KR101196729B1 - 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치 및 그 방법 - Google Patents

마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치 및 그 방법의 구조가 개시된다.
본 발명에 따른 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치는 마이크로그리드 측과 전력계통 측과의 연결 또는 차단 기능을 제공하는 차단 스위치; 상기 마이크로그리드 측과 상기 전력계통 측 각각에 연결된 전압 센서를 통해 3상의 전압 신호를 측정하고 측정된 상기 3상의 전압 신호를 기반으로 마이크로그리드의 동기 투입을 위한 상기 차단 스위치의 연결 또는 차단 기능을 제어하는 지능형 배전장치; 및 상기 지능형 배전장치로부터 상기 3상의 전압 신호를 전달받아 이를 기반으로 상기 동기 투입을 허용하기 위한 제어 신호를 생성하는 마이크로그리드 중앙 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 동기 투입에 소요되는 총 시간을 줄일 수 있고, 전력계통과의 연계운전을 가능하게 할 수 있다.

Description

마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR ACTIVELY CONTROLLING SYNCHRONIZATION OF MICROGRID AND METHOD THEREOF}
본 발명은 마이크로그리드의 동기 투입에 관한 것으로, 특히, 전력계통과 마이크로그리드의 동기 투입에 필요한 정보를 기반으로 제어가 가능한 분산전원에 제어신호를 제공하여 마이크로그리드의 전압 및 주파수를 제어함으로써 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
3상의 교류 전원을 또 다른 3상의 교류 전원과 병렬 운전을 하기 위해서는 투입 하고자 하는 전원의 주파수, 전압, 및 위상각을 투입 대상 전원에 일치 시켜야 하는 동기 투입 절차를 거쳐야 한다.
단독 운전 중인 1 대의 교류 발전기를 전력 계통에 동기 투입하기 위한 고전적인 방법으로 동기 램프나 동기 검정기 등의 계측기를 관찰하며 수동 투입하는 방법과 자동 동기장치를 이용하여 발전기의 속도를 자동 제어하며 상기의 동기 투입 조건을 일치시키는 자동 투입 방법이 있다.
마이크로그리드는 다수의 발전기가 병렬로 운전되므로 기존 방식처럼 하나의 발전기를 제어하여 동기 투입하는 방법의 적용이 불가능하다. 그러므로 일반적으로 마이크로그리드의 전압과 주파수를 일정하게 유지한 뒤 전력 계통과의 동기가 저절로 일치하는 시점에 차단기를 투입하는 수동적인 방법이 많이 사용된다.
이러한 수동 투입 방식은 계통의 주파수와 마이크로그리드의 주파수가 거의 일치할 경우 동기 위상각이 일치하기까지 오랜 시간을 기다려야 하는 문제점이 있으며, 경우에 따라서 동기 투입까지 소요되는 시간이 일정하지 않다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전력계통과 마이크로그리드의 동기 투입에 필요한 정보를 기반으로 제어가 가능한 분산전원에 제어신호를 제공하여 마이크로그리드의 전압 및 주파수를 제어함으로써, 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
이를 위하여, 본 발명의 다른 한 관점에 따른 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치는 마이크로그리드 측과 전력 계통 측과의 연결 또는 차단 기능을 제공하는 차단 스위치; 상기 마이크로그리드 측과 상기 전력 계통 측 각각에 연결된 전압 센서를 통해 3상의 전압 신호를 측정하고 측정된 상기 3상의 전압 신호를 기반으로 마이크로그리드의 동기 투입을 위한 상기 차단 스위치의 연결 또는 차단 기능을 제어하는 지능형 배전장치; 및 상기 지능형 배전장치로부터 상기 3상의 전압 신호를 전달받아 이를 기반으로 상기 동기 투입을 허용하기 위한 제어 신호를 생성하는 마이크로그리드 중앙 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
필요에 따라, 상기 차단 스위치는, 3상 정지형 스위치(static switch)를 사용하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 지능형 배전장치는 상기 마이크로그리드 측에 연결된 전압 센서를 통해 3상의 전압 신호를 측정하는 제1 신호 검출모듈; 상기 전력 계통 측에 연결된 전압 센서를 통해 3상의 전압 신호를 측정하는 제2 신호 검출모듈; 상기 제1 신호 검출모듈과 상기 제2 신호 검출모듈에서 측정된 상기 3상의 전압 신호를 기반으로 상기 전압 편차 신호, 주파수 편차 신호, 위상각 편차 신호를 생성하는 비교모듈; 및 상기 전압 편차 신호, 상기 주파수 편차 신호, 상기 위상각 편차 신호를 근거로 상기 차단 스위치의 연결 또는 차단 기능을 제어하는 제어명령 출력모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 