KR101214442B1 - Electronic Active Load - Google Patents

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KR101214442B1 KR1020110013210A KR20110013210A KR101214442B1 KR 101214442 B1 KR101214442 B1 KR 101214442B1 KR 1020110013210 A KR1020110013210 A KR 1020110013210A KR 20110013210 A KR20110013210 A KR 20110013210A KR 101214442 B1 KR101214442 B1 KR 101214442B1
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Abstract

본 발명은 전자식 능동 부하 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력, 태양광, 연료전지 등 신 재생에너지의 전력계통연계운전 및 이를 이용한 마이크로그리드 시스템의 구축에 있어 이들의 전기적인 출력 특성을 다양하게 모의할 수 있는 전자식 능동 부하 장치에 관한 것으로서, 실제 부하 혹은 발전 특성을 실시간으로 모의할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이를 위해 본 발명은, 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템의 출력 측에 연결되는 AC/DC 컨버터와, 전력계통 측에 연결되는 DC/AC 인버터와, 상기 AC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터를 연결하는 직류단 캐패시터로 이루어지는 전력 변환 장치; 상기 AC/DC 컨버터의 스위칭 동작을 제어하는 컨버터 제어기; 상기 DC/AC 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 인버터 제어기; 및 상기 컨버터 제어기 및 인버터 제어기의 제어 신호 생성을 위한 명령을 제공하는 운전 제어부; 를 포함하며, 상기 운전 제어부는 시간에 따라 변화하는 부하를 모의하기 위한 유효전력 및 무효전력의 크기와 파형 기준치를 포함하는 파형 데이터를 생성하여 이를 상기 컨버터 제어기에 전송하는 파형 데이터 생성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치를 제공한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic active load device, and more particularly, in the power system linkage operation of renewable energy such as wind power, solar light, fuel cell, and the construction of a microgrid system using the same, various electrical output characteristics thereof are provided. The present invention relates to an electronic active load device that can be simulated, and is characterized in that it can simulate real load or power generation characteristics in real time.
To this end, the present invention, the AC / DC converter connected to the output side of the EUT or microgrid system, the DC / AC inverter connected to the power system side, and connecting the AC / DC converter and DC / AC inverter A power conversion device comprising a direct current stage capacitor; A converter controller controlling a switching operation of the AC / DC converter; An inverter controller controlling a switching operation of the DC / AC inverter; And an operation controller providing a command for generating control signals of the converter controller and the inverter controller. And a waveform data generation unit configured to generate waveform data including magnitudes of active power and reactive power and waveform reference values for simulating a load that changes with time, and transmit the waveform data to the converter controller. An electronic active load device is provided.

Description

전자식 능동 부하 장치{Electronic Active Load}Electronic active load

본 발명은 전자식 능동 부하 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력, 태양광, 연료전지 등 신 재생에너지의 전력계통연계운전 및 이를 이용한 마이크로그리드 시스템의 구축에 있어 이들의 전기적인 출력 특성을 다양하게 모의할 수 있는 전자식 능동 부하 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic active load device, and more particularly, in the power system linkage operation of renewable energy such as wind power, solar light, fuel cell, and the construction of a microgrid system using the same, various electrical output characteristics thereof are provided. It relates to an electronic active load device that can be simulated.

현재 인류가 사용하는 주된 에너지 공급원인 화석 연료는 재생이 불가능하고, 매장량이 한정되어 있으며, 환경오염의 원인이 되는 단점을 가지고 있다. 이 때문에 인류는 화석연료의 의존도를 줄여나갈 뿐만 아니라 환경에 영향을 미치지 않고 고갈될 염려가 없는 대체에너지 개발을 위해 노력하고 있다.Fossil fuels, the main energy source used by humans at present, are not renewable, have limited reserves, and have the disadvantage of causing environmental pollution. For this reason, humanity is working not only to reduce its dependence on fossil fuels, but also to develop alternative energy sources that are not depleted without affecting the environment.

이러한 대체에너지 개발의 일환으로 태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지, 연료전지, 석탄 액화 가스화, 수소에너지 등의 신 재생에너지가 개발되고 있다. 신 재생에너지란 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 말하는 것으로서, 지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래에너지원으로 주목받고 있다.As part of the development of such alternative energy, renewable energy such as solar thermal, photovoltaic power generation, biomass, wind power, hydropower, geothermal, marine energy, waste energy, fuel cell, coal liquefied gasification, and hydrogen energy is being developed. Renewable energy refers to energy used by converting existing fossil fuels or converting renewable energy including sunlight, water, geothermal energy, and bioorganisms, and drawing attention as a future energy source for a sustainable energy supply system. have.

이러한 신 재생에너지는 에너지 저장장치 및 부하와 연동하여 하나의 시스템화한 전력공급방식인 마이크로그리드(Microgrid)를 이루게 된다. 상기 마이크로그리드 내부에는 다수의 전력변환장치(PCS : Power Conditioning System)가 존재하여 이를 통해 발전을 하게 되는데, 상기 전력변환장치의 성능 평가 시험을 위해 모의부하 장치가 필요하다.The renewable energy is linked with the energy storage device and the load to form a microgrid, a systemized power supply method. There are a plurality of power conversion devices (PCS: Power Conditioning System) in the microgrid to generate power through this, a simulation load device is required for the performance evaluation test of the power converter.

