KR101109691B1 - 적은 고조파 왜율을 갖는 주파수 변동의 단독운전 검출방법 - Google Patents

적은 고조파 왜율을 갖는 주파수 변동의 단독운전 검출방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101109691B1
KR101109691B1 KR1020100062452A KR20100062452A KR101109691B1 KR 101109691 B1 KR101109691 B1 KR 101109691B1 KR 1020100062452 A KR1020100062452 A KR 1020100062452A KR 20100062452 A KR20100062452 A KR 20100062452A KR 101109691 B1 KR101109691 B1 KR 101109691B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frequency
inverter
single operation
output current
correlation index
Prior art date
Application number
KR1020100062452A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120001855A (ko
Inventor
유병규
유권종
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020100062452A priority Critical patent/KR101109691B1/ko
Publication of KR20120001855A publication Critical patent/KR20120001855A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101109691B1 publication Critical patent/KR101109691B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/388—Islanding, i.e. disconnection of local power supply from the network

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 계통연계 분산전원 시스템의 단독운전(islanding)을 검출하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게 단독운전 현상을 능동적 주파수 변동기법에서 주파수의 변화량과 cf(chopping fraction)의 변화량으로 주파수 변동의 상관관계를 이용한 단독운전 검출방법에 관한 것이다.
보다 더 구체적으로 본 발명은 분산전원 계통 연계지점에서의 계통 전압, 인버터 출력전압 및 인버터 출력전류의 데이터를 획득하고, 상기 데이터를 샘플링하여 인버터 출력전압(V inv )의 제로-크로싱(Zero Crossing)이 맞춰지는 단계; 상기 제로-크로싱 상태에서 주기적으로 주파수가 변동된 인버터의 출력전류(I inv )를 주입하는 단계; 상기 인버터의 출력전류의 주파수의 변화량 및 cf(Chopping fraction)의 변화량을 이용하여 주파수 변동의 상관관계 지수(cp)를 계산하는 단계; 및 상기 상관관계 지수(cp)와 상관관계 지수의 경계값을 비교하여, 단독운전을 검출하는 단계;를 포함하는 단독운전 검출방법을 제공한다.

