KR102101108B1 - 무효 전력 제어 방법, 디바이스 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

무효 전력 제어 방법, 무효 전력 제어 디바이스 및 무효 전력 제어 시스템이 제공된다. 이 디바이스는: 무효 전력 요구 커맨드를 수신하도록 구성되는 통신 인터페이스(201); 미리 설정된 제어 포인트의 전기량 파라미터를 취득하도록 구성되는 입력 인터페이스(202); 전기량 파라미터에 기초하여 무효 전력 요구 커맨드를 충족시키는 목표 무효 전력 값을 계산하고, 목표 무효 전력 값에 기초하여 규제가능 리액티브 디바이스에 의해 제공될 무효 전력을 할당하도록 구성되는 전략 계산 모듈(203); 및 할당된 무효 전력을 규제가능 리액티브 디바이스에 제공하기 위한 커맨드를 전송하도록 구성되는 출력 인터페이스(204)를 포함한다. 다수의 타입들의 조정 제어가 달성되고, 전력 손실이 감소되고 발전 이익이 증가된다.

Description

무효 전력 제어 방법, 디바이스 및 시스템
본 개시내용은 무효 전력 제어의 기술 분야에 관한 것으로, 구체적으로는 무효 전력 제어 방법, 무효 전력 제어 디바이스 및 무효 전력 제어 시스템에 관한 것이다.
현재, 풍력 발전 및 태양광 발전과 같은 새로운 에너지가 우리 나라 대부분의 지역들에서 대규모로 그리고 중앙집중식으로 개발되고 있다. 일반적으로, 대규모의 새로운 에너지 개발 지역에는 수십 개의 새로운 에너지 사이트(new energy site)들이 배치되는데, 이때 단일의 새로운 에너지 사이트는 큰 설치 용량을 갖는다. 새로운 에너지 생성의 본질적인 간헐적 특성으로 인해 대규모의 새로운 에너지 그리드 연결이 전기 그리드의 동작에 대한 심각한 도전과제를 야기한다. 추가적으로, 새로운 에너지 그리드 연결 지역에서는 국부적인 부하 및 종래의 전력 지원이 일반적으로 부족하기 때문에, 새로운 에너지로 생성된 전기 에너지가 장거리를 통해 로드 센터에 제공될 필요가 있다. 이 경우에, 전기 제공 채널에서의 새로운 에너지 출력의 변화는 무효 전력 파동에 의해 심각하게 영향받는다. 새로운 에너지의 높은 비율은 전기 그리드의 전압 지원 능력에 영향을 미치고, 출력의 큰 변동은 전기 그리드의 전압을 조정함에 있어서 어려움들을 초래하며, 국부 지역들의 전압 이슈들이 특히 두드러진다.
기존의 새로운 에너지 사이트에서, 무효 전력은 일반적으로 규제가능 리액티브 디바이스(regulatable reactive device)에 의해 제어된다. 그러나, 기존의 정지형 무효 전력 보상기(Static Var Compensator)(SVC)들 및 정지형 무효 전력 발전기(Static Var Generator)(SVG)들은 균일하지 않은 성능들 및 상이한 제어 모드들을 갖는다. 예를 들어, 상기의 SVC들 및 SVG들 중 일부는 새로운 에너지 전압 부스트 사이트의 고전압측 버스에서의 반응성 제로 컷을 목표로 하고, 고정 무효 전력에 기초하여 제어한다. 상기의 SVC들 및 SVG들 중 일부는 전압 부스트 사이트의 고전압측 버스 또는 저전압측 버스를 목표로 하고 고정 전압에 기초하여 제어한다. 더욱이, 무효 전력 규제 능력들을 갖는 새로운 에너지 장치들 대부분이 효과적으로 활용되지 못한다. 이 경우에, 새로운 에너지 사이트의 무효 전력 규제 마진은 그것의 적절한 시스템 전압 제어 능력을 발휘하지 못한다.
게다가, 풍력 발전 사이트 내의 중앙집중식 무효 전력 보상 디바이스는 일반적으로, 풍력 발전기 또는 주 변압기 탭과 같은 사이트 내의 다른 리액티브 디바이스들을 제어하는 일 없이, 자체의 무효 전력 출력만을 제어할 수 있다. 풍력 발전 사이트 내의 발전기 세트의 무효 전력 보상 디바이스는 자체의 용량의 1.5%를 일반적으로 초과하는 높은 자체 전력 소비를 가지며, 그에 따라 높은 활용 비용을 갖는다. 추가적으로, 풍력 발전 사이트 내의 중앙집중식 무효 전력 보상 디바이스는 50 제곱 미터 초과의 점유 면적, 대응하는 디바이스 설치실, 방열 시스템의 설계 등을 필요로 하고, 전력 1차 연결, 전력 2차 연결을 필요로 하여, 그에 의해 건설 비용, 토지 취득 비용 및 프로젝트 비용을 많이 소비하게 된다.
상기의 하나 이상의 문제점들의 관점에서, 본 개시내용의 실시예들에 따른 무효 전력 제어 방법, 무효 전력 제어 디바이스 및 무효 전력 제어 시스템이 제공된다.
제1 양태에 따른 무효 전력 제어 디바이스가 제공된다. 이 디바이스는:
무효 전력 요구 커맨드를 수신하도록 구성되는 통신 인터페이스;
미리 설정된 제어 포인트의 전기량 파라미터를 취득하도록 구성되는 입력 인터페이스;
전기량 파라미터에 기초하여 무효 전력 요구 커맨드를 충족시키는 목표 무효 전력 값을 계산하고, 목표 무효 전력 값에 기초하여 규제가능 리액티브 디바이스에 의해 제공될 무효 전력을 할당하도록 구성되는 전략 계산 모듈; 및
규제가능 리액티브 디바이스에 할당된 무효 전력을 제공하기 위한 커맨드를 전송하도록 구성되는 출력 인터페이스를 포함한다.
제2 양태에 따른 무효 전력 제어 시스템이 제공된다. 이 시스템은:
집합 라인 상에 배치되는 적어도 하나의 풍력 발전기 세트;
통신 라인을 통해 적어도 하나의 풍력 발전기 세트에 연결되는 상기의 제어 디바이스;
적어도 하나의 풍력 발전기 세트 및 제어 디바이스에 통신가능하게 연결되는 무효 전력 보상 디바이스; 및
미리 설정된 제어 포인트의 전기량 파라미터를 취득하도록 구성되고 통신 라인을 통해 제어 디바이스에 연결되는 데이터 취득 디바이스를 포함한다.
제3 양태에 따른 무효 전력 제어 방법이 제공된다. 이 방법은:
무효 전력 요구 커맨드를 수신하고 무효 전력 요구 커맨드에 기초하여 무효 전력 커맨드 값 M1을 취득하는 단계;
미리 설정된 제어 포인트의 전기량 파라미터를 취득하고 전기량 파라미터에 기초하여 미리 설정된 제어 포인트의 무효 전력 계산 값 M2를 계산하는 단계;
무효 전력 커맨드 값 M1과 무효 전력 계산 값 M2 사이의 차이 ΔM을 계산하는 단계;
차이 ΔM에 기초하여 목표 무효 전력 값을 획득하는 단계;
차이 ΔM을 미리 설정된 불감대 값(dead band value)과 비교하는 단계;
비교 결과 및 목표 무효 전력 값에 기초하여 무효 전력 할당 전략을 생성하는 단계 - 무효 전력 할당 전략은 풍력 발전 사이트 내의 규제가능 리액티브 디바이스의 무효 전력 능력 값을 계산하고 규제가능 리액티브 디바이스에 의해 제공될 무효 전력을 할당하기 위해 사용됨 -; 및
무효 전력 할당 전략에 기초하여, 할당된 무효 전력을 생성하도록 규제가능 리액티브 디바이스에게 지시하기 위한 커맨드를 규제가능 리액티브 디바이스에 전송하는 단계를 포함한다.
무효 전력 제어 방법, 무효 전력 제어 디바이스 및 무효 전력 제어 시스템은 풍력 발전 사이트뿐만 아니라 태양광 발전소와 같은 다른 새로운 에너지 사이트들에도 광범위하게 적용될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
본 개시내용의 실시예들에서, 무효 전력 요구 커맨드를 충족시키는 목표 무효 전력 값은 미리 설정된 제어 포인트의 전기량 파라미터를 취득함으로써 계산된다. 규제가능 리액티브 디바이스에 의해 제공될 무효 전력은 목표 무효 전력 값에 기초하여 할당된다. 풍력 발전 사이트 내의 규제가능 리액티브 디바이스의 규제 능력은 제어 디바이스와 규제가능 리액티브 디바이스 사이의 정보 상호작용을 통해 완전하고 효과적으로 활용되어, 그에 의해 전력 손실을 감소시키고 발전 이익들을 증가시킬 수 있다.
