KR101494791B1 - 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법 - Google Patents

계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 인버터가 단독 운전을 하게 될 시 출력 주파수가 변동되도록 하는 기준 성분을 출력 전류에 주입하여, 인버터의 단독 운전이 발생하면 변동된 출력 주파수와 기준 성분을 비교하여 단독 운전을 검출함으로써, 출력 전류의 왜곡 없이도 단독 운전을 검출할 수 있기 때문에 전력 품질의 왜곡을 막을 수 있으며, 어떠한 단독 운전 상태에서도 검출이 가능하여 불의의 인명 및 재산 피해를 막을 수 있는 뛰어난 검출 효과가 있으며, 또한, 출력 전압의 주파수가 일정하게 유지되므로, 장비 또는 기기의 소손 및 오동작을 막을 수 있는 효과가 있으며, 또한, 인버터의 단독 운전을 검출함으로써, 안정적이고 신뢰성있는 계통 운영이 가능해지며, 계통, 부하, 발전원 및 인버터의 종류나 현황에 관계없이 모든 계통 연계형 인버터에 쉽게 적용 가능하여, 인버터의 기능 및 활용성을 높일 수 있는 효과가 있는 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법에 관한 것이다.

Description

계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법{METHOD FOR DETECTING ISLANDING OF GRID-CONNECTED INVERTER}
본 명세서는 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 인버터가 단독 운전을 하게 될 시 출력 주파수가 변동되도록 하는 기준 성분을 출력 전류에 주입하여, 인버터의 단독 운전이 발생하면 변동된 출력 주파수와 기준 성분을 비교함으로써 단독 운전을 검출하는 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법에 관한 발명이다.
본 발명이 적용되는 기술분야는 계통 연계형 인버터에 있어서, 계통이 차단됐을 시 인버터의 단독 운전을 검출하는 방법에 적용된다.
상기 인버터의 단독 운전 검출에는 크게 수동적인 단독 운전 검출 방법과 능동적인 단독 운전 검출 방법이 있다.
상기 능동적인 단독 운전 검출 방법의 예로는 주파수 바이어스 방법(Frequency Bias)과 샌디아 주파수 변동(SFS: Sandia Frequency Shift) 방법이 있다.
상기 주파수 바이어스 방법 및 상기 샌디아 주파수 변동 방법은, 동일하게 출력 전류에 일정한 데드 타임을 주어 계통에 주입하는 방식으로 이루어진다.
하기 수학식 1은 종래기술인 샌디아 주파수 변동 방법의 원리를 나타내는 수식이다.
Figure 112013083259904-pat00001
단독 운전이 발생하게 되면 상기 주파수 바이어스 방법은 상기 출력 전류에 주어진 상기 데드 타임에 의해 주파수가 변동되게 되고, 상기 샌디아 주파수 변동 방법은 상기 수학식 1과 같이 기준 주파수에 비해 상기 계통의 주파수가 변동되면, 가속 게인 K에 의해 상기 출력 전류에 주어지는 상기 데드 타임이 변화하게 되고, 출력되는 전압의 주파수가 변동되어 이를 검출함으로써 단독 운전을 검출하게 된다.
도 1은 종래기술인 인버터의 단독 운전 검출 방법에 있어서, 단독 운전을 검출할 수 없는 영역인 NDZ를 나타내는 그래프이다.
상기 수동적인 단독 운전 검출 방법은, 도 2에 도시한 바와 같이, 단독 운전을 검출할 수 없는 영역(NDZ: None-Detection Zone)이 존재하기 때문에 단독 운전을 완벽하게 검출할 수 없는 단점이 있다.
따라서, 종래에는 상기 수동적인 단독 운전 검출 방법보다는 상기 능동적인 단독 운전 검출 방법을 주로 사용해왔다.
상기 능동적인 단독 운전 검출 방법 중 상기 주파수 바이어스 방법은, 상기 수동적인 단독 운전 검출 방법에 비해 단독 운전 검출이 용이하기는 하지만, 여전히 좁은 범위의 검출할 수 없는 영역(NDZ)가 존재하기 때문에, 완벽한 검출 방법으로 사용되지 못한다.
