KR101422361B1 - 분산전원 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 분산 전원 제어 방법은 마이크로그리드에 포함되는 분산전원의 제어 방법에 있어서, 상기 마이크로그리드와 메인 그리드의 공통연결점과 최초 연결되는 제1 분산전원의 동작 모드를 선로 조류 제어 모드로 설정하는 단계; 상기 마이크로그리드에서 상기 제1 분산전원과 상이한 제2 분산전원을 선택하는 단계; 상기 제2 분산전원의 동작 모드 및 상기 제1 분산전원의 출력 전력에 기초하여 동작 모드를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 동작 모드에 따라 상기 제2 분산전원을 상기 선로 조류 제어 모드 또는 유닛 전력 제어 모드 중 어느 하나로 설정하는 단계를 포함한다.

Description

분산전원 제어 방법{A METHOD FOR CONTROLING DISTRIBUTED GENERATORS}
본 발명은 분산전원 제어 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 전력 계통의 메인 그리드와 연결되는 분산전원의 제어 방법에 관한 것이다.
최근 우리나라 전력 소비량이 지속적으로 증가하는 추세인 반면, 이에 대응하는 발전 설비의 확충은 부지확보 문제, 환경 문제, 자원 수급 문제 등으로 대형 화력 및 원자력 발전소 건설이 제한되면서 점차 어려워지고 있다. 또한, 산업이 고도화됨에 따라 전력품질에 대한 요구도 함께 증가하고 있어 수요 관리 및 제어를 고려한 다양한 형태의 에너지원 개발 요구가 증대되고 있다.
이에 따라 현재 풍력, 태양광 또는 연료 전지 등의 신재생 에너지를 이용한 분산 전원 형태의 전력 계통 연계 시스템이 개발되고 있다. 마이크로그리드는 전력 계통의 메인 그리드와 연결되는 분산전원들로 구성되는 네트워크 계통으로서, 계통상황에 따라서 메인 그리드와의 연계 운전 및 독립운전이 가능하고, 분산전원의 효율적 이용을 통한 에너지 효율향상, 전력의 역송전 및 신뢰도 향상을 가능하게 하여 차세대 전력IT기술로 떠오르고 있다.
도 1은 일반적인 마이크로그리드 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 마이크로그리드 시스템은 전력 계통의 메인 그리드(10) 및 이와 공통결합점(20)에서 연결되는 마이크로 그리드(30)를 포함하며, 마이크로 그리드(30)는 메인 그리드(10) 선로와 연결되는 복수의 분산전원(33)들 및 이들로부터 전력을 공급받는 복수의 부하(32)들을 포함할 수 있다.
이와 같은 분산전원(33)과 메인 그리드(10)로부터 공급되는 전력을 적절히 분배함으로써, 부하(32)에 공급되는 전력을 유지시킬 수 있다. 또한, 메인 그리드(10)에 전력을 공급하는 주 전력 공급자는 마이크로그리드(30)를 기준으로 전력 공급을 제어하고, 조절할 수 있기 때문에 효율적인 운영이 가능하게 된다.
그러나, 이와 같이 분산 전원(33)과 메인 그리드(10) 전력을 연계하는 경우, 마이크로그리드(30)내의 부하(32) 소비 전력이 변동하게 되면, 메인 그리드(10)의 주 전력 공급자는 그 마이크로그리드(30)에 대한 메인 그리드(10) 관점에서의 제어가 불가능하게 되고, 따라서 분산전원(33) 출력을 최대로 활용하지 못하는 문제점이 있다. 그리고, 이를 극복하기 위해, 공통결합점(20)의 선로 조류를 분산전원(33)의 출력을 이용하여 일정하게 유지하여 마이크로그리드(30)를 하나의 부하로 볼 수 있는 방법이 있으나, 이 경우에는 부하(32)가 최대 전력을 소비할 때, 선로 조류 유지를 위해 분산전원(33) 출력이 유동적이지 못하고 제한되는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 마이크로 그리드(30)가 메인 그리드(10)와의 연계를 해제하고 독립 계통으로 전환하는 경우, 각각 동작하던 분산전원(33)들은 기존의 선로 조류를 유지하기 위해 로컬 주파수로 변경하여야 하는데, 그 주파수 변경폭이 큰 경우에는 불필요한 전력 소모를 가져오며, 전체 시스템의 불안을 발생시키는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해, 분산 전원의 모드를 설정하고, 기준값에 따라 모드를 변경하는 방법이 있을 수 있으나, 선로 조류의 크기는 절대 값이 아니기 때문에 시스템이 유동적으로 동작하게 되고, 이에 따라 오작동이나 불안정을 초래할 수 있다. 이를 위해 히스테리시스 방식이 사용될 수도 있으나, 동작 범위를 크게 설정하여야 하므로 유사한 문제를 초래할 수 있다.
