KR101646170B1 - 계통연계운전 및 독립운전을 수행하는 전력시스템 제어 방법 - Google Patents

계통연계운전 및 독립운전을 수행하는 전력시스템 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 계통연계운전 및 독립운전이 가능한 전력 시스템을 제어하는 방법에 관한 것으로, 상기 전력 시스템이 계통연계모드에서 독립운전모드로 전환시, 계통전압, 부하전압, 부하전류 및 기준 전류지령치에 기초하여 전류기준치를 산출하는 단계; 상기 산출한 전류기준치를 전류제어기 제어를 위한 기준값으로 사용하여 PWM 듀티 사이클 주기를 산출하는 단계; 및 상기 PWM 듀티 사이클 주기에 기초하여 계통부하로 공급되는 전력의 PWM 신호를 제어하는 단계를 포함하여 구성된다.

Description

계통연계운전 및 독립운전을 수행하는 전력시스템 제어 방법 {Power System Control Method for Operation With Grid-Connection and Isolation}
본 발명은 계통연계형 전력 시스템의 제어 방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 계통연계운전과 독립운전이 가능하도록 PCS(Power Conversion System)를 스마트하게 제어하는 방법에 관한 것이다.
최근 전력 수요의 급증에 따라 전력 인프라의 확충이 매우 중요한 문제로 부각되고 있다. 전력 수요의 증가는 전기를 사용하는 가정용 생활기기의 증가와 함께 상가, 공장용 전력부하의 증가에 따른 것이다. 이러한 전력수요의 경우 특정 계절, 특정 시간대에 사용되는 전력부하가 급격하게 증가하면서 상시 대기전력의 부족분을 초래하고, 정전과 같은 사고 발생의 원인이 된다. 이러한 문제의 발생 방지를 위해 전력 인프라를 확충하고 사용을 제한하는 등의 다양한 시도가 이루어지고 있다.
이를 해소하기 위한 방안 중 하나로 태양광, 풍력, 태양열, 파력, 지열발전, 메탄가스를 이용한 화력발전과 같은 대체에너지 또는 천연의 청정에너지와 같은 신재생에너지 및 에너지저장장치(예, 수요관리 측면에서 그 중요성이 부각되고 있는 리튬이온배터리)를 이용하는 계통연계형 전력 시스템이 주목받고 있다. 특히, 태양광, 풍력, 태양열은 상대적으로 시설이 단순하고 우리나라 실정에 적합한 면이 있어 설치 및 운영을 국가적으로도 지원하고 있는 실정이다.
하지만, 이러한 실정에도 청정에너지 또는 신재생 에너지를 이용한 분산 발전 시설 및 운영이 활발하지 않은 것이 현실이다. 이는 분산 발전 설비의 설치에 따른 문제와 함께 전력계통과의 연계 곤란이 주된 이유로 작용한다. 즉, 기존 발전설비들에 비해 작은 발전량을 가지는 분산 발전 설비를 전력계통에 연결하기 위해서는 직접 연결하거나 전력변환장치를 이용하여야 한다.
또한, 분산 발전 설비는 종종 독립운전(Islanding)에 의해 사용되고 있다. 독립운전 현상은 계통이 고의적 또는 임의적인 이유로 분리되었을 때 분산 발전 시스템이 계속 발전을 하여 계통에 전력을 공급하고 있는 상태를 의미한다. 독립운전 현상은 계통 공사 인력에 대한 안전, 재폐로 계전기의 재폐로시 기기 손상 등의 문제를 일으킬 수 있으므로 반드시 검출되어 차단되어야만 하지만, 동시에 주요 부하의 경우 계통 이상 시에도 자가 운전이 가능하도록 무정전전원장치(Unintrruptible Power Supply System: UPS)를 적용하여 상시 안정적으로 전력이 공급되도록 하는데 이용되고 있다.
등록특허공보 제10-0661084호(2007.01.03.)
