KR101760852B1 - 향상된 드룹 제어기의 제어 방법을 적용한 하이브리드 형 무정전 전원 장치 - Google Patents

향상된 드룹 제어기의 제어 방법을 적용한 하이브리드 형 무정전 전원 장치 Download PDF

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Abstract

적분 회로를 이용하여 선형적으로 출력 전압을 제어하는 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기가 제공된다. 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치 내의 기준 전압과 전력 계통의 버스 전압의 차이값을 적분하는 적분 회로 및 상기 적분 회로에 의해 생성된 적분값을 이용하여 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 출력 전압을 선형적으로 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

향상된 드룹 제어기의 제어 방법을 적용한 하이브리드 형 무정전 전원 장치{HYBRID UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY WITH IMPROVED DROOP CONTROLLER}
무정전 전원 장치에 연관되고, 보다 구체적으로는 전력 계통 방향으로 전력을 다시 공급할 수 있는 하이브리드 형 무정전 전원 장치에 연관된다.
전력 이용의 효율성을 높이기 위해 전력 계통(electric power system) 방향으로 유효 전력을 공급하는 제어 방법이 이용된다. 출력 전류 제어 방법은 제어 성능 측면에서 우수성이 존재하지만 자체적으로 출력 전압 제어기를 포함하지 않아 제어 안정성 측면에 한계점이 존재한다.
유효 전력 드룹 제어(droop controlling) 방법은 출력되는 유효 전력을 이용하여 전압의 기준값을 변화시키는 방법으로 공급되는 유효 전력을 결정하는 방식이다. 다만, 종래의 유효 전력 드룹 제어 방법은 시스템과 입력전원 사이의 저항성 임피던스에 의해 유효 전력 공급의 오차가 발생된다는 점에서 제어의 정확성을 감소시키는 한계점이 존재한다.
종래의 드룹 제어기는 하이브리드 무정전 전원 장치의 출력 전압 E1의 크기를 제어하여, 전력 계통으로 공급되는 유효 전력 P의 크기를 제어한다. 보다 구체적으로, 유효 전력 P와 출력 전압 E1은 하이브리드 무정전 전원 장치의 정상 상태에서 아래의 수학식 1과 같이 비선형적인 관계로 정리된다.
Figure 112015127632090-pat00001
P는 하이브리드 무정전 전원 장치가 제공하는 유효 전력, Enom는 하이브리드 무정전 전원 장치의 출력 전압의 공칭 전압(nominal voltage), Vbus는 전력 계통의 버스 전압, Dp는 드룹 제어기의 드룹 제어 계수 및 R1은 전력 계통 및 하이브리드 무정전 전원 장치를 연결하는 버스 라인의 저항성 임피던스를 나타낼 수 있다. 상기 수학식 1에서 알 수 있듯이, 종래의 드룹 제어기는 유효 전력을 제어하는데 하이브리드 무정전 전원 장치의 출력 전압과의 비선형적 관계가 존재하여 제어의 정확성을 유지하는데 어려움이 존재하고, 저항성 임피던스 R1에 따른 오차가 발생한다는 한계점이 존재한다.
본 발명은 하이브리드 무정전 전원 장치의 출력 전압을 선형적으로 제어하여 보다 정확한 제어 성능을 제공하는 드룹 제어기를 제공할 수 있다.
본 발명은 모델링된 바이패스 라인의 저항성 임피던스와 무관하게 유효 전력을 공급하는 하이브리드 무정전 전원 장치를 제어하는 방법을 제공할 수 있다.
일측에 따르면, 적분 회로를 이용하여 선형적으로 출력 전압을 제어하는 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기가 제공된다. 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치 내의 기준 전압과 전력 계통의 버스 전압의 차이값을 적분하는 적분 회로 및 상기 적분 회로에 의해 생성된 적분값을 이용하여 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 출력 전압을 선형적으로 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기는 상기 기준 전압과 상기 버스 전압을 차동 입력(differential input)으로 이용하여 상기 차이값을 출력하는 차동 회로를 포함하는 피드백부를 더 포함할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 상기 적분 회로는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치와 상기 전력 계통을 연결하는 라인을 저항성 임피던스로 모델링하고, 상기 모델링된 결과를 이용하여 상기 차이값을 적분할 수 있다.
