KR101700328B1 - 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템 및 이의 운영 제어 방법 - Google Patents

시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템 및 이의 운영 제어 방법 Download PDF

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박정욱
이수형
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연세대학교 산학협력단
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    • 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
    • H02J3/40—Synchronising a generator for connection to a network or to another generator

Abstract

본 발명은 GPS 시각 동기화 기술을 적용하여 모든 컨버터가 동일한 전압, 주파수, 및 위상을 유지하여 깨끗한 정현파 신호를 기반으로 각각의 스위치를 동작시킬 수 있도록 한 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템 및 이의 운영 제어 방법에 관한 것으로, 복수의 분산전원 기기가 연계되는 지점의 전압 및 위상을 결정하는 컨버터들을 갖는 독립형 마이크로그리드가,GPS로부터 시각 정보를 수신하는 GPS 수신기;GPS 신호로부터 교정되어 시각을 제공하는 내부 클럭;상기 내부 클럭에서 제공하는 시각을 기준으로 전압의 크기 및 위상 기준신호에 따라 정현파를 발생하는 함수 발생기;상기 컨버터에서 사용되는 고조파 캐리어 신호를 발생하는 고조파 캐리어 신호 발생기;상기 함수 발생기의 정현파와 고조파 캐리어 신호 발생기의 캐리어 신호를 비교하여 PWM 신호를 발생시키는 PWM 신호 발생부;PWM 신호 발생부의 PWM 신호를 컨버터의 IGBT 스위치의 게이트에 인가하여 스위치를 동작시키는 스위치 동작 제어부;를 포함하는 컨버터 제어기를 구비하는 것이다.

Description

시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템 및 이의 운영 제어 방법{Inverter Based Stand Alone Microgrid System Using Time Synchronization and Method for operating control the same}
본 발명은 독립형 마이크로그리드에 관한 것으로, 구체적으로 GPS 시각 동기화 기술을 적용하여 모든 컨버터가 동일한 전압, 주파수, 및 위상을 유지하여 깨끗한 정현파 신호를 기반으로 각각의 스위치를 동작시킬 수 있도록 한 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템 및 이의 운영 제어 방법에 관한 것이다.
최근 스마트그리드의 대두와 함께 국내외적으로 도서지방이나 오지에서는 풍력, 태양광 등의 분산전원과 에너지 저장장치를 이용하여 기존 전력망과 독립된 형태의 마이크로그리드 전력망이 많이 사용되고 있으나, 고장이 많고 낮은 신뢰성으로 인해 빈번한 유지보수가 필요한 문제가 있다.
마이크로그리드 전력망은 연계방식과 제어방법에 따라 분류할 수 있다.
연계방식에 따라 분류하면, 구성요소들을 교류로 연결한 AC 마이크로그리드와 직류로 연결한 DC 마이크로그리드로 구분할 수 있다.
AC 마이크로그리드는 기존의 배전망을 그대로 활용하는 장점이 있으나, 동기화, 안정도, 무효전력 문제를 야기한다.
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제어 방법에 따른 분류로는, 먼저 중앙제어기를 두고 구성요소들의 전력량을 실시간으로 측정하여 시스템을 운용하는 방식이 있다. 이 방식은 전력량을 측정하기 위한 센서와 측정된 데이터를 중앙제어기로 전송하는 통신망을 필요로 한다.
고속 통신망을 사용하여 중앙에서 각 기기들의 정보를 신속하게 전달받아 제어함으로써 전력망의 원활한 운용이 가능하다는 장점이 있지만, 풍력 발전, 태양광 발전 등의 분산전원을 사용하는 경우 풍량이나 태양 광량 등에 대한 기후 예측 알고리즘이 필요하고 통신에 대한 의존도가 높다는 단점이 있다.
또한, 이 방식은 운용알고리즘이　개별 전원의 출력제어에 초점을　두므로, 독립형 마이크로그리드의 전압 및 주파수 유지능력이 없어　계통연계 마이크로그리드에만 적용이 가능하다.
다른 제어 방식으로는 마이크로그리드 전력망의 각각의 요소(분산전원, 에너지 저장장치 등)에 연계된 각각의 컨버터가 연계된 요소에 대한 제어를 독자적으로 수행하는 자율제어방식이 있다.
이 방식은 연계되는 각 요소가 어느 정도 독립적으로 자신의 동작을 스스로 제어하면서도 전체적으로 마이크로그리드 전력망의 원활한 운용을 꾀하는 방식이다.
이 방식에 의하면 고가의 통신시스템을 요구하지 않으며 가벼운 운영 알고리즘으로 자율적 수요관리가 가능하지만, 기기간의 상태 전달이 안되므로 에너지 저장장치에 과도한 부담을 주어 수명이 급격히 떨어질 수 있고 분산전원의 효율적인 운용이 어려우며 각 요소 간에 순환전류가 흐를 수 있다는 단점이 있다.
그러나 이 자율제어방식은 고속 통신망이 필요하지 않고 기후 예측 알고리즘 및 복잡한 제어 알고리즘을 사용할 필요가 없다는 장점이 있으므로 계통과 분리되어 운영되는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드 전력망에 적용이 적합하다.
독립형 마이크로그리드는 기존 전력망과 단절되어 독립적으로 운영되므로 운영 시에 전력균형을 유지하는 것이 가장 중요한 요소이자 신뢰도를 결정짓는 기술이 된다.
이와 같이 자율제어방식을 독립형 마이크로그리드에 적용할 경우 고속 통신망, 기후 예측 알고리즘 및 복잡한 중앙 제어 알고리즘이 필요 없다는 장점이 있으나 순환전류의 발생과 에너지 저장장치의 과도한 사용에 의한 수명 저하 등의 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 자율제어방식을 기반으로 하여 독립형 마이크로그리드 전력망을 제어하는 경우 마이크로그리드 전력망의 전력 균형에 의한 신뢰도 향상, 전력요소 간의 순환전류의 억제 및 에너지 저장장치의 수명 향상 등을 위한 제어 방법이 요구된다.
