KR101434172B1 - 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 단독운전 검출 방법 - Google Patents

상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 단독운전 검출 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101434172B1
KR101434172B1 KR1020130024371A KR20130024371A KR101434172B1 KR 101434172 B1 KR101434172 B1 KR 101434172B1 KR 1020130024371 A KR1020130024371 A KR 1020130024371A KR 20130024371 A KR20130024371 A KR 20130024371A KR 101434172 B1 KR101434172 B1 KR 101434172B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frequency
single operation
distributed power
discrimination index
power source
Prior art date
Application number
KR1020130024371A
Other languages
English (en)
Inventor
유병규
Original Assignee
공주대학교 산학협력단
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 공주대학교 산학협력단 filed Critical 공주대학교 산학협력단
Priority to KR1020130024371A priority Critical patent/KR101434172B1/ko
Priority to PCT/KR2013/003951 priority patent/WO2014137029A1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101434172B1 publication Critical patent/KR101434172B1/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
    • 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
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1807—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators
    • 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
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

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

Abstract

상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독 운전 검출 모듈 및 이를 이용한 단독 운전 검출 방법을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈은 병렬로 연결된 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력전류 데이터를 각각 수신한 후, 샘플링하여, 상기 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력 전류에 따른 양의 반 주기 주파수 및 음의 반 주기 주파수를 검출하는 검출부: 상기 양의 반 주기 주파수의 진폭과 상기 음의 반 주기 주파수 진폭의 차이값을 산출하는 연산부; 상기 차이값을 단독운전 판별지수로 산출하여 출력하는 지수 산출부; 상기 차이값이 적용된 단독운전 판별지수와 기 설정된 기준판별지수를 비교하여 상기 차이값이 적용된 단독운전 판별지수가 상기 기준판별지수보다 클 경우, 단독운전상태로 결정하여 처리 신호를 출력하는 비교부; 및 상기 처리신호의 수신 여부에 따라 상기 제1 및 제2 분산전원 인버터의 동작을 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 단독운전 검출 방법{An anti-islanding method based on symmetry of a line frequency}
본 발명은 계통연계 분산전원 시스템의 단독운전(islanding)을 검출하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상용 계통전압의 주파수의 양의 반주기와 음의 반주기가 대칭성을 이용하는 상용주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 단독운전 검출 방법을 제공하는 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.
한편, 기존의 AFD에 의한 단독운전 검출방법의 경우, 분산전원의 전력변환장치가 출력인 교류 측을 기준을 병렬운전하게 되었을 때, 서로 영향을 끼쳐서 상쇄효과로 인해 단독운전을 검출하지 못하는 현상이 발생하게 된다.
도 1은 2대 병렬 운전형 분산전원 인버터의 단독운전 시험 회로도를 나타내며, 도 2는 양의 값의 주파수 변이 및 음의 값의 주파수 변이가 각각 적용된 2대 병렬 운전형 분산전원 인버터의 단독운전 시뮬레이션 결과도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 도 1과 같이 2개의 분산전원 인버터에 대해서 적용했을 때, 도 2를 참조하면, 한 개의 분산전원 인버터는 양의 주파수 변화를 가지고, 다른 한 개의 분산전원 인버터는 음의 주파수 변화를 갖는 AFD 기법을 각각 적용하면, 서로의 상호 상쇄효과로 인해, 단독운전이 발생해도 이를 검출하지 못하고 발전을 지속하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 단독운전을 방지하지 못한 것이다.