또한, 상기 마이크로그리드 시스템은 전력계통에 연계하거나 독립적으로 운전할 수 있는데, 특히 전력계통이 없는 독립운전용 마이크로그리드에서는 시스템의 전압 및 주파수의 유지가 제어의 관건이 된다. 이러한 마이크로그리드에서 각종 구성기기의 동특성을 모의 시험하기 위해서는 다양한 실제적인 부하를 인가할 수 있는 전자식 능동 부하 장치가 필요하게 된다. 시스템의 모의 시험시에 실제의 부하를 구축하여 활용하는 것은 시간과 비용 측면에서 비경제적이며, 다수 수용가의 다양한 부하 특성을 실제로 구현하는 것도 불가능하기 때문이다.In addition, the microgrid system can be operated in conjunction with or independently of the power system, in particular, the maintenance of the voltage and frequency of the system is a key to control in the independent operation microgrid without the power system. In order to simulate the dynamic characteristics of various components in such a microgrid, an electronic active load device capable of applying various practical loads is required. Building and utilizing the actual load during the simulation of the system is uneconomical in terms of time and cost, and it is impossible to actually implement the various load characteristics of many customers.

이러한 필요를 충족하기 위해, 종래 기술에 따르면 피시험기기의 다양한 시험을 수행하기 위해 특정의 파형을 형성할 수 있는 전자식 부하 장치가 개발된 바 있다. 대표적인 것으로 샘플링된 데이터를 이용하여 파형을 복원하는 방식과, 파형의 편집 기능을 이용하여 파형을 합성하고 이를 일정 시간 혹은 주기 기준으로 출력하는 방식이 있다. 기존의 이러한 장치들은 연속적인 파형 출력이 가능하고, 일정 시간 혹은 주기 동안의 과도적으로도 출력이 가능하다.To meet this need, according to the prior art, an electronic load device has been developed that can form a specific waveform for performing various tests of the EUT. Typical examples include a method of restoring a waveform by using sampled data, and a method of synthesizing a waveform by using a waveform editing function and outputting the waveform at a predetermined time or period basis. Conventional devices such as this enable continuous waveform output and transient output over time or periods.

또한, 종래의 상용화된 전자식 부하 장치들은 정전력(constant power), 정저항(constant resistance), 정전류(constant current), 정전압(constant voltage) 등의 제어 모드를 지원하며, 파고율(crest factor) 및 역률제어모드(displacement power factor mode) 등을 제공하고 있다.In addition, conventional commercial electronic load devices support control modes such as constant power, constant resistance, constant current, constant voltage, crest factor and power factor. It provides a control mode (displacement power factor mode).

그러나 기존의 전자식 부하 장치들은 단일 피시험기기에 대한 제한된 패턴의 부하인가만 가능하고, 복합적인 패턴의 다양한 부하를 모의할 수 없었다. 특히, 실제의 부하는 유효전력과 무효전력이 시간에 따라 가변 되는데, 이처럼 시간에 따라 유효전력과 무효전력이 과도적으로 변하는 부하에 대한 모의 기능을 가지고 있지 않았으며, 복합적인 부하에 의한 비선형적인 부하전류에 대한 모의 기능을 제공할 수 없었다.
However, the existing electronic load devices can only apply a limited pattern of load to a single EUT, and cannot simulate various loads of a complex pattern. In particular, the actual load varies with the active power and reactive power over time. Thus, the actual load does not have a simulation function for the load in which the active power and reactive power change transiently. Could not provide simulation function for load current.

따라서 본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는데 그 목적이 있는 발명으로서, 풍력, 태양광, 연료전지 등 신 재생에너지원에 사용되는 전력변환장치의 성능평가용으로 사용되는 모의 부하의 기능과 관련하여 시간에 따라 변화하는 상별 유효전력, 무효전력을 임의로 조정할 수 있는 전자식 부하 장치를 제공하기 위한 목적을 가지고 있다.Therefore, the present invention has an object to solve the above technical problem, the function of the simulated load used for the performance evaluation of the power conversion device used in renewable energy sources such as wind, solar, fuel cells and the like In this regard, an object of the present invention is to provide an electronic load device capable of arbitrarily adjusting phase active power and reactive power that change with time.

또한, 신 재생에너지원을 이용하는 마이크로그리드 시스템에 있어서, 복합적인 부하에 의한 비선형적인 부하 전류에 대한 모의 기능과 같이 실제의 다양한 부하를 모의할 수 있는 장치를 제공하기 위한 목적 또한 가지고 있다.
In addition, in a microgrid system using a renewable energy source, there is also an object to provide a device capable of simulating a variety of actual loads, such as a simulation function for the non-linear load current by a complex load.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 전자식 능동 부하 장치는, 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템의 출력 측에 연결되는 AC/DC 컨버터와, 전력계통 측에 연결되는 DC/AC 인버터와, 상기 AC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터를 연결하는 직류단 캐패시터로 이루어지는 전력 변환 장치; 상기 AC/DC 컨버터의 스위칭 동작을 제어하는 컨버터 제어기; 상기 DC/AC 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 인버터 제어기; 및 상기 컨버터 제어기 및 인버터 제어기의 제어 신호 생성을 위한 명령을 제공하는 운전 제어부; 를 포함하며, 상기 운전 제어부는 시간에 따라 변화하는 부하를 모의하기 위한 유효전력 및 무효전력의 크기와 파형 기준치를 포함하는 파형 데이터를 생성하여 이를 상기 컨버터 제어기에 전송하는 파형 데이터 생성부를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an electronic active load device according to an embodiment of the present invention includes an AC / DC converter connected to an output side of an EUT or a microgrid system, a DC / AC inverter connected to a power system side, A power conversion device comprising a DC stage capacitor connecting the AC / DC converter and the DC / AC inverter; A converter controller controlling a switching operation of the AC / DC converter; An inverter controller controlling a switching operation of the DC / AC inverter; And an operation controller providing a command for generating control signals of the converter controller and the inverter controller. And a waveform data generation unit configured to generate waveform data including magnitudes of active power and reactive power and waveform reference values for simulating a load that changes with time, and transmit the waveform data to the converter controller. It features.

