KR102143442B1 - Apparatus for reducing harmonics of the power network - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus for reducing harmonic waves of a power system comprising: a distributed power source for generating power; and a breaker for providing the power generated in the distributed power source to a load and a power system or blocking the same. The distributed power source includes: a power generation unit for generating direct current power using renewable energy; a power conversion apparatus including a three-phase inverter and generating alternating current power by switching the three-phase inverter that receives the direct current power so as to output the same; a phase shifter for shifting at least one phase of harmonic components included in the alternating current power of the power conversion apparatus connected to the load and outputting the same; a second detection unit for detecting N harmonic components (N is a natural number greater than or equal to 2) included in the alternating current power output from the power conversion apparatus connected to the load; a third detection unit for detecting at least an N^th harmonic component included the power system; and a control unit for controlling output of the power conversion apparatus according to a direct current power detection result from the first detection unit, minimizing an N^th harmonic component detection result from the second detection unit, and shifting a phase of the N^th harmonic components included in the output of the power conversion apparatus according to an N^th harmonic component detection result of the third detection unit so as to output the same. According to the present invention, harmonic waves of a power system connected to a distributed power source can be reduced.

Description

전력계통 고조파 저감 장치{Apparatus for reducing harmonics of the power network}Apparatus for reducing harmonics of the power network

본 발명은 전력계통 고조파 저감 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신재생에너지를 이용하는 발전설비 등이 연계된 전력계통의 고조파를 저감하는 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for reducing harmonics of a power system, and more particularly, to an apparatus for reducing harmonics of a power system to which a power generation facility using renewable energy is linked.

최근 반도체 응용기기 등 비선형 부하의 급증과 전기품질에 민감한 기기보급 확대에 따라 고조파로 인한 정전이 증가하는 반면 고조파로 인한 고장은 원인규명이 어려워 체계적인 정전통계 관리가 어려워졌다. 고조파 전류가 전력계통에 흐르면 전력계통의 전압 파형이 왜곡될 수 있고, 이는 선로 정전 등을 유발한다. In recent years, with the rapid increase in nonlinear loads such as semiconductor application devices and the expansion of the supply of devices sensitive to electrical quality, power outages due to harmonics are increasing, while failures due to harmonics are difficult to identify and systematically manage power outage statistics. When a harmonic current flows through the power system, the voltage waveform of the power system may be distorted, which causes a line power failure.

전력계통의 공급신뢰도를 제고하고 고품질의 전력서비스를 제공하기 위해 전력계통의 고조파에 대한 관리가 요구된다. In order to improve the reliability of the power system supply and provide high-quality power services, it is required to manage the harmonics of the power system.

전력계통의 고조파 저감 장치를 제안한다.A device for reducing harmonics in the power system is proposed.

전력계통의 고조파 저감 장치로서, 전력을 생성하는 분산전원; 및 상기 분산전원으로부터 생성된 전력을 부하 및 전력계통으로 제공하거나 차단하는 차단기;를 포함한다. An apparatus for reducing harmonics of a power system, comprising: a distributed power source for generating power; And a circuit breaker that provides or cuts off power generated from the distributed power supply to a load and a power system.

상기 분산전원은 신재생에너지를 이용하여 직류 전원을 생성하는 발전부; 3상 인버터를 포함하고, 상기 직류 전원을 입력받는 상기 3상 인버터를 스위칭하여 교류 전원을 생성하여 출력하는 전력변환장치; 부하와 연결된 상기 전력변환장치의 교류 전원에 포함된 고조파 성분 중 적어도 하나의 위상을 쉬프트시켜 출력하는 위상 쉬프터; 부하와 연결된 상기 전력변환장치에서 출력되는 교류 전원에 포함된 N(N은 2이상의 자연수) 고조파 성분을 검출하는 제2 검출부; 전력계통에 포함된 적어도 N차 고조파 성분을 검출하는 제3 검출부; 및 상기 제1 검출부로부터의 직류 전원 검출 결과에 따라 상기 전력변환장치의 출력을 제어하되 상기 제2 검출부로부터의 N차 고조파 성분 검출 결과가 최소화되도록 하고, 상기 제3 검출부의 N차 고조파 성분 검출 결과에 따라 상기 전력변환장치의 출력에 포함된 N차 고조파 성분의 위상을 쉬프트시켜 출력하는 제어부;를 포함한다.The distributed power generation unit for generating DC power using new renewable energy; A power conversion device including a three-phase inverter and for generating and outputting AC power by switching the three-phase inverter receiving the DC power; A phase shifter that shifts and outputs at least one of the harmonic components included in the AC power source of the power converter connected to the load; A second detection unit for detecting N (N is a natural number of 2 or more) harmonics included in the AC power output from the power conversion device connected to the load; A third detector for detecting at least an Nth harmonic component included in the power system; And controlling the output of the power conversion device according to the DC power detection result from the first detection unit, so that the Nth harmonic component detection result from the second detection unit is minimized, and the Nth harmonic component detection result of the third detection unit. And a control unit for shifting and outputting the phase of the Nth harmonic component included in the output of the power conversion device.