상기 샌디아 주파수 변동 방법은, ΔQ ≠ 0 을 제외한 모든 상태에서 단독 운전을 검출할 수는 있지만, 상기 출력 전류에 주어진 상기 데드 타임에 의해 발전 전력의 품질이 나빠지고, 단독 운전시에 급격한 주파수의 변화가 발생하여 부하의 소손 및 오동작의 우려가 있다는 문제점이 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법은 종래기술들의 문제점을 해결할 수 있도록 인버터가 단독 운전을 하게 될 시 출력 주파수가 변동되도록 하는 기준 성분을 출력 전류에 주입하여, 인버터의 단독 운전이 발생하면 변동된 출력 주파수와 기준 성분을 비교하여 단독 운전을 검출함으로써, 주파수의 급격한 변동 없이 단독 운전을 검출할 수 있는 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법을 제공하고자 한다.
본 명세서에 기재된 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법은, 계통 연계형 인버터의 단독 운전 시, 상기 인버터의 출력 전압의 주파수를 변동시키는 무효성분 Q를 상기 인버터의 출력 전류에 주입하는 단계; 상기 출력 전압의 주파수 변동 파형과 상기 무효성분 Q의 파형을 비교하여 유사성을 판별하는 단계; 및 상기 판별 결과를 근거로, 상기 인버터의 단독 운전 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 계통은, 용량이 무한대인 무한 모선으로 간주되어, 상기 인버터의 출력 전류에 의한 영향을 받지 않되, 상기 인버터가 연계되어 있을 시 상기 인버터의 출력 전압 및 주파수를 유지시켜주는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 무효성분 Q는, 상기 계통의 전압, 전류, 주파수 및 역률 변화에 영향을 받지 않고, 기설정된 크기 및 형태로 상기 인버터의 출력 전류에 주입되는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 판단 결과에 따라 상기 인버터의 운전을 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 인버터의 운전을 제어하는 단계는, 상기 인버터의 출력 전압 주파수가 상기 무효성분 Q와 파형이 유사하지 않다고 판별된 경우, 상기 인버터가 단독 운전을 하고 있지 않다고 판단되어, 상기 인버터의 출력이 차단되지 않도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 인버터의 운전을 제어하는 단계는, 상기 인버터의 출력 전압 주파수가 상기 무효성분 Q와 파형이 유사하다고 판별된 경우, 상기 인버터가 단독 운전을 하고 있다고 판단되어, 상기 인버터의 출력이 차단되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 인버터가 단독 운전을 하고 있다고 판단되어, 상기 인버터의 출력이 차단되도록 제어된 경우, 상기 계통의 전압 상태를 감시하여, 이를 근거로 상기 인버터의 출력이 다시 제어되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 계통의 전압 상태를 감시하여, 이를 근거로 상기 인버터의 출력이 다시 제어되는 단계는, 상기 계통에 전압이 없는 경우, 상기 인버터의 출력이 계속 차단되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 계통의 전압 상태를 감시하여, 이를 근거로 상기 인버터의 출력이 다시 제어되는 단계는, 상기 계통에 전압이 있는 경우, 상기 인버터의 출력이 복구되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법은, 출력 전류의 왜곡 없이도 단독 운전을 검출할 수 있기 때문에 전력 품질의 왜곡을 막을 수 있으며, 어떠한 단독 운전 상태에서도 검출이 가능하여 불의의 인명 및 재산 피해를 막을 수 있는 뛰어난 검출 효과가 있으며, 또한, 출력 전압의 주파수가 일정하게 유지되므로, 장비 또는 기기의 소손 및 오동작을 막을 수 있으며, 또한, 인버터의 단독 운전을 검출함으로써, 안정적이고 신뢰성있는 계통 운영이 가능해지며, 계통, 부하, 발전원 및 인버터의 종류나 현황에 관계없이 모든 계통 연계형 인버터에 쉽게 적용 가능하여, 인버터의 기능 및 활용성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술인 인버터의 단독 운전 검출 방법에 있어서, 단독 운전을 검출할 수 없는 영역인 NDZ를 나타내는 그래프.
도 2는 계통 연계형 인버터가 적용된 전력 시스템의 구성도.
도 3은 본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법에 있어서 무효성분 Q 및 인버터의 단독 운전 시 출력 주파수의 파형도.
도 4는 본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법에 있어서 무효성분 Q 파형의 예시도.
도 5는 본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법의 실시예에 따른 순서도.