비교모듈은 상기 전압 센서 각각에서 측정된 상기 3상의 전압 신호를 바탕으로 전압의 크기, 주파수, 위상각을 계산하고, 그 계산한 결과를 비교하여 상기 전압 편차 신호, 상기 주파수 편차 신호, 상기 위상각 편차 신호를 생성하며 생성된 상기 전압 편차 신호, 상기 주파수 편차 신호, 상기 위상각 편차 신호를 상기 제어명령 출력모듈과 상기 마이크로그리드 중앙 제어장치로 전달하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 마이크로그리드 중앙 제어장치로부터 상기 제어신호를 전달받아 이를 상기 제어명령 출력모듈에 전달하는 제어명령 입력모듈을 더 포함하고, 상기 제어명령 출력모듈은 상기 제어명령 입력모듈로부터 전달받은 상기 제어명령과 상기 전압 편차 신호, 상기 주파수 편차 신호, 상기 위상각 편차 신호를 기반으로 상기 차단 스위치의 연결 또는 차단 기능을 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 마이크로그리드 중앙 제어장치는 전달받은 상기 전압 편차 신호, 상기 주파수 편차 신호, 및 상기 위상 편차 신호를 근거로 다수 개의 분산 전원을 제어하기 위한 주파수 오프셋 명령과 전압 오프셋 명령을 계산하고, 상기 주파수 오프셋 명령과 전압 오프셋 명령을 출력제어가 가능한 분산 전원으로 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 한 관점에 따른 전력 계통과 연계운전을 위한 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 방법은 (a) 상기 마이크로그리드 측에 연결된 제1 전압 센서를 통해 3상의 전압 신호를 측정하는 단계; (b) 상기 전력 계통 측에 연결된 제2 전압 센서를 통해 3상의 전압 신호를 측정하는 단계; 및 (c) 상기 제1 전압 센서 및 상기 제2 전압 센서를 통해 측정된 상기 3상의 전압 신호를 기반으로 상기 마이크로그리드 측과 상기 전력 계통 측과의 연결 또는 차단 기능을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (b) 단계는 (b-1) 상기 제1 전압 센서 및 상기 제2 전압 센서를 통해 측정된 상기 3상의 전압 신호를 기반으로 상기 전압 편차 신호, 주파수 편차 신호, 위상각 편차 신호를 생성하는 단계; 및 (b-2) 상기 전압 편차 신호, 상기 주파수 편차 신호, 및 상기 위상각 편차 신호를 기반으로 상기 마이크로그리드 측과 상기 전력 계통 측과의 연결 또는 차단 기능을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (b-1) 단계는 상기 제1 전압 센서 및 상기 제2 전압 센서 각각에서 측정된 상기 3상의 전압 신호를 근거로 전압의 크기, 주파수, 위상각을 계산하고, 그 계산한 결과를 비교하여 상기 전압 편차 신호, 상기 주파수 편차 신호, 상기 위상각 편차 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, (b-3) 상기 전압 편차 신호, 상기 주파수 편차 신호, 및 상기 위상 편차 신호를 근거로 다수 개의 분산 전원을 제어하기 위한 주파수 오프셋 명령과 전압 오프셋 명령을 계산하는 단계; 및 (b-4) 상기 주파수 오프셋 명령과 전압 오프셋 명령을 출력제어가 가능한 분산 전원으로 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이를 통해, 본 발명은 전력계통과 마이크로그리드의 동기 투입에 필요한 정보를 기반으로 제어가 가능한 분산전원에 제어신호를 제공하여 마이크로그리드의 전압 및 주파수를 제어함으로써, 동기 투입에 소요되는 총 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전력계통과 마이크로그리드의 동기 투입에 필요한 정보를 기반으로 제어가 가능한 분산전원에 제어신호를 제공하여 마이크로그리드의 전압 및 주파수를 제어함으로써, 계통 연계를 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로그리드의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 지능형 배전장치(200)의 상세한 구성을 나타내는 예시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 마이크로그리드 중앙 제어장치(300)의 상세한 구성을 나타내는 예시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 배터리 에너지 저장장치(210)의 인버터 구성을 나타내는 예시도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치 및 그 방법의 구조를 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다. 특히, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명할 것이다.
