micro grid and the upper power system in a single operation. Adjusting the frequency of the microgrid near the frequency of the upper power system to adjust the output of the micropower to synchronize the voltage phase and voltage magnitude of the microgrid with the voltage phase and voltage magnitude of the upper power system. ; Controlling the active power of the micropower source located close to the PCC for synchronizing the upper power system with the voltage phase; Adjusting the reference voltage of the microgrid to near the voltage level of the upper power system after the voltage phase synchronization is completed to reduce the effective power of the micro-power source located near the PCC; And controlling reactive power of the micropower source located close to the PCC for synchronizing the voltage level with the upper power system.

또한, 본 발명의 또 다른 일면에 따른 다수의 마이크로전원을 포함하는 마이크로그리드에서 단독 운전 중 상위 전력계통과 재접속하기 위한 동기화 제어 방법은, 단독 운전 중인 마이크로그리드와 상위 전력계통을 연결하는 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 출력을 조정하여 상기 마이크로그리드의 전압 위상 및 전압 크기를 상기 상위 전력계통의 전압 위상 및 전압 크기와 동기화하기 위하여, 상기 마이크로그리드의 기준 주파수와 전압을 상기 상위 전력계통의 주파수 및 전압 크기 부근으로 조정하는 단계; 상기 상위 전력계통과 전압 위상 동기화를 위해 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 유효전력을 제어하는 단계; 및 상기 전압 위상 동기화가 완료되어, 상기 PCC에 가장 가깝게 위치된 상기 마이크로전원의 유효전력이 감소된 후, 상기 상위 전력계통과 전압 크기 동기화를 위해 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 무효전력을 제어하는 단계를 포함한다.In addition, the synchronization control method for reconnecting with the upper power system during a single operation in a micro grid including a plurality of micro power supply according to another aspect of the present invention, close to the PCC connecting the micro grid and the upper power system in a single operation In order to adjust the output of the located micro-power source to synchronize the voltage phase and voltage magnitude of the microgrid with the voltage phase and voltage magnitude of the upper power system, the reference frequency and voltage of the microgrid and the frequency of the upper power system and Adjusting to near voltage magnitude; Controlling the active power of the micropower source located close to the PCC for synchronizing the upper power system with the voltage phase; And after the voltage phase synchronization is completed and the active power of the micropower closest to the PCC is reduced, the reactive power of the micropower located close to the PCC for voltage magnitude synchronization with the higher power system is reduced. Controlling.

또한, 본 발명의 또 다른 일면에 따른 드룹 특성의 제어 기반인 다수의 마이크로전원에 의해 단독 운전되는 마이크로그리드에서, 드룹 특성의 제어 기반인 특정 마이크로전원에 구비된 에너지 저장장치의 관리를 위해 해당 마이크로전원의 출력을 원하는 값으로 조정하기 위하여, 해당 마이크로전원의 유효전력 설정치(P1 *)를 원하는 출력 설정치로 설정하는 단계; 및 [수학식 2]에 기초하여, 해당 마이크로전원의 유효전력 설정치 P1 *과 유효전력 출력 P1(t), 상기 마이크로그리드 내 나머지 마이크로전원들의 i번째 마이크로전원의 유효전력 출력 Pi(t), 및 유효전력과 주파수간 드룹 특성의 비례이득 kp들을 이용해, 상기 마이크로그리드 내 다른 마이크로전원들의 유효전력 설정치(Pi *)를 변경하는 단계를 포함한다.In addition, in the microgrid operated alone by a plurality of micro-power source that is the control base of the droop characteristics according to another aspect of the present invention, for managing the energy storage device provided in a specific micro-power source that is the control base of the droop characteristics Setting an active power setpoint P 1 * of the micropower to a desired output setpoint to adjust the output of the powerpoint to a desired value; And based on [Equation 2], the active power setting value P 1 * and the active power output P 1 (t) of the corresponding micro power supply, the active power output P i (t) of the i-th micro power source of the remaining micro power sources in the microgrid. And using the proportional gain k p of the droop characteristic between the active power and the frequency, to change the active power set value Pi * of the other micropowers in the microgrid.

그리고, 본 발명의 또 다른 일면에 따른 드룹 특성에 기반한 다수의 마이크로전원으로 운전되는 마이크로그리드에서, 드룹 특성에 기반한 마이크로전원의 유효전력 제어기가, 유효전력 설정치 P1 *에 유효전력 설정치의 변동분 ΔP1 *을 더하여 수정된 유효전력 설정치 P1'*를 결정하고, 상기 유효전력 설정치의 변동분 ΔP1 *에 따른 상기 마이크로전원의 유효 전력 출력 변동을 특정 범위(ΔPmin~ΔPmax) 내로 제한하기 위하여, 상기 변동분 ΔP1 *의 한계치 ΔP1 max*또는 ΔP1 min*를 하드 리미터에 설정하여 상기 마이크로전원의 출력을 조정하되, 상기 한계치 ΔP1 max*또는 ΔP1 min*는, [수학식 12]에 기초하여 결정되고, 여기서, kp1는 상기 마이크로전원의 유효전력과 주파수간 드룹 특성의 비례이득, kpi는 마이크로그리드 내 i 번째 마이크로전원의 유효전력과 주파수간 드룹 특성의 비례이득, P1 max는 상기 마이크로전원의 최대 유효전력 허용치, P1 min는 동기화를 수행하는 마이크로전원의 최소 유효 전력 허용치, Pi *는 상기 마이크로그리드 내 나머지 마이크로전원들의 각 유효전력 설정치, PL은 마이크로그리드 내 부하에서 요구하는 유효전력인 것을 특징으로 한다.In addition, in a microgrid operated with a plurality of micropowers based on droop characteristics according to another aspect of the present invention, an active power controller of a micropower based on droop characteristics may include a variation ΔP of the active power setpoint in the active power setpoint P 1 * . in order to determine the 1 * plus modified active power set value P 1 '*, limit the active power output variation of the micro-power in accordance with the effective variation ΔP 1 of the power set point - within the specified range (ΔP min ~ ΔP max) To adjust the output of the micro power supply by setting the threshold ΔP 1 max * or ΔP 1 min * of the variation ΔP 1 * to the hard limiter, the limit ΔP 1 max * or ΔP 1 min * is represented by [Equation 12] is determined based on where, k p1 is within the i-th power micro-loop gain, k pi micro grid of the active power and frequency between the droop characteristic of the micro-power Proportional gain of the droop characteristic between effective power and frequency, P 1 max is a minimum active power tolerance of the micro-power to perform synchronization is maximum active power limit, P 1 min of the micro-power, P i * is the micro-grid within the rest of the micro- Each active power setpoint of the power supplies, P L is characterized in that the active power required by the load in the microgrid.

본 발명의 동기화 제어 방법에 따르면, 다수의 마이크로전원을 통해 기준 주파수 및 전압이 결정되어 단독으로 운전하는 마이크로그리드가 상위 전력계통과 재접속하기 위한 동기화 수행 시, 마이크로그리드 내 다수의 마이크로전원 중 PCC에 가까이 위치하여 동기화를 수행하는 마이크로전원의 적은 유효 및 무효전력의 출력으로 다른 마이크로전원의 제어방식 변경 없이 상위 전력계통과 동기화를 수행할 수 있다.According to the synchronization control method of the present invention, a reference frequency and voltage are determined through a plurality of micro power supplies, and when a microgrid operating alone performs synchronization for reconnecting with a higher power system, a PCC of a plurality of micro power supplies in the micro grid is performed. It is possible to perform synchronization with the upper power system without changing the control method of other micro power supply with the small effective and reactive power output of the micro power supply which is located close to perform synchronization.

또한, 동기화 제어시 동기화를 수행하는 마이크로전원의 출력 제한은 마이크로전원을 안정한 범위에서 운전 가능하게 해준다.In addition, the output limitation of the micropower that performs the synchronization in the synchronization control enables the micropower to be operated in a stable range.

그리고, 마이크로그리드의 기준 주파수 및 전압이 마이크로전원의 지리적 위치에 상관없이 다수의 마이크로전원에 의해 결정될 수 있어서, 마이크로그리드의 원활한 단독운전 및 단독 운전 전환을 가능하게 해준다.And, the reference frequency and voltage of the microgrid can be determined by a plurality of micropower sources irrespective of the geographic location of the micropower source, thereby enabling smooth single-run and single-run switching of the microgrid.

