KR102236082B1 - 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템 및 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템 및 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 방법이 제공된다. 시스템은 버스의 실시간 전압 및 실시간 전류를 획득하고, 실시간 전압 및 실시간 전류에 기초하여 역률을 계산하도록 구성된 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127); 역률을 수신하고, 역률이 미리 정해진 임계치보다 낮은 경우에 리액티브 전력 제어 명령을 송신하도록 구성된 중앙 제어 장치(101); 및 적어도 하나의 로컬 제어 장치 - 적어도 하나의 로컬 제어 장치는 리액티브 전력 제어 명령을 수신하고, 제어 신호를 적어도 하나의 로컬 제어 장치에 의해 제어되는 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치 및 적어도 하나의 분산형 전원으로 송신하도록 구성됨 - 를 포함한다. 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치는 제어 신호에 응답하여 강하 제어에 의해 버스의 전압을 보상하고, 적어도 하나의 분산형 전원은 제어 신호에 응답하여 리액티브 전력을 버스로 출력하여 버스의 역률을 증가시킨다.

Description

마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템 및 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 방법
본 개시는 마이크로 그리드(micro-grid) 제어 분야에 관한 것으로, 특히 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템 및 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 분산형 발전이 널리 사용되어 왔다. (마이크로 전원으로 약칭되는) 작은 용량의 비집중식 분산형 발전 시스템, 에너지 저장 시스템, 부하 등을 포함하는 마이크로 그리드가 많은 주목을 받고 있다.
마이크로 그리드는 여러 종류의 분산형 전원(예로서, 광전지 발전소, 풍력 터빈, 디젤 엔진 등)을 포함하며, 발전의 간헐성, 그리드 지지대의 필요성, 장애 발생 시의 접속 해제의 필요성 및 전력 품질의 불안정성의 단점들이 있다. 따라서, 마이크로 그리드의 전압의 안정성을 제어하고, 전력 품질을 향상시키고, 그리드 접속 해제 상태와 그리드 접속 상태 사이의 중단 없는 스위칭을 실현하기 위해서는 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템이 필요하다.
본 개시의 제1 양태에 따르면, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템이 제공된다.
마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템은 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치, 중앙 제어 장치 및 적어도 하나의 로컬 제어 장치를 포함한다. 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치는 버스의 실시간 전압 및 실시간 전류를 획득하고, 실시간 전압 및 실시간 전류에 기초하여 역률을 계산하도록 구성된다. 중앙 제어 장치는 역률을 수신하고, 역률이 미리 정해진 임계치보다 낮은 경우 리액티브 전력 제어 명령을 송신하도록 구성된다. 적어도 하나의 로컬 제어 장치는 리액티브 전력 제어 명령을 수신하고, 제어 신호를 적어도 하나의 로컬 제어 장치에 의해 제어되는 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치 및 적어도 하나의 분산형 전원으로 송신하도록 구성된다. 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치는 제어 신호에 응답하여 강하 제어에 의해 버스의 전압을 보상하고, 적어도 하나의 분산형 전원은 제어 신호에 응답하여 리액티브 전력을 버스로 출력하여 버스의 역률을 증가시킨다.
본 개시의 제2 양태에 따르면, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 방법이 제공된다. 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 방법은 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치에 의해 버스의 실시간 전압 및 실시간 전류를 획득하고, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치에 의해 실시간 전압 및 실시간 전류에 기초하여 역률을 계산하는 단계; 및 중앙 제어 장치에 의해, 역률이 미리 정해진 임계치보다 낮은 경우 리액티브 전력 제어 명령을 송신하여 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치를 제어하여 강하 제어에 의해 버스의 전압을 보상하고, 적어도 하나의 분산형 전원을 제어하여 리액티브 전력을 버스로 출력하여 역률을 증가시키는 단계를 포함한다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템에서 버스의 전압을 보상하는 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 전압 강하 제어의 개략적인 그래프이다.
도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 주파수 강하 제어의 개략적인 그래프이다.
도 5는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 실시간 전력 계산 유닛의 블록도이다.
도 6은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 위상각 계산 유닛의 블록도이다.
도 7은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 전압 진폭 계산 유닛의 블록도이다.
도 8은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 기준 전압 계산 유닛의 블록도이다.
도 9는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 포지티브 시퀀스 전압 외부 루프 및 전류 내부 루프의 이중 루프 제어 전략의 블록도이다.
도 10은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 네거티브 시퀀스 전압 외부 루프 및 전류 내부 루프의 이중 루프 제어 전략의 블록도이다.
도 11은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템의 블록도이다.
도 12는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 그리드 접속 상태에서 그리드 접속 해제 상태로 스위칭할 때의 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 동작 상태를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 그리드 접속 해제 상태에서 그리드 접속 상태로 스위칭할 때의 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 동작 상태를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치에 의한 400V 버스의 위상 트래킹의 원리를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치에 의한 400V 버스의 위상 트래킹의 개략적 위상 도면이다.
