KR101904326B1 - Apparatus and Method for Controlling Current Controlled Inverter for Maintaining Frequency and Sharing Active Power of Distributed Energy Resources - Google Patents

Apparatus and Method for Controlling Current Controlled Inverter for Maintaining Frequency and Sharing Active Power of Distributed Energy Resources Download PDF

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KR101904326B1 KR1020170043742A KR20170043742A KR101904326B1 KR 101904326 B1 KR101904326 B1 KR 101904326B1 KR 1020170043742 A KR1020170043742 A KR 1020170043742A KR 20170043742 A KR20170043742 A KR 20170043742A KR 101904326 B1 KR101904326 B1 KR 101904326B1
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박정욱
정광우
최동희
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for controlling a current control type inverter for maintaining a frequency of distributed power and distributing effective power to stably operate a system. The apparatus of the present invention comprises: an integral control gain value output unit; an integrator outputting an integral control value; a differential control gain value output unit; a differentiator differentiating a differential control gain value (Kd) to output a differential control value; and an effective power reference value output unit.

Description

분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치 및 방법{Apparatus and Method for Controlling Current Controlled Inverter for Maintaining Frequency and Sharing Active Power of Distributed Energy Resources}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current control type inverter control apparatus and method for maintaining a frequency of a distributed power supply and sharing active power,

본 발명은 분산전원의 관리 및 제어에 관한 것으로, 구체적으로 적분기와 미분기를 추가하여 출력 유효전력 기준 값 (P ref )을 제어하여 신속한 반응으로 계통을 안정적으로 운용할 수 있도록 한 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention, specifically, the integrator and the output of active power reference value added to the differentiator (P ref) for controlling the frequency maintenance of distributed generation to stably operating a system with rapid response regarding the management and control of a distributed power And a current control type inverter control apparatus and method for real power sharing.

최근 신재생 에너지형 분산전원에 대한 관심이 증대되고 있으며, 이와 관련된 많은 연구 및 개발이 이루어지고 있다.Recently, there is a growing interest in new and renewable energy type distributed power sources, and many researches and developments related thereto have been made.

특히 에너지 자립섬 사업 등 국내에서 도서계통에 분산전원이 연계되는 경우가 많다.In particular, there are many cases where distributed power sources are linked to the book system in Korea, such as energy independence island business.

도서 계통은 육지계통과 분리된 비연계 독립 계통으로써 기존 도서 계통은 디젤발전기를 통한 발전이 이루어지고 있으며, 해당 발전기는 노후화되어 있다.The book system is a non-linkage independent system separated from the land system. The existing book system is being developed through the diesel generator, and the corresponding generator is outdated.

이 경우, 분산전원의 연계는 계통 운영에 있어 큰 부담을 줄 수 있으며, 이는 계통 안정화에 부정적인 영향을 끼칠 수 있다.In this case, the linkage of the distributed power source can place a heavy burden on the grid operation, which can have a negative influence on the grid stabilization.

일반적으로 디젤발전에 태양광이나 풍력 등 신재생 에너지를 결합하여 전력을 공급하는 방식을 신재생 에너지형 분산전원이라 하는데, 이 경우 예를 들면 디젤-풍력 하이브리드, 디젤-태양광 하이브리드, 디젤-풍력-태양광-축전지 하이브리드 등 다양한 조합이 가능하다.Generally, a new renewable energy type distributed power source is a combination of diesel power generation and renewable energy such as solar power or wind power. In this case, for example, diesel-wind power hybrid, diesel-solar hybrid, diesel- - Solar - battery hybrid and various combinations are possible.

신재생 에너지형 분산전원 시스템에서 태양광이나 풍력 등 신재생 에너지전원의 도입량이 부하나 발전기의 용량에 비해 낮을 경우는 서로 간의 간섭으로 인한 시스템 불안정성에 관한 문제가 없으나, 부하나 발전기의 용량에 비해 신재생 에너지전원을 50% 이상으로 도입할 경우는 디젤발전기의 전압 및 주파수 제어에 영향을 미쳐 불안정하게 될 수도 있다.In the new renewable energy type distributed power system, when the amount of renewable energy source such as sunlight or wind power is reduced but it is lower than the capacity of the generator, there is no problem about system instability due to interference between each other. However, Introducing more than 50% of the renewable energy source may affect the voltage and frequency control of the diesel generator and may become unstable.

또한, 부하보다 신재생 에너지전원의 발전량이 높을 경우 디젤발전기에 역전력이 인가되어 디젤발전기가 트립되기도 하는 등 심각한 문제가 발생될 수 있다.In addition, if the power generation of the renewable energy source is higher than the load, the diesel generator is tripped because the reverse power is applied to the diesel generator.

이와 같은 계통내 분산전원 연계 시, 분산전원을 제어하기 위하여 통신을 이용하는 종래 기술의 방식은 통신 지연에 의해서 신재생 에너지전원의 트립이나 과도한 출력상승 등 시스템을 불안하게 하는 과도현상에 대한 대응 능력이 떨어지는 한계가 있다.In the case of such a distributed power supply in the grid, the prior art system using communication for controlling the distributed power supply has the ability to cope with transient phenomena such as tripping of the renewable energy source or excessive output increase due to communication delay There is a falling limit.

특히, 시스템의 전압과 주파수의 유지를 위해서 각각 무효전력과 유효전력을 각 분산전원이 드룹(Droop) 제어방식으로 출력제어하게 되는데, 디젤발전기와 인버터 기반의 신재생 에너지전원의 응답 특성이 달라 상호 간섭 혹은 불안정성을 가중할 수 있는 문제가 있다.In particular, in order to maintain the voltage and frequency of the system, the reactive power and the active power are controlled by the droop control method of each distributed power source, and the response characteristics of the diesel generator and the inverter-based renewable energy source are different, There is a problem that can add to interference or instability.

이와 같이 디젤발전기 운전 정지 시에 신재생 에너지전원만으로 부하에 전력을 공급할 경우에도 적용하는 드룹 제어 방식은 시스템의 전압과 주파수를 안정적으로 유지하는데 한계가 있다.In this way, when the diesel generator is shut down, the droop control method applied to the power supply to the load using only the renewable energy power is limited to stably maintain the voltage and frequency of the system.

종래 기술의 도서 계통은 디젤 발전기로 모두 담당을 하거나 약간의 분산전원이 연계되어 있는 형태이다.The book system of the prior art is a diesel generator in which all of them are in charge or some distributed power is connected.

이때 분산전원은 유효전력 및 무효전력을 일정하게 출력해주는 제어 방식 (MPPT 등)을 사용하여 계통의 주파수나 전압 변동에 능동적으로 대응을 하지 않을 뿐만아니라 분산전원의 출력 자체도 불규칙한 단점이 있다.In this case, the distributed power supply does not actively respond to the frequency or voltage fluctuation of the system by using a control method (MPPT, etc.) that outputs active power and reactive power constantly, but also has a disadvantage in that the output of the distributed power supply is irregular.

이러한 분산전원의 불확실성 및 계통 내의 부하의 변동은 디젤발전기의 G/F 응동 및 AGC 운전에 의해서 제어되게 된다.The uncertainty of the distributed power supply and the variation of the load in the system are controlled by the G / F operation and the AGC operation of the diesel generator.