또 다른 일실시예에 따르면, 상기 적분 회로는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치가 공급하는 유효 전력의 크기에 따라 결정되는 상기 기준 전압을 이용하여 상기 차이값을 적분할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 적분 회로는 상기 수학식 2에 의해 결정되는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치 내의 상기 기준 전압을 이용하여 상기 차이값을 적분하고, 상기 수학식 2는,
Figure 112015127632090-pat00002
이고, Vref는 상기 기준 전압이고, Enom는 상기 출력 전압의 공칭 전압(nominal voltage), Dp는 상기 드룹 제어기의 드룹 제어 계수, P는 하이브리드 무정전 전원 장치의 유효 전력, P*는 상기 공칭 전압에 상응하는 유효 전력의 기준값을 나타낼 수 있다.
또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 적분값을 이용하여 수학식 3에 따라 상기 출력 전압을 선형적으로 제어하고, 상기 수학식 3은,
Figure 112015127632090-pat00003
이고, E1은 상기 출력 전압, Kp는 상기 적분 회로의 이득값 및 Vbus는 상기 버스 전압을 나타낼 수 있다.
또 다른 일실시예에 따르면, 상기 기준 전압 및 상기 버스 전압의 크기가 같아지는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 정상 상태에서, 상기 제어부는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치가 상기 출력 전압의 공칭 전압(nominal voltage) 및 상기 버스 전압의 차이값에 따라 결정되는 유효 전력을 공급하도록 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어부는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 정상 상태(steady state)에서 상기 하이브리드 무정전 전원 장치가 수학식 4에 따라 결정되는 유효 전력을 공급하도록 제어하고, 상기 수학식 4는,
Figure 112015127632090-pat00004
이고, P는 상기 유효 전력, Enom는 상기 출력 전압의 공칭 전압(nominal voltage), Vbus는 상기 버스 전압 및 Dp는 상기 드룹 제어기의 드룹 제어 계수를 나타낼 수 있다.
다른 일측에 따르면, 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어 방법이 제공된다. 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어 방법은 상기 하이브리드 무정전 전원 장치 내의 기준 전압과 전력 계통의 버스 전압의 차이값을 적분하는 단계 및 생성된 적분값을 이용하여 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 출력 전압을 선형적으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 전력 계통 연계 모드로 동작하는 하이브리드 무정전 전원 장치를 도시하는 예시도이다.
도 2는 일실시예에 따른 하이브리드 무정전 전원 장치의 제어 평면을 나타내는 예시도를 도시한다.
도 3은 일실시예에 따른 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기를 나타내는 블록도이다.
도 4a 및 도 4b는 일실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결 되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 일실시예에 따른 전력 계통 연계 모드로 동작하는 하이브리드 무정전 전원 장치를 도시하는 예시도이다.
도 1을 참조하면, 전력 계통(electric power system)(110) 및 하이브리드 무정전 전원 장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)(120)가 도시된다. 오늘날 IT 산업의 발달과 더불어 스마트형 전자기기의 보급이 널리 늘어나고 있다. 이에 따라, 컴퓨터나 통신 서버 등과 같이 전원 환경에 민감한 부하(load)의 개수 역시도 증가하고 있다. 위의 전자 기기들은 예기치 못한 사고로 전원 공급이 일시적으로 제한되는 경우에, 데이터 손실이나 통신 장애와 같은 사회적 혼란을 야기할 수 있다는 점에서 전력 계통의 한계를 대비하기 위한 무정전 전원 장치에 대한 관심이 증가하고 있다.