본 발명의 목적은, 마이크로 그리드 시스템을 안정적으로 동작시킬 수 있는 분산전원 제어 방법을 제공함에 있다.
또한, 모드의 잦은 전환으로 인한 오작동이나 불안정을 줄이면서도, 부하상태 및 운전모드에 대한 변동에 따라 분산전원의 출력을 효율적으로 제어할 수 있는 분산 전원 제어 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 분산전원 제어 방법은 마이크로그리드에 포함되는 분산전원의 제어 방법에 있어서, 상기 마이크로그리드와 메인 그리드의 공통연결점과 최초 연결되는 제1 분산전원의 동작 모드를 선로 조류 제어 모드로 설정하는 단계; 상기 마이크로그리드에서 상기 제1 분산전원과 상이한 제2 분산전원을 선택하는 단계; 상기 제2 분산전원의 동작 모드 및 상기 제1 분산전원의 출력 전력에 기초하여 동작 모드를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 동작 모드에 따라 상기 제2 분산전원을 상기 선로 조류 제어 모드 또는 유닛 전력 제어 모드 중 어느 하나로 설정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 분산 전원 제어 장치는 메인 그리드의 공통연결점과 최초 연결되는 제1 분산전원의 동작 모드를 선로 조류 제어 모드로 설정하고, 제1 분산전원의 출력 전력에 기초하여 다른 분산전원의 동작 모드를 결정 및 제어함으로써 동작 모드의 잦은 변경을 줄일 수 있으며, 이에 따라 부하상태 및 운전모드에 대한 변동에 따라 분산전원의 출력을 효율적으로 제어하면서도, 잦은 변경에 따른 오작동을 줄일 수 있게 된다.
또한, 동작 모드 전환에 따른 주파수 변동폭을 감소시킬 수 있게 되며, 마이크로 그리드 시스템을 안정적으로 유지하게 된다.
그리고, 복수의 분산전원들의 동작 모드를 효율적인 출력을 위해 유동적으로 변경할 수 있으면서도 그 변경 빈도를 줄일 수 있으므로, 안정적이면서도 분산전원의 출력을 효율적으로 제어할 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 마이크로그리드 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산 전원 제어 방법을 수행하기 위한 분산전원 제어 장치를 포함하는 전력 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산 전원 제어 방법을 수행하기 위한 분산전원 제어 장치(100)의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원 제어 장치(100)에 의해 동작하는 마이크로그리드 시스템을 부분적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 6은 분산전원이 FFC 모드로 동작하는 것을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 8은 분산전원이 UPC 모드로 동작하는 것을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산 전원 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블럭을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.
또한 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비 휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.
본 명세서의 청구범위에서, 상세한 설명에 기재된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 구성요소는 예를 들어 상기 기능을 수행하는 회로 소자의 조합 또는 펌웨어/마이크로 코드 등을 포함하는 모든 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 모든 방법을 포함하는 것으로 의도되었으며, 상기 기능을 수행하도록 상기 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 청구범위에 의해 정의되는 본 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원 제어 장치를 포함하는 전력 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원 제어 장치(100)를 포함하는 전력 시스템은 메인 그리드(300) 및 이와 공통연결점(301)에서 연결되는 마이크로 그리드(200)를 포함하며, 마이크로 그리드(200)는 복수의 분산전원들(210), 복수의 부하들(220) 및 복수의 분산전원들(210)과 복수의 부하들(220)의 동작을 제어하는 분산전원 제어 장치(100)를 포함하여 구성된다.
메인 그리드(300)는 메인 전원 공급부의 역할을 수행하며, 주 전력 공급자로부터 전력 계통을 통해 전송되는 전력을 마이크로 그리드(200)에 공급한다. 이 때, 마이크로 그리드(200)와 메인 그리드(300) 연결점을 공통연결점(301)이라고 할 수 있다.
그리고, 공통연결점(301)으로부터 마이크로 그리드(200) 방향으로 흐르는 선로의 조류 전력을 FL(feeder flow)이라고 할 수 있으며, 도 2에서는 제1 분산전원(210)의 동작 모드가 FFC(선로 조류 제어, feeder flow control)모드임에 따라 FL1ref 값으로 제어되고 있음을 알 수 있다. 분산 전원(210)들의 구체적인 동작 모드에 대하여는 후술하도록 한다.
마이크로 그리드(200)는 외부에서 메인 그리드(300)로부터 수신되는 전력과 내부의 각각의 분산전원(210)들이 공급하는 전력(P1 내지 Pn)에 따라 각각의 부하(220)들이 필요로 하는 부하 소비 전력(LD1 내지 LDn)을 공급할 수 있다.