도 6은 본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법의 구체적인 실시예에 따른 순서도.
본 명세서에 개시된 기술은 계통 연계형 인버터에 적용될 수 있다. 그러나 본 명세서에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 상기 기술의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 계통 연계형 발전 시스템, 비상용 발전 시스템, 그 외 신재생에너지발전 시스템에도 적용될 수 있다. 특히, 신재생에너지발전은 재생 가능한 에너지를 이용한 친환경 발전으로서, 예를 들어, 태양열 발전, 바이오매스 발전, 소수력 발전, 해양에너지 발전, 폐기물에너지 발전, 지열 발전, 풍력 발전, 연료전지 발전 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
먼저, 도 2를 참조하여 계통 연계형 인버터가 적용된 전력 시스템(10)의 구성을 설명한다.
도 2는 계통 연계형 인버터가 적용된 전력 시스템의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 계통 연계형 인버터가 적용된 전력시스템(10)은, 신재생발전원, 에너지 변환장치, 인버터, 계통 및 부하로 구성될 수 있다.
상기 신재생발전원은, 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛·물·지열·강수·생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 신재생에너지발전의 발전원을 의미하며, 태양열, 바이오매스, 소수력, 해양에너지, 폐기물에너지, 지열, 풍력 및 연료전지 등이 상기 신재생발전원에 포함된다.
상기 에너지 변환장치는, 상기 신재생발전원으로부터 전력을 생산하고, 상기 전력을 이용 가능한 형태로 변환하는 장치를 의미하며, 상기 신재생발전원으로부터 전력을 생산하는 발전설비, 전력변환설비 또는 장치 등이 포함된다.
상기 인버터는, 상기 에너지 변환장치로부터 이용 가능한 형태로 변환된 상기 전력을 상기 계통에 공급하기 위해, 상기 에너지 변환장치에서 직류로 보내진 상기 전력을 상기 계통의 상용 교류 형태로 변환하는 장치를 의미하며, 상기 계통에 연계되어 사용되기 때문에 계통 연계형 인버터라 칭한다.
상기 계통 연계형 인버터는 각 국가에서 정한 계통 연계 규정에 의해 필수적으로 단독 운전을 검출하여야 한다.
상기 단독 운전은, 상기 계통 연계형 인버터에서 공급되는 전력과 상기 부하에서 사용되는 전력이 일치하여, 상기 계통이 사고나 공사 등의 원인에 의해 상기 부하와 연계가 중단되어도 상기 인버터가 인지를 못하여 상기 인버터가 계속 출력을 하게 되는 상태를 의미한다.
상기 인버터에서 출력되는 전력은 상기 신재생발전원으로부터 생산된 전력으로서, 상기 계통과 연계되지 않으면 불안정한 형태를 띄기 때문에, 상기 인버터가 상기 부하에 불안정한 전력을 공급하는 것을 방지하기 위해서 상기 인버터의 단독 운전을 검출하고 방지해야 한다.
상기 계통은, 전력에너지의 수급 및 공급이 이루어지는 시스템으로서, 복수의 발전소, 변전소 및 송배전선이 일체로 되어 전력의 발전 및 송배전이 이루어지는 무한 모선의 시스템을 의미한다.
상기 무한 모선은, 수많은 모선들이 일체로 되어 용량이 무한대에 가까운 모선을 의미하며, 용량이 무한대에 가깝기 때문에 상기 무한 모선에 어떠한 부하가 연계되어도 전압 및 주파수가 변하지 않는 하나의 모선으로 간주된다.
때문에, 상기 계통 연계형 인버터가 상기 신재생발전원으로부터 생산된 불안정한 전력을 상기 계통에 공급하여도, 상기 인버터의 공급 전력에 의한 상기 계통의 전압 및 주파수 변동은 일어나지 않게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법의 구성 및 동작에 대해 설명한다.
상기 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법은, 계통 연계형 인버터의 단독 운전 시, 상기 인버터의 출력 전압의 주파수를 변동시키는 무효성분 Q를 상기 인버터의 출력 전류에 주입하는 단계; 상기 출력 전압의 주파수 변동 파형과 상기 무효성분 Q의 파형을 비교하여 유사성을 판별하는 단계; 및 상기 판별 결과를 근거로, 상기 인버터의 단독 운전 여부를 판단하는 단계;를 포함한다.