즉, 복수 개의 분산전원 인버터의 전력변환장치가 병렬운전 할 때 서로 영향을 끼치지 않는 단독운전 검출 기법이 필요로 하게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여러 대의 분산전원 전력변환장치가 병렬운전 할 때 서로 영향을 끼치지 않으면서 단독운전 여부를 판단할 수 있는 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 단독운전 검출 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈은 병렬로 연결된 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력전류 데이터를 각각 수신한 후, 샘플링하여, 상기 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력 전류에 따른 양의 반 주기 주파수 및 음의 반 주기 주파수를 검출하는 검출부: 상기 양의 반 주기 주파수의 진폭과 상기 음의 반 주기 주파수 진폭의 차이값을 산출하는 연산부; 상기 차이값을 단독운전 판별지수로 산출하여 출력하는 지수 산출부; 상기 차이값이 적용된 단독운전 판별지수와 기 설정된 기준판별지수를 비교하여 상기 차이값이 적용된 단독운전 판별지수가 상기 기준판별지수보다 클 경우, 단독운전상태로 결정하여 처리 신호를 출력하는 비교부; 및 상기 처리신호의 수신 여부에 따라 상기 제1 및 제2 분산전원 인버터의 동작을 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 처리신호를 수신하는 경우 상기 제1 및 제2 분산전원 인버터의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 한다.
상기 단독운전 판별지수는, 아래에 기재된 수학식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112013019980061-pat00001
(여기서, N: 상용주기의 총 개수, FreqPhalf[K]: k시점에서 계산된 상용계통 전압의 양의 주기 주파수, FreqpNhalf[K]: k시점에서 계산된 상용계통 전압의 음의 주기 주파수이다)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 방법은 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력전류 데이터를 수신한 후, 상기 데이터를 샘플링 처리하는 단계; 상기 샘플링된 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력 전류에 따른 양의 반 주기 주파수 진폭 및 음의 반 주기 주파수 진폭을 검출하는 단계: 상기 양의 주파수의 진폭과 상기 음의 주파수의 진폭의 차이값을 산출하는 단계; 및 상기 차이값이 적용된 단독운전 판별지수와 기 설정된 기준판별지수를 비교하여 단독운전 여부를 판단하는 단계;를 포함한다.
상기 단독운전 여부를 판단하는 단계는 상기 단독운전 판별지수가 상기 기 설정된 기준판별지수보다 큰 경우 비교부가 상기 단독운전이라 판단하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 단독운전 여부를 판단하는 단계 후, 상기 단독운전이라 판단되면, 비교부가 처리 신호를 보내 제1 및 제2 분산전원 인버터의 동작을 정지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 지수 산출부는 상기 단독운전 판별지수를 아래에 기재된 수학식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112013019980061-pat00002
(여기서, N: 상용주기의 총 개수, FreqPhalf[K]: k시점에서 계산된 상용계통 전압의 양의 주기 주파수, FreqpNhalf[K]: k시점에서 계산된 상용계통 전압의 음의 주기 주파수이다)
본 발명에 따르면 주파수 릴레이에 의지하지 않고, 별도의 제안하는 단독운전 판별 지수를 이용하여, 단독운전을 검출한다. 따라서, 계통 정전시 태양광 인버터의 출력전압의 주파수가 주파수 릴레이 (Over Frequency Relay/Under Frequency Relay)의 설정값에 도달하지 않아도 단독운전을 검출 할 수 있음으로, 보다 빠르게 검출할 수 있다.
또한 단독운전 검출을 위한 주파수 변동 외란의 크기도 줄일 수 있게 되며, 주파수 변동의 외란이 적어지면, 그만큼 고주파 성분이 줄어들어 태양광 인버터의 출력 전력 품질이 높아진다.
단독운전 판별지수(Correlation Parameter : cp)를 적용해서, 이 판별지수가 일정값 이상이면, 단독운전이라 판단한다. 반대로 이 판별지수가 일정값 이하가 되면 단독운전이 아니라고 판단한다.
따라서, 태양광 인버터들의 교류 측 병렬운전 시에도, 기존의 기법이 서로 상쇄작용으로 인해 단독운전 검출을 못하는 반면에, 본 발명에서 제시하는 검출 모듈은 단독운전을 확실하게 검출할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 2대 병렬 운전형 분산전원 인버터의 단독운전 시험 회로도를 나타낸 예시도이다.
도 2는 양의 값의 주파수 변이 및 음의 값의 주파수 변이가 각각 적용된 2대 병렬 운전형 분산전원 인버터의 단독운전 시뮬레이션 결과도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 상용 주파수 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈을 나타낸 블럭도이다.
도 4는 도 3에 도시된 검출모듈을 이용한 검출방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.