본 개시의 상세한 실시예들이 본 명세서에서 요건에 따라 개시되며, 개시된 실시예들은 본 개시의 예들일 뿐이며, 본 개시는 다양한 대안 형태들로 달성될 수 있음을 이해해야 한다. 첨부 도면들은 일정한 축척으로 작성될 필요는 없으며, 일부 특징들은 특정 컴포넌트들의 상세들을 나타내기 위해 과장되거나 최소화될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 특정 구조들 및 기능 상세들은 제한으로서 이해되어서는 안되며, 다양한 형태들로 본 개시를 사용하도록 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게 교시하기 위한 대표적인 기초로서만 사용되어야 한다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템의 블록도이다. 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템은 중앙 제어 장치(101), 육상 디스패칭 센터(102), 풍력 터빈 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(111), 광전지 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(112), 에너지 저장 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(113), 마이크로 가스 터빈 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(114), 디젤 엔진 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(115), 공장 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(116), 동적 안정성 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(117), 풍력 터빈(121), 광전지 발전소(122), 에너지 저장 장치(123), 마이크로 가스 터빈(124), 디젤 엔진(125), 공장(126) 및 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)를 포함한다.
도 1을 참조하며, 중앙 제어 장치(101)는 송신 제어 프로토콜(Modbus TCP)을 통해 육상 디스패칭 센터(102)에 접속되고, 전력 시스템 자동화 분야(IEC61850)에 대한 글로벌 공통 표준에 따라 각각의 로컬 제어 장치(예를 들어, 풍력 터빈 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(111), 광전지 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(112), 에너지 저장 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(113), 마이크로 가스 터빈 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(114), 디젤 엔진 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(115), 공장 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(116), 동적 안정성 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(117) 등)에 접속된다. 각각의 로컬 제어 장치는 (풍력 터빈(121), 광전지 발전소(122), 에너지 저장 장치(123), 마이크로 가스 터빈(124), 디젤 엔진(125), 공장(126)과 같은) 대응하는 분산형 전원 및 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)에 Modbus TCP를 통해 접속된다. 광전지 발전소(122), 에너지 저장 장치(123), 마이크로 가스 터빈(124), 디젤 엔진(125), 공장(126) 및 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 400V 버스에 접속된다.
도 2는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템에서 버스의 전압을 보상하는 방법의 흐름도이다.
도 2를 참조하며, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 400V 버스의 실시간 전압 및 실시간 전류를 획득하고(S21), 400V 버스의 역률을 계산할 수 있다(S22). 이어서, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 계산된 역률을 로컬 제어 장치(117)를 통해 중앙 제어 장치(101)에 피드백할 수 있다. 중앙 제어 장치(101)는 역률이 미리 정해진 임계치보다 낮은지를 결정한다(S23). 역률이 미리 정해진 임계치보다 낮은 경우, 중앙 제어 장치(101)는 리액티브 전력 제어 명령을 각각의 로컬 제어 장치(광전지 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(112), 에너지 저장 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(113), 마이크로 가스 터빈 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(114), 디젤 엔진 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(115), 공장 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(116), 동적 안정성 데이터 획득 및 로컬 제어 장치(117))로 송신할 수 있다. 각각의 로컬 제어 장치는 제어 신호를 대응하는 분산형 전원 및 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)로 송신할 수 있다(S24).
분산형 전원(광전지 발전소(122), 에너지 저장 장치(123), 마이크로 가스 터빈(124), 디젤 엔진(125), 공장(126))이 제어 신호를 수신한 후에, 분산형 전원은 리액티브 전력을 400V 버스에 출력하여 버스 전압의 역률을 증가시킬 수 있다. 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템이 제어 신호를 수신한 후, 버스의 전압을 보상하기 위해 강하 제어가 채택된다.
도 3은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 전압 강하 제어의 개략적인 그래프이다. 도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 주파수 강하 제어의 개략적인 그래프이다.
도 3을 참조하며, 400V 버스의 전압이 표준 값 V0보다 높은 경우, 각각의 분산형 전원은 리액티브 전력을 흡수하여, 전압을 표준 값 V0으로 감소시킬 수 있다. 400V 버스의 전압이 표준 값 V0보다 낮은 경우, 각각의 분산형 전원은 리액티브 전력을 출력하여, 전압을 표준 값 V0으로 증가시킬 수 있다.