이러한 계통내의 디젤 발전기의 부담을 덜기 위해서 분산전원의 드룹 제어가 제안 되었으나, 기존의 드룹 제어는 K p 드룹 (비례)만 사용하여 보상을 해 주는 방식이 사용되었다.In order to reduce the burden of the diesel generators in such a system, the droop control of the distributed power source has been proposed. However, the conventional droop control uses a compensation method using only K p droplets (proportional).

이 경우 분산전원의 유효전력 분담은 가능하나 디젤발전기 또한 G/F 응동을 통하여 유효전력을 분담해 주어야 할 뿐만 아니라 수렴된 주파수를 다시 정격 주파수로 올리기 위해서는 추가적인 automatic generation control이 필요하다.In this case, the active power sharing of the distributed power supply is possible, but the diesel generator also needs to share the active power through the G / F response, and additional automatic generation control is required to raise the converged frequency back to the rated frequency.

이러한 주파수 회복을 위한 제어는 추가적인 제어기가 별도로 요구되는 계층적 제어(Hierarchical control)방식을 사용하게 되는데 각각의 분산전원에 적절한 지령 값을 전달해주는데 추가 시간이 필요하게 된다.The control for frequency recovery uses a hierarchical control method in which an additional controller is separately required. Additional time is required to transmit a proper command value to each distributed power source.

그리고 마이크로그리드를 구성하는 데 있어서 많이 연구되어온 전압제어형 인버터는 분산전원마다 고유의 주파수를 발생시키며 유효전력 분담 시 가상 임피던스(Virtual impedance)를 사용해야 한다. The voltage controlled inverters, which have been studied extensively in the construction of the microgrid, generate a unique frequency for each distributed power source and use a virtual impedance when sharing active power.

따라서, 계통내 분산전원 연계 시, 분산전원 제어를 위하여 계통의 안정도를 향상시키면서 효과적으로 주파수 회복 및 유효전력 분담을 수행할 수 있도록 하는 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.Therefore, it is required to develop a new technology that can effectively perform frequency recovery and effective power sharing while improving the stability of the system in order to control the distributed power source when connecting the distributed power sources in the system.

대한민국 등록특허 제10-0501884호Korean Patent No. 10-0501884 대한민국 등록특허 제10-1412742호Korean Patent No. 10-1412742

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 신재생 에너지형 분산전원 제어의 문제를 해결하기 위한 것으로, 적분기와 미분기를 추가하여 출력 유효전력 기준 값 (P ref )을 제어하여 신속한 반응으로 계통을 안정적으로 운용할 수 있도록 한 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention solves the problem of the conventional distributed power control of new and renewable energy type, in which an integrator and a differentiator are added to control an output effective power reference value ( P ref ) to stably operate a system in a quick reaction And to provide a control apparatus and method for a current-controlled inverter for maintaining a frequency of a distributed power source and sharing active power.

본 발명은 모든 분산전원의 주파수가 동기화되어 있고 유효전력 분담 시 별다른 제어 없이 제어기 상수의 비율만으로 제어 가능한 전류제어형 인버터를 사용하는 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling a current-controlled inverter for frequency maintenance and effective power sharing of a distributed power source using a current-controlled inverter whose frequency is synchronized with all distributed power sources and which can be controlled only by the ratio of the controller constant without any control at the time of active power sharing The purpose is to provide.

본 발명은 계통내 분산전원 연계 시에 분산전원을 제어하기 위하여 전류제어형 인버터를 사용하여 계통의 안정도를 향상시키면서 효과적으로 주파수 회복 및 유효전력 분담을 수행할 수 있도록 한 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a method for controlling a distributed power supply in a grid and a method for controlling the distributed power supply using a current controlled inverter to improve the stability of the system and effectively perform frequency recovery and effective power sharing, The present invention provides an apparatus and method for controlling a current-controlled inverter.

본 발명은 전류제어형 분산전원을 통한 주파수 회복 및 유효전력 분담 방식으로 디젤발전기 등 화석연료를 이용하는 발전기의 출력을 일정하게 제어할 수 있도록 한 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a current control type inverter control for frequency maintenance and active power sharing of a distributed power supply which can control the output of a generator using a fossil fuel such as a diesel generator by a frequency recovery and a current sharing method using a current- And an object of the present invention is to provide an apparatus and method.

본 발명은 주파수 회복이 디젤 발전기의 추가적인 제어 없이 분산전원의 유효전력분담을 통해서 가능하도록 하여 온실가스 절감, 발전기의 경제적인 운용이 가능하고, 제어가 빠르며 간단해지는 효과를 갖는 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a frequency control method and a frequency control method for a frequency control system that enables frequency recovery to be achieved through active power sharing of a distributed power source without additional control of a diesel generator, thereby reducing greenhouse gas, enabling economical operation of the generator, And an object thereof is to provide a current control type inverter control apparatus and method for real power sharing.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치는 계통에서 측정되는 측정 주파수(

Figure 112018048219108-pat00001
')와 정격 주파수 (
Figure 112018048219108-pat00002
)값의 차이를 구하여 주파수 차이값을 출력하는 주파수 차이값 출력부;주파수 차이값을 기준으로 드룹 제어를 위한 드룹 제어 이득값(Kp )을 출력하는 드룹 제어 이득값 출력부;전체 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )에 비례하여 결정되는 적분 제어 이득값(Ki )을 출력하는 적분 제어 이득값 출력부; 및 적분 제어 이득값(Ki )을 적분하여 적분 제어값을 출력하는 적분기;전체 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )에 비례하여 결정되는 미분 제어 이득값(Kd )을 출력하는 미분 제어 이득값 출력부; 및 미분 제어 이득값(Kd )을 미분하여 미분 제어값을 출력하는 미분기;계통 주파수(
Figure 112018048219108-pat00003
)가 정격 주파수(
Figure 112018048219108-pat00004
) 값에 맞춰지도록 드룹 제어값(
Figure 112018048219108-pat00052
), 적분 제어값(
Figure 112018048219108-pat00053
), 미분 제어값(
Figure 112018048219108-pat00054
)을 유효전력 지령 값(Pset )에 더하여 유효전력 기준 값 (Pref )을 출력하는 유효 전력 기준값 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for controlling a current controlled inverter for maintaining a frequency of a distributed power source and sharing active power,
Figure 112018048219108-pat00001
') And the rated frequency (
Figure 112018048219108-pat00002
A frequency difference value output unit for obtaining a frequency difference value by obtaining a difference between a frequency difference value and a droop control gain value output unit for outputting a droop control gain value K p for controlling a droop based on a frequency difference value; An integral control gain value output unit for outputting an integral control gain value ( K i ) determined in proportion to the control gain value ( K p ); And integral control gain value (K i) for integrating the integral control value integrator for outputting; droop control the gain of the entire system differential control gain differential control gain and outputting a (K d) that is determined in proportion to (K p) Value output section; And a differentiator for differentiating the differential control gain value ( K d ) to output a differential control value;
Figure 112018048219108-pat00003
) Is the rated frequency (
Figure 112018048219108-pat00004
) Value to match the droop control value (
Figure 112018048219108-pat00052
), An integral control value (
Figure 112018048219108-pat00053
), Differential control value (
Figure 112018048219108-pat00054
) To an active power command value ( P set ) to output an active power reference value ( P ref ).