상기 제어부는 상기 부하로부터 유입되는 고조파 성분과 상기 3상 인버터에서 발생되는 대응하는 고조파 성분의 합성 성분이 최소화되도록 상기 3상 인버터의 스위칭을 제어한다.The control unit controls the switching of the three-phase inverter to minimize a composite component of a harmonic component introduced from the load and a corresponding harmonic component generated in the three-phase inverter.

상기 제어부는 상기 제3 검출부의 N차 고조파 성분 검출 결과가 최소화되도록 입력되는 교류 전원에 포함된 N차 고조파 성분의 위상을 쉬프트한다.The control unit shifts the phase of the Nth harmonic component included in the input AC power so that the Nth harmonic component detection result of the third detection unit is minimized.

상기 위상 쉬프터는 상기 전력계통의 대응하는 고조파 성분을 최소화되도록, 상기 부하로부터 유입되는 고조파 성분, 또는 상기 부하로부터 유입되는 고조파 성분과 상기 3상 인버터에서 발생되는 고조파 성분의 합성 성분의 위상을 쉬프트한다.The phase shifter shifts the phase of a harmonic component introduced from the load or a composite component of a harmonic component introduced from the load and a harmonic component generated from the three-phase inverter so as to minimize a corresponding harmonic component of the power system. .

본 발명에 따르면 분산전원이 연계된 전력계통의 고조파 성분을 안정적으로 관리할 수 있다.According to the present invention, it is possible to stably manage harmonic components of a power system to which distributed power is connected.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력계통의 고조파 저감 장치를 나타낸다.1 shows an apparatus for reducing harmonics of a power system according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제안하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.The terms used in the present specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to suggest the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” does not exclude the presence or addition of one or more other components other than the components mentioned. Throughout the specification, the same reference numerals refer to the same components, and “and/or” includes each and every combination of one or more of the components mentioned. Although "first", "second", etc. are used to describe various components, it goes without saying that these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Therefore, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the technical idea of the present invention. In addition, terms such as “... unit” and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software. .

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. The embodiments introduced below are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those of ordinary skill in the art.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력계통의 고조파 장치를 나타낸다.1 shows a harmonic device of a power system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전력계통(130)의 고조파 저감 장치는 전력을 생성하는 분산전원(110) 및 상기 분산전원(110)으로부터 생성된 전력을 전력계통(130)으로 제공하거나 차단하는 차단기(120)를 포함한다. 상기 분산전원(110)은 연결된 부하(140)에 전력을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 1, the apparatus for reducing harmonics of the power system 130 according to an embodiment of the present invention uses a distributed power supply 110 that generates power and the power generated from the distributed power supply 110 to a power system 130. It includes a circuit breaker 120 provided or blocked. The distributed power supply 110 may provide power to the connected load 140.