본 개시내용의 실시예들에 따른 기술적 솔루션들이 명확해지도록, 실시예들의 설명에 사용될 도면들이 다음과 같이 간략하게 설명될 것이다. 다음의 설명에서의 도면들은 단지 본 개시내용의 일부 실시예들만을 예시한다는 것이 명백하다. 본 기술분야의 통상의 기술자에게는, 어떠한 창조적인 작업 없이도 이들 도면들에 따라 다른 도면들이 획득될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 적용될 수 있는 제어 시스템의 토폴로지 구조체의 개략도이다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른 무효 전력 제어 디바이스의 개략적 구조도이다.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른 풍력 발전 사이트에 대한 제어 포인트들의 배치의 개략도이다.
도 4는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른 무효 전력 제어 디바이스의 개략적 구조도이다.
도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른 무효 전력 제어 방법의 개략적 흐름도이다.
도 6은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 무효 전력 제어 방법의 개략적 흐름도이다.
본 개시내용의 실시예들의 목적들, 기술적 솔루션들 및 이점들을 보다 명확하게 하기 위해, 본 개시내용의 실시예들에 따른 기술적 솔루션들은 도면들과 관련하여 다음과 같이 명확하고 완전하게 설명될 것이다. 설명된 실시예들은 본 개시내용에 따른 실시예들 전부보다는 단지 소수에 불과하다는 것이 명백하다. 어떠한 창조적인 작업 없이도 본 개시내용의 실시예들에 기초하여 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 획득되는 임의의 다른 실시예들은 본 개시내용의 보호 범주에 속한다.
본 출원의 실시예들 및 그 실시예들의 특성들은 충돌이 없는 한 서로 결합될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 본 출원은 도면들 및 실시예들과 관련하여 하기에 상세히 설명된다.
본 개시내용의 실시예들에 따른 무효 전력 제어 방법, 무효 전력 제어 디바이스 및 무효 전력 제어 시스템은 풍력 발전 사이트뿐만 아니라 태양광 발전소와 같은 다른 새로운 에너지 사이트들에도 광범위하게 적용될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 단순화를 위해, 그것은 풍력 발전 사이트를 예로 드는 것에 의해서만 하기에 상세히 설명된다. 다른 새로운 에너지 사이트들에 대한 제어 방법들은 풍력 발전 사이트의 제어 원리와 유사하여, 설명되지 않는다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 적용될 수 있는 제어 시스템의 토폴로지 구조체의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 토폴로지 구조체는: 전력 그리드 회사에 배치되는 자동 전압 제어(Automatic Voltage Control)(AVC) 서버(101), 원격기계 디바이스(telemechanical device)(102) 및 풍력 발전 사이트에 배치되는 전압/무효 전력 관리 플랫폼(Voltage/Var Management Platform)(VMP) 워크스테이션(103), VMP 관리 디바이스(104), 풍력 발전기들(105 및 106), 무효 전력 보상 디바이스(107) 및 취득기(108)를 포함할 수 있다.
AVC 서버(101)는 전력 그리드 스케줄링 기능을 달성하기 위한 스케줄링 커맨드를 발행하도록 구성될 수 있다. 원격기계 디바이스(102)는 원격측정, 원격 시그널링, 원격 제어, 원격 조정 등을 포함하는 기능들을 완료하는 디바이스일 수 있다. VMP 워크스테이션(103)은 취득된 데이터를 분석, 계산 및 관리할 수 있다. 풍력 발전기들(105 및 106)은 풍력 에너지를 사용함으로써 풍력 발전 또는 전력 조정을 수행할 수 있다. 무효 전력 보상 디바이스(107)는 태양광 인버터, 커패시터, 정지형 무효 전력 보상기 SVC, 정지형 무효 전력 발전기 SVG 등일 수 있다. 취득기(108)는 계기용 변압기(Potential Transformer)(PT) 및 계기용 변류기(Current Transformer)(CT)일 수 있는데, 이들은 PT 신호 및 CT 신호를 취득할 수 있다.
VMP 관리 디바이스(104)는 정보를 VMP 워크스테이션(103), 풍력 발전기들(105 및 106), 무효 전력 보상 디바이스(107), 취득기(108) 및 AVC 서버(101)와 상호작용할 수 있다. 예를 들어, VMP 관리 디바이스(104)는 풍력 발전기들(105 및 106) 및 무효 전력 보상 디바이스(107)와 같은 규제가능 리액티브 디바이스 및 전압 부스트 사이트의 주 변압기의 부하시 탭(on-load-tap)과의 양방향 정보 상호작용들을 수행할 수 있다. VMP 관리 디바이스(104)는 VMP 시스템이 설치됨으로써 상기의 정보 상호작용들을 달성할 수 있다. VMP 시스템은 상이한 스케줄링 아키텍처들에 대해 다수의 통신 프로토콜들을 제공할 수 있다.
VMP 관리 디바이스(104)와 AVC 서버(101) 사이의 통신의 제1 구현은 VMP 관리 디바이스(104)와 AVC 서버(101) 사이의 통신이 원격기계 디바이스(102)에 의해 포워딩되는 것일 수 있다. VMP 시스템은 Modbus TCP/RTU 프로토콜을 제공하고, 풍력 발전 사이트의 원격기계 디바이스(102)와 통신하고, AVC 서버(101)에 의해 스케줄링된 제어 커맨드를 수용하고, 대응하는 데이터를 업로드할 수 있다. VMP 관리 디바이스(104)는 Modbus TCP/RTU 프로토콜에 따라 원격기계 디바이스(102)에, 스케줄링에 의해 요구되는 원격측정 데이터 및 원격 시그널링 데이터를 업로드할 수 있다. 원격기계 디바이스(102)는 IEC104 프로토콜에 따라 AVC 서버(101)에, 스케줄링에 의해 요구되는 원격측정 데이터 및 원격 시그널링 데이터를 포워딩할 수 있다. 추가적으로, 원격기계 디바이스(102)는 AVC 서버(101)에 의해 발행된 원격 조정 커맨드를 수신하고, 원격 조정 커맨드를 VMP 관리 디바이스(104)에 포워딩할 수 있다.
더욱이, VMP 관리 디바이스(104)와 AVC 서버(101) 사이의 통신의 제2 구현은 하기와 같이 설명될 수 있다. VMP 관리 디바이스(104)는 IEC104 프로토콜에 따라 AVC 서버(101)와 직접 통신하고 이를 제어할 수 있다. VMP 관리 디바이스(104)는 IEC104 프로토콜에 따라 AVC 서버(101)에, 스케줄링에 의해 요구되는 원격측정 데이터 및 원격 시그널링 데이터를 직접 업로드할 수 있다. AVC 서버(101)는 IEC 104 프로토콜에 따라 VMP 관리 디바이스(104)에 원격 조정 커맨드를 발행할 수 있다.
VMP 관리 디바이스(104)는 취득된 데이터를 추가로 분석, 계산 및 관리하여 무효 전력을 제어 및 관리할 수 있는데, 이는 이하 설명된다. 도 1은 라우터, 유선 통신 링크, 무선 통신 링크, 광섬유 케이블 등과 같은 보조 네트워크 통신 디바이스를 더 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 추가적으로, 서버 및 풍력 발전기와 같은 도 1의 디바이스들의 개수들은 단지 예시적인 것이고, 실제 요구들에 따라 유연하게 조정될 수 있다.
토폴로지 구조체는 다음의 실시예들에서 적용될 수 있다. 단순화를 위해, 실시예들의 내용은 서로 참조될 수 있다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른 무효 전력 제어 디바이스의 개략적 구조도이다.
실시예들에 따른 무효 전력 제어 디바이스(200)는 도 1에 설명된 시나리오에 적용될 수 있다. 제어 디바이스(200)는 도 1의 VMP 관리 디바이스(104)일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무효 전력 제어 디바이스(200)는 통신 인터페이스(201), 입력 인터페이스(202), 전략 계산 모듈(203) 및 출력 인터페이스(204)를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(201)는 무효 전력 요구 커맨드를 수신하도록 구성될 수 있다. 입력 인터페이스(202)는 미리 설정된 제어 포인트의 전기량 파라미터를 취득하도록 구성될 수 있다. 전략 계산 모듈(203)은 전기량 파라미터에 기초하여 무효 전력 요구 커맨드를 충족시키는 목표 무효 전력 값을 계산하고, 목표 무효 전력 값에 기초하여 규제가능 리액티브 디바이스에 의해 제공될 무효 전력을 할당할 수 있다. 출력 인터페이스(204)는 규제가능 리액티브 디바이스에 할당된 무효 전력을 제공하기 위한 커맨드를 전송할 수 있다.