끊김없는 모드 전환을 위한 계통연계형 3-레벨 NPC 인버터의 제어기법(2011.07.)
마이크로그리드 또는 발전용 연료전지 시스템과 같이 계통이상 시 독립운전으로의 모드전환이 필요한 응용계통에서 과도현상을 최소화하는 Seamless Transfer 기술은 필수적이다. 특히, 단일 PCS 또는 병렬운전하는 다수의 PCS를 사용하는 경우, 계통이상 시 PCS는 의도적인 단독운전으로 전환해야하는데 각 계통연계 스위치의 동작 시간 차이 및 각 제어기의 연산시간 차이에 의해 병렬운전하는 다수의 PCS는 단일 PCS의 모드전환 시 보다 더 큰 과도상태가 발생하여 중요부하에 큰 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 목적은 계통연계형 전력 시스템에서 계통이상 시에도 운전 가능하도록 모드전환시 과도상태를 개선하면서 Seamless Transfer 형태로 부하 전력 공급이 지속되도록 하는 PCS 제어 방법을 제안하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 계통연계운전 및 독립운전이 가능한 전력 시스템을 제어하는 방법은, 상기 전력 시스템이 계통연계모드에서 독립운전모드로 전환시, 계통전압, 부하전압, 부하전류 및 기준 전류지령치에 기초하여 전류기준치를 산출하는 단계; 상기 산출한 전류기준치를 전류제어기 제어를 위한 기준값으로 사용하여 PWM 듀티 사이클 주기를 산출하는 단계; 및 상기 PWM 듀티 사이클 주기에 기초하여 계통부하로 공급되는 전력의 PWM 신호를 제어하는 단계를 포함한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전류기준치를 산출하는 단계는, 상기 계통전압의 최대값으로 설정된 전압지령치와 상기 부하전압을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과치를 전압 제어기를 통해 상기 전류기준치로 산출하는 단계를 포함하되, 상기 계통전압, 상기 부하전압, 상기 부하전류 및 상기 기준 전류지령치를 d축과 q축으로 구분하여, d축 전류기준치 및 q축 전류기준치를 각각 산출할 수 있다.
일 실시예로, 상기 d축 전류기준치를 산출하는 단계는, 계통연계모드에 따라 d축 전압 제어기가 포화상태인 경우, d축 부하전류 및 d축 기준 전류지령치의 합으로 상기 d축 전류기준치를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 d축 전류기준치를 산출하는 단계는, 독립운전모드로 전환함에 따라 d축 부하전압이 d축 전압지령치보다 증가하는 경우, d축 전압 제어기의 출력값과 d축 부하전류의 합으로 상기 d축 전류기준치를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 d축 전류기준치를 산출시 q축 부하전압의 비례치를 반영하여 상기 d축 전류기준치를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예로, 상기 q축 전류기준치를 산출하는 단계는, q축 계통전압으로 설정되는 q축 전압지령치 및 q축 부하전압을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과치를 q축 전압 제어기를 통해 산출한 값과 q축 부하전류 및 q축 부하전압에 기초하여 상기 q축 전류기준치를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
나아가, 상기 q축 전류기준치를 산출시 d축 부하전압의 비례치를 반영하여 상기 q축 전류기준치를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 q축 전류기준치를 산출하는 단계는 독립운전모드시, 계통주파수를 검출하여 기준주파수와 비교하는 단계; 상기 비교결과치 및 d축 기준 전류지령치의 연산값으로부터 q축 기준 전류지령치를 산출하는 단계; 및 상기 q축 기준 전류지령치를 반영하여 상기 q축 전류기준치를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 실시형태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 계통연계형 전력 시스템에서 계통이상 시에도 운전 가능하도록 모드전환시 과도상태를 개선하면서 Seamless Transfer 형태로 부하 전력 공급이 지속되도록 하는 PCS 제어 방법을 제안하는 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 PCS를 이용한 계통연계형 시스템의 등가회로도의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 PCS 시스템의 시간에 따른 동작 모드를 나타내는 타임 테이블의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 PCS 시스템의 seamless tranfer를 위한 제어 알고리즘의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 