마이크로 그리드 시스템이 고장나는 경우, 전압은 갑자기 V1로 떨어지고, 시스템의 동작 상태는 포인트 A에서의 상태에서 포인트 B에서의 상태로 변경될 수 있으며, 이때 더 많은 리액티브 전력이 출력되어 버스의 전압을 지원한다. 강하 제어에서, 리액티브 전력이 출력되어 버스의 전압을 보상하고 전압 균형을 유지한다. 강하 제어에 의해 버스의 전압을 보상하는 제어가 이하 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다.
도 5는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 실시간 전력 계산 유닛의 블록도이다. 400V 버스의 실시간 전압 및 실시간 전류는 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)에 의해 획득될 수 있다. 클라크(Clark) 좌표축 변환 및 파크(Park) 좌표축 변환이 획득된 실시간 전압 및 실시간 전류에 대해 수행된다. 축 변환을 수행한 후의 실시간 전압 및 실시간 전류가 실시간 전력 계산 유닛에 입력된다. 실시간 전력 계산 유닛은 400V 버스의 실시간 전력을 계산하고, 400V 버스의 액티브 전력 및 리액티브 전력을 출력할 수 있다.
도 6은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 위상각 계산 유닛의 블록도이다. 도 7은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압 진폭 계산 유닛의 블록도이다.
도 6은 실시간 전력 계산 유닛에 의해 출력되는 액티브 전력과 미리 정해진 액티브 전력에 기초하여 위상각을 계산하는 것을 보여주는 블록도이다. 미리 정해진 액티브 전력은 도 4의 포인트 A에서의 상태에 대응하는 액티브 전력이다. 주파수 강하 계수는 도 4에 도시된 주파수 강하 제어의 개략적인 그래프에서의 곡선의 기울기로서, Δf/ΔP이다. 이어서, 2π×(50 주파수 강하 계수)가 적분 프로세스에 의해 처리된 후에 위상각이 출력된다. 강하 제어에서의 위상 계산은 위상 동기 루프 프로세스를 포함하지 않는데, 즉 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 위상각을 계산할 때 400V 버스의 주파수 신호에 의해 영향을 받지 않을 수 있으며, 미리 정해진 주파수(예로서, 50Hz)가 적분 프로세스를 통해 표준 위상각을 출력하는 데 사용된다.
도 7은 실시간 전력 계산 유닛에 의해 출력되는 리액티브 전력 및 미리 정해진 리액티브 전력에 기초하여 전압 진폭을 계산하는 것을 보여주는 블록도이다. 미리 정해진 리액티브 전력은 도 3의 포인트 A에서의 상태에 대응하는 리액티브 전력이다. 전압 강하 계수는 도 3에 도시된 전압 강하 제어의 개략적인 그래프에서의 곡선의 기울기로서, ΔV/ΔQ이다. 전압의 진폭은 주로 V0의 정격 전압에 기초하여 결정되는데, 즉 전압 강하 제어에서 출력되는 전압의 진폭은 정격 전압에서 변동한다.
도 8은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 기준 전압 계산 유닛의 블록도이다. 출력된 위상각, 출력된 위상각 + 2/3π, 출력된 위상각 - 2/3π 각각의 코사인 값이 출력된 위상각에 기초하여 계산되고, 각각의 코사인 값에 출력 전압의 진폭이 곱해진다. 클라크 좌표축 변환 및 파크 좌표축 변환을 곱셈 결과들에 대해 수행하여 d 축 기준 전압 및 q 축 기준 전압을 획득한다.
도 9는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 포지티브 시퀀스 전압 외부 루프 및 전류 내부 루프의 이중 루프 제어 전략의 블록도이다. 제어 전략에서, 획득된 실시간 전압에 대해 포지티브 시퀀스 추출을 수행하여 d 축 포지티브 시퀀스 전압 피드백 Vpd 및 q 축 포지티브 시퀀스 전압 피드백 Vpq를 획득하고, 공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM)에 대한 포지티브 시퀀스 2상 회전 좌표 컴포넌트를 이중 루프 제어 전략 및 파크 좌표축 역변환을 통해 획득한다. wC는 커패시턴스와 관련된 리액턴스를 나타내며, wL은 인덕턴스와 관련된 리액턴스를 나타낸다.
도 10은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 네거티브 시퀀스 전압 외부 루프 및 전류 내부 루프의 이중 루프 제어 전략의 블록도이다. 제어 전략에서, 획득된 실시간 전압에 대해 네거티브 시퀀스 추출을 수행하여 d 축 포지티브 시퀀스 전압 피드백 Vnd 및 q 축 포지티브 시퀀스 전압 피드백 Vnq를 획득하고, 공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM)에 대한 네거티브 시퀀스 2상 회전 좌표 컴포넌트를 이중 루프 제어 전략 및 파크 좌표축 역변환을 통해 획득한다.