도 1은 일반적인 주파수와 유효전력의 드룹(droop) 특성을 설명하기 위한 도면.
도 2는 일반적인 전압과 무효전력의 드룹(droop) 특성을 설명하기 위한 도면.
도 3은 주파수와 유효전력의 드룹(droop) 특성에 의한 종래 마이크로전원의 유효전력 제어기에 관한 구성도.
도 4는 전압과 무효전력의 드룹(droop) 특성에 의한 종래 마이크로전원의 무효전력 제어기에 관한 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로그리드와 상위 전력 계통과의 관계도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유효전력 설정치에 따른 마이크로그리드의 기준 주파수 변화 및 운전점 변화를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 기준 주파수에서 정상상태 운전점, (b)는 기준 주파수 증가시 정상상태 운전점 변화, (c)는 기준 주파수 감소시 정상상태 운전점 변화를 나타냄.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전압 위상 동기화 제어기에 관한 구성도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전압 크기 동기화 제어기에 관한 구성도.
1 is a view for explaining the droop characteristics of a typical frequency and the active power.
2 is a view for explaining the droop characteristics of a typical voltage and reactive power.
3 is a configuration diagram of an active power controller of a conventional micro-power source based on droop characteristics of frequency and active power.
4 is a configuration diagram of a reactive power controller of a conventional micro-power source due to droop characteristics of voltage and reactive power.
5 is a relationship between the microgrid and the upper power system according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining the reference frequency change and the operating point change of the micro grid according to the active power set value according to an embodiment of the present invention, (a) is a steady state operating point at the reference frequency, (b) is a reference Steady state operating point change with increasing frequency, (c) shows steady state operating point change with decreasing reference frequency.
7 is a block diagram of a voltage phase synchronization controller according to an embodiment of the present invention.
8 is a block diagram of a voltage magnitude synchronization controller according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.

이하, 본 발명에 따라, 도 5와 같이, 다수의 마이크로전원들로 운전되고 단독 및 계통 연계 운전이 가능한 마이크로그리드가 상위 전력계통에 재접속하기 위한 동기화 제어 방법에 관하여 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, according to the present invention, a preferred embodiment of a synchronization control method for reconnecting a microgrid, which is operated with a plurality of micro power sources and capable of independent and grid linkage operation, to a higher power system will be described in detail.

본 발명에 따른 동기화 제어 방법은, 다수의 마이크로전원들 사이에서 미리 결정된 드룹(droop) 특성에 의해 기준 주파수와 전압이 결정되어 단독 운전되고 있는 마이크로그리드가 상위 전력계통과 연결되기 위한 동기화 제어시 적용될 수 있다.The synchronization control method according to the present invention may be applied in synchronization control for connecting a microgrid, which is operated solely, with a reference frequency and voltage determined by a predetermined droop characteristic among a plurality of micro power supplies. Can be.

마이크로그리드에서 동기화 제어 방법을 위해 고려해야 할 사항은 다음과 같다.Considerations for the synchronization control method in the microgrid include:

먼저, 동기화를 위한 빠른 통신의 신뢰도 문제 때문에, 마이크로그리드 내 다수의 마이크로전원들 중 PCC(Point of Common Coupling)에 가까이 위치된 마이크로전원 만이 상위 전력계통과의 동기화 제어를 수행할 수 있다. 이와 같은 제약 조건에 의해 마이크로그리드의 기준 주파수 및 전압은 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원에 의해서만 결정되게 하면, 마이크로그리드의 원활한 단독운전 및 단독운전 전환을 위해서 해당 마이크로전원은 마이크로그리드 내의 민감한 부하에 충분히 전력을 제공해 줄 수 있는 충분한 용량을 가져야 한다. 그러나, 마이크로전원의 기술 및 경제적 한계에 따라, 구현하는 것에서 한계가 있다.First, because of reliability problems of fast communication for synchronization, only a micropower located close to a point of common coupling (PCC) among a plurality of micropowers in a microgrid may perform synchronization control with a higher power system. Under these constraints, if the reference frequency and voltage of the microgrid are determined only by the microsupply located close to the PCC, the microsupply must be sufficiently sensitive to the sensitive loads in the microgrid for smooth single run and single run switching of the microgrid. It must have sufficient capacity to provide power. However, depending on the technical and economic limitations of micropower sources, there are limitations in their implementation.

따라서, 본 발명에서는 마이크로그리드의 기준 주파수 및 전압이 마이크로전원의 지리적 위치에 상관없이 PCC에 가까이 위치된 다수의 마이크로전원에 의해 결정되도록 함으로써 마이크로그리드의 원활한 단독운전 및 단독 운전 전환을 보장할 수 있게 하였다. 상기와 같이 다수의 마이크로전원에 의해 마이크로그리드의 기준 주파수 및 전압이 결정되는 경우, 상위 전력계통과 동기화를 수행할 수 있는 즉, PCC에 가까이 위치된 마이크로전원만이 동기화를 수행하게 되면, 해당 마이크로전원의 상당한 출력 또는 마이크로그리드 내 마이크로전원들 사이에서 순환 전류가 발생할 수 있다.Accordingly, in the present invention, the reference frequency and voltage of the microgrid are determined by a plurality of micropower sources located close to the PCC regardless of the geographic location of the micropower, thereby ensuring smooth operation of the microgrid and switching of single operation. It was. When the reference frequency and voltage of the microgrid are determined by the plurality of micro-power sources as described above, when the micro-grid can perform synchronization with the upper power system, that is, only the micro-power located close to the PCC performs synchronization. A circulating current can occur between a significant output of the power supply or between micropowers in the microgrid.

이러한 문제를 해결하기 위해, 동기화 수행시 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원만이 기준 주파수 및 전압을 결정할 수 있게 마이크로그리드 내 다른 마이크로전원의 제어 방법을 Grid-Following 제어 방법으로 전환하고 있지만, 동기화를 수행하는 마이크로전원의 유한용량이 고려되어야 하고, 마이크로그리드 내 다른 마이크로전원들의 제어 방법의 전환 기능이 지원되어야 하는 문제가 있다.To solve this problem, the control method of other micropowers in the microgrid is changed to the Grid-Following control method so that only the micropower located near the PCC can determine the reference frequency and voltage when performing the synchronization. The finite capacity of the micro power source must be considered, and there is a problem that a switching function of the control method of other micro power sources in the microgrid must be supported.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 동기화 제어 방법은 다음의 두 가지 제어 단계를 포함한다.
In order to solve this problem, the synchronization control method according to the present invention includes the following two control steps.

1. 첫 번째 제어단계1. First Control Stage

본 발명에 따른 동기화 제어 방법의 첫 번째 제어단계는 동기화를 수행하는 즉, PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 유한 용량에 따른 순시 출력 한계를 고려하여, 동기화를 수행하기 전 마이크로그리드의 정상상태에서 해당 마이크로전원의 유효 및 무효전력을 '0' 또는 상대적으로 적은 출력(PCC에 가까이 위치된 마이크로전원 이외의 다른 마이크로전원의 출력 보다 상대적으로 적은 출력)으로 회복시키면서, 마이크로그리드의 기준 주파수 및 전압 크기를 상위 전력 계통의 정격 주파수(ω0) 및 정격 전압(V0) 부근으로 회복시키는 것이다. The first control step of the synchronization control method according to the present invention performs the synchronization, that is, considering the instantaneous output limit according to the finite capacity of the micropower located close to the PCC, the corresponding state in the normal state of the microgrid before performing the synchronization Restores the microgrid's reference frequency and voltage magnitude, restoring the active and reactive power of the micropower to zero or a relatively low output (relatively less than that of a micropower other than the micropower located close to the PC). To recover near the rated frequency (ω 0 ) and rated voltage (V 0 ) of the upper power system.

여기서, 동기화 제어를 수행하는 해당 마이크로전원의 유효 및 무효전력을 '0' 또는 상대적으로 적은 출력으로 회복시키는 것은 마이크로전원의 유한 에너지와 순시 용량의 한계를 고려하여, 동기화를 위한 마이크로전원의 유효 및 무효전력 출력에 여유를 가지게 하기 위해서이다.Here, restoring the effective and reactive power of the corresponding micropower that performs the synchronization control to '0' or a relatively small output is considered to be effective and effective for synchronizing the micropower in consideration of the finite energy and instantaneous capacity of the micropower. This is to allow a margin in the reactive power output.

드룹 특성의 제어기반인 다수의 마이크로전원에 의해 단독으로 운전되는 마이크로그리드에서, 마이크로그리드 내 특정 마이크로전원에 구비된 에너지 저장장치(배터리 등)의 충전 상태를 관리하기 위해서도 본 발명에 따른 기준 주파수 회복 절차를 이용하면, 해당 마이크로전원의 유효전력을 원하는 출력으로 조정할 수도 있다.In a microgrid operated solely by a plurality of micropower sources that are the control base of droop characteristics, a reference frequency recovery according to the present invention is also used to manage the state of charge of an energy storage device (battery, etc.) included in a specific micropower source within the microgrid. Using the procedure, you can adjust the active power of the micropower to the desired output.

