KR101125795B1 - 정지형 보상기의 제어 장치 및 정지형 보상기의 안정화 제어 방법 - Google Patents

정지형 보상기의 제어 장치 및 정지형 보상기의 안정화 제어 방법 Download PDF

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Abstract

정지형 보상기의 제어 장치 및 정지형 보상기의 안정화 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 정지형 보상기에 접속하는 정지형 보상기의 제어 장치에 있어서, 여유 마진 설정량 및 정지형 보상기의 무효 전력 출력량을 이용하여 여유 마진 비교량을 생성하고, 여유 마진 비교량 및 무효 전력 설정량을 이용하여 무효 전력 입력량을 생성하는 전력 마진 제어기; 무효 전력 입력량 및 계통 모선 전압량을 이용하여 무효 전력 기준량을 생성하는 전압 제어기; 및 무효 전력 기준량 및 무효 전력 출력량을 이용하여 정지형 보상기에서 출력할 무효 전력을 제어하는 전력 제어량을 생성하는 무효 전력 제어기를 포함하는 정지형 보상기의 제어 장치가 제공된다.

Description

정지형 보상기의 제어 장치 및 정지형 보상기의 안정화 제어 방법{CONTROLLING APPARATUS OF STATIC SYNCHRONOUS COMPENSATOR AND METHOD FOR CONTROLLING STABILIZATION POWER SYSTEM OF STATIC SYNCHRONOUS COMPENSATOR}
본 발명은 정지형 보상기에 관한 것으로, 구체적으로 본 발명은 정지형 보상기의 제어 장치 및 정지형 보상기의 안정화 제어 방법에 관한 것이다.
정지형 보상기(Static synchronous Compensator : STATCOM)는 직류를 교류로 변환시키는 초고압 인버터를 이용하여 전력 계통의 전압을 보상하고 전력 계통의 안정성을 높이는 장치이다. 정지형 보상기는 송전 전압을 먼거리까지 보낼 때에 손실이 없고 안정성이 있게 하는 유연 송전 장치(Flexible AC Transmission System : FACTS)에 필요한 장치이다.
정지형 보상기는 전력 계통에서 장거리 선로나 과부하 등으로 인한 저전압이 발생할 경우에 무효 전력의 보상 기능이 강조된다. 또한, 정지형 보상기는 전압 안정도나 과도 안정도 등이 문제가 되는 전력 계통의 경우에 전력 계통의 고장에 대비한 안정화 제어의 역할이 강조된다. 정지형 보상기는 안정화 기능이 주로 요구되는 전력 계통의 경우에 외부 전력 계통의 사고에 대비하여 신속히 안정화 제어 기능을 수행하도록 가능한 충분한 용량의 안정화 제어를 위한 여유 마진을 확보하는 것이 중요하다. 즉, 외부의 계통 사고 등에 대한 안정화 제어를 효과적으로 수행하기 위해서는 순간적인 계통 전압의 저하에 대비하여 순동 무효 전력원을 공급할 수 있는 가능한 많은 무효 전력 출력의 여유 마진량의 확보가 매우 중요하다.
그러나, 정지형 보상기는 설비 용량의 제약으로 인하여 신속하고 연속적인 안정화 제어가 가능한 제어 영역이 한정되어 있다. 그리고, 정지형 보상기는 주로 전압 설정치 제어로 운전하므로 계통 전압을 일정하게 고정하도록 무효 전력 출력량을 가변시키기 때문에 외란 발생 시 순간적인 안정화 제어를 수행하기 위한 무효 전력 출력의 여유 마진량이 일정치 않다.
이에 따라, 여유 마진량을 확보하기 위해서 많은 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있다. 그러나, 종래의 정지형 보상기는 전력 계통의 비상 시에 운용 가능한 무효 전력 출력의 여유 마진량이 많이 확보되는 장점이 있지만, 정상 상태의 경우 정지형 보상기가 캐패시터와 같은 전압 보상이 리액턴스와 같이 지상(lag) 성분의 부하로 작용하여 모선 전압이 낮아지는 문제가 발생한다.
본 발명은 무효 전력 출력의 여유 마진량을 극대화시키는 정지형 보상기의 제어 장치 및 정지형 보상기의 안정화 제어 방법을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명은 전력 계통의 안정도를 향상시킬 수 있는 정지형 보상기의 제어 장치 및 정지형 보상기의 안정화 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 정지형 보상기에 접속하는 정지형 보상기의 제어 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 정지형 보상기에 접속하는 정지형 보상기의 제어 장치에 있어서, 여유 마진 설정량 및 정지형 보상기의 무효 전력 출력량을 이용하여 여유 마진 비교량을 생성하고, 상기 여유 마진 비교량 및 무효 전력 설정량을 이용하여 무효 전력 입력량을 생성하는 전력 마진 제어기; 상기 무효 전력 입력량 및 계통 모선 전압량을 이용하여 무효 전력 기준량을 생성하는 전압 제어기; 및 상기 무효 전력 기준량 및 상기 무효 전력 출력량을 이용하여 상기 정지형 보상기에서 출력할 무효 전력을 제어하는 전력 제어량을 생성하는 무효 전력 제어기를 포함하는 정지형 보상기의 제어 장치가 제공된다.