상기 계통 연계형 인버터의 단독 운전 시, 상기 인버터의 출력 전압의 주파수를 변동시키는 무효성분 Q를 상기 인버터의 출력 전류에 주입하는 단계에서는, 상기 인버터의 출력 전류에 무효전력으로써 주입될 상기 무효성분 Q가 계산되어 설정될 수 있다.
상기 무효성분 Q는, 상기 계통의 전압, 전류, 주파수 및 역률 변화에 영향을 받지 않을 수 있고, 또한, 상기 계통의 전압, 전류, 주파수 및 역률 변화에 영향을 주지 않을 수도 있다.
즉, 상기 무효성분 Q는 상기 계통 연계에 관계없이 상기 인버터의 출력에만 존재하며, 상기 인버터의 단독 운전 시 출력 주파수 변화에만 영향을 줄 수 있다.
상기 계통 연계형 인버터의 단독 운전 시, 상기 인버터의 출력 전압의 주파수를 변동시키는 무효성분 Q를 상기 인버터의 출력 전류에 주입하는 단계에서는 또한, 상기 인버터의 출력 전압의 주파수를 변동시키는 무효성분 Q가 계산되고 설정된 이후, 상기 무효성분 Q가 상기 인버터의 출력 전류에 주입되고, 상기 인버터의 출력과 연계된 상기 계통에 상기 인버터의 출력 전류가 공급될 수 있다.
상기 무효성분 Q가 상기 인버터의 출력 전류에 주입되면, 상기 인버터의 출력 전압과 상기 계통 전류에 위상차가 발생할 수 있는데, 이 때 상기 인버터의 출력 전압은 상기 계통에 의해 유지되고, 상기 계통 주파수에는 변화가 생기지 않을 수 있다.
상기 계통은 상기 무한 모선으로 간주되기 때문에, 상기 계통은 상기 인버터의 출력에 의한 영향으로 변동되지 않고, 오히려 상기 인버터의 출력을 상기 계통에 동기화시킬 수 있다.
또한, 상기 무효성분 Q는, 상기 인버터의 단독 운전 시 출력 전압의 주파수 변동 파형을, 상기 인버터의 출력 전류에 주입되는 단계의 상기 무효성분 Q의 파형과 유사해지도록 상기 인버터의 출력 전압의 주파수를 변동시킬 수 있다.
이를 통해, 상기 무효성분 Q와 상기 인버터의 단독 운전 시 출력 전압의 주파수를 비교함으로써, 상기 인버터의 단독 운전을 검출할 수 있게 된다.
상기 출력 전압의 주파수 변동 파형과 상기 무효성분 Q의 파형을 비교하여 유사성을 판별하는 단계에서는, 상기 출력 전압의 주파수 변동 파형과 상기 무효성분 Q의 파형을 비교하여 유사성을 판별함으로써, 상기 인버터가 단독 운전을 하는 경우를 판별할 수 있다.
상기 출력 전압의 주파수 변동 파형과 상기 무효성분 Q의 파형을 비교하여 유사성을 판별하는 단계에서는, 상기 계통에서 검출한 주파수의 변동 파형을 상기 무효성분 Q와 비교할 수 있다.
또한, 상기 출력 전압의 주파수 변동 파형과 상기 무효성분 Q의 파형을 비교하여 유사성을 판별하는 단계에서는, 상기 인버터의 출력단에서 검출한 주파수의 변동 파형을 상기 무효성분 Q와 비교할 수 있다.
상기 인버터가 단독 운전을 하는 경우는, 상기 계통에 사고나 공사 및 정전 등의 발생하여 상기 계통에서 상기 부하로의 전력 공급이 차단되면, 상기 인버터만이 상기 부하에 전력 공급을 하게 됨으로써, 상기 인버터의 단독 운전이 발생하게 된다.
상기 인버터가 단독 운전을 하는 경우, 상기 인버터의 출력 전압의 주파수는 상기 인버터의 출력 전압에 의해 결정되며, 상기 인버터의 출력 전압은 상기 인버터의 출력 전류에 주입된 상기 무효성분 Q에 의해 결정될 수 있다.