이때, 상기 파형 데이터 생성부는 전력전자 모의 프로그램을 통해 시뮬레이션된 데이터를 기초로 상기 파형 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.In this case, the waveform data generation unit is characterized in that for generating the waveform data based on the simulated data through the power electronic simulation program.

또한, 상기 파형 데이터 생성부는 전력 측정 계측기를 이용하여 취득한 실제 부하의 운전 데이터를 기초로 상기 파형 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.The waveform data generation unit may generate the waveform data based on operation data of an actual load acquired using a power measurement instrument.

또한, 상기 파형 데이터 생성부는 사용자의 설정에 따라 파형 합성기에서 생성된 데이터를 기초로 상기 파형 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.The waveform data generator may generate the waveform data based on data generated by the waveform synthesizer according to a user's setting.

또한, 상기 파형 데이터 생성부는 시간에 따라 임의적으로 가변 가능한 정전압, 정전류, 정전력, 정저항 및 역률 운전 제어를 위한 파형 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.The waveform data generation unit may generate waveform data for controlling a constant voltage, a constant current, a constant power, a constant resistance, and a power factor operation that can be arbitrarily changed according to time.

본 발명의 실시예에서, 상기 파형 데이터 생성부는 비선형 부하 및 과도 부하를 모의할 수 있는 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present invention, the waveform data generating unit may simulate a nonlinear load and a transient load.

또한, 상기 파형 데이터 생성부는 상별 불평형 부하의 설정이 가능하며, 시간에 따른 상기 불평형 부하의 변동이 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, the waveform data generation unit may set the unbalanced load for each phase, it characterized in that the unbalanced load can be changed over time.

한편, 상기 운전 제어부는 상기 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템에 인가할 시험 조건을 설정하며 실시간으로 운전 상태를 모니터링 하는 운전 상태 모니터링 및 설정부를 더 포함할 수 있다.The operation controller may further include an operation state monitoring and setting unit configured to set a test condition to be applied to the device under test or the microgrid system and monitor the operation state in real time.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템과 상기 컨버터 사이에 연결되어 상기 컨버터의 스위칭에 따른 고조파를 제거하는 제 1 필터; 및 상기 인버터와 상기 전력계통 사이에 연결되어 상기 인버터의 스위칭에 따른 고조파를 제거하는 제 2 필터; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the first filter is connected between the EUT or microgrid system and the converter to remove harmonics caused by switching of the converter; And a second filter connected between the inverter and the power system to remove harmonics according to switching of the inverter. It is preferable to further include.

또한, 상기 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템과의 전기적인 절연을 위한 절연 변압기; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, an isolation transformer for electrical insulation with the EUT or microgrid system; It is preferable to further include.

또한, 상기 컨버터 제어기는 위상고정루프를 구비하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the converter controller is characterized in that it comprises a phase locked loop.

본 발명에 따른 전자식 능동 부하 장치에 의하면, 다음과 같은 장점을 얻을 수 있다.According to the electronic active load device according to the present invention, the following advantages can be obtained.

첫째, 전력변환장치의 특성시험이나 마이크로그리드의 운전 동특성을 모의하기 위해서 실제의 부하가 아닌 모의 부하를 사용함으로 구축 비용과 시험 및 모의 비용을 최소화할 수 있다.First, in order to simulate the characteristics test of the power converter or the operation dynamics of the microgrid, the simulation cost can be minimized by using the simulated load rather than the actual load.

둘째, 다양한 부하 특성을 모의할 수 있는 전자식 능동 부하 장치를 제공함으로, 기존의 전자식 부하 장치를 다수 사용하는 불편함을 해소할 수 있으며 비용이 절감된다.Second, by providing an electronic active load device that can simulate a variety of load characteristics, it is possible to eliminate the inconvenience of using a large number of existing electronic load devices and to reduce the cost.

셋째, 부하모드로 운전할 경우에도 전력이 열 등으로 방출되는 것이 아니라 전력계통으로 회생됨에 따라 시험 비용을 절감할 수 있다.Third, even when operating in the load mode, the test cost can be reduced as the power is not released as heat, but is regenerated into the power system.

넷째, 전동기의 기동 특성 등 기존의 부하 장치가 구현할 수 없었던 기능들을 제공함으로 피시험기기 혹은 시스템을 보다 짧은 시간에 저비용으로 시험할 수 있게 된다.
Fourth, by providing functions that could not be realized by the existing load device such as the starting characteristics of the motor, it is possible to test the EUT or the system at a lower cost in a shorter time.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자식 능동 부하 장치의 구성도.
도 2는 상기 전자식 능동 부하 장치에서 운전 제어부의 기능을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 전자식 능동 부하 장치가 적용된 실시예를 나타내는 구성도.
도 4는 도 3에서 사용된 수동 부하 장치의 일 실시예를 나타내는 구성도.1 is a block diagram of an electronic active load device according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a function of an operation controller in the electronic active load device.
3 is a configuration diagram showing an embodiment in which the electronic active load device according to the present invention is applied.
4 is a block diagram showing an embodiment of a passive load device used in FIG.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자식 능동 부하 장치(100)의 구성을 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 능동 부하 장치(100)는 AC/DC 컨버터(113), DC/AC 인버터(115) 및 상기 컨버터(113)와 인버터(115)를 연결하는 직류단 캐패시터(114)로 이루어진 전력 변환 장치를 구비하며, 상기 컨버터(113) 및 인버터(115)를 제어하는 제어기(121, 122), 그리고 파형 및 부하를 생성하고 모의하는 운전 제어부(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 능동 부하 장치(100)는 피시험기기(20) 또는 마이크로그리드 시스템의 출력을 인가받아 제어를 수행하고, 이를 전력계통(미도시)에 전달한다.1 illustrates a configuration of an electronic active load device 100 according to an embodiment of the present invention. As shown, the active load device 100 according to the present invention is an AC / DC converter 113, a DC / AC inverter 115 and a DC stage capacitor 114 connecting the converter 113 and the inverter 115. And a controller 121 and 122 for controlling the converter 113 and the inverter 115, and an operation controller 130 for generating and simulating waveforms and loads. have. The active load device 100 is controlled by receiving the output of the device under test 20 or the microgrid system, and transmits the control to the power system (not shown).