여기서, 유효전력 기준 값(P ref )은,Here, the active power reference value ( P ref )

Figure 112017032989979-pat00005
으로 정의되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112017032989979-pat00005
As shown in FIG.

그리고 계통의 관성과 연관이 있는 미분 제어 이득값(K d )에 의해 유효전력 변화에 대한 주파수의 응답이 변화되고,And the response of the frequency to the change of the active power is changed by the differential control gain K d which is related to the inertia of the system,

주파수 응답 변화 반응은

Figure 112017032989979-pat00006
으로 정의되고, The frequency response change response
Figure 112017032989979-pat00006
Lt; / RTI >

M은 관성상수, δ m는 발전기 회전자의 각도, P m 은 기계적 전력, P e 는 전기적 전력을 나타내며 Δω는 각속도 차이인 것을 특징으로 한다. M is inertia constant, m is the angle δ of the generator rotor, the mechanical power P m, P e represents the electric power Δ ω may be a difference in angular velocity.

그리고 미분 제어 이득값(K d )이 입력되는 미분기의 출력은,The output of the differentiator, to which the differential control gain K d is inputted,

Figure 112017032989979-pat00007
으로 정의되고,
Figure 112017032989979-pat00007
Lt; / RTI >

P d 는 미분기의 출력 값인 것을 특징으로 한다. And P d is an output value of the differentiator.

그리고 입력신호 변화에 대한 민감도를 낮추기 위하여 미분기의 출력부분에 로우 패스 필터(Low pass filter)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, a low pass filter is further provided at an output portion of the differentiator in order to reduce the sensitivity to the input signal change.

그리고 적분 제어 이득값(K i )이 커지는 것에 따라 주파수가 정격 주파수로 수렴되는 속도가 빨라지고, 미분 제어 이득값(K d )이 커질수록 계통의 가상관성이 커지고 주파수의 최저점이 높아지는 것을 특징으로 한다.As the integral control gain value ( K i ) increases, the frequency converges to the rated frequency faster, and as the differential control gain value ( K d ) increases, the virtual inertia of the system becomes larger and the lowest point of the frequency becomes higher .

그리고 적분 제어 이득값(K i )은 계통의 드룹 제어 이득값(K p )의 1배 ~ 2배 범위이고, 미분 제어 이득값(K d )은 계통의 드룹 제어 이득값(K p )의 0배 ~1/K i 배 범위인 것을 특징으로 한다.And 0 the integral control gain value (K i) is 1-fold to 2-fold range of droop control gain value (K p) of the system, a differential control gain (K d) are droop control gain of the system (K p) Fold to 1 / K i times.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 방법은 계통에서 측정되는 측정 주파수(

Figure 112018048219108-pat00008
')와 정격 주파수 (
Figure 112018048219108-pat00009
)값의 차이를 구하여 주파수 차이값을 출력하는 주파수 차이값 출력 단계;주파수 차이값을 기준으로 드룹 제어를 위한 드룹 제어 이득값(Kp )을 출력하는 단계;전체 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )에 비례하여 결정되는 적분 제어 이득값(Ki )을 출력하고 적분기를 거쳐 적분 제어값을 출력하는 단계;전체 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )에 비례하여 결정되는 미분 제어 이득값(Kd )을 출력하고 미분기를 거쳐 미분 제어값을 출력하는 단계;계통 주파수(
Figure 112018048219108-pat00010
)가 정격 주파수(
Figure 112018048219108-pat00011
) 값에 맞춰지도록 드룹 제어값(
Figure 112018048219108-pat00055
), 적분 제어값(
Figure 112018048219108-pat00056
), 미분 제어값(
Figure 112018048219108-pat00057
)을 유효전력 지령 값 (Pset )에 더하여 유효전력 기준 값 (Pref )을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of controlling a current-controlled inverter for maintaining frequency and real power sharing of a distributed power source according to the present invention for achieving another object comprises:
Figure 112018048219108-pat00008
') And the rated frequency (
Figure 112018048219108-pat00009
) Frequency and outputting a frequency difference obtaining the difference between the value of the difference value output step; droop control for the droop control based on the frequency difference gain value (K p) for outputting; droop control the gain of the entire system (K p) integrating control, which is determined in proportion to the gain value (K i) for output and further comprising: after the integrator outputs the integral control value; droop control the gain of the entire system (derivative control gains is determined in proportion to K p) ( K d ) and outputting a differential control value via a differentiator;
Figure 112018048219108-pat00010
) Is the rated frequency (
Figure 112018048219108-pat00011
) Value to match the droop control value (
Figure 112018048219108-pat00055
), An integral control value (
Figure 112018048219108-pat00056
), Differential control value (
Figure 112018048219108-pat00057
) To the active power command value ( P set ) and outputting the active power reference value ( P ref ).

이와 같은 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.The apparatus and method for controlling the inverter of the current control type for maintaining the frequency of the distributed power source and sharing the active power according to the present invention have the following effects.

첫째, 적분기와 미분기를 추가하여 출력 유효전력 기준 값 (P ref )을 제어하여 신속한 반응으로 계통을 안정적으로 운용할 수 있도록 한다.First, by adding the integrator and the differentiator, the output active power reference value ( P ref ) is controlled so that the system can be operated stably by the quick reaction.

둘째, 전류제어형 인버터를 사용하여 모든 분산전원의 주파수가 동기화되어 있고 유효전력 분담 시 별다른 제어 없이 제어기 상수의 비율만으로 제어 가능하다.Second, the frequency of all the distributed power sources is synchronized by using the current control type inverter, and it can be controlled only by the ratio of the controller constant without any control in the active power sharing.

셋째, 계통내 분산전원 연계 시에 분산전원을 제어하기 위하여 전류제어형 인버터를 사용하여 계통의 안정도를 향상시키면서 효과적으로 주파수 회복 및 유효전력 분담을 수행할 수 있다.Third, a current-controlled inverter is used to control the distributed power source when the distributed power source is connected to the system, and frequency recovery and active power sharing can be effectively performed while improving the stability of the system.

넷째, 전류제어형 분산전원을 통한 주파수 회복 및 유효전력 분담 방식으로 디젤발전기 등 화석연료를 이용하는 발전기의 출력을 일정하게 제어할 수 있도록 한다.Fourth, frequency recovery through distributed current regulated power supply and active power sharing method can control the output of generator using fossil fuel such as diesel generator constantly.

다섯째, 주파수 회복이 디젤 발전기의 추가적인 제어 없이 분산전원의 유효전력분담을 통해서 가능하도록 하여 온실가스 절감, 발전기의 경제적인 운용이 가능하고, 제어가 빠르며 간단해지는 효과를 갖는다.Fifth, frequency recovery can be achieved through active power sharing of distributed power without additional control of diesel generator, so that greenhouse gas reduction and economical operation of generator are possible, and control is quick and simple.

여섯째, 유효전력 분담을 적분기의 K i 상수에 비례하여 분담 제어를 수행하여 분산전원을 계통에 적용할 경우 디젤발전기의 유효전력 출력을 계통의 부하 변화에 관계없이 일정하게 유지시킬 수 있다.Sixth, when the distributed power is applied to the grid by performing the sharing control proportional to the K i constant of the integrator, the active power output of the diesel generator can be kept constant regardless of the load change of the system.