본 발명은 전력계통과 분리되어 독립운전을 하고 있는 마이크로그리드를 전력계통과의 연계운전을 위하여, 전력계통과 마이크로그리드의 동기 투입에 필요한 정보를 기반으로 제어가 가능한 분산전원에 제어명령 또는 제어신호를 제공하여 마이크로그리드의 전압 및 주파수를 제어할 수 있는 방안을 제안한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로그리드의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로그리드는 변압기(100), 3상 정지형 스위치(110), 지능형 배전장치(200), 다수의 부하(130, 131, 132, 133, 134, 135), 다수의 분산전원(210, 211, 212, 213, 214, 215), 및 마이크로그리드 중앙 제어장치(이하, 중앙 제어장치라 한다)(300) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
마이크로그리드는 변압기(100)를 통해서 전력 계통의 배전망과 연결되어 있으며 전력 계통과는 3상 정지형 스위치(110)로 연결 또는 차단이 가능하다. 3상 정지형 스위치(110)는 지능형 배전장치(200)에 의해서 투입과 차단이 제어된다.
지능형 배전장치(200)는 마이크로그리드 측과 전력계통 측에 설치된 전압센서에 의해 계측한 계측 신호를 데이터 통신을 통해 중앙 제어장치(300)에 전송하며, 중앙 제어장치(300)로부터 동기투입을 허용하는 허용명령을 전달받아 동기투입 조건이 적합할 경우 3상 정지형 스위치(110)의 동기투입을 제어한다.
일반적으로는 계통 연계를 위한 차단 스위치는 기계식 접점 방식이 많이 사용되나 저전압 저용량의 계통 연계 시스템인 경우 차단 속도 신속함이나 접점 훼손 등의 문제에서 이점이 있는 정지형 스위치(static switch)를 이용한 차단기를 사용하는 것이 바람직하다.
마이크로그리드는 1개의 배전선(120)으로 구성되어 있으며, 배전선은 선로의 길이에 따라서 값이 다른 선로 임피던스(121, 122, 123, 124, 125)로 표시할 수 있다.
마이크로그리드는 배전선(120)을 따라서 각각 다른 위치에 다수의 부하(130, 131, 132, 133, 134, 135)와 신재생 에너지 전원을 포함하는 분산 전원(210, 220, 230, 240, 250, 260)이 분산 배치되어 있다.
이때, 분산 전원은 일반적으로 최대 출력 점에서 운전되어서 중앙에서 제어가 불가능한 풍력 발전(240), 태양광 발전(250), 및 복합 발전(260) 등을 포함하는 신재생 에너지 전원과 필요에 따라서 중앙에서 출력 제어가 가능한 배터리 에너지 저장장치(210), 열병합 발전(220), 및 연료 전지(230) 등으로 구분될 수 있다.
이때, 분산 전원(210, 220, 230, 240, 250, 260) 중 중앙에서 출력제어가 가능한 분산전원(210, 220, 230)은 동기 투입 조건을 맞추기 위하여 마이크로그리드의 전압과 주파수를 조정한다.