본 발명의 실시예에 따라 상기 능동 부하 장치(100)에 구비되는 절연 변압기(111)는 피시험기기(20) 또는 마이크로그리드 시스템과의 전기적인 절연을 수행하며, 상기 절연 변압기(111)에 직렬로 제 1 필터(112)를 삽입하여 AC/DC 컨버터(113)와 연결할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the isolation transformer 111 provided in the active load device 100 performs electrical insulation with the device under test 20 or the microgrid system, and is in series with the isolation transformer 111. The first filter 112 may be inserted into the AC / DC converter 113.

AC/DC 컨버터(113)는 컨버터 제어기(121)에 의해 스위칭 동작이 제어되는데, 상기 컨버터 제어기(121)는 피시험기기(20) 또는 마이크로그리드 시스템의 출력 전압 및 주파수와 동기화하는 위상 고정 루프를 구비하여 상기 피시험기기(20) 또는 마이크로그리드 시스템의 출력 전압 및 주파수 변동에 관계없이 원하는 부하를 인가하고 흡수된 전력을 직류단 캐패시터(114)에 저장하도록 제어할 수 있다.The AC / DC converter 113 is controlled by the converter controller 121 for switching operation. The converter controller 121 performs a phase locked loop that synchronizes with the output voltage and frequency of the EUT 20 or the microgrid system. It can be provided to apply a desired load regardless of the output voltage and frequency variation of the EUT 20 or the microgrid system and to control the absorbed power to be stored in the DC stage capacitor 114.

한편, 상기 직류단 캐패시터(114)에 피시험기기(20) 또는 마이크로그리드 시스템의 전력이 흡수되면 직류단 전압이 상승하게 되는데, 이 상승분 전압을 DC/AC 인버터(115)가 제 2 필터(116)를 거쳐 전원(전력계통)측으로 전달하여 전력을 회생하게 된다.On the other hand, when the power of the device under test 20 or the microgrid system is absorbed by the DC stage capacitor 114, the DC stage voltage is increased, and the DC / AC inverter 115 uses the second voltage 116 as the second voltage 116. The power is regenerated by passing it to the power source (power system) side.

상기 DC/AC 인버터(115)는 인버터 제어기(122)에 의해 스위칭 동작이 제어되는데, 상기 인버터 제어기(122)는 직류단 캐패시터(114)의 전압을 일정하게 유지하도록 전류제어를 수행하여 전원측으로 전력이 회생하도록 제어한다.The switching operation of the DC / AC inverter 115 is controlled by the inverter controller 122. The inverter controller 122 performs current control to maintain a constant voltage of the DC-stage capacitor 114 to power the power supply side. Control it to regenerate.

이때, 상기 제 1 필터(112) 및 제 2 필터(116)는 바람직하게는 리액터-캐패시터 필터로서, AC/DC 컨버터(113) 및 DC/AC 인버터의 스위칭 동작에 따른 고조파 성분을 제거한다.In this case, the first filter 112 and the second filter 116 are preferably a reactor-capacitor filter, and remove harmonic components due to the switching operation of the AC / DC converter 113 and the DC / AC inverter.

한편, 본 발명에 따른 능동 부하 장치(100)는 상기 컨버터 제어기(121) 및 인버터 제어기(122)의 제어 신호 생성을 위한 명령을 제공하고 운전 상태를 모니터링하는 운전 제어부(130)를 구비한다.On the other hand, the active load device 100 according to the present invention includes a driving control unit 130 for providing a command for generating control signals of the converter controller 121 and the inverter controller 122 and monitors the operation state.

도 2는 상기 운전 제어부(130)의 구성 및 기능을 나타내고 있다.2 illustrates a configuration and a function of the operation controller 130.

본 발명의 실시예에 따라 상기 운전 제어부(130)는 파형 데이터 생성부(132)를 구비하는데, 상기 파형 데이터 생성부(132)는 시간에 따라 변화하는 부하를 모의하기 위한 유효전력 및 무효전력의 크기와 파형 기준치를 포함하는 파형 데이터를 생성하여 이를 컨버터 제어기(121)에 전송하도록 한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the operation controller 130 includes a waveform data generator 132, and the waveform data generator 132 may include active power and reactive power for simulating a load that changes with time. Waveform data including magnitude and waveform reference values are generated and transmitted to the converter controller 121.

이때, 본 발명의 파형 데이터 생성부(132)는 시뮬레이션 데이터(133), 계측기 측정 데이터(134) 또는 파형 합성기에서 생성된 데이터(135)를 기초로 파형 데이터를 생성하거나 정전압, 정전류, 정저항 및 역률 운전 제어(136)를 위한 파형 데이터를 생성하는 4가지의 서로 다른 방법을 제공한다.In this case, the waveform data generation unit 132 of the present invention generates waveform data based on the simulation data 133, the measurement data of the instrument 134, or the data 135 generated by the waveform synthesizer, or the constant voltage, constant current, constant resistance, and the like. Four different methods of generating waveform data for power factor operation control 136 are provided.