도 1은 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 방법을 나타낸 플로우 차트
도 3은 디젤 발전기와 분산전원 3개로 이루어진 마이크로그리드 계통 구성도
도 4는 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치의 주파수 응답 특성을 나타낸 그래프
도 5는 적분기 계수 K i 의 변화에 따른 시뮬레이션 결과 그래프
도 6은 미분기 계수 K d 의 변화에 따른 시뮬레이션 결과 그래프
도 7은 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치의 유효 전력 분배 특성을 나타낸 그래프1 is a configuration diagram of a current-controlled inverter control apparatus for maintaining frequency and sharing active power in a distributed power supply according to the present invention
2 is a flowchart showing a method of controlling a current-controlled inverter for maintaining frequency of a distributed power source and sharing active power according to the present invention.
Fig. 3 is a microgrid system diagram comprising a diesel generator and three distributed power sources
4 is a graph showing frequency response characteristics of a current control type inverter control apparatus for maintaining frequency and real power sharing of a distributed power supply according to the present invention
5 is a graph showing a simulation result according to a change in the integrator coefficient K i
FIG. 6 is a graph showing the result of simulation according to the variation of the differentiator coefficient K d
7 is a graph showing the effective power distribution characteristics of the current-controlled inverter control apparatus for maintaining the frequency of the distributed power source and sharing the active power according to the present invention

이하, 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a current control type inverter control apparatus and method for frequency maintenance and active power sharing of a distributed power source according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.The features and advantages of the current controlled inverter control apparatus and method for frequency maintenance and active power sharing of the distributed power supply according to the present invention will be apparent from the following detailed description of each embodiment.

도 1은 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.1 is a configuration diagram of a current control type inverter control apparatus for maintaining frequency and sharing active power of a distributed power supply according to the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram of a current controlled inverter control Fig.

본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치 및 방법은 적분기와 미분기를 추가하여 출력 유효전력 기준 값(P ref )을 제어하여 신속한 반응으로 계통을 안정적으로 운용할 수 있도록 한 것이다.The apparatus and method for controlling a current controlled inverter for frequency maintenance and active power sharing of a distributed power supply according to the present invention can control the output active power reference value ( P ref ) by adding an integrator and a differentiator to stably operate the system .

이를 위하여 본 발명은 계통 주파수 (

Figure 112018048219108-pat00012
)가 정격 주파수 (
Figure 112018048219108-pat00013
) 값에 맞춰지도록 드룹 제어값, 적분 제어값, 미분 제어값을 유효전력 지령 값(Pset )에 더하여 유효전력 기준 값 (Pref )을 출력하는 구성을 포함한다.To this end,
Figure 112018048219108-pat00012
) Is the rated frequency (
Figure 112018048219108-pat00013
( P ref ) to the active power command value ( P set ) so as to match the actual power reference value ( P ref ).

본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치는 도 1에서와 같이, 정격 주파수 (

Figure 112018048219108-pat00014
)값과 측정 주파수(
Figure 112018048219108-pat00015
')의 차이를 구하여 주파수 차이값을 출력하는 주파수 차이값 출력부(10)와, 주파수 차이값을 기준으로 드룹 제어를 위한 드룹 제어 이득값(Kp )을 출력하는 드룹 제어 이득값 출력부(20)와, 전체 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )에 비례하여 결정되는 적분 제어 이득값(Ki )을 출력하는 적분 제어 이득값 출력부(30)와, 적분 제어 이득값 출력부(30)의 적분 제어 이득값(Ki )을 적분하여 적분 제어값을 출력하는 적분기(50)와, 전체 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )에 비례하여 결정되는 미분 제어 이득값(Kd )을 출력하는 미분 제어 이득값 출력부(40)와, 미분 제어 이득값 출력부(40)의 미분 제어 이득값(Kd )을 미분하여 미분 제어값을 출력하는 미분기(60)와, 계통 주파수(
Figure 112018048219108-pat00016
)가 정격 주파수(
Figure 112018048219108-pat00017
) 값에 맞춰지도록 드룹 제어값(
Figure 112018048219108-pat00058
), 적분 제어값(
Figure 112018048219108-pat00059
), 미분 제어값(
Figure 112018048219108-pat00060
)을 유효전력 지령 값(Pset )에 더하여 유효전력 기준 값 (Pref )을 출력하는 유효 전력 기준값 출력부(70)를 포함한다.The current control type inverter control apparatus for maintaining the frequency of the distributed power source and sharing the active power according to the present invention is, as shown in FIG. 1,
Figure 112018048219108-pat00014
) Value and the measurement frequency (
Figure 112018048219108-pat00015
') For outputting a frequency difference value, a droop control gain value output unit (10) for outputting a droop control gain value ( K p ) for droop control based on the frequency difference value 20, an integral control gain value output unit 30 for outputting an integral control gain value K i determined in proportion to the droop control gain value K p of the entire system, an integral control gain value output unit 30 And a differential control gain value K d determined in proportion to the droop control gain value K p of the entire system is calculated by integrating the integral control gain value K i of the entire system A differentiator 60 for differentiating the derivative control gain value K d of the differential control gain value output unit 40 and outputting a differential control value;
Figure 112018048219108-pat00016
) Is the rated frequency (
Figure 112018048219108-pat00017
) Value to match the droop control value (
Figure 112018048219108-pat00058
), An integral control value (
Figure 112018048219108-pat00059
), Differential control value (
Figure 112018048219108-pat00060
) To an effective power command value ( P set ) to output an active power reference value ( P ref ).

그리고 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 방법은 도 2에서와 같이, 정격 주파수(

Figure 112018048219108-pat00018
) 값과 측정 주파수(
Figure 112018048219108-pat00019
')의 차이를 구하여 주파수 차이값을 출력하는 단계(S201)와, 주파수 차이값을 기준으로 드룹 제어를 위한 드룹 제어 이득값(Kp )을 출력하는 단계(S202)와, 전체 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )에 비례하여 결정되는 적분 제어 이득값(Ki )을 출력하고 적분기를 거쳐 적분 제어값을 출력하는 단계(S203)와, 전체 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )에 비례하여 결정되는 미분 제어 이득값(Kd )을 출력하고 미분기를 거쳐 미분 제어값을 출력하는 단계(S204)와, 계통 주파수(
Figure 112018048219108-pat00020
)가 정격 주파수(
Figure 112018048219108-pat00021
) 값에 맞춰지도록 드룹 제어값(
Figure 112018048219108-pat00061
), 적분 제어값(
Figure 112018048219108-pat00062
), 미분 제어값(
Figure 112018048219108-pat00063
)을 유효전력 지령 값 (Pset )에 더하여 유효전력 기준 값 (Pref )을 출력하는 단계(S205)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the current control type inverter control method for frequency maintenance and active power sharing of the distributed power supply according to the present invention is a method of controlling the rated frequency
Figure 112018048219108-pat00018
) Value and the measurement frequency (
Figure 112018048219108-pat00019
(S201) of outputting a frequency difference value; a step S202 of outputting a droop control gain value ( K p ) for droop control based on the frequency difference value; the gain step (S203) for outputting the integral control gain value (K i) is determined in proportion to (K p), and outputs the integral control value via the integrator and proportional to the droop control the gain of the entire system (K p) outputting a differential control gain (K d) that is determined, and the steps (S204) through to the differentiator output the differential control values, the grid frequency (
Figure 112018048219108-pat00020
) Is the rated frequency (
Figure 112018048219108-pat00021
) Value to match the droop control value (
Figure 112018048219108-pat00061
), An integral control value (
Figure 112018048219108-pat00062
), Differential control value (
Figure 112018048219108-pat00063
) To the active power command value ( P set ) and outputting the active power reference value ( P ref ) (S205).