상기 도 3에서 상술한 전류 기준치를 생성하기 위한 제어 모듈의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 상기 도 3에서 상술한 본 발명의 실시예에 따른 전류 제어기 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 계통연계전력 시스템의 운전모드에 따른 측정결과의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 상기 도 6과 동일한 조건으로 계통연계전력 시스템에서 본 발명의 실시예에 따른 스마트 PCS 제어 알고리즘을 적용한 경우의 운전모드에 따른 측정결과의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 계통연계전력 시스템의 운전모드에 따른 측정결과의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 상기 도 8과 동일한 조건으로 계통연계전력 시스템에서 본 발명의 실시예에 따른 스마트 PCS 제어 알고리즘을 적용한 경우의 운전모드에 따른 측정결과의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 계통연계전력 시스템의 운전모드에 따른 측정결과의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 상기 도 10과 동일한 조건으로 계통연계전력 시스템에서 본 발명의 실시예에 따른 스마트 PCS 제어 알고리즘을 적용한 경우의 운전모드에 따른 측정결과의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 계통연계전력 시스템의 운전모드에 따른 측정결과의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 상기 도 12와 동일한 조건으로 계통연계전력 시스템에서 본 발명의 실시예에 따른 스마트 PCS 제어 알고리즘을 적용한 경우의 운전모드에 따른 측정결과의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이하 본 발명에 대한 상세한 설명 부분에서 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
신재생 에너지를 이용한 발전 시스템에 계통에 연결되는 경우가 많아지면서, 독립운전 현상에 대한 중요도가 날도 높아지고, 독립운전에 대한 기본적인 이론은 정립단계에 이르렀으며 이에 대한 연구도 계속되고 있다.
본 발명은 계통연계형 전력 시스템에 있어서 계통이상 시에도 Seamless Transfer 형태로 부하 전력 공급이 지속되고 모드전환시 과도상태를 개선할 수 있는 계통연계운전 및 독립운전이 가능한 스마트 PCS 제어방법 및 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 PCS를 이용한 계통연계형 시스템의 등가회로도의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시스템(100)은 계통연계운전 및 독립운전이 가능한 시스템으로, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 스마트 PCS(110), 스마트 PCS 출력단에 연결되는 인덕터(Lf) 및 커패시터(Cf)로 구성되는 LC 필터(120), 부하(130), 모드 스위치(Si; 140), 유틸리티 스위치(Su; 150) 및 연계되는 계통(GRID; 160)으로 구성된다.
도 1에 도시된 시스템(100)은 평상시 모드 스위치(140) 및 유틸리티 스위치(150)가 ON 됨에 따라 스마트 PCS(110)는 계통연계모드로 동작하게 된다. 반면, 계통(160)에 이상이 발생하는 경우, 계통운용규칙에 따라 유틸리티 스위치(150)가 OFF 상태로 전환 동작하고, 스마트 PCS(110)는 이를 검출하여 모드 스위치(140)가 OFF 상태로 전환하여 유지함에 따라, 스마트 PCS(110)는 독립운전모드로 동작하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 PCS 시스템의 시간에 따른 동작 모드를 나타내는 타임 테이블의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시스템은 시간이 경과됨에 따라 평상시 동작하는 계통연계모드(210), 계통에 정전과 같은 이상 발생시 독립운전모드로의 전환을 준비하는 제거 모드(clearing time; 220) 및 독립운전 모드(230)로 동작하게 된다.
구체적으로, 시스템은 평상시 계통연계모드(210)로 동작 중 정전과 같은 독립운전이 필요한 이벤트가 발생하는 경우 제거 모드(220)로 동작하는데, 제거 모드(220)에서 시스템은 이벤트 발생에 따라 독립운전 여부를 검출하는 검출기(221), 해당 이벤트에 적응하는 적응기(222), 스위치 ON(close)/OFF(open) 동작을 제어하는 제어기(223) 및 스위치 ON/OFF 동작 제어에 따라 독립모드로 운전하기까지의 과도기(224)를 거치게 된다.