여기서, 상기 전력 마진 제어기는, 상기 무효 전력 출력량이 상기 여유 마진 설정량 보다 작을 경우에 상기 무효 전력 입력량을 생성하여 상기 전압 제어기로 전송한다.
이때, 상기 전력 마진 제어기는, 상기 여유 마진 설정량과 상기 무효 전력 출력량을 비교하여 상기 여유 마진 비교량을 생성하는 제1 비교부; 상기 여유 마진 비교량을 비례 적분하는 비례 적분 제어부; 및 상기 비례 적분 제어부에서 비례 적분한 여유 마진 설정량과 상기 무효 전력 설정량을 비교하여 무효 전력 입력량을 생성하는 제2 비교부를 포함한다.
그리고, 상기 전력 마진 제어기는, 상기 제1 비례 적분 제어부와 상기 제2 비교부 사이에 형성되는 스위치부; 및 상기 무효 전력 출력량 및 상기 여유 마진 설정량에 따라 상기 스위치부를 온(on) 또는 오프(off)시키는 스위치 제어부를 포함한다.
또한, 상기 스위치 제어부는, 상기 무효 전력 출력량이 상기 여유 마진 설정량 보다 작은지를 판단하고, 상기 무효 전력 출력량이 상기 여유 마진 설정량 보다 작으면 상기 스위치부가 온되도록 상기 스위치부를 제어한다.
이때, 상기 전력 마진 제어기는, 상기 스위치부가 온되면 상기 여유 마진 비교량과 상기 무효 전력 설정량을 비교하여 상기 무효 전력 입력량을 생성한다.
그리고, 상기 스위치 제어부는, 상기 무효 전력 출력량이 상기 여유 마진 설정량 보다 크면, 상기 스위치부가 오프되도록 상기 스위치부를 제어한다.
한편, 상기 제2 비교부는 상기 무효 전력 설정량을 상기 전압 제어기로 전송하되, 상기 전압 제어기는 상기 무효 전력 설정량과 상기 계통 모선 전압량을 비교하여 상기 무효 전력 기준량을 생성한다.
그리고, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 정지형 보상 통합 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 정지형 보상 통합 장치에 있어서, 전력 개통의 모선과 연결되는 변압기 및 상기 변압기와 접속하며 무효 전력을 출력하는 인버터를 포함하는 정지형 보상기; 상기 인버터에서 출력하는 무효 전력을 측정한 무효 전력 출력량 및 여유 마진 설정량을 이용하여 여유 마진 비교량을 생성하고, 상기 여유 마진 비교량 및 상기 무효 전력 설정량에 따라 무효 전력 입력량을 생성하는 전력 마진 제어기; 상기 무효 전력 입력량과 상기 모선의 계통 모선 전압량을 이용하여 무효 저력 기준량을 생성하는 전압 제어기; 및 상기 무효 전력 기준량 및 상기 무효 전력 출력량을 이용하여 상기 인버터에서 출력할 무효 전력을 제어하는 전력 제어량을 생성하는 무효 전력 제어기를 포함하는 정지형 보상 통합 장치가 제공된다.
이때, 상기 전력 마진 제어기는, 상기 여유 마진 설정량과 상기 무효 전력 출력량을 비교하여 상기 여유 마진 비교량을 생성하는 제1 비교부; 상기 여유 마진 비교량을 비례 적분하는 제1 비례 적분 제어부; 및 상기 무효 전력 출력량이 상기 여유 마진 설정량 보다 작으면 상기 제1 비례 적분 제어부에서 비례 적분한 여유 마진 비교량과 상기 무효 전력 설정량을 비교하여 상기 무효 전력 입력량을 생성하는 제2 비교부를 포함한다.
그리고, 상기 전력 마진 제어기는, 상기 제1 비례 적분 제어부와 상기 제2 비교부 사이에 형성되는 스위치부; 및 상기 무효 전력 출력량이 상기 여유 마진 설정량 보다 작으면 상기 스위치부가 온되도록 상기 스위치부를 제어하는 스위치 제어부를 더 포함한다.
한편, 상기 전압 제어기는, 상기 무효 전력 입력량과 상기 계통 모선 전압량을 비교하여 전압 차이량을 생성하고, 상기 전압 차이량을 비례 적분하여 상기 무효 전력 기준량을 생성한다.
