KR101554630B1 - 병렬 분산 전원용 단독 운전 검출 장치 - Google Patents

병렬 분산 전원용 단독 운전 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위상 고정 루프를 사용하지 않고 무효전류를 주기적으로 인가함으로써 위상 고정 루프에 의한 시간 지연을 줄일 수 있고, 여하의 위상에서도 무효전류를 주입할 수 있는 병렬 운전시 단독 운전 검출 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 병렬 분산 전원용 단독 운전 검출 장치는, 인버터의 출력전류 및 출력전압을 3상/2상 변환하는 좌표 변환부; 상기 좌표 변환부로부터 출력되는 2상 정지 전압 신호를 이용하여 상기 인버터의 출력전압의 위상에 따라 제1 논리신호를 발생시키는 상용전압 동기화부; 상기 제1 논리신호를 이용하여 상기 계통의 상용전압의 매 주기마다 일부 구간동안 주기적으로 제1 무효전류분을 발생시키는 무효전류 변동부; 상기 좌표 변환부로부터 출력되는 2상 전압을 이용하여 상기 인버터 출력전압의 위상 및 주파수를 계산하는 위상 고정 루프; 상기 인버터 출력 전압의 주파수가 소정의 불검출영역을 벗어나면, 상기 인버터 출력전류의 제어 위상각이 점점 더 벌어지도록 제2 무효전류분을 증가시키는 자동위상 천이부; 상기 제1 무효전류분과 상기 제2 무효전류분을 이용하여 단독운전 검출용 지령치 위상 전류를 연산하는 무효전류 연산부; 소정의 기준치 진폭 전류에서 상기 좌표 변환부로부터 출력되는 실제치 진폭 전류를 감산하여 지령치 진폭 전류를 출력하는 전류 진폭 연산부; 및 상기 단독운전 검출용 지령치 위상 전류와 상기 지령치 진폭 전류를 이용하여 상기 인버터를 제어하는 PWM 제어신호를 생성하는 PWM 제어부를 포함한다.

Description

병렬 분산 전원용 단독 운전 검출 장치{ANTI-ISLANDING DETECTION APPARATUS FOR PARALLEL DISTRIBUTED GENERATION}
본 발명은 계통 전원(상용 전원)으로부터 전력 공급이 중단되었을 때 단독운전을 검출하는 단독 운전 검출 장치에 관한 것이다.
최근 지구 환경 보호 등의 관점에서 환경에 영향이 적은 태양전지, 연료전지 등에 의한 분산 전원 시스템의 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 분산 전원 시스템에서는 태양전지 등에 의해 발전한 직류 전력을 인버터에 의해 상용 주파수의 교류 전력으로 변환하여 계통 전원과 연계해 계통 부하에 공급하는 동시에 잉여 전력을 계통 전원으로 보내는 일을 수행한다.
이러한 분산 전원 시스템에서는 계통 전원의 전력 공급 정지시 분산 전원으로부터 계통 전원으로 역충전되는 것을 방지하여야 하므로, 계통 전원의 전력 공급 정지시 분산 전원의 단독 운전을 검출해 계통 전원과 분리함과 동시에 인버터의 구동을 정지시킨다.
단독 운전을 검출하는 방법으로는, 단독 운전으로 이행시 전압 파형이나 위상 등의 급격한 변화를 검출하는 수동적 방식이 있지만, 수동적 방식으로는 인버터의 출력 전력과 부하의 소비 전력이 밸런스 상태에 있을 때, 단독 운전으로 이행시 계통에 아무런 변화가 생기지 않기 때문에 단독 운전을 검출할 수 없다.
또한, 인버터의 출력 전압이나 주파수에 미소 변동을 주어 단독 운전으로 이행시 그 변동이 현저하게 되는 것을 검출하는 능동적 방식이 있다.
그렇지만, 능동적 방식으로는 계통에 복수의 분산 전원 시스템을 병렬로 연결해 운전하는 경우, 변동이 상쇄되어 단독 운전 검출 기능이 열화될 우려가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 안출된 기술이 일본공개특허 2012-085384호에 개시되어 있다.