그리고, 분산 전원 제어 장치(100)는 이와 같은 각각의 분산전원(210)들 및 각각의 부하(220)들에 연결될 수 있다. 분산 전원 제어 장치(100)는 각 부하(220)들의 소비 전력을 측정할 수 있고, 각 분산전원(210)들의 출력을 측정할 수 있으며, 제1 분산 전원(210) 출력과, 타 분산전원에 기초하여 제2 분산 전원의 동작 모드를 변경할 수 있다. 예를 들어, 도 2에서와 같이, 분산전원 제어 장치(100)는 제1 분산전원(210)의 동작 모드를 FFC(feeder flow control) 모드로 제어하여 메인 그리드로부터의 입력 전력을 기준값인 FL1ref로 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원 제어 장치(100)의 상세 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원 제어 장치(100)는 각각의 부하(220)들과 연결되어 부하 소비 전력을 측정하는 부하 전력 측정부(110), 각각의 분산전원(210)들과 연결되어 분산전원 출력 전력을 측정하는 분산전원 전력 측정부(130), 측정된 부하 소비 전력과 측정된 분산전원 출력 전력에 기초하여 메인 그리드와 연결된 공통연결점(301) 방향 선로 조류의 기준값을 결정하는 선로 조류 기준값 결정부(120), 선로 조류의 전력을 측정하는 선로 조류 센서부(150), 측정된 선로 조류값, 측정된 분산전원 출력 및 선로 조류 기준값에 기초하여 적어도 하나의 분산전원(210)의 동작 모드를 변경하는 제어부(140)를 포함한다.
부하 전력 측정부(110)는 복수의 부하(220)들과 연결될 수 있으며, 연결된 부하(220)에서 소비되는 부하 소비 전력을 측정할 수 있다. 또한, 부하 전력 측정부(110)는 각 부하(220)의 최대 소비 전력을 연산할 수 있다. 예를 들어, 부하 전력 측정부(110)는 연결된 모든 부하(220)의 소비 전력 값을 합산함으로써, 현재 최대 소비 전력을 연산할 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 부하 전력 측정부(110)는 각 부하(220)의 소비 전력 LD1 내지 LDn을 측정할 수 있으며, 최대 소비 전력을 LD1 내지 LDn의 합으로 연산하여 출력할 수 있다.
다시 도 3을 설명하면, 분산전원 전력 측정부(130)는 복수의 분산전원(210)들과 연결될 수 있으며, 연결된 분산전원(210)의 출력 전력을 측정한다.
분산전원 전력 측정부(130)는 각 분산전원(210)에서 출력되는 전류 및 전압값을 측정하여 각각의 분산전원(210) 출력 전력을 연산할 수 있다. 분산전원(210)은 종류 및 동작 모드에 따라 다른 출력을 가질 수 있다. 따라서, 분산전원 전력 측정부(130)는 타 측정 기기 또는 분산전원(210)들과 소정의 통신을 수행하여 각각의 분산전원(210)들의 종류 및 동작 모드를 식별할 수 있으며, 각각의 출력을 측정할 수 있다.
또한, 분산전원 전력 측정부(130)는 모든 분산전원(210)들의 출력 전력을 측정하여 분산전원(210)들의 전체 출력 값을 연산할 수도 있다.
그리고, 분산전원 전력 측정부(130)는 동작 모드 별 전력 측정을 위해 제1 모드로 동작하는 분산전원(210)들의 제1 출력 전력과 제2 모드로 동작하는 분산전원(210)들의 제2 출력 전력을 별도 측정하여 제1 출력 전력 및 제2 출력 전력을 제어부(140)로 전달할 수도 있다.
제어부(140)는 분산전원(210)이 각각 상기 메인 그리드와 연결되는 선로의 조류를 일정하게 유지하는 제1 모드 또는 상기 분산전원의 출력 전력을 일정하게 유지하는 제2 모드 중 어느 하나로 동작하도록 동작 모드를 변경하여 상기 메인 그리드 연결 선로의 조류 전력이 일정하게 유지되도록 제어할 수 있다.
이하에서는, 이와 같은 제어부(140)의 동작 및 그 효과를 도 4 내지 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원 제어 장치(100)에 의해 동작하는 마이크로그리드 시스템을 부분적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 분산 전원 제어 장치(100)는 상술한 제어부(140)의 동작에 의해 분산 전원(210)을 상기 제1 모드 또는 제2 모드로 제어할 수 있다.
여기서, 제1 모드는 상기 메인 그리드와 연결되는 선로인 공통연결점(301)에서 분산 전원(210)방향 선로의 조류를 일정하게 유지하는 선로 조류 제어(feeder flow control, FFC) 모드일 수 있다.