또한, 상기 무효 전력 제어기는, 상기 무효 전력 기준량과 상기 무효 전력 출력량을 비교하여 무효 전력 비교량을 생성하고, 상기 무효 전력 비교량을 비례 적분하여 상기 전력 제어량을 생성한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전력 마진 제어기, 전압 제어기 및 무효 전력 제어기를 포함하는 제어 장치가 정지형 보상기의 안정화를 제어하는 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력 마진 제어기, 전압 제어기 및 무효 전력 제어기를 포함하는 제어 장치가 정지형 보상기의 안정화를 제어하는 방법에 있어서, (a) 전력 마진 제어기가 여유 마진 설정량과 정지형 보상기의 무효 전력 출력량을 비교하여 여유 마진 비교량을 생성하는 단계; (b) 상기 전력 마진 제어기가 상기 무효 전력 출력량과 상시 여유 마진 설정량에 따라 상기 여유 마진 비교량과 상기 무효 전력 설정량을 비교하여 무효 전력 입력량을 생성해서 전압 제어기로 전송하는 단계; (c) 상기 전압 제어기가 상기 무효 전력 입력량과 계통 모선 전압량을 비교하여 무효 전력 기준량을 생성해서 무효 전력 제어기로 전송하는 단계; (d) 상기 무효 전력 제어기가 상기 무효 전력 기준량과 상기 무효 전력 출력량을 이용하여 정지형 보상기에서 출력할 무효 전력을 제어하는 전력 제어량을 생성하는 단계; 및 (e) 상기 무효 전력 제어기가 상기 전력 제어량을 상기 정지형 보상기로 전송하는 단계를 포함하는 정지형 보상기의 안정화 제어 방법이 제공된다.
그리고, 상기 (b) 단계는, 상기 전력 마진 제어기가 상기 여유 마진 비교량을 비례 적분하는 단계; 상기 전력 마진 제어기가 상기 무효 전력 출력량이 상기 여유 마진 설정량 보다 작으면 스위치부가 온되도록 제어하는 단계; 상기 스위치부가 온되어 상기 전력 마진 제어기가 비례 적분한 상기 여유 마진 비교량과 상기 무효 전력 설정량을 비교하여 상기 무효 전력 입력량을 생성하는 단계; 및 상기 전력 마진 제어기가 상기 무효 전력 입력량을 상기 전압 제어기로 전송하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 전압 제어기가 상기 무효 전력 입력량과 상기 계통 모선 전압량을 비교하여 전압 차이량을 생성하는 단계; 상기 전압 제어기가 상기 전압 차이량을 비례 적분하여 상기 무효 전력 기준량을 생성하는 단계; 및 상기 전압 제어기가 상기 무효 전력 기준량을 상기 무효 전력 제어기로 전송하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 (d) 단계는, 상기 무효 전력 제어기가 상기 무효 전력 기준량과 상기 무효 전력 출력량을 비교하여 무효 전력 비교량을 생성하는 단계; 및 상기 무효 전력 제어기가 상기 무효 전력 비교량을 비례 적분하여 상기 전력 제어량을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 정지형 보상기의 제어 장치 및 정지형 보상기의 안정화 제어 방법은 무효 전력 출력의 여유 마진량을 극대화시켜 가능한 많은 전력 계통을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 정지형 보상기의 제어 장치 및 정지형 보상기의 안정화 제어 방법은 정지형 보상기에서 발생하는 무효 전력 출력의 여유 마진량을 증대시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 정지형 보상기의 제어 장치 및 정지형 보상기의 안정화 제어 방법은 전력 계통의 안정도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정지형 보상 통합 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 정지형 보상 통합 장치의 전력 마진 제어기를 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 정지형 보상 통합 장치의 전압 제어기를 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 정지형 보상 통합 장치의 무효 전력 제어기를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정지형 보상기의 안정화 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정지형 보상 통합 장치의 운전점 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 정지형 보상기의 제어 장치 및 정지형 보상기의 안정화 제어 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정지형 보상 통합 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 정지형 보상 통합 장치(50)는 정지형 보상기(70) 및 제어 장치(90)를 포함한다.
정지형 보상기(70)는 변압기(120), 인버터(130) 및 캐패시터(140)를 포함한다.
변압기(120)는 모선(110) 및 인버터(130)와 접속한다. 변압기(120)는 높은 계통 전압을 낮추어 인버터(130)가 허용할 수 있는 저전압(대전류)으로 변환하여 정지형 보상기(70)가 전압 제어를 수행할 수 있도록 임피던스(리액턴스)를 제공한다. 변압기(120)는 권선의 특수한 결합 기능 등을 이용하여 인버터(130)의 출력 전압의 고조파를 저감한다.
인버터(130)는 변압기(120)와 캐패시터(140)와 접속한다. 인버터(130)는 전력 계통과 동상인 전압 크기를 제어한다. 인버터(130)는 점호각 제어를 통한 펄스 출력을 한다. 인버터(130)는 출력 품질을 높이기 위해 여러 대의 인버터(130)들이 변압기(120)에 직렬로 연결될 수 있다.
제어 장치(90)는 전력 마진 제어기(200), 전압 제어기(300) 및 무효 전력 제어기(400)를 포함한다.