구체적으로, 첫 번째 방법인 상기 시뮬레이션 데이터(133)는 전력전자 모의 프로그램을 통해 시뮬레이션된 데이터로서, 본 발명에서는 매트랩(matlab), PSIM 등 상용화된 전력전자 모의 프로그램을 이용하여 유도전동기의 기동 특성 등의 동특성 모의가 가능하다. 이때 모의 결과는 시간축 상으로 샘플링된 출력전류, 유효전력, 무효전력 등의 데이터 파일을 얻을 수 있으며, 이러한 데이터를 이용하여 전동기의 기동 특성을 모의하는 용도로 능동 부하를 적용할 수 있다.Specifically, the simulation data 133, which is the first method, is data simulated through a power electronic simulation program, and in the present invention, starting characteristics of an induction motor using commercially available power electronic simulation programs such as matlab and PSIM. The dynamic characteristics of can be simulated. At this time, the simulation results can obtain data files such as output current, active power, reactive power, etc. sampled on the time base, and the active load can be applied to use the data to simulate the starting characteristics of the motor.

상기 언급한 상용화된 모의 도구들은 매우 짧은 모의 샘플링 시간 간격으로 수학적인 모델을 해석하기 때문에 데이터 량이 매우 많아질 수 있지만, 실제 능동 부하 장치(100)는 전류 혹은 전압제어의 특성상 응답이 빠르지 않기 때문에 실제 모의에서 얻은 데이터를 다시 한번 능동 부하 장치(100)가 응답할 수 있는 수준으로 샘플링하면 데이터 량이 줄어들고 능동 부하 장치(100)가 추종 가능하게 된다.Although the above-mentioned commercial simulation tools interpret mathematical models at very short simulation time intervals, the amount of data can be very large. However, since the active load device 100 does not respond quickly due to the characteristics of current or voltage control, If the data obtained from the simulation is sampled at a level that the active load device 100 can respond once again, the amount of data is reduced and the active load device 100 can be followed.

본 발명에서는 이렇게 샘플링된 데이터를 컨버터 제어기(121)에 미리 입력하는 방법으로 컨버터(113)를 동작하게 할 수 있다. 이를 통해 피시험기기(20) 혹은 마이크로그리드 시스템은 실제의 유도전동기가 기동하는 것과 같이 부하가 인가될 수 있으며, 실제 전동기의 실물 없이도 시험이 가능하게 된다.According to the present invention, the converter 113 may be operated by inputting the sampled data to the converter controller 121 in advance. This allows the device under test 20 or the microgrid system to be loaded as if the actual induction motor was started, and the test could be performed without the actual motor.

두 번째 방법으로, 본 발명에 따른 파형 데이터 생성부(132)는 전력 측정 계측기를 이용하여 취득한 계측기 측정 데이터(134)를 기초로 파형 데이터를 생성할 수 있다. 즉, 전력분석기 등 전력을 측정하는 계측기를 이용하여 실제 부하의 운전 데이터를 취득할 수 있고 전류의 크기 혹은 유효전력, 무효전력의 크기를 일정 샘플링 주기마다 얻을 수 있다.In a second method, the waveform data generator 132 according to the present invention may generate waveform data based on the measurement instrument measurement data 134 acquired using the power measurement instrument. That is, the operating data of the actual load can be obtained using a measuring instrument such as a power analyzer, and the magnitude of the current, the magnitude of the active power, and the magnitude of the reactive power can be obtained at every sampling period.

상기 전류의 크기나 유효, 무효전력 크기의 데이터는 운전 제어부(130)에서 컨버터 제어기(121)로 전송할 수 있으며 컨버터 제어기(121)는 해당 전류제어 혹은 전력제어 모드에서 실시간으로 제어하는 전류 혹은 전력의 기준치로 상기 데이터를 이용할 수 있다. 따라서 본 발명의 능동 부하 장치(100)는 실제의 부하 장치를 이용하지 않고도 동일한 부하 인가 효과를 낼 수 있다.Data of the current magnitude or the effective and reactive power magnitude may be transmitted from the operation controller 130 to the converter controller 121, and the converter controller 121 controls the current or power controlled in real time in the current control or power control mode. The data can be used as a reference value. Therefore, the active load device 100 of the present invention can produce the same load application effect without using an actual load device.

세 번째 방법으로, 본 발명의 파형 데이터 생성부(132)는 사용자의 설정에 따라 파형 합성기에서 생성된 데이터(135)를 기초로 파형 데이터를 생성한다. 구체적으로, 파형 합성기를 통해 사용자가 원하는 전류의 모양, 크기 등을 임의로 합성하고 이를 컨버터 제어기(121)에 전달하여 컨버터 제어를 수행할 수 있다.In a third method, the waveform data generator 132 of the present invention generates waveform data based on the data 135 generated by the waveform synthesizer according to a user's setting. Specifically, the waveform synthesizer may arbitrarily synthesize a shape, a magnitude, and the like of a current desired by a user, and transfer the same to the converter controller 121 to perform converter control.

예를 들면, 크기 A인 정현파 전류는 A?sin(ωt)로 나타낼 수 있는데(ω = 2πf, f는 주파수), 상기 정현파 전류에 3차 고조파 성분 전류를 10% 주입한 파형을 만들고 싶다면 I* = A?sin(ωt) + 0.1?A?sin(3ωt)로 파형을 합성한 전류기준치 I*를 만들 수 있다. 운전 제어부(130)에서 생성된 상기 전류 명령은 컨버터 제어기(121)에서 전류제어기의 기준치로 사용하는 것에 의해 능동부하는 3차고조파 전류가 10% 주입된 전류파형으로 피시험기기(20)에 부하를 인가하게 될 것이다.For example, the size A of the sine wave current A? Can represent a sin (ωt) (ω = 2πf , f is a frequency), if you want to create a third harmonic component currents 10% of injection waveform to said sinusoidal current I * = A? Sin (ωt) + 0.1? A? Sin (3ωt) to generate the current reference value I * that synthesizes the waveform. The current command generated by the operation controller 130 is used as a reference value of the current controller in the converter controller 121, and the active load is a current waveform in which 10% of the third harmonic current is injected into the device under test 20. Will be authorized.