독립형 마이크로그리드에 복수의 컨버터기반 분산전원 기기가 연계된 경우, 각 컨버터의 상대적인 전압 및 위상에 따라 조류의 흐름이 결정된다.
조류의 흐름은 각 컨버터 출력을 결정하므로, 개별 컨버터가 연계된 지점의 전압 및 위상을 결정하는 것은 매우 중요한 문제가 된다. 개별 컨버터의 출력을 각각 직접 제어하는 기존의 P,Q 제어방식은 계통을 매우 불안하게 하므로 사용할 수 없는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0098431호 대한민국 공개특허 제10-2014-0100671호
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 마이크로드리드 시스템의 문제를 해결하기 위한 것으로, GPS 시각 동기화 기술을 적용하여 모든 컨버터가 동일한 전압, 주파수, 및 위상을 유지하여 깨끗한 정현파 신호를 기반으로 각각의 스위치를 동작시킬 수 있도록 한 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템 및 이의 운영 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 GPS 시각 동기화 기술을 적용하여 깨끗한 정현파 신호를 기반으로 각각의 스위치를 동작시키는 컨버터 제어기 및 마이크로그리드 연계 기술 제공할 수 있도록 한 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템 및 이의 운영 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 PMU 취득 동기화 데이터 기반 계통해석 및 이를 통한 정확한 운전점 제공을 통해 각 컨버터 기반 전원이 정확히 운전되도록 한 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템 및 이의 운영 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 시각 동기화를 이용한 인버터 제어기의 수초 수준의 느린 운전점 제공에도 계통을 유지하는 특성을 활용하여 계통해석에 소요되는 계산자원이 매우 적으며, 중앙 제어센터의 신호 지연 및 단절 등 불안정한 통신환경에서도 강인한 계통 운영능력을 갖도록 한 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템 및 이의 운영 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 PMU 기반의 위상동기 데이터 취득 및 GPS 시각동기화 기반 위상동기 컨버터 제어를 포함하는 멀티마이크로그리드 기술을 이용하여 개별 마이크로그리드 운영 및 마이크로그리드간 전력운영(거래)을 효과적으로 제어할 수 있도록 한 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템 및 이의 운영 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 PMU 기반의 위상동기 데이터 취득 및 GPS 시각동기화 기반 위상동기 컨버터 제어를 포함하는 멀티마이크로그리드 기술을 이용하는 상위 제어센터를 구비하여 멀티마이크로그리드간 정확한 전력수송 및 마이크로그리드간 분리/연계 시 정확한 동기화를 가능하도록 한 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템 및 이의 운영 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템은 복수의 분산전원 기기가 연계되는 지점의 전압 및 위상을 결정하는 컨버터들을 갖는 독립형 마이크로그리드가, GPS로부터 시각 정보를 수신하는 GPS 수신기;GPS 신호로부터 교정되어 시각을 제공하는 내부 클럭;상기 내부 클럭에서 제공하는 시각을 기준으로 전압의 크기 및 위상 기준신호에 따라 정현파를 발생하는 함수 발생기;상기 컨버터에서 사용되는 고조파 캐리어 신호를 발생하는 고조파 캐리어 신호 발생기;상기 함수 발생기의 정현파와 고조파 캐리어 신호 발생기의 캐리어 신호를 비교하여 PWM 신호를 발생시키는 PWM 신호 발생부;PWM 신호 발생부의 PWM 신호를 컨버터의 IGBT 스위치의 게이트에 인가하여 스위치를 동작시키는 스위치 동작 제어부;를 포함하는 컨버터 제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 컨버터 제어기는, GPS 시각 동기화를 통하여 독립형 마이크로그리드에 구비되는 모든 컨버터들이 동일한 전압, 주파수, 위상을 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 고조파 캐리어 신호 발생기는, 컨버터에서 사용하는 10~20 kHz 영역의 고조파 캐리어 신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
그리고 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템은 복수의 분산전원 기기가 연계되는 지점의 전압 및 위상을 결정하는 컨버터들을 갖는 독립형 마이크로그리드;독립형 마이크로그리드에 구비되는 컨버터들을 제어하기 위하여 각각의 컨버터들에 대응하여 구성되고, GPS 시각 동기화에 의해 모든 컨버터들이 동일한 전압, 주파수, 및 위상을 유지하여 노이즈가 없는 정현파 신호를 기반으로 각각의 컨버터들의 스위치 동작을 제어하는 컨버터 제어기;각 모선으로부터 받은 정보를 바탕으로 컨버터에 전압의 크기 및 위상 기준신호를 제공하는 마이크로그리드 컨트롤러;컨버터에 전압의 크기 및 위상 기준신호를 제공하기 위하여 조류계산을 수행하는 조류 계산기;를 포함하고 독립형 마이크로그리드 시스템이 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 독립형 마이크로그리드는, PMU 취득 동기화 데이터 기반 계통해석 및 이를 통한 운전점 제공을 통해 각 컨버터 기반 전원 운전을 하기 위해, EMS 시스템으로부터 받은 명령을 계통 상황을 고려하여 수정한 후 각 컨버터에 명령을 하달하는 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)에 연결 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)는, 마이크로그리드 운영을 위한 발전예측, 경제급전 기능을 수행하는 상위 제어시스템과, 하위의 설비의 운전 상태를 자동 감시 및 제어하는 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 기능을 수행하는 하위 제어시스템으로 구성되는 마이크로그리드 EMS(Microgrid Energy Management System)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)에 연결 구성되는 독립형 마이크로그리드 시스템들 간의 전력 거래를 위하여, 각각의 마이크로그리드에 연결 구성되는 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)들을 관할하는 상위 제어센터(Multi microgrid control tower)가 구비되어 각각의 마이크로그리드에 위상 및 전압 기준을 명령하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상위 제어센터(Multi microgrid control tower)는, PMU(Phasor Measurement Unit) 기반의 위상동기 데이터 취득 및 GPS 시각동기화 기반 위상동기 컨버터 제어를 포함하는 멀티마이크로그리드 기술을 이용하여, 개별 마이크로그리드 운영 및 마이크로그리드간 전력운영을 제어하고 멀티마이크로그리드간 전력수송 및 마이크로그리드간 분리/연계시에 동기화를 수행하기 위한 제어를 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)가 타이 라인 제어 수단(Tie Line Control)을 포함하고, 상위 제어센터(Multi microgrid control tower)가 Tie Line의 양 모선 전압크기 및 위상을 기준으로 제어하며, 분리된 마이크로그리드를 연계할 때에는 양 모선을 동기화하고, 연계된 이후 멀티마이크로그리드간 전력 수송을 위한 위상 및 전압을 갖도록 개별 마이크로그리드의 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)에 명령하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영 제어 방법은 복수의 분산전원 기기가 연계되는 지점의 전압 및 위상을 결정하는 컨버터들을 갖는 독립형 마이크로그리드의 운영 제어를 위하여, GPS로부터 시각 정보를 수신하고, 내부 클럭이 GPS 신호로부터 교정된 시각을 제공되는 단계;상기 내부 클럭에서 제공하는 시각을 기준으로 전압의 크기 및 위상 기준신호에 따라 정현파를 발생하는 단계;상기 컨버터에서 사용되는 고조파 캐리어 신호를 발생하고, 상기 정현파와 고조파 캐리어 신호를 비교하여 PWM 신호를 발생시키는 단계;PWM 신호를 컨버터의 IGBT 스위치의 게이트에 인가하여 스위치를 동작시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, GPS 시각 동기화에 의해 모든 컨버터들이 동일한 전압, 주파수, 및 위상을 유지하여 노이즈가 없는 정현파 신호를 기반으로 각각의 컨버터들의 스위치 동작이 제어되는 것을 특징으로 한다.