나아가, 하이브리드 무정전 전원 장치(120)는 필요에 따라 전력 계통(110)으로 다시 전력을 돌려주는 작동이 가능하여 전력 이용의 효율성을 극대화하고, 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)으로도 동작할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
일실시예에 따르면, 하이브리드 무정전 전원 장치(120)는 전력 계통(110)으로 유효 전력을 공급하는 전력 계통 연계 모드로 동작할 수 있다. 다른 일실시예에 따르면, 하이브리드 무정전 전원 장치(120)는 전력 계통(110)에서 하이브리드 무정전 전원 장치(120)를 통하여 부하로 전력을 공급하는 정상 동작 모드로 동작할 수 있다. 또 다른 일실시예에 따르면, 하이브리드 무정전 전원 장치(120)는 전력 계통(110)의 전원 공급이 없는 경우라도 하이브리드 무정전 전원 장치(120) 내의 배터리(123)로부터 부하로 전력을 공급하는 정전 동작 모드로 동작할 수 있다.
예시적으로, 하이브리드 무정전 전원 장치(120)는 정류기(121), 인버터(122), 배터리(123), 제1 절체 스위치(static switch)(124) 및 제2 절체 스위치(125)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따르는 경우, 하이브리드 무정전 전원 장치(120)는 인터버(122)와 전력 계통(110)까지를 연결하는 바이패스 라인(bypass line)을 통하여 배터리(123)에 저장된 에너지를 다시 전력 계통(110)으로 공급할 수 있다. 또한, 전력 계통(110)으로 공급되는 유효 전력의 크기는 본 실시예에 따른 드룹 제어기에 의해 제어될 수 있다.
도 1에서 도시된 것과 같이, 인버터의 출력 노드에서 E1은 인버터 전압의 크기를 나타내고, δ1는 인버터 전압의 위상을 나타내고, ω1는 인버터 전압의 주파수를 나타낼 수 있다. 더하여, 전력 계통의 입력 노드에서 Vbus는 버스 전압의 크기를 나타내고, δbus는 버스 전압의 위상을 나타내고, ωbus는 버스 전압의 주파수를 나타낼 수 있다.
본 실시예에서 이용되는 드룹 제어기는 인버터 전압 E1에 상응하는 출력 전압의 기준값을 변화시키는 방식으로 전력 계통(110)으로 공급되는 유효 전력을 제어할 수 있다. 상기 드룹 제어기는 하이브리드 무정전 전원 장치(120)에 포함되는 시스템 파라미터에 영향을 받지 않고, 자체적인 드룹 제어 계수 Dp에 따라 유효 전력의 공급을 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면, 드룹 제어기는 전력 계통(110)과 하이브리드 무정전 전원 장치(120)를 연결하는 바이패스 라인을 저항성 임피던스로 모델링할 수 있다. 본 실시예의 바이패스 라인은 일반적인 송전 선로와 대비하여 보다 짧은 거리에 상응하고, 이에 따라 저항성 임피던스로 모델링하여 공급되는 유효 전력이 보다 정확하게 제어될 수 있도록 할 수 있다.
하이브리드 무정전 전원 장치(120)로부터 전력 계통(110) 방향으로 흐르는 출력 전류 I1은 바이패스 라인이 저항성 임피던스 R1으로 모델링된 경우에 아래의 수학식 5과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015127632090-pat00005
종래의 드룹 제어기는 두 전기 소스원 사이의 전력 전달에 있어서 사이에 존재하는 임피던스를 유도성 임피던스로 모델링하여 제어 모델을 생성한다. 본 실시예와 같은 하이브리드 무정전 전원 장치(120)는 저전압 시스템의 하나로서, 전력 계통(110)과 연결되는 버스 라인과의 거리가 일반적인 송전 선로와 비교하여 매우 가깝다는 특징이 존재한다. 위의 특징에 따라, 본 실시예에서는 상기 임피던스는 저항성 임피던스 R1으로 모델링하고, 제어 모델을 생성할 수 있다.