전력 마진 제어기(200)는 정지형 보상기(70)에서 출력하는 무효 전력의 여유 마진을 확보하기 위해 무효 전력 입력량을 전압 제어기(300)로 전송한다. 다시 말하면, 전력 마진 제어기(200)는 여유 마진 설정량 및 정지형 보상기(70)에서 출력하는 무효 전력 출력량을 이용하여 여유 마진 비교량을 생성한다. 전력 마진 제어기(200)는 여유 마진 비교량과 전압 제어기(300)에 입력되는 무효 전력 설정량을 이용하여 무효 전력 입력량을 생성한다. 그리고, 전력 마진 제어기(200)는 무효 전력 입력량을 전압 제어기(300)로 전송한다. 이러한 전력 마진 제어기(200)는 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
전압 제어기(300)는 무효 전력 입력량 및 계통 모선 전압량을 이용하여 무효 전력 기준량을 생성한다. 즉, 전압 제어기(300)는 전력 마진 제어기(200)로부터 수산한 무효 전력 입력량 및 모선(110)의 전압을 측정한 계통 모선 전압량을 이용하여 무효 전력 기준량을 생성한다. 이때, 무효 전력 기준량은 정지형 제어기에서 출력할 무효 전력의 기준량을 나타낸다. 이러한 전압 제어기(300)는 도 3을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
무효 전력 제어기(400)는 무효 전력 기준량 및 무효 전력 출력량을 이용하여 전력 제어량을 생성한다. 다시 말하면, 무효 전력 제어기(400)는 전압 제어기(300)로부터 수신한 무효 전력 기준량 및 정지형 보상기(70)에서 출력하는 무효 전력 출력량을 이용하여 전력 제어량을 생성한다. 이때, 전력 제어량은 정지형 보상기(70)를 제어하기 인버터(130)의 위상각일 수 있다. 이러한 무효 전력 제어기(400)는 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 나타낸 정지형 보상 통합 장치의 전력 마진 제어기를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전력 마진 제어기(200)는 제1 비교부(210), 제1 비례 적분 제어부(220), 스위치부(230), 스위치 제어부(240) 및 제2 비교부(250)를 포함한다.
제1 비교부(210)는 여유 마진 설정량(Qm) 및 무효 전력 출력량(Qg)을 이용하여 여유 마진 비교량(Vc)을 생성한다. 다시 말하면, 제1 비교부(210)는 사용자로부터 여유 마진 설정량(Qm)을 입력받는다. 이때, 여유 마진 설정량(Qm)은 외란 시에서 무효 전력의 여유 마진을 극대화시키기 위해 사용자가 설정한 여유 마진의 량을 나타낸다. 제1 비교부(210)는 인버터(130)에서 출력한 무효 전력 출력량(Qg)을 무효 전력 제어기(400)로부터 수신한다. 제1 비교부(210)는 여유 마진 설정량과 무효 전력 출력량(Qg)을 비교하여 여유 마진 비교량(Vc)을 생성한다.
제1 비례 적분 제어부(220)는 여유 마진 설정량(Qm)과 무효 전력 출력량(Qg)의 오차를 보정하기 위해 여유 마진 비교량(Vc)을 비례 계수 및 적분 계수를 이용하여 비례 적분한다.
스위치부(230)는 제1 비례 적분 제어부(220)와 제2 비교부(250) 사이에 형성되어 제1 비례 적분 제어부(220) 및 제2 비교부(250)와 접속한다. 스위치부(230)는 스위치 제어부(240)의 제어하여 온(on) 또는 오프(off)된다. 스위치부(230)는 온되어 제2 비교부(250)로 제1 비례 적분 제어부(220)에서 비례 적분한 여유 마진 비교량(Vc)을 제공한다.
스위치 제어부(240)는 여유 마진 설정량 및 무효 전력 출력량에 따라 스위치부(230)의 온 또는 오프를 제어한다. 즉, 스위치 제어부(240)는 무효 전력 출력량이 여유 마진 설정량 보다 작으면 스위치부(230)가 온되도록 제어한다. 한편, 스위치 제어부(240)는 무효 전력 출력량이 여유 마진 설정량 보다 크면 스위치부(230)가 오프되도록 제어한다.
제2 비교부(250)는 여유 마진 설정량(Vc) 및 무효 전력 설정량(Vref)을 이용하여 무효 전력 입력량을 생성한다. 이때, 무효 전력 설정량(Vref)은 사용자로부터 입력받으며 인버터(130)에서 출력한 무효 전력의 량을 나타낸다. 다시 말하면, 제2 비교부(250)는 스위치부(230)가 온되어 제1 비례 적분 제어부(220)로부터 비례 적분한 여유 마진 비교량(Vc)과 무효 전력 설정량(Vref)을 비교하여 무효 전력 입력량(Viref)을 생성한다. 그리고, 제2 비교부(250)는 무효 전력 입력량(Viref)을 전압 제어기(300)로 전송한다.
도 3은 도 1에 나타낸 정지형 보상 통합 장치의 전압 제어기를 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 전압 제어기(300)는 제1 변환부(310), 전압 생성부, 제1 연산부(330), 제2 비례 적분 제어부(340), 드롭 제어부(350), 제1 출력 제한부(360)를 포함한다.
제1 변환부(310)는 무효 전력 제어기(400)로부터 위상각(θ)을 입력받아 전력으로 변환한다. 다시 말하면, 제1 변환부(310)는 무효 전력 제어기(400)로부터 3상의 모선(110)의 위상각(θ)을 입력받아 유효 전력(Vd) 및 무효 전력(Vq)을 나타내는 2상의 신호로 변환한다. 예를 들어, 전력 계통은 A, B, C의 3상인 경우 이를 제어하기 어려우므로 제1 변환부(310)를 통해 d-q 축을 이용한 2상의 신호로 변환한다. 이때, 제1 변환부(310)는 D/Q(Distributed/Queue) 변환부일 수 있다.