본 실시예에서, 전기량 파라미터는 미리 설정된 제어 포인트의 전류 파라미터 및 전압 파라미터를 포함할 수 있다(미리 설정된 제어 포인트의 선택은 도 3에 따른 실시예에서 설명된다). 전기량 파라미터는 도 1의 취득기(108)에 의해 취득될 수 있다. 그 후에, 취득된 전기량 파라미터가 입력 인터페이스(202)로 취득된다. 추가적으로, 무효 전력 제어 디바이스(200)에 취득 요소가 추가로 통합되어 전기량 파라미터를 직접 취득할 수 있다. 예를 들어, PT와 CT를 사용함으로써 미리 설정된 제어 포인트의 PT 신호와 CT 신호가 각각 취득될 수 있다. PT 및 CT는 제어 포인트에 배치되는 대신에 제어 포인트 주위에 배치될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 이 경우에, 취득된 전기량 파라미터는 제어 포인트의 파라미터로서 간주될 수 있다.
일부 실시예들에서, 미리 설정된 제어 포인트의 전기량 파라미터는 하드와이어(hard-wired) 방식으로 취득될 수 있다. 그에 따라, 미리 설정된 제어 포인트의 전기량 파라미터를 하드와이어 방식으로 직접 취득함으로써, 취득된 데이터가 정확하고 작은 시간 지연을 갖는다는 것을 보장하여, 그에 의해 무효 전력 제어의 정확성 및 신뢰성을 보장할 수 있다.
일부 실시예들에서, 규제가능 리액티브 디바이스는 풍력 발전기 세트 및 무효 전력 보상 디바이스를 포함한다. 무효 전력 보상 디바이스는 새로운 에너지 사이트 내의 다음의 디바이스들: 인버터, 커패시터, 정지형 무효 전력 보상기 SVC 및 정지형 무효 전력 발전기 SVG 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어 디바이스(200)는 국부 제어 방식 및 원격 제어 방식을 가질 수 있고, 전압 제어 모드, 무효 전력 제어 모드 및 역률 제어 모드 중 적어도 하나를 제공할 수 있다.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른 풍력 발전 사이트에 대한 제어 포인트들의 배치의 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 풍력 발전 사이트는 고전압측 버스, 저전압측 버스, CT들(301, 304, 308 및 311), PT들(302, 305, 309 및 312), 주 변압기들(303 및 310), 풍력 발전기 세트들(306 및 313), 및 SVC들(307 및 314)을 포함한다. 풍력 발전기 세트들(306 및 313)은 집합 라인(도면에 도시되지 않음)을 통해 저전압측 버스에 연결되고, 저전압측 버스는 주 변압기(303 또는 310)를 통해 고전압측 버스에 연결된다. CT(301)는 고전압측 버스와 주 변압기(303) 사이에 배치되고, CT(304)는 저전압측 버스와 주 변압기(303) 사이에 배치되고, CT(308)는 고전압측 버스와 주 변압기(310) 사이에 배치되고, CT(311)는 저전압측 버스와 주 변압기(310) 사이에 배치된다. PT(302) 및 PT(309)는 고전압측 버스 상에 배치되고, PT(305) 및 PT(312)는 저전압측 버스 상에 배치된다.
제어 포인트 1은 주 변압기(303)와 고전압측 버스 사이의 인터페이스 포인트에 배치될 수 있고, 제어 포인트 2는 주 변압기(310)와 고전압측 버스 사이의 인터페이스 포인트에 배치될 수 있고, 제어 포인트 3은 주 변압기(303)와 저전압측 버스의 인터페이스 포인트에 배치될 수 있고, 제어 포인트 4는 주 변압기(310)와 저전압측 버스 사이의 인터페이스 포인트에 배치될 수 있다.
제어 포인트들은 전류 제어 방식에 기초하여 선택될 수 있다. 국부 제어 방식에서, 미리 설정된 제어 포인트는 제어 포인트들 3 및 4로부터 선택될 수 있다. 원격 제어 방식에서, 미리 설정된 제어 포인트는 제어 포인트들 1 및 2로부터 선택될 수 있다.
도 4는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른 무효 전력 제어 디바이스의 개략적 구조도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 무효 전력 제어 디바이스(200)는 통신 인터페이스(201), 입력 인터페이스(202), 전략 계산 모듈(203), 출력 인터페이스(204), 제어 모드 모듈(205), 전압 제어 모듈(206), 무효 전력 제어 모듈(207), 역률 제어 모듈(208), 안전 제한 제어 모듈(209) 및 모니터링 모듈(210)을 포함할 수 있다.
도 4의 제1 실시예에서, 안전 제한 제어 모듈(209)은 도 2에 대응하는 실시예에 기초하여 추가될 수 있다. 안전 제한 제어 모듈(209)은 전압 제어를 위한 안전 제약 조건을 설정하고 전략 계산 모듈(203)에 안전 제어 커맨드를 전송하도록 구성될 수 있다. 안전 제어 커맨드는 무효 전력을 할당함에 있어서 안전 제약 조건이 충족되게 하도록 전략 계산 모듈에게 명령하는 데 사용된다.
안전 제약 조건은: 미리 설정된 제어 포인트의 전압 제한 제약; 미리 설정된 제어 포인트의 전압 돌변량 제약(voltage abrupt change amount constraint); 풍력 발전기 세트의 단자 전압 제약; 풍력 발전기 세트의 최대 무효 전력 능력 및 가용 무효 전력 능력 제약; 풍력 발전기 세트의 변환기의 온도 제약; 및 무효 전력 보상 디바이스의 최대 무효 전력 보상 능력 제약 중 적어도 하나를 포함한다.
도 4의 제2 실시예에서, 제어 모드 모듈(205)은 도 2에 대응하는 실시예에 기초하여 추가될 수 있다. 제어 모드 모듈(205)은 국부 제어 방식 또는 원격 제어 방식으로, 전압 제어 모드, 무효 전력 제어 모드 및 역률 제어 모드 중 적어도 하나를 제공하도록 구성될 수 있다.
도 4의 제3 실시예에서, 전압 제어 모듈(206)은 도 4의 제2 실시예에 기초하여 추가될 수 있다. 전압 제어 모듈(206)은 전압 제어 모드를 선택하도록 구성된다. 본 실시예에서, 통신 인터페이스(201)는 전압 제어 모드 하에서 전압 요구 커맨드를 수신하도록 추가로 구성되고, 입력 인터페이스(202)는 전압 제어 모드 하에서 미리 설정된 제어 포인트의 전압 파라미터를 취득하도록 추가로 구성된다.
도 4의 제4 실시예에서, 무효 전력 제어 모듈(207)은 도 4의 제2 실시예에 기초하여 추가될 수 있다. 무효 전력 제어 모듈(207)은 무효 전력 제어 모드를 선택하도록 구성된다. 본 실시예에서, 통신 인터페이스(201)는 무효 전력 제어 모드 하에서 무효 전력 요구 커맨드를 수신하도록 추가로 구성되고, 입력 인터페이스(202)는 무효 전력 제어 모드 하에서 미리 설정된 제어 포인트의 무효 전력 파라미터를 취득하도록 추가로 구성된다.
도 4의 제5 실시예에서, 역률 제어 모듈(208)은 도 4의 제2 실시예에 기초하여 추가될 수 있다. 역률 제어 모듈(208)은 역률 제어 모드를 선택하도록 구성된다. 본 실시예에서, 통신 인터페이스(201)는 역률 제어 모드 하에서 역률 요구 커맨드를 수신하도록 추가로 구성되고, 입력 인터페이스(202)는 역률 제어 모드 하에서 미리 설정된 제어 포인트의 역률 파라미터를 취득하도록 추가로 구성된다.
도 4의 제6 실시예에서, 모니터링 모듈(210)은 도 2에 대응하는 실시예에 기초하여 추가될 수 있다. 모니터링 모듈(210)은 무효 전력 제어 프로세스 동안 동작 데이터를 실시간으로 취득하고, 실시간으로 취득된 동작 데이터를 분석 및 프로세싱하고 프로세싱된 데이터를 실시간으로 디스플레이하도록 구성된다.