하이브리드 무정전 전원 장치(120)가 공급하는 복소 전력이 S1인 경우, 하이브리드 무정전 전원 장치(120)가 공급하는 유효 전력 P은 아래의 수학식 6과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112015127632090-pat00006
앞서 기재한 바와 같이, 출력 전류 I1의 바이패스 라인이 저항성 임피던스 R1으로 모델링되고, 그에 따라
Figure 112015127632090-pat00007
라고 가정할 수 있다. 따라서,
Figure 112015127632090-pat00008
로 근사될 수 있고, 상기 수학식 2로 계산된 유효 전력 P은 아래의 수학식 7과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112015127632090-pat00009
상기 수학식 7을 참조할 때, 유효 전력 P은 출력 전압 E1 및 버스 전압 Vbus에 의존적(dependent)인 관계로 존재한다. 다만, 유효 전력 P는 출력 전압 E1에 관한 2차식으로 정리되는 비선형적인 관계로 존재하게 된다. 종래 방식의 경우는 이와 같은 관계를 이용하는 드룹 제어기가 사용되기 때문에, 유효 전력 P의 정확한 제어가 어렵다는 점 및 모델링된 저항성 임피던스 R1에 따른 오차가 발생하게 되는 점 등의 한계점이 존재한다.
본 실시예에서는 기준 전압과 버스 전압의 차이값을 적분하고, 적분값을 이용하여 출력 전압을 선형적으로 제어하는 드룹 제어기가 이용될 수 있다. 또한, 상기 드룹 제어기는 저항성 임피던스 R1에 비의존적으로 출력 전압을 제어할 수 있다. 상기 드룹 제어기에 관한 설명은 아래에서 추가되는 도면과 함께 보다 자세하게 설명될 것이다.
도 2는 일실시예에 따른 하이브리드 무정전 전원 장치의 제어 평면을 나타내는 예시도를 도시한다.
도 2를 참조하면, 전력 계통(210) 및 드룹 제어기(220)를 연결하는 제어 평면이 도시된다. 일실시예에 따르면, 상기 평면은 라플라스 변환(Laplace Transform)을 이용한 주파수(frequency) 평면을 나타낼 수 있다. 본 실시예에 따를 때, 드룹 제어기는 하이브리드 무정전 전원 장치 내에서 기준 전압을 추출할 수 있다. 예시적으로, 상기 기준 전압은
Figure 112015127632090-pat00010
와 같은 전압 크기를 나타내는 노드에서 출력될 수 있다. 더하여, 상기 기준 전압은 종래의 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기의 출력 전압에 상응하는 값을 나타낼 수 있다.
Vref는 상기 기준 전압이고, Enom은 상기 출력 전압의 공칭 전압(nominal voltage)을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 공칭 전압은 본 실시예에 따른 하이브리드 무정전 전원 장치 내에서 주어진 전압 계통(210)을 일정하게 나타내기 위한 호칭 전압값을 나타낼 수 있다. 실제로 측정된 출력 전압은 부하 조건이나 상태에 따라 변화가 생길 수 있다. 또한, Dp는 상기 드룹 제어기의 드룹 제어 계수, P는 하이브리드 무정전 전원 장치의 유효 전력, P*는 상기 공칭 전압에 상응하는 유효 전력의 기준값을 나타낼 수 있다.
본 실시예에 따른 드룹 제어기(220)는 상기 기준 전압 Vref 및 전력 계통(210)의 버스 전압 Vbus의 차이값을 적분하고, 생성된 적분값을 이용하여 하이브리드 무정전 전원 장치의 출력 전압을 선형적으로 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 드룹 제어기(220)는 적분 회로를 이용하여
Figure 112015127632090-pat00011
와 같은 적분값을 생성할 수 있다.
E1은 상기 출력 전압, Kp는 상기 적분 회로의 이득값, Vref는 상기 기준 전압 및 Vbus는 상기 버스 전압을 나타낼 수 있다.