이와 같은 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치 및 방법에서의 전류제어형 인버터를 이용한 분산전원의 주파수 유지 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A method for maintaining the frequency of the distributed power supply using the current controlled inverter in the apparatus and method for controlling the current controlled inverter for maintaining the frequency of the distributed power supply and sharing the active power according to the present invention will be described in detail as follows.

본 발명은 전류제어형 인버터를 이용하여 도서 계통의 주파수를 일정하게 유지하는 것이다. The present invention is to maintain the frequency of the book system at a constant level using a current controlled inverter.

도서 계통은 대부분 디젤발전기를 사용하여 계통의 주파수를 유지하고 유효전력 균형을 맞춘다.Most of the book systems use diesel generators to maintain the system frequency and balance the active power.

인버터형 분산전원이 도서 계통에 연계될 때, 사용된 제어기에 따라 계통의 안정도가 달라진다.When an inverter type distributed power source is connected to a book system, the stability of the system depends on the controller used.

분산전원의 드룹 제어(Droop Control) 방식이 K p 비례 드룹 상수만 사용하는 것과는 달리 본 발명에 따른 전류제어형 인버터 제어 장치는 적분기와 미분기를 추가하여 출력 유효전력 기준 값(P ref )을 제어하게 된다.If the droop control method of distributed power supply is K p In contrast to the case of using only the proportional dough loop constant, the current controlled inverter control apparatus according to the present invention adds the integrator and the differentiator to control the output active power reference value P ref .

이와 같은 본 발명에 따른 제어 방식은 드룹 제어 부분이 PID 제어기처럼 동작을 하게 되며 계통 주파수(

Figure 112017032989979-pat00022
)가 정격 주파수 (
Figure 112017032989979-pat00023
) 값에 맞춰지게 된다.In the control method according to the present invention, the droop control portion operates like a PID controller,
Figure 112017032989979-pat00022
) Is the rated frequency (
Figure 112017032989979-pat00023
) Value.

이때 유효전력 기준 값(P ref )은 유효전력 지령 값(P set )에서 PID 제어기의 결과를 더한 값이 되고, 수학식 1에서와 같다.At this time, the active power reference value P ref becomes a value obtained by adding the result of the PID controller to the active power command value ( P set ) and is expressed by Equation (1).

Figure 112018048219108-pat00024

여기서,
Figure 112018048219108-pat00064
은 드룹 제어값이고,
Figure 112018048219108-pat00065
는 적분 제어값이고,
Figure 112018048219108-pat00066
은 미분 제어값이다.
Figure 112018048219108-pat00024
here,
Figure 112018048219108-pat00064
Is a droop control value,
Figure 112018048219108-pat00065
Is an integral control value,
Figure 112018048219108-pat00066
Is a differential control value.

이와 같은 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치는 동적 및 정상상태 주파수 응답 반응이 향상될 수 있다.The controller of the current control type inverter for frequency maintenance and active power sharing of the distributed power supply according to the present invention can improve the dynamic and steady state frequency response response.

본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치의 성능을 비교하기 위해 간단한 7모선 계통에서 모의하였다.In order to compare the performance of the current controlled inverter control system for frequency maintenance and active power sharing of the distributed power supply according to the present invention, a simple 7-bus system was simulated.

도 3은 디젤 발전기와 분산전원 3개로 이루어진 마이크로그리드 계통 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치의 주파수 응답 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 3 is a microgrid system configuration including three diesel generators and three distributed power sources, and FIG. 4 is a graph illustrating frequency response characteristics of a current control type inverter control apparatus for maintaining frequency and sharing active power of a distributed power source according to the present invention.

DER(Distributed Energy Resources) 전체의 크기는 디젤발전기의 크기와 같다.The total size of DER (Distributed Energy Resources) is equal to the size of the diesel generator.

도 4는 계통에서 5초에 부하가 디젤발전기 용량의 50%만큼 증가하였을 경우의 주파수를 나타낸 것이다.Figure 4 shows the frequency at which the load increased by 50% of the diesel generator capacity in 5 seconds in the system.

도 4에서 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치 적용(blue), 적분기 적용(red), 미분기 적용(green),기존 드룹(black) 적용시의 결과이다.FIG. 4 shows results of applying the current control type inverter control device (blue), the integrator application (red), the differentiator application (green), and the existing droplet (black) for the frequency maintenance and the active power sharing of the distributed power supply according to the present invention .

분산전원의 제어를 기존 드룹 제어(K p 드룹 (비례)만 사용)를 사용하고, 디젤 발전기의 G/F(Governor Free) 동작만을 가정할 경우(디젤 발전기에 의한 Automatic Generation Control(AGC) 은 고려하지 않음)는 주파수의 정상상태가 정격 주파수 (60Hz)보다 낮은 59.75Hz에서 수렴(디젤 발전기의 G/F에 의한 주파수 제어)한다.Conventional droop control to the control of distributed generation using (K p droop (proportion) only used), and assuming only the G / F (Governor Free) operation of the diesel generator (Automatic Generation Control (AGC by diesel generators) are taken into account ) Is converged (frequency control by the G / F of the diesel generator) at 59.75 Hz, where the steady state of the frequency is lower than the rated frequency (60 Hz).

또한, 주파수의 최저점(Frequency Nadir)이 59.62Hz까지 낮아지는 것을 확인할 수 있다.Also, it can be seen that the frequency nadir is lowered to 59.62 Hz.

본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치(PID 제어기)를 사용한 주파수의 정상상태는 디젤 발전기의 AGC 운전 없이 계통의 주파수가 정격 주파수(60Hz)로 수렴되는 것을 확인할 수 있다.The steady state of the frequency using the current controlled inverter control device (PID controller) for frequency maintenance and active power sharing of the distributed power supply according to the present invention is such that the system frequency converges to the rated frequency (60 Hz) without the AGC operation of the diesel generator Can be confirmed.

또한, 주파수 최저점(59.8Hz)이 기존의 방법에 비해서 높은 것을 확인할 수 있으며, 이는 계통의 안정도가 향상되었음을 의미한다.Also, it can be seen that the lowest frequency (59.8 Hz) is higher than the conventional method, which means that the stability of the system is improved.

이는 적분 제어 이득값(K i )의 효과로 적분 제어 이득값(K i ) 값만 있는 경우에도 정격 주파수로 수렴하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 미분 제어 이득값(K d )의 효과로 인해 주파수 최저점이 높아지는 것(59.62 → 59.74, 59.66 → 59.8)을 확인할 수 있다.This can be confirmed that the converged to the rated frequency, even if the values the integral control gain integral control gain to the effect of (K i) (K i) . In addition, it can be confirmed that the lowest frequency point is increased (59.62? 59.74, 59.66? 59.8) due to the effect of the differential control gain value ( K d ).