즉, 상기 무효성분 Q가 상기 인버터의 출력 전류에 주입되고, 상기 인버터가 단독 운전을 하게 되면, 상기 인버터의 출력 전류에 주입된 상기 무효성분 Q가 상기 인버터의 출력 전압을 변동시키고, 상기 인버터의 출력 전압이 상기 인버터의 출력 주파수를 변동시킬 수 있다.
따라서, 상기 무효성분 Q가 상기 인버터의 출력 전압의 주파수를 변동시킬 수 있다.
그러므로, 상기 인버터의 출력 전압의 주파수 변동 파형과 상기 무효성분 Q의 파형을 비교하여 유사성을 판별하는 단계에서는, 상기 무효성분 Q에 의해 변동된 상기 인버터의 출력 전압의 주파수 변동 파형과 상기 인버터의 출력 전류에 주입된 상기 무효성분 Q의 파형을 비교하여 유사성이 판별될 수 있다.
도 3은 본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법에 있어서 무효성분 Q 및 인버터의 단독 운전 시 출력 주파수의 파형도이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법에 있어서 무효성분 Q 파형의 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 위 파형은 상기 인버터의 출력 전류에 주입되는 상기 무효성분 Q의 파형으로서, 아래 파형인 단독 운전 시 상기 인버터의 출력 전압의 주파수 변동 파형이 상기 무효성분 Q의 파형과 동일한 형태 및 크기로 변동될 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 무효성분 Q의 파형은 다양한 형태일 수 있으며, 형태 및 크기에 무관하게 상기 인버터의 출력 전류에 주입될 수 있다.
상기 인버터의 출력 전압의 주파수가 상기 무효성분 Q에 의해서, 상기 인버터의 출력 전류에 주입되는 단계의 무효성분 Q 파형과 동일해지도록 변동되므로, 단독 운전 시의 상기 인버터의 출력 전압의 주파수의 변동 파형과 상기 무효성분 Q 파형의 유사성을 비교하면, 상기 인버터의 단독 운전 상태를 알 수 있게 된다.
즉, 상기 인버터의 출력 주파수가 상기 무효성분 Q와 형태 및 크기가 동일하면, 상기 인버터가 단독 운전을 하는 상태이고, 상기 인버터의 출력 주파수가 상기 무효성분 Q와 형태 및 크기가 동일하지 않으면, 상기 인버터가 단독 운전을 하고 있지 않은 상태일 수 있다.
상기 판별 결과를 근거로, 상기 인버터의 단독 운전 여부를 판단하는 단계에서는, 상기 인버터의 출력 주파수 변동 파형이 상기 무효성분 Q 파형과 유사하다고 판별된 경우, 상기 인버터가 단독 운전을 하고 있음이 판단될 수 있다.
또한, 상기 인버터의 출력 주파수 변동 파형이 상기 무효성분 Q 파형과 유사하지 않다고 판별된 경우, 상기 인버터가 단독 운전을 하고 있지 않음이 판단될 수 있다.
상기 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법은 또한, 상기 판단 결과에 따라 상기 인버터의 운전을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 인버터의 운전을 제어하는 단계는, 상기 인버터의 출력 전압 주파수 변동 파형이 상기 무효성분 Q의 파형과 유사하지 않다고 판별된 경우, 상기 인버터가 단독 운전을 하고 있지 않다고 판단되어, 상기 인버터의 출력이 차단되지 않도록 제어될 수 있다.
또한, 상기 인버터의 운전을 제어하는 단계는, 상기 인버터의 출력 전압 주파수 변동 파형이 상기 무효성분 Q의 파형과 유사하다고 판별된 경우, 상기 인버터가 단독 운전을 하고 있다고 판단되어, 상기 인버터의 출력이 차단되도록 제어될 수 있다.
상기 인버터의 출력이 차단되도록 제어되는 경우는, 상기 계통이 차단되어 상기 인버터가 단독 운전을 하게 되면, 상기 무효성분 Q에 의해 상기 인버터의 출력 전압의 주파수가 변동되고, 변동된 상기 인버터의 출력 전압의 주파수 변동 파형이 상기 인버터의 출력 전류에 주입된 상기 무효성분 Q 파형과 유사하다고 판별됨으로써 상기 인버터의 단독 운전 상태를 검출하게 되어, 상기 인버터의 출력이 차단되도록 제어될 수 있다.