그리고 PMU 취득 동기화 데이터 기반의 계통해석을 통하여 운전점을 제공하여 각 컨버터기반 전원 운전을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 PMU 취득 동기화 데이터 기반 계통해석 및 이를 통한 운전점 제공을 통해 각 컨버터 기반 전원 운전을 하기 위해, 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)에서 EMS 시스템으로부터 받은 명령을 계통 상황을 고려하여 수정한 후 각 컨버터에 명령을 하달하는 것을 특징으로 한다.
그리고 마이크로그리드간 연결을 통한 전력 거래를 위하여, PMU 기반의 위상동기 데이터 취득 및 GPS 시각동기화 기반 위상동기 컨버터 제어를 통하여 마이크로그리드간 분리/연계 시 동기화를 하는 단계와, 개별 마이크로그리드운영 및 마이크로그리드간 전력운영을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 마이크로그리드간 연결을 통한 전력 거래를 위하여, 각각의 마이크로그리드에 연결 구성되는 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)들을 관할하는 상위 제어센터(Multi microgrid control tower)가 구비되어 각각의 마이크로그리드에 위상 및 전압 기준을 명령하는 것을 특징으로 한다.
그리고 마이크로그리드간 연결을 통한 전력 거래를 위하여, 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)가 타이 라인 제어 수단(Tie Line Control)을 포함하고, 상위 제어센터(Multi microgrid control tower)가 Tie Line의 양 모선 전압크기 및 위상을 기준으로 제어하며, 분리된 마이크로그리드를 연계할 때에는 양 모선을 동기화하고, 연계된 이후 멀티마이크로그리드간 전력 수송을 위한 위상 및 전압을 갖도록 개별 마이크로그리드의 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)에 명령하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템 및 이의 운영 제어 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, GPS 시각 동기화 기술을 적용하여 모든 컨버터가 동일한 전압, 주파수, 및 위상을 유지하여 깨끗한 정현파 신호를 기반으로 각각의 스위치를 동작시킬 수 있도록 한다.
둘째, GPS 시각 동기화 기술을 적용하여 깨끗한 정현파 신호를 기반으로 각각의 스위치를 동작시키는 컨버터 제어기 및 마이크로그리드 연계 기술 제공하여 효율적인 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영 제어가 가능하다.
셋째, PMU 취득 동기화 데이터 기반 계통해석 및 이를 통한 정확한 운전점 제공을 통해 각 컨버터기반 전원이 정확히 운전되도록 한다.
넷째, 시각 동기화를 이용한 인버터 제어기의 특성을 활용하여 계통해석에 소요되는 계산자원이 매우 적으며, 중앙 제어센터의 신호 지연 및 단절 등 불안정한 통신환경에서도 강인한 계통 운영능력을 갖도록 한다.
다섯째, PMU 기반의 위상동기 데이터 취득 및 GPS 시각동기화 기반 위상동기 컨버터 제어를 포함하는 멀티마이크로그리드 기술을 이용하여 개별 마이크로그리드 운영 및 마이크로그리드간 전력운영(거래)을 효과적으로 제어할 수 있다.
여섯째, PMU 기반의 위상동기 데이터 취득 및 GPS 시각동기화 기반 위상동기 컨버터 제어를 포함하는 멀티마이크로그리드 기술을 이용하는 상위 제어센터에 의해 멀티마이크로그리드간 정확한 전력수송 및 마이크로그리드간 분리/연계 시 정확한 동기화를 가능하게 한다.