(1) 기준 주파수 회복(1) reference frequency recovery

드룹 특성을 이용한 마이크로전원들은 [수학 식 1]에 따라 정상 상태 주파수 ω(t) 및 전압 Vi(t) 이 결정된다. 특정 주파수 ω(t)로 단독 운전되고 있는 마이크로그리드에서 각 마이크로전원들의 단자전압이 Vi(t)로 운전되고 있을 때, 각 마이크로전원들의 유효전력 설정치(Pi *) 및 무효전력 설정치(Qi *)를 각 마이크로전원에서 현재 출력되고 있는 유효전력(Pi(t)) 및 무효전력(Qi(t))으로 설정하면, 각 마이크로전원들은 정격 주파수 및 정격 전압인 ω0와 V0로 운전될 수 있다. For the micropowers using the droop characteristic, the steady state frequency ω (t) and voltage V i (t) are determined according to [Equation 1]. When the terminal voltage of each micro power supply is operating at V i (t) in a microgrid that is operated alone at a specific frequency ω (t), the active power setting value (P i * ) and the reactive power setting value (Q) of each micro power source are operated. When i * ) is set to the active power (P i (t)) and reactive power (Q i (t)) currently output from each micro power supply, each micro power supply is rated at the rated frequency and rated voltage ω 0 and V 0. Can be driven.

PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 출력을 '0' 또는 특정 출력으로 회복하기 위해서는 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 유효 및 무효전력 설정치를 '0' 또는 특정 출력의 값으로 설정해야 한다.To restore the output of a micropower located close to the PCC to '0' or to a specific output, the active and reactive power settings of the micropower located close to the PCC must be set to '0' or to the value of the specific output.

따라서, 단독 운전 중인 마이크로그리드 내 주파수가 공통의 기준 주파수에서 유효전력을 분배하는 드룹 특성으로부터, 본 발명에 따른 동기화 제어 방법의 첫 번째 제어단계 중 주파수 회복에서는 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원을 제외한 나머지 마이크로전원들의 유효전력 설정치(Pi *)를 [수학식 2]와 같이 설정하고 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 유효전력 설정치(P1 *)를 원하는 출력 설정치('0' 또는 상대적으로 적은 출력)로 설정함으로써 마이크로그리드의 기준 주파수를 정격 주파수 부근으로 회복시킨다. [수학식 2]에서 첨자 1은 PCC에 가까이 위치하여 상위 전력계통의 전압을 통신에 의한 데이터 전달 없이 빠르게 단순 측정하여 동기화를 수행할 수 있는 마이크로전원을 의미한다. 즉, PCC에 가까이 위치된 마이크로전원은, 지리적 위치가 PCC에 가장 가까운 곳에 위치된 마이크로전원을 의미하는 것은 아니며, 마이크로그리드와 상위 전력계통을 연결하는 접속점(PCC) 주위에 가까이 위치된 마이크로전원으로서, 상위 전력계통의 전압 위상 및 크기를 소정 통신 방식에 따른 통신으로 디지털 데이터를 주고 받아 해석하는 과정없이 직접 연결된 신호선을 통해 빠르게 전압을 측정할 수 있는 곳에 위치된 마이크로전원을 의미한다.Therefore, from the droop characteristic in which the frequency in the microgrid operating alone distributes the effective power at a common reference frequency, the frequency recovery during the first control step of the synchronization control method according to the present invention except for the micro power source located close to the PCC. Set the active power setpoint of the micropowers (P i * ) as shown in [Equation 2] and set the active power setpoint (P 1 * ) of the micropower placed near the PCC to the desired output setpoint ('0' or relatively less output). To restore the reference frequency of the microgrid near the rated frequency. In Equation 2, subscript 1 denotes a micro power source that is located close to the PCC and can perform synchronization by quickly and simply measuring the voltage of the upper power system without data transmission by communication. That is, the micro power source located close to the PCC does not mean a micro power source whose geographical position is located closest to the PCC, but is a micro power source located near the connection point (PCC) connecting the micro grid and the upper power system. In other words, it refers to a micro power source located at a place where voltage can be quickly measured through a directly connected signal line without a process of transmitting and receiving digital data through communication according to a predetermined communication method.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112010066050776-pat00002
Figure 112010066050776-pat00002

여기서, P1(t)는 정격 주파수 부근으로 마이크로그리드의 기준 주파수를 회복하기 전 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 정상상태 유효전력 출력이고, Pi(t)는 정격 주파수 부근으로 마이크로그리드의 기준 주파수를 회복하기 전 i번째 마이크로전원의 정상상태 유효전력 출력이고, P1 *는 정격 부근의 주파수로 회복되었을 때 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 유효전력 출력 설정치이다. 또한, 각 kP는 마이크로그리드 내 마이크로전원들의 유효전력과 주파수간의 드룹 특성의 비례이득이고, kP<0이다. kP는 제어기의 구성에 따라 부호가 달라질 수 있기 때문에 [수학식 2]에서 절대값으로 표현하였다.Where P 1 (t) is the steady state active power output of the micropower near the PCC before restoring the reference frequency of the microgrid near the rated frequency, and P i (t) is the reference of the microgrid near the rated frequency. It is the steady state active power output of the i-th micropower before restoring frequency, and P 1 * is the active power output setpoint of the micropower close to the PCC when it is restored to a frequency near its rated. In addition, each k P is a proportional gain of the droop characteristic between the effective power and the frequency of the micro power supplies in the micro grid, and k P <0. k P is expressed as an absolute value in [Equation 2] because the sign can be changed according to the configuration of the controller.

이러한 제어 방법을 수행했을 때 마이크로그리드 내 유효전력의 흐름이 변경되고, 각 마이크로전원의 단자전압이 변경되어 마이크로그리드 내에서 요구되는 전체 유효전력이 변경될 수 있다. 따라서, 위의 방법으로는 정확히 정격 주파수로 회복하는 것은 어렵다. 그러나, 동기화 제어를 돕기 위해서 요구되는 것이므로 위의 방법만으로 충분하며, 한 번의 설정치 변경으로 쉽게 주파수 회복이 가능하다.
When the control method is performed, the flow of active power in the microgrid may be changed, and the terminal voltage of each micro power source may be changed to change the total effective power required in the microgrid. Therefore, it is difficult to recover to the rated frequency exactly by the above method. However, since it is required to assist the synchronization control, the above method is sufficient, and frequency recovery can be easily performed by changing a single set point.

상기와 같은 본 발명의 방법은, 드룹 특성의 제어 기반인 다수의 마이크로전원에 의해 단독 운전되는 마이크로그리드에서, [수학식 2]를 이용하여, 드룹 특성의 제어 기반인 특정 마이크로전원의 에너지 저장장치 관리 등을 위해 마이크로전원을 원하는 출력으로 조정할 수도 있다.The method of the present invention as described above, in the microgrid that is operated alone by a plurality of micro-power source that is the control base of the droop characteristics, by using [Equation 2], the energy storage device of a specific micro-power source that is the control base of the droop characteristics You can also adjust the micropower to the desired output for management purposes.

출력을 조정할 드룹 특성의 제어 기반인 마이크로전원의 유효전력 설정치(P1 *)를 원하는 출력 설정치로 설정하고, 마이크로그리드 내 다른 마이크로전원들의 유효전력 설정치(Pi *)를 [수학식2]를 이용하여 설정하면 해당 마이크로전원의 출력을 원하는 출력으로 조정할 수 있다. Set the active power setpoint (P 1 * ) of the micropower, which is the control base of the droop characteristic to adjust the output, to the desired output setpoint, and set the active power setpoint (P i * ) of the other micropowers in the microgrid to [Equation 2]. If set by using it, you can adjust the output of the micropower to the desired output.

여기서는 [수학식 2]의 첨자 1이 출력을 조정할 마이크로전원을 의미한다. 또한, P1(t)는 출력을 조정할 마이크로전원의 정상상태 유효전력 출력이고, P1 *는 출력을 조정할 마이크로전원의 유효전력 설정치이고, Pi(t)는 마이크로그리드 내 다른 마이크로전원들의 현재 유효전력 출력이다.
In this case, the subscript 1 in [Equation 2] means the micro power supply to adjust the output. Also, P 1 (t) is the steady state active power output of the micropower to adjust the output, P 1 * is the active power setting of the micropower to adjust the output, and P i (t) is the current of the other micropowers in the microgrid. Active power output.

(2) 기준 전압 회복(2) reference voltage recovery

본 발명에 따른 동기화 제어 방법의 첫 번째 제어단계에서 전압 회복 또한 주파수 회복과 유사한 방법으로 마이크로그리드의 기준 전압을 정격 부근으로 회복할 수 있다.Voltage recovery in the first control step of the synchronization control method according to the present invention can also recover the reference voltage of the microgrid to near the rated in a similar manner to the frequency recovery.

전압 회복에서는 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원을 제외한 나머지 마이크로전원들의 무효전력 설정치(Qi *)를 [수학식 3]과 같이 설정하고 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 무효전력 설정치(Q1 *)를 원하는 출력 설정치('0' 또는 상대적으로 적은 출력)로 설정함으로써 마이크로그리드의 기준 전압을 정격 전압 부근으로 회복한다. [수학식 3]에서 첨자 1은 PCC에 가까이 위치하여 상위 전력계통의 전압을 통신에 의한 데이터 전달 없이 빠르게 단순 측정하여 동기화를 수행할 수 있는 마이크로전원을 의미한다.In the voltage recovery, set the reactive power setpoint (Q i * ) of the remaining micropowers except for the micropower placed near the PCC as shown in [Equation 3], and set the reactive power setpoint of the micropower placed near the PCC (Q 1 * ). Is set to the desired output set point ('0' or relatively low output) to restore the reference voltage of the microgrid to near the rated voltage. In Equation 3, subscript 1 denotes a micro power source which is located close to the PCC and can perform synchronization by quickly and simply measuring the voltage of the upper power system without data transmission by communication.