Description

적은 고조파 왜율을 갖는 주파수 변동의 단독운전 검출방법 {Frequency Drift Anti-islanding Method with low harmonic components}
본 발명은 계통연계 분산전원 시스템의 단독운전(islanding)을 검출하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 단독운전 현상을 능동적 주파수 변동기법에서 주파수의 변화량과 cf(chopping fraction)의 변화량으로 주파수 변동의 상관관계를 이용한 단독운전 검출방법에 관한 것이다.
최근 화석에너지 고갈과 환경오염 문제로 대체 에너지를 이용한 발전에 전 세계적으로 많은 관심이 집중되고 있다. 대체 에너지를 통한 발전은 대용량 발전에 비해 용량이 작고 수요지 근처에 분산적으로 존재하여 분산전원이라 부른다. 초기의 분산전원은 용량이 작아 기존 전력계통과는 분리된 상태로 운전되었는데, 최근에는 그 용량이 증가하면서 전력계통과 연계된 상태로 가동되고 있다.
분산전원은 일반적으로 차단기의 구조를 갖는 계통연계 장치를 통해 전력계통과 연계되어 상시에는 함께 연결되고 전력계통에 문제가 발생하면 전력계통과 분리되는 구조를 갖는다.
연계하여 운전되는 중 상용 교류전원이 공급되는 측에서 지락이나 단락과 같은 사고가 발생하면 계통연계 장치가 개방되어 상용전원 전력계통과 분산전원 계통이 분리되고 이에 따라 전력계통에서 발생한 과전류가 부하로 흐르지 않아 부하 및 계통연계 분산전원 시스템을 보호할 수 있다.
이때 전력계통이 분리되면 분산전원만이 부하에 연결되어 전력을 공급하게 되는데 이러한 상태를 단독운전(islanding) 상태라 한다. 즉, 계통 연계형 시스템에서의 단독운전(islanding)이란 상용계통이 정전으로 인해 배전계통과 차단된 경우 태양광발전시스템과 같은 분산전원이 하나의 독립된 배전계통을 구성하여 부하에 발전전력을 지속적으로 공급하고 있는 현상을 말한다.
그러나 이러한 단독운전 상태에서는 분산전원이 생산하는 유효전력의 크기와 부하의 크기에 따라 주파수 변동이 발생하여 안정적인 전력공급이 어려운 경우가 있으며, 단독운전 상태가 지속되는 중 전력계통 측의 전원이 회복되면 양측 전압의 위상차에 의해 단락 또는 탈조가 발생하는 사고가 일어날 가능성이 있다. 따라서 분산전원의 계통 연계시에는 이러한 단독운전 상태를 신속하게 감지하는 것이 필요하다.
이러한 단독운전 검출기법은 크게 수동적 기법과 능동적 기법으로 분류할 수 있다. 수동적 기법은 기본적으로 전압과 주파수 등 인버터의 제어에 필요한 시스템 파라미터를 이용하여 검출된 파라미터가 정상범위를 벗어나는 경우 단독운전임을 판단하여 인버터를 정지시키는 방법이다. 그러나 인버터의 출력전력과 부하의 소모 전력이 일치하는 경우에 단독운전 발생시 전압 및 주파수의 변화가 매우 미소하므로 단독운전 검출이 실패할 확률이 높다.
이런 단점을 보완한 능동적 기법은 인버터의 출력전류에 임의의 외란을 인가하여 단독운전 발생시 전압의 크기 또는 주파수의 변화를 유도하는 기법이다. 특히 그 중 능동형 주파수 변동기법(Active Frequency Drift Method; AFD 기법)이 많이 알려져서 사용되고 있다.
AFD 기법은 전류의 주파수를 빠르게 해서, 단독운전이 발생했을시 빠른 주파수 변동에 대해서 전압의 주파수가 빠르게 변화하게 함으로써 변화된 전압의 주파수를 특정값까지 변동시켜서 단독운전을 검출하는 기법이다.
예를 들면, 한국전력공사 공칭 주파수가 60Hz 인데, 계통 정전이 발생하였을 때, AFD 기법을 통해 태양광 인버터는 주파수를 변동시켜 과주파수 릴레이(Over Frequency Relay; OFR)의 트립(Trip) 설정값인 60.5Hz(한국 기준)을 넘어서는 것으로 단독운전을 검출하는 것이다. 혹은 공칭 주파수 60Hz를 저주파수 릴레이(Under Frequency Relay : UFR)의 트립 (Trip) 설정값인 59.3Hz(한국 기준)을 넘어서는 것으로 단독운전을 검출하는 것이다.
이러한 AFD 기법은 계통과 연계되어 있는 상태에서, 전류의 주파수를 변동시킴으로 인해, 전류의 고조파 성분이 커져서 전력품질이 떨어지는 문제점이 있었다.
특히, 기존의 AFD 기법으로 상기 OFR 또는 UFR을 이용하여 단독운전을 검출하기 위해서는 주파수 변동분이 약 5%로 커지게 되는데, 이 수치는 전류 고조파 측정치인 THD(Total Harmonic Distortion; 총 고조파 왜곡) 성분을 5% 정도로 증가시켜 전력품질이 저하되며 이에 따라 전력설비의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.