네 번째 방법으로, 본 발명의 실시예에 따른 파형 데이터 생성부(132)는 정전압, 정전류, 정저항 및 역률 운전 제어(136)를 위한 파형 데이터를 생성할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 파형 데이터 생성부(132)는 실시간으로 혹은 미리 설정된 시간에 따른 기준전압, 기준전류, 기준저항 등의 기준치를 컨버터제어기(121)에 전달할 수 있다. 이렇게 함으로 전압, 전류, 전력 및 역률이 실제의 부하와 동일하게 시간에 따라 임의적으로 가변 될 수 있고, 따라서 실제의 부하와 같은 효과를 낼 수 있다.As a fourth method, the waveform data generator 132 according to the embodiment of the present invention may generate waveform data for the constant voltage, constant current, constant resistance, and power factor operation control 136. In this case, the waveform data generating unit 132 according to the embodiment of the present invention may transmit the reference value such as reference voltage, reference current, reference resistance, etc. in real time or according to a preset time to the converter controller 121. This allows the voltage, current, power and power factor to be arbitrarily varied over time to equal the actual load, thus producing the same effect as the actual load.

본 발명의 파형 데이터 생성부(132)는 전술한 바와 같은 4가지 방법을 이용하여, 실제 전력시스템의 부하처럼 시간에 따라 변동하는 다양한 부하 특성을 모의할 수 있도록 한다. 즉, 상기 파형 데이터 생성부(132)는 정류기 등의 비선형 부하나 전동기의 기동전류 특성과 같은 과도 부하를 모의할 수 있는 기능을 갖추고 있으며, 유효전력과 무효전력 부하를 개별적으로 설정하고 시간에 따라 변동 가능하도록 한 역률 가변 부하 기능을 구비할 수 있다. 또한, 상별 불평형 부하의 설정이 가능하며, 시간에 따른 상기 불평형 부하의 변동이 가능하도록 할 수 있다.The waveform data generation unit 132 of the present invention can simulate various load characteristics that change with time, such as the load of an actual power system, by using the four methods described above. That is, the waveform data generation unit 132 has a function of simulating a non-linear load such as a rectifier or a transient load such as a starting current characteristic of a motor, and separately sets active power and reactive power loads according to time. It can be provided with a variable power factor variable load function. In addition, it is possible to set the phase unbalanced load, it is possible to enable the variation of the unbalanced load over time.

또한, 본 발명의 운전 제어부(130)는 운전 상태 모니터링 및 설정부(138)를 구비할 수 있는데, 상기 운전 상태 모니터링 및 설정부(138)는 피시험기기(20) 또는 마이크로그리드 시스템에 인가할 시험 조건을 설정하며 실시간으로 운전 상태를 모니터링 한다.In addition, the operation control unit 130 of the present invention may include an operation state monitoring and setting unit 138, the operation state monitoring and setting unit 138 to be applied to the device under test 20 or the microgrid system. Set test conditions and monitor operating status in real time.

도 3은 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 전자식 능동 부하 장치(100)가 적용된 실시예를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 실제의 태양 전지 등의 직류 전원 대신에 직류 전원 시뮬레이터(10)를 구비하고, 상기 직류 전원 시뮬레이터(10)를 피시험기기(20)에 연결한다. 상기 피시험기기(20)로는 태양광 발전용 전력변환장치(PCS) 등이 사용될 수 있다.3 illustrates an embodiment in which the electronic active load device 100 according to the present invention as described above is applied. As shown, a DC power simulator 10 is provided in place of a DC power source such as a solar cell, and the DC power simulator 10 is connected to the device under test 20. As the device under test 20, a photovoltaic power converter (PCS) may be used.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 능동 부하 장치(100)는 수동 부하 장치(30)와 함께 병렬로 연결하여 부하를 분담할 수 있는데, 상기 수동 부하 장치(30)는 본 발명이 속한 기술분야에서 표준으로 지정하고 있는 단독운전 보호기능을 시험하기 위한 것이다. 단독운전 시험시에는 피시험기기(20)의 출력과 동일한 부하를 인가한 상태에서 전력계통(40) 측의 출력 차단기(S2)를 개방하여 단독운전 상태를 만들어 주어야 하는데, 상기 수동 부하 장치(30)의 리액터와 캐패시터 성분이 없으면 피시험기기(20)의 출력만으로 전압 및 주파수가 유지되지 않기 때문에 단독운전 상황이 발생하지 않는다.At this time, the active load device 100 according to an embodiment of the present invention can be connected in parallel with the passive load device 30 to share the load, the passive load device 30 in the technical field to which the present invention belongs This is to test the stand-alone protection function specified by the standard. In the single operation test, the output circuit breaker S2 of the power system 40 should be opened in the state of applying the same load as the output of the device under test 20 to make the single operation state. Without the reactor and capacitor components, the single-operation situation does not occur because the voltage and frequency are not maintained only by the output of the EUT 20.