적분 제어 이득값(K i ) 및 미분 제어 이득값(K d )에 관하여 설명하면 다음과 같다.The integral control gain value ( K i ) and the derivative control gain value ( K d ) will now be described.

적분기의 계수 K i 가 커지면 주파수가 더 빠르게 정격 주파수인 60Hz로 수렴하게 된다. 이를 이용하여 K i 계수를 적절히 크게 하여 기존의 AGC 동작보다 빠르게 반응하도록 만들어야 한다.As the coefficient K i of the integrator increases, the frequency converges to the rated frequency of 60 Hz more rapidly. It is necessary to increase the K i coefficient appropriately to make the response faster than the conventional AGC operation.

반면, K i 가 너무 크게 되면 오버슈트(overshoot)가 발생하게 되어 계통이 안정적으로 되는데 시간이 더 많이 걸리게 되기 때문에 적절한 값을 넣어줘야 한다.On the other hand, if K i is too large, overshoot will occur and it will take more time for the system to stabilize.

미분기의 계수인 K d 값은 계통의 관성과 관련이 있다. 계통의 관성이 커지게 되면 유효전력 변화에 대한 주파수의 응답이 느려진다.The K d value of the differentiator is related to the inertia of the system. If the inertia of the system becomes large, the response of the frequency to the change of the active power becomes slow.

이 반응은 수학식 2(swing equation)에서와 같이 정의된다.This reaction is defined as in (swing equation).

Figure 112017032989979-pat00025
Figure 112017032989979-pat00025

여기서, M은 관성상수, δ m는 발전기 회전자의 각도, P m 은 기계적 전력, P e 는 전기적 전력을 나타내며 Δω는 각속도 차이이다.Here, M is the inertia constant, m is the angle δ of the generator rotor, the mechanical power P m, P e represents the electric power Δ ω is the angular velocity difference.

이를 미분기에 적용할 수 있도록 변형시키면 수학식 3과 같다.If it is modified so that it can be applied to the differentiator, it can be expressed by Equation (3).

Figure 112017032989979-pat00026
Figure 112017032989979-pat00026

여기서, P d 는 미분기의 출력 값이다.Here, P d is the output value of the differentiator.

수학식 3에서와 같이 K d 계수는 계통의 관성 M과 관련이 있다.As in Equation (3), the K d coefficient is related to the inertia M of the system.

따라서, K d 가 커질수록 계통의 가상관성이 커지는 효과가 생긴다. 그 결과 주파수의 최저점이 높아질 수 있다.Therefore, the greater the K d , the greater the virtual inertia of the system. As a result, the lowest point of the frequency can be increased.

그러나 K d 가 너무 커지는 경우 overshoot이 발생하며 K i 와 비슷하게 안정화되는 시간이 늘어난다. However, if K d is too large, overshoot will occur and the time to stabilize will increase similar to K i .

또한, 미분기는 입력신호 변화에 민감하기 때문에 값이 조금만 커져도 발산하기 쉽다. Also, since the differentiator is sensitive to input signal changes, it is easy to diverge even if the value is slightly increased.

따라서, 본 발명에서는 미분기의 출력부분에 로우 패스 필터(Low pass filter) 등을 추가로 사용한다.Therefore, in the present invention, a low pass filter or the like is additionally used at the output portion of the differentiator.

그리고 드룹 제어 이득값(K p ), 적분 제어 이득값(K i ) 및 미분 제어 이득값(K d )의 범위에 관하여 설명하면 다음과 같다.The range of the droop control gain value ( K p ), the integral control gain value ( K i ) and the differential control gain value ( K d ) will now be described.

드룹률은 다음과 같다.The drop rate is as follows.

디젤발전기는 보통 5% 드룹 운전을 한다. K p 는 (1/드룹률)이므로 1/0.05 = 20 이다. 분산전원의 경우 대부분 디젤발전기보다 빠르고 많이 움직이도록 설계가 된다.Diesel generators usually drive 5% droop. K p is 1 / 0.05 = 20, so (1 / de rupryul). Distributed power supplies are designed to move faster and more often than diesel generators.

따라서 디젤발전기 드룹 계수보다 더 큰 값인 5% ~ 1% (K p = 20 ~ 100)정도에서 동작한다.Therefore, a larger value than diesel generator droop coefficient 5% ~ 1% (K p = 20 ~ 100) operates on the order of.

전체 드룹 계수는 다음과 같다.The total droop coefficient is as follows.

K i , K d 는 전체 계통의 드룹 계수에 비례하여 정해지는 것이 합리적이다.It is reasonable that K i and K d are determined in proportion to the droop coefficient of the entire system.

이때, 계통의 드룹 계수를 나타내면 수학식 4에서와 같다.At this time, the droop coefficient of the system is expressed by Equation (4).

Figure 112017032989979-pat00027
Figure 112017032989979-pat00027

Figure 112017032989979-pat00028
Figure 112017032989979-pat00028

그리고 적분기 계수 K i 의 변화 및 미분기 계수 K d 의 변화에 따른 결과를 기준으로 적분기 계수 K i 및 미분기 계수 K d 의 적정값을 산출하면 다음과 같다.And when calculating the appropriate value on the basis of the result of the change of the variation coefficient K d of the integrator and the differentiator coefficient K i integrator coefficient K i and the differentiator coefficient K d as follows.

도 5는 적분기 계수 K i 의 변화에 따른 시뮬레이션 결과 그래프이고, 도 6은 미분기 계수 K d 의 변화에 따른 시뮬레이션 결과 그래프이다.FIG. 5 is a graph of the simulation result according to the change of the integrator coefficient K i , and FIG. 6 is a graph of the simulation result according to the change of the differentiator coefficient K d .

도 5의 시뮬레이션 결과 그래프를 기준으로 보면, K i 의 경우 계통의 K p 대비 1배 ~ 2배가 적정값이다.Based on the simulation result graph of FIG. 5, it is found that the value of K i is 1 to 2 times the K p of the system.

그리고 도 6의 시뮬레이션 결과 그래프를 기준으로 보면, K d 의 경우계통의 K p 대비 0배 ~1/K i 배 근처 범위에서 안정적으로 제어가 가능하다는 것을 알 수 있다.Based on the simulation result graph of FIG. 6, it can be seen that the K d can be stably controlled in the range of 0 to 1 / K i times the K p of the system.

그러나 계통마다 반응이 다를 수 있기 때문에 실제로 사용을 하는 단계에서 파라미터 최적화를 시키는 것이 바람직하다.However, since the reactions may vary from system to system, it is desirable to optimize parameters at the stage of actual use.

본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치 및 방법에서의 분산전원의 유효전력 분담에 관하여 설명하면 다음과 같다.The active power sharing of the distributed power supply in the current control type inverter control apparatus and method for frequency maintenance and active power sharing of the distributed power source according to the present invention will now be described.

도 7은 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치의 유효 전력 분배 특성을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing an effective power distribution characteristic of a current control type inverter control apparatus for frequency maintenance and effective power sharing of a distributed power supply according to the present invention.