SVPWM에 대한 포지티브 시퀀스 2상 회전 좌표 컴포넌트 및 네거티브 시퀀스 2상 회전 좌표 컴포넌트는 전압의 불균형을 보상할 수 있고, 따라서 시스템의 전압의 포지티브 시퀀스 컴포넌트는 미리 정해진 범위에 있고, 시스템의 전압의 네거티브 시퀀스 컴포넌트는 오프셋된다.
전술한 바와 같이, 마이크로 그리드의 동작 프로세스에서, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 400V 버스의 전압 및 전류를 실시간으로 모니터링하고 실시간 역률을 계산하며, 도 5 내지 10에 설명된 제어 방법에 따라 400V 버스의 전압을 보상한다. 각각의 분산형 전원(광전지 발전소(122), 에너지 저장 장치(123), 마이크로 가스 터빈(124), 디젤 엔진(125), 공장(126))이 제어 신호에 응답하여 리액티브 전력을 400V 버스로 출력하는 프로세스에서, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 400V 버스의 전압 및 전류를 모니터링하고 실시간 역률을 계산하여 피드백 신호를 중앙 제어 장치에 제공한다. 그리고, 각각의 분산형 전원(광전지 발전소(122), 에너지 저장 장치(123), 마이크로 가스 터빈(124), 디젤 엔진(125), 공장(126))에 의해 400V 버스로 출력되는 리액티브 전력은 400V 버스의 전압이 강하 제어를 통해 정격 전력이 되게 할 수 있는 것이 보장된다. 즉, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 각각의 분산형 전원(광전지 발전소(122), 에너지 저장 장치(123), 마이크로 가스 터빈(124), 디젤 엔진(125), 공장(126))에 의해 400V 버스로 출력되는 리액티브 전력을 실시간 모니터링 및 강하 제어를 통해 실시간으로 제어한다.
또한, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 그리드 접속 상태에서 그리드 접속 해제 상태로의 마이크로 그리드의 스위칭 동안 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압의 진폭 및 주파수를 더 제어하여, 그리드 접속 상태에서 그리드 접속 해제 상태로의 마이크로 그리드의 스위칭을 촉진하고, 스위칭 속도를 증가시킬 수 있다.
도 11은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템의 블록도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)와 400V 버스 사이에는 셀프 브레이커(131)가 있고, 400V 버스의 그리드 접속 포인트들 아래에는 전체 마이크로 그리드 시스템의 그리드 접속 브레이커(132)가 있다. 본 예시적인 실시예에서, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 그리드 접속 해제 상태는, 셀프 브레이커(131)가 파괴되고, 그리드 접속 브레이커(132)가 접속되고, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)가 400V 버스로부터 접속 해제된, 즉 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)와 마이크로 그리드 시스템이 그리드로부터 접속 해제되고, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)가 격리 상태에 있는 상태이다.
마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 그리드 접속 상태와 그리드 접속 해제 상태 사이의 스위칭은 중앙 제어 장치(101)에 의해 제어된다. 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 그리드 접속 상태와 그리드 접속 해제 상태 사이의 스위칭이 중앙 제어 장치(101)에 의해 제어되지 않는 경우, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 고장날 수 있고, 도 5 내지 10에 도시된 강하 제어는 심각한 결과를 피하기 위해 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압을 제어하도록 요구되며, 고장 정보는 다음 번에 그리드에 접속되기 전에 소거된다.
도 12는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 그리드 접속 상태에서 그리드 접속 해제 상태로 스위칭되는 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 동작 상태들을 나타낸 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 그리드 접속 상태 하에서, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압 강하 제어 곡선 및 주파수 강하 제어 곡선이 각각 도 12의 좌상 도면 및 우상 도면에 도시된다. 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 동작 상태는 포인트 A에서의 상태로서 도시된다(포인트 A에 대응하는 전압은 V0인 400V 버스의 정격 전압이고, 포인트 A에 대응하는 주파수는 f0인 400V 버스의 주파수이다).
마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)가 그리드 접속 상태에서 그리드 접속 해제 상태로 스위칭된 후, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압 강하 제어 곡선 및 주파수 강하 제어 곡선이 각각 도 12의 좌하 도면 및 우하 도면에 도시된다. 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 동작 상태는 포인트 A1에서의 상태로서 도시된다(포인트 A1에 대응하는 전압은 V1이고, 포인트 A에 대응하는 주파수는 f1이다). 그리드 접속 상태가 그리드 접속 해제 상태로 스위칭될 때, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 동작 상태는 포인트 A에서의 상태에서 포인트 A1에서의 상태로 변하고, 전압 강하 제어 곡선 및 주파수 강하 제어 곡선 각각은 포인트 A를 통과하는 곡선에서 포인트 A1을 통과하는 곡선으로 변한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압의 진폭은 ΔV만큼 감소하고, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압의 주파수는 Δf만큼 감소한다. 동시에, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 도 5 내지 10에 도시된 강하 제어를 수행하여 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압을 보상으로써, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압이 신속하게 안정 상태에 도달하게 한다.