도 2에서 도시된 것과 같이, 드룹 제어기(220)에 의해 상기 기준 전압 Vref 및 상기 버스 전압 Vbus의 크기가 같아지는 하이브리드 무정전 전원 장치의 정상 상태의 경우에 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 출력 전압의 크기는 아래의
Figure 112015127632090-pat00012
와 같이 계산될 수 있다.
P는 상기 유효 전력, Enom는 상기 출력 전압의 공칭 전압(nominal voltage), Vbus는 상기 버스 전압 및 Dp는 드룹 제어기(220)의 드룹 제어 계수를 나타낼 수 있다. 그에 따라, 본 실시예에 따라 향상된 드룹 제어기(220)는 출력 전압의 공칭 전압 Enom 및 버스 전압 Vbus의 차이값과 드룹 제어 계수 Dp에 의해 유효 전력 P를 제어할 수 있다. 본 실시예에 따르는 드룹 제어기(220)는 출력 전압을 선형적으로 제어할 수 있고, 더하여 모델링된 선로 임피던스 R과 무관하게 유효 전력을 보다 정확히 제어하는 효과를 기대할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기(300)가 도시된다. 드룹 제어기(300)는 피드백부(310), 적분 회로(320) 및 제어부(330)를 포함할 수 있다. 피드백부(310)는 하이브리드 무정전 전원 장치 내의 기준 전압과 전력 계통의 버스 전압을 차동 입력(differential input)으로 이용하여 차이값을 출력하는 차동 회로를 포함할 수 있다. 피드백부(310)는 아래에서 설명될 적분 회로(320)의 입력 신호를 출력할 수 있다.
적분 회로(320)는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치 내의 기준 전압과 상기 전력 계통의 버스 전압의 차이값을 적분할 수 있다. 본 실시예에서 적분 회로(320)는 출력 전압이 입력 전압의 적분형이 되는 다양한 형태의 회로를 포함한다. 일실시예로서, 적분 회로(320)는 저항(resistor)와 커패시터(capacitor)의 조합으로 구현되는 RC 회로를 포함할 수 있다. 또한, 적분 회로(320)는 연산 증폭기(operational amplifier)등과 같은 증폭기와 저항 및 커패시터가 결합된 형태로도 구현 가능하고, 다른 실시예 들은 이에 한정되지 않고 오늘날 기술 분야에서 이용되는 다양한 형태의 적분 회로를 포함할 수 있다.
또한, 적분 회로(320)는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치와 상기 전력 계통을 연결하는 라인을 저항성 임피던스로 모델링하고, 상기 모델링된 결과를 이용하여 상기 차이값을 적분할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 모델링된 저항성 임피던스의 크기에 기초하여 적분 회로(320)의 이득값(gain)의 크기가 결정될 수 있다. 더하여, 적분 회로(320)는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치가 상기 전력 계통으로 공급하는 유효 전력의 크기에 따라 결정되는 상기 기준 전압을 이용할 수 있다.
제어부(330)는 적분회로(320)에 의해 생성된 적분값을 이용하여 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 출력 전압을 선형적으로 제어할 수 있다. 또한, 제어부(330)는 모델링된 저항성 임피던스와는 독립적으로 전력 계통으로 공급하는 유효 전력의 크기를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기준 전압 및 상기 버스 전압의 크기가 서로 같아지는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 정상 상태(steady state)에서, 제어부(330)는 하이브리드 무정전 전원 장치가 출력 전압의 공칭 전압(nominal voltage) 및 버스 전압의 차이값에 따라 결정되는 유효 전력을 공급하도록 제어할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 일실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다.
도 4a를 참조하면, 종래 방식에 따라 구현된 드룹 제어기의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프가 도시된다. 보다 구체적으로, 종래의 드룹 제어기는 출력 전압 E1 및 공급되는 유효 전력 P가 2차식으로 정리되는 비선형적인 관계를 갖고, 더하여 선로 임피던스 R1 변수에 영향을 받을 수 있다. 더하여, 도 4b를 참조하면 본 실시예에 따라 구현된 드룹 제어기의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프가 도시된다. 보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 드룹 제어기는 출력 전압 E1 및 공급되는 유효 전력 P가 선형적인 관계를 갖고, 선로 임피던스 R1 변수에 독립적으로 제어되는 특징이 존재할 수 있다.