위 특허에 개시된 기술에 따르면, 분산 전원의 직류 전력을 인버터에 의해 교류 전력으로 변환하여 전력 계통 라인의 상용 전원과 연계해 부하에 공급하는 분산 전원 시스템의 단독 운전을 검출하는 방법으로, 인버터를 제어해 상용 전원과의 연계점에서의 인버터의 출력 전류에 그 출력 전류의 기본파에 동기한 2차 고조파 전류를 중첩하는 한편, 연계점에 있어서 계통 전압에 포함되는 계통 전압의 기본파의 짝수차 고조파에 기초하여 단독 운전을 검출한다.
이에 따르면, 계통 전압의 위상과 동상으로 제어되는 연계점에서의 인버터의 출력 전류에 그 출력 전류의 기본파에 동기한 2차 고조파 전류를 중첩하므로 복수의 분산 전원 시스템을 계통에 병렬로 접속하여 운전할 때, 각 분산 전원 시스템의 인버터의 출력 전류에 중첩하는 고조파 전류를 계통 전압의 위상으로 동기시킬 수 있고, 이것에 의해 복수의 분산 전원 시스템의 고조파 전류가 서로 상쇄되는 일이 없어 단독 운전 검출 성능이 열화되는 것을 방지할 수 있다.
그런데, 위 기술에서는 2차 고조파를 상반주기와 하반주기 모두 중첩시키게 되므로 전력 품질이 저하되는 단점이 있다.
또한, 하나의 분산 전원을 설치하여 운전하는 중에 추가로 분산 전원을 설치하는 경우가 있다. 그리고, 단독 운전 검출 방법의 하나로, 복수의 분산 전원에 대하여 통신을 이용하여 무효전력의 주입 방향을 동기화시킬 수 있다. 그런데, 각각의 분산 전원에 설치된 인버터의 제조사가 다르면, 인버터의 제어 회로 내지 제어 방식이 동일하지 않을 가능성이 대단히 높고, 이로 인하여 통신 선로의 개설이 어렵거나 대단히 복잡해지게 된다.
일본공개특허 1997-046909호 일본공개특허 2012-085384호
본 발명은 전력 품질의 저하를 최소화하면서 분산 전원을 병렬 운전시 단독 운전을 검출할 수 있는 장치를 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 반주기의 무효전류를 주기적으로 인가함으로써 병렬 운전의 분산 전원을 동기시킬 수 있는 병렬 분산 전원용 단독 운전 검출 장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 복수의 분산 전원에 설치된 인버터의 제조사가 다른 경우에도 병렬 운전의 분산 전원 동기화가 용이한 병렬 분산 전원용 단독 운전 검출 장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 위상 고정 루프를 사용하지 않고 무효전류를 주기적으로 인가함으로써 위상 고정 루프에 의한 시간 지연을 줄일 수 있는 병렬 운전시 단독 운전을 검출할 수 있는 장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 여하의 위상에서도 무효전류를 주입할 수 있는 유연성이 높은 병렬 운전시 단독 운전을 검출할 수 있는 장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명에 따른 병렬 분산 전원용 단독 운전 검출 장치는, 인버터의 출력전류 및 출력전압을 3상/2상 변환하는 좌표 변환부; 상기 좌표 변환부로부터 출력되는 2상 정지 전압 신호를 이용하여 상기 인버터의 출력전압의 위상에 따라 제1 논리신호를 발생시키는 상용전압 동기화부; 상기 제1 논리신호를 이용하여 상기 계통의 상용전압의 매 주기마다 일부 구간동안 주기적으로 제1 무효전류분을 발생시키는 무효전류 변동부; 상기 좌표 변환부로부터 출력되는 2상 전압을 이용하여 상기 인버터 출력전압의 위상 및 주파수를 계산하는 위상 고정 루프; 상기 인버터 출력 전압의 주파수가 소정의 불검출영역을 벗어나면, 상기 인버터 출력전류의 제어 위상각이 점점 더 벌어지도록 제2 무효전류분을 증가시키는 자동위상 천이부; 상기 제1 무효전류분과 상기 제2 무효전류분을 이용하여 단독운전 검출용 지령치 위상 전류를 연산하는 무효전류 연산부; 소정의 기준치 진폭 전류에서 상기 좌표 변환부로부터 출력되는 실제치 진폭 전류를 감산하여 지령치 진폭 전류를 출력하는 전류 진폭 연산부; 및 상기 단독운전 검출용 지령치 위상 전류와 상기 지령치 진폭 전류를 이용하여 상기 인버터를 제어하는 PWM 제어신호를 생성하는 PWM 제어부를 포함한다.