따라서, 주파수 변동기법에 의한 단독운전 검출방법에 있어서, 전력품질이 낮아지는 것을 방지하고, 단독운전 검출 성능을 높이는 단독운전 검출방법이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 단독운전 현상을 능동적 주파수 변동기법에서 주파수의 변화량과 cf(chopping fraction)의 변화량으로 주파수 변동의 상관관계를 이용한 단독운전 검출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 주파수 변동에 따른 상관관계 지수를 사용해서, 현재 주파수 값이 과주파수 릴레이(Over Frequency Relay) 또는 저주파수 릴레이(Under Frequency Relay)에 도달하지 않더라도, 상관관계 지수(cp) 경계값 이상만 되면 바로 단독운전 검출이 가능한 방식을 채용하여 신속하게 검출가능한 단독운전 검출방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 인버터 출력전류의 주파수를 단방향으로 키우거나 낮추지 않고, 주파수의 증가 및 감소를 연속적으로 반복하여 주입함으로써, THD(Total Harmonic Distortion; 총 고조파 왜곡) 성분을 줄여 전력품질을 향상하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 분산전원 계통 연계지점에서의 계통 전압, 인버터 출력전압 및 인버터 출력전류의 데이터를 획득 하고, 상기 데이터를 샘플링하여 인버터 출력전압(V inv )의 제로-크로싱(Zero Crossing)이 맞춰지는 단계; 상기 제로-크로싱 상태에서 주기적으로 주파수가 변동된 인버터의 출력전류(I inv )를 주입하는 단계; 상기 인버터의 출력전류의 주파수의 변화량 및 cf(Chopping fraction)의 변화량을 이용하여 주파수 변동의 상관관계 지수(cp)를 계산하는 단계; 및 상기 상관관계 지수(cp)와 상관관계 지수의 경계값을 비교하여, 단독운전을 검출하는 단계;를 포함하는 단독운전 검출방법을 제공한다.
본 발명은 상기 단독운전 검출단계 후에, 단독운전이 검출되었다면, 트립(Trip)신호를 보내 분산전원 계통시스템의 인버터를 정지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단독운전 검출방법을 포함한다.
본 발명은 상기 상관관계 지수(cp)를 계산하는 단계에서, 상기 상관관계 지수(cp )는 하기의 식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 단독운전 검출방법을 포함한다.
Figure 112010042181203-pat00001
이때, Δfreq[k] = freq[k] - freq[k-1] 이고, Δcf[k] = cf[k] - cf[k-1]이다. 여기서 freq는 태양광 인버터의 출력전압의 주파수이고, Cf(Chopping fraction)는
Figure 112010042181203-pat00002
으로 나타낼 수 있는데, 여기서 T util 은 계통전압의 한 주기의 시간이고, t z 는 출력전류파형의 한주기 동안에 전류가 0인 시간이다. 또한, i는 현 시점, N은 상관관계 지수를 계산하는 계통 라인 주기수, k는 N주기 동안 상관관계 지수를 계산하는 시점을 의미한다.
본 발명에서 상기 인버터의 출력전류의 주입단계는, 상기 인버터 출력전압(V inv )의 한 주기마다, 양방향 능동형 주파수 변동기법(Active Frequency drift Method; AFD)에 의해 인버터 출력전류(I inv )의 cf(Chopping fraction)를 주기적으로 키우거나 낮추어서 인가하는 것을 특징으로 하는 단독운전 검출방법을 포함한다.
본 발명에서 상기 인버터의 출력전류의 변동 주기는, 인버터 출력전류(I inv )의 cf(Chopping fraction)를 R% 증가시킨 주기와 인버터 출력전류(I inv )의 cf(Chopping fraction)를 R% 감소시킨 주기가 교대로 형성되는 것을 특징으로 하는 단독운전 검출방법을 포함한다.
본 발명에서 상기 인버터 출력전류(I inv )의 cf(Chopping fraction)의 증감분 R%는, 1% 내지 5%인 것을 특징으로 하는 단독운전 검출방법을 포함한다.
본 발명에서 상기 상관관계 지수의 경계값은, 상기 상관관계 지수(cp)의 최대치의 80% 이하에서 정해지는 것을 특징으로 하는 단독운전 검출방법을 포함한다.
본 발명에 의해, 단독운전 현상을 능동적 주파수 변동기법에서 주파수의 변화량과 cf(chopping fraction)의 변화량으로 주파수 변동의 상관관계를 이용한 단독운전 검출방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의해, 주파수 변동에 따른 상관관계 지수를 사용해서, 현재 주파수 값이 과주파수 릴레이(Over Frequency Relay) 또는 저주파수 릴레이(Under Frequency Relay)에 도달하지 않더라도, 상관관계 지수(cp) 경계값 이상만 되면 바로 단독운전 검출이 가능하므로, 보다 신속한 단독운전 검출이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의해, 인버터 출력전류의 주파수를 단방향으로 키우거나 낮추지 않고, 주기적으로 주파수의 up/down을 수행하여, 2개의 연속 주기에 대해서 (+), (-) 상쇄효과로 인해, 고조파 전류가 줄어들어 THD(Total Harmonic Distortion) 성분이 낮아지게 되므로 전력품질을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의해, 상관관계 지수(cp)를 이용하여 단독운전을 검출하므로, cf(chopping fraction)를 작게 설정하여도 단독운전을 검출할 수 있으므로, cf의 크기가 감소함에 따라 출력전류의 THD (Total Harmonic Distortion) 또한 감소하게 되므로 전력품질이 좋아지는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 의한 단방향 AFD 기법의 예시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 AFD 기법의 예시도.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 AFD 기법의 chopping faction을 정의하기 위한 파형을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단독운전 검출방법에 적용된 시뮬레이션 회로의 예시도.