도 1a와 도 1b는 컨버터의 제어 초기 상태 및 제어 기분 변경 후의 상태를 나타낸 구성도
도 2a와 도 2b는 독립형 마이크로그리드의 컨버터 상태를 나타낸 구성도
도 3은 공통접속점 전압의 끊임없는 위상 변화를 나타낸 구성도
도 4a와 도 4b는 P,Q 제어방식의 컨버터만을 이용한 마이크로그리드 운영 결과 및 P,Q 제어방식 컨버터 1기 정확한 매칭 부하 1기 운영 결과 그래프
도 5a와 도 5b는 3기 마이크로그리드 및 3기 마이크로그리드 시스템의 축약 구성도
도 6은 3기 마이크로그리드의 모선전압, 위상, 분산전원 유효 및 무효전력(25%)을 나타낸 그래프
도 7은 1기 마이크로그리드의 모선전압, 위상, 3개 공급 선로 유효 및 무효전력(25%)을 나타낸 그래프
도 8은 3기 마이크로그리드의 모선전압, 위상, 분산전원 유효 및 무효전력(50%)을 나타낸 그래프
도 9는 1기 마이크로그리드의 모선전압, 위상, 3개 공급 선로 유효 및 무효전력(50%)을 나타낸 그래프
도 10은 3기 마이크로그리드의 모선전압, 위상, 분산전원 유효 및 무효전력(75%)을 나타낸 그래프
도 11은 1기 마이크로그리드의 모선전압, 위상, 3개 공급 선로 유효 및 무효전력(75%)을 나타낸 그래프
도 12a는 본 발명에 따른 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템의 컨버터 제어기 구성도
도 12b는 본 발명에 따른 GPS 시각동기화 기반 컨버터 제어기 및 마이크로그리드 구성도
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 GPS 시각동기화 기반 컨버터 제어기 및 마이크로그리드 구성도
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 GPS 시각동기화 기반 컨버터 제어기 및 마이크로그리드 구성도
도 15는 본 발명에 따른 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템의 제어를 위한 플로우 차트
이하, 본 발명에 따른 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템 및 이의 운영 제어 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템 및 이의 운영 제어 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 12a는 본 발명에 따른 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템의 컨버터 제어기 구성도이고, 도 12b는 본 발명에 따른 GPS 시각동기화 기반 컨버터 제어기 및 마이크로그리드 연계 구성도이다.
본 발명은 GPS(Global Positioning System) 시각 동기화 기술을 적용하여 모든 컨버터가 동일한 전압, 주파수, 및 위상을 유지하여 깨끗한 정현파 신호를 기반으로 각각의 스위치를 동작시키는 컨버터 제어기 및 마이크로그리드 연계 기술 제공할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 PMU(Phasor Measurement Unit) 취득 동기화 데이터 기반 계통해석 및 이를 통한 정확한 운전점 제공을 통해 각 컨버터기반 전원이 정확히 운전되도록 하고, 계통해석에 소요되는 계산자원이 매우 적으며, 중앙 제어센터의 신호 지연 및 단절 등 불안정한 통신환경에서도 강인한 계통 운영능력을 갖도록 한 것이다.
본 발명은 PMU 기반의 위상동기 데이터 취득 및 GPS 시각동기화 기반 위상동기 컨버터 제어를 포함하는 멀티마이크로그리드 기술을 이용하여 개별 마이크로그리드 운영 및 마이크로그리드간 전력운영(거래)을 효과적으로 제어할 수 있도록 한 것이다.
이하에서 계통연계형 및 독립형 마이크로그리드 및 컨버터 제어의 특성을 설명하면 다음과 같다.
도 1a와 도 1b는 컨버터의 제어 초기 상태 및 제어 기분 변경 후의 상태를 나타낸 구성도이다.
그리고 도 2a와 도 2b는 독립형 마이크로그리드의 컨버터 상태를 나타낸 구성도이고, 도 3은 공통접속점 전압의 끊임없는 위상 변화를 나타낸 구성도이다.
통상적으로 계통연계형 마이크로그리드는 기존 상위계통이 강인한 운전 기준을 제공함으로써 마이크로그리드 내의 컨버터를 자유롭게 활용할 수 있었다.
반면, 독립형 마이크로그리드는 운전 기준을 스스로 제공해야 하므로, 컨버터들의 운영을 위해 매우 정교한 기술을 요구한다. 이는 계통연계형 마이크로그리드의 전력소비 중 많은 비율을 컨버터가 담당하게 되는 경우 동일하게 야기되는 문제이다.
기존의 컨버터는 계통이 매우 강인한 경우를 가정하여 설계가 되었으며, 도 1a와 도 1b에서와 같은 원리로 동작한다.
컨버터가 제어되기 전의 상태를 도 1a에서와 같이 가정하면, 컨버터는 무효전력을 소모하며 동작하고 있는 상태가 된다.
이때, 무효전력을 공급하고자 무효전력 제어기준을 Qref로 변경하면, 컨버터는 도 1b의 상태로 수렴하게 된다.
기존의 컨버터는 매우 강인한 계통을 가정하고 있으므로, 컨버터의 상태와 무관하게 공통접속점 전압 VPCC는 일정하게 유지가 된다. 즉, 계통 기본주파수인 60Hz를 기반으로 DQ Transform을 수행하면, VPCC 벡터는 도 1b의 수직 축에 고정되어있게 된다. 공통접속점의 전압이 일정하므로, 컨버터의 유.무효전력 출력 Pout 및 Qout은 전류 IL에 의해 결정이 되며, 필터의 임피던스는 고정되어있으므로, IL은 필터양단에 걸리는 전압 VL에 의해 결정이 된다.
따라서, VL이 도 1b와 같이 되도록 제어를 수행하면, 무효전력 출력 Qout은 기준신호 값 Qref가 지시하는 값을 따르게 된다.
그리고 컨버터의 비중이 높아지면, 마이크로그리드 내 dominant 전원이 상위계통에서 컨버터로 옮겨오게 되며, VPCC는 상위계통의 영향보다는 컨버터의 동작에 영향을 크게 받으며 결정된다.
특히, 독립형 마이크로그리드는 상위계통으로부터 분리되어있으므로, 오로지 컨버터들의 동작에 의해 VPCC가 결정된다.
단일 컨버터로 구성된 독립 마이크로그리드를 가정하면, 단일 컨버터의 VPCC는 해당 컨버터의 동작에 의해서만 결정이 된다.
즉, 도 1a의 상태에 놓인 컨버터를 무효전력 기준신호를 변경하면, 매우 짧은 시간 후에 도 2a에서와 같은 상태에 놓이게 된다.
도 2a에서 VL은 도 1b와 동일한 크기와 위상을 갖는다.
다만, 독립형 마이크로그리드는 상위계통으로부터의 영향이 없으므로, VPCC는 고정되지 않으며, 컨버터의 동작에 따라 움직이게 된다.
즉, 무효전력의 제어기준이 변경되기 전인 도 1a의 상태에서 모든 값들의 위상이 일정하게 이동한 형태로 안정상태가 된다.
그러나, 원하는 무효전력의 값은 현재의 무효전력 출력과 차이가 있으므로, 이를 제어하기 위해 VL의 위상은 도 2b와 같이 다시 이동한다.