모니터링 모듈(210)은 무효 전력 제어 디바이스(200)의 동작을 모니터링하기 위해, 무효 전력 제어 디바이스(200) 내에 배치될 수 있거나 또는 별개로 배치될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 모니터링 모듈(210)은 필요에 따라 유연하게 배치될 수 있는데, 이는 본 명세서에서 제한되지 않는다.
본 명세서에 개시된 실시예들에 따라 설명된 예들에서의 모듈들은 전자 하드웨어, 또는 전자 하드웨어와 컴퓨터 소프트웨어의 조합들로서 구현될 수 있다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되어야 한다. 이들 컴포넌트들에 의해 실현되는 기능들이 하드웨어 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는 기술적 솔루션들에 부과되는 설계 제약들 및 특정 애플리케이션에 좌우된다. 기능들이 하드웨어로서 구현되는 경우에, 하드웨어는, 예를 들어, 전기 회로, 주문형 집적 회로(ASIC), 적절한 펌웨어, 플러그-인 컴포넌트 및 기능 카드일 수 있다. 기능들이 소프트웨어로서 구현되는 경우에, 본 개시내용의 요소들은 요구되는 태스크들을 수행하기 위한 프로그램들 또는 코드 세그먼트들이다. 프로그램들 또는 코드 세그먼트들은 머신 판독가능 매체에 저장될 수 있거나 또는 캐리어에서 반송되는 데이터 신호를 통해 송신 매체 또는 통신 링크를 통해 전송될 수 있다. "머신 판독가능 매체"는 정보를 저장 또는 송신할 수 있는 임의의 매체를 포함할 수 있다. 머신 판독가능 매체의 예들로는 전자 회로, 반도체 메모리 디바이스, ROM, 플래시 메모리, 소거가능 ROM(EROM), 플로피 디스켓, CD-ROM, 광학 디스크, 하드 디스크, 광섬유 매체, 무선 주파수(RF) 링크 등을 포함한다. 코드 세그먼트들은 인터넷, 인트라넷 등과 같은 컴퓨터 네트워크들을 통해 다운로드될 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 각각의 특정 애플리케이션에 대해 다양한 방식들로 설명된 기능을 구현할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들에 따라 설명된 예들의 기능 모듈들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들의 조합들로서 구현될 수 있다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있다. 이 하드웨어 및 소프트웨어의 상호교환가능성을 명확히 예시하기 위해, 예들을 위한 컴포넌트들은 일반적으로 이들의 기능들의 관점에서 상술되었다. 이들 기능들이 하드웨어 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는 기술적 솔루션들에 부과되는 설계 제약들 및 특정 애플리케이션에 좌우된다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 각각의 특정 애플리케이션에 대해 다양한 방식들로 설명된 기능을 구현할 수 있다.
상기의 실시예들은 분산식 무효 전력 보상의 개념에 기초하고, 제어 모듈로서 PLC를 취급할 수 있다. 산업용 서버는 풍력 발전 사이트의 풍력 발전기 및 풍력 발전 사이트의 동적 무효 전력 보상 디바이스와 통신하고, 그것에는 고정 스위칭 커패시터 및 리액터와 통신하고 이들을 제어하는 스위치-인 노드들 및 스위치-아웃 노드들이 추가로 배치된다.
무효 전력 제어 디바이스(200)에는 취득된 전압 및 전류를 변환하기 위한 AC/DC 변환 모듈, 풍력 발전기, 무효 전력 보상 디바이스 등과의 정보 상호작용을 위한 통신 모듈, 및 스위칭 커패시터 및 리액터와 같은 디바이스들을 제어하기 위한 스위치-인 및 스위치-아웃 모듈이 추가로 배치될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
본 개시내용의 실시예들에서, 풍력 발전기, 태양광 디바이스, 스케줄링 디바이스 및 SVC/SVG와 같은 규제가능 리액티브 디바이스와, 전압 부스트 사이트의 주 변압기의 부하시 탭 사이의 양방향 정보 상호작용들이 제어 디바이스로 달성될 수 있다는 것을 상기로부터 확인될 수 있다. 이 경우에, VMP는 5백개 초과의 디바이스들을 제어하여, 그에 의해 높은 비용 성능 및 균일한 제어 전략을 달성할 수 있다.
본 개시내용의 실시예에 따른 디바이스는 단지 2차 전력 지원 시스템에만 연결될 필요가 있고, 1.5kW 미만의 자체 전력 소비를 가지며 0.5 제곱 미터 미만의 면적을 점유하여, 그에 의해 디바이스의 건설, 면적 및 비용을 크게 감소시킨다.
본 개시내용의 실시예에 따른 모니터링 기능이 추가되어, 모니터링 룸에서 실시간으로 VMP 디바이스를 원격으로 동작시켜서: 제어 커맨드를 발행하는 기능; 주 변압기의 고전압측 전압 및 저전압측 전압, 유효 전력 및 무효 전력, 전압 제어 실시간 커브 효과, 고전압측 버스 및 저전압측 버스의 전압 안전 지역들 및 현재 위치와 같은 실시간 데이터, 모든 풍력 발전기, 태양광 디바이스, SVC/SVG 등의 실시간 데이터, 풍력 발전 사이트 및 태양광 발전소의 총 무효 전력 능력 및 출력 용량 통계를 실시간으로 모니터링하는 기능; 무효 전력 제어의 실시간 이력 음성 경보의 정확성을 개선시키는 기능; 사용자들을 정확하게 관리하는 기능; 이벤트 통계를 발행하도록 명령하는 기능; 및 고장 프로세싱 이력 데이터를 분석하는 기능을 달성한다. 이 방식으로, 전력 그리드 및 온-사이트 어텐던트(on-site attendant)들의 요구들이 충족된다.
본 개시내용의 실시예에 따른 디바이스는, 탭 제어 로직을 전체 풍력 발전 사이트의 무효 전력 제어 로직에 통합시키는 일 없이, 주 변압기 탭 제어기와 통신하고 주 변압기 탭 제어기에 커맨드들을 발행할 수 있다.
모니터링 소프트웨어는 산업용 컴퓨터 상에서 실행될 수 있다(모니터링 모듈(210) 상에서 또한 실행될 수 있다). 정보 상호작용을 모니터링하기 위한 통신 프로토콜은 Modbus TCP 등일 수 있다. VMP 관리 디바이스(104) 내의 모든 동작 데이터 세트들은 모니터링 소프트웨어로 실시간으로 취득될 수 있고, 이들 동작 데이터 세트들은 실시간 이력 데이터베이스에 저장된다. 실시간 데이터가 모니터링 소프트웨어에 의해 분석된 후에, 이력 트렌드 다이어그램, 제어 전략 데이터, 경보 정보 등이 획득될 수 있고 그 후에 실시간으로 디스플레이된다. 분석된 이력 데이터베이스는 고장 분석 및 통계를 위해 사용자에게 제공될 수 있다. 추가적으로, 모니터링된 데이터는 상이한 애플리케이션 요구들을 충족시키기 위해 필요에 따라 다른 방식들로 프로세싱될 수 있다.
본 개시내용의 실시예에서, 고장 분석은 다량의 이력 데이터에 기초하여 수행될 수 있고, 풍력 발전 사이트의 무효 전력 능력, 전압들, 안전 지역들은 실시간으로 관리되어, 사용자에 의한 온-사이트 전압 무효 전력 제어 효과의 관측을 용이하게 할 수 있다. 추가적으로, 실시간 파형, 사이트 무효 전력 능력 및 안전 지역들에 기초하여 제어 커맨드 및 다량의 고장 분석 이력 데이터가 발행될 수 있다.
본 개시내용의 실시예에서, 모든 애플리케이션 사이트들은 VMP 소프트웨어 및 하드웨어의 균일한 버전들을 가져서, 그에 의해 유지보수 및 업그레이드를 용이하게 할 수 있다.
본 개시내용의 실시예에 의하면, 고객에 의한 중앙집중식 무효 전력 보상 디바이스들에 대한 총 건설 투자는 새로 건설될 풍력 발전 사이트의 적용 시에 크게 감소될 수 있고, 무효 전력 보상 디바이스들의 전력 소비들은 건설된 풍력 발전 사이트의 적용 시에 크게 감소될 수 있다.