예컨대, 계통에 정전과 같은 이상사태가 발생하고 이를 검출하는 검출기(221) 및 적응기(222)를 거치면서, 계통연계모드에서 ON 상태로 동작하던 모드 스위치(Si)를 계통운용규칙에 따라 OFF 상태로 전화하도록 제어하고, 모드 스위치(Si)가 OFF된 것을 검출함에 따라 유틸리티 스위치(Su)도 ON 상태에서 OFF 상태로 전환하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 시스템은 모드 스위치(Si) 및 유틸리티 스위치(Su)가 모두 OFF되면 소정의 과도기(234)를 거치면서 독립운전 모드(230)로 전환하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 PCS 시스템의 seamless tranfer를 위한 제어 알고리즘의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제어 알고리즘은 계통전압(Vgdq), 부하전압(Vcdq) 및 부하전류(ILLdq)와 기준 전류지령치(Igrefdq)에 기초하여 전류 기준치(Irefd, Irefq)를 생성하는 단계(S301), 생성된 전류 기준치(Irefd, Irefq)에 기초하여 전류제어기를 제어하는 단계(S302) 및 전류제어기 제어 결과에 따른 PWM 듀티 사이클(Td, Tq)에 기초하여 PWM 발생기를 제어하는 단계(S303)로 구성된다.
구체적으로, 전류 기준치(Irefd, Irefq)를 생성하는 단계(S301)는 dq축에서의 계통전압(Vgdq), 부하전압(Vcdq) 및 부하전류(ILLdq) 및 기준 전류지령치(Igrefdq)에 기초하여 d축 및 q축 각각에 대한 전류 기준치(Irefd, Irefq)를 생성하고, 전류제어기를 제어하는 단계(S302)는 d축 및 q축에서의 전류 기준치(Irefd, Irefq)에 기초하여 전류제어기를 제어하고, 그에 따른 d축 및 q축에서의 PWM 듀티 사이클(Td, Tq)을 생성하여 PMW 듀티 사이클을 제어한다(S303).
도 4는 상기 도 3에서 상술한 전류 기준치를 생성하기 위한 제어 모듈의 일 예를 나타내는 도면이다.
스마트 PCS시스템은 평상시 계통연계모드로 동작하면서 전압 지령치는 최대값으로 설정되고 그에 따라 제어기(GVC)는 포화상태로 된다. 이에 따라, 일 예로 d축 전류는 d축의 전류지령치(Igrefd) 및 부하전류(ILLd)의 합으로 결정될 수 있다. 반면, 독립운전모드에서는 부하전압(Vcd)이 증가함에 따라 제어기(GVC)가 동작하여 새로운 전류지령치를 생성하게 된다.
이때, 계통연계모드에서 독립운전모드로 전환시, 부하에 따라 독립운전을 검출하지 못하는 경우가 존재할 수 있으므로, 도 4에 예시된 본 발명의 실시예에 따른 전류 기준치 제어 모듈(400)은 일정 주기동안 계통주파수(fref) 변동과 d축 전류지령치(Igrefd)에 따라 q축 전류값에 일정하게 변동을 주도록 구성된다.