도 5a 종래기술에 의한 단방향 AFD 기법의 시뮬레이션 결과도.
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 AFD 기법의 시뮬레이션 결과도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 단독운전 검출방법의 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 종래기술에 의한 단방향 AFD 기법의 예시도이다.
능동적 주파수 변동기법(Active Frequency Drift: AFD)이란 PV시스템에서 계통으로 공급하는 전류의 주파수를 정확히 계통전압의 주파수에 동기시키는 것이 아니라 출력전류의 주파수를 계통전압의 주파수보다 빠르게 또는 느리게 바꾸어 단독운전 발생시 계통전압의 주파수에 변화가 발생하도록 하여 단독운전을 검출하는 기법을 말한다.
이러한 능동적 주파수 변동기법(Active Frequency Drift: AFD)은 출력전류에 왜곡을 인가함으로써 계통연계시 cf의 크기에 따라 출력 전류의 THD (Total Harmonic Distortion)가 증가하게 된다. 국제 규격에 의하면 정격출력시 출력전류의 THD는 5% 이내로 제한되기 때문에 인가할 수 있는 cf의 크기는 제한적이다. 또한 단독운전시 부하의 무효전력이 일정크기로 고정된 cf에 의하여 발생되는 무효전력과 지역부하가 상쇄되는 경우 주파수의 변동은 발생하지 않는다. 따라서 이 기법은 다른 능동적 기법에 비해 NDZ(Non-Detection Zone)가 폭 넓게 존재하는 문제점을 가지고 있다.
도 1을 참조하면, 기존의 단독운전 검출 기법은 단방향으로 주파수를 키우는 방법이 주류로 제안되어 사용되고 있었다.
이와 같은 단방향 AFD 기법은 전류의 주파수를 빠르게 해서, 단독운전이 발생했을시 빠른 주파수 변동에 대해서 전압의 주파수가 빠르게 변화하게 함으로써 변화된 전압의 주파수를 특정값까지 변동시켜서 단독운전을 검출하게 된다.
즉, 단방향 AFD 기법으로 과주파수 릴레이(Over Frequency Relay; OFR) 또는 저주파수 릴레이(Under Frequency Relay; UFR)를 이용하여 단독운전을 검출하기 위해서는 주파수 변동분이 약 5%로 커지게 되는데, 이 수치는 전류 고조파 측정치인 THD(Total Harmonic Distortion) 성분을 5% 정도로 증가시켜 전력품질이 저하되며 이에 따라 전력설비의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 AFD 기법의 예시도이다.
상술한 단방향 주파수 변동기법의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 단독운전 현상을 능동적 주파수 변동기법에서 주파수의 변화량과 cf(chopping fraction)의 변화량으로 주파수 변동의 상관관계를 이용한 단독운전 검출방법을 제안한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에서는 전류의 주파수를 연속적으로 키우거나(Upward) 낮추어(Downward) 주입하게 된다. 즉, 인버터 출력전류(I inv )의 cf(Chopping fraction)를 주기적으로 키우거나 낮추어서 인가하게 되는데, i) 일정구간에서는 인버터 출력전류(I inv )의 주파수가 인버터 출력전압(V inv )의 주파수보다 커지게되고, ii) 이에 비해 또 다른 일정구간에서는 인버터 출력전류(I inv )의 주파수가 인버터 출력전압(V inv )의 주파수보다 작아지게 된다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 주파수 변동을 기존의 단방향 주파수 변동기법(AFD)과 같이 단방향으로 하지않고, 주기적으로 up/down을 수행하여, 주파수를 키우는(Upward) 것과 낮추는(Downward) 것이 서로 상쇄되어, 계측되는 평균 THD(Total Harmonic Distortion) 성분이 줄어들게 되어 전력 품질이 향상되는 효과가 발생한다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 AFD 기법의 cf(chopping faction)을 정의하기 위한 파형을 나타낸 예시도이다.
본 발명이 제안하는 양방향 주파수 변동기법을 이용한 단독운전 검출 기법은 cf의 변화량과 주파수의 변화량의 상관관계를 이용한 단독운전 검출 기법이라고 할 수 있다. 즉, cf의 변화량과 주파수의 변화량을 이용하여 상관관계 지수(correlation parameter; cp )를 계산하고 이 값을 단독운전 검출 판단 지표로 사용한다. 여기서 cp를 계산하는 식은 하기의 수학식 1과 같다.
Figure 112010042181203-pat00003
여기서 cp는 상관관계 지수(correlation parameter), i는 현 시점, N은 상관관계 지수를 계산하는 계통 라인 주기수, k는 N주기 동안 상관관계 지수를 계산하는 시점을 의미하며, Δ freq[k] = freq[k] - freq[k-1] 이고, Δ cf[k] = cf[k] - cf[k-1]이다.