상기 분산전원(110)은 발전부(1102), 전력변환장치(1104), 위상 쉬프터(1106), 제1 검출부(1108), 제2 검출부(1110) 및 제어부(1112)를 포함한다. 분산전원(110)은 발전량이 부하(140)의 수요전력보다 상대적으로 많은 경우 잉여 전력을 전력계통(130)에 공급하고, 반대로 발전량이 부하(140)의 수요전력보다 적은 경우에는 전력계통(130)으로부터 전력을 수급할 수 있다. 분산전원(110)이 전력을 전력계통(130)에 공급하는 경우 분산전원(110)의 비선형특성으로 인하여 전력계통(130)으로 고조파가 유입될 수 있고, 부하(140)가 전력계통(130)에서 전력을 수급받는 경우에도, 부하(140)의 비선형특성으로 인하여 전력계통(130)으로 고조파가 유입될 수 있다.The distributed power supply 110 includes a power generation unit 1102, a power conversion device 1104, a phase shifter 1106, a first detection unit 1108, a second detection unit 1110 and a control unit 1112. The distributed power supply 110 supplies surplus power to the power system 130 when the amount of power generation is relatively greater than the power demand of the load 140, and conversely, when the amount of power generation is less than the power demand of the load 140, the power system 130 Power can be supplied from ). When the distributed power supply 110 supplies power to the power system 130, harmonics may be introduced into the power system 130 due to the non-linear characteristics of the distributed power supply 110, and the load 140 is the power system 130 Even when electric power is received from and received, harmonics may be introduced into the power system 130 due to the nonlinear characteristics of the load 140.

상기 발전부(1102)는 직류 전원을 생성한다. 상기 발전부(1102)는 신재생에너지를 이용할 수 있다. 이 경우, 상기 발전부(1102)는 태양광 패널 또는 풍력 터빈을 포함할 수 있다. The power generation unit 1102 generates DC power. The power generation unit 1102 may use new and renewable energy. In this case, the power generation unit 1102 may include a solar panel or a wind turbine.

상기 전력변환장치(1104)는 발전부(1102)에서 생성한 직류 전원을 입력바다 교류 전원을 출력한다. 상기 전력변환장치(1104)는 상기 전력계통(130)에 연계되어야 하므로, 젼력계통(130)의 위상에 동기된 교류 전원을 생성한다. 상기 전력변환장치(1104)는 인버터를 포함할 수 있다. 인버터는 비선형 특성을 가지는 반도체 스위칭 소자로 구성될 수 있다. 이 경우, 인버터는 비선형 장치이기 때문에 고조파가 발생한다. 상기 반도체 스위칭 소자로서 IGBT(Insulated Gated Bipolar Transistor)가 사용될 수 있다. 상기 반도체 스위칭 소자는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식으로 스위칭될 수 있다. 상기 전력변환장치(1104)의 출력단에는 PWM 스위칭에 의해 발생하는 고조파 성분을 포함한다. 그 결과, 상기 전력변환장치(1140)에서 출력되는 파형은 찌그러진 정현파 형상을 가지게 된다. 이 찌그러진 정현파는 기본 주파수의 정현파인 기본파와 기본 주파수의 정수배의 주파수의 정현파인 고조파를 포함한다. 기본 주파수에 대한 고조파 주파수의 비율이 고조파의 차수가 된다. 즉, N(N은 2이상의 자연수)차 고조파라는 것은 기본파의 N배 주파수를 가지는 정현파를 의미한다. 발전부(1102)는 일사량, 온도 등의 외부환경에 따라 전력-전압 곡선, 전류-전압 곡선이 비선형적으로 변화하게 된다. 이를 위해 상기 전력변환장치(1104)는 인버터에 일정한 직류 전원을 공급하는 승압형 직류-직류 컨버터를 더 포함할 수 있다.The power conversion device 1104 inputs DC power generated by the power generation unit 1102 and outputs AC power to the sea. Since the power conversion device 1104 needs to be linked to the power system 130, it generates AC power in synchronization with the phase of the power system 130. The power conversion device 1104 may include an inverter. The inverter may be composed of a semiconductor switching device having nonlinear characteristics. In this case, since the inverter is a nonlinear device, harmonics are generated. As the semiconductor switching device, an Insulated Gated Bipolar Transistor (IGBT) may be used. The semiconductor switching device may be switched in a PWM (Pulse Width Modulation) control method. The output terminal of the power conversion device 1104 contains a harmonic component generated by PWM switching. As a result, the waveform output from the power conversion device 1140 has a distorted sinusoidal shape. This distorted sine wave includes a fundamental wave, which is a sine wave of the fundamental frequency, and a harmonic wave, which is a sine wave of an integer multiple of the fundamental frequency. The ratio of the harmonic frequency to the fundamental frequency is the order of the harmonic. That is, N (N is a natural number greater than or equal to 2)th harmonic means a sine wave having a frequency of N times the fundamental wave. In the power generation unit 1102, a power-voltage curve and a current-voltage curve non-linearly change according to external environments such as solar radiation and temperature. To this end, the power conversion device 1104 may further include a step-up type DC-DC converter that supplies constant DC power to the inverter.