다시 말하면, 제1 모드는 분산 전원(210) 앞 단의 선로 조류를 일정하게 유지시키는 FFC 모드일 수 있다. 분산 전원(210)이 FFC 모드로 동작하는 경우에, 분산전원(210)은 마이크로그리드 내부의 부하(220) 소비 전력 변동에 따라 그 출력(Pdg)을 조정할 수 있다. 이에 따라, 분산전원(210)에 연결된 메인 그리드(300)로부터의 전력 조류(FL)는 일정하게 유지될 수 있게 된다. 따라서, 메인 그리드에 전력을 공급하는 주 전원 공급자는 그 분산전원(210)을 포함하는 마이크로그리드 자체를 일정한 전력을 소비하는 부하로 설정하여 제어할 수 있게 되므로, 마이크로그리드로 공급되는 전력의 측정 및 제어가 용이하게 되는 장점이 있다.
도 5 내지 도 6은 분산전원이 FFC 모드로 동작하는 것을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 분산 전원(210)은 인버터(211)와 연결되고, 인버터(211)는 모드 제어부 및 인덕터(212)와 연결되며, 인덕터(212)는 공통연결점(301) 및 부하(220)와 연결될 수 있다.
여기서, 제어부(140)는 대상 분산 전원(210)을 FFC 모드로 동작시킬 수 있으며, 이 때 제어부(140)는 전압 V 및 전류 I-F를 측정하고, 이에 기초하여 FL(Feeder flow)를 계산하며, FL이 유지되도록 인버터(211)를 통해 분산전원(210) 출력 전력 Pdg를 제어할 수 있다.
이에 따라, 앞서 설명한 바와 같이, 분산 전원(210) 앞 단의 선로 조류인 FL이 일정하게 유지될 수 있고, 주 전원 공급자의 부하 전력 측정 및 소비 전력 제어가 용이하게 된다.
한편, 도 6은 분산전원이 FFC 모드로 동작하는 경우의 수하 특성(droop characteristics) 그래프를 나타낸다.
도 6을 참조하면, FFC 모드에 있어서, 전력 주파수 f에 따른 도 5의 선로 조류 FL의 변화를 알 수 있다.
제1 선(500) 및 제2 선(501)은 주파수 변화에 의한 동작점을 나타내는 그래프(전력 임포트 및 익스포트 그래프)로서, FFC모드의 수하 특성에 따라 일정 기울기(KF)를 가질 수 있다.
FFC 모드로 동작하는 경우 분산 전원(210)은 메인 그리드(300)와 분리되지 않은 상태에서 기준 주파수 f0에 대해 선로 조류를 FL0(전력을 임포트하는 경우) 또는 ?L0(전력을 익스포트 하는 경우)값으로 유지할 수 있다. 이 때의 동작점은 점 502, 점 503이라 할 수 있다.
그러나, 분산 전원(210)이 메인 그리드로부터 분리되는 경우, 독립 운전 모드로 변경되어야 한다. 이 때, 분산 전원(210)과 메인 그리드와의 연결은 끊어지기 때문에, FL값은 0이 되어야 하며, 부하로의 전력 입력 또는 출력은 유지하여야 하므로 전력 주파수가 변경되어야 하며, 이에 따라 동작점 또한 변경되어야 한다.
예를 들어, 분산 전원(210)이 메인 그리드로부터 분리될때의 선로 조류가 FL0(전력을 임포트 하던 경우)인 경우 전력 주파수는 f0에서 f1으로 감소되는 방향으로 변경될 수 있다. 이에 따라 분산 전원(210)의 동작점 503은 동작점 505로 변경될 수 있다.
또한, 예를 들어, 분산 전원(210)이 메인 그리드로부터 분리될때의 선로 조류가 -FL0(전력을 익스포트 하던 경우)인 경우 전력 주파수는 f0에서 f2로 증가되는 방향으로 변경될 수 있다. 이에 따라 분산 전원(210)의 동작점 502는 동작점 504로 변경될 수 있다.
이와 같이, FFC 모드에서 전력 주파수 변경이 일어나는 경우에는 도 6에 도시된 바와 같은 수하 특성 그래프에 따라 주파수의 증감 및 동작점의 변경이 이루어 질 수 있다. 이 때 주파수 변경에 의한 전력 손실 및 시스템 불안정을 초래할 수 있다.
이를 해결하기 위해 분산 전원 제어 장치(100)는 조류 전력을 특정 값으로 일정하게 유지시킴으로써 주파수 변화를 감소시킬 수 있다.