또한, 상기 상용전압 동기화부는, 상기 2상 정지 전압 신호를 이용하여 상기 상용전압의 현재 위상각을 계산하는 위상각 계산부; 상기 현재 위상각을 소정 테이블과 비교하여 현재 섹터를 검출하는 섹터 검출부; 및 상기 현재 섹터가 소정 섹터 범위 내에 있으면, 제1 논리신호를 출력하는 논리신호 발생부를 포함한다.
또한, 상기 무효전류 변동부는, 소정의 무효전류 보상분을 생성하는 무효전류 보상부; 및 상기 제1 논리신호와 상기 무효전류 보상분을 승산하는 승산기를 포함한다.
또한, 상기 자동위상 천이부는, 불검출영역 설정치을 출력하는 불검출영역 설정기; 상기 인버터 출력 전압의 주파수가 상기 불검출영역을 넘어서면, 상기 인버터의 출력 전류의 위상을 조절하기 위한 자동위상 천이용 제어위상각을 생성하는 위상 조절기; 및 상기 자동위상 천이용 제어위상각을 이용하여 상기 제2 무효전류분을 출력하는 무효전류 변환기를 포함한다.
또한, 상기 무효전류 연산부는, 상기 제1 무효전류분과 상기 제2 무효전류분을 가산하여 단독운전 검출용 위상 전류분을 출력하는 제1 무효전류 연산부; 상기 단독운전 검출용 위상 전류분과 기준치 위상 전류분을 가산하여 단독운전 검출용 기준치 위상 전류분을 출력하는 제2 무효전류 연산부; 및 단독운전 검출용 기준치 위상 전류분에서 상기 좌표 변환부로부터 출력되는 실제치 위상 전류분을 감산하여 단독운전 검출용 지령치 위상 전류를 출력하는 전류 위상 연산부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 전력 품질의 저하를 최소화하면서 분산 전원을 병렬 운전시 단독 운전을 검출할 수 있고, 반주기의 무효전류를 주기적으로 인가함으로써 병렬 운전의 분산 전원을 동기시킬 수 있다.
또한, 복수의 분산 전원을 병렬로 운전할 때, 동일 타이밍에 각각의 분산 전원에 주입하는 무효전력의 주입 방향이 다르면, 복수의 분산 전원의 결합 포인트에서는 각각의 분산 전원으로부터 출력되는 무효전력의 합이 상쇄되어 단독 운전 검출이 어려워지는 문제점이 있는데, 본 발명에 따르면 이러한 문제점을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 분산 전원에 설치된 인버터의 제조사가 다른 경우에도 병렬 운전의 분산 전원 동기화가 용이하여 분산 전원의 병렬 운전시 단독 운전을 용이하게 검출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 위상 고정 루프를 사용하지 않고 무효전류를 주기적으로 인가할 수 있기 때문에 위상 고정 루프에 의한 시간 지연을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 여하의 위상에서도 무효전류를 주입할 수 있기 때문에 유연성이 높다.