도 5은 본 발명에서 사용된 음 및 양의 반주기 주파수 변동을 이용한 분산전원 인버터의 출력전압/전류 파형을 나타낸 예시도이다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 상용 주파수 대칭성이 적용된 시뮬레이션 결과도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 방법을 적용하여 단독운전을 검출한 시뮬레이션 결과도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 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 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 기재된 실시 예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 상용 주파수 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈을 나타낸 블럭도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 단독운전 검출 모듈(100)은 검출부(110), 연산부(120), 지수 산출부(130), 비교부(140) 및 제어부(150)를 포함한다.
상기 검출부(110)는 병렬로 연결된 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력전류 데이터를 각각 수신한 후, 샘플링하여, 상기 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력 전류에 따른 양의 반 주기 주파수 및 음의 반 주기 주파수를 검출하는 기능을 수행한다.
상기 연산부(120)는 상기 양의 반 주기 주파수의 진폭과 상기 음의 반 주기 주파수 진폭의 차이값을 산출하는 기능을 수행한다.
상기 지수 산출부(130)는 상기 차이값을 단독운전 판별지수로 산출하여 출력하는 기능을 수행한다.
상기 비교부(140)는 상기 차이값이 적용된 단독운전 판별지수와 기 설정된 기준판별지수를 비교하여 상기 차이값이 적용된 단독운전 판별지수가 상기 기준판별지수보다 클 경우, 단독운전상태로 결정하여 처리 신호를 출력하는 기능을 수행한다.
상기 제어부(150)는 상기 처리신호의 수신 여부에 따라 상기 제1 및 제2 분산전원 인버터의 동작을 정지시키는 기능을 수행한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 상용 주파수 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈을 이용한 단독운전 검출 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 단독운전 검출 방법(S100)은 제1 단계(S110) 내지 제4 단계(S140)를 포함한다.
상기 제1 단계(S110)는 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력전류 데이터를 수신한 후, 상기 데이터를 샘플링하는 단계일 수 있다.
상기 제2 단계(S120)는 상기 샘플링된 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력 전류에 따른 양의 반 주기 주파수 진폭 및 음의 반 주기 주파수 진폭을 검출하는 단계일 수 있다.
상기 제3 단계(S130)는 상기 양의 반 주기 주파수의 진폭과 상기 음의 반 주기 주파수의 진폭의 차를 산출하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 제3 단계(S130)는 상기 차이값을 단독운전 판별지수로 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제4 단계(S140)는 상기 차이값이 적용된 단독운전 판별지수와 기 설정된 기준판별지수를 비교하여 단독운전 여부를 판단하는 단계일 수 있으며, 상기 단독운전 판별지수가 상기 기 설정된 기준판별지수보다 큰 경우 상기 단독운전이라 판단하는 단계이다.
상기 차이값이 적용된 단독운전 판별지수는, 아래에 기재된 수학식 1을 이용하여 산출되며,
[수학식 1]
Figure 112013019980061-pat00003
여기서, N: 상용주기의 총 개수, FreqPhalf[K]: k시점에서 계산된 상용계통 전압의 양의 주기 주파수, FreqNNhalf[K]: k시점에서 계산된 상용계통 전압의 음의 주기 주파수이다.
상기 단독운전 검출 방법(S100)은 상기 단독운전 여부를 판단하는 단계 후, 상기 단독운전이라 판단되면, 처리 신호를 보내 제1 및 제2 분산전원 인버터의 동작을 정지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 단독운전 상태는 전력계통이 분리되면 분산전원만이 부하에 연결되어 전력을 공급하게 되는데 이러한 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명에서 사용된 음 및 양의 반주기 주파수 변동을 이용한 분산전원 인버터의 출력전압/전류 파형을 나타낸 예시도이다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 상용 주파수 대칭성이 적용한 시뮬레이션 결과도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 검출 방법에서 사용되는 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력전압/전류의 주파수는 주파수 외란을 상용계통 주기의 양의 주기 동안은 제1 및 제2 분산전원 인버터 각각의 양의 반주기 주파수(Positive Half Frequency FreqPhlf[K]) 변동을, 그리고 음의 반 주기 주파수(negative Half Frequency FreqNhlf[K]) 변동을 이용한다.