도 4a 및 도 4b의 그래프 각각의 X 축은 단위 s(second)를 갖는 시간을 나타내고, Y 축은 단위 W(watt)를 갖는 전력을 나타낸다. 시뮬레이션에 이용된 파라미터는 아래의 표 1과 같이 정리될 수 있다.
파라미터 값
정격 전력 10kW
W1, Wbus 377rad/s
Vbus 220Vrms
Enom 220Vrms
Emax1 331Vrms
R1 1Ω
시뮬레이션 조건을 보다 자세히 설명하면, 1초에 전력 계통과 하이브리드 무정전 전원 장치를 연결하고, 2초부터 5초까지 5kW의 목표 유효 전력(410)을 설정하고, 5초에서 10초까지 10kW로 증가된 목표 유효 전력(410)을 설정한 경우에 하이브리드 무정전 전원 장치가 공급하는 실제 유효 전력(420)을 측정한 것이다. 다만, 시뮬레이션 결과로 도시된 조건은 설명을 돕기 위한 예시적 기재일 뿐, 다른 실시예를 한정하거나 제한하는 것으로 해석되어서는 안될 것이다.
도 4a에 도시된 시간(s)에 따른 목표 유효 전력(410) 및 실제 유효 전력(420)을 비교하면 목표 유효 전력(410)의 변화에도 불구하고 실제 유효 전력(420)이 정상 상태에서 큰 오차 값이 존재한다는 것을 알 수 있다.
반면, 도 4b를 참조하면 목표 유효 전력(430)의 변화에 따라 소정의 전이 시간(transition time)이 경과된 경우 기설정된 임계치 이내에 존재하는 실제 유효 전력(440)을 출력하는 결과를 알 수 있다. 본 실시예는 종래의 드룹 제어기의 정확성을 보다 향상 시킨 향상된 드룹 제어기를 제공할 수 있다. 종래 방식은 하이브리드 무정전 전원 장치 내의 시스템 파라미터나 드룹 제어 계수의 오차에 따라 공급되는 유효 전력의 크기에도 오차가 발생하는 문제점 및 한계점이 존재한다. 본 실시예는 도 4b에 도시된 것과 같이 목표 유효 전력(430)과 임계치 이내로 정확성을 갖는 제어 성능을 나타낼 수 있다. 본 실시예에 따른 드룹 제어기는 시스템 파라미터에 독립적으로 하이브리드 무정전 전원 장치의 출력 전압의 크기를 제어할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 드룹 제어기는 보다 정확한 유효 전력을 전력 계통으로 전달하도록 하이브리드 무정전 전원 장치를 제어할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
110: 전력 계통
120: 하이브리드 무정전 전원 장치
121: 정류기
122: 인버터
123: 배터리
124: 제1 절체 스위치
125: 제2 절체 스위치
210: 전력 계통
220: 드룹 제어기

Claims (12)

  1. 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기에 있어서,
    상기 하이브리드 무정전 전원 장치 내의 기준 전압과 전력 계통의 버스 전압의 차이값을 적분하는 적분 회로; 및
    상기 적분 회로에 의해 생성된 적분값을 이용하여 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 출력 전압을 선형적으로 제어하는 제어부
    을 포함하고,
    상기 기준 전압 및 상기 버스 전압의 크기가 같아지는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 정상 상태에서, 상기 제어부는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치가 상기 출력 전압의 공칭 전압(nominal voltage) 및 상기 버스 전압의 차이값에 따라 수학식 4와 같이 결정되는 유효 전력을 공급하도록 제어하고,
    상기 수학식 4는,
    Figure 112017029467011-pat00024

    이고, P는 상기 유효 전력, Enom는 상기 출력 전압의 공칭 전압(nominal voltage), Vbus는 상기 버스 전압 및 Dp는 상기 드룹 제어기의 드룹 제어 계수를 나타내는 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 전압과 상기 버스 전압을 차동 입력(differential input)으로 이용하여 상기 차이값을 출력하는 차동 회로를 포함하는 피드백부
    를 더 포함하는 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적분 회로는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치와 상기 전력 계통을 연결하는 라인을 저항성 임피던스로 모델링하고, 상기 모델링된 결과를 이용하여 상기 차이값을 적분하는 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적분 회로는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치가 공급하는 유효 전력의 크기에 따라 결정되는 상기 기준 전압을 이용하여 상기 차이값을 적분하는 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적분 회로는 수학식 2에 의해 결정되는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치 내의 상기 기준 전압을 이용하여 상기 차이값을 적분하고,
    상기 수학식 2는,
    Figure 112015127632090-pat00013

    이고, Vref는 상기 기준 전압이고, Enom은 상기 출력 전압의 공칭 전압(nominal voltage), Dp는 상기 드룹 제어기의 드룹 제어 계수, P는 하이브리드 무정전 전원 장치의 유효 전력, P*는 상기 공칭 전압에 상응하는 유효 전력의 기준값을 나타내는 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기.