전압 생성부는 전력 계통의 모선(110)에서 입력되는 초기 모선 전압(Vp)을 이용하여 계통 모선 전압(Vdq)을 생성한다. 즉, 전압 생성부는 전력 계통의 모선(110)에서 입력되는 초기 모선 전압(Vp)과 제1 변환부(310)로부터 제공된 유효 전력(Vd) 및 무효 전력(Vq)을 이용하여 계통 모선 전압(Vdq)을 생성한다.
제1 연산부(330)는 무효 전력 입력량(Viref) 및 계통 모선 전압(Vdq)을 이용하여 전압 차이량을 생성한다. 구체적으로, 제1 연산부(330)는 전력 마진 제어부로부터 무효 전력 입력량(Viref)을 수신한다. 제1 연산부(330)는 무효 전력 입력량(Viref)과 전압 생성부로부터 제공된 계통 모선 전압(Vdq)을 비교하여 전압 차이량을 생성한다.
한편, 제1 연산부(330)는 전력 마진 제어부로부터 무효 전력 입력량을 수신하지 않으면, 무효 전력 설정량과 계통 모선 전압을 비교하여 전압 차이량을 생성할 수 있다.
제2 비례 적분 제어부(340)는 전압 차이량을 비례 적분하여 무효 전력 기준량을 생생성한다. 즉, 제2 비례 적분 제어부(340)는 비례 계수 및 적분 계수를 통해 전압 차이량을 비례 적분하여 전압 차이량을 보정해서 무효 전력 기준량을 생성한다.
드롭 제어부(350)는 제2 비례 적분 제어부(340)의 제어 성능 민감도를 나타낸다. 예를 들어, 드롭 제어부(350)는 드롭값이 0이면 제2 비례 적분 제어부(340)가 민감하게 동작할 수 있다. 그러나 이와 같은 경우에는 정지형 보상기(70)의 용량이 한정되므로 드롭값을 1% 정도로 설정하여 성능과 용량을 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.
제1 출력 제한부(360)는 무효 전력 제어기(400)로 무효 전력 기준량(Vgref)을 전송한다. 다시 말하면, 제1 출력 제한부(360)는 전압 범위 정보를 이용하여 무효 전력 기준량(Vgref)을 제한하여 무효 전력 제어기(400)로 전송한다. 이때, 전압 범위 정보는 무효 전력 기준량(Vgref)을 제한하기 위한 최대값 및 최소값을 포함할 수 있다.
도 4는 도 1에 나타낸 정지형 보상 통합 장치의 무효 전력 제어기를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 무효 전력 제어기(400)는 위상 고정 루프(410), 제2 변환부(420), 제3 비교부(430), 제3 비례 적분 제어부(440), 제2 출력 제한부(450) 및 제2 연산부(460)를 포함한다.
위상 고정 루프(410)(Phase-locked loop : PLL, 410)는 전력 계통의 전압 파형과 정기형 보상기가 동기화되어 동작하므로 동기화 제어를 위하여 사용된다. 위상 고정 루프(410)는 제1 변환부(310)로 모선(110)의 위상각(θ)을 전송한다. 그리고, 위상 고정 루프(410)는 모선(110)의 위상각(θ)을 제2 연산부(460)로 제공한다.
제2 변환부(420)는 정지형 보상기(70)의 인버터(130)로부터 3상의 인버터(130) 전력 측정량을 수신한다. 제2 변환부(420)는 3상의 인버터(130) 전력 측정값을 2상의 전력값으로 변환하고, 무효 전력 출력량(Qg)을 계산하여 출력한다. 이러한, 제2 변환부(420)는 D/Q(Distributed/Queue) 변환부일 수 있다. 제2 변환부(420)는 제3 비교부(430)로 무효 전력 출력량(Qg)을 제공한다. 그리고, 제2 변환부(420)는 전력 마진 제어기(200)의 제1 비교부(210)로 무효 전력 출력량(Qg)을 전송한다.
제3 비교부(430)는 무효 전력 기준량(Vgref) 및 무효 전력 출력량(Qg)을 이용하여 무효 전력 비교량을 생성한다. 다시 말하면, 제3 비교부(430)는 전압 제어기(300)로부터 수신한 무효 전력 기준량(Vgref)과 무효 전력 출력량(Qg)을 비교하여 무효 전력 비교량을 생성한다.
제3 비례 적분 제어부(440)는 무효 전력 비교량을 보정하여 전력 제어량을 생성한다. 즉, 제3 비례 적분 제어부(440)는 무효 전력 비교량을 비례 계수 및 적분 계수를 통해 비례 적분하여 전력 제어량을 생성한다. 이때, 전력 제어량은 인버터(130)에서 출력하는 무효 전력의 출력량을 제어하기 위해 인버터(130)의 전압 위상각일 수 있다.
제2 출력 제한부(450)는 전력 제어량을 최대값 및 최소값을 포함하는 전압 범위 정보로 제한한다.