상기 전력변환장치(1104)는 제어부(1112)의 지시에 따라 인버터의 스위칭을 제어하여 출력되는 교류 전류에 포함된 고조파 성분을 최소화한다. 예를 들어 상기 전력변환장치(1104)는 제어부(1112)의 지시에 따라 출력에 포함된 N(N은 2이상의 자연수)차 고조파 성분의 위상을 제어할 수 있다. 상기 전력변환장치(1104)는 인버터의 스위칭에 따라 고조파를 유출하고, 연결된 부하(140)로부터 고조파가 유입될 수 있다. 따라서 상기 전력변환장치(1104)에서 출력되는 교류 전류에 포함된 고조파 성분은 인버터에 의해 생성된 고조파 성분 및 상기 부하(140)로부터 유입된 고조파 성분의 합성이 될 수 있다. 상기 전력변환장치(1104)는 이 고조파 합성 성분이 최소화되도록 제어부(1112)에 의해 제어된다.The power conversion device 1104 minimizes harmonic components included in the output AC current by controlling switching of the inverter according to the instruction of the controller 1112. For example, the power conversion device 1104 may control the phase of the N (N is a natural number greater than or equal to 2) harmonic components included in the output according to the instruction of the controller 1112. The power conversion device 1104 may leak harmonics according to the switching of the inverter, and harmonics may be introduced from the connected load 140. Accordingly, the harmonic component included in the AC current output from the power conversion device 1104 may be a combination of a harmonic component generated by the inverter and a harmonic component introduced from the load 140. The power conversion device 1104 is controlled by the control unit 1112 so that this harmonic synthesis component is minimized.

위상 쉬프터(1106)는 분산전원(110)이 부하 및 전력계통(130)에 전력을 공급하는 경우, 전력변환장치(1104)에서 출력되는 교류 전류에 포함된 고조파 성분의 위상을 쉬프트하여 전력계통(130)으로 출력한다. 한편, 전력계통(130)으로부터 전력을 제공받는 경우에는 부하(140)에서 유입되는 고조파 성분의 위상을 쉬프트하여 전력계통(130)으로 출력한다. 구체적으로, 위상 쉬프터(1106)는 제어부(1112)의 지시에 따라 상기 전력변환장치(1104)에서 출력되는 교류 전류에 포함된 고조파의 위상을 쉬프트하여 출력한다. 상기 위상 쉬프터(1106)는 제어부(1112)로부터 위상 쉬프트 대상 및 위상 쉬프트 정도에 관한 정보를 수신하여 해당하는 차수의 고조파 성분에 대하여 위상 쉬프트를 수행한다. 상기 위상 쉬프터(1106)는 특정 주파수 성분의 위상을 선택적으로 쉬프트시킬 수 있다. 이를 위해 상기 위상 쉬프터(1106)는 적어도 하나의 위상 쉬프팅 유닛(미도시)을 구비할 수 있다. 각 위상 쉬프팅 유닛은 해당하는 차수의 고조파 성분의 위상을 지시받은 양만큼 쉬프트시킬 수 있다. 상기 위상 쉬프터(1106)는 분산전원(110)이 전력계통(130)에 전력을 공급하는 경우 전력변환장치(1104)에서 출력되는 파형에 포함된 고조파 성분을 제거한 파형을 출력하고, 전력계통(130)으로부터 전력을 제공받는 경우 부하(140)에서 유입되는 고조파 성분을 제거한 파형을 출력하는 필터(미도시), 특정 고조파 성분만을 골라내어 위상을 쉬프트시켜 출력하는 위상 쉬프팅 유닛(미도시) 및 상기 필터(미도시)의 출력과 상기 쉬프팅 유닛(미도시)의 출력을 합성하여 출력하는 합성부(미도시)를 포함할 수 있다. 필터(미도시)가 위상 변이가 필요없는 성분만 골라내어 출력하고, 쉬프팅 유닛(미도시)이 위상 변이가 필요한 고조파 성분에 대하여 위상을 쉬프트시켜 출력한다. 합성부(미도시)는 위상 쉬프트 없이 출력된 필터의 출력과 위상을 쉬프트시켜 출력한 쉬프팅 유닛의 출력을 합성하여 전력계통에 공급하게 된다.When the distributed power supply 110 supplies power to the load and the power system 130, the phase shifter 1106 shifts the phase of the harmonic component included in the alternating current output from the power conversion device 1104, and the power system ( 130). Meanwhile, when receiving power from the power system 130, the phase of the harmonic component introduced from the load 140 is shifted and output to the power system 130. Specifically, the phase shifter 1106 shifts and outputs the phase of the harmonics included in the AC current output from the power conversion device 1104 according to the instruction of the control unit 1112. The phase shifter 1106 receives information on a phase shift object and a phase shift degree from the control unit 1112 and performs a phase shift on a harmonic component of a corresponding order. The phase shifter 1106 may selectively shift the phase of a specific frequency component. To this end, the phase shifter 1106 may include at least one phase shifting unit (not shown). Each phase shifting unit may shift the phase of a harmonic component of a corresponding order by the indicated amount. When the distributed power supply 110 supplies power to the power system 130, the phase shifter 1106 outputs a waveform by removing the harmonic components included in the waveform output from the power conversion device 1104, and the power system 130 ) When receiving power from the load 140, a filter (not shown) that outputs a waveform from which the harmonic components introduced from the load 140 are removed, a phase shifting unit (not shown) that selects only a specific harmonic component and shifts the phase to output the filter A synthesis unit (not shown) for synthesizing and outputting the output of (not shown) and the output of the shifting unit (not shown) may be included. A filter (not shown) selects and outputs only components that do not need phase shift, and a shifting unit (not shown) shifts the phase of harmonic components that require phase shift to output. The synthesizing unit (not shown) synthesizes the output of the filter output without phase shift and the output of the shifting unit output by shifting the phase and supplying it to the power system.