마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 그리드 접속 상태에서 그리드 접속 해제 상태로의 스위칭이 중앙 제어 장치(101)에 의해 제어되지 않는 경우, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템은 고장날 수 있고, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템의 동작 상태는 포인트 A에서의 상태에서 포인트 B에서의 상태로 변할 수 있다. 이때, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 강하 제어에 의해 전압 및 주파수를 유지하여, 전압 및 주파수의 과도한 강하를 피할 수 있으며, 다음 번에 그리드에 접속되기 전에 고장 정보를 소거할 수 있다.
마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)가 그리드 접속 해제 상태에서 그리드 접속 상태로 스위칭될 때, 셀프 브레이커(131)가 접속되고, 그리드 접속 브레이커가 접속되며, 따라서 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 400V 버스에 접속되는데, 즉 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127) 및 마이크로 그리드 시스템은 그리드에 접속되어, 마이크로 그리드 시스템이 그리드 접속 상태에 있게 한다.
도 13은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 그리드 접속 해제 상태에서 그리드 접속 상태로 스위칭되는 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 동작 상태들을 나타낸 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 그리드 접속 해제 상태 하에서, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압 강하 제어 곡선 및 주파수 강하 제어 곡선이 각각 도 13의 좌상 도면 및 우상 도면에 도시된다. 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 동작 상태는 포인트 A1에서의 상태로서 도시된다.
마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)가 그리드 접속 해제 상태에서 그리드 접속 상태로 스위칭된 후, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압 강하 제어 곡선 및 주파수 강하 제어 곡선은 각각 도 13의 좌중앙 도면 및 우중앙 도면에 도시된다. 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 동작 상태는 포인트 A1에서의 상태에서 포인트 A에서의 상태로 변한다. 즉, 그리드 접속 해제 상태가 그리드 접속 상태로 스위칭될 때, 전압 강하 제어 곡선 및 주파수 강하 제어 곡선 각각은 포인트 A1을 통과하는 곡선에서 포인트 A를 통과하는 곡선으로 변한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압의 진폭은 ΔV만큼 증가하고, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압의 주파수는 Δf만큼 증가한다. 동시에, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템은 도 5 내지 10에 도시된 강하 제어를 수행하여 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압을 보상함으로써, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압이 신속하게 안정 상태에 도달하게 한다.
마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 그리드 접속 해제 상태에서 그리드 접속 상태로의 스위칭이 중앙 제어 장치(101)에 의해 제어되지 않는 경우, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 고장날 수 있고, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 도 5 내지 10에 도시된 강하 제어에 의해 전압 및 주파수를 유지하여, 전압 및 주파수의 과도한 상승 및 짧은 순간 동안 과도한 전류에 의해 유발되는 심각한 결과를 피할 수 있다. 고장 정보는 다음 번에 그리드에 접속되기 전에 소거될 수 있다.
마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)가 그리드 접속 해제 상태에서 그리드 접속 상태로 스위칭되는 프로세스 동안, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 전압의 주파수 및 위상과 같은 파라미터들은 400V 버스의 전압의 것과는 상이하며, 그리드 접속 해제 상태에서 그리드 접속 상태로의 스위칭의 속도를 증가시키기 위해, 강하 계수 및 미리 정해진 전력을 변경하는 방법이 채택될 수 있다.
주파수 강하 제어 곡선의 강하 계수를 변경한다는 것은 강하 제어 곡선의 기울기를 변경하는 것을 의미한다. 강하 제어 곡선의 기울기의 절대 값이 증가되며, 이에 따라 Δf가 증가된다. 즉, 400V 버스와 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템 간의 주파수 차이가 증가하여, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)에 의해 400V 버스의 전압의 위상을 트래킹하는 속도를 증가시킨다.
임의로, 그리드 접속 해제 상태에서 그리드 접속 상태로의 스위칭의 속도는 미리 정해진 전력을 변경함으로써 더 증가될 수 있다. 예를 들어, 주파수 강하 제어 곡선의 기울기가 음이기 때문에, 미리 정해진 전력이 감소될 때, Δf가 증가되는데, 즉 400V 버스와 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127) 사이의 주파수 차이가 증가되어, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)에 의해 400V 버스의 전압의 위상을 트래킹하는 속도를 증가시킨다.
도 13의 우하 도면에 도시된 바와 같이, 도 13은 강하 계수 및 미리 정해진 전력을 변경함으로써 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 그리드 접속 해제 상태에서 그리드 접속 상태로의 스위칭의 속도가 증가되는 제어 곡선을 도시한다. 도 13에서, 포인트 A1에 대응하는 주파수는 f1이고, 포인트 A1에 대응하는 액티브 전력은 Pmax이고; 포인트 A에 대응하는 주파수는 f0이고, 포인트 A에 대응하는 액티브 전력은 Pref이고; 액티브 전력은 Pmin과 Pmax 사이에서 조정된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 주파수 강하 제어 곡선의 기울기는 (f2-f1)/(Pmin-Pmax)가 되도록 조정된다.