제2 연산부(460)는 전력 제어량 및 모선(110)의 위상각(θ)을 이용하여 최종 위상각을 생성한다. 다시 말하면, 제2 연산부(460)는 제2 출력 제한부(450)로부터 제공된 전력 제어량과 위상 고정 루프(410)로부터 제공된 모선(110)의 위상각(θ)을 더하기 연산하여 인버터(130)의 최종 위상각을 출력한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정지형 보상기의 안정화 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 전력 마진 제어기(200)는 여유 마진 설정량 및 무효 전력 출력량을 이용하여 여유 마진 비교량을 생성한다(S510). 즉, 전력 마진 제어기(200)의 제1 비교부(210)는 여유 마진 설정량과 무효 전력 출력량을 비교하여 여유 마진 비교량을 생성한다. 그리고, 제1 비례 적분 제어부(220)는 여유 마진 설정량과 무효 전력 출력량의 오차를 보정하기 위해 여유 마진 비례량을 비례 적분한다.
전력 마진 제어기(200)의 제2 비교부(250)는 사용자로부터 무효 전력 설정량을 입력받는다(S520).
전력 마진 제어기(200)는 무효 전력 출력량이 여유 마진 비교량 보다 작은지를 판단한다(S530). 즉, 전력 마진 제어기(200)의 스위치 제어부(240)는 무효 전력 출력량이 여유 마진 비교량 보다 작은지를 판단하여 스위치부(230)가 온 또는 오프되도록 제어한다.
만약, 전력 마진 제어기(200)는 무효 전력 출력량이 여유 마진 비교량 보다 크면 무효 전력 설정량을 이용하여 무효 전력 기준량을 생성한다(S540). 구체적으로, 전력 마진 제어기(200)의 스위치 제어부(240)는 무효 전력 출력량이 여유 마진 비교량 보다 크면 스위치부(230)가 오프되도록 제어한다. 제2 비교부(250)는 스위치부(230)가 오프되어 제1 비례 적분 제어부(220)로부터 비례 적분한 여유 마진 비례량을 제공받지 못하였으므로 사용자로부터 입력받은 무효 전력 설정량을 전압 제어기(300)로 전송한다. 그리고, 전압 제어기(300)의 제1 연산부(330)는 무효 전력 설정량과 계통 모선 전압을 비교하여 전압 차이량을 생성한다. 제2 비례 적분 제어부(340)는 전압 차이량을 비례 적분하여 무효 전력 기준량을 생성한다.
전력 마진 제어기(200)는 무효 전력 출력량이 여유 마진 비교량 보다 작으면 무효 전력 입력량을 생성한다(S550). 다시 말하면, 전력 마진 제어기(200)의 스위치 제어부(240)는 무효 전력 출력량이 여유 마진 비교량 보다 작으면 스위치부(230)가 온되도록 제어한다. 스위치부(230)는 스위치 제어부(240)에 제어하에 온된다. 제2 비교부(250)는 제1 비례 적분 제어부(220)로부터 여유 마진 비례량을 제공받는다. 제2 비교부(250)는 무효 전력 설정량과 여유 마진 비교량을 비교하여 무효 전력 입력량을 생성한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 정지형 보상 통합 장치(50)는 종래의 전압 제어기(300)로 전송할 무효 전력 설정량에서 여유 마진 비교량을 빼기 연산한 무효 전력 입력량을 전압 제어기(300)로 전송하므로 여유 마진 비교량만큼의 여유 마진을 확보할 수 있다.
이후, 전압 제어기(300)의 제1 변환부(310)는 무효 전력 제어기(400)로부터 3상의 모선(110)의 위상각을 입력받아 유효 전력 및 무효 전력으로 변환한다. 전압 생성부는 모선(110)에서 입력되는 초기 모선 전압, 유효 전력 및 무효 전력을 이용하여 계통 모선 전압을 생성한다.
전압 제어기(300)는 계통 모선 전압 및 무효 전력 입력량을 이용하여 무효 전력 기준량을 생성한다(S560). 구체적으로, 전압 제어기(300)의 제1 연산부(330)는 전압 생성부로부터 제공받은 계통 모선 전압과 전력 마진 제어기(200)의 제2 비교부(250)로부터 수신한 무효 전력 입력량을 비교하여 전압 차이량을 생성한다. 그리고, 제2 비례 적분 제어부(340)는 계통 모선 전압과 무효 전력 입력량의 오차를 보상하기 위해 전압 차이량을 비례 적분하여 무효 전력 기준량을 생성한다.
이후, 제1 출력 제한부(360)는 무효 전력 기준량을 최대값 및 최소값으로 제한하여 무효 전력 제어기(400)로 출력한다.
무효 전력 제어기(400)는 무효 전력 기준량 및 무효 전력 출력량을 이용하여 전압 제어량을 생성한다(S570). 다시 말하면, 무효 전력 제어기(400)의 제2 변환부(420)는 인버터(130) 전력 측정값을 이용하여 무효 전력 출력량을 생성한다. 제3 비교부(430)는 무효 전력 기준량과 무효 전력 출력량을 비교하여 무효 전력 비교량을 생성한다. 제3 비례 적분 제어부(440)는 무효 전력 출력량과 무효 전력 비교량의 오차를 보정하기 위해 무효 전력 비교량을 비례 적분하여 전압 제어량을 생성한다.