각각의 분산 전원(210, 220, 230, 240, 250, 260)과 지능형 배전 장치(200)는 통신 선로(400)를 통해서 마이크로그리드 중앙 제어장치(300)와 통신 연결이 되어있다.
이렇게 구성되어 독립 운전모드에서 운전되고 있는 경우의 중앙 제어장치(300)는 지능형 배전장치(200)로부터 전력 계통과 마이크로그리드의 동기 투입에 필요한 정보를 통신으로 전송받으며 분산 전원(210, 220, 230, 240, 250, 260) 중 제어가 가능한 배터리 에너지 저장장치(210), 열병합 발전기(220), 및 연료 전지(230) 등에 제어 명령 또는 제어 신호를 전달하여 마이크로그리드의 전압 및 주파수를 제어함으로써 능동형 동기 투입을 가능하게 한다.
이때, 중앙 제어장치(300)는 멀티드롭 직렬통신 또는 버스방식의 이더넷 통신을 통해 다수의 분산전원과 연결되어 데이터 통신을 수행하며, 운전모드 또는 동기투입 허용 등의 제어 모드의 변경이나 동기투입에 관련된 계측 신호의 송수신, 그리고 각 분산전원으로의 제어신호의 전달을 수행하게 된다.
이상에서와 같이, 마이크로그리드의 동기 투입을 위한 전압의 크기, 주파수, 위상각의 계측, 전력계통과의 연계를 위한 3상 정지형 스위치(110)의 투입/차단 신호의 제어를 지능형 배전장치(200)에서 담당하고, 계측 신호를 기초로 동기 투입을 위한 제어신호의 생성, 및 전달은 중앙 제어장치(300)에서 담당하게 된다. 그리고 동기 투입 조건을 맞추기 위한 마이크로그리드의 전압과 주파수 조정은 출력제어가 가능한 분산 전원에 의해서 이루어지게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 지능형 배전장치(200)의 상세한 구성을 나타내는 예시도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 지능형 배전장치(200)는 제1 신호 검출모듈(202a), 제2 신호 검출모듈(202b), 비교모듈(203), 제어명령 입력모듈(205), 및 제어명령 출력모듈(206) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 이렇게 구성된 지능형 배전 장치(200)는 정지형 스위치(110)와 함께 동기 투입을 위한 신호의 계측과 동기 투입 신호의 생성 그리고 동기 투입의 역할을 한다.
지능형 배전장치(200)는 마이크로그리드 측과 전력 계통 측에 각각 전압 센서(201a, 201b)를 설치하여 양 측의 전압을 측정한다.
전압 센서(201a, 201b)로부터 측정된 3상의 전압 신호를 바탕으로 전압의 크기/주파수/위상각을 제1 및 제2 신호 검출모듈(202a, 202b)를 통해서 각각 계산하며 그 계산한 결과를 비교모듈(203)에서 비교하여 크기/주파수/위상각 편차 신호(204)를 생성한다. 비교모듈(203)은 생성된 편차 신호를 통신을 통하여 중앙 제어장치(300)로 전달되며 그와 동시에 제어명령 출력모듈(206)로 전송된다.
이때, 중앙 제어장치(300)는 미리 설정된 시스템 운전 모드 또는 사용자의 운전 명령에 따라서 전력계통과의 동기투입을 허용하기 위한 투입허용명령을 지능형 배전장치(200)의 제어명령 입력모듈(205)에 전달한다.