도 2a에서와 마찬가지로, 도 2b의 경우도 도 1a의 모든 성분이 동일한 양만큼 위상이 이동한 형태로 안정화되며, 여전히 무효전력은 제어기준을 충족하지 못하게 된다.
즉, 충족되지 못한 무효전력 제어를 위해 VL은 계속해서 이동하게 되며, VPCC도 도 3에서와 같이 끊임없이 이동하게 된다.
도 1a의 기준 축은 계통 기본주파수 60Hz를 기준으로 동기변환을 한 것이며, 일반적으로 컨버터는 공통접속점의 주파수를 기준으로 동기변환을 수행한다.
즉, 도 2a 및 도 2b의 경우처럼 VPCC의 위상이 지속적으로 증가하는 경우, 주파수의 증가로 나타나며, 이는 공통접속점을 기준으로 하는 동기변환의 주파수 증가로 이어진다.
도 2a 및 도 2b가 나타내는 현상은 동기변환의 주파수가 증가 또는 감소한 경우에도 지속적으로 나타나므로, 독립 마이크로그리드의 주파수는 위상과 마찬가지로 지속적으로 변한다.
실제 계통에서, 무효전력의 제어기준신호와 실제 무효전력 출력이 정확하게 일치하는 것은 불가능하므로, 독립 마이크로그리드 또는 대규모 컨버터가 투입된 계통연계형 마이크로그리드에서는 기존의 P,Q 제어로 마이크로그리드를 운영하는 것이 불가능하다.
도 4a와 도 4b는 P,Q 제어방식의 컨버터만을 이용한 마이크로그리드 운영 결과 및 P,Q 제어방식 컨버터 1기 정확한 매칭 부하 1기 운영 결과 그래프이다.
마이크로그리드 내 모든 컨버터가 P,Q제어를 하는 경우를 PSCAD/EMTDC를 사용하여 모의실험 한 결과 도 4a에서와 같이 위상 및 주파수의 지속적인 변화가 나타났다.
또한, 1기의 컨버터 모델과 1기의 Passive 부하를 직접 연계하고 출력 기준신호 및 부하의 크기를 정확히 일치시킨 후 모의실험을 진행하였으며, 도 4b와 같은 결과를 얻었다. 실제환경에서 구현이 불가능한 정확한 매칭에도 불구하고 시스템 위상과 주파수는 심하게 변동하였다.
도 5a와 도 5b는 3기 마이크로그리드 및 3기 마이크로그리드 시스템의 축약 구성도이다.
도 5a는 간단한 독립형 마이크로그리드에 복수의 컨버터기반 분산전원 기기가 연계된 경우, 각 컨버터의 상대적인 전압 및 위상에 따라 조류의 흐름이 결정된다.
조류의 흐름은 각 컨버터 출력을 결정하므로, 개별 컨버터가 연계된 지점의 전압 및 위상을 결정하는 것은 매우 중요한 문제가 된다.
개별 컨버터의 출력을 각각 직접 제어하는 기존의 P,Q 제어방식은 계통을 매우 불안하게 하므로 사용할 수 없다. 따라서, 전압 및 위상을 기반으로 마이크로그리드를 운영해야 하는데, 이는 조류계산이나 정교한 광역측정 없이도 다음과 같은 과정을 통해 결정할 수 있다.
도 5a의 3기 컨버터에서 필터를 거치기 전 기본주파수 전압 성분이 모두 동일하다고 가정하면, 해당 마이크로그리드는 도 5b와 같이 변형될 수 있다.
도 5b는 1기 마이크로그리드이며, 유일한 전원의 전압 및 위상에 따라 다른 부분의 전압 및 위상이 결정이 된다.
모든 조류의 흐름은 전원에서 부하 방향으로 이루어지며, 마이크로그리드 내의 조류가 변화하는 경우에도 특정 선로를 통해 전원으로 전력이 되돌아가는 일은 절대 발생하지 않는다.
이는 마이크로그리드 내의 부하변동 선로개방 등의 어떤 이벤트가 발생해도 정상상태에서는 동일하다.
따라서, 도 5a에 나타난 3기 마이크로그리드의 특정 전원에서 나온 전력이 다른 전원으로 되돌아가는 일은 발생하지 않는다. 이는, 전체 부하를 각 전원이 적절히 나누어 부담하는 것을 의미한다.
도 6 및 도 7은 은 부하가 25% 이탈했을 때, 3기 마이크로그리드 내 분산전원들과, 1기 마이크로그리드 내 3개 선로들의 조류, 위상, 전압 변화를 각각 나타낸다.
도 8 및 도 9는 부하가 50% 이탈했을 때, 3기 마이크로그리드 내 분산전원들과, 1기 마이크로그리드 내 3개 선로들의 조류, 위상, 전압 변화를 각각 나타낸다.
도 10 및 도 11은 부하가 75% 이탈했을 때, 3기 마이크로그리드 내 분산전원들과, 1기 마이크로그리드 내 3개 선로들의 조류, 위상, 전압 변화를 각각 나타낸다.
이와 같은 모의실험 결과를 보면, 분산전원 또는 전력공급선로의 전압은 부하 변동 전후 0.02pu 이내로 매우 작다. 다만, 75%의 대규모 부하가 이탈된 경우는, 마이크로그리드 내의 서셉턴스(susceptance) 등의 영향으로 인해 부하가 분리된 모선의 전압상승이 상대적으로 크게 나타난다.
부하부담 부분에서는, 부하 변화의 크기와 관계없이 모든 분산전원은 유효 및 무효전력을 비슷하게 부담을 하며, 이는 1기 마이크로그리드의 공급선로 3개의 부담비율과 동일하다.
개별 분산전원의 용량 차이로 인해 부하변동에 대한 부담을 다르게 하고자 할 경우에는 기존의 load share와 비슷하게 P-V droop 커브를 이용하여 전압 입력 값을 조절하여 해결한다.