게다가, 본 개시내용의 실시예에 따른 풍력 발전 사이트에 대한 무효 전력 제어 시스템이 제공된다. 이 시스템은: 집합 라인 상에 배치되는 적어도 하나의 풍력 발전기 세트; 통신 라인을 통해 적어도 하나의 풍력 발전기 세트에 연결되는 상기의 제어 디바이스(200); 적어도 하나의 풍력 발전기 세트 및 제어 디바이스에 통신가능하게 연결되는 무효 전력 보상 디바이스; 및 미리 설정된 제어 포인트의 전기량 파라미터를 취득하도록 구성되고 통신 라인을 통해 제어 디바이스(200)에 연결되는 데이터 취득 디바이스를 포함할 수 있다.
무효 전력 제어 시스템은 컴퓨터, 서버 및 보조 전력 디바이스와 같은 디바이스들을 더 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 예를 들어, 보조 전력 디바이스는 스위치, 게이트웨이 및 케이블이다.
도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른 무효 전력 제어 방법의 개략적 흐름도이다.
상기의 제어 디바이스(200)는 다음의 단계들을 수행하기 위한 제어 방법의 구현 대상으로서 기능할 수 있다. 제어 방법의 구현 대상은 다른 기능 유닛들 또는 기능 모듈들일 수 있는데, 이는 본 명세서에서 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, S510에서, 무효 전력 요구 커맨드가 수신되고 무효 전력 요구 커맨드에 기초하여 무효 전력 커맨드 값 M1이 취득된다.
S520에서, 미리 설정된 제어 포인트의 전기량 파라미터가 취득되고, 전기량 파라미터에 기초하여 미리 설정된 제어 포인트의 무효 전력 계산 값 M2가 계산된다.
본 실시예에서, 본 제어 포인트의 전기량 파라미터는 하드와이어 방식으로 취득될 수 있다. 구체적으로는, 제어 포인트의 PT 신호 및 CT 신호는 PT 및 CT로 각각 취득될 수 있다.
S530에서, 무효 전력 커맨드 값 M1과 무효 전력 계산 값 M2 사이의 차이 ΔM이 계산된다.
본 실시예에서, 상기의 계산은 감산 연산이다.
S540에서, 차이 ΔM에 기초하여 목표 무효 전력 값이 획득된다.
S550에서, 차이 ΔM이 미리 설정된 불감대 값과 비교된다.
본 실시예에서, 상기의 비교는 차이 비교일 수 있다.
S560에서, 비교 결과 및 목표 무효 전력 값에 기초하여 무효 전력 할당 전략이 생성된다.
무효 전력 할당 전략은 풍력 발전 사이트 내의 규제가능 리액티브 디바이스의 무효 전력 능력 값을 계산하고 규제가능 리액티브 디바이스에 의해 제공될 무효 전력을 할당하는 데 사용될 수 있다. 규제가능 리액티브 디바이스는 풍력 발전기 세트 및 무효 전력 보상 디바이스를 포함할 수 있다. 무효 전력 보상 디바이스는: 태양광 인버터, 커패시터, 정지형 무효 전력 보상기 SVC 및 정지형 무효 전력 발전기 SVG 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
S570에서, 무효 전력 할당 전략에 기초하여, 그것은 할당된 무효 전력을 생성하도록 규제가능 리액티브 디바이스에게 지시하기 위한 커맨드를 규제가능 리액티브 디바이스에 전송된다.
본 개시내용의 실시예에서, 무효 전력 커맨드 값 M1과 무효 전력 계산 값 M2 사이의 차이가 계산된다. 그 차이가 미리 설정된 불감대 값과 비교되어 무효 전력 할당 전략을 생성한다. 그 후에, 무효 전력 할당 전략에 기초하여 무효 전력 제어가 수행된다. 제어 디바이스와 제어 대상 사이의 정보 상호작용에 의해 다수의 타입들의 조정된 제어가 달성된다. 이 경우에, 풍력 발전 사이트 내의 규제가능 리액티브 디바이스의 규제 능력이 완전하고 효과적으로 활용되어, 그에 의해 전력 손실을 감소시키고, 풍력 발전 사이트의 출력을 개선시키며 발전 이익들을 증가시킨다.
본 실시예에서, 무효 전력 할당 전략을 생성하는 단계는 S261 내지 S263을 포함할 수 있다.
S261에서, 차이 ΔM이 제1의 미리 설정된 불감대 값과 비교된다.
S262에서, 차이 ΔM이 제1의 미리 설정된 불감대 값보다 더 큰 경우, 풍력 발전 세트의 하나 이상의 풍력 발전기들의 제1 무효 전력 능력 값 N1이 계산된다.
S263에서, 목표 무효 전력 값 및 제1 무효 전력 능력 값 N1에 기초하여 하나 이상의 풍력 발전기들에 의해 제공될 무효 전력이 할당된다.
이 실시예의 적용 시나리오는, 풍력 발전 사이트에서의 바람이 강하고, 풍력 발전기가 상기의 안전 제약 조건을 충족시키고, 요구되는 규제량이 풍력 발전기의 안전 경계 내에 있고, 풍력 발전기 세트가 할당된 태스크를 완료할 수 있다는 것일 수 있다. 이 경우에, 본 실시예에서 설명된 방식으로 제어가 수행될 수 있다.
미리 설정된 불감대 값은 전압 변동을 표시할 수 있다. 미리 설정된 불감대 값은 필요에 따라 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1의 미리 설정된 불감대 값은 목표 값의 3%인데, 즉, 전압 변동이 3%에 이르는 경우에 제어가 필요하다.
그에 따라, 풍력 발전기의 무효 전력 능력이 본 실시예에서 최대로 릴리스될 수 있다. 다음의 내용은 다량의 실험들에서 획득된 데이터에 의해 표시된다.
풍력 발전 사이트의 정상 동작의 경우에, 풍력 발전기는 풍력 발전 사이트의 설치 용량의 33%에 대해 무효 전력을 제공할 수 있다. 시스템이 저전압 통과 상태에 있는 경우에, 풍력 발전기는 풍력 발전기의 정격 전류의 100%에 대한 무효 전류 지원을 최대로 제공할 수 있다. 풍력 발전 사이트의 정상 동작의 경우에, 중앙집중식 무효 전력 보상 출력은 감소되고 심지어 소거되어, 그에 의해 전력 소비를 감소시키고 풍력 발전 사이트의 전체 이익들을 개선시킬 수 있다.
모든 풍력 발전기들이 GW1.5MW 풍력 발전기들인 5만 개의 설치 용량을 갖는 풍력 발전 사이트를 예로 들면, 풍력 발전 사이트의 정상 동작의 경우에, 모든 풍력 발전기들에 의해 제공된 무효 전력 보상 용량이 -16500kVvar 내지 +16500kVvar 범위에 있다. 풍력 발전 사이트에서 저전압 고장이 발생하는 경우에, 풍력 발전기들 각각은 고장 동안 1500A의 용량성 무효 전류를 최대로 제공할 수 있다. 풍력 발전기의 무효 전류의 응답 시간 지속기간은 50ms보다 더 짧을 수 있다.
무효 전력 할당 전략을 생성하는 실시예의 변형예로서, S261 내지 S263에 기초하여 S264 내지 S266이 추가될 수 있다.
S264에서, 차이 ΔM은 제1의 미리 설정된 불감대 값보다 더 큰 제2의 미리 설정된 불감대 값과 비교된다.
S265에서, 차이 ΔM이 제2의 미리 설정된 불감대 값보다 더 큰 경우, 무효 전력 보상 디바이스의 제2 무효 전력 능력 값 N2가 계산된다.
S266에서, 목표 무효 전력 값 및 제2 무효 전력 능력 값 N2에 기초하여 무효 전력 보상 디바이스에 의해 제공될 무효 전력이 할당된다.
본 실시예의 적용 시나리오는, 풍력 발전 사이트에서의 바람이 정상이고, 풍력 발전기 및 SVG와 같은 디바이스들이 상기의 안전 제약 조건을 충족시킨다는 것일 수 있다. 이 경우에, 이 실시예에서의 방식으로 제어가 수행될 수 있다.
무효 전력 할당 전략을 생성하는 실시예의 다른 변형예로서, S264 내지 S265에 기초하여 S267 내지 S268이 추가될 수 있다.
S267에서, 차이 ΔM이 제2의 미리 설정된 불감대 값보다 더 큰 제3의 미리 설정된 불감대 값과 비교된다.