또한, 본 발명에 따르면, 상용 전원의 주파수를 추정할 필요 없이 무효 전류의 주입 시간을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 병렬 분산 전원의 단독 운전 검출 장치의 전체 블록도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 섹터 기반 동기화를 사용한 무효전류 주입 타이밍도,
도 3(a)은 본 발명의 일실시예에 따른 유도성 무효전류 주입시 단독 운전 검출 타이밍도, 및
도 3(b)은 본 발명의 일실시예에 따른 용량성 무효전류 주입시 단독 운전 검출 타이밍도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이제 본 발명의 일실시예에 따른 병렬 분산 전원의 단독 운전 검출 장치에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기도 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 병렬 분산 전원의 단독 운전 검출 장치의 전체 블록도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 섹터 기반 동기화를 사용한 무효전류 주입 타이밍도, 도 3(a)은 본 발명의 일실시예에 따른 유도성 무효전류 주입시 단독 운전 검출 타이밍도, 및 도 3(b)은 본 발명의 일실시예에 따른 용량성 무효전류 주입시 단독 운전 검출 타이밍도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템은, 태양광 모듈(100), 인버터(110), 부하(120), 계통(130, grid), 필터(140), 변류기(141), 변성기(143), 좌표 변환부(150), 상용전압 동기화부(160), 무효전류 변동부(170), 자동위상 천이부(180), 및 PWM 제어부(190)를 포함한다.
태양광 모듈(100)은 태양전지를 종 및 횡으로 연결한 형태로, 태양광 입사에 따른 광전효과를 통해 전기 에너지를 생성한다.
인버터(110)는 태양광 모듈(100)에서 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 3상 인버터를 사용하여 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환한다.
필터(140)는 인버터(110)의 출력단과 계통(130) 사이에 결합되며, 필터 캐패시터(Cf)는 델타 결선된다.
변류기(CT, 141)는 인버터(110)의 출력 전류를 측정하고, 변성기(PT, 143)는 계통(130)의 계통 전압을 측정한다.
좌표 변환부(150)는 3상/2상 전류 변환기(151), 3상/2상 전압 변환기(153), 정지/회전 전류 변환기(155), 및 정지/회전 전압 변환기(157)를 포함한다.
3상/2상 전류 변환기(151)는 변류기(131)로부터 수신되는 3상의 전류 신호(Ia, Ib, Ic)를 2상 정지 좌표계(α β)의 2상 정지 전류 신호(Iα, Iβ)로 변환한다.
3상/2상 전압 변환기(153)는 변성기(133)로부터 수신되는 3상의 전압 신호(Va, Vb, Vc)를 2상 정지 좌표계(α β)의 2상 정지 전압 신호(Vα, Vβ)로 변환한다.
정지/회전 전류 변환기(155)는 2상 정지 좌표계(α β)의 2상 정지 전류 신호(Iα, Iβ)를 2상 회전 좌표계(d q)의 2상 회전 전류 신호(Id Iq)로 변환한다. 여기서, d축 전류(Id)는 전류의 위상 성분이고, q축 전류(Iq)는 전류의 진폭 성분을 의미한다.
정지/회전 전압 변환기(157)는 2상 정지 좌표계(α β)의 2상 정지 전압 신호(Vα, Vβ)를 2상 회전 좌표계(d q)의 2상 회전 전압 신호(Vd Vq)로 변환한다.
상용전압 동기화부(160)는 위상각 계산기(161), 섹터 검출기(163), 및 논리신호발생기(165)를 포함한다. 위상각 계산기(161)는 2상 정지 좌표계(αβ)의 2상 정지 전압 신호(Vα, Vβ)를 이용하여 상용전압의 현재 위상각을 계산한다. 위상각 계산식은 다음과 같다.
Figure 112015061570357-pat00001
수학식1은 라디안 단위이므로, 이를 각도 단위로 환산하면 수학식2와 같다.
Figure 112015061570357-pat00002
섹터 검출기(163)는 현재의 위상각을 표 1에 정한 섹터별 위상각 범위와 대비하여 현재 섹터를 검출한다.
Sector # Range of Angle Sector # Range of Angle Sector # Range of Angle
1 0°＜φ≤30° 5 120°＜φ≤150° 9 240°＜φ≤270°
2 30°＜φ≤60° 6 150°＜φ≤180° 10 270°＜φ≤300°
3 60°＜φ≤90° 7 180°＜φ≤210° 11 300°＜φ≤330°
4 90°＜φ≤120° 8 210°＜φ≤240° 12 330°＜φ≤360°
논리신호발생기(165)는 예컨대, 현재 섹터가 섹터1 내지 섹터6 사이에 놓여 있으면, "H"레벨의 논리신호를 발생시키고, 섹터7 내지 섹터12 사이에 놓여 있다면, "L"레벨의 논리신호를 발생시킬 수 있다. 즉, 상용전압 파형의 1주기 가운데 반주기 동안 "H"레벨의 논리신호를 발생시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 섹터1 내지 섹터6 구간동안 "H"레벨의 논리신호를 발생시킬 수 있다.