무효 전력 제어기(400)는 전압 제어량을 이용하여 정지형 보상기(70)를 제어한다(S580). 즉, 무효 전력 제어기(400)의 제2 출력 제한부(450)는 전압 제어량을 최대값 및 최소값으로 제한하여 출력한다. 그리고, 제2 연산부(460)는 전력 제어량과 모선(110)의 위상각을 더하기 연산하여 최종 위상각을 생성한다. 제2 연산부(460)는 최종 위상각을 이용하여 정지형 보상기(70)의 인버터(130)에서 출력하는 무효 전력을 제어한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정지형 보상 통합 장치의 운전점 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 정지형 보상기(70)는 정상 상태에서 제1 계통 전압(610)에 의해 제1 운전점(620)으로 운전하게 된다. 그러나, 외란이 발생할 경우에 제1 계통 전압(610)이 제2 계통 전압(630)만큼 떨어져서 정지형 보상기(70)는 제2 계통 전압(630)에 의해 제2 운전점(640)으로 운전하게 된다. 이때, 여유 마진은 도면 부호 650번과 같이 유지된다. 여유 마진의 설정량을 도면 부호 660번과 같이 설정하면 정지형 보상기(70)는 여유 마진 설정량(660)에 의해 제3 운전점에서 운전하게 된다. 이에 따라, 여유 마진은 도면 부호 680과 같이 유지된다. 따라서, 여유 마진 설정량을 설정하면 정지형 보상기(70)는 종래보다 여유 마진을 증대시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
50 : 정지형 보상 통합 장치
70 : 정지형 보상기
90 : 제어 장치
200 : 전력 마진 제어기
210, 250, 430 : 비교부
220, 340, 440 : 비례 적분 제어부
230 : 스위치부
240 : 스위치 제어부
300 : 전압 제어기
310, 420 : 변환부
330, 460 : 연산부
360, 450 : 출력 제한부
400 : 무효 전력 제어기

Claims (17)

  1. 정지형 보상기에 접속하는 정지형 보상기의 제어 장치에 있어서,
    여유 마진 설정량 및 정지형 보상기의 무효 전력 출력량을 이용하여 여유 마진 비교량을 생성하고, 상기 여유 마진 비교량 및 무효 전력 설정량을 이용하여 무효 전력 입력량을 생성하는 전력 마진 제어기;
    상기 무효 전력 입력량 및 계통 모선 전압량을 이용하여 무효 전력 기준량을 생성하는 전압 제어기; 및
    상기 무효 전력 기준량 및 상기 무효 전력 출력량을 이용하여 상기 정지형 보상기에서 출력할 무효 전력을 제어하는 전력 제어량을 생성하는 무효 전력 제어기를 포함하되,
    상기 전력 마진 제어기는,
    상기 여유 마진 설정량과 상기 무효 전력 출력량을 비교하여 상기 여유 마진 비교량을 생성하는 제1 비교부,
    상기 여유 마진 비교량을 비례 적분하는 비례 적분 제어부,
    상기 비례 적분 제어부에서 비례 적분한 여유 마진 설정량과 상기 무효 전력 설정량을 비교하여 무효 전력 입력량을 생성하는 제2 비교부,
    상기 비례 적분 제어부와 상기 제2 비교부 사이에 형성되는 스위치부 및
    상기 무효 전력 출력량 및 상기 여유 마진 설정량에 따라 상기 스위치부를 온(on) 또는 오프(off)시키는 스위치 제어부를 포함하며,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 무효 전력 출력량이 상기 여유 마진 설정량보다 작은지를 판단하고, 상기 무효 전력 출력량이 상기 여유 마진 설정량보다 작으면 상기 스위치부가 온되도록 상기 스위치부를 제어하는 정지형 보상기의 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 마진 제어기는,
    상기 무효 전력 출력량이 상기 여유 마진 설정량 보다 작을 경우에 상기 무효 전력 입력량을 생성하여 상기 전압 제어기로 전송하는 것을 특징으로 하는 정지형 보상기의 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 마진 제어기는,
    상기 스위치부가 온되면 상기 여유 마진 비교량과 상기 무효 전력 설정량을 비교하여 상기 무효 전력 입력량을 생성하는 것을 특징으로 하는 정지형 보상기의 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 무효 전력 출력량이 상기 여유 마진 설정량 보다 크면, 상기 스위치부가 오프되도록 상기 스위치부를 제어하는 것을 특징으로 하는 정지형 보상기의 제어 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 비교부는 상기 무효 전력 설정량을 상기 전압 제어기로 전송하되,
    상기 전압 제어기는 상기 무효 전력 설정량과 상기 계통 모선 전압량을 비교하여 상기 무효 전력 기준량을 생성하는 것을 특징으로 하는 정지형 보상기의 제어 장치.