여기서, 양의 주파수 및 음의 주파수 변동은 단독운전 상태 시에 발생되며, 비 단독운전 상태에서는 상기 제1 분산전원 인버터와 상기 제2 분산전원 인버터가 상용 계통과 정상적으로 연계가 되어 있어, 상기 제1 및 제2 분산전원 인버터 각각에서 출력되는 출력전류의 진폭(예컨대, 양의 반주기 주파수의 진폭, 음의 반주기 주파수의 진폭)이 서로 동일하게 유지된다.
이는 상용 계통의 전압원이 상기 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력 전압을 고정시키는 역할을 수행하기 때문이다.
한편, 상용 계통의 정전이 발생하게 되면, 상기 제1 분산전원 인버터 및 제2 분산전원 인버터의 출력전류의 주파수 진폭의 크기는 불일치하게 된다.
보다 구체적으로, 제1 분산전원 인버터의 출력전류의 주파수 성분이 양(+)의 반 주기 동안은 양의 방향으로 커지고, 제2 분산전원 인버터의 출력전류의 주파수 성분이 음(-)의 반 주기 동안은 음의 방향으로 변화하기 때문이다. 따라서 2개의 반주기 값들의 차이가 커지면, 단독운전이라 판별할 수 있다.
도 6에 기재된, Iinv1 : 제1 분산전원 인버터의 출력전류, Iinv2 : 제2 분산전원 인버터의 출력전류, Vinv1 : 제1 분산전원 인버터의 출력전압, positive_half_freq1 = positive_half_freq2 : 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력전압 양의 주기의 주파수, negative_half_freq1 = negative_half_freq2 : 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력전압 음의 주기의 주파수, 1unit_freq = 2unit_freq : 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력 전압의 주파수, 2unit_Vinv_rms = 1unit_Vinv_rms : 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력전압의 실효치를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 0.8초 이전에 단독운전이 발생하기 전에는 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력전압이 상용계통 전압과 연계되면서, 양(+)의 반주기와 음(-)의 반주기의 값이 거의 120Hz에 일치하게 된다.
이때 약간의 차이가 나는 이유는 상기 제1 및 제2 분산전원 인버터로부터 출력되는 출력전류의 주파수 신호를 샘플링하여, 디지털 신호로 바꿈에 있어, 생긴 오차로 그 정도가 크지 않아, 무시할 수 있는 수준에 있다.
따라서, 0.8초에서 단독운전이 발생하면, 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력전류의 주파수는 양의 반 주기 동안 양의 방향으로 주파수 변동하며, 음의 반 주기 동안의 음의 방향으로 주파수가 변동(예컨대, 양의 반 주기 주파수가 121.2Hz 그리고 음의 반 반주기 주파수가 119Hz정도로 변동)되는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 단독운전 상태를 검출하기 위한 시뮬레이션 결과이다.
먼저, 본 발명에서는 단독운전을 검출하기 위하여 앞에서 상술한 수학식 1을 통해 도출되는 단독운전 판별지수((Correlation Parameter : cp)를 적용하여, 이 판별지수가 일정값 이상이면, 단독운전이라 판단하고, 이 판별지수가 일정값 이하가 되면 단독운전이 아니라고 판단한다.
즉, 0.8초 지점에서 단독운전이 발생하면, 기준 단독운전 판별지수(Correlation Parameter: cp) 0.3의 값보다 큰 값으로 변동됨을 알 수 있다.
이는 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력전류의 양의 반 주기 주파수 및 음의 반 주기 주파수가 상호 대칭이 이루어지지 않음을 나타내며, 양의 반주기 주파수와 음의 반주기 주파수의 진폭 차가 발생됨을 알 수 있다.
따라서, 차에 따른 진폭의 크기가 커질수록, 차에 따른 단독운전 판별지수는 기준판별지수보다 증가하게 됨을 나타낸다.
이러한 상용 주파수의 대칭성을 이용하여 본 발명에서는 단독운전 여부를 판단하게 된다.
따라서, 본 발명에서 제시하는 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 검출 방법은 주파수 릴레이에 의지하지 않고, 별도의 제안하는 단독운전 판별 지수를 이용하여, 단독운전을 검출한다. 따라서, 계통 정전시 태양광 인버터의 출력전압의 주파수가 주파수 릴레이 (Over Frequency Relay/Under Frequency Relay)의 설정값에 도달하지 않아도 단독운전을 검출 할 수 있음으로, 보다 빠르게 검출할 수 있다.
또한, 단독운전 검출을 위한 주파수 변동 외란의 크기도 줄일 수 있게 되며, 주파수 변동의 외란이 적어지면, 그만큼 고주파 성분이 줄어들어 태양광 인버터의 출력 전력 품질이 높아진다.
본 발명에서 제시하는 단독운전 판별지수(Correlation Parameter : cp)를 적용해서, 이 판별지수가 일정값 이상이면, 단독운전이라 판단하고, 반대로 이 판별지수가 일정값 이하가 되면 단독운전이 아니라고 판단하여, 분산전원 인버터들의 교류 측 병렬운전 시에도, 기존의 기법이 서로 상쇄작용으로 인해 단독운전 검출을 못하는 반면에, 본 발명에서 제시하는 검출 모듈을 이용한 단독운전 검출 방법은 단독운전을 확실하게 검출할 수 있다는 이점이 있다.
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.
100: 검출 모듈 110: 검출부
120: 연산부 130: 지수 산출부
140: 비교부 150: 제어부