무효전류 변동부(170)는 불검출 영역(NDZ)을 넘어설 수 있는 소정의 무효전류 보상분을 생성하는 무효전류 보상기(171)와, 논리신호발생기(165)로부터 출력되는 논리신호와 무효전류 보상분을 승산하는 승산기(173)를 포함한다. 즉, 무효전류 변동부(170)는 상용전압의 매 반주기마다 인위적으로 주기적 무효전류 변동분(IRPV)을 발생시키고, 나머지 반주기 동안은 무효전류를 발생시키지 않는다.
위상 고정 루프(PLL: Phase Locked Loop, 159)는 정지/회전 전압 변환기(157)의 2상 회전 전압 신호(Vd Vq)를 입력받아, 인버터(110) 출력 전압의 위상(
Figure 112015061570357-pat00003
)과 주파수(finv)를 출력한다.
자동위상 천이부(180)는 불검출영역 설정기(181)와, 위상제어기(183) 그리고 무효전류 변환기(185)를 포함한다. 자동위상 천이부(180)는 인버터 출력 전압의 주파수(finv)가 불검출영역을 벗어나게 되면, 인버터 출력 전류의 자동위상 천이를 위한 제어 위상각이 자동위상 천이용 최대 제어 위상각에 도달할 때까지 자동으로 인버터 출력 전류의 제어 위상각이 점점 더 증가하거나 감소하도록 자동위상 천이용 무효전류분(IAPS)을 점점 더 증가시키거나 감소시킨다.
구체적으로, 불검출영역(NDZ: Non Detection Zone) 설정기(181)는 PLL(159)로부터 출력되는 인버터(110) 출력 전압의 주파수(finv)가 소정의 불검출영역 내에서 미세하게 가변하는 경우 인버터 출력 전류의 위상을 조절하지 않도록 불검출영역 설정치를 출력한다.
위상조절기(183)는 인버터 출력 전압의 주파수(finv)가 불검출영역을 넘어서면, 인버터(110)의 출력 전류의 위상을 조절하기 위한 기준 값을 생성하되, 수학식3을 적용한다.
Figure 112015061570357-pat00004
Figure 112015061570357-pat00005
: 출력전류의 자동위상 천이용 제어 위상각
Figure 112015061570357-pat00006
: 출력전류의 자동위상 천이용 최대 제어 위상각
Figure 112015061570357-pat00007
: 측정된 인버터 출력 전압 주파수
Figure 112015061570357-pat00008
: 계통 정격 주파수(예컨대, 60Hz)
이전 주기에서 측정된 주파수(finv)가 59.3Hz 이하이거나 60.7Hz 이상이면, 계통으로 흘러가는 최대 무효전력성분(Q/P)을 고정하기 위하여 출력전류의 최대 제어 위상각을 ±θM으로 고정한다. 예컨대, 무효전력성분(Q/P)을 6%로 설정하는 경우, θM= 3.4336°이다.
한편, 이전 주기에 측정된 주파수(finv)가 59.3Hz 이상 60.7Hz 이하이면, 수학식3과 같이, 위상조절기(260)는 출력 전류의 제어 위상을 사인파 형태로 변화시킨다.
무효전류 변환기(185)는 출력전류의 자동위상 천이용 제어 위상각(
Figure 112015061570357-pat00011
)을 수학식4에 대입하여 자동위상 천이용 무효전류분(IAPS)을 출력한다.
Figure 112015061570357-pat00012
제1 무효전류 가산기(175)는 주기적 무효전류 변동분(IRPV)과 자동위상 천이용 무효전류분(IAPS)을 가산하여 단독운전 검출용 d축 전류(Id,islanding_detection)를 출력한다.
제2 무효전류 가산기(176)는 단독운전 검출용 d축 전류(Id,islanding_detection)와 기준치 d축 전류(Id,ref)를 가산하여 단독운전 검출용 기준치 d축 전류(Idref,AI)를 출력한다.