  9. 정지형 보상 통합 장치에 있어서,
    전력 개통의 모선과 연결되는 변압기 및 상기 변압기와 접속하며 무효 전력을 출력하는 인버터를 포함하는 정지형 보상기;
    상기 인버터에서 출력하는 무효 전력을 측정한 무효 전력 출력량 및 여유 마진 설정량을 이용하여 여유 마진 비교량을 생성하고, 상기 여유 마진 비교량 및 무효 전력 설정량에 따라 무효 전력 입력량을 생성하는 전력 마진 제어기;
    상기 무효 전력 입력량과 상기 모선의 계통 모선 전압량을 이용하여 무효 저력 기준량을 생성하는 전압 제어기; 및
    상기 무효 전력 기준량 및 상기 무효 전력 출력량을 이용하여 상기 인버터에서 출력할 무효 전력을 제어하는 전력 제어량을 생성하는 무효 전력 제어기를 포함하되,
    상기 전력 마진 제어기는,
    상기 여유 마진 설정량과 상기 무효 전력 출력량을 비교하여 상기 여유 마진 비교량을 생성하는 제1 비교부,
    상기 여유 마진 비교량을 비례 적분하는 비례 적분 제어부,
    상기 비례 적분 제어부에서 비례 적분한 여유 마진 설정량과 상기 무효 전력 설정량을 비교하여 무효 전력 입력량을 생성하는 제2 비교부,
    상기 비례 적분 제어부와 상기 제2 비교부 사이에 형성되는 스위치부 및
    상기 무효 전력 출력량 및 상기 여유 마진 설정량에 따라 상기 스위치부를 온(on) 또는 오프(off)시키는 스위치 제어부를 포함하며,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 무효 전력 출력량이 상기 여유 마진 설정량보다 작은지를 판단하고, 상기 무효 전력 출력량이 상기 여유 마진 설정량보다 작으면 상기 스위치부가 온되도록 상기 스위치부를 제어하는 정지형 보상 통합 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 전압 제어기는,
    상기 무효 전력 입력량과 상기 계통 모선 전압량을 비교하여 전압 차이량을 생성하고, 상기 전압 차이량을 비례 적분하여 상기 무효 전력 기준량을 생성하는 것을 특징으로 하는 정지형 보상 통합 장치.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 무효 전력 제어기는,
    상기 무효 전력 기준량과 상기 무효 전력 출력량을 비교하여 무효 전력 비교량을 생성하고, 상기 무효 전력 비교량을 비례 적분하여 상기 전력 제어량을 생성하는 것을 특징으로 하는 정지형 보상 통합 장치.
  14. 전력 마진 제어기, 전압 제어기 및 무효 전력 제어기를 포함하는 제어 장치가 정지형 보상기의 안정화를 제어하는 방법에 있어서,
    (a) 전력 마진 제어기가 여유 마진 설정량과 정지형 보상기의 무효 전력 출력량을 비교하여 여유 마진 비교량을 생성하는 단계;
    (b) 상기 전력 마진 제어기가 상기 무효 전력 출력량과 상시 여유 마진 설정량에 따라 상기 여유 마진 비교량과 상기 무효 전력 설정량을 비교하여 무효 전력 입력량을 생성해서 전압 제어기로 전송하는 단계;
    (c) 상기 전압 제어기가 상기 무효 전력 입력량과 계통 모선 전압량을 비교하여 무효 전력 기준량을 생성해서 무효 전력 제어기로 전송하는 단계;
    (d) 상기 무효 전력 제어기가 상기 무효 전력 기준량과 상기 무효 전력 출력량을 이용하여 정지형 보상기에서 출력할 무효 전력을 제어하는 전력 제어량을 생성하는 단계; 및
    (e) 상기 무효 전력 제어기가 상기 전력 제어량을 상기 정지형 보상기로 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 (b) 단계는,
    상기 전력 마진 제어기가 상기 여유 마진 비교량을 비례 적분하는 단계;
    상기 전력 마진 제어기가 상기 무효 전력 출력량이 상기 여유 마진 설정량보다 작으면 스위치부가 온되도록 제어하는 단계;
    상기 스위치부가 온되어 상기 전력 마진 제어기가 비례 적분한 상기 여유 마진 비교량과 상기 무효 전력 설정량을 비교하여 상기 무효 전력 입력량을 생성하는 단계; 및
    상기 전력 마진 제어기가 상기 무효 전력 입력량을 상기 전압 제어기로 전송하는 단계를 포함하는 정지형 보상기의 안정화 제어 방법.
  15. 삭제
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 전압 제어기가 상기 무효 전력 입력량과 상기 계통 모선 전압량을 비교하여 전압 차이량을 생성하는 단계;
    상기 전압 제어기가 상기 전압 차이량을 비례 적분하여 상기 무효 전력 기준량을 생성하는 단계; 및
    상기 전압 제어기가 상기 무효 전력 기준량을 상기 무효 전력 제어기로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정지형 보상기의 안정화 제어 방법.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 무효 전력 제어기가 상기 무효 전력 기준량과 상기 무효 전력 출력량을 비교하여 무효 전력 비교량을 생성하는 단계; 및
    상기 무효 전력 제어기가 상기 무효 전력 비교량을 비례 적분하여 상기 전력 제어량을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정지형 보상기의 안정화 제어 방법.
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