상기 제1 검출부(1108)는 상기 전력변환장치(1104)의 출력단에서 고조파 성분을 검출한다. 분산전원(110)이 전력계통(130)에 전력을 공급하는 경우 상기 제1 검출부(1108)는 전력변환장치(1104)의 출력 고조파 성분과 부하로부터 유출되는 고조파 성분을 함께 검출한다. 전력계통(130)으로부터 전력을 공급받는 경우 상기 제1 검출부(1108)는 부하로부터 유출되는 고조파 성분을 검출한다. 구체적으로 상기 제1 검출부(1108)는 제어부(1112)로부터 지시받은 N차 고조파 성분을 검출할 수 있다. 예를 들어 상기 제1 검출부(1108)는 제어부(1112)로부터 지시받은 3차 고조파 전류의 크기와 위상을 검출할 수 있다.The first detection unit 1108 detects a harmonic component at the output terminal of the power conversion device 1104. When the distributed power supply 110 supplies power to the power system 130, the first detection unit 1108 detects an output harmonic component of the power conversion device 1104 and a harmonic component flowing out from the load together. When receiving power from the power system 130, the first detection unit 1108 detects a harmonic component flowing out from the load. Specifically, the first detection unit 1108 may detect the Nth harmonic component indicated by the control unit 1112. For example, the first detection unit 1108 may detect the magnitude and phase of the third harmonic current commanded from the control unit 1112.

상기 제2 검출부(1110)는 전력계통(130)의 고조파 성분을 검출한다. 구체적으로 상기 제2 검출부(1110)는 제어부(1112)로부터 지시받은 N차 고조파 성분을 검출할 수 있다. 예를 들어 상기 제2 검출부(1110)는 제어부(1112)로부터 지시받은 3차 고조파 전류의 크기와 위상을 검출할 수 있다.The second detection unit 1110 detects a harmonic component of the power system 130. Specifically, the second detection unit 1110 may detect an Nth harmonic component indicated by the control unit 1112. For example, the second detection unit 1110 may detect the magnitude and phase of the third harmonic current commanded from the control unit 1112.