도 4를 참조하면, 전류 기준치 제어 모듈(400)은 부하전압(Vcd)을 고려한 d축 전압제어 모듈(410), 부하전압(Vcd)을 고려한 q축 전압제어 모듈(420)과 계통주파수(fref)를 이용하여 전류 지령치 생성 모듈(430)로 구성된다.
d축 전압제어 모듈(410)은 계통연계운전시 d축 전압 지령치(Vrefd; 411)를 계통전압 최대값으로 설정하고, 부하 전압(Vcd; 412)와 비교하여 제1 전압 제어기(Gvc; 413)를 통해 전류 지령치(Irefd)를 생성한다. 계통연계운전시 제1 전압 제어기(Gvc; 413)는 포화되고 d축 PCS 전류 지령치(Irefd; 416)는 부하전류(ILLd; 415)와 계통전류 지령치(Igrefd; 414)의 합으로 정해진다. 독립운전모드에서는 계통이 탈락한 상황에서 부하전압(Vcd; 412)이 증가하여 d축 전압 지령치(Vrefd; 411)이상이 되면 제1 전압제어기(Gvc; 413)가 동작하며 d축 PCS 전류 지령치(Irefd; 416)는 부하전류(ILLd; 415)와 제1 전압제어기(Gvc; 413) 출력값의 합으로 정할 수 있다.
q축 전압제어 모듈(420)은 q축 PCS 전류 지령치(Irefq; 425)를 생성하기 위한 것으로, q축 전압 지령치(Vrefq; 421)는 최소값(0)으로 설정하고, q축 부하 전압(Vcq; 422)과의 차를 제2 전압 제어기(Gvc; 423)로 인가한다. 제2 전압 제어기(Gvc; 423)를 거친 전압값과 전류 지령치 생성 모듈(430)에서 생성한 q축 기준 전류값(Igrefq; 434)과의 합으로부터 q축 PCS 전류 지령치(Irefq; 425)를 정할 수 있다.
전류 기준치 생성 모듈(430)은 계통연계모드에서 독립운전모드에서 전환되었을 때 부하조건에 따라 독립운전을 검출하지 못하는 경우를 회피하기 위한 모듈이다. 검출한 계통주파수(fgrid; 431)를 기준주파수(fref; 432)와 비교하여 d축 전류 기준값(Igrefd; 433)에 비례한 q축 전류 기준값(Igrefq; 434)과 q축 전압제어 모듈(420)에서 생성된 제2 전압제어기(Gvc; 423)의 출력값 및 q축 부하 전류값(ILLq; 424)으로 PCS q축 전류 지령치(Irefq; 425)를 도출할 수 있다.
도 5는 상기 도 3에서 상술한 본 발명의 실시예에 따른 전류 제어기 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전류 제어기(500)는 d축 및 q축으로 구분하여 전류 제어를 수행하는데, 상기 도 4에서 상술한 전류지령치 생성 모듈에서 생성된 d축 PCS 전류 지령치(Irefd; 501) 및 q축 PCS 전류 지령치(Irefq; 504)로부터 PWM 듀티 주기를 생성한다.
구체적으로, 전류 제어기(500)는 d축 PCS 전류 지령치(Irefd; 501) 및 d축 부하 전류(Id; 502)의 차를 제1 전류 제어기(503)의 입력값으로 하고, 제1 전류 제어기의 출력값에 q축 부하 전류(Iq; 505)를 반영하여 d축에서의 PWM 듀티 사이클을 결정한다. 또한, q축 PCS 전류 지령치(Irefq; 504) 및 q축 부하 전류(Iq; 505)의 차를 제2 전류 제어기(506)의 입력값으로 하고, 제2 전류 제어기(506)의 출력값에 d축 부하 전류(Id; 502)를 반영하여 q축에서의 PWM 듀티 사이클을 결정한다.
d축 및 q축에서의 PWM 듀티 사이클은 PWM 발생기(507)로 전달되어 계통으로 공급되는 전력의 PWM 신호를 제어하게 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 PCS 제어 방법에 기초하여 계통연계시스템을 구동시킨 결과 시스템의 각 구성에서 측정되는 파형의 실시예들을 설명하도록 한다.