[수학식 3]&Quot; (3) &quot;

Figure 112010066050776-pat00003
Figure 112010066050776-pat00003

여기서, Q1(t)는 정격 전압 부근으로 마이크로그리드의 기준 전압을 회복하기 전 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 정상상태 무효전력 출력이고, Qi(t)는 정격 전압 부근으로 마이크로그리드의 기준 전압을 회복하기 전 i번째 마이크로전원의 정상상태 무효전력 출력이고, Q1 *는 정격 부근의 전압으로 회복되었을 때 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 무효전력 설정치이다. 또한, 각 kQ는 마이크로그리드 내 마이크로전원들의 무효전력과 전압간의 드룹 특성의 비례이득이고, kQ<0 이다. kQ는 제어기의 구성에 따라 부호가 달라질 수 있기 때문에 [수학식 3]에서 절대값으로 표현하였다.
Where Q 1 (t) is the steady state reactive power output of the micropower near the PCC before restoring the reference voltage of the microgrid near the rated voltage, and Q i (t) is the reference of the microgrid near the rated voltage. It is the steady state reactive power output of the i-th micropower before voltage recovery, and Q 1 * is the reactive power setpoint of the micropower close to the PCC when it returns to the voltage near its nominal power. In addition, each k Q is a proportional gain of the droop characteristic between reactive power and voltage of the micro power supplies in the microgrid, and k Q <0. k Q is represented as an absolute value in [Equation 3] because the sign can be changed according to the configuration of the controller.

기준 전압 회복에서는 전압의 로컬(local) 특성 때문에 정확하게 정격 기준 전압으로 회복하는 것이 어렵지만, 동기화 제어를 위한 기준 전압 회복은 정격 부근으로만 회복하는 것으로 충분하다. 또한, 상위 계통에서도 정확이 정격 전압이 아닌 어느 정도의 전압강하가 발생된 전압크기가 제공될 수 있다. 마이크로그리드의 기준 전압이 회복되면 일정 임피던스 특성을 가지는 부하들 때문에 약간의 주파수 감소가 발생될 수 있다. 그러나, 동기화 제어를 위한 주파수 회복에서도 완전히 정확한 정격 주파수가 요구되지는 않는다.
In the reference voltage recovery, it is difficult to recover to the rated reference voltage accurately because of the local characteristics of the voltage, but the reference voltage recovery for the synchronous control is enough to recover only near the rated voltage. In addition, even in the upper system, a voltage magnitude in which a certain voltage drop occurs rather than an accurate voltage may be provided. If the reference voltage of the microgrid is restored, some frequency reduction may occur due to the loads having constant impedance characteristics. However, even frequency recovery for synchronous control does not require a completely accurate rated frequency.

2. 두 번째 제어단계2. Second control step

본 발명에 따른 동기화 제어 방법의 두 번째 제어단계는 단독 운전 중인 마이크로그리드의 전압 위상 및 크기를 변경하여 상위 전력계통과 동기화하기 위해서, PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 유효 및 무효전력을 조정하는 것이다. The second control step of the synchronization control method according to the present invention is to adjust the effective and reactive power of the micro power supply located close to the PCC in order to synchronize with the upper power system by changing the voltage phase and magnitude of the microgrid in operation alone. .

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, 유효전력 설정치에 따른 마이크로그리드의 기준 주파수 변화를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 기준 주파수에서, (b)는 기준 주파수 증가 시, (c)는 기준 주파수 감소시 정상상태 운전점을 나타낸다. 여기서는 설명을 간략히 하기 위해 n=2인 경우의 일실시예를 나타내며, 다수의 마이크로전원이 존재하는 경우에도 n=2인 경우와 동일한 특성을 보일 수 있다. 6 is a view for explaining a change in the reference frequency of the microgrid according to the active power set point, according to an embodiment of the present invention, (a) is at the reference frequency, (b) when the reference frequency increases, (c) Indicates the steady state operating point when the reference frequency decreases. Here, for the sake of simplicity, one embodiment of n = 2 is shown, and even when a plurality of micro power sources exist, the same characteristics as in the case of n = 2 may be exhibited.

기준 주파수에서 정상상태 운전점을 나타내는 도 6의 (a) 그래프와 같이, 마이크로그리드가 단독으로 운전하고 있을 때, 본 발명에 따른 동기화 제어 방법에서 첫 번째 제어단계를 수행하여 마이크로그리드의 주파수를 정격 주파수 ω0 부근으로 회복하여 운전할 수 있다. As shown in the graph of FIG. 6 (a) showing a steady state operating point at a reference frequency, when the microgrid is operating alone, the first control step is performed in the synchronization control method according to the present invention to evaluate the frequency of the microgrid. It can be operated by recovering to the frequency ω 0 .

도 6(a)에서 P1과 P2는 각각 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 유효전력(P1)과 마이크로그리드 내에 있는 다른 마이크로전원의 유효전력(P2)이고, P1 *과 P2 *는 각각 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 유효전력 설정치(P1 *)와 다른 마이크로전원의 유효전력 설정치(P2 *)이고, ω0, ω, ωmin은 각각 정격 주파수, 동기화 제어 전 정상상태 운전 주파수, 최소 운전 주파수이고, kP1과 kP2는 각각 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 유효전력과 주파수간의 드룹 특성의 비례이득(kP1)과 다른 마이크로전원의 유효전력과 주파수간의 드룹 특성의 비례이득(kP2)이다.Fig 6 (a) in the P 1 and P 2 are each real power of the micro-power located closer to the PCC (P 1) and the active power of the different micro-power in the micro-grid (P 2), P 1 * and P 2 * are each active power set value of the micro-power located closer to the PCC (P 1 *) with the active power set value of the other micro power (P 2 *) is, ω 0, ω, ω min were rated frequency, the synchronization control before the normal State operating frequency, minimum operating frequency, k P1 and k P2 are proportional gains (k P1 ) of the droop characteristics between the active power and frequency of the micropower close to the PCC, respectively, and droop characteristics between the active power and the frequency of the other micropower. Is the proportional gain of k P2 .

도 6(b)와 도 6(c)는 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원이 마이크로그리드의 전압의 위상을 상위 전력계통의 전압의 위상과 동기화하기 위해서 [수학식 4]와 같이 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 유효전력 설정치를 P1 *에서 P1'*로 변경한 경우에, 기준 주파수 증가와 기준 주파수 감소를 나타낸다. 6 (b) and 6 (c) show that the micro-power source located near the PCC is located close to the PCC as shown in [Equation 4] to synchronize the phase of the voltage of the microgrid with the phase of the voltage of the upper power system. When the active power setting value of the micro power supply is changed from P 1 * to P 1 ' * , the reference frequency increases and the reference frequency decreases.

[수학식 4]&Quot; (4) &quot;

Figure 112010066050776-pat00004
Figure 112010066050776-pat00004

여기서, P1'*는 위상 동기화를 위해 수정된 유효전력 설정치이고, ΔP1 *는 P1'*를 위해 요구되는 유효전력 설정치의 변동분이다.Here, P 1 ' * is a modified active power setpoint for phase synchronization, and ΔP 1 * is a change in active power setpoint required for P 1 ' * .

[수학식 4]에서와 같이, PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 유효전력 설정치를 P1'*로 변경함에 따라, 도 6(b)와 도 6(c)에서와 같이 마이크로그리드의 정상상태 운전에서의 기준 주파수가 ω0에서 ω0±Δω로 변화되면서 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원과 다른 마이크로전원의 출력이 각각 P1과 P2에서 P1'과 P2' 로 변경된다. 이에 따라, 마이크로그리드 내 부하들이 요구하는 전력과 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원(i=1)과 다른 마이크로전원들(i=2,3,..)을 포함한 전체 마이크로전원의 정상상태 유효전력 Pload은 [수학식 5]를 만족한다.As shown in [Equation 4], as the active power setting value of the micro power source located near the PCC is changed to P 1 ' * , the steady state operation of the micro grid as shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c). As the reference frequency at e varies from ω 0 to ω 0 ± Δω, the outputs of the micropower and other micropowers located close to the PCC change from P 1 and P 2 to P 1 'and P 2 ', respectively. Accordingly, the steady state active power P of the entire micropower, including the power required by the loads in the microgrid and the micropower (i = 1) and other micropowers (i = 2,3, ..) located close to the PCC. load satisfies [Equation 5].