freq는 태양광 인버터의 출력전압의 계측된 주파수인데, Δ freq[k]는 현 [k] 시점에서의 계측된 주파수 freq[k]와 [k-1] 시점에서의 계측된 주파수 freq[k-1]의 증분으로 정의될 수 있다.
cf(Chopping fraction)은 전류의 주파수를 변동시키는 양을 정량적으로 정의한 지수인데, 하기의 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112010042181203-pat00004
여기서, T util 은 계통전압의 한 주기의 시간을 나타내고, t z 는 출력전류파형의 한 주기 동안에 전류가 0인 시간을 나타낸다.
상기 수학식 1을 참조하면, Δ cf[k] = cf[k] - cf[k-1] 로 정의되어, 현재 [k]시점에서의 cf 값과 직전 주기인 [k-1]시점에서의 cf 값 사이의 증분으로 정의된다.
cp 는 단독운전을 판단하기 위한 지수인데, i) cp값은 단독운전이 발생하기 전에는, 인버터 출력전압의 주파수를 한국전력에서 전압원으로 잡고 있기 때문에 Δf r eq 값이 거의 영이 되어 낮은 수치를 가지게 된다. ii) 그러나, 단독운전이 발생하면, 변동되는 주파수 변동 factor인 Δ cf값으로 인해 전압의 주파수 변동분인 Δf r eq이 변하게 되어, cp 값은 증가하게 된다.
즉, 단독운전 발생전에는 cp값이 낮은 값이 나오고, 단독운전 발생 후에는 cp값이 큰 값이 나오기 때문에, cp값을 단독운전 검출지수로 사용하는 것이 간편하고 용이하다고 할 수 있다.
종합하면, 본 발명에서는 전압의 한 주기마다 AFD기법의 cf를 +, -로 주기적으로 인가하여, 상기 수학식 1에서 계산되는 cp값을 가지고 단독운전을 판단하게 되는데, 기존의 단방향(+) AFD기법에 비해서, 적은 양의 cf주입을 통해서, 동일이상의 단독 운전 검출 성능을 구현할 수 있다. 그 이유는 기존의 AFD기법이 주파수 릴레이를 이용하여, 동작주파수가 주파수 릴레이 값(OFR:60.5[Hz], UFR:59.3[Hz])으로 도달하여야 정지하였지만, 본 발명은 cp를 통해서 보다 적은 외란 cf를 통해, 단독운전을 검출할 수 있기때문이다.
즉 바꾸어 말하자면, 본 발명에서 제안하는 기법은 기존의 단순히 주파수를 변동시켜 OFR/UFR을 이용하여 단독운전을 검출하는 방식보다, cf를 (+)(-)방향으로 주기적으로 변동시켜 전력 주파수를 변동시키는 외란의 크기를 줄일 수 있어 단독운전 검출 성능을 우수하게 가져가면서, 전력품질을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단독운전 검출방법에 적용된 시뮬레이션 회로의 예시도이다.
도 4의 시뮬레이션 회로는 3[kW]로 구성하였으며, 계통 전압은 220[Vrms]/60[Hz]이다. Load에서 R은 16.133[Ω], L=16.85[mH], C=414.2[㎌]으로써, 부하 공진지수(quality factor)는 2.5로 설정하고 단독운전 검출여부를 시험하였다.
도 5a는 종래기술에 의한 단방향 AFD 기법의 시뮬레이션 결과도이고, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 AFD 기법의 시뮬레이션 결과도이다.
도 5a를 참조하면, 0.5초에서 단독운전을 발생시켰을 때 능동적 주파수 변동기법에서는 단방향(+) 고정 cf를 5% 줬지만, 단독운전을 검출하지 못했다.
다만, 본 발명이 적용된 도 5b의 결과도를 참조하면, 0.5초 단독운전이 발생하기 전에는 상용계통 전압의 주파수가 cf의 변화에도 불구하고 변동이 없어 cp가 거의 영으로 나오고, 0.5초 이후 단독운전 발생 후에는 cf의 변동에 따라 인버터 출력 전압의 주파수가 달라지게 되어 cp가 증가하기 시작한다. 이 cp는 증가하기 시작하다가 설정값 0.04에 도달하여, 0.075초 만에 단독운전을 검출하여 인버터가 정지하게 된다. 여기서 상기 설정값 0.04는 상관관계 지수(cp)의 최대치의 80% 에 해당하는 값이라고 할 수 있다.
즉, 기존의 단방향 주파수 변동기법(AFD)과 같은 경우는 주파수 릴레이(Frequency Relay)를 사용하여, 동작주파수가 60H에서, 60.5Hz 의 과주파수 릴레이(Over Frequency Relay)나 59.3Hz의 저주파수 릴레이 (Under Frequency Relay)까지 주파수가 움직이도록 해서 단독운전을 검출하므로, 단독운전 검출에 있어서 주파수 변동시간이 더 소모되었으나, 본 발명에 의하면, 주파수 변동에 따른 상관관계 지수를 사용해서, 현재 주파수 값이 OFR(Over Frequency Relay)/UFR(Under Frequency Relay)에 도달하지 않더라도, 상관관계 지수(cp) 경계값 이상만 되면 바로 단독운전 검출이 가능하므로, 단독운전을 빠른 시간 내에 검출이 가능한 장점이 있다고 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 단독운전 검출방법의 순서도이다.
먼저, 분산전원 계통 연계지점에서의 계통 전압, 인버터 출력전압 및 인버터 출력전류의 데이터를 획득하고(S601), 상기 데이터를 샘플링하여(S602), 인버터 출력전압(V inv )의 제로-크로싱(Zero Crossing)이 맞춰지는 단계(S603)를 거치게 된다.