Claims (7)

  1. 병렬로 연결된 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력전류 데이터를 각각 수신한 후, 샘플링하여, 상기 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력 전류에 따른 양의 반 주기 주파수 및 음의 반 주기 주파수를 검출하는 검출부:
    상기 양의 반 주기 주파수의 진폭과 상기 음의 반 주기 주파수 진폭의 차이값을 산출하는 연산부;
    상기 차이값을 단독운전 판별지수로 산출하여 출력하는 지수 산출부;
    상기 차이값이 적용된 단독운전 판별지수와 기 설정된 기준판별지수를 비교하여 상기 차이값이 적용된 단독운전 판별지수가 상기 기준판별지수보다 클 경우, 단독운전상태로 결정하여 처리 신호를 출력하는 비교부; 및
    상기 처리신호의 수신 여부에 따라 상기 제1 및 제2 분산전원 인버터 중 적어도 하나의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 지수 산출부는,
    상기 단독운전 판별지수를 아래에 기재된 수학식을 이용하여 산출하며,
    Figure 112014034218018-pat00013

    N: 상용주기의 총 개수, FreqPhalf[K]: k시점에서 계산된 상용계통 전압의 양의 주기 주파수, FreqpNhalf[K]: k시점에서 계산된 상용계통 전압의 음의 주기 주파수인 것을 특징으로 하는 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 처리신호를 수신하는 경우 상기 제1 및 제2 분산전원 인버터의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈.
  3. 삭제
  4. 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력전류 데이터를 수신한 후, 상기 데이터를 샘플링 처리하는 단계;
    상기 샘플링된 제1 및 제2 분산전원 인버터의 출력 전류에 따른 양의 반 주기 주파수 진폭 및 음의 반 주기 주파수 진폭을 검출하는 단계:
    상기 양의 주파수의 진폭과 상기 음의 주파수의 진폭의 차이값을 산출하는 단계; 및
    상기 차이값이 적용된 단독운전 판별지수와 기 설정된 기준판별지수를 비교하여 단독운전 여부를 판단하는 단계;를 포함하고,
    상기 단독운전 판별지수는,
    아래에 기재된 수학식을 이용하여 산출되며,
    Figure 112014034218018-pat00014

    N: 상용주기의 총 개수, FreqPhalf[K]: k시점에서 계산된 상용계통 전압의 양의 주기 주파수, FreqpNhalf[K]: k시점에서 계산된 상용계통 전압의 음의 주기 주파수인 것을 특징으로 하는 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단독운전 여부를 판단하는 단계는,
    상기 단독운전 판별지수가 상기 기 설정된 기준판별지수보다 큰 경우 비교부가 상기 단독운전이라 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 단독운전 여부를 판단하는 단계 후,
    상기 단독운전이라 판단되면, 비교부가 처리 신호를 보내 제1 및 제2 분산전원 인버터의 동작을 정지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 방법.
  7. 삭제
KR1020130024371A 2013-03-07 2013-03-07 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 단독운전 검출 방법 KR101434172B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130024371A KR101434172B1 (ko) 2013-03-07 2013-03-07 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 단독운전 검출 방법
PCT/KR2013/003951 WO2014137029A1 (ko) 2013-03-07 2013-05-07 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 단독운전 검출 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130024371A KR101434172B1 (ko) 2013-03-07 2013-03-07 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 단독운전 검출 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101434172B1 true KR101434172B1 (ko) 2014-08-27