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112010066050776-pat00005
Figure 112010066050776-pat00005

이하, 위에서 기술한 바와 같은 두 번째 제어단계에서 마이크로그리드의 전압 위상 및 크기를 조정하여 상위 전력계통과 동기화하기 위한 전압 위상 동기화 제어기(도 7)와 전압 크기 동기화 제어기(도 8)에 대하여 설명한다.
Hereinafter, a voltage phase synchronization controller (FIG. 7) and a voltage magnitude synchronization controller (FIG. 8) for adjusting the voltage phase and magnitude of the microgrid and synchronizing with the upper power system in the second control step as described above will be described. .

(1) 전압 위상 동기화(1) voltage phase synchronization

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전압 위상 동기화 제어기에 관한 구성도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전압 위상 동기화 제어기는, 감산기(502), 비례이득 블록(503) 및 합산기(506)를포함한다.7 is a diagram illustrating a voltage phase synchronization controller according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, a voltage phase synchronization controller according to an embodiment of the present invention includes a subtractor 502, a proportional gain block 503, and a summer 506.

감산기(502)는 상위 전력계통의 전압 위상 δu (500)과 마이크로그리드 전압 위상 δm (501)의 차이인 전압 위상 오차를 계산하고, 비례이득 블록(503)은 감산기(502)로부터의 전압 위상 오차와 전압 위상 동기화 이득(kδ)을 곱하여 마이크로전원의 유효전력 설정치의 변동분 ΔP1 * (504)을 결정한다. 이에 따라 합산기(506)는 유효전력 설정치의 변동분 ΔP1 * (504)과 마이크로전원의 유효전력 설정치 P1 * (505)를 더하여 전압 위상 동기화를 위해 수정된 마이크로전원의 유효전력 설정치 P1'* (507)를 출력한다. 마이크로전원의 유한 용량을 고려하여 장치 보호를 위하여 유효전력 설정치의 변동분 ΔP1 * (504)은 특정 범위(ΔPmin~ΔPmax)로 제한될 수 있다.The subtractor 502 calculates a voltage phase error that is the difference between the voltage phase δu 500 and the microgrid voltage phase δm 501 of the upper power system, and the proportional gain block 503 calculates the voltage phase error from the subtractor 502. Multiply the voltage phase synchronization gain (k δ ) to determine the variation ΔP 1 * (504) of the active power setpoint of the micropower supply. Accordingly, the summer 506 adds the variation ΔP 1 * 504 of the active power setpoint and the active power setpoint P 1 * 505 of the micropower, and the active power setpoint P 1 ′ of the micropower modified for voltage phase synchronization. * outputs 507. The variation ΔP 1 * 504 of the effective power setpoint may be limited to a specific range ΔP min ΔP max to protect the device in consideration of the finite capacity of the micro power source.

여기서, 수정된 마이크로전원의 유효전력 설정치 P1'* (507)는 [수학식 6]과 같이 표현될 수 있다.Here, the active power set point P 1 ' * (507) of the modified micro-power source can be expressed as shown in [Equation 6].

[수학식 6]&Quot; (6) &quot;

Figure 112010066050776-pat00006

Figure 112010066050776-pat00006

(2) 전압 크기 동기화(2) voltage magnitude synchronization

본 발명에 따른 동기화 제어 방법의 전압 크기 동기화 제어 또한 전압 위상 동기화 제어와 유사한 방법으로 무효전력과 전압에 대한 드룹 특성 원리를 이용한다. The voltage magnitude synchronization control of the synchronization control method according to the present invention also uses the droop characteristic principle for reactive power and voltage in a similar manner to the voltage phase synchronization control.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전압 크기 동기화 제어기에 관한 구성도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전압 크기 동기화 제어기는, 감산기(602), 적분 제어기(603) 및 합산기(606)을 포함한다.8 is a configuration diagram illustrating a voltage magnitude synchronization controller according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, a voltage magnitude synchronization controller according to an embodiment of the present invention includes a subtractor 602, an integration controller 603, and an adder 606.

감산기(602)는 상위 전력계통의 전압 크기 Vu (600)과 마이크로그리드 전압 크기 Vm (601)의 차이인 전압 크기 오차를 계산하고, 적분 제어기(603)는 감산기(602)로부터의 전압 크기 오차와 전압 크기 동기화 이득(kV)을 곱한 후 적분하여 마이크로전원의 무효전력 설정치의 변동분 ΔQ1 * (604)을 결정한다. 이에 따라 합산기(606)는 무효전력 설정치의 변동분 ΔQ1 * (604)과 마이크로전원의 무효전력 설정치 Q1 * (605)를 더하여 전압 크기 동기화를 위해 수정된 마이크로전원의 무효전력 설정치 P1'* (607)를 출력한다. 마이크로전원의 유한 용량에 따른 장치 보호를 위하여 무효전력 설정치의 변동분 ΔQ1 * (604)은 특정 범위(ΔQmin~ΔQmax)로 제한될 수 있다.The subtractor 602 calculates a voltage magnitude error that is the difference between the voltage magnitude V u 600 and the microgrid voltage magnitude V m 601 of the upper power system, and the integral controller 603 calculates the voltage magnitude from the subtractor 602. Multiply the error by the voltage magnitude synchronization gain (k V ) and integrate to determine the variation ΔQ 1 * 604 of the reactive power setpoint of the micropower supply. Accordingly, the summer 606 adds the variation ΔQ 1 * 604 of the reactive power set value and the reactive power set value Q 1 * 605 of the micro power supply, and the reactive power set value P 1 ′ of the micro power source modified for voltage magnitude synchronization. * outputs 607. The variation ΔQ 1 * 604 of the reactive power setpoint may be limited to a specific range ΔQ min to ΔQ max to protect the device according to the finite capacity of the micropower.

여기서, 수정된 마이크로전원의 무효전력 설정치 Q1'* (607)는 [수학식 7]과 같이 표현될 수 있다.Here, the modified reactive power set value Q 1 ' * 607 of the micro-power source can be expressed as shown in [Equation 7].

[수학식 7] [Equation 7]

Figure 112010066050776-pat00007
Figure 112010066050776-pat00007

도 8에서, 무효전력 설정치의 변동분 ΔQ1 * (604)은, 동기화가 완료된 후 단독 운전 중인 마이크로그리드가 상위 전력계통과 재접속되면, 초기화되는 데, 이는 적분 제어기(603)가 초기화 신호(Reset)에 의해 초기화됨으로써 이루어질 수 있다.In Fig. 8, the variation ΔQ 1 * 604 of the reactive power set point is initialized when the microgrid in stand-alone operation is reconnected with the upper power system after synchronization is completed, which causes the integral controller 603 to reset the reset signal. It can be made by initialization.

도 6과 [수학식 4]에서와 같이 유효전력 설정치를 P1'*로 변경할 때, 마이크로그리드의 기준 주파수를 변경시킬 수 있지만, 상위 전력계통과 마이크로그리드 내 전압 간의 위상차가 큰 경우, 많은 주파수 변화가 요구되고, 이때, [수학식 4]에서 ΔP1 * 가 많이 커지게 되면, PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 출력이 한계를 넘게 될 수 있다. 따라서, ΔP1 * 를 적절히 제한시킴으로써, PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 출력을 제한해야 한다. As shown in FIG. 6 and [Equation 4], when the effective power setpoint is changed to P 1 ' * , the reference frequency of the microgrid can be changed. However, when the phase difference between the upper power system and the voltage in the microgrid is large, many frequencies If a change is required and ΔP 1 * becomes large in Equation 4, the output of the micro power source located near the PCC may exceed the limit. Therefore, by appropriately limiting ΔP 1 * , the output of the micropower source located close to the PCC should be limited.

[수학식 1]로부터 동기화 제어를 수행하는 i번째 마이크로전원의 출력 Pi(t)는 [수학식 8]과 같이 되고, 마이크로그리드 내 n개의 마이크로전원의 출력은 [수학식 9]와 같이 된다.The output P i (t) of the i-th micropower supply performing synchronization control from Equation 1 is expressed by Equation 8, and the outputs of the n micropowers in the microgrid are expressed by Equation 9 .