도 6 및 도 7은 계통연계전력 시스템에서 동일조건 하 운전결과의 일 예를 나타내는 것으로, 구체적으로 도 6은 계통운전모드에서 독립운전모드로 전환시 측정파형의 일 예를 나타내고, 도 7은 계통운전모드에서 독립운전모드로 전환시 본 발명의 실시예에 따른 스마트 PCS 제어 알고리즘을 적용한 경우 측정파형의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은 전력계통시스템이 기준 전류지령치(Igrefdq) 100A, 부하저항 5Ω, 계통전압 (Vgdq) 311V의 조건으로 계통운전모드로 구동하다가 이벤트 발생에 따라 독립운전모드로 전환할 때 측정되는 부하전압(601, 701), 인버터 전류(602, 702), 계통주파수(603, 703), 인버터 전력(604, 704) 및 부하 전력(605, 705)의 파형의 일 예를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 계통운전모드에서 독립운전모드로 전환시 부하전압(601) 및 인버터 전류(602)의 크기 및 변동 주기가 정상상태보다 커지고 일정하지 않은 것을 확인할 수 있다. 또한, 계통주파수(603)는 계통운전모드에서는 일정한 값을 유지하다가 독립운전모드로 전환함에 따라 소정 주기로 삼각파형과 같이 변동하는 것을 확인할 수 있다. 인버터 전력(604) 역시 계통운전모드에서는 일정한 값을 유지하다가 독립운전모드로 전환시 크기가 증가하면서 변동하는 것을 확인할 수 있고, 부하 전력(605) 역시 독립운전모드로 전환하면서 크기가 증가하고 변동하는 것을 확인할 수 있다. 이때, 독립운전모드로 진입함에 따라 인버터 전력(604) 및 부하 전력(605)은 동일한 형태로 측정된다.
반면, 도 7에 예시된 파형은 동일조건에서 본 발명의 실시예에 따른 스마트 PCS 제어 알고리즘 적용하면서 독립운전모드로 전환시 이벤트 발생 시점 이후 0.2sec 경과시 유틸리티 스위치(Su)를 OFF 전환하도록 제어하였을 때 측정결과를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 계통운전모드에서 독립운전모드로 전환하더라도 부하전압(701), 계통주파수(703) 및 부하전력(705)의 파형은 변동없이 유지되는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 인버터 전류(702)는 동일 주기로 크기만 감소된 형태로 변동하고, 인버터 전력(704)은 독립운전모드로 전환시 부하 전력(705)과 동일한 형태로 변동하게 된다.
도 8 및 도 9는 계통연계전력 시스템에서 동일조건 하 운전결과의 다른 예를 나타내는 것으로, 구체적으로 도 8은 계통운전모드에서 독립운전모드로 전환시 측정파형의 다른 예를 나타내고, 도 9는 계통운전모드에서 독립운전모드로 전환시 본 발명의 실시예에 따른 스마트 PCS 제어 알고리즘을 적용한 경우 측정파형의 다른 예를 나타내는 도면이다.
이때, 실시예에서는 전력계통시스템이 기준 전류지령치(Igrefdq) 100A, 부하저항 500Ω, 계통전압 (Vgdq) 311V의 조건으로, 상술한 도 6 및 도 7의 조건과 비교하여 부하 저항값을 증가시킨 것이다. 도 8에 예시된 파형을 살펴보면 도 7에 예시된 파형과 비교하여 독립운전모드시 부하전압(801), 계통주파수(803),인버터 전력(804) 및 부하 전력(805)의 측정값이 크게 변동하는 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 9에 예시된 파형을 살펴보면 본 발명의 실시예에 따른 스마트 PCS 제어 알고리짐을 적용함에 따라 계통운전에서 독립운전모드로 전환하더라도 부하전압(901), 계통주파수(903) 및 부하전력(905)의 파형은 변동없이 유지되고, 인버터 전류(902)는 거의 일정한 값으로 지속되며 인버터 전력(904)은 부하 전력(905)과 동일한 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이 경우에도, 이벤트 발생 시점이후 0.2sec 경과시 유틸리티 스위치(Su)를 OFF 전환하도록 제어하였다.