도 13의 좌하 도면에 도시된 바와 같이, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 위상 트래킹 방법을 통해 400V 버스와 동일한 위상을 유지한다. 또한, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 13차 고조파를 필터링하도록 구성된 필터 시스템을 추가로 포함하며, 필터 시스템은 위상 트래킹의 정확성을 유지하기 위해 버스 전압의 더 높은 고조파를 필터링할 수 있다.
도 14는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)에 의한 400V 버스의 위상 트래킹 원리를 나타낸 도면이다. 도 15는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)에 의한 400V 버스의 위상 트래킹의 개략적인 위상 도면이다.
도면들에 도시된 바와 같이, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)와 400V 버스 사이의 임피던스 각도 위상은 VR+ jX이고, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)에 의해 출력되는 전압의 위상 Vsystem은 빅터 덧셈을 이용하여 400V 버스의 전압의 위상 Vgrid를 트래킹하여, Vgrid와 일치하는데, 즉 Vsystem + VR+ jX = Vgrid이다.
또한, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)가 그리드 접속 해제 상태에서 그리드 접속 상태로 스위칭될 때, 스위칭 위상각의 제어 및 최대 전류에 기초하는 그리드 내의 장치들의 선택을 용이하게 하기 위해, 스위칭 순간의 최대 전류가 결정되어야 한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 최대 전류 |IR+ jX|max는 다음 공식에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112018027646435-pct00001
마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 강하 제어를 통해 마이크로 그리드 시스템에 대한 동적 리액티브 보상 및 역률 조정을 실현한다. -10% 내지 +10%의 주파수 변동률 범위 내에서 주파수를 조정하고 -10% 내지 7%의 전압 변동률 범위 내에서 전압을 조정함으로써 정상적인 동작에서의 버스의 전압의 안정성이 보증되고 전력 품질이 개선된다. 동시에, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)는 강하 제어에 의해 그리드 접속 해제 상태와 그리드 접속 상태 사이의 스위칭 동안 전압을 보상하고 역률을 조정하여, 동적으로, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 액티브 전력을 -200kW 내지 200kW의 범위 내에서 조정하고, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치(127)의 리액티브 전력을 -200kVA 내지 200kVA의 범위 내에서 조정할 수 있다. 강하 계수를 변경하고, 13차 고조파 아래의 전압 또는 전류 고조파들을 처리하여, 그리드 접속 해제 상태와 그리드 접속 상태 사이의 스위칭의 속도를 증가시키고, 그리드 접속 해제 상태와 그리드 접속 상태 사이의 스위칭 시간이 10ms 미만이 되게 함으로써 위상 트래킹의 속도가 증가될 수 있다.
예시적인 실시예들이 위에서 설명되었지만, 이들 실시예는 본 개시의 모든 가능한 형태들을 설명하도록 의도되지는 않는다. 특히, 본 명세서에서 사용된 단어들은 제한보다는 설명의 단어들이며, 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 다양한 변경들이 이루어질 수 있음을 이해한다. 또한, 다양한 구현된 실시예들의 특징들을 결합하여 본 개시의 다른 실시예들을 형성할 수 있다.