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112010066050776-pat00008
[수학식 9]
Figure 112010066050776-pat00008
[Equation 9]

Figure 112010066050776-pat00009
Figure 112010066050776-pat00009

동기화 수행시 요구되는 유효전력에 대한 설정치의 변동분 ΔP1 * (504)를 고려하면, [수학식 8]과 [수학식 9]에서 P1 *는 [수학식 10]의 P1'*와 같고, ΔP1 *에 의한 마이크로전원의 유효전력 변동분을 ΔP1(t)로 두면, [수학식 8]과 [수학식 9]에서 P1(t)는 [수학식 11]의 P1'(t)와 같이 된다.Considering the variation ΔP 1 * (504) of the set value for the active power required for performing synchronization, [Expression 8] and [Formula 9] in P 1 * is [Equation 10] P 1 'equal to the * , leaving the active power variation of the micro-power by ΔP 1 * as ΔP 1 (t), [expression 8] and of formula 9] [formula 11] P 1 (t) in the P 1 '(t )

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112010066050776-pat00010
Figure 112010066050776-pat00010

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112010066050776-pat00011
Figure 112010066050776-pat00011

[수학식 8] 내지 [수학식 11]을 이용하여 동기화 제어를 수행하는 마이크로전원의 유효전력 설정치 변동분의 최대 및 최소 한계치 ΔP1 max*와 ΔP1 min*을 구하면 [수학식 12]와 같다. [수학식 12]와 같이 하드 리미터(hard limiter)에 해당 마이크로전원의 유효전력 설정치 변동분의 최대 및 최소 한계치 ΔP1 max *와 ΔP1 min *가 설정되어 마이크로전원의 유효전력 출력이 적절히 제한된다. Using Equations 8 to 11, the maximum and minimum limits ΔP 1 max * and ΔP 1 min * of the active power setpoint variation of the micro-power source performing synchronization control are obtained as shown in [Equation 12]. As shown in [Equation 12], the maximum and minimum limits ΔP 1 max * and ΔP 1 min * of the change of the active power set value of the corresponding micro power supply are set in the hard limiter so that the effective power output of the micro power supply is appropriately limited.

[수학식 12][Equation 12]

Figure 112010066050776-pat00012
Figure 112010066050776-pat00012

Figure 112010066050776-pat00013
Figure 112010066050776-pat00013

Figure 112010066050776-pat00014
Figure 112010066050776-pat00014

Figure 112010066050776-pat00015
Figure 112010066050776-pat00015

여기서, P1 max는 동기화를 수행하는 마이크로전원의 최대 유효 전력 허용치이고, P1 min은 동기화를 수행하는 마이크로전원의 최소 유효 전력 허용치이고, PL는 마이크로그리드 내 부하에서 요구하는 유효전력이다. 마이크로전원의 최소 유효전력 허용치 P1 min은 음수로 표현되어 전력을 흡수하는 유효전력의 한계치로 설정될 수 있다.Here, P 1 max is the maximum active power allowance of the micro power supply performing synchronization, P 1 min is the minimum effective power allowance of the micro power supply performing synchronization, and P L is the active power required by the load in the microgrid. The minimum active power allowable value P 1 min of the micro power supply may be set as a limit value of the active power absorbing power by being expressed as a negative number.

전압 위상을 동기화하기 위해 동기화를 수행하는 마이크로전원이 유효전력을 마이크로그리드로 주입하게 되면, 마이크로그리드 내 유효전력의 흐름 변화에 따른 마이크로그리드 내의 각 버스(노드) 전압의 변화로부터 무효전력의 흐름도 함께 변하게 된다. 이러한 유효전력과 무효전력의 간섭은 동기화 제어에서 다음과 같은 결과를 가져올 수 있다. When the micro power supply performing synchronization to synchronize the voltage phase injects the active power into the micro grid, the flow of reactive power from the change of the voltage of each bus (node) in the micro grid according to the change of the active power flow in the micro grid. Will change. Such interference of active power and reactive power may result in the following in synchronization control.

상위 계통과 동기화 중, 무효전력의 주입에 의한 전압 크기 동기화가 전압 위상 동기화보다 먼저 완료되었다고 가정하였을 때, 전압 위상 동기화가 완료되어 유효전력 흐름이 변하면, 다시 전압 크기 동기화가 수행되어야 한다. When synchronizing with the upper system, assuming that the voltage magnitude synchronization by the injection of reactive power is completed before the voltage phase synchronization, when the voltage phase synchronization is completed and the active power flow changes, the voltage magnitude synchronization should be performed again.

따라서, 동기화 제어의 두 가지 제어단계는 다음과 같이 세부 단계로 구분 될 수도 있다.Therefore, the two control steps of the synchronization control may be divided into detailed steps as follows.

1) 마이크로그리드의 기준 주파수를 상위 전력계통의 정격 주파수(ω0) 부근으로 회복('1.첫번째 제어 단계'의 '(1) 기준 주파수 회복' 참조)1) Restore the microgrid's reference frequency near the rated frequency of the upper power system (ω 0 ) (see '(1) Reference Frequency Recovery' in '1.First Control Step')

2) 상위 전력계통과 전압 위상을 동기화하기 위한 전압 위상 동기화 제어 시작('2. 두번째 제어 단계'의 '(1) 전압 위상 동기화' 참조)2) Start of voltage phase synchronization control to synchronize the upper power system and voltage phase (see '(1) Voltage Phase Synchronization' in '2. Second Control Stage')

3) 전압 위상 동기화가 완료되어 동기화를 수행하는 마이크로전원의 유효전력이 감소된 후, 마이크로그리드의 기준 전압을 상위 전력계통의 정격 전압(V0) 부근으로 회복('1.첫번째 제어 단계'의 '(2) 기준 전압 회복' 참조)3) After the voltage phase synchronization is completed and the active power of the micro power supply performing the synchronization is reduced, the reference voltage of the micro grid is restored to near the rated voltage (V 0 ) of the upper power system (see '1.First Control Step'). Refer to '(2) Reference Voltage Recovery')

4) 상위 전력계통과 전압 크기를 동기화하기 위한 전압 크기 동기화 시작('2. 두번째 제어 단계'의 '(2) 전압 크기 동기화' 참조)4) Start voltage magnitude synchronization to synchronize voltage magnitude with the upper power system (see '(2) Voltage magnitude synchronization' in '2. Second control stage')

5) 전압 위상 및 크기 동기화가 완료되면, 상위 전력계통과 재접속하고 전압 위상 및 크기 동기화 제어 종료5) Once the voltage phase and magnitude synchronization is complete, reconnect to the upper power system and terminate the voltage phase and magnitude synchronization control.

위와 같은 절차는 다음과 같이 간략하게 적용될 수도 있다.The above procedure may be briefly applied as follows.

1) 마이크로그리드의 기준 주파수 및 전압을 상위 전력계통의 주파수 및 전압 부근으로 회복('1.첫번째 제어 단계'의 '(1) 기준 주파수 회복', '(2) 기준 전압 회복' 참조)1) Restore the reference frequency and voltage of the microgrid to the frequency and voltage of the upper power system (refer to '(1) Reference Frequency Recovery' and '(2) Reference Voltage Recovery' in '1.First Control Step')

2) 상위 전력계통과 전압 위상을 동기화하기 위한 전압 위상 동기화 제어 시작('2. 두번째 제어 단계'의 '(1) 전압 위상 동기화' 참조)2) Start of voltage phase synchronization control to synchronize the upper power system and voltage phase (see '(1) Voltage Phase Synchronization' in '2. Second Control Stage')

3) 전압 위상 동기화가 완료되어 동기화를 수행하는 마이크로전원의 유효전력이 감소된 후, 상위 전력계통과 전압 크기를 동기화하기 위한 전압 크기 동기화 시작('2. 두번째 제어 단계'의 '(2) 전압 크기 동기화' 참조)3) After the voltage phase synchronization is completed and the active power of the micro power supply performing the synchronization is reduced, the voltage magnitude synchronization starts to synchronize the voltage magnitude with the upper power system ('2 voltage in' 2. Second Control Phase '). Size sync ”)

4) 전압 위상 및 크기 동기화가 완료되면, 상위 전력계통과 재접속하고 전압 위상 및 크기 동기화 제어 종료4) Once the voltage phase and magnitude synchronization is complete, reconnect to the upper power system and terminate the voltage phase and magnitude synchronization control.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.

감산기(502)
비례이득 블록(503)
합산기(506)
감산기(602)
적분 제어기(603)
합산기(606)
Subtractor (502)
Proportional Gain Block (503)
Summer (506)
Subtractor (602)
Integral Controller (603)
Summer (606)

Claims (12)