한편, 분산 전원 제어 장치(100)는 상술한 제어부(140)의 동작에 의해 분산 전원(210)을 상기 제2 모드로 제어할 수 있다. 일 실시 예에서, 제2 모드는 분산전원(210)의 출력 전력을 일정하게 유지하는 단위 전력 제어(unit power control, UPC) 모드일 수 있다. UPC 모드의 경우, 분산 전원 제어 장치(100)는 선로 조류의 양과 무관하게 분산 전원(210) 자체의 출력을 특정 값으로 일정하게 유지시킬 수 있다.
도 7 내지 도 8은 분산전원이 UPC 모드로 동작하는 것을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 분산 전원 제어 장치(100)의 제어부(140)는 UPC 모드로 분산전원(210)을 동작시킬 수 있다.
예를 들어, 분산 전원 제어 장치(100)는 분산전원(210)에 연결되는 인버터(211)를 제어하여, 인버터 출력단에 연결된 인덕터(212)에 흐르는 전류 I 및 전압 V의 곱인 전력 Pdg가 일정하게 유지되도록 제어할 수 있다.
이와 같은 UPC 모드의 경우, 분산 전원 제어 장치(100)는 마이크로 그리드 부하 변동 상황에 무관하게 분산 전원(210)으로부터 일정한 출력이 이루어지도록 제어할 수 있다.
도 8은 이와 같은 UPC 모드로 동작하는 분산 전원(210)의 주파수 대비 출력 전력의 수하 특성(droop characteristics) 그래프를 나타낸다.
도 8에 도시된 바와 같이, UPC 모드로 동작하는 분산 전원의 출력 전력 P는 메인 그리드와 연결된 경우, 기준주파수 f0에 대해 전력 P0로 일정하게 유지될 수 있다.
그러나, 분산 전원(210)이 메인 그리드로부터 분리되는 경우, 독립 운전 모드로 변경되어야 한다. 이 때, 분산 전원(210)과 메인 그리드와의 연결은 끊어지면서, 부하로의 전력 입력 또는 출력은 유지되여야 하므로 전력 주파수가 변경되어야 하며, 이에 따라 전력 P1(전력을 임포트하던 경우) 또는 P2(전력을 익스포트 하던 경우)로 변경될 수 있다.
그리고, 이에 따라 분산 전원(210)의 출력 전력 주파수 또한 f1 또는 f2로 변경될 수 있으며, 이에 따른 전력 손실 및 시스템 불안정이 야기될 수 있다. 따라서, 메인 그리드와 분리되는 독립 운전시 분산 전원 제어 장치(100)는 메인 그리드 선로와 최초 연결되는 분산 전원(210)을 FFC 모드로 동작시킴으로써, UPC모드로 동작하는 분산 전원(210)에 의한 주파수 변화를 감소시킬 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, FFC 모드의 경우, 메인 그리드에 대한 주 전원 공급자의 소비 전력 측정 및 제어가 용이하다는 장점이 있다. 다만, FFC 모드의 경우 선로 조류 유지를 위해, 부하 변동에 따른 분산 전원(210)의 출력 변동이 심하고, 그 제어가 어려운 문제점이 있다.
반면, 상술한 UPC 모드의 경우, 분산 전원(210)의 출력이 특정 값으로 제한되므로, 그 출력이 최대로 활용되지 못하고 제한될 수 있다, 메인 그리드에 대한 주 전력 공급자는 부하 변동에 따른 전력 공급 예측이나 제어가 불가능할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따르면, 제어부(140)는 상기 메인 그리드 연결 선로에 최초 연결되는 분산 전원(210)을 FFC 모드로 제어하여, 메인 그리드에서 공급되는 조류 전력은 유지하도록 하면서도, 분산전원(210)들 중 적어도 하나의 동작 모드를 UPC 또는 FFC로 변경하여 부하에 공급되는 분산 전원(210)에 대한 전력 전달이 최대 효율이 되도록 제어할 수 있다.
제어부(140)는 메인 그리드 연결 선로에 최초 연결되는, 예를 들어, 공통연결점(301)에 직접 연결되는 제1 분산전원을 FFC 모드로 제어할 수 있다. 이에 따라, 메인 그리드(300) 관점에서의 부하 변동이 일어나지 않도록 할 수 있게 된다. 그리고, 제어부(140)는 다른 복수의 제2 내지 제n 분산전원들은 UPC 또는 FFC로 제어함으로써 부하 변동에 따라 마이크로 그리드(200) 내부적으로 전력 출력을 탄력적으로 조정하여 대응할 수 있게 된다.
한편, 일 실시 예에서 제어부(140)는 적어도 하나의 FFC모드로 동작하는 분산 전원의 모드를 UPC 모드로 변경하거나, 적어도 하나의 UPC모드로 동작하는 분산 전원의 모드를 FFC 모드로 변경할 수 있다.
그리고, 제어부(140)에 의해 선로 조류의 크기와 부하 변동에 따른 잦은 모드 변환이 수행되는 경우에는 시스템 불안정 및 오작동을 야기할 수 있다.