본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치의 유효전력 분담성능을 확인하기 위해서 도 3과 동일한 계통에서 10초에 부하 증가 시뮬레이션을 동일하게 진행하였다.In order to confirm the effective power sharing performance of the current control type inverter control apparatus for frequency maintenance and active power sharing of the distributed power source according to the present invention, the load increase simulation was performed in 10 seconds in the same system as in Fig.

분산전원의 유효전력 분담 비율은 분산전원 1번 ~ 3번까지 3:2:1의 비율로 설정하였다.The effective power sharing ratio of the distributed power sources is set at a ratio of 3: 2: 1 from the distributed power sources 1 to 3.

기존의 분산전원의 드룹 제어 방식(K p 드룹 (비례)만 사용)을 이용하여 분산전원이 계통의 변동에 대해서 대응할 경우, 도 7에서와 같이 계통내 부하 증가에 대해서 분산전원에 의한 유효전력 분담이 되고 있지만, 디젤발전기에 의한 유효전력 분담도 이루어지고 있다.Droop control method of the conventional distributed power (only K p droop (proportional)) to when the distributed power to respond with respect to variations in the system by using the effective power shared by the distributed power for my increased load system as shown in Figure 7 However, active power sharing by the diesel generator is also being carried out.

또한, 주파수 응답 비교에서 확인할 수 있듯이, 디젤발전기에 의한 유효전력 분담에 있어서 G/F 응동에 의한 주파수 제어만으로는 계통의 주파수를 정격 주파수로 상승시킬 수 없기 때문에 추가적인 AGC 제어를 통하여 수렴된 주파수를 정격 주파수로 상승시켜야 하는 부담이 있다.In addition, as can be seen from the frequency response comparison, in the active power sharing by the diesel generator, the frequency of the system can not be raised to the rated frequency only by the G / F- There is a burden to raise the frequency.

이에 비하여, 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치에서의 유효전력을 분담은 적분기의 K i 상수에 비례하여 분담을 한다.On the other hand, the sharing of the effective power in the current control type inverter control apparatus for frequency maintenance and active power sharing of the distributed power source according to the present invention is shared in proportion to the K i constant of the integrator.

본 발명에 따른 제어 장치를 이용하여 분산전원을 계통에 적용할 경우 디젤발전기의 유효전력 출력을 계통의 부하 변화에 관계없이 일정하게 유지시킬 수 있다.When the distributed power source is applied to the system using the control device according to the present invention, the active power output of the diesel generator can be kept constant regardless of the load change of the system.

즉, 계통의 변동성을 분산전원이 감당할 수 있으며, 디젤발전기는 정출력 운전을 할 수 있다.That is, the distributed power source can cope with the variability of the system, and the diesel generator can operate at a constant output.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치 및 방법은 적분기와 미분기를 추가하여 출력 유효전력 기준 값 (P ref )을 제어하여 신속한 반응으로 계통을 안정적으로 운용할 수 있도록 한 것이다.The apparatus and method for controlling a current controlled inverter for frequency maintenance and active power sharing of a distributed power source according to the present invention can control the output active power reference value P ref by adding an integrator and a differentiator, As shown in Fig.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.

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.It is therefore to be understood that the specified embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense and that the scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description and that all such differences falling within the scope of equivalents thereof are intended to be embraced therein It should be interpreted.

10. 주파수 차이값 출력부 20. 드룹 제어 이득값 출력부
30. 적분 제어 이득값 출력부 40. 미분 제어 이득값 출력부
50. 적분기 60. 미분기
70. 유효 전력 기준값 출력부10. Frequency difference value output section 20. Droop control gain value output section
30. Integral control gain value output section 40. Differential control gain value output section
50. Integrator 60. Differential
70. Active power reference value output section

Claims (13)