반면에, 변동된 상기 인버터의 출력 전압의 주파수 변동 파형이 상기 인버터의 출력 전류에 주입된 상기 무효성분 Q 파형과 유사하지 않다고 판별되면, 상기 인버터의 단독 운전 상태가 아님을 검출하게 되어, 상기 인버터의 출력이 유지되도록 제어될 수 있다.
또한, 상기 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법은, 상기 인버터가 단독 운전을 하고 있다고 판단되어, 상기 인버터의 출력이 차단되도록 제어된 경우, 상기 계통의 전압 상태를 감시하여, 이를 근거로 상기 인버터의 출력이 다시 제어되는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 계통의 전압 상태를 감시하여, 이를 근거로 상기 인버터의 출력이 다시 제어되는 단계는, 상기 계통에 전압이 없는 경우, 상기 인버터의 출력이 계속 차단되도록 제어될 수 있다.
상기 계통 전압 상태를 감시한 결과, 상기 계통에 전압이 없는 경우이면, 상기 인버터의 출력에 의해 전압이 유지되고 있었던 상태이므로, 상기 인버터의 단독 운전이 정확하게 검출되므로, 상기 인버터의 출력이 계속 차단되도록 제어될 수 있다.
또한, 상기 계통의 전압 상태를 감시하여, 이를 근거로 상기 인버터의 출력이 다시 제어되는 단계는, 상기 계통에 전압이 있는 경우, 상기 인버터의 출력이 복구되도록 제어될 수 있다.
상기 계통 전압 상태를 감시한 결과, 상기 계통에 전압이 있는 상태이면, 상기 계통이 일시적인 왜란에 의해 잠시 차단되었던 상태이므로, 상기 인버터의 단독 운전이 아님이 판별되므로, 상기 인버터의 출력이 복구되도록 제어될 수 있다.
이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법의 실시예에 대해 설명한다.
도 5는 본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법의 실시예에 따른 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법의 실시예는, 무효성분 Q 계산 및 설정 단계(S10); 인버터 출력 전류에 무효성분 Q 주입 단계(S20); 주파수의 변동 파형과 무효성분 Q의 파형 비교 단계(S30); 및 인버터의 단독 운전 여부 판단 단계(S40)를 포함할 수 있다.
상기 무효성분 Q 계산 및 설정 단계(S10)에서는, 상기 인버터 출력 전류에 주입될 상기 무효성분 Q의 계산 및 설정이 이루어질 수 있다.
예를 들면, 주입될 상기 무효성분 Q의 파형, 크기 및 주파수 등을 계산하고 설정할 수 있다.
상기 인버터 출력 전류에 무효성분 Q 주입 단계(S20)에서는, 상기 무효성분 Q 계산 및 설정 단계(S10)에서 계산 및 설정된 상기 무효성분 Q를, 상기 인버터 출력 전류에 주입할 수 있다.
상기 무효성분 Q는, 무효전력의 형태로서, 상기 인버터가 연계된 상기 계통의 전압, 전류, 주파수 및 역률 변화에 영향을 받지 않고, 기설정된 크기 및 형태로 상기 인버터의 출력 전류에 주입될 수 있다.
상기 인버터 출력 전류에 주입된 상기 무효성분 Q는, 상기 인버터의 단독 운전 시 상기 인버터의 출력 전압의 주파수를 변동시킬 수 있다.
따라서, 상기 인버터가 단독 운전을 하는 경우, 상기 인버터의 출력 전압의 주파수가 상기 무효성분 Q에 의해 변동될 수 있다.
이 때, 상기 인버터의 출력 전압의 주파수 변동 파형은 상기 무효성분 Q의 파형과 유사하게 변동될 수 있다.
상기 주파수의 변동 파형과 무효성분 Q의 파형 비교 단계(S30)에서는, 상기 무효성분 Q에 의해 변동된 상기 인버터의 출력 전압의 주파수 변동 파형과 상기 무효성분 Q 파형을 비교하여 유사성을 판별할 수 있다.
상기 무효성분 Q에 의한 상기 인버터의 출력 전압의 주파수 변동은 상기 인버터가 단독 운전을 하는 경우에 나타나므로, 상기 인버터의 출력 전압의 주파수 변동을 검출하고, 상기 무효성분 Q 파형과 상기 인버터의 출력 전압의 주파수 변동 파형을 비교하여 유사성이 있다고 판별되면, 상기 인버터가 단독 운전을 하고 있음을 알 수 있게 된다.