다만, 기존의 load share는 주파수에 대한 유효전력량 제어 또는 전압에 대한 유효전력량 제어임에 반해, 본 발명에 따른 컨버터 제어기에서는 유효전력량을 측정하여 적합한 기준 전압을 제어하는 방식으로 그 구성 및 적용에 차이가 있다.
이와 같은 특성을 갖는 본 발명에 따른 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템의 컨버터 제어기의 상세 구성은 다음과 같다.
본 발명은 독립형 마이크로그리드 또는 컨버터가 우세한 마이크로그리드 시스템을 운영하기 위한 것으로, 컨버터 제어기가 모든 컨버터가 동일한 전압, 주파수, 및 위상을 유지하도록 제어하는 것이다.
이를 위하여 본 발명은 컨버터 제어기는 GPS 시각동기화 기술을 사용하여 모든 컨버터가 깨끗한 정현파신호를 기반으로 각각의 스위치를 동작시킬 수 있도록 한 것이다.
공통접속점(PCC)측정 기반 제어방식은 외란 등으로 인한 공통접속점 변화에 영향을 받는데 반해, 본 발명에 따른 GPS 시각동기화 기술을 사용하는 방식의 제어에 의해 컨버터가 깨끗한 정현파에 의해 동작하므로 출력 또한 깨끗한 정현파로 낼 수 있는 장점이 있다.
그 구성은 도 12a에서와 같이, 본 발명에 따른 컨버터 제어기는 GPS로 부터 1초에 한번 시각 정보를 수신하는 GPS 수신기(120)와, 컨버터 내부 클럭으로, 1초에 한번 GPS 신호로부터 교정되며, 1초의 시각을 마이크로초 수준으로 나누어 정확한 시각을 제공하는 내부 클럭(121)과, 내부 클럭(121)에서 제공하는 시각을 기준으로 정현파 신호를 발생시키며, 전압의 크기 및 위상 기준신호에 따라 정확한 정현파를 발생하는 함수 발생기(122)와, 컨버터에서 사용하는 10~20 kHz 영역의 고조파 캐리어 신호를 발생하는 고조파 캐리어 신호 발생기(123)와, 함수 발생기(122)의 정현파와 고조파 캐리어 신호 발생기(123)의 캐리어 신호를 비교하여 PWM 신호를 발생시키는 PWM 신호 발생부(124)와, PWM 신호 발생부(124)의 PWM 신호를 컨버터의 IGBT 스위치(126)의 게이트에 인가하여 스위치를 동작시키는 스위치 동작 제어부(125)를 포함한다.
이와 같은 구성을 갖고 GPS에서 수신한 시각은 모든 컨버터를 동기화시키며, 내부 클럭(121)은 1PPS로 들어오는 GPS 시각 간격을 보완해준다.
함수 발생기(122)는 주어진 위상(모든 상수값 가능) 및 전압을 기반으로 깨끗한 정현파를 발생시키며, PWM 신호 발생부(124)는 컨버터의 IGBT 스위치(126)를 동작시킬 수 있는 펄스신호를 발생한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 컨버터 제어기는 복수의 분산전원 기기가 연계되는 지점의 전압 및 위상을 결정하기 위하여 도 12b에서와 같이 독립형 마이크로그리드 시스템에 구비된다.
즉, 복수의 분산전원 기기가 연계되는 지점의 전압 및 위상을 결정하는 컨버터들을 갖는 독립형 마이크로그리드(140)와, 독립형 마이크로그리드(140)에 구비되는 컨버터들을 제어하기 위하여 각각의 컨버터들에 대응하여 구성되어 GPS 시각 동기화 기술을 적용하여 모든 컨버터가 동일한 전압, 주파수, 및 위상을 유지하여 노이즈가 없는 정현파 신호를 기반으로 각각의 컨버터들의 스위치 동작을 제어하는 컨버터 제어기(130)들과, 각 모선으로부터 받은 정보를 바탕으로 컨버터에 전압의 크기 및 위상 기준신호를 제공하는 마이크로그리드 컨트롤러(Supervisory Microgrid Controller)(150)와, 컨버터에 전압의 크기 및 위상 기준신호를 제공하기 위하여 조류계산을 수행하는 조류 계산기(Powerflow Calculation)(160)를 포함하고 독립형 마이크로그리드 시스템이 구성된다.
이와 같은 본 발명에 따른 독립형 마이크로그리드 시스템은 PMU 취득 동기화 데이터 기반 계통해석 및 이를 통한 정확한 운전점 제공을 통해 각 컨버터 기반 전원이 정확히 운전되도록 하기 위하여, 도 13에서와 같이, 마이크로그리드 운영을 위한 발전예측, 경제급전 등 기능을 수행하는 상위 제어시스템과 하위의 다양한 설비의 운전 상태를 자동 감시 및 제어하는 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 기능을 수행하는 하위 제어시스템으로 구성되는 마이크로그리드 EMS(Microgrid Energy Management System) 및 컨버터에 전압의 크기 및 위상 기준신호를 제공하기 위하여 조류계산을 수행하는 조류 계산기(Powerflow Calculation) 등을 구비하여 EMS 시스템으로부터 받은 명령을 계통 상황을 고려하여 수정한 후 각 컨버터에 명령을 하달하는 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)에 연결 구성된다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 GPS 시각동기화 기반 컨버터 제어기 및 마이크로그리드 구성도이다.
이와 같이 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)에 연결 구성되는 독립형 마이크로그리드 시스템들 간의 전력 거래를 위하여, 도 14에서와 같이 각각의 마이크로그리드에 연결 구성되는 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)들을 관할하는 상위 제어센터(Multi microgrid control tower)가 구비되어 각각의 마이크로그리드에 위상 및 전압 기준을 명령한다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 GPS 시각동기화 기반 컨버터 제어기 및 마이크로그리드 구성도이다.
이는 PMU(Phasor Measurement Unit) 기반의 위상동기 데이터 취득 및 GPS 시각동기화 기반 위상동기 컨버터 제어를 포함하는 멀티마이크로그리드 기술을 이용하는 상위 제어센터를 구비하여, 개별 마이크로그리드 운영 및 마이크로그리드간 전력운영(거래)을 효과적으로 제어하고 멀티마이크로그리드간 정확한 전력수송 및 마이크로그리드간 분리/연계 시 정확한 동기화를 가능하도록 하기 위한 것이다.