상기 데이터를 샘플링하는 단계(S602)는 사용하고자 하는 아날로그 신호를 특정간격마다 주기적으로 추출하여 디지털로 변환하는 단계로, 본 발명에서는 계통 전압, 인버터 출력 전압, 및 인버터 출력 전류 데이터의 아날로그 신호를 특정간격마다 주기적으로 추출하여 디지털 신호인 실효치를 계산하게 된다.
즉, 사용하고자 하는 아날로그 신호를 특정간격마다 주기적으로 추출함으로써 디지털로 전환하는 Data Sampling(S602)의 과정을 거친 정보를 얻게 되고, 상기 정보에서 얻어진 출력 전압의 주파수는 정현파인 교류 출력전압에서, (-)값에서 (+)값으로 변하는 순간부터 다음번 (-)값에서 (+)로 변하는 순간까지의 시간을 측정하는 제로 크로싱을 측정하게 된다.
다시 말하면, 상기 동작은 Zero Crossing of Output Voltage(S603) 일 경우에는 다음 동작인 Injection of periodic Up/Down AFD Method(S604)를 실행한다.
그리고, 상기 Zero Crossing of Output Voltage(S603)이 되지 않을 경우에는 다음 동작을 실행하지 않고, 데이터 샘플링 단계(S602)를 다시 거치고, 상기 출력전압의 제로 크로싱을 다시 맞추도록 한다.
이후 상기 제로-크로싱 상태에서 주기적으로 주파수가 변동된 인버터 출력전류(I inv )를 주입하는 단계를 거치게 된다.(S604)
상기 인버터 출력전류의 주입단계(S604)는, 상기 인버터 출력전압(V inv )의 한 주기마다, 양방향 능동형 주파수 변동기법(Active Frequency drift Method; AFD)에 의해 인버터 출력전류(I inv )의 cf(Chopping fraction)를 주기적으로 키우거나 낮추어서 인가하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 인버터의 출력전류의 변동 주기는, 인버터 출력전류(I inv )의 cf(Chopping fraction)를 R% 증가시킨 주기와 인버터 출력전류(I inv )의 cf(Chopping fraction)를 R% 감소시킨 주기가 교대로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있는데, 상기 R%의 범위는 1% 내지 5% 사이에서 결정되는 것이 바람직하다.
즉, 인버터 출력전류의 주입단계(S604)는 인버터 출력 전류의 주기를 키우거나 낮추기를 반복하여 공급하게 되는데, 연속적으로 전류의 주파수를 키우고 줄이는데 있어서 그 비율을 일정하게 하기 때문에 전체 주기를 통틀어 평균 출력을 계산했을 때는 인버터 출력전류의 주파수 변동치가 0에 가까우므로 고조파 왜율을 최소화하게 된다.
이후, 상기 인버터의 출력전류의 주파수의 변화량 및 cf(Chopping fraction)의 변화량을 이용하여 주파수 변동의 상관관계 지수(cp)를 계산하는 단계(S605)를거치게 된다.
본 발명에서 상기 상관관계 지수(cp)는 하기의 식에 의해 구할 수 있다.
Figure 112010042181203-pat00005
이때, Δ freq[k] = freq[k] - freq[k-1] 이고, Δ cf[k] = cf[k] - cf[k-1]이다. 여기서 freq는 태양광 인버터의 출력전압의 주파수이고, Cf(Chopping fraction)는
Figure 112010042181203-pat00006
으로 나타낼 수 있는데, 여기서 T util 은 계통전압의 한 주기의 시간이고, t z 는 출력전류파형의 한주기 동안에 전류가 0인 시간이다. 또한, i는 현 시점, N은 상관관계 지수를 계산하는 계통 라인 주기수, k는 N주기 동안 상관관계 지수를 계산하는 시점을 의미한다.
이후 상기 상관관계 지수(cp)와 상관관계 지수의 경계값을 비교하여, 단독운전을 검출하는 단계를 거치게 된다.(S606)
상관관계 지수와 경계값을 비교하는 단계(S606)는 기계산된 상관관계 지수값이 경계값보다 큰지를 판단하는 단계로, 상관관계 지수값이 경계값 이상이 되면 단독운전이 검출된 것으로 판단하게 된다.
상기 상관관계 지수의 경계값은, 상기 상관관계 지수(cp)값의 최대치의 80% 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 경계값의 범위는 0% 내지 80% 사이의 범위에서 결정될 수 있을 것이다. 도 5b를 참조하면, 한국전력의 공급전원을 기준으로 0.04(4.00m)가 상관관계 지수(cp)값의 최대치의 80%라고 할 수 있다.
이는 시스템의 오차 등을 고려한 수치로서 안정적으로 단독운전을 검출하기 위한 것으로, 이는 사용자가 시스템의 안정도와 관련하여 변경 설정할 수 있을 것이다.
이후 상기 단독운전 검출단계 후에, 단독운전이 검출되었다면, 트립(Trip)신호를 보내 분산전원 계통시스템의 인버터를 정지시키는 단계를 거치게 된다.(S607)
즉, 상기 S606단계에서 상관관계 지수값이 경계값 이상이 되면 단독운전이 검출된 것으로 판단되면, 트립(Trip)신호를 전송하여 인버터를 정지시키게 되며, 분산전원 계통시스템을 보호하게 된다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
110, 210, 310: 인버터 출력전류의 파형
120, 220, 320: 인버터 출력전압의 파형
T util : 계통전압의 한 주기의 시간
t z : 출력 전류파형의 한주기 동안에 전류가 0인 시간