도 4는 마이크로그리드 시스템의 운전 특성을 시험하기 위한 수동 부하 장치(30)의 실시예를 나타내고 있다. 상기 시스템의 운전 특성을 시험하기 위한 모의 부하는 시간에 따른 부하 변동을 모의할 수 있어야 하고 저항성 부하뿐만 아니라 용량성, 유도성 부하도 시험 가능해야 하므로, 각 단위 부하(32-1, 32-2, 32-3, …)를 저항성 부하(32a), 유도성 부하(32b) 및 용량성 부하(32c)로 구성하고 이를 시간 추이에 따라 스위치(34-1, 34-2, 34-3, …)를 개폐함으로 구현한다.4 shows an embodiment of a passive load device 30 for testing the operating characteristics of a microgrid system. The simulation load for testing the operating characteristics of the system should be able to simulate the load fluctuations over time and the capacitive and inductive loads as well as the resistive load, so that each unit load (32-1, 32-2) , 32-3, ... are composed of resistive load 32a, inductive load 32b, and capacitive load 32c, and the switches 34-1, 34-2, 34-3,... ) By opening and closing it.

이러한 수동 부하 장치(30)는 부하제어기(36)에 의해 제어되는데 여기에는 부하 패턴이 저장되어 있다. 부하제어기(36)가 부하 패턴을 발생하면 이를 수동 부하 장치(30)에 전달하여 상기 수동 부하 장치(30)의 내부에 있는 프로그래머블 로직 제어기(PLC)에 의해 각 스위치(34-1, 34-2, 34-3, …)를 개폐한다.This passive load device 30 is controlled by a load controller 36, in which a load pattern is stored. When the load controller 36 generates a load pattern, the load controller 36 transmits the load pattern to the passive load device 30, and then switches each of the switches 34-1 and 34-2 by a programmable logic controller (PLC) inside the passive load device 30. , 34-3, ...).

이러한 수동 부하 장치(30)는 비선형 부하의 구현이 불가능하고, 전동기의 기동 특성과 같은 복잡한 과도 부하를 모의할 수 없으며, 기계적인 개폐기 스위치(34-1, 34-2, 34-3, …)를 사용하기 때문에 짧은 시간의 부하 변동을 구현할 수 없다. 또한, 부하에서 소비되는 전력이 전부 열로 방출되어 시험시 전력소모가 큰 문제가 있다.Such passive load device 30 cannot implement non-linear loads, cannot simulate complex transient loads such as starting characteristics of the motor, and mechanical switch switches 34-1, 34-2, 34-3,... It is not possible to implement a short time load variation because of using. In addition, since the power consumed by the load is all released as heat, there is a problem in that power consumption during the test.

따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전자식 능동 부하 장치(100)를 함께 연결하여 전력 소비를 줄이고 원활한 운행 시험을 수행할 수 있다. 상기 능동 부하 장치(100)는 피시험기기(20)로부터 입력된 전력 혹은 에너지를 전력계통(40) 측으로 반환하도록 병렬 연결되는데, 이에 따라 전력 계통 측 스위치(S2)가 개방된 상태의 전력 계통(40) 차단 모의 시험시에도 수동 부하 장치(30)에서 열로 소비되는 전력을 전력 계통(40)으로 회생할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같은 다양한 특성의 부하 변동을 모의할 수 있게 된다.Therefore, as shown in FIG. 3, the electronic active load device 100 according to the present invention may be connected together to reduce power consumption and perform a smooth running test. The active load device 100 is connected in parallel to return the power or energy input from the device under test 20 to the power system 40. Accordingly, the power system side of the power system side switch S2 is opened ( 40) Even during the simulation simulation, the power consumed as heat in the manual load device 30 may be regenerated to the power system 40. In addition, it is possible to simulate load variations of various characteristics as described above.

이처럼 본 발명에 따른 전자식 능동 부하 장치는 전력 변환 장치의 특성 시험이나 마이크로그리드 시스템의 운전 동특성을 모의하기 위한 다양한 부하 특성을 제공할 수 있으며, 부하 모드로 운전할 경우에도 전력이 열 등으로 방출되지 않고 전력계통으로 회생 되도록 함으로 시험 비용을 절감할 수 있다.As such, the electronic active load device according to the present invention can provide various load characteristics for testing the characteristics of the power conversion device or simulating the operating dynamics of the microgrid system, and the power is not released as heat even when operating in the load mode. The cost of testing can be reduced by allowing the power system to regenerate.

본 발명에 따른 전자식 능동 부하 장치는 풍력, 태양광, 연료 전지 등 신 재생에너지의 전력 변환 장치 및 이를 이용한 마이크로그리드 시스템의 성능을 평가하기 위한 모의 부하 장치로 사용될 수 있으며, 절감된 비용으로 다양한 부하 특성을 실제로 모의할 수 있도록 한다.The electronic active load device according to the present invention can be used as a simulation load device for evaluating the performance of a power conversion device of renewable energy such as wind, solar, fuel cells, and the microgrid system using the same, and various loads at reduced cost Allows you to simulate the characteristics.

이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있다. 따라서 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에 속한 사람이 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
In the above described the present invention through specific embodiments, those skilled in the art can make modifications, changes without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, what can be easily inferred by the person of the technical field to which this invention belongs from the detailed description and the Example of this invention is interpreted as belonging to the scope of the present invention.