전류 위상 연산기(177)는 단독운전 검출용 기준치 d축 전류(Idref,AI)에서 인버터로부터 출력되는 d축 전류(Id)를 뺀 단독운전 검출용 지령치 d축 전류(Idref_cont)를 출력한다.
전류 진폭 연산기(178)는 소정의 기준치 q축 전류(Iqref)에서 인버터로부터 출력되는 q축 전류(Iq)를 뺀 지령치 q축 전류(Iqref_cont)를 출력한다.
PWM 제어부(190)는 전류 제어기(191), 회전/정지 좌표 변환기(193), 2상/3상 변환기(195), 및 PWM 신호발생기(197)를 포함하고, 지령치 d축 전류(Idref_cont)와 지령치 q축 전류(Iqref_cont)를 이용하여 인버터의 출력 전류를 제어하기 위한 PWM 제어 신호를 생성한다.
전류 제어기(191)는 지령치 d축 전류(Idref_cont)와 지령치 q축 전류(Iqref_cont)를 수신하여 인버터의 출력 전류를 조절하기 위한 회전 좌표계의 PWM 전압 신호(Vpwm,d Vpwm,q)를 생성한다.
회전/정지 좌표 변환기(193)는 회전 좌표계의 PWM 전압 신호(Vpwm,d Vpwm,q)를 정지 좌표계의 2상 PWM 전압 신호(Vpwm,α Vpwm,β)로 변환한다.
2상/3상 변환기(195)는 정지 좌표계의 2상 PWM 전압 신호(Vpwm,α Vpwm,β)를 정지 좌표계의 3상 PWM 전압 신호(Vpwm,a Vpwm,b Vpwm,c)로 변환한다.
PWM 신호발생기(197)는 정지 좌표계의 3상 PWM 전압 신호(Vpwm,a Vpwm,b Vpwm,c)를 이용하여 PWM 제어 신호를 생성하고, PWM 제어 신호는 인버터(110)로 제공되어, 인버터의 출력 전류가 조절된다.
본 발명에 따르면, 인버터(110)로부터 출력되는 무효전류가 주기적으로 불검출 영역을 넘어설 정도의 크기로 제어되지만, 계통(grid, 상용 전원)에 연결된 상태에서는 무효전류 변동분에 상관없이 계통 주파수(상용 전원의 주파수)에 동기되어 불검출 영역을 넘어서지 않는다. 그러다가, 단독운전 상태에 이르면, 상용 전원의 주파수에 동기되지 않고, 인위적으로 인가하는 주기적 무효전류 변동분(IRPV)이 불검출 영역을 넘어설 정도의 크기이므로 곧바로 검출될 수 있다. 이후, 자동위상 천이부(180)가 동작하게 된다.
결국, 계통 전압 파형의 매 반주기마다 무효 전류(무효 전력)를 주입하고자 상용전압의 위상각을 계산할 때에 위상고정루프를 사용하지 않음으로써 위상고정루프를 사용함으로 인한 시간 지연을 줄일 수 있고, 상용전원의 주파수를 인식할 필요 없이 무효전력의 주입 구간을 제어할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 어느 위상에서나 무효전력을 주입할 수 있어 주입 시간에 플렉서빌리티가 우수하다. 또한, 전체 주기에서 무효 전류를 주입하는 기술에 비해 전력 품질을 왜곡을 절반으로 줄일 수 있고, 병렬 운전하는 복수대의 분산 전원에 대한 동기화를 용이하게 달성할 수 있다.
앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
100: 태양광 모듈 110: 인버터
120: 부하 130: 계통
140: 필터 141: 변류기
143: 변성기 150: 좌표 변환부
160: 상용전압 동기화부 170: 무효전류 변동부
180: 자동위상 천이부 190: PWM 제어부

Claims (6)

  1. 계통과 연결된 병렬 분산 전원용 단독 운전 검출 장치에 있어서,
    인버터의 출력전류 및 출력전압을 3상/2상 변환하는 좌표 변환부;
    상기 좌표 변환부로부터 출력되는 2상 정지 전압 신호를 이용하여 상기 인버터의 출력전압의 위상에 따라 제1 논리신호를 발생시키는 상용전압 동기화부;
    상기 제1 논리신호를 이용하여 상기 계통의 상용전압의 매 주기마다 일부 구간동안 주기적으로 제1 무효전류분을 발생시키는 무효전류 변동부;
    상기 좌표 변환부로부터 출력되는 2상 전압을 이용하여 상기 인버터 출력전압의 위상 및 주파수를 계산하는 위상 고정 루프;
    상기 인버터 출력 전압의 주파수가 소정의 불검출영역을 벗어나면, 상기 인버터 출력전류의 제어 위상각이 점점 더 벌어지도록 제2 무효전류분을 증가시키는 자동위상 천이부;
    상기 제1 무효전류분과 상기 제2 무효전류분을 이용하여 단독운전 검출용 지령치 위상 전류를 연산하는 무효전류 연산부;
    소정의 기준치 진폭 전류에서 상기 좌표 변환부로부터 출력되는 실제치 진폭 전류를 감산하여 지령치 진폭 전류를 출력하는 전류 진폭 연산부; 및
    상기 단독운전 검출용 지령치 위상 전류와 상기 지령치 진폭 전류를 이용하여 상기 인버터를 제어하는 PWM 제어신호를 생성하는 PWM 제어부를 포함하고,
    상기 상용전압 동기화부는,
    상기 2상 정지 전압 신호를 이용하여 상기 상용전압의 현재 위상각을 계산하는 위상각 계산부;
    상기 현재 위상각을 소정 테이블과 비교하여 현재 섹터를 검출하는 섹터 검출부; 및
    상기 현재 섹터가 소정 섹터 범위 내에 있으면, 제1 논리신호를 출력하는 논리신호 발생부
    를 포함하는 병렬 분산 전원용 단독 운전 검출 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 무효전류 변동부는,
    소정의 무효전류 보상분을 생성하는 무효전류 보상부; 및
    상기 제1 논리신호와 상기 무효전류 보상분을 승산하는 승산기
    를 포함하는 병렬 분산 전원용 단독 운전 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자동위상 천이부는,
    불검출영역 설정치을 출력하는 불검출영역 설정기;
    상기 인버터 출력 전압의 주파수가 상기 불검출영역을 넘어서면, 상기 인버터의 출력 전류의 위상을 조절하기 위한 자동위상 천이용 제어위상각을 생성하는 위상 조절기; 및
    상기 자동위상 천이용 제어위상각을 이용하여 상기 제2 무효전류분을 출력하는 무효전류 변환기
    를 포함하는 병렬 분산 전원용 단독 운전 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 무효전류 연산부는,
    상기 제1 무효전류분과 상기 제2 무효전류분을 가산하여 단독운전 검출용 위상 전류분을 출력하는 제1 무효전류 연산부;
    상기 단독운전 검출용 위상 전류분과 기준치 위상 전류분을 가산하여 단독운전 검출용 기준치 위상 전류분을 출력하는 제2 무효전류 연산부; 및
    단독운전 검출용 기준치 위상 전류분에서 상기 좌표 변환부로부터 출력되는 실제치 위상 전류분을 감산하여 단독운전 검출용 지령치 위상 전류를 출력하는 전류 위상 연산부
    를 포함하는 병렬 분산 전원용 단독 운전 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 PWM 제어부는,
    단독운전 검출용 지령치 위상 전류와 지령치 진폭 전류를 수신하여 상기 인버터의 출력 전류를 조절하기 위한 회전 좌표계의 PWM 전압 신호를 생성하는 전류 제어기;
    회전 좌표계의 PWM 전압 신호를 정지 좌표계의 2상 PWM 전압 신호로 변환하는 회전/정지 좌표 변환기;
    2상 PWM 전압 신호를 3상 PWM 전압 신호로 변환하는 2상/3상 변환기; 및
    3상 PWM 전압 신호를 이용하여 PWM 제어 신호를 생성하는 PWM 신호 발생기
    를 포함하는 병렬 분산 전원용 단독 운전 검출 장치.
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