  6. 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기에 있어서,
    상기 하이브리드 무정전 전원 장치 내의 기준 전압과 전력 계통의 버스 전압의 차이값을 적분하는 적분 회로; 및
    상기 적분 회로에 의해 생성된 적분값을 이용하여 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 출력 전압을 선형적으로 제어하는 제어부
    을 포함하고,
    상기 제어부는 상기 적분값을 이용하여 수학식 3에 따라 상기 출력 전압을 선형적으로 제어하고,
    상기 수학식 3은,
    Figure 112017029467011-pat00014

    이고, E1은 상기 출력 전압, Kp는 상기 적분 회로의 이득값, Vref는 상기 기준 전압 및 Vbus는 상기 버스 전압을 나타내는 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어기.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어 방법에 있어서,
    상기 하이브리드 무정전 전원 장치 내의 기준 전압과 전력 계통의 버스 전압의 차이값을 적분하는 단계; 및
    생성된 적분값을 이용하여 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 출력 전압을 선형적으로 제어하는 단계
    를 포함하고,
    상기 출력 전압을 선형적으로 제어하는 단계는 상기 적분값을 이용하여 수학식 3에 따라 상기 출력 전압을 선형적으로 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 수학식 3은,
    Figure 112017029467011-pat00025

    이고, E1은 상기 출력 전압, Kp는 상기 적분하는 단계에 관한 이득값, Vref는 상기 기준 전압 및 Vbus는 상기 버스 전압을 나타내고,
    상기 출력 전압을 선형적으로 제어하는 단계는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치의 정상 상태(steady state)에서 상기 하이브리드 무정전 전원 장치가 수학식 4에 따라 결정되는 유효 전력을 공급하도록 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 수학식 4는
    Figure 112017029467011-pat00026

    이고, P는 상기 유효 전력, Enom는 상기 출력 전압의 공칭 전압(nominal voltage), Vbus는 상기 버스 전압 및 Dp는 상기 드룹 제어 방법에 관한 드룹 제어 계수를 나타내는 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 차이값을 적분하는 단계는 수학식 2에 의해 결정되는 상기 하이브리드 무정전 전원 장치 내의 상기 기준 전압과 상기 전력 계통의 상기 버스 전압의 차이값을 적분하는 단계를 포함하고,
    상기 수학식 2는,
    Figure 112017029467011-pat00016

    이고, Vref는 상기 기준 전압이고, Enom은 상기 출력 전압의 공칭 전압(nominal voltage), Dp는 상기 드룹 제어 방법에 관한 드룹 제어 계수, P는 하이브리드 무정전 전원 장치의 유효 전력, P*는 상기 공칭 전압에 상응하는 유효 전력의 기준값을 나타내는 하이브리드 무정전 전원 장치의 드룹 제어 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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