상기 제어부(1112)는 상기 제1 검출부(1108)에서 검출한 N차 고조파 성분을 획득하고, 이를 이용하여 상기 전력변환장치(1104)의 출력 고조파를 최소화하도록 제어한다. 또한 상기 제어부(1112)는 상기 제2 검출부(1110)에서 검출한 N차 고조파 성분을 획득하고, 전력계통(130)의 N차 고조파 성분을 최소화할 수 있는 상기 위상 쉬프터(1106)의 N차 고조파 성분의 위상 쉬프트량을 결정한다. 상기 위상 쉬프터(1106)의 N차 고조파 성분이 전력계통(130)으로 유입됨에 따라 전력계통(130)의 N차 고조파 성분에 영향을 주게 된다. 따라서, 상기 위상 쉬프터(1106)는 전력계통(130)으로의 고조파 성분의 유입을 단순히 차단하는 종래의 필터 기술과 달리, 전력변환장치(1104)에서 출력되는 고조파를 적극적으로 이용하여 위상 쉬프트된 상기 전력변환장치(1104)의 고조파 성분이 전력계통(130)으로 유입되어 대응하는 고조파 성분을 저감하도록 제어한다.The control unit 1112 obtains the Nth harmonic component detected by the first detection unit 1108 and controls the output harmonic of the power conversion device 1104 to be minimized by using this. In addition, the control unit 1112 obtains the Nth harmonic component detected by the second detection unit 1110 and minimizes the Nth harmonic component of the power system 130, the Nth harmonic of the phase shifter 1106. Determine the amount of phase shift of the component. As the Nth harmonic component of the phase shifter 1106 flows into the power system 130, the Nth harmonic component of the power system 130 is affected. Therefore, the phase shifter 1106 actively uses the harmonics output from the power conversion device 1104, unlike the conventional filter technology that simply blocks the inflow of harmonic components into the power system 130. The harmonic component of the power conversion device 1104 flows into the power system 130 and controls to reduce the corresponding harmonic component.

예를 들어, 상기 제어부(1112)는 상기 전력변환장치(1104)의 3차 고조파 성분이 상기 전력계통(130)에 유입될 경우 상기 전력계통(130)의 대응하는 3차 고조파 성분을 최소화하는 위상을 결정하고, 상기 위상 쉬프터(1106)로 하여금 상기 전력변환장치(1104)의 3차 고조파를 해당 위상으로 쉬프트하여 출력할 것을 지시하게 된다.For example, when the third harmonic component of the power conversion device 1104 flows into the power system 130, the control unit 1112 is a phase that minimizes the corresponding third harmonic component of the power system 130 Is determined, and the phase shifter 1106 is instructed to shift the third harmonic of the power conversion device 1104 to a corresponding phase and output it.

상기 제어부(1112)는 전력계통(130)의 고조파 왜형률(THD)을 확인하고, 상기 고조파 왜형률이 기준시간 이상 기준치를 초과하는 경우, 상기 차단기(120)를 개방하여 상기 분산전원(110)을 전력계통(130)에서 차단할 수 있다. 고조파 왜형률은 기본 성분의 실효값에 대한 특정 차수까지의 모든 고조파 성분의 실효값 총합의 비율을 가리킨다. 전력계통(130)의 고조파 왜형률은 전력공급자에 의해 관리될 수 있다. 분산전원(110)을 사용하는 수용가는 이 수치보다 낮은 수치를 요구받을 수 있으며, 이 경우 전력공급자가 요구하는 수치를 기준치로 설정할 수 있다. 제어부(1112)의 제어에 따라 위상 쉬트터(1106)가 고조파 위상 변이 작업을 수행하더라도 기준시간 이상 고조파 왜형률이 기준치를 초과하게 되면, 분산전원(110)의 연결을 차단하여 전력계통(130)의 안전성을 확보하게 된다.The control unit 1112 checks the harmonic distortion factor (THD) of the power system 130, and when the harmonic distortion factor exceeds a reference value by more than a reference time, the circuit breaker 120 is opened and the distributed power supply 110 Can be blocked in the power system 130. The harmonic distortion factor refers to the ratio of the sum of the effective values of all harmonic components up to a specific order to the effective value of the basic component. The harmonic distortion factor of the power system 130 may be managed by the power supplier. The customer using the distributed power supply 110 may be requested to be a value lower than this value, and in this case, a value requested by the power supplier may be set as a reference value. Even if the phase sheeter 1106 performs the harmonic phase shift operation under the control of the control unit 1112, if the harmonic distortion factor exceeds the reference value for more than a reference time, the connection of the distributed power supply 110 is cut off and the power system 130 Will ensure the safety of

한편, 상기 차단기(120)는 전력계통(130) 또는 상기 분산전원(110)의 고장 발생시 자동적으로 개방될 수 있다. 이를 위해 상기 차단기(120)는 고장으로 인해 발생하는 과전류 등을 검출하는 계전기 및 상기 계전기의 지시에 따라 연결을 차단하는 스위치를 포함할 수 있다.Meanwhile, the circuit breaker 120 may be automatically opened when a failure of the power system 130 or the distributed power supply 110 occurs. To this end, the breaker 120 may include a relay that detects an overcurrent or the like that occurs due to a failure, and a switch that blocks the connection according to an instruction of the relay.