Claims (17)

  1. 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템으로서,
    마이크로 그리드 시스템의 버스의 실시간 전압 및 실시간 전류를 획득하고, 상기 실시간 전압 및 상기 실시간 전류에 기초하여 역률을 계산하도록 구성된 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치;
    상기 역률을 수신하고, 상기 역률이 미리 정해진 임계치보다 낮은 경우에 리액티브 전력 제어 명령을 송신하도록 구성된 중앙 제어 장치; 및
    적어도 하나의 로컬 제어 장치 - 상기 적어도 하나의 로컬 제어 장치는 상기 리액티브 전력 제어 명령을 수신하고, 제어 신호를 상기 적어도 하나의 로컬 제어 장치에 의해 제어되는 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치 및 적어도 하나의 분산형 전원으로 송신하도록 구성됨 -
    를 포함하고,
    상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치는 상기 제어 신호에 응답하여 강하 제어(droop control)에 의해 상기 버스의 상기 전압을 보상하고, 상기 적어도 하나의 분산형 전원은 상기 제어 신호에 응답하여 리액티브 전력을 상기 버스로 출력하여 상기 버스의 상기 역률을 증가시키고,
    상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치가 그리드 접속 상태에서 그리드 접속 해제 상태로 스위칭될 때, 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 출력 전압의 진폭은 미리 정해진 전압 차이만큼 감소하고 상기 출력 전압의 주파수는 미리 정해진 주파수 차이만큼 감소하고,
    상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치가 상기 그리드 접속 해제 상태에서 상기 그리드 접속 상태로 스위칭될 때, 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 상기 출력 전압의 상기 진폭은 미리 정해진 전압 차이만큼 증가하고, 상기 출력 전압의 상기 주파수는 미리 정해진 주파수 차이만큼 증가하고,
    상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 상기 그리드 접속 상태와 상기 그리드 접속 해제 상태 사이의 상기 스위칭은 상기 중앙 제어 장치에 의해 제어되고, 상기 그리드 접속 해제 상태는 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치와 상기 버스 사이의 셀프 브레이커가 파괴되고 상기 버스의 그리드 접속 포인트들 아래의 전체 마이크로 그리드 시스템의 그리드 접속 브레이커가 접속된 상태이고, 이를 통해 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치는 상기 버스로부터 접속 해제되고, 상기 그리드 접속 상태는 상기 셀프 브레이커가 접속되고 상기 그리드 접속 브레이커가 접속된 상태이고, 이를 통해 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치는 상기 버스에 접속되는, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치에 의해 수행되는 상기 강하 제어는,
    상기 실시간 전압 및 상기 실시간 전류에 기초하여 액티브 전력 및 리액티브 전력을 계산하는 것; 및
    상기 계산된 액티브 전력 및 미리 정해진 액티브 전력에 기초하여 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 출력 전압의 위상각을 계산하고, 상기 계산된 리액티브 전력 및 미리 정해진 리액티브 전력에 기초하여 상기 출력 전압의 진폭을 계산하는 것;
    상기 출력 전압의 상기 위상각에 기초하여 d 축 기준 전압 및 q 축 기준 전압을 계산하는 것;
    상기 d 축 기준 전압, d 축 포지티브 시퀀스 전압 피드백, 상기 q 축 기준 전압 및 q 축 포지티브 시퀀스 전압 피드백에 기초하여 공간 벡터 펄스 폭 변조에 대한 포지티브 시퀀스 컴포넌트를 계산하여 상기 버스의 상기 전압의 포지티브 시퀀스 컴포넌트를 정격 범위 내에 있게 하는 것 - 상기 d 축 포지티브 시퀀스 전압 피드백 및 상기 q 축 포지티브 시퀀스 전압 피드백은 상기 실시간 전압에 대해 포지티브 네거티브 시퀀스 추출을 수행함으로써 획득되는 포지티브 시퀀스 컴포넌트들임 -;
    d 축 네거티브 시퀀스 전압 피드백 및 q 축 네거티브 시퀀스 전압 피드백에 기초하여 상기 공간 벡터 펄스 폭 변조에 대한 네거티브 시퀀스 컴포넌트를 계산하여 상기 버스의 상기 전압을 보상하고 상기 버스의 상기 전압의 네거티브 시퀀스 컴포넌트를 제거하는 것 - 상기 d 축 네거티브 시퀀스 전압 피드백 및 상기 q 축 네거티브 시퀀스 전압 피드백은 상기 실시간 전압에 대해 포지티브 네거티브 시퀀스 추출을 수행함으로써 획득되는 네거티브 시퀀스 컴포넌트들임 -
    을 포함하는, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 출력 전압의 상기 진폭은 상기 버스의 정격 전압에 의존하는, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치가 상기 그리드 접속 해제 상태에서 상기 그리드 접속 상태로 스위칭될 때, 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치는 상기 버스의 상기 전압의 주파수와 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 상기 출력 전압의 상기 주파수 사이의 주파수 차이를 증가시켜, 상기 버스의 상기 전압의 위상을 트래킹하는 속도를 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 상기 출력 전압의 위상만큼 증가시키는, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치가 상기 그리드 접속 해제 상태에서 상기 그리드 접속 상태로 스위칭될 때, 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치는 미리 정해진 액티브 전력을 감소시켜 상기 그리드 접속 해제 상태에서 상기 그리드 접속 상태로의 스위칭의 속도를 증가시키는, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치는 상기 버스의 상기 전압의 더 높은 고조파를 필터링하도록 구성된 필터링 시스템을 추가로 포함하는, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 로컬 제어 장치는 송신 제어 프로토콜을 통해 상기 적어도 하나의 분산형 전원 및 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치와 통신하는, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 로컬 제어 장치는 전력 시스템 자동화 분야에 대한 글로벌 공통 표준에 따라 상기 중앙 제어 장치와 통신하는, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 시스템.