10 : 직류전원 시뮬레이터 20 : 피시험기기
30 : 수동 부하 장치 36 : 부하제어기
40 : 전력계통 100 : 능동 부하 장치
110 : 절연 변압기 112 : 제 1 필터
113 : AC/DC 컨버터 114 : 직류단 캐패시터
115 : DC/AC 인버터 116 : 제 2 필터
121 : 컨버터 제어기 122 : 인버터 제어기
130 : 운전 제어부 132 : 파형 데이터 생성부
138 : 운전 상태 모니터링 및 설정부10: DC power simulator 20: EUT
30: manual load device 36: load controller
40: power system 100: active load device
110: isolation transformer 112: first filter
113: AC / DC converter 114: DC stage capacitor
115: DC / AC inverter 116: second filter
121: converter controller 122: inverter controller
130: operation control unit 132: waveform data generation unit
138: operation status monitoring and setting unit

Claims (11)

피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템의 출력 측에 연결되는 AC/DC 컨버터와, 전력계통 측에 연결되는 DC/AC 인버터와, 상기 AC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터를 연결하는 직류단 캐패시터로 이루어지는 전력 변환 장치;
상기 AC/DC 컨버터의 스위칭 동작을 제어하는 컨버터 제어기;
상기 DC/AC 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 인버터 제어기;
상기 컨버터 제어기 및 인버터 제어기의 제어 신호 생성을 위한 명령을 제공하는 운전 제어부;
를 포함하며, 상기 운전 제어부는 시간에 따라 변화하는 부하를 모의하기 위한 유효전력 및 무효전력의 크기와 파형 기준치를 포함하는 파형 데이터를 생성하여 이를 상기 컨버터 제어기에 전송하는 파형 데이터 생성부를 구비하고,
상기 파형 데이터 생성부는 사용자의 설정에 따라 파형 합성기에서 생성된 데이터를 기초로 상기 파형 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
Power consisting of an AC / DC converter connected to the output side of the EUT or microgrid system, a DC / AC inverter connected to the power system side, and a DC stage capacitor connecting the AC / DC converter and the DC / AC inverter. A conversion device;
A converter controller controlling a switching operation of the AC / DC converter;
An inverter controller controlling a switching operation of the DC / AC inverter;
An operation controller for providing a command for generating control signals of the converter controller and the inverter controller;
The driving controller includes a waveform data generator for generating waveform data including magnitudes of active power and reactive power and waveform reference values for simulating a load that changes with time, and transmitting the waveform data to the converter controller.
The waveform data generator generates the waveform data based on data generated by the waveform synthesizer according to a user's setting.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템의 출력 측에 연결되는 AC/DC 컨버터와, 전력계통 측에 연결되는 DC/AC 인버터와, 상기 AC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터를 연결하는 직류단 캐패시터로 이루어지는 전력 변환 장치;
상기 AC/DC 컨버터의 스위칭 동작을 제어하는 컨버터 제어기;
상기 DC/AC 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 인버터 제어기;
상기 컨버터 제어기 및 인버터 제어기의 제어 신호 생성을 위한 명령을 제공하는 운전 제어부;
를 포함하며, 상기 운전 제어부는 시간에 따라 변화하는 부하를 모의하기 위한 유효전력 및 무효전력의 크기와 파형 기준치를 포함하는 파형 데이터를 생성하여 이를 상기 컨버터 제어기에 전송하는 파형 데이터 생성부를 구비하고,
상기 파형 데이터 생성부는 시간에 따라 임의적으로 가변 가능한 정전압, 정전류, 정전력, 정저항 및 역률 운전 제어를 위한 파형 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
Power consisting of an AC / DC converter connected to the output side of the EUT or microgrid system, a DC / AC inverter connected to the power system side, and a DC stage capacitor connecting the AC / DC converter and the DC / AC inverter. A conversion device;
A converter controller controlling a switching operation of the AC / DC converter;
An inverter controller controlling a switching operation of the DC / AC inverter;
An operation controller for providing a command for generating control signals of the converter controller and the inverter controller;
The driving controller includes a waveform data generator for generating waveform data including magnitudes of active power and reactive power and waveform reference values for simulating a load that changes with time, and transmitting the waveform data to the converter controller.
And the waveform data generator generates waveform data for controlling a constant voltage, a constant current, a constant power, a constant resistance, and a power factor operation that can be arbitrarily changed according to time.
제 1항 또는 제 5항에 있어서,
상기 파형 데이터 생성부는 비선형 부하 및 과도 부하를 모의할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
The method according to claim 1 or 5,
The waveform data generator may simulate a non-linear load and a transient load.
제 1항 또는 제 5항에 있어서,
상기 파형 데이터 생성부는 상별 불평형 부하의 설정이 가능하며, 시간에 따른 상기 불평형 부하의 변동이 가능한 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
The method according to claim 1 or 5,
The waveform data generating unit may set an unbalanced load for each phase, and the electronic active load device according to claim 1, wherein the unbalanced load may be changed over time.
제 1항 또는 제 5항에 있어서,
상기 운전 제어부는 상기 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템에 인가할 시험 조건을 설정하며 실시간으로 운전 상태를 모니터링 하는 운전 상태 모니터링 및 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
The method according to claim 1 or 5,
The operation controller may further include an operation state monitoring and setting unit configured to set a test condition to be applied to the device under test or the microgrid system and monitor the operation state in real time.
제 1항 또는 제 5항에 있어서,
상기 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템과 상기 컨버터 사이에 연결되어 상기 컨버터의 스위칭에 따른 고조파를 제거하는 제 1 필터;
상기 인버터와 상기 전력계통 사이에 연결되어 상기 인버터의 스위칭에 따른 고조파를 제거하는 제 2 필터;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
The method according to claim 1 or 5,
A first filter connected between the EUT or the microgrid system and the converter to remove harmonics caused by switching of the converter;
A second filter connected between the inverter and the power system to remove harmonics according to switching of the inverter;
Electronic active load device further comprising.
제 9항에 있어서,
상기 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템과의 전기적인 절연을 위한 절연 변압기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
The method of claim 9,
And an isolation transformer for electrical isolation from the EUT or microgrid system.
제 1항 또는 제 5항에 있어서,
상기 컨버터 제어기는 위상고정루프를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
The method according to claim 1 or 5,
And the converter controller has a phase locked loop.
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