계통에서 측정되는 측정 주파수(
Figure 112018048219108-pat00029
')와 정격 주파수 (
Figure 112018048219108-pat00030
)값의 차이를 구하여 주파수 차이값을 출력하는 주파수 차이값 출력부;
주파수 차이값을 기준으로 드룹 제어를 위한 드룹 제어 이득값(Kp )을 출력하는 드룹 제어 이득값 출력부;
전체 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )에 비례하여 결정되는 적분 제어 이득값(Ki )을 출력하는 적분 제어 이득값 출력부; 및 적분 제어 이득값(Ki )을 적분하여 적분 제어값을 출력하는 적분기;
전체 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )에 비례하여 결정되는 미분 제어 이득값(Kd )을 출력하는 미분 제어 이득값 출력부; 및 미분 제어 이득값(Kd )을 미분하여 미분 제어값을 출력하는 미분기;
계통 주파수(
Figure 112018048219108-pat00031
)가 정격 주파수(
Figure 112018048219108-pat00032
) 값에 맞춰지도록 드룹 제어값(
Figure 112018048219108-pat00067
), 적분 제어값(
Figure 112018048219108-pat00068
), 미분 제어값(
Figure 112018048219108-pat00069
)을 유효전력 지령 값(Pset )에 더하여 유효전력 기준 값 (Pref )을 출력하는 유효 전력 기준값 출력부;를 포함하고,
적분 제어 이득값(Ki )이 커지는 것에 따라 주파수가 정격 주파수로 수렴되는 속도가 빨라지고, 미분 제어 이득값(Kd )이 커질수록 계통의 가상관성이 커지고 주파수의 최저점이 높아지는 것을 특징으로 하는 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치.Measurement frequency measured in the system (
Figure 112018048219108-pat00029
') And the rated frequency (
Figure 112018048219108-pat00030
A frequency difference value output unit for outputting a frequency difference value;
A droop control gain value output unit for outputting a droop control gain value ( K p ) for droop control based on a frequency difference value;
An integral control gain value output unit for outputting an integral control gain value ( K i ) determined in proportion to the droop control gain value ( K p ) of the entire system; An integrator for integrating the integral control gain value ( K i ) and outputting an integral control value;
A differential control gain value output unit for outputting a differential control gain value ( K d ) determined in proportion to the droop control gain value ( K p ) of the entire system; And a differential control gain value ( K d ) to output a differential control value;
System Frequency (
Figure 112018048219108-pat00031
) Is the rated frequency (
Figure 112018048219108-pat00032
) Value to match the droop control value (
Figure 112018048219108-pat00067
), An integral control value (
Figure 112018048219108-pat00068
), Differential control value (
Figure 112018048219108-pat00069
) To an active power command value ( P set ) to output an active power reference value ( P ref )
The speed at which the frequency converges to the rated frequency increases as the integral control gain value ( K i ) increases, and as the differential control gain value ( K d ) increases, the virtual inertia of the system increases and the lowest point of the frequency increases. Current control type inverter control device for frequency maintenance of power supply and active power sharing. 제 1 항에 있어서, 유효전력 기준 값(P ref )은,
Figure 112017032989979-pat00033
으로 정의되는 것을 특징으로 하는 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치.2. The method of claim 1, wherein the active power reference value ( P ref )
Figure 112017032989979-pat00033
Wherein the control unit is configured to control the frequency of the power source of the distributed power source and to share active power. 제 1 항에 있어서, 계통의 관성과 연관이 있는 미분 제어 이득값(K d )에 의해 유효전력 변화에 대한 주파수의 응답이 변화되고,
주파수 응답 변화 반응은
Figure 112017032989979-pat00034
으로 정의되고,
M은 관성상수, δ m는 발전기 회전자의 각도, P m 은 기계적 전력, P e 는 전기적 전력을 나타내며 Δω는 각속도 차이인 것을 특징으로 하는 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치.The method of claim 1, wherein the frequency response of the active power changes with a change in the differential control gain (K d) in connection with the inertia of the system,
The frequency response change response
Figure 112017032989979-pat00034
Lt; / RTI >
M is inertia constant, δ m is the generator rotor angle, P m is the mechanical power, P e represents the electric power Δ ω is the current control type for frequency maintenance and real power distribution of the distributed power supply, characterized in that the difference between the angular velocity Inverter control device. 제 3 항에 있어서, 미분 제어 이득값(K d )이 입력되는 미분기의 출력은,
Figure 112017032989979-pat00035
으로 정의되고,
P d 는 미분기의 출력 값인 것을 특징으로 하는 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치.The method of claim 3, wherein the differential control gain (K d) the output of the differentiator is input,
Figure 112017032989979-pat00035
Lt; / RTI >
And P d is an output value of the differentiator. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 입력신호 변화에 대한 민감도를 낮추기 위하여 미분기의 출력부분에 로우 패스 필터(Low pass filter)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치.The apparatus of claim 1 or 4, further comprising a low pass filter at an output of the differentiator to reduce sensitivity to changes in the input signal. A current control type inverter control device. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 적분 제어 이득값(Ki )은 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )의 1배 ~ 2배 범위이고,
미분 제어 이득값(Kd )은 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )의 0배 ~1/Ki 배 범위인 것을 특징으로 하는 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 장치.The method of claim 1, wherein the integral control gain value ( K i ) is in the range of one to two times the pullup control gain value ( K p ) of the system,
Wherein the differential control gain value ( K d ) is in the range of 0 to 1 / K i times the pull-up control gain value ( K p ) of the system. . 계통에서 측정되는 측정 주파수(
Figure 112018048219108-pat00036
')와 정격 주파수 (
Figure 112018048219108-pat00037
)값의 차이를 구하여 주파수 차이값을 출력하는 주파수 차이값 출력 단계;
주파수 차이값을 기준으로 드룹 제어를 위한 드룹 제어 이득값(Kp )을 출력하는 단계;
전체 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )에 비례하여 결정되는 적분 제어 이득값(Ki )을 출력하고 적분기를 거쳐 적분 제어값을 출력하는 단계;
전체 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )에 비례하여 결정되는 미분 제어 이득값(Kd )을 출력하고 미분기를 거쳐 미분 제어값을 출력하는 단계;
계통 주파수(
Figure 112018048219108-pat00038
)가 정격 주파수(
Figure 112018048219108-pat00039
) 값에 맞춰지도록 드룹 제어값(
Figure 112018048219108-pat00070
), 적분 제어값(
Figure 112018048219108-pat00071
), 미분 제어값(
Figure 112018048219108-pat00072
)을 유효전력 지령 값 (Pset )에 더하여 유효전력 기준 값 (Pref )을 출력하는 단계;를 포함하고,
적분 제어 이득값(Ki )이 커지는 것에 따라 주파수가 정격 주파수로 수렴되는 속도가 빨라지고, 미분 제어 이득값(Kd )이 커질수록 계통의 가상관성이 커지고 주파수의 최저점이 높아지는 것을 특징으로 하는 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 방법.Measurement frequency measured in the system (
Figure 112018048219108-pat00036
') And the rated frequency (
Figure 112018048219108-pat00037
A frequency difference value output step of outputting a frequency difference value;
Outputting a droop control gain value ( K p ) for droop control based on a frequency difference value;
Outputting an integral control gain value ( K i ) determined in proportion to a droop control gain value ( K p ) of the entire system and outputting an integral control value via an integrator;
Outputting a differential control gain value ( K d ) determined in proportion to a droop control gain value ( K p ) of the entire system and outputting a differential control value via a differentiator;
System Frequency (
Figure 112018048219108-pat00038
) Is the rated frequency (
Figure 112018048219108-pat00039
) Value to match the droop control value (
Figure 112018048219108-pat00070
), An integral control value (
Figure 112018048219108-pat00071
), Differential control value (
Figure 112018048219108-pat00072
) To the active power command value ( P set ) and outputting the effective power reference value ( P ref )
The speed at which the frequency converges to the rated frequency increases as the integral control gain value ( K i ) increases, and as the differential control gain value ( K d ) increases, the virtual inertia of the system increases and the lowest point of the frequency increases. A method of controlling a current controlled inverter for maintaining the frequency of a power supply and sharing active power. 제 8 항에 있어서, 유효전력 기준 값(P ref )은,
Figure 112017032989979-pat00040
으로 정의되는 것을 특징으로 하는 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 방법.9. The method of claim 8, wherein the active power reference value ( P ref )
Figure 112017032989979-pat00040
Wherein the control signal is defined as a frequency of the distributed power supply. 제 8 항에 있어서, 계통의 관성과 연관이 있는 미분 제어 이득값(K d )에 의해 유효전력 변화에 대한 주파수의 응답이 변화되고,
주파수 응답 변화 반응은
Figure 112017032989979-pat00041
으로 정의되고,
M은 관성상수, δ m는 발전기 회전자의 각도, P m 은 기계적 전력, P e 는 전기적 전력을 나타내며 Δω는 각속도 차이인 것을 특징으로 하는 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 방법.10. The method of claim 8, wherein the frequency response of the active power changes with a change in the differential control gain (K d) in connection with the inertia of the system,
The frequency response change response
Figure 112017032989979-pat00041
Lt; / RTI >
M is inertia constant, δ m is the generator rotor angle, P m is the mechanical power, P e represents the electric power Δ ω is the current control type for frequency maintenance and real power distribution of the distributed power supply, characterized in that the difference between the angular velocity Inverter control method. 제 10 항에 있어서, 미분 제어 이득값(K d )이 입력되는 미분기의 출력은,
Figure 112017032989979-pat00042
으로 정의되고,
P d 는 미분기의 출력 값인 것을 특징으로 하는 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 방법.The apparatus as claimed in claim 10, wherein the output of the differentiator to which the derivative control gain value ( K d )
Figure 112017032989979-pat00042
Lt; / RTI >
And P d is an output value of the differentiator. A method of controlling a current controlled inverter for maintaining frequency and sharing active power of a distributed power supply. 삭제delete 제 8 항에 있어서, 적분 제어 이득값(Ki )은 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )의 1배 ~ 2배 범위이고,
미분 제어 이득값(Kd )은 계통의 드룹 제어 이득값(Kp )의 0배 ~1/Ki 배 범위인 것을 특징으로 하는 분산전원의 주파수 유지 및 유효전력 분담을 위한 전류제어형 인버터 제어 방법.

The method as claimed in claim 8, wherein the integral control gain value ( K i ) ranges from 1 to 2 times the pullup control gain value ( K p ) of the system,
Wherein the differential control gain value K d is in the range of 0 to 1 / K i times the pull-up control gain value K p of the system. .

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