상기 주파수의 변동 파형과 무효성분 Q의 파형 비교 단계(S30)는, 상기 주파수의 변동 파형을 상기 계통 또는 상기 인버터의 출력단에서 검출하여, 상기 무효성분 Q의 파형과 비교하여 유사성을 판별할 수 있다.
상기 인버터의 단독 운전 여부 판단 단계(S40)에서는, 상기 판별 결과를 근거로, 상기 인버터가 단독 운전을 하고 있는지의 여부를 판단할 수 있다.
상기 판별 결과, 상기 인버터의 출력 전압의 주파수 변동 파형과 상기 무효성분 Q가 유사하지 않다고 판별된 경우, 상기 인버터가 단독 운전을 하고 있지 않다고 판단될 수 있다.
또한, 상기 판별 결과, 상기 인버터의 출력 전압의 주파수 변동 파형과 상기 무효성분 Q가 유사하다고 판별된 경우, 상기 인버터가 단독 운전을 하고 있다고 판단될 수 있다.
이하에서는 도 6을 참조하여, 본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법의 구체적인 실시예를 설명한다.
도 6은 본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법의 구체적인 실시예에 따른 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법은, 상기 인버터의 단독 운전 여부 판단 단계(S40)의 결과에 따라, 상기 인버터의 운전을 제어하는 단계(S50a, S50b)를 더 포함할 수 있다.
상기 인버터의 단독 운전 여부 판단 단계(S40)의 결과, 상기 인버터가 단독 운전을 하지 않는 경우라고 판단되면, 상기 인버터의 출력을 차단하지 않아도 되는 상태이므로, 상기 인버터의 운전을 제어하는 단계에서 상기 인버터의 출력이 유지되도록 제어(S50a)될 수 있다.
상기 인버터의 단독 운전 여부 판단 단계(S40)의 결과, 상기 인버터가 단독 운전을 하는 경우라고 판단되면, 상기 인버터의 출력을 차단해야되는 상태이므로, 상기 인버터의 운전을 제어하는 단계에서 상기 인버터의 출력이 차단되도록 제어(S50b)될 수 있다.
상기 인버터의 출력이 차단되도록 제어(S50b)되는 경우는, 상기 계통의 전압 상태를 감시(S60)하여, 이를 근거로 상기 인버터의 출력이 다시 제어되는 단계(S70a, S70b)를 더 포함할 수 있다.
상기 계통의 전압 상태를 감시(S60)하는 단계에서는, 상기 계통에 상기 인버터에서 공급되는 전압 이외의 전압이 존재하는지를 감시할 수 있다.
상기 계통의 전압 상태를 감시(S60)하여, 이를 근거로 상기 인버터의 출력이 다시 제어되는 단계(S70a, S70b)에서는, 상기 계통에 전압이 없는 경우, 상기 인버터의 출력 차단이 유지되도록 제어(S70a)될 수 있다.
상기 계통의 전압 상태를 감시(S60)하는 단계의 결과, 상기 계통에 전압이 없는 경우, 상기 인버터의 출력에 의해 전압이 유지되고 있었던 상태이므로, 상기 인버터의 단독 운전이 정확하게 검출되므로, 상기 인버터의 출력 차단이 유지되도록 제어(S70a)될 수 있다.
또한, 상기 계통의 전압 상태를 감시(S60)하여, 이를 근거로 상기 인버터의 출력이 다시 제어되는 단계(S70a, S70b)에서는, 상기 계통에 전압이 있는 경우, 상기 인버터의 출력이 복구되도록 제어(S70b)될 수 있다.
상기 계통의 전압 상태를 감시(S60)하는 단계의 결과, 상기 계통에 전압이 있는 상태이면, 상기 계통이 일시적인 왜란에 의해 잠시 차단되었던 상태이므로, 상기 인버터의 단독 운전이 아님이 판단되어, 상기 인버터의 출력이 복구되도록 제어(S70b)될 수 있다.