도 10 및 도 11은 기준 전류지령치(Igrefdq) 5A, 부하저항 500Ω, 계통전압 (Vgdq) 311V의 조건으로 계통연계시스템의 운전모드에 따른 측정결과를 나타내고, 도 12 및 도 13은 기준 전류지령치(Igrefdq) 5A, 부하저항 5Ω, 계통전압 (Vgdq) 311V의 조건으로 계통연계시스템의 운전모드에 따른 측정결과를 나타낸다. 이때, 도 11 및 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 PCS 제어 알고리즘을 적용하여 이벤트 발생 시점 이후 0.2sec 경과시 유틸리티 스위치(Su)를 OFF 전환하도록 제어하였을 때 측정되는 파형을 나타낸다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 계통연계운전 및 독립운전이 가능한 전력 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 전력 시스템이 계통연계모드에서 독립운전모드로 전환시, 계통전압의 최대값으로 설정된 전압지령치와 부하전압을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과치를 전압 제어기를 통해 전류기준치로 산출하는 단계를 포함하되,
    상기 계통전압, 상기 부하전압, 부하전류 및 기준 전류지령치를 d축과 q축으로 구분하여, d축 전류기준치 및 q축 전류기준치를 각각 산출하는 단계;
    상기 산출한 전류기준치를 전류제어기 제어를 위한 기준값으로 사용하여 PWM 듀티 사이클 주기를 산출하는 단계; 및 상기 PWM 듀티 사이클 주기에 기초하여 계통부하로 공급되는 전력의 PWM 신호를 제어하는 단계를 포함하는, 계통연계운전 및 독립운전이 가능한 전력 시스템 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 d축 전류기준치를 산출하는 단계는,
    계통연계모드에 따라 d축 전압 제어기가 포화상태인 경우, d축 부하전류 및 d축 기준 전류지령치의 합으로 상기 d축 전류기준치를 산출하는 단계를 더 포함하는, 계통연계운전 및 독립운전이 가능한 전력 시스템 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 d축 전류기준치를 산출하는 단계는,
    독립운전모드로 전환함에 따라 d축 부하전압이 d축 전압지령치보다 증가하는 경우, d축 전압 제어기의 출력값과 d축 부하전류의 합으로 상기 d축 전류기준치를 산출하는 단계를 더 포함하는, 계통연계운전 및 독립운전이 가능한 전력 시스템 제어 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 d축 전류기준치를 산출시 q축 부하전압의 비례치를 반영하여 상기 d축 전류기준치를 산출하는 단계를 더 포함하는, 계통연계운전 및 독립운전이 가능한 전력 시스템 제어 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 q축 전류기준치를 산출하는 단계는,
    q축 계통전압으로 설정되는 q축 전압지령치 및 q축 부하전압을 비교하는 단계; 및
    상기 q축 전압지령치 및 q축 부하전압의 비교 결과치를 q축 전압 제어기를 통해 산출한 값과 q축 부하전류 및 q축 부하전압에 기초하여 상기 q축 전류기준치를 산출하는 단계를 포함하는, 계통연계운전 및 독립운전이 가능한 전력 시스템 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 q축 전류기준치를 산출시 d축 부하전압의 비례치를 반영하여 상기 q축 전류기준치를 산출하는 단계를 더 포함하는, 계통연계운전 및 독립운전이 가능한 전력 시스템 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 q축 전류기준치를 산출하는 단계는 독립운전모드시,
    계통주파수를 검출하여 기준주파수와 비교하는 단계;
    상기 검출된 계통주파수와 기준주파수의 비교결과치 및 d축 기준 전류지령치의 연산값으로부터 q축 기준 전류지령치를 산출하는 단계; 및
    상기 q축 기준 전류지령치를 반영하여 상기 q축 전류기준치를 산출하는 단계를 더 포함하는, 계통연계운전 및 독립운전이 가능한 전력 시스템 제어 방법.
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