종래는 전력계통(130)의 고조파 수준 관리를 위해 분산전원(110)의 인버터 출력단에 수동 또는 능동 필터를 배치함으로써 인버터로부터 발생하는 고조파를 단순히 제거하여 전력계통(130)에 제공하였다. 그러나 본 발명의 일실시예에 따르면 단순히 필터를 이용하여 전력계통에 공급되는 교류 전원의 고조파 성분을 제거하는 종래 기술과 달리 2단계의 고조파 저감 스킴을 적용하였다. 1단계로는 부하로부터 유입되는 고조파 영향을 고려하여 인버터의 스위칭을 제어하고 2단계로는 전력계통의 고조파 성분을 고려하여 위상 쉬프터를 추가하게 된다. 1단계에서 고조파 성분이 최소화되므로, 2 단계에서 요구되는 위상 쉬프터의 감쇠, 쉬프팅 정도 등의 성능이 완화되고, 동작 마진을 확보할 수 있다. 구체적으로 부하로부터 유입되는 고조파 성분과 인버터에서 발생되는 고조파 성분의 합성 성분이 최소화되도록 인버터의 스위칭을 제어한다. 다음으로 전력계통(130)에 공급되는 교류 전원의 고조파를 단순히 제거하는 대신 이를 적극적으로 이용하여 전력계통(130)의 고조파를 최소화하게 된다. Conventionally, the harmonics generated from the inverter are simply removed and provided to the power system 130 by arranging a passive or active filter at the output terminal of the inverter of the distributed power supply 110 to manage the harmonic level of the power system 130. However, according to an embodiment of the present invention, a harmonic reduction scheme of two steps is applied, unlike the conventional technique in which the harmonic component of AC power supplied to the power system is simply removed by using a filter. In the first step, the switching of the inverter is controlled by considering the influence of harmonics flowing from the load, and in the second step, a phase shifter is added in consideration of the harmonic component of the power system. Since the harmonic component is minimized in step 1, performance such as attenuation and shifting degree of the phase shifter required in step 2 can be relaxed, and operation margin can be secured. Specifically, the switching of the inverter is controlled so that the composite component of the harmonic component introduced from the load and the harmonic component generated from the inverter is minimized. Next, instead of simply removing the harmonics of the AC power supplied to the power system 130, the harmonics of the power system 130 are minimized by actively using them.

따라서 종래의 필터를 적용하는 방법에 비하여 전력계통(130)의 고조파 안정화라는 전력관리의 궁극적인 목적에 더욱 부합하게 된다. 또한, 분산전원(110)으로부터 전력계통(130)으로 유입되는 고조파 성분 중 일부를 선택하고 그 위상만을 쉬프트시키는 간단한 방법을 적용함으로써 구현이 용이하고 보다 저렴한 비용으로 구현할 수 있다.Therefore, compared to the method of applying a conventional filter, it is more suitable for the ultimate purpose of power management of stabilizing the harmonics of the power system 130. In addition, by applying a simple method of selecting some of the harmonic components flowing into the power system 130 from the distributed power supply 110 and shifting only the phase, it can be implemented easily and at a lower cost.

본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스트, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능한 기록매체에 상주할 수도 있다.The steps of a method or algorithm described in connection with an embodiment of the present invention may be implemented directly in hardware, a software module executed by hardware, or a combination thereof. Software modules include Random Access Memory (RAM), Read Only Memory (ROM), Erasable Programmable ROM (EPROM), Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM), Flash Memory, hard disk, removable disk, CD-ROM, or It may reside on any type of computer-readable recording medium well known in the art to which the present invention pertains.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but those skilled in the art to which the present invention pertains may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. You will understand. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should be understood as non-limiting.