즉, 각 개별 마이크로그리드내 컨버터의 위상 및 전압크기 제어가 자유롭게 이루어지므로, 각 마이크로그리드 제어센터를 관할하는 상위 제어센터(Multi microgrid control tower)에서 각각의 마이크로그리드에 위상 및 전압 기준을 명령한다.
그리고 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)가 타이 라인 제어 수단(Tie Line Control)을 포함하고, 상위 제어센터(Multi microgrid control tower)가 Tie Line의 양 모선 전압크기 및 위상을 기준으로 제어하며, 분리된 마이크로그리드를 연계할 때에는 양 모선을 동기화하며, 연계된 이후 멀티마이크로그리드간 정확한 전력 수송을 위하여 적절한 위상 및 전압을 갖도록 개별 마이크로그리드의 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)에 명령한다.
이와 같은 본 발명에 따른 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영 제어 방법은 다음과 같이 수행될 수 있다.
도 15는 본 발명에 따른 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템의 제어를 위한 플로우 차트이다.
먼저, 컨버터 제어기의 GPS 수신기(120)에서 GPS에서 시각 정보를 수신한다.(S1501)
이어, 내부 클럭(121)에서 1초에 한번 GPS 신호로부터 교정되며, 1초의 시각을 마이크로초 수준으로 나누어 정확한 시각을 제공한다.(S1502)
그리고 내부 클럭(121)에서 제공하는 시각을 기준으로 함수 발생기(122)에서 전압의 크기 및 위상 기준신호에 따라 정확한 정현파를 발생시킨다.(S1503)
이어, 고조파 캐리어 신호 발생기(123)에서 컨버터에서 사용하는 10~20 kHz 영역의 고조파 캐리어 신호를 발생하고, PWM 신호 발생부(124)에서 함수 발생기(122)의 정현파와 고조파 캐리어 신호 발생기(123)의 캐리어 신호를 비교하여 PWM 신호를 발생시킨다.(S1504)
그리고 중앙 제어센터로부터의 지속적인 갱신 및 결정을 통하여 P-V droop 커브 제어 장치에서 개별 전원의 용량 차를 상쇄하고(S1505), 스위치 동작 제어부(125)에서 PWM 신호 발생부(124)의 PWM 신호를 컨버터의 IGBT 스위치(126)의 게이트에 인가하여 스위치를 동작시켜 모든 컨버터를 동기화한다.(S1506)
이어, PMU 취득 동기화 데이터 기반의 계통해석을 통하여 운전점을 제공하여 각 컨버터기반 전원 운전을 수행한다.(S1507)
그리고 마이크로그리드간 연결을 통한 전력 거래이면(S1508), PMU 기반의 위상동기 데이터 취득 및 GPS 시각동기화 기반 위상동기 컨버터 제어를 통하여 마이크로그리드간 분리/연계 시 정확한 동기화를 하고(S1509), 개별 마이크로그리드운영 및 마이크로그리드간 전력운영(거래)을 제어한다.(S1510)
이상에서 설명한 본 발명에 따른 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템 및 이의 운영 제어 방법은 GPS(Global Positioning System) 시각 동기화 기술을 적용하여 모든 컨버터가 동일한 전압, 주파수, 및 위상을 유지하여 깨끗한 정현파 신호를 기반으로 각각의 스위치를 동작시키는 컨버터 제어기 및 마이크로그리드 연계 기술 제공할 수 있도록 한 것이다.
또한, 본 발명은 PMU(Phasor Measurement Unit) 취득 동기화 데이터 기반 계통해석 및 이를 통한 정확한 운전점 제공을 통해 각 컨버터기반 전원이 정확히 운전되도록 하고, 계통해석에 소요되는 계산자원이 매우 적으며, 중앙 제어센터의 신호 지연 및 단절 등 불안정한 통신환경에서도 강인한 계통 운영능력을 갖도록 한 것이다.
그리고 본 발명은 PMU 기반의 위상동기 데이터 취득 및 GPS 시각동기화 기반 위상동기 컨버터 제어를 포함하는 멀티마이크로그리드 기술을 이용하여 개별 마이크로그리드 운영 및 마이크로그리드간 전력운영(거래)을 효과적으로 제어할 수 있도록 한 것이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
120. GPS 수신기 121. 내부 클럭
122. 함수 발생기 123. 고조파 캐리어 신호 발생기
124. PWM 신호 발생부 125. 스위치 동작 제어부
126. IGBT 스위치

Claims (16)

  1. 복수의 분산전원 기기가 연계되는 지점의 전압 및 위상을 결정하는 컨버터들을 갖는 독립형 마이크로그리드가,
    GPS로부터 시각 정보를 수신하는 GPS 수신기;
    GPS 신호로부터 교정되어 시각을 제공하는 내부 클럭;
    상기 내부 클럭에서 제공하는 시각을 기준으로 전압의 크기 및 위상 기준신호에 따라 정현파를 발생하는 함수 발생기;
    상기 컨버터에서 사용되는 고조파 캐리어 신호를 발생하는 고조파 캐리어 신호 발생기;
    상기 함수 발생기의 정현파와 고조파 캐리어 신호 발생기의 캐리어 신호를 비교하여 PWM 신호를 발생시키는 PWM 신호 발생부;
    PWM 신호 발생부의 PWM 신호를 컨버터의 IGBT 스위치의 게이트에 인가하여 스위치를 동작시키는 스위치 동작 제어부;를 포함하는 컨버터 제어기를 구비하고,
    상기 독립형 마이크로그리드는 PMU 취득 동기화 데이터 기반 계통해석 및 이를 통한 운전점 제공을 통해 각 컨버터 기반 전원 운전을 하기 위해 EMS 시스템으로부터 받은 명령을 계통 상황을 고려하여 수정한 후 각 컨버터에 명령을 하달하는 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)에 연결 구성되는 것을 특징으로 하는 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 컨버터 제어기는,
    GPS 시각 동기화를 통하여 독립형 마이크로그리드에 구비되는 모든 컨버터들이 동일한 전압, 주파수, 위상을 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 고조파 캐리어 신호 발생기는,
    컨버터에서 사용하는 10~20 kHz 영역의 고조파 캐리어 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템.