S268에서, 차이 ΔM이 제3의 미리 설정된 불감대 값보다 더 큰 경우, 목표 무효 전력 값, 제1 무효 전력 능력 값 N1 및 제2 무효 전력 능력 값 N2에 기초하여, 풍력 발전기 세트에 의해 생성될 무효 전력 및 무효 전력 보상 디바이스에 의해 생성될 무효 전력이 할당된다.
본 실시예의 적용 시나리오는, 풍력 발전 사이트에서의 바람이 약하고, 풍력 발전기가 상기의 안전 제약 조건을 충족시키지 못하고, 요구되는 규제량이 풍력 발전기의 안전 경계 내에 있지 않고, 풍력 발전기 세트가 할당된 태스크를 완료할 수 없다는 것일 수 있다. 이 경우에, 이 실시예에서 설명된 방식으로 제어가 수행될 수 있다.
도 6은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 무효 전력 제어 방법의 개략적 흐름도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어 방법은 S601 내지 S607을 포함할 수 있다.
S601에서, 무효 전력 요구 커맨드가 수신된다.
이 커맨드는 스케줄링 디바이스로부터 전송될 수 있거나 또는 제어 디바이스(200)에 의해 국부적으로 전송될 수 있다. 다음에는, 3개의 경우들이 상세히 설명된다. 예를 들어, 전압 제어 모드의 경우에, 전압 요구 커맨드 V가 수신되고; 무효 전력 제어 모드의 경우에, 무효 전력 요구 커맨드 Q가 수신되고; 역률 제어 모드의 경우에, 역률 요구 커맨드 Cos가 수신된다.
S602에서, 미리 설정된 제어 포인트의 CT/PT 2차 회로 취득 신호가 취득된다.
취득된 기본 신호는 전압 값 및 전류 값을 포함하고, 전압 값 및 전류 값에 기초하여 계산함으로써 개개의 제어 모드들에 대한 전기량 파라미터들이 취득될 수 있다.
S603에서, 취득 포인트들의 V, Cos 및 Q가 계산된다.
예를 들어, 전압 제어 모드의 경우에 취득 포인트의 V가 계산되고, 무효 전력 제어 모드의 경우에 취득 포인트의 Q가 계산되고, 역률 제어 모드의 경우에 취득 포인트의 Cos가 계산된다.
S604에서, 커맨드의 요구를 충족시키는 목표 무효 전력 값이 계산된다.
S605에서, 안전 제약 조건을 갖는 제약을 수행한다.
S606에서, 할당될 무효 전력이 무효 전력 할당 알고리즘으로 계산된다.
S607에서, 풍력 발전기 세트 또는 다른 무효 전력 소스들(즉, 상기의 규제가능 리액티브 디바이스)에 의해 생성될 무효 전력이 할당된다.
본 실시예에서, 무효 전력 제어 방법은 원격 제어 방식 및 국부 제어 방식을 포함할 수 있다. 2개의 제어 방식들 각각은 3개의 제어 모드들: 전압 제어 모드, 무효 전력 제어 모드 및 역률 제어 모드를 포함한다.
임의적 실시예에서, 이 제어 방법은:
전압 제어 모드를 미리 설정하는 단계를 더 포함할 수 있고;
여기서, 전압 제어 모드에서, 무효 전력 커맨드 값 M1은 전압 커맨드 값 UCMD이고, 전기량 파라미터는 전압 U이고, 차이 ΔM은 전압 ΔU이고, 전압 ΔU는 전압 커맨드 값 UCMD와 전압 U 사이의 차이이다.
제어 포인트가 전압 모드에 있는 경우에, 무효 전력은 다음의 식으로 계산된다:
ΔQ=(ΔU X)×UCMD, 여기서 X는 시스템 임피던스를 나타내고 UCMD는 전압 커맨드 값이다.
다른 임의적 실시예에서, 이 제어 방법은:
무효 전력 제어 모드를 미리 설정하는 단계를 더 포함할 수 있고;
여기서, 무효 전력 제어 모드에서, 전기량 파라미터는 전압 U 및 전류 I를 포함하고, 무효 전력 계산 값 M2는 전압 U 및 전류 I에 기초하여 계산되는 무효 전력 Q이다.
무효 전력 제어는 폐쇄 루프 제어이다. 이 시스템은 스케줄링 디바이스에 의해 발행된 무효 전력 커맨드를 검출하고, 제어 포인트의 취득된 전압-전류 커맨드에 기초하여 그리드-연결 포인트의 무효 전력을 계산하고, 무효 전력 커맨드 값 및 계산된 무효 전력 값 사이의 차이가 불감대 값보다 더 큰 경우 조정을 수행하여, 제어의 정확성을 보장할 수 있다.
다른 임의적 실시예에서, 이 제어 방법은:
역률 제어 모드를 미리 설정하는 단계를 더 포함할 수 있고;
여기서, 역률 제어 모드에서, 전기량 파라미터는 전압 U 및 전류 I를 포함하고, 무효 전력 계산 값 M2는:
전압 U 및 전류 I에 기초하여, 전압 U와 전류 I 사이의 위상차 Φ 및 미리 설정된 제어 포인트의 유효 전력 P를 계산하는 단계; 및
유효 전력 P 및 위상차 Φ에 기초하여 무효 전력 Q를 계산하는 단계
에 의해 계산되는 무효 전력 Q이다.
역률 제어의 전략은 전압 제어의 전략과 유사한다. 제어 포인트가 역률 모드에 있는 경우에, 역률 제어는 유사하고, 무효 전력은 다음의 식으로 계산된다:
Q=P×tan(acos(cos 커맨드)),
여기서 "커맨드"는 원격 단자 또는 국부 단자에 의해 발행된 제어 커맨드이다.
풍력 발전 사이트의 무효 전력 소스들(예컨대, 풍력 발전기 및 중앙집중식 무효 전력 보상 디바이스)은 상이한 제어 모드들을 선택함으로써 중앙집중식으로 제어 및 규제될 수 있다. 제어 모드들 각각에서, 목표 무효 전력 값은 합당한 제어 알고리즘을 통한 변환에 의해 획득될 수 있는 한편, 모든 안전 제약 조건들(그 내용은 이하에 설명된다)이 고려된다. 상이한 무효 전력 소스들의 상이한 제어 커맨드들이 내부 무효 전력 할당 전략으로 형성되고, 실시간으로 제어 포인트가 검출되고 목표 값과 비교되어 제어 포인트와 목표 값 사이의 차이를 획득하고, 이 방식으로, 폐쇄 루프 제어가 형성된다.
무효 전력 제어 전략의 응답 조건들은 다음을 포함할 수 있다:
1. |커맨드 값-계산 값|> 미리 설정된 불감대 값;
2. VMP 시스템이 경보를 갖지 않음;
3. VMP 시스템이 동작 중임; 그리고
4. 전력 그리드의 전압 및 주파수가 정상 동작 범위에 있다.
추가적으로, 풍력 발전 사이트 내의 풍력 발전기들 및 무효 전력 보상 디바이스들의 제어 우선순위들은 풍력 발전 사이트의 실제 경우들 및 스케줄링 요구들에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 제1 제어 우선순위, 제2 제어 우선순위 및 제3 제어 우선순위가 선택될 수 있다.
제1 제어 우선순위에서는, 풍력 발전기의 자체 무효 전력 능력을 풍력 발전 사이트에 대한 주요 무효 전력 보상으로서 취급하는 것이 우선순위로 제어되고, SVG와 같은 무효 전력 보상 디바이스의 무효 전력 능력은 백업으로서 취급된다.
제2 제어 우선순위에서는, SVG의 무효 전력 능력을 풍력 발전 사이트에 대한 주요 무효 전력 보상으로서 취급하는 것이 우선순위로 제어되고, 풍력 발전기 세트의 무효 전력 능력은 백업으로서 취급된다.
제3 제어 우선순위에서는, 특정 원리에 따라 풍력 발전기 및 SVG에 의해 제공될 무효 전력을 할당하도록 SVG 및 풍력 발전기의 무효 전력이 동시에 제어된다.
제어 우선순위를 선택함에 있어서 다음의 경우들이 일반적으로 고려된다.
제1 경우에서, 풍력 발전 사이트에서의 바람이 강하고, 풍력 발전기가 상기의 안전 제약 조건을 충족시키고, 요구되는 규제량이 풍력 발전기의 안전 경계 내에 있고, 풍력 발전기 세트가 할당된 태스크를 완료할 수 있다. 이 경우에, 제어를 수행하기 위해 제1 제어 우선순위가 선택될 수 있다.