본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법의 실시예들은, 연산과정을 프로그램화하여 소프트웨어적인 방법으로 적용되어 실시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법의 실시예들은, 발전설비의 출력 제어 장치, 변전소의 입출력 제어 장치, 상기 계통 연계형 인버터 내부에 구성된 제어유닛, 상기 계통 연계형 인버터를 제어하는 별도의 제어유닛, 전자스위치, 보호계전기 및 상기 계통 운영 상황을 감시하는 감시 기기 중 적어도 어느 하나에 적용되어 실시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법의 실시예들은, 상기 계통을 통합 운영하는 계통 운영 시스템에 적용되어 실시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법의 실시예들은, 전력 제어 장치에 적용되어 실시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법의 실시예들은, 주거용, 빌딩용, 공공시설용, 산업용 및 비상전원의 용도로 사용되는 모든 발전설비의 제어유닛 및 보호기기에 적용되어 실시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법은, 출력 전류의 왜곡 없이도 단독 운전을 검출할 수 있기 때문에, 전력 품질의 왜곡을 막을 수 있으며, 어떠한 단독 운전 상태에서도 검출이 가능하여 불의의 인명 및 재산 피해를 막을 수 있는 뛰어난 검출 효과가 있으며, 또한, 출력 전압의 주파수가 일정하게 유지되므로, 장비 또는 기기의 소손 및 오동작을 막을 수 있는 효과도 있다.
또한, 인버터의 단독 운전을 검출함으로써, 안정적이고 신뢰성있는 계통 운영이 가능해지며, 계통, 부하, 발전원 및 인버터의 종류나 현황에 관계없이 모든 계통 연계형 인버터에 쉽게 적용 가능하여, 인버터의 기능 및 활용성을 높일 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 계통 연계형 인버터가 적용된 전력시스템
S10: 무효성분 Q 계산 및 설정 단계
S20: 인버터 출력 전류에 무효성분 Q 주입 단계
S30: 주파수의 변동 파형과 무효성분 Q의 파형 비교 단계
S40: 인버터의 단독 운전 여부 판단 단계
S50a: 인버터의 출력이 유지되도록 제어
S50b: 인버터의 출력이 차단되도록 제어
S60: 계통의 전압 상태를 감시
S70a: 인버터의 출력 차단이 유지되도록 제어
S70b: 인버터의 출력이 복구되도록 제어

Claims (9)

  1. 계통 연계형 인버터의 단독 운전 시, 상기 인버터의 출력 전압의 주파수를 변동시키는 무효성분 Q를 상기 인버터의 출력 전류에 주입하는 단계;
    상기 출력 전압의 주파수 변동 파형과 상기 무효성분 Q의 파형을 비교하여 유사성을 판별하는 단계;
    상기 판별 결과에 따라 상기 인버터의 출력이 차단되도록 제어하는 단계; 및
    상기 인버터의 출력이 차단된 후, 상기 계통의 전압 여부에 따라 상기 인버터의 단독 운전 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계통은,
    용량이 무한대인 무한 모선으로 간주되어, 상기 인버터의 출력 전류에 의한 영향을 받지 않되, 상기 인버터가 연계되어 있을 시 상기 인버터의 출력 전압 및 주파수를 유지시켜주는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 무효성분 Q는,
    상기 계통의 전압, 전류, 주파수 및 역률 변화에 영향을 받지 않고, 기설정된 크기 및 형태로 상기 인버터의 출력 전류에 주입되는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 인버터의 출력이 차단되도록 제어하는 단계는,
    상기 인버터의 출력 전압 주파수가 상기 무효성분 Q와 파형이 유사하지 않다고 판별된 경우, 상기 인버터의 출력이 차단되지 않도록 제어하고,
    상기 인버터의 출력 전압 주파수가 상기 무효성분 Q와 파형이 유사하다고 판별된 경우, 상기 인버터의 출력이 차단되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 인버터의 단독 운전 여부를 판단하는 단계는,
    상기 계통에 전압이 없는 경우, 상기 인버터가 단독 운전을 하고 있다고 판단하고,
    상기 계통에 전압이 있는 경우, 상기 인버터가 단독 운전을 하고 있지 않다고 판단하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판단 결과에 따라 상기 인버터의 운전을 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 인버터의 운전을 제어하는 단계는,
    상기 인버터가 단독 운전을 하고 있다고 판단된 경우, 상기 인버터의 출력이 계속 차단되도록 제어하고,
    상기 인버터가 단독 운전을 하고 있지 않다고 판단된 경우, 상기 인버터의 출력이 복구되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 인버터의 단독 운전 검출 방법.
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