  11. 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 방법으로서,
    마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치에 의해, 마이크로 그리드 시스템의 버스의 실시간 전압 및 실시간 전류를 획득하고, 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치에 의해, 상기 실시간 전압 및 상기 실시간 전류에 기초하여 역률을 계산하는 단계; 및
    중앙 제어 장치에 의해, 상기 역률이 미리 정해진 임계치보다 낮은 경우에, 리액티브 전력 제어 명령을 송신하여 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치를 제어하여 강하 제어에 의해 상기 버스의 상기 전압을 보상하고, 적어도 하나의 분산형 전원을 제어하여 리액티브 전력을 상기 버스로 출력하여 상기 역률을 증가시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치가 그리드 접속 상태에서 그리드 접속 해제 상태로 스위칭될 때, 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 출력 전압의 진폭은 미리 정해진 전압 차이만큼 감소하고 상기 출력 전압의 주파수는 미리 정해진 주파수 차이만큼 감소하고,
    상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치가 상기 그리드 접속 해제 상태에서 상기 그리드 접속 상태로 스위칭될 때, 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 상기 출력 전압의 상기 진폭은 미리 정해진 전압 차이만큼 증가하고, 상기 출력 전압의 상기 주파수는 미리 정해진 주파수 차이만큼 증가하고,
    상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 상기 그리드 접속 상태와 상기 그리드 접속 해제 상태 사이의 상기 스위칭은 상기 중앙 제어 장치에 의해 제어되고, 상기 그리드 접속 해제 상태는 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치와 상기 버스 사이의 셀프 브레이커가 파괴되고 상기 버스의 그리드 접속 포인트들 아래의 전체 마이크로 그리드 시스템의 그리드 접속 브레이커가 접속된 상태이고, 이를 통해 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치는 상기 버스로부터 접속 해제되고, 상기 그리드 접속 상태는 상기 셀프 브레이커가 접속되고 상기 그리드 접속 브레이커가 접속된 상태이고, 이를 통해 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치는 상기 버스에 접속되는, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 강하 제어는,
    상기 실시간 전압 및 상기 실시간 전류에 기초하여 액티브 전력 및 리액티브 전력을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 액티브 전력 및 미리 정해진 액티브 전력에 기초하여 출력 전압의 위상각을 계산하고, 상기 계산된 리액티브 전력 및 미리 정해진 리액티브 전력에 기초하여 상기 출력 전압의 진폭을 계산하는 단계;
    상기 출력 전압의 상기 위상각에 기초하여 d 축 기준 전압 및 q 축 기준 전압을 계산하는 단계;
    상기 d 축 기준 전압, d 축 포지티브 시퀀스 전압 피드백, 상기 q 축 기준 전압 및 q 축 포지티브 시퀀스 전압 피드백에 기초하여 공간 벡터 펄스 폭 변조에 대한 포지티브 시퀀스 컴포넌트를 계산하여 상기 버스의 상기 전압의 포지티브 시퀀스 컴포넌트를 정격 범위 내에 있게 하는 단계 - 상기 d 축 포지티브 시퀀스 전압 피드백 및 상기 q 축 포지티브 시퀀스 전압 피드백은 상기 실시간 전압에 대해 포지티브 네거티브 시퀀스 추출을 수행함으로써 획득되는 포지티브 시퀀스 컴포넌트들임 -;
    d 축 네거티브 시퀀스 전압 피드백 및 q 축 네거티브 시퀀스 전압 피드백에 기초하여 상기 공간 벡터 펄스 폭 변조에 대한 네거티브 시퀀스 컴포넌트를 계산하여 상기 버스의 상기 전압을 보상하고 상기 버스의 상기 전압의 네거티브 시퀀스 컴포넌트를 제거하는 단계 - 상기 d 축 네거티브 시퀀스 전압 피드백 및 상기 q 축 네거티브 시퀀스 전압 피드백은 상기 실시간 전압에 대해 포지티브 네거티브 시퀀스 추출을 수행함으로써 획득되는 네거티브 시퀀스 컴포넌트들임 -
    를 포함하는, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 출력 전압의 상기 진폭은 상기 버스의 정격 전압에 의존하는, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제11항에 있어서, 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치가 상기 그리드 접속 해제 상태에서 상기 그리드 접속 상태로 스위칭될 때, 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치는 상기 버스의 상기 전압의 주파수와 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 상기 출력 전압의 상기 주파수 사이의 주파수 차이를 증가시켜, 상기 버스의 상기 전압의 위상을 트래킹하는 속도를 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치의 상기 출력 전압의 위상만큼 증가시키는, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치가 상기 그리드 접속 해제 상태에서 상기 그리드 접속 상태로 스위칭될 때, 상기 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 장치는 미리 정해진 액티브 전력을 감소시켜 상기 그리드 접속 해제 상태에서 상기 그리드 접속 상태로의 스위칭의 속도를 증가시키는, 마이크로 그리드 동적 안정성 제어 방법.
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