Family

ID=51491527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130024371A KR101434172B1 (ko) 2013-03-07 2013-03-07 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 단독운전 검출 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101434172B1 (ko)
WO (1) WO2014137029A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210025321A (ko) 2019-08-27 2021-03-09 성균관대학교산학협력단 그래프 탐색 기법을 이용한 다중 신재생에너지원이 연계된 전력계통에서의 단독운전 검출 방법 및 이를 수행하는 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101027066B1 (ko) * 2009-10-20 2011-04-11 한국에너지기술연구원 전류 크기 변동에 따른 상관관계 기반의 단독운전 검출 방법
KR101109691B1 (ko) * 2010-06-30 2012-01-31 한국에너지기술연구원 적은 고조파 왜율을 갖는 주파수 변동의 단독운전 검출방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3213444B2 (ja) * 1993-06-28 2001-10-02 三洋電機株式会社 インバータの単独運転検出方法
JPH10234136A (ja) * 1997-02-20 1998-09-02 Meidensha Corp 分散型電源装置
AU2002357670A1 (en) * 2001-10-26 2003-05-12 Youtility, Inc. Anti-islanding techniques for distributed power generation
JP2005094897A (ja) * 2003-09-17 2005-04-07 Tokyo Electric Power Co Inc:The 単独運転防止装置
JP4341028B2 (ja) * 2004-12-06 2009-10-07 西芝電機株式会社 常用発電装置の系統連系保護装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101027066B1 (ko) * 2009-10-20 2011-04-11 한국에너지기술연구원 전류 크기 변동에 따른 상관관계 기반의 단독운전 검출 방법
KR101109691B1 (ko) * 2010-06-30 2012-01-31 한국에너지기술연구원 적은 고조파 왜율을 갖는 주파수 변동의 단독운전 검출방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210025321A (ko) 2019-08-27 2021-03-09 성균관대학교산학협력단 그래프 탐색 기법을 이용한 다중 신재생에너지원이 연계된 전력계통에서의 단독운전 검출 방법 및 이를 수행하는 장치

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014137029A1 (ko) 2014-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Meghwani et al. A new protection scheme for DC microgrid using line current derivative
De Mango et al. Overview of anti-islanding algorithms for pv systems. part ii: Activemethods
KR101991139B1 (ko) Dc 아크와 부하 스위칭 잡음을 구분하는 시스템 및 방법
Papadimitriou et al. A novel islanding detection method for microgrids based on variable impedance insertion
US20120283890A1 (en) Control Apparatus for Micro-grid Connect/Disconnect from Grid
JP5893057B2 (ja) 単独運転検出装置及び単独運転検出方法
KR20140037156A (ko) 그리드 임피던스 검출을 위한 방법 및 장치
EP2887082B1 (en) Improved noise propagation immunity of a multi-string arc fault detection device
US9634479B2 (en) Noise propagation immunity of a multi-string arc fault detection device
Bakhshi et al. Voltage positive feedback based active method for islanding detection of photovoltaic system with string inverter using sliding mode controller
EP2680424A1 (en) Power conversion device
US10031168B2 (en) Detection of islanding condition in electricity network
KR20170125291A (ko) 태양광 발전 시스템의 역전력 차단을 위한 발전 제어 장치 및 그 방법
JP2011015493A (ja) 分散型電源装置
JP2007135256A (ja) 系統連系インバータ
KR20200088159A (ko) 계통 연계형 인버터 및 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법
EP2779340B1 (en) Home run arc detection at the photovoltaic string level using multiple current sensors
KR101434172B1 (ko) 상용 주파수의 대칭성을 이용한 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 단독운전 검출 방법
KR101530207B1 (ko) 태양광발전 인버터 시스템용 afd 단독운전 검출 모듈 및 이를 이용한 afd 단독운전 검출 방법
US20150233982A1 (en) Detection of load-shedding of an inverter
Akhlaghi et al. A novel hybrid islanding detection method for inverter-based distributed generation based on frequency drift
KR102141527B1 (ko) 분산형 전원 연계용 보호 장치 및 방법
RU180919U1 (ru) Контроллер защиты от веерных отключений с возможностью компенсации гармоник
CN114221377B (zh) 一种并离网多储能响应控制方法及系统
KR101109691B1 (ko) 적은 고조파 왜율을 갖는 주파수 변동의 단독운전 검출방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170821

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180820

Year of fee payment: 5