  4. 복수의 분산전원 기기가 연계되는 지점의 전압 및 위상을 결정하는 컨버터들을 갖는 독립형 마이크로그리드;
    독립형 마이크로그리드에 구비되는 컨버터들을 제어하기 위하여 각각의 컨버터들에 대응하여 구성되고, GPS 시각 동기화에 의해 모든 컨버터들이 동일한 전압, 주파수, 및 위상을 유지하여 노이즈가 없는 정현파 신호를 기반으로 각각의 컨버터들의 스위치 동작을 제어하는 컨버터 제어기;
    각 모선으로부터 받은 정보를 바탕으로 컨버터에 전압의 크기 및 위상 기준신호를 제공하는 마이크로그리드 컨트롤러;
    컨버터에 전압의 크기 및 위상 기준신호를 제공하기 위하여 조류계산을 수행하는 조류 계산기;를 포함하고 독립형 마이크로그리드 시스템이 구성되고,
    상기 독립형 마이크로그리드는 PMU 취득 동기화 데이터 기반 계통해석 및 이를 통한 운전점 제공을 통해 각 컨버터 기반 전원 운전을 하기 위해 EMS 시스템으로부터 받은 명령을 계통 상황을 고려하여 수정한 후 각 컨버터에 명령을 하달하는 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)에 연결 구성되는 것을 특징으로 하는 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서, 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)는,
    마이크로그리드 운영을 위한 발전예측, 경제급전 기능을 수행하는 상위 제어시스템과, 하위의 설비의 운전 상태를 자동 감시 및 제어하는 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 기능을 수행하는 하위 제어시스템으로 구성되는 마이크로그리드 EMS(Microgrid Energy Management System)를 구비하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서, 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)에 연결 구성되는 독립형 마이크로그리드 시스템들 간의 전력 거래를 위하여,
    각각의 마이크로그리드에 연결 구성되는 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)들을 관할하는 상위 제어센터(Multi microgrid control tower)가 구비되어 각각의 마이크로그리드에 위상 및 전압 기준을 명령하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상위 제어센터(Multi microgrid control tower)는,
    PMU(Phasor Measurement Unit) 기반의 위상동기 데이터 취득 및 GPS 시각동기화 기반 위상동기 컨버터 제어를 포함하는 멀티마이크로그리드 기술을 이용하여,
    개별 마이크로그리드 운영 및 마이크로그리드간 전력운영을 제어하고 멀티마이크로그리드간 전력수송 및 마이크로그리드간 분리/연계시에 동기화를 수행하기 위한 제어를 하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서, 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)가 타이 라인 제어 수단(Tie Line Control)을 포함하고,
    상위 제어센터(Multi microgrid control tower)가 Tie Line의 양 모선 전압크기 및 위상을 기준으로 제어하며,
    분리된 마이크로그리드를 연계할 때에는 양 모선을 동기화하고, 연계된 이후 멀티마이크로그리드간 전력 수송을 위한 위상 및 전압을 갖도록 개별 마이크로그리드의 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)에 명령하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템.
  10. 복수의 분산전원 기기가 연계되는 지점의 전압 및 위상을 결정하는 컨버터들을 갖는 독립형 마이크로그리드의 운영 제어를 위하여,
    GPS로부터 시각 정보를 수신하고, 내부 클럭이 GPS 신호로부터 교정된 시각을 제공되는 단계;
    상기 내부 클럭에서 제공하는 시각을 기준으로 전압의 크기 및 위상 기준신호에 따라 정현파를 발생하는 단계;
    상기 컨버터에서 사용되는 고조파 캐리어 신호를 발생하고, 상기 정현파와 고조파 캐리어 신호를 비교하여 PWM 신호를 발생시키는 단계;
    PWM 신호를 컨버터의 IGBT 스위치의 게이트에 인가하여 스위치를 동작시키는 단계;를 포함하고,
    마이크로그리드간 연결을 통한 전력 거래를 위하여, PMU 기반의 위상동기 데이터 취득 및 GPS 시각동기화 기반 위상동기 컨버터 제어를 통하여 마이크로그리드간 분리/연계 시 동기화를 하는 단계와, 개별 마이크로그리드운영 및 마이크로그리드간 전력운영을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, GPS 시각 동기화에 의해 모든 컨버터들이 동일한 전압, 주파수, 및 위상을 유지하여 노이즈가 없는 정현파 신호를 기반으로 각각의 컨버터들의 스위치 동작이 제어되는 것을 특징으로 하는 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영 제어 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, PMU 취득 동기화 데이터 기반의 계통해석을 통하여 운전점을 제공하여 각 컨버터기반 전원 운전을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, PMU 취득 동기화 데이터 기반 계통해석 및 이를 통한 운전점 제공을 통해 각 컨버터 기반 전원 운전을 하기 위해,
    마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)에서 EMS 시스템으로부터 받은 명령을 계통 상황을 고려하여 수정한 후 각 컨버터에 명령을 하달하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영 제어 방법.
  14. 삭제
  15. 제 10 항에 있어서, 마이크로그리드간 연결을 통한 전력 거래를 위하여,
    각각의 마이크로그리드에 연결 구성되는 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)들을 관할하는 상위 제어센터(Multi microgrid control tower)가 구비되어 각각의 마이크로그리드에 위상 및 전압 기준을 명령하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 마이크로그리드간 연결을 통한 전력 거래를 위하여,
    마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)가 타이 라인 제어 수단(Tie Line Control)을 포함하고,
    상위 제어센터(Multi microgrid control tower)가 Tie Line의 양 모선 전압크기 및 위상을 기준으로 제어하며,
    분리된 마이크로그리드를 연계할 때에는 양 모선을 동기화하고, 연계된 이후 멀티마이크로그리드간 전력 수송을 위한 위상 및 전압을 갖도록 개별 마이크로그리드의 마이크로그리드 제어센터(Microgrid Control Center)에 명령하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화를 이용한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영 제어 방법.
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