다수의 마이크로전원을 포함하는 마이크로그리드에서 단독 운전 중 상위 전력계통과 재접속하기 위한 동기화 제어 방법에 있어서,
단독 운전 중인 마이크로그리드와 상위 전력계통을 연결하는 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 출력을 조정하여, 상기 마이크로그리드의 전압 위상 및 전압 크기를 상기 상위 전력계통의 전압 위상 및 전압 크기와 동기화하기 위하여,
상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 유효 전력과 무효 전력을 각각 '0' 또는 다른 마이크로전원 보다 상대적으로 적은 출력으로 회복하면서 상기 마이크로그리드의 기준 주파수 및 전압을 상기 상위 전력계통의 주파수 및 전압 크기 부근으로 각각 조정하는 제1 제어단계; 및
상기 마이크로전원의 출력을 조정하여 상기 마이크로그리드의 전압 위상 및 전압 크기를 상기 상위 전력계통과 동기화하는 제2 제어단계를 포함하고,
상기 제2 제어단계는, 상기 상위 전력계통과 전압 위상 동기화를 위해 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 유효전력을 제어하는 단계; 및
상기 상위 전력계통과 전압 크기 동기화를 위해 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 무효전력을 제어하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기화 제어 방법.
A synchronization control method for reconnecting to an upper power system during a single operation in a microgrid including a plurality of micro power sources,
In order to adjust the output of the micro power source located close to the PCC connecting the upper power system and the micro grid in operation alone, to synchronize the voltage phase and voltage magnitude of the micro grid with the voltage phase and voltage magnitude of the upper power system.
The reference frequency and voltage of the microgrid are the frequency and voltage magnitude of the upper power system while restoring the active power and the reactive power of the micropower located near the PCC to a relatively smaller output than '0' or other micropower, respectively. A first control step of adjusting each to near; And
And adjusting a output of the micro power supply to synchronize the voltage phase and voltage magnitude of the micro grid with the upper power system.
The second control step may include: controlling an active power of the micropower source located close to the PCC for synchronizing the upper power system with the voltage phase; And
Controlling reactive power of the micropower located close to the PCC for synchronizing voltage magnitude with the upper power system
Synchronization control method of a microgrid comprising a.
다수의 마이크로전원을 포함하는 마이크로그리드에서 단독 운전 중 상위 전력계통과 재접속하기 위한 동기화 제어 방법에 있어서,
단독 운전 중인 마이크로그리드와 상위 전력계통을 연결하는 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 출력을 조정하여 상기 마이크로그리드의 전압 위상 및 전압 크기를 상기 상위 전력계통의 전압 위상 및 전압 크기와 동기화하기 위하여,
상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 유효 전력을 '0' 또는 다른 마이크로전원 보다 상대적으로 적은 출력으로 회복하면서 상기 마이크로그리드의 기준 주파수를 상기 상위 전력계통의 주파수 부근으로 조정하는 단계;
상기 상위 전력계통과 전압 위상 동기화를 위해 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 유효전력을 제어하는 단계;
상기 전압 위상 동기화가 완료되어, 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 유효전력이 감소된 후, 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 무효 전력을 '0' 또는 다른 마이크로전원 보다 상대적으로 적은 출력으로 회복하면서 상기 마이크로그리드의 기준 전압을 상기 상위 전력계통의 전압 크기 부근으로 조정하는 단계; 및
상기 상위 전력계통과 전압 크기 동기화를 위해 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 무효전력을 제어하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기화 제어 방법.
A synchronization control method for reconnecting to an upper power system during a single operation in a microgrid including a plurality of micro power sources,
In order to adjust the output of the micro power source located close to the PCC connecting the upper power system with the micro grid in operation alone, to synchronize the voltage phase and voltage magnitude of the micro grid with the voltage phase and voltage magnitude of the upper power system.
Adjusting the reference frequency of the microgrid to near the frequency of the upper power system while recovering the active power of the micropower located near the PCC to an output less than '0' or other micropower;
Controlling the active power of the micropower source located close to the PCC for synchronizing the upper power system with the voltage phase;
After the voltage phase synchronization is completed and the active power of the micropower located close to the PCC is reduced, outputting less reactive power of the micropower located near the PCC to zero or other micropower. Adjusting the reference voltage of the microgrid to near the voltage level of the upper power system while recovering to; And
Controlling reactive power of the micropower located close to the PCC for synchronizing voltage magnitude with the upper power system
Synchronization control method of a microgrid comprising a.
다수의 마이크로전원을 포함하는 마이크로그리드에서 단독 운전 중 상위 전력계통과 재접속하기 위한 동기화 제어 방법에 있어서,
단독 운전 중인 마이크로그리드와 상위 전력계통을 연결하는 PCC에 가까이 위치된 마이크로전원의 출력을 조정하여 상기 마이크로그리드의 전압 위상 및 전압 크기를 상기 상위 전력계통의 전압 위상 및 전압 크기와 동기화하기 위하여,
상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 유효 전력 및 무효 전력을 각각 '0' 또는 다른 마이크로전원 보다 상대적으로 적은 출력으로 회복하면서 상기 마이크로그리드의 기준 주파수와 전압을 상기 상위 전력계통의 주파수 및 전압 크기 부근으로 각각 조정하는 단계;
상기 상위 전력계통과 전압 위상 동기화를 위해 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 유효전력을 제어하는 단계; 및
상기 전압 위상 동기화가 완료되어, 상기 PCC에 가장 가깝게 위치된 상기 마이크로전원의 유효전력이 감소된 후, 상기 상위 전력계통과 전압 크기 동기화를 위해 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 무효전력을 제어하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기화 제어 방법.
A synchronization control method for reconnecting to an upper power system during a single operation in a microgrid including a plurality of micro power sources,
In order to adjust the output of the micro power source located close to the PCC connecting the upper power system with the micro grid in operation alone, to synchronize the voltage phase and voltage magnitude of the micro grid with the voltage phase and voltage magnitude of the upper power system.
The reference frequency and voltage of the microgrid are the frequency and voltage magnitude of the upper power system while restoring the active power and the reactive power of the micropower located near the PCC to a relatively smaller output than '0' or other micropower, respectively. Adjusting each to near;
Controlling the active power of the micropower source located close to the PCC for synchronizing the upper power system with the voltage phase; And
After the voltage phase synchronization is completed and the active power of the micropower closest to the PCC is reduced, the reactive power of the micropower close to the PCC is controlled to synchronize voltage magnitude with the higher power system. Steps to
Synchronization control method of a microgrid comprising a.
제1항에 있어서,
상기 제1 제어 단계에서,
수학식
Figure 112010066050776-pat00016

에 기초하여,
상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 유효 전력 설정치 P1 *과 유효전력 출력 P1(t), 상기 마이크로그리드 내 나머지 마이크로전원들의 i번째 마이크로전원의 유효전력 출력 Pi(t), 및 유효전력과 주파수간의 드룹 특성의 비례이득 kp들을 이용해, 상기 마이크로그리드 내 나머지 마이크로전원들의 각 유효 전력 설정치(Pi *)를 변경하여,
상기 마이크로그리드의 기준 주파수를 상기 상위 전력계통의 주파수 부근으로 조정하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기화 제어 방법.
The method of claim 1,
In the first control step,
Equation
Figure 112010066050776-pat00016

Based on
Active power setpoint P 1 * and active power output P 1 (t) of the micropower located close to the PCC, active power output P i (t) of the i-th micropower of the remaining micropowers in the microgrid, and effective By using the proportional gains k p of the droop characteristic between power and frequency, each effective power set point P i * of the remaining micro power supplies in the microgrid is changed,
And controlling the reference frequency of the microgrid to be close to the frequency of the upper power system.
제1항에 있어서,
상기 제1 제어 단계에서,
수학식
Figure 112010066050776-pat00017

에 기초하여,
상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 무효 전력 설정치 Q1 *과 무효전력 출력 Q1(t), 상기 마이크로그리드 내 나머지 마이크로전원들의 i번째 마이크로전원의 무효전력 출력 Qi(t), 및 무효전력과 전압간의 드룹 특성의 비례이득kQ들을 이용해, 상기 마이크로그리드 내 나머지 마이크로전원들의 각 무효 전력 설정치(Qi *)를 변경하여, 상기 마이크로그리드의 기준 전압을 상기 상위 전력계통의 전압 부근으로 조정하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기화 제어 방법.
The method of claim 1,
In the first control step,
Equation
Figure 112010066050776-pat00017

Based on
Reactive power setpoint Q 1 * and reactive power output Q 1 (t) of the micropower located close to the PCC, reactive power output Q i (t) of the i-th micropower of the remaining micropowers in the microgrid, and invalid By using the proportional gain k Q of the droop characteristic between power and voltage, each reactive power set point Q i * of the remaining micro power supplies in the micro grid is changed to shift the reference voltage of the micro grid to near the voltage of the upper power system. A method for controlling synchronization of a microgrid, characterized in that for adjusting.
제1항에 있어서,
상기 제2 제어 단계는, 상기 마이크로그리드의 전압 위상을 변경하기 위하여,
상기 상위 전력계통의 전압 위상 δu 와 상기 마이크로그리드의 전압 위상 δm의 차이인 전압 위상 오차를 계산하는 단계;
상기 전압 위상 오차와 전압 위상 동기화 이득 kδ을 곱하여 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 유효전력 설정치의 변동분 ΔP1 *을 결정하는 단계; 및
상기 유효전력 설정치의 변동분 ΔP1 *과 상기 마이크로전원의 유효전력 설정치 P1 *를 더하여 전압 위상 동기화를 위해 상기 마이크로전원의 수정된 유효전력 설정치 P1'*를 출력하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기화 제어 방법.
The method of claim 1,
The second control step, in order to change the voltage phase of the microgrid,
Calculating a voltage phase error that is a difference between the voltage phase δ u of the upper power system and the voltage phase δ m of the microgrid;
Multiplying the voltage phase error by a voltage phase synchronization gain k δ to determine a variation ΔP 1 * of the active power setpoint of the micropower source located close to the PCC; And
Outputting the modified active power setting value P 1 ' * of the micro power supply for voltage phase synchronization by adding the change ΔP 1 * of the active power setting value and the active power setting value P 1 * of the micro power supply;
Synchronization control method of a microgrid comprising a.
제6항에 있어서,
상기 유효전력 설정치의 변동분 ΔP1 *은, 상기 마이크로전원의 유한 용량에 기초하여 보호를 위해 특정 범위(ΔPmin~ΔPmax)로 제한되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기화 제어 방법.
The method of claim 6,
The variation ΔP 1 * of the set value of the active power is limited to a specific range (ΔP min to ΔP max ) for protection based on the finite capacity of the micro power supply.
제6항에 있어서,
상기 유효전력 설정치의 변동분 ΔP1 *의 한계치 ΔP1 max * 또는 ΔP1 min *는,
수학식
Figure 112010066050776-pat00018