제2 경우에서, 풍력 발전 사이트에서의 바람이 약하고, 풍력 발전기가 상기의 안전 제약 조건을 충족시키지 못하고, 요구되는 규제량이 풍력 발전기의 안전 경계 내에 있지 않고, 풍력 발전기 세트가 할당된 태스크를 완료할 수 없다. 이 경우에, 제어를 수행하기 위해 제2 제어 우선순위가 선택된다.
제3 경우에서, 풍력 발전 사이트에서의 바람이 정상이고, 풍력 발전기 및 SVG와 같은 디바이스들이 상기의 안전 제약 조건을 충족시킨다. 이 경우에, 제어를 수행하기 위해 제3 제어 우선순위가 선택될 수 있다.
임의적 실시예에서, 상기의 실시예들에 기초하여 S280 내지 S290이 추가될 수 있다.
S280에서, 안전 제약 조건이 취득된다.
S290에서, 안전 제약 조건, 비교 결과 및 목표 무효 전력 값에 기초하여 무효 전력 할당 전략이 생성된다.
안전 제약 조건은: 미리 설정된 제어 포인트의 전압 제한 제약; 미리 설정된 제어 포인트의 전압 돌변량 제약; 풍력 발전기의 단자 전압 제약; 풍력 발전기의 최대 무효 전력 능력 및 가용 무효 전력 능력 제약; 풍력 발전기의 변환기의 온도 제약; 및 무효 전력 보상 디바이스의 최대 무효 전력 보상 능력 제약 중 적어도 하나를 포함한다.
그에 따라, 본 실시예에 의하면, 풍력 발전기 세트 및 풍력 발전 사이트가 안전하고 안정적으로 동작하고, 무효 전력 보상 디바이스의 안전성이 보장된다는 것이 보장된다.
임의적 실시예에서, 상기의 실시예들에 기초하여 S2100 내지 S2120이 추가될 수 있다.
S2100에서, 무효 전력 제어 프로세스에서의 동작 데이터가 실시간으로 취득된다.
S2110에서, 실시간으로 취득된 동작 데이터가 실시간으로 분석 및 디스플레이된다.
S2120에서, 실시간으로 디스플레이된 데이터가 모니터링된다.
본 개시내용의 실시예들에 따른 풍력 발전 사이트에서의 무효 전력을 제어하기 위한 디바이스 및 시스템은 본 개시내용의 실시예들에 따른 풍력 발전 사이트에서의 무효 전력을 제어하기 위한 방법의 구현 대상에 대응할 수 있다. 디바이스 및 시스템은 제어 방법의 단계들을 수행할 수 있고, 단순화를 위해 이하 설명되지 않는다. 본 출원에 따른 몇몇 실시예들에서, 개시된 시스템, 디바이스 및 방법은 다른 방식들로 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 상술된 디바이스 실시예들은 단지 개략적인 것일 뿐이고, 유닛들의 분할은 단지 로직 기능의 분할일 뿐이며, 실제로 다른 분할들이 있을 수 있다. 예를 들어, 다수의 유닛들 또는 컴포넌트들이 조합될 수 있거나, 또는 다른 시스템에 통합될 수 있거나 또는 일부 특성들이 무시되거나 또는 실행되지 않을 수 있다. 추가적으로, 도시되거나 논의되는 컴포넌트들 사이의 커플링, 직접 커플링 또는 통신 연결은, 전기적이거나 기계적이거나 또는 다른 형태로 될 수 있는 일부 인터페이스들, 디바이스들 또는 유닛들을 통한 간접 커플링 또는 통신 연결일 수 있다.
본 개시내용의 특정 실시예들이 상술된 바와 같이 개시되고, 본 개시내용의 보호 범주는 이에 제한되지 않는다. 본 개시내용에 의해 개시된 기술적 범주에서 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 생각될 수 있는 다양한 균등한 변화들 및 변경이 본 개시내용의 보호 범주 내에 속해야 한다.

Claims (25)

  1. 무효 전력 제어 디바이스로서,
    무효 전력 요구 커맨드를 수신하도록 구성되는 통신 인터페이스 - 상기 무효 전력 요구 커맨드는 무효 전력 커맨드 값 M1을 취득하기 위해 사용됨 -;
    미리 설정된 제어 포인트의 전기량 파라미터를 취득하도록 구성되는 입력 인터페이스 - 상기 전기량 파라미터는 상기 미리 설정된 제어 포인트의 무효 전력 계산 값 M2를 계산하기 위해 사용됨 -;
    상기 무효 전력 커맨드 값 M1과 상기 무효 전력 계산 값 M2 사이의 차이 ΔM에 기초하여 상기 무효 전력 요구 커맨드를 충족시키는 목표 무효 전력 값을 계산하고, 상기 차이 ΔM과 미리 설정된 불감대 값(dead band value) 사이의 비교 결과 및 상기 목표 무효 전력 값에 기초하여 규제가능 리액티브 디바이스(regulatable reactive device)에 의해 제공될 무효 전력을 할당하도록 구성되는 전략 계산 모듈; 및
    상기 규제가능 리액티브 디바이스에 상기 할당된 무효 전력을 제공하기 위한 커맨드를 전송하도록 구성되는 출력 인터페이스
    를 포함하는, 무효 전력 제어 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 규제가능 리액티브 디바이스는 풍력 발전기 세트 및 무효 전력 보상 디바이스를 포함하는, 무효 전력 제어 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 무효 전력 보상 디바이스는: 새로운 에너지 사이트(new energy site)에서, 인버터, 커패시터, 정지형 무효 전력 보상기(static var compensator) SVC 및 정지형 무효 전력 발전기(static var generator) SVG 중 적어도 하나를 포함하는, 무효 전력 제어 디바이스.
  4. 제2항에 있어서,
    전압 제어를 위한 안전 제약 조건을 설정하고 상기 전략 계산 모듈에 안전 제어 커맨드를 전송하도록 구성되는 안전 제한 제어 모듈을 더 포함하고,
    상기 안전 제어 커맨드는 상기 무효 전력을 할당함에 있어서 상기 안전 제약 조건이 충족되게 하도록 상기 전략 계산 모듈에게 명령하기 위해 사용되는, 무효 전력 제어 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 안전 제약 조건은:
    상기 미리 설정된 제어 포인트의 전압 제한 제약;
    상기 미리 설정된 제어 포인트의 전압 돌변량 제약(voltage abrupt change amount constraint);
    상기 풍력 발전기 세트의 단자 전압 제약;
    상기 풍력 발전기 세트의 최대 무효 전력 능력 및 가용 무효 전력 능력 제약;
    상기 풍력 발전기 세트의 변환기의 온도 제약; 및
    상기 무효 전력 보상 디바이스의 최대 무효 전력 보상 능력 제약
    중 적어도 하나를 포함하는, 무효 전력 제어 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    국부 제어 방식 또는 원격 제어 방식으로, 전압 제어 모드, 무효 전력 제어 모드 및 역률 제어 모드 중 적어도 하나를 제공하도록 구성되는 제어 모드 모듈을 더 포함하는, 무효 전력 제어 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전압 제어 모드를 선택하도록 구성되는 전압 제어 모듈을 더 포함하고;
    상기 통신 인터페이스는 상기 전압 제어 모드 하에서 전압 요구 커맨드를 수신하도록 추가로 구성되고;
    상기 입력 인터페이스는 상기 전압 제어 모드 하에서 상기 미리 설정된 제어 포인트의 전압 파라미터를 취득하도록 추가로 구성되는, 무효 전력 제어 디바이스.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 무효 전력 제어 모드를 선택하도록 구성되는 무효 전력 제어 모듈을 더 포함하고;
    상기 통신 인터페이스는 상기 무효 전력 제어 모드 하에서 무효 전력 요구 커맨드를 수신하도록 추가로 구성되고;
    상기 입력 인터페이스는 상기 무효 전력 제어 모드 하에서 상기 미리 설정된 제어 포인트의 무효 전력 파라미터를 취득하도록 추가로 구성되는, 무효 전력 제어 디바이스.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 역률 제어 모드를 선택하도록 구성되는 역률 제어 모듈을 더 포함하고;
    상기 통신 인터페이스는 상기 역률 제어 모드 하에서 역률 요구 커맨드를 수신하도록 추가로 구성되고;
    상기 입력 인터페이스는 상기 역률 제어 모드 하에서 상기 미리 설정된 제어 포인트의 역률 파라미터를 취득하도록 추가로 구성되는, 무효 전력 제어 디바이스.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 국부 제어 방식에서, 새로운 에너지 사이트 내의 저전압측 버스와 주 변압기 사이의 인터페이스 포인트가 상기 미리 설정된 제어 포인트로서 결정되고;
    상기 원격 제어 방식에서, 상기 새로운 에너지 사이트 내의 고전압측 버스와 상기 주 변압기 사이의 인터페이스 포인트가 상기 미리 설정된 제어 포인트로서 결정되는, 무효 전력 제어 디바이스.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력 인터페이스는 하드와이어(hardwired) 방식으로 취득되는 상기 미리 설정된 제어 포인트의 상기 전기량 파라미터를 입력하도록 추가로 구성되는, 무효 전력 제어 디바이스.