그래서 제어명령 출력모듈(206)은 제어명령 입력모듈(205)로부터 투입허용 명령을 전달받으면 전달받은 허용명령과 편차 신호를 기반으로 모든 동기 투입 조건이 만족되었는지를 판단한다. 제어명령 출력모듈(206)은 그 판단한 결과로 모든 동기 투입 조건이 만족함과 동시에 중앙 제어장치로부터 전달받은 투입허용 명령에 근거하여 마이크로그리드를 전력계통에 연계하는 것을 허용하는 연계운전 모드나 마이크로그리드를 전력계통에 연계하는 것을 허용하지 않는 독립운전 모드로 운전할지를 선택하고 그 선택한 결과에 따라 동기 투입을 명령하기 위한 제어명령을 정지형 스위치(110)에 출력할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 중앙 제어장치(300)의 상세한 구성을 나타내는 예시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 중앙 제어장치(300)는 제1 제어명령 생성부(310), 제2 제어명령 생성부(320), 및 제3 제어명령 생성부(330) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
중앙 제어장치(300)는 도 2의 지능형 배전장치(200)에 의해서 생성된 전압/주파수/위상 편차 신호를 통신을 통해서 전달받는다. 편차 신호는 주파수 편차 신호 ①, 위상 편차 신호 ② 그리고 전압 편차 신호 ③의 3 개 신호로 구성된다. 이 편차 신호를 바탕으로 중앙 제어장치는 다수 개의 분산 전원의 제어장치를 위한 주파수 오프셋 명령 F1offset, F2offset, ..., Fnoffset과 전압 오프셋 명령 V1offset, V2offset, ..., Vnoffset를 계산하여 통신을 통해서 각각의 분산 전원 제어장치로 전달한다.
1)주파수 편차 신호 ①은 마이크로그리드와 연계 운전하고자 하는 전력 계통과의 주파수 차이를 의미하며, 제1 제어명령 생성부(310)의 주파수 비례적분 제어기(311)를 통과하여 편차를 줄이는 방향으로의 제어명령이 생성된다. 생성된 제어 명령은 각각의 분산전원의 특성에 맞는 분산전원 제어 장치별 가중치 WF1, WF2, ..., WFn와 주파수 필터(312)를 통과하여 각각의 분산 전원 제어장치로의 주파수 오프셋 제어 명령 F1offset, F2offset, ..., Fn-1offset으로 배분된다.
특히, 배터리 또는 슈퍼 커패시터를 기반으로 하는 에너지 저장장치는 다른 제어 가능한 분산 전원들 보다 신속한 응답을 특징으로 하므로 높은 주파수 대역의 제어를 담당하며 주파수 편차에 대한 제어와 더불어 위상 편차에 대한 제어도 동시에 수행하는 것이 바람직하다.
2)위상 편차 신호 ②의 제어에 있어서는 비교 회로(313)와 선택 회로(315)를 이용하여 주파수 편차가 일정 값 이하인 경우에만 수행될 수 있도록 구성된다.
위상 편차 신호 ②는 제2 제어명령 생성부(320)의 위상 비례적분 제어기(314)를 통하여 위상 편차를 최소화 하는 제어신호가 생성된다. 생성된 제어신호는 선택 회로(315)를 거쳐서 주파수 제어의 참여 여부가 결정되며 합산 회로(316)를 통해서 주파수 편차 제어와 위상 편차 제어 명령이 합산되어 분산전원 중 응답이 가장 빠른 분산전원 제어장치의 주파수 오프셋 제어 명령 Fnoffset으로 출력된다.
3)전압 편차 신호 ③는 마이크로그리드와 연계 운전하고자 하는 전력 계통과의 전압 크기의 차이를 의미하며 제3 제어명령 생성부(330)의 전압 비례적분 제어기(317)를 통과하여 편차를 줄이는 방향으로의 제어 명령이 생성된다. 생성된 제어 명령은 각각의 분산전원의 특성에 맞는 분산전원 제어 장치별 가중치 WV1, WV2, ..., WVn와 주파수 필터(319)를 통과하여 각각의 분산 전원 제어장치로의 전압 오프셋 제어 명령 V1offset, V2offset, ..., Vnoffset으로 배분된다.