Claims (7)

  1. 분산전원 계통 연계지점에서의 계통 전압, 인버터 출력전압 및 인버터 출력전류의 데이터를 획득 하고, 상기 데이터를 샘플링하여 인버터 출력전압(Vinv의 제로-크로싱(Zero Crossing)이 맞춰지는 단계;
    상기 제로-크로싱 상태에서 주파수의 증가 및 감소가 주기적으로 반복되는 방식으로 주파수가 변동된 인버터의 출력전류(Iinv)를 주입하는 단계;
    상기 인버터의 출력전류의 주파수의 변화량 및 cf(Chopping fraction)의 변화량을 이용하여 주파수 변동의 상관관계 지수(cp)를 계산하는 단계; 및
    상기 상관관계 지수(cp)와 상관관계 지수의 경계값을 비교하여, 단독운전을 검출하는 단계;
    를 포함하는 단독운전 검출방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 단독운전 검출단계 후에,
    단독운전이 검출되었다면, 트립(Trip)신호를 보내 분산전원 계통시스템의 인버터를 정지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단독운전 검출방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 상관관계 지수(cp)를 계산하는 단계에서,
    상기 상관관계 지수(cp )는 하기의 식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 단독운전 검출방법.
    Figure 112010042181203-pat00007

    ( 이때, Δfreq[k] = freq[k] - freq[k-1] 이고, Δcf[k] = cf[k] - cf[k-1]이다. 여기서 freq는 태양광 인버터의 출력전압의 주파수이고, Cf(Chopping fraction)는
    Figure 112010042181203-pat00008
    으로 나타낼 수 있는데, 여기서 T util 은 계통전압의 한 주기의 시간이고, t z 는 출력전류파형의 한주기 동안에 전류가 0인 시간이다. 또한, i는 현 시점, N은 상관관계 지수를 계산하는 계통 라인 주기수, k는 N주기 동안 상관관계 지수를 계산하는 시점을 의미한다.)
  4. 제 1항에 있어서, 상기 인버터의 출력전류의 주입단계는,
    상기 인버터 출력전압(V inv )의 한 주기마다, 양방향 능동형 주파수 변동기법(Active Frequency drift Method; AFD)에 의해 인버터 출력전류(I inv )의 cf(Chopping fraction)를 주기적으로 키우거나 낮추어서 인가하는 것을 특징으로 하는 단독운전 검출방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 인버터의 출력전류의 변동 주기는,
    인버터 출력전류(I inv )의 cf(Chopping fraction)를 R% 증가시킨 주기와 인버터 출력전류(I inv )의 cf(Chopping fraction)를 R% 감소시킨 주기가 교대로 형성되는 것을 특징으로 하는 단독운전 검출방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 인버터 출력전류(I inv )의 cf(Chopping fraction)의 증감분 R%는, 1% 내지 5%인 것을 특징으로 하는 단독운전 검출방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 상관관계 지수의 경계값은,
    상기 상관관계 지수(cp)의 최대치의 80% 이하에서 정해지는 것을 특징으로 하는 단독운전 검출방법.
KR1020100062452A 2010-06-30 2010-06-30 적은 고조파 왜율을 갖는 주파수 변동의 단독운전 검출방법 KR101109691B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100062452A KR101109691B1 (ko) 2010-06-30 2010-06-30 적은 고조파 왜율을 갖는 주파수 변동의 단독운전 검출방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100062452A KR101109691B1 (ko) 2010-06-30 2010-06-30 적은 고조파 왜율을 갖는 주파수 변동의 단독운전 검출방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120001855A KR20120001855A (ko) 2012-01-05
KR101109691B1 true KR101109691B1 (ko) 2012-01-31