110: 분산전원 120: 차단기
130: 전력계통 140: 부하
1102: 발전부 1104: 전력변환장치
1106: 위상쉬프터 1108: 제1 검출부
1110: 제2 검출부 1112: 제어부 110: distributed power supply 120: circuit breaker
130: power system 140: load
1102: power generation unit 1104: power conversion device
1106: phase shifter 1108: first detection unit
1110: second detection unit 1112: control unit

Claims (4)

신재생에너지를 이용하여 직류 전원을 생성하는 발전부와, 직류-직류 컨버터를 이용하여 일정한 상기 직류 전원을 3상 인버터로 공급하고, 상기 3상 인버터를 스위칭하여 고조파 성분을 포함하는 교류 전원을 출력하는 전력변환장치와, 상기 교류 전원에 포함된 고조파 성분 중 적어도 하나의 위상을 쉬프트시켜 전력계통으로 출력하는 위상 쉬프터와, 상기 교류 전원에 포함된 고조파 성분을 검출하는 제1 검출부와, 상기 전력계통에 포함된 고조파 성분을 검출하는 제2 검출부와, 부하로부터 유입되는 고조파 성분과 상기 3상 인버터에서 발생하는 고조파 성분의 합성 성분이 최소화되도록 제어하고, 상기 교류 전원의 고조파 성분이 상기 전력계통의 고조파 성분을 최소화하는 위상을 결정하여 상기 교류 전원의 고조파 성분의 위상을 쉬프트하도록 제어하는 제어부를 포함하는 분산전원; 및
상기 분산전원 또는 상기 전력계통의 고장으로 인해 발생하는 과전류를 검출하고, 고장시 상기 분산전원과 상기 전력계통의 연결을 차단하는 차단기를 포함하되,
상기 위상 쉬프터는,
상기 위상 쉬프터는 상기 분산전원이 전력계통에 전력을 공급하는 경우 상기 전력변환장치에서 출력되는 파형에 포함된 고조파 성분을 제거한 파형을 출력하고, 상기 전력계통으로부터 전력을 제공받는 경우 상기 부하에서 유입되는 고조파 성분을 제거하되 위상 변이가 필요없는 고조파 성분을 출력하는 필터와, 상기 교류 전원에서 위상 변이가 필요한 고조파 성분의 위상을 쉬프트시켜 상기 전력계통으로 출력하는 쉬프팅 유닛과, 상기 쉬프팅 유닛과 상기 필터의 출력을 합성하여 출력하는 합성부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 전력계통의 특정 차수까지의 모든 고조파 성분의 실효값 총합의 비율인 고조파 왜형률이 기준시간 이상 기준치를 초과하는 경우 상기 차단기를 개방하여 상기 분산전원을 차단하도록 하는 전력계통 고조파 저감 장치.A power generation unit that generates DC power using renewable energy and a DC-DC converter to supply the constant DC power to a three-phase inverter, and switch the three-phase inverter to output AC power including harmonics. A power conversion device that shifts the phase of at least one of the harmonic components included in the AC power source and outputs the phase shifter to the power system; a first detection unit that detects harmonic components included in the AC power source; and the power system A second detection unit that detects a harmonic component included in the load, and a harmonic component introduced from the load and a harmonic component generated in the three-phase inverter are controlled to minimize the composite component, and the harmonic component of the AC power supply is the harmonic of the power system. A distributed power supply including a control unit for determining a phase for minimizing a component and controlling the phase of the harmonic component of the AC power source to be shifted; And
A circuit breaker configured to detect overcurrent caused by a failure of the distributed power supply or the power system, and cut off the connection between the distributed power supply and the power system in case of failure,
The phase shifter,
The phase shifter outputs a waveform from which harmonics components included in the waveform output from the power conversion device are removed when the distributed power supplies power to the power system, and when power is supplied from the power system, the phase shifter is introduced from the load. A filter that outputs a harmonic component that removes a harmonic component but does not need a phase shift, a shifting unit that shifts a phase of a harmonic component that needs a phase shift in the AC power and outputs it to the power system, and the shifting unit and the filter It includes a synthesizer for synthesizing and outputting the output,
The control unit,
A power system harmonic reduction device configured to cut off the distributed power by opening the circuit breaker when the harmonic distortion factor, which is a ratio of the sum of the effective values of all harmonic components up to a specific order of the power system, exceeds a reference value by more than a reference time. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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