따라서, 이하에서는 본 발명의 실시 예에 따라 잦은 모드 변환을 줄이면서도 앞서 설명한 분산 전원 제어 장치(100)의 동작에 따른 효과를 유지할 수 있는 효과적인 분산 전원의 제어 방법을 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산 전원 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 먼저 제어부(140)는 제1 분산전원을 선택한다(S101).
여기서, 제1 분산전원은 상기 마이크로그리드와 메인 그리드의 공통연결점과 최초 연결되는 분산전원일 수 있다.
그리고, 제어부(140)는 제1 분산전원을 선로 조류 제어 모드로 설정한다(S103). 제1 분산 전원이 선로 조류 제어 모드로 설정됨에 따라, 메인 그리드를 통해 마이크로그리드에 전원을 공급하는 주 전원 공급자는 마이크로그리드를 하나의 부하와 같이 관리할 수 있다.
이후, 제어부(140)는 제2 분산전원을 선택한다(S103).
여기서, 제2 분산전원은 상기 마이크로그리드에서 상기 제1 분산전원과 상이한 다른 분산 전원일 수 있다. 예를 들어, 제2 분산전원은 제1 분산전원보다 공통연결점에서 후순위로 연결되는 분산 전원일 수 있다.
또한, 제2 분산 전원은 동작 모드의 결정 대상일 수 있다. 좀 더 구체적으로, 후술할 본 발명의 실시 예에 따르면, 제2 분산전원의 동작 모드가 각 판단 과정에 의해 구체적으로 결정됨으로써 전력 전달의 최대 효율을 위한 동작 모드 변경시에 잦은 변경이 일어나지 않도록 제어할 수 있게 된다.
이후, 제어부(140)는 제2 분산전원의 동작 모드가 유닛 전력 제어 모드인지를 판단한다(S107).
본 발명의 실시 예에 따르면, 제2 분산 전원은 유닛 전력 제어 모드 또는 선로 조류 제어 모드 중 어느 하나로 동작할 수 있다. 따라서, 제어부(140)는 제2 분산 전원이 동작 모드가 유닛 전력 제어 모드인지 여부를 판단함으로써 제2 분산전원이 유닛 전력 제어 모드로 동작하는지 또는 선로 조류 제어 모드로 동작하는 지를 판단할 수 있게 된다.
그리고, 유닌 전력 제어 모드로 판단된 경우, 제어부(140)는 유닛 전력 제어 모드로 동작하고 있는 타 분산전원이 존재하고 있는지 판단한다(S109).
제어부(140)는 상기 제2 분산전원과 상기 공통연결점 사이에 연결된 타 분산전원이 존재하는지를 체크함으로써 타 분산전원의 존재 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 제어부(140)는 존재하는 타 분산전원의 동작 모드가 유닛 전력 제어 모드인지 판단할 수 있다. 따라서, 제어부(140)는 위 두 단계를 이용하여 유닛 전력 제어 모드로 동작하고 있는 타 분산 전원의 존재 여부를 판단할 수 있다.
타 분산 전원이 존재하는 경우 제어부(140)는 제1 분산전원의 출력이 최대치 이상인지를 판단한다(S111).
최대치는 제1 분산전원에 대응하여 미리 설정되어 있을 수 있으며, 최대치는 제1 분산전원이 출력할 수 있도록 허용되는 최대 전력을 의미할 수 있다. 따라서, 제1 분산전원의 출력이 이를 초과하는 경우에는 선로 조류 유지를 위해 제1 분산전원이 아닌 다른 분산 전원의 출력이 더 필요함을 나타낼 수 있다.
한편, 유닛 전력 제어 모드인 타 분산 전원이 제1 분산전원과 메인 그리드간의 연결점과 제2 분산 전원과 메인 그리드간 연결점 사이에 존재하지 않거나, 그러한 타 분산전원이 존재하더라도 제1 분산전원의 출력이 최대치 이상이 아닌 경우, 제어부(140)는 제2 분산 전원의 동작 모드를 유닛 전력 제어 모드로 유지한다(S115).
그러나, 제1 분산전원의 출력이 최대치 이상이면 제어부(140)는 제2 분산 전원을 선로 조류 제어 모드로 설정함으로써(S113), 제2 분산 전원의 모드 변경을 통해 공통연결점에 연결된 제1 분산 전원 앞 단의 선로 조류를 일정하게 유지할 수 있도록 제어한다.