Family

ID=45609351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100062452A KR101109691B1 (ko) 2010-06-30 2010-06-30 적은 고조파 왜율을 갖는 주파수 변동의 단독운전 검출방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101109691B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101434172B1 (ko) * 2013-03-07 2014-08-27 공주대학교 산학협력단 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 단독운전 검출 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101530207B1 (ko) * 2014-05-16 2015-06-19 공주대학교 산학협력단 태양광발전 인버터 시스템용 afd 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 afd 단독운전 검출 방법
CN104198841B (zh) * 2014-08-08 2017-03-29 武汉理工大学 一种光伏并网逆变器中的孤岛检测方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090100764A (ko) * 2008-03-21 2009-09-24 명지대학교 산학협력단 계통연계 분산전원 시스템 및 그의 단독운전 감지방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090100764A (ko) * 2008-03-21 2009-09-24 명지대학교 산학협력단 계통연계 분산전원 시스템 및 그의 단독운전 감지방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101434172B1 (ko) * 2013-03-07 2014-08-27 공주대학교 산학협력단 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 단독운전 검출 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120001855A (ko) 2012-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8896330B2 (en) Method and apparatus for grid impedance detection
US8736111B2 (en) Apparatus and method for the anti-islanding of power conditioning system
US8957666B2 (en) Anti-islanding protection in three-phase converters using grid synchronization small-signal stability
US9843191B2 (en) Power converter for executing anti-islanding procedures upon detecting an islanding condition
KR101015802B1 (ko) 단독운전방지 단상 태양광 발전시스템
Bakhshi et al. Voltage positive feedback based active method for islanding detection of photovoltaic system with string inverter using sliding mode controller
ITTO20100661A1 (it) Metodo e dispositivo per la massimizzazione della potenza elettrica prodotta da un generatore, in particolare un generatore basato su una fonte energetica rinnovabile.
Ahmad et al. An effective passive islanding detection method for PV single-phase grid-connected inverter
CN102377195B (zh) 独立运转检测装置
KR101109691B1 (ko) 적은 고조파 왜율을 갖는 주파수 변동의 단독운전 검출방법
CN106877395B (zh) 一种综合频率和相位信息的光伏并网逆变器孤岛检测方法
Yu et al. A robust anti-islanding method for grid-connected photovoltaic inverter
CN106124890B (zh) 一种光伏并网发电系统的反孤岛检测方法
JP2012026836A (ja) 分散型電源の周波数検出方法及び系統連系保護装置
KR20080043088A (ko) 유효전력 변동방식을 이용한 높은 전력품질의 단독운전검출 방법
Zhang et al. Control strategy of low voltage ride-through for grid-connected photovoltaic inverter
US9036380B2 (en) Multi-level inverter control method and controller for a wind generation power system
CN105262137B (zh) 带电压频率绝对值正反馈的主动频率偏移防孤岛控制算法及系统
KR101530207B1 (ko) 태양광발전 인버터 시스템용 afd 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 afd 단독운전 검출 방법
Rajput et al. A single phase double stage grid interfaced photovoltaic system based on improved least mean square algorithm
Das et al. An adaptive ε–Normalized signed regressor LMF algorithm for power quality improvement in wind-solar based distributed generation system
Liu et al. An active islanding detection method for grid-connected converters
KR101434172B1 (ko) 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 단독운전 검출 방법
CN203135454U (zh) 级联型静止同步补偿器
Lee et al. Islanding detection method for inverter-based distributed generation through injection of second order harmonic current

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150115

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160111

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170102

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180105

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181211

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191210

Year of fee payment: 9