Figure 112010066050776-pat00019

Figure 112010066050776-pat00020

Figure 112010066050776-pat00021

에 기초하여 결정되어 동기화를 수행하는 해당 마이크로전원의 하드 리미터에 설정되며,
여기서, kp1는 동기화를 수행하는 마이크로전원의 유효전력과 주파수간 드룹 특성의 비례이득, kpi는 마이크로그리드 내 i 번째 마이크로전원의 유효전력과 주파수간 드룹 특성의 비례이득, P1 max는 동기화를 수행하는 마이크로전원의 최대 유효 전력 허용치, P1 min는 동기화를 수행하는 마이크로전원의 최소 유효 전력 허용치, Pi *는 상기 마이크로그리드 내 나머지 마이크로전원들의 각 유효 전력 설정치, PL은 마이크로그리드 내 부하에서 요구하는 유효전력인 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기화 제어 방법.
The method of claim 6,
The limit value ΔP 1 max * or ΔP 1 min * of the variation ΔP 1 * of the active power set value is
Equation
Figure 112010066050776-pat00018

Figure 112010066050776-pat00019

Figure 112010066050776-pat00020

Figure 112010066050776-pat00021

Is determined based on the hard limiter of the corresponding micropower that performs the synchronization,
Where k p1 is the proportional gain of the droop characteristic between the active power and the frequency of the micropower to perform the synchronization, k pi is the proportional gain between the droop characteristic between the active power and the frequency of the i-th micropower in the microgrid and P 1 max is the synchronization P 1 min is the minimum active power allowance of the micropower to perform the synchronization, P i * is the respective active power set value of the remaining micropowers in the microgrid, P L is the microgrid in the microgrid A microgrid synchronous control method, characterized in that the active power required by the load.
제1항에 있어서,
상기 제2 제어 단계는, 상기 마이크로그리드의 전압 크기를 변경하기 위하여,
상기 상위 전력계통의 전압 크기 Vu 과 상기 마이크로그리드의 전압 크기 Vm의 차이인 전압 크기 오차를 계산하는 단계;
상기 전압 크기 오차와 전압 크기 동기화 이득(kV)을 곱한 후 적분하여 상기 PCC에 가까이 위치된 상기 마이크로전원의 무효전력 설정치의 변동분 ΔQ1 *을 결정하는 단계; 및
상기 무효전력 설정치의 변동분 ΔQ1 *과 상기 마이크로전원의 무효전력 설정치 Q1 *를 더하여 전압 크기 동기화를 위해 상기 마이크로전원의 수정된 무효전력 설정치 Q1'*를 출력하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기화 제어 방법.
The method of claim 1,
In the second control step, in order to change the voltage magnitude of the microgrid,
Calculating a voltage magnitude error that is a difference between the voltage magnitude V u of the upper power system and the voltage magnitude V m of the microgrid;
Multiplying the voltage magnitude error by a voltage magnitude synchronization gain k V and integrating the voltage magnitude error to determine a variation ΔQ 1 * of the reactive power setpoint of the micro-power source located near the PCC; And
Adding the variation ΔQ 1 * of the reactive power setpoint and the reactive power setpoint Q 1 * of the micropower to output the modified reactive power setpoint Q 1 ' * of the micropower for voltage magnitude synchronization.
Synchronization control method of a microgrid comprising a.
제9항에 있어서,
상기 무효전력 설정치의 변동분 ΔQ1 *은, 상기 마이크로전원의 유한 용량에 기초하여 보호를 위해 특정 범위(ΔQmin~ΔQmax)로 제한되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기화 제어 방법.
10. The method of claim 9,
The variation ΔQ 1 * of the reactive power set value is limited to a specific range (ΔQ min to ΔQ max ) for protection based on the finite capacity of the micro power supply.
드룹 특성의 제어 기반인 다수의 마이크로전원에 의해 단독 운전되는 마이크로그리드에서,
드룹 특성의 제어 기반인 특정 마이크로전원에 구비된 에너지 저장장치의 관리를 위해 해당 마이크로전원의 출력을 원하는 값으로 조정하기 위하여,
해당 마이크로전원의 유효전력 설정치(P1 *)를 원하는 출력 설정치로 설정하는 단계; 및
수학식
Figure 112010066050776-pat00022

에 기초하여, 해당 마이크로전원의 유효전력 설정치 P1 *과 유효전력 출력 P1(t), 상기 마이크로그리드 내 나머지 마이크로전원들의 i번째 마이크로전원의 유효전력 출력 Pi(t), 및 유효전력과 주파수간 드룹 특성의 비례이득 kp들을 이용해, 상기 마이크로그리드 내 다른 마이크로전원들의 유효전력 설정치(Pi *)를 변경하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로전원의 출력 조정 방법.
In microgrids operated solely by multiple micropower sources, which are the control base of droop characteristics,
In order to adjust the output of the micropower to the desired value for the management of the energy storage device provided in the specific micropower which is the control base of the droop characteristic,
Setting an active power set point P 1 * of the corresponding micro power supply to a desired output set point; And
Equation
Figure 112010066050776-pat00022

Based on the active power setting value P 1 * and the active power output P 1 (t) of the corresponding micropower, the active power output P i (t) of the i-th micropower of the remaining micropowers in the microgrid, and Changing the active power setpoint Pi * of the other micropowers in the microgrid, using the proportional gains k p of the droop characteristics between frequencies;
Output adjustment method of the micro power source comprising a.
드룹 특성에 기반한 다수의 마이크로전원으로 운전되는 마이크로그리드에서, 드룹 특성에 기반한 마이크로전원의 유효전력 제어기가,
유효전력 설정치 P1 *에 유효전력 설정치의 변동분 ΔP1 *을 더하여 수정된 유효전력 설정치 P1'*를 결정하고,
상기 유효전력 설정치의 변동분 ΔP1 *에 따른 상기 마이크로전원의 유효 전력 출력 변동을 특정 범위(ΔPmin~ΔPmax) 내로 제한하기 위하여,
상기 변동분 ΔP1 *의 한계치 ΔP1 max *또는 ΔP1 min *를 하드 리미터에 설정하여 상기 마이크로전원의 출력을 조정하되,
상기 한계치 ΔP1 max *또는 ΔP1 min *는,
수학식
Figure 112010066050776-pat00023

Figure 112010066050776-pat00024

Figure 112010066050776-pat00025

Figure 112010066050776-pat00026

에 기초하여 결정되고,
여기서, kp1는 상기 마이크로전원의 유효전력과 주파수간 드룹 특성의 비례이득, kpi는 마이크로그리드 내 i 번째 마이크로전원의 유효전력과 주파수간 드룹 특성의 비례이득, P1 max는 상기 마이크로전원의 최대 유효전력 허용치, P1 min는 동기화를 수행하는 마이크로전원의 최소 유효 전력 허용치, Pi *는 상기 마이크로그리드 내 나머지 마이크로전원들의 각 유효전력 설정치, PL은 마이크로그리드 내 부하에서 요구하는 유효전력인 것을 특징으로 하는 마이크로전원의 출력 조정 방법.
In a microgrid operated with a plurality of micropowers based on droop characteristics, an active power controller of a micropower based on droop characteristics,
Determining the active power set value P 1 * for the addition to the variation of the active power set value ΔP 1 * corrected active power set value P 1 '-, and
In order to limit the active power output variation of the micro power supply according to the variation ΔP 1 * of the active power set value within a specific range (ΔP min to ΔP max ),
Adjust the output of the micro power supply by setting the threshold ΔP 1 max * or ΔP 1 min * of the variation ΔP 1 * to the hard limiter,
The threshold ΔP 1 max * or ΔP 1 min * is
Equation
Figure 112010066050776-pat00023

Figure 112010066050776-pat00024

Figure 112010066050776-pat00025

Figure 112010066050776-pat00026

Is determined based on
Here, k p1 is a proportional gain of the droop characteristics between the active power and the frequency of the micro-power source, k pi is a proportional gain of the droop characteristics between the active power and the frequency of the i-th micropower in the microgrid, P 1 max is the Maximum active power allowance, P 1 min is the minimum active power allowance of the micropower to perform the synchronization, P i * is the active power setting of each of the remaining micropowers in the microgrid, P L is the active power required by the load in the microgrid The output adjustment method of a micro power supply characterized by the above-mentioned.
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