다시 말하면, 제어부(140)는 제1 분산 전원 출력이 최대치 이상인 경우에 유닛 전력 제어 모드로 동작하는 제1 분산 전원과 제2 분산 전원 사이에 위치한 타 분산전원이 존재하면, 제2 분산 전원의 제어 모드를 선로 조류 제어 모드로 설정하고, 타 분산전원이 존재하지 않거나 제1 분산전원 출력이 최대치 이상이 아니라면 제2 분산 전원의 모드는 유닛 전력 제어 모드로 유지시키게 된다.
이에 따라 분산 전원 제어 장치(100)의 제어부(140)는 불필요한 모드 변경을 방지하고, 제1 분산 전원 앞 단의 선로 조류를 최대한 일정하게 유지할 수 있게 되는 것이다.
한편, 제2 분산 전원이 유닛 전력 제어 모드로 동작하지 않는 경우 제어부(140)는 유닛 전력 제어 모드로 동작하는 타 분산 전원이 존재하는지 판단한다(S117).
제어부(140)는 앞서 S109 단계와 마찬가지로, 상기 제2 분산전원과 상기 공통연결점 사이에 연결된 타 분산전원이 존재하는지를 체크함으로써 타 분산전원의 존재 여부를 판단할 수 있다.
그리고, 제어부(140)는 존재하는 타 분산전원의 동작 모드가 유닛 전력 제어 모드인지 판단할 수 있다. 따라서, 제어부(140)는 앞서 설명한 바와 같이 두 단계를 이용하여 유닛 전력 제어 모드로 동작하고 있는 타 분산 전원의 존재 여부를 판단할 수 있다.
타 분산 전원이 존재하는 경우 제어부(140)는 제2 분산전원의 출력이 임계값 이하인지를 판단한다(S119).
제2 분산전원의 출력 임계값은 제2 분산전원에 대응하여 미리 설정되어 있을 수 있다. 임계값은 제2 분산전원이 출력할 수 있도록 허용되는 최소 전력을 의미할 수 있다. 따라서, 선로 조류 모드로 동작하는 제2 분산전원의 출력이 이에 모자라는 경우에는 출력을 더 올려야 함을 나타낼 수 있다.
따라서, 유닛 전력 제어 모드인 타 분산 전원이 제1 분산전원과 메인 그리드간의 연결점과 제2 분산 전원과 메인 그리드간 연결점 사이에 존재하지 않거나, 그러한 타 분산전원이 존재하더라도 제2 분산전원의 출력이 임계치를 초과하는 경우에는, 제어부(140)는 제2 분산 전원의 동작 모드를 선로 조류 제어 모드로 유지한다(S115). 이에 따라 마이크로 그리드 시스템은 잦은 모드 변경 없이 안정적으로 유지되는 상황을 확보할 수 있게 된다.
그러나, 제2 분산전원의 출력이 임계치 이하이면 제어부(140)는 제2 분산 전원을 유닛 전력 제어 모드로 설정함으로써(S121), 제2 분산 전원의 모드 변경을 통해 제2 분산 전원의 출력을 높일 수 있게 된다.
다시 말하면, 제어부(140)는 제2 분산 전원 출력이 임계치(또는 임계값) 이하인 경우에 유닛 전력 제어 모드로 동작하는 제1 분산 전원과 제2 분산 전원 사이에 위치한 타 분산전원이 존재하면, 제2 분산 전원의 제어 모드를 유닛 전력 제어 모드로 설정하고, 타 분산전원이 존재하지 않거나 제2 분산전원 출력이 임계값을 초과한다면 제2 분산 전원의 모드를 선로 조류 제어 모드로 유지시키게 된다.
이에 따라 분산 전원 제어 장치(100)의 제어부(140)는 제1 분산 전원 앞 단의 선로 조류를 최대한 일정하게 유지하면서도, 선로 조류 제어 모드로 동작하던 제2 분산 전원의 출력을 적절한 수준으로 유지할 수 있다. 또한, 일정 조건에 따라 제2 분산 전원을 선로 조류 제어 모드를 유지하거나 유닛 전력 제어 모드로 변경할 수 있어, 앞서 설명한 바와 같은 선로 조류 유지를 하기 위해 잦은 모드 변경을 수행하던 동작들을 줄일 수 있게 된다. 따라서, 마이크로 그리드 시스템의 안전성이 향상될 수 있으며 오 동작을 방지할 수 있게 된다.
한편, 도 9에서 설명한 바와 같은 분산 전원의 제어 방법은 분산 전원 제어 장치(100)에서 수행될 수 있으며, 제1 분산 전원과 제2 분산 전원 출력 전력에 기초하여 동작 모드를 우선 적으로 변경 함으로써, 출력 효율을 유지시키면서도 분산 전원의 동작을 안정적으로 제어할 수 있게 된다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따르면, 인버터 기반 분산 전원을 사용하는 마이크로그리드 시스템에 있어서, 분산 전원의 모드를 제어하여, 마이크로그리드를 메인 그리드에서 제어 가능한 부하로 작동시키면서도, 부하 변동에 따라 최대 전력 효율을 갖도록 제어할 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 분산 전원의 잦은 모드 변경을 줄일 수 있게 됨으로써, 시스템 불안정 및 오동작을 방지할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 분산 전원 제어 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.