도 4는 도 1에 도시된 배터리 에너지 저장장치(210)의 인버터 구성을 나타내는 예시도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 에너지 저장장치(210)의 인버터는 제1 제어모듈(410), 제2 제어모듈(420), 전류 제어기(430), 및 IGBT 구동회로(440) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 에너지 저장장치(210)의 인버터는 운전모드에 따라서 유효 전력과 무효 전력을 제어하는 연계 운전 모드와 마이크로그리드의 주파수와 전압을 제어하는 독립 운전 모드를 제어한다. 입력 신호 중에서 배터리 에너지 저장장치(210)의 인버터의 제어기가 계측한 피드백 신호 PFB, FFB, QFB, VFB, Iq FB, Id FB를 제외한 지령치 신호 Pref, Fref, Qref, Vref와 오프셋 신호 Foffset, Voffset 그리고 운전모드 선택신호는 모두 중앙 제어장치(300)로부터 통신을 통해서 전달 받는 신호이다.
1)운전 모드가 연계 운전 모드인 경우에는 선택 회로(414, 424)는 상단에 연결되어 유효전력/무효전력 제어를 수행한다. 유효전력의 지령치 Pref와 계측된 유효전력 피드백 신호 PFB의 차이는 유효전력 비례적분 제어기(411)를 통해서 오차를 최소화 하는 방향으로 제어되며 q축 전류제어 지령 신호 Iq ref를 생성한다. 마찬가지로 무효전력 지령치 Qref와 계측된 무효전력 피드백 신호 QFB의 차이는 무효 전력 비례적분 제어기(421)를 통해서 오차를 최소화 하는 방향으로 제어되며 d축 전류제어 지령 신호 Id ref를 생성한다.
생성된 각각의 전류 지령신호 Iq ref와 Id ref는 전류제어기(430)와 IGBT 구동회로(440)을 거쳐서 인버터의 IGBT 게이트 구동 신호를 생성하여 출력하게 된다.
2)운전 모드가 독립 운전 모드인 경우에는 선택 회로(414, 424)는 하단에 연결되어 마이크로그리드의 주파수/전압 제어를 수행한다. 주파수 지령치 Fref와 계측된 주파수 피드백 신호 FFB의 차이 신호와 드룹 특성을 위한 유효 전력 피드백 신호 PFB에 주파수 드룹 게인 KDF을 곱한 만큼 감해져서 만들어지므로 출력이 클수록 주파수 목표치가 감소하는 드룹 특성을 가짐을 알 수 있다. 여기서 중앙 제어장치로부터의 주파수 오프셋 지령치 Foffset는 동기 투입을 위해 추가된 신호로 도 3에서 설명한 바와 같이 마이크로그리드와 전력 계통과의 주파수 및 위상 편차를 최소화하는 방향으로 제어된 신호로서 주파수 제어의 오차 신호를 생성하는데 더해진다. 이렇게 생성된 주파수 오차 신호는 비례적분 제어기(412)를 통해서 오차를 최소화 하는 방향으로 제어되어서 q축 전류제어 지령 신호 Iq ref를 생성한다.
마찬가지로 전압 지령치 Vref와 계측된 전압 피드백 신호 VFB의 차이는 전압 드룹 특성을 위한 무효전력 피드백 신호 QFB와 전압 드룹 게인 KDV을 곱한 신호만큼 감해져서 생성되어진다. 여기서 중앙 제어장치로부터의 전압 오프셋 지령치 Voffset는 동기 투입을 위해서 추가된 신호로 마이크로그리드와 전력 계통과의 전압 크기 편차를 최소화 시킬 목적의 신호로서 위의 전압 제어 오차를 생성하는데 더해진다. 이렇게 생성된 전압 오차 신호는 전압 비례적분 제어기(422)를 통해서 오차를 최소화 하는 방향으로 제어되며 d축 전류제어 지령 신호 Id ref를 만든다.
앞의 연계 운전 모드의 경우와 동일하게 독립 운전 모드에서 생성된 각각의 전류 지령신호 Iq ref와 Id ref는 전류제어기(430)와 IGBT 구동회로(440)을 거쳐서 인버터의 IGBT 게이트 구동 신호를 생성하여 그 구동신호를 출력하게 된다.