  12. 무효 전력 제어 시스템으로서,
    집합 라인 상에 배치되는 적어도 하나의 풍력 발전기 세트;
    통신 라인을 통해 상기 적어도 하나의 풍력 발전기 세트에 연결되는, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 상기 무효 전력 제어 디바이스;
    상기 적어도 하나의 풍력 발전기 세트 및 상기 무효 전력 제어 디바이스에 통신가능하게 연결되는 무효 전력 보상 디바이스; 및
    미리 설정된 제어 포인트의 전기량 파라미터를 취득하도록 구성되고 통신 라인을 통해 상기 무효 전력 제어 디바이스에 연결되는 데이터 취득 디바이스
    를 포함하는, 무효 전력 제어 시스템.
  13. 무효 전력 제어 방법으로서,
    무효 전력 요구 커맨드를 수신하고 상기 무효 전력 요구 커맨드에 기초하여 무효 전력 커맨드 값 M1을 취득하는 단계;
    미리 설정된 제어 포인트의 전기량 파라미터를 취득하고 상기 전기량 파라미터에 기초하여 상기 미리 설정된 제어 포인트의 무효 전력 계산 값 M2를 계산하는 단계;
    상기 무효 전력 커맨드 값 M1과 상기 무효 전력 계산 값 M2 사이의 차이 ΔM을 계산하는 단계;
    상기 차이 ΔM에 기초하여 목표 무효 전력 값을 획득하는 단계;
    상기 차이 ΔM을 미리 설정된 불감대 값(dead band value)과 비교하는 단계;
    비교 결과 및 상기 목표 무효 전력 값에 기초하여 무효 전력 할당 전략을 생성하는 단계 - 상기 무효 전력 할당 전략은 풍력 발전 사이트 내의 규제가능 리액티브 디바이스의 무효 전력 능력 값을 계산하고 상기 규제가능 리액티브 디바이스에 의해 제공될 무효 전력을 할당하기 위해 사용됨 -; 및
    상기 무효 전력 할당 전략에 기초하여, 상기 할당된 무효 전력을 생성하도록 상기 규제가능 리액티브 디바이스에게 지시하기 위한 커맨드를 상기 규제가능 리액티브 디바이스에 전송하는 단계
    를 포함하는, 무효 전력 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 규제가능 리액티브 디바이스는 풍력 발전기 세트 및 무효 전력 보상 디바이스를 포함하는, 무효 전력 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 무효 전력 보상 디바이스는: 새로운 에너지 사이트에서, 인버터, 커패시터, 정지형 무효 전력 보상기 SVC 및 정지형 무효 전력 발전기 SVG 중 적어도 하나를 포함하는, 무효 전력 제어 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 무효 전력 할당 전략을 생성하는 단계는:
    상기 차이 ΔM을 제1의 미리 설정된 불감대 값과 비교하고, 상기 차이 ΔM이 상기 제1의 미리 설정된 불감대 값보다 더 큰 경우, 상기 풍력 발전기 세트의 제1 무효 전력 능력 값 N1을 계산하는 단계; 및
    상기 목표 무효 전력 값 및 상기 제1 무효 전력 능력 값 N1에 기초하여 상기 풍력 발전기 세트에 의해 제공될 무효 전력을 할당하는 단계
    를 포함하는, 무효 전력 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 무효 전력 할당 전략을 생성하는 단계는:
    상기 차이 ΔM을, 상기 제1의 미리 설정된 불감대 값보다 더 큰 제2의 미리 설정된 불감대 값과 비교하는 단계;
    상기 차이 ΔM이 상기 제2의 미리 설정된 불감대 값보다 더 큰 경우, 상기 무효 전력 보상 디바이스의 제2 무효 전력 능력 값 N2를 계산하는 단계; 및
    상기 목표 무효 전력 값 및 상기 제2 무효 전력 능력 값 N2에 기초하여 상기 무효 전력 보상 디바이스에 의해 제공될 무효 전력을 할당하는 단계
    를 더 포함하는, 무효 전력 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 무효 전력 할당 전략을 생성하는 단계는:
    상기 차이 ΔM을, 상기 제2의 미리 설정된 불감대 값보다 더 큰 제3의 미리 설정된 불감대 값과 비교하는 단계; 및
    상기 차이 ΔM이 상기 제3의 미리 설정된 불감대 값보다 더 큰 경우, 상기 목표 무효 전력 값, 상기 제1 무효 전력 능력 값 N1 및 상기 제2 무효 전력 능력 값 N2에 기초하여, 상기 풍력 발전기 세트에 의해 제공될 무효 전력 및 상기 무효 전력 보상 디바이스에 의해 제공될 무효 전력을 할당하는 단계
    를 포함하는, 무효 전력 제어 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    전압 제어 모드를 미리 설정하는 단계를 포함하고;
    상기 전압 제어 모드에서, 상기 무효 전력 커맨드 값 M1은 전압 커맨드 값 UCMD이고, 상기 전기량 파라미터는 전압 U이고, 상기 차이 ΔM은 상기 전압 커맨드 값 UCMD와 상기 전압 U 사이의 차이인 전압 ΔU인, 무효 전력 제어 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    무효 전력 제어 모드를 미리 설정하는 단계를 포함하고;
    상기 무효 전력 제어 모드에서, 상기 전기량 파라미터는 전압 U 및 전류 I를 포함하고, 상기 무효 전력 계산 값 M2는 상기 전압 U 및 상기 전류 I에 기초하여 계산되는 무효 전력 Q인, 무효 전력 제어 방법.
  21. 제13항에 있어서,
    역률 제어 모드를 미리 설정하는 단계를 더 포함하고;
    상기 역률 제어 모드에서, 상기 전기량 파라미터는 전압 U 및 전류 I를 포함하고,
    상기 무효 전력 계산 값 M2는:
    상기 전압 U 및 상기 전류 I에 기초하여, 상기 전압 U와 상기 전류 I 사이의 위상차 Φ 및 상기 미리 설정된 제어 포인트의 유효 전력 P를 계산하는 단계; 및
    상기 유효 전력 P 및 상기 위상차 Φ에 기초하여 무효 전력 Q를 계산하는 단계
    에 의해 계산되는 상기 무효 전력 Q인, 무효 전력 제어 방법.
  22. 제13항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 설정된 제어 포인트의 전기량 파라미터를 취득하는 단계는: 상기 미리 설정된 제어 포인트의 전기량 파라미터를 하드와이어 방식으로 취득하는 단계를 포함하는, 무효 전력 제어 방법.
  23. 제15항에 있어서,
    국부 제어 방식에서, 새로운 에너지 사이트 내의 저전압측 버스와 주 변압기 사이의 인터페이스 포인트가 상기 미리 설정된 제어 포인트로서 결정되고;
    원격 제어 방식에서, 상기 새로운 에너지 사이트 내의 고전압측 버스와 상기 주 변압기 사이의 인터페이스 포인트가 상기 미리 설정된 제어 포인트로서 결정되는, 무효 전력 제어 방법.
  24. 제15항에 있어서,
    안전 제약 조건을 미리 취득하는 단계; 및
    상기 안전 제약 조건, 상기 비교 결과 및 상기 목표 무효 전력 값에 기초하여 상기 무효 전력 할당 전략을 생성하는 단계
    를 더 포함하는, 무효 전력 제어 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 안전 제약 조건은:
    상기 미리 설정된 제어 포인트의 전압 제한 제약;
    상기 미리 설정된 제어 포인트의 전압 돌변량 제약;
    상기 풍력 발전기 세트의 단자 전압 제약;
    상기 풍력 발전기 세트의 최대 무효 전력 능력 및 가용 무효 전력 능력 제약;
    상기 풍력 발전기 세트의 변환기의 온도 제약; 및
    상기 무효 전력 보상 디바이스의 최대 무효 전력 보상 능력 제약
    중 적어도 하나를 포함하는, 무효 전력 제어 방법.
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