100: 분산 전원 제어 장치
110: 부하 전력 측정부
140: 제어부
200: 마이크로 그리드
210: 분산전원
220: 부하
300: 메인 그리드
301: 공통연결점

Claims (12)

  1. 마이크로그리드에 포함되는 분산전원의 제어 방법에 있어서,
    상기 마이크로그리드와 메인 그리드의 공통연결점과 최초 연결되는 제1 분산전원의 동작 모드를 선로 조류 제어 모드로 설정하는 단계;
    상기 마이크로그리드에서 상기 제1 분산전원과 상이한 제2 분산전원을 선택하는 단계;
    상기 제2 분산전원의 동작 모드 및 상기 제1 분산전원의 출력 전력에 기초하여 동작 모드를 결정하는 단계;
    상기 결정된 동작 모드에 따라 상기 제2 분산전원을 상기 선로 조류 제어 모드 또는 유닛 전력 제어 모드 중 어느 하나로 설정하는 단계; 및
    상기 제1 분산전원의 출력전력이 미리 설정된 최대치 미만이 될 때까지 순차적으로 유닛 전력 제어 모드로 동작하는 다른 분산전원들의 동작 모드를 상기 선로 조류 제어 모드로 변경하는 단계를 포함하는
    분산 전원 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 분산전원의 동작 모드를 결정하는 단계는,
    상기 제2 분산전원이 유닛 전력 제어 모드로 동작하는 경우, 상기 제2 분산전원과 상기 공통연결점 사이에 연결된 타 분산 전원의 동작 모드를 판단하는 단계;
    상기 타 분산 전원이 유닛 전력 제어 모드로 동작하는 경우, 상기 제1 분산전원의 출력전력이 미리 설정된 최대치 이상인지를 판단하는 단계; 및
    상기 제1 분산전원의 출력전력이 상기 최대치 이상인 경우, 상기 제2 분산전원의 동작 모드를 상기 선로 조류 제어 모드로 결정하는 단계를 포함하는
    분산 전원 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 분산전원의 출력전력이 상기 최대치 미만인 경우 상기 제2 분산전원의 모드를 상기 유닛 전력 제어 모드로 유지하는 단계를 더 포함하는
    분산 전원 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유닛 전력 제어 모드로 설정된 타 분산 전원이 존재하지 않는 경우, 상기 제2 분산전원을 상기 유닛 전력 제어 모드로 유지하는 단계를 더 포함하는
    분산 전원 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 분산전원의 동작 모드를 결정하는 단계는,
    상기 제2 분산전원이 선로 조류 제어 모드로 동작하는 경우, 상기 제2 분산전원과 상기 공통연결점 사이에 유닛 전력 제어 모드로 설정된 타 분산 전원이 존재하는지 판단하는 단계;
    상기 타 분산 전원이 존재하는 경우, 상기 제2 분산전원의 출력전력이 미리 설정된 임계값 이하인지를 판단하는 단계; 및
    상기 제2 분산전원의 출력전력이 상기 임계값 이하인 경우, 상기 제2 분산전원의 동작 모드를 상기 유닛 전력 제어 모드로 결정하는 단계를 포함하는
    분산 전원 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 분산전원의 출력전력이 상기 임계값을 초과하는 경우 상기 제2 분산전원의 모드를 상기 선로 조류 제어 모드로 유지하는 단계를 더 포함하는
    분산 전원 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 타 분산 전원이 존재하지 않는 경우, 상기 제2 분산전원을 상기 유닛 전력 제어 모드로 변경하는 단계를 더 포함하는
    분산 전원 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 선로 조류 제어 모드는 분산전원과 상기 메인 그리드가 연결되는 선로의 조류 전력을 일정하게 유지하는 분산 전원 제어 모드인
    분산 전원 제어 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유닛 전력 제어 모드는 상기 분산전원의 출력 전력을 일정하게 유지하는 분산 전원 제어 모드인
    분산 전원 제어 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 분산전원의 출력전력이 미리 설정된 기준치 이상이 될 때까지 순차적으로 선로 조류 제어 모드로 동작하는 다른 분산전원들의 동작 모드를 상기 유닛 전력 제어 모드로 변경하는 단계를 더 포함하는
    분산 전원 제어 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 최대치는 상기 제1 분산 전원이 상기 유닛 전력 제어 모드로 동작하는 경우의 수하 특성 그래프의 계수에 의해 결정되는
    분산 전원 제어 방법.
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