이처럼, 본 발명은 전력계통과 마이크로그리드의 동기 투입에 필요한 정보를 기반으로 제어가 가능한 분산전원에 제어명령 또는 제어신호를 제공하여 마이크로그리드의 전압 및 주파수를 제어함으로써, 동기 투입에 소요되는 총 시간을 줄일 수 있고, 전력계통과의 연계운전을 가능하게 할 수 있다.
본 발명에 의한, 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치 및 그 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
100: 변압기
110: 3상 정지형 스위치
130, 131, 132, 133, 134, 135: 부하
200: 지능형 배전장치
202a: 제1 신호 검출모듈
202b: 제2 신호 검출모듈
203: 비교모듈
205: 제어명령 입력모듈
206: 제어명령 출력모듈
210, 220, 230, 240, 250, 260: 분산전원
300: 마이크로그리드 중앙 제어장치
410: 제1 제어모듈
420: 제2 제어모듈
430: 전류 제어기
440: IGBT 구동회로

Claims (10)

  1. 마이크로그리드 측과 전력 계통 측과의 연결 또는 차단 기능을 제공하는 차단 스위치; 상기 마이크로그리드 측과 상기 전력 계통 측 각각에 연결된 전압 센서를 통해 3상의 전압 신호를 측정하고 측정된 상기 3상의 전압 신호를 기반으로 마이크로그리드의 동기 투입을 위한 상기 차단 스위치의 연결 또는 차단 기능을 제어하는 지능형 배전장치; 및 상기 지능형 배전장치와 통신하여 상기 동기 투입을 허용하기 위한 제어 신호를 생성하는 마이크로그리드 중앙 제어장치를 포함하고,
    상기 지능형 배전장치는, 상기 마이크로그리드 측에 연결된 전압 센서를 통해 3상의 전압 신호를 측정하는 제1 신호 검출모듈; 상기 전력 계통 측에 연결된 전압 센서를 통해 3상의 전압 신호를 측정하는 제2 신호 검출모듈; 상기 제1 신호 검출모듈과 상기 제2 신호 검출모듈에서 측정된 상기 3상의 전압 신호를 기반으로 전압 편차 신호, 주파수 편차 신호, 또는 위상각 편차 신호를 생성하는 비교모듈; 상기 마이크로그리드 중앙 제어장치로부터 미리 설정된 시스템 운전 모드 또는 사용자의 운전 명령에 따라서 전력계통과의 동기 투입을 허용하는 투입허용 명령을 전달받는 제어명령 입력모듈; 및 상기 제어명령 입력모듈로부터 전달받은 상기 투입허용 명령과 상기 전압 편차 신호, 상기 주파수 편차 신호, 또는 상기 위상각 편차 신호를 근거로 선택한 연계운전 모드 또는 독립운전 모드에 따라 상기 차단 스위치의 연결 또는 차단 기능을 제어하는 제어명령 출력모듈을 포함하며,
    상기 마이크로그리드 중앙 제어장치는, 상기 전압 편차 신호, 상기 주파수 편차 신호, 또는 상기 위상 편차 신호를 근거로 주파수 오프셋 명령과 전압 오프셋 명령을 계산하여 복수의 분산 전원을 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 차단 스위치는, 3상 정지형 스위치(static switch)를 사용하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분산 전원은 배터리 또는 슈퍼커패시터 기반의 에너지 저장장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마이크로그리드 중앙 제어장치는, 상기 주파수 편차 신호에 따른 해당 주파수 편차가 일정값 이하인 경우에 상기 에너지 저장장치에 대한 위상 편차의 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마이크로그리드 중앙 제어장치는, 상기 에너지 저장장치에 대해 상기 위상 편차 신호와 상기 주파수 편차 신호를 반영하여 계산한 주파수 오프셋 명령으로 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치는, 상기 마이크로그리드 중앙 제어장치로부터 수신되는 제어 신호들에 따라, 상기 연계운전 모드에서 유효전력과 무효전력의 제어를 수행하고, 상기 독립운전 모드에서 상기 마이크로그리드의 주파수 및 전압 제어를 수행하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치.
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