KR102272665B1 - MAS(Multi-Agent Systems)-based distributed control system and method in DC microgrid - Google Patents

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Abstract

본 발명은 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 방법은, a) 제어부에 의해 제어 모드를 결정하기 위한 의사결정을 위해 사용되는 정보를 통신 네트워크를 통해 획득하는 단계와; b) 획득된 정보를 바탕으로 제어부에 의해 그리드 장애(고장) 여부를 판별하는 단계와; c) 획득된 정보를 바탕으로 제어부에 의해 ESS 또는 RES의 장애(고장) 여부를 판별하는 단계와; d) 단계 b)의 판별에서 그리드 장애(고장)가 아닌 경우, 제어부에 의해 공급-수요 전력 관계에 따라 DCV를 조정 및 시스템 전력 균형을 유지하고, 그리드가 장애에서 복구되는 경우 그리드 복구 제어 알고리즘을 활성화하여 제어 모드를 결정하는 단계; 및 e) 단계 c)의 판별에서 ESS 또는 RES의 장애(고장)가 아닌 경우, 제어부에 의해 그리드 및 배터리 에이전트의 DCV 제어능력 여부에 따라 DCV(DC-링크) 복구 알고리즘 또는 그리드 복구 감지 알고리즘을 활성화하여 제어 모드를 결정하는 단계를 포함한다.
The present invention relates to a MAS-based distributed control system and method in a DC microgrid.
The MAS-based distributed control method in a DC microgrid according to the present invention comprises the steps of: a) acquiring information used for decision making for determining a control mode by a control unit through a communication network; b) determining whether a grid failure (failure) by the control unit based on the obtained information; c) determining whether the ESS or RES is faulty (failure) by the control unit based on the obtained information; d) If it is not a grid failure (failure) in the determination of step b), adjust the DCV and balance the system power according to the supply-demand power relationship by the control unit, and implement the grid recovery control algorithm when the grid recovers from the failure activating to determine a control mode; and e) if it is not a failure (failure) of the ESS or RES in the determination of step c), the control unit activates the DCV (DC-link) recovery algorithm or the grid recovery detection algorithm according to the DCV control capability of the grid and battery agent to determine a control mode.

Description

DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템 및 방법 {MAS(Multi-Agent Systems)-based distributed control system and method in DC microgrid}MAS (Multi-Agent Systems)-based distributed control system and method in DC microgrid}

본 발명은 DC 마이크로그리드(microgrid)에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 MAS 기반의 분산형 제어에서 통신 장애가 발생하더라도 다양한 조건에서 시스템의 전력 균형 및 안정성을 보장할 수 있는 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a MAS-based distributed control system and method in a DC microgrid, and more particularly, ensures the power balance and stability of the system under various conditions even if a communication failure occurs in the MAS-based distributed control. It relates to a MAS-based distributed control system and method in a DC microgrid that can

오늘날 쉬운 자원 통합, 유연한 설치 위치 및 신뢰할 만한 작동의 이점으로 인해, 분산 발전 기반 DCMG(DC microgrid)는 전력 시스템의 미래 트렌드가 되었다.With the advantages of easy resource integration, flexible installation location and reliable operation today, distributed generation-based DC microgrid (DCMG) has become the future trend of power systems.

DCMG는 재생 가능한 에너지 자원, 에너지 저장 시스템, 그리드 연결 시스템 및 로드와 같은 여러 장치로 구성된 복잡한 시스템이다. 그들의 서로 다른 특성과 작동 방식으로 인해 전체 시스템의 안정적이고 신뢰할 만한 작동을 보장하기 위해 효과적인 조절된 전력 흐름 제어 전략이 필요하다.DCMG is a complex system consisting of several devices such as renewable energy sources, energy storage systems, grid-connected systems and loads. Because of their different characteristics and mode of operation, effective regulated power flow control strategies are needed to ensure stable and reliable operation of the overall system.

통신 네트워크는 DCMG의 분산 제어에서 중요한 역할을 한다. 그러나 데이터 전송 과정에서 어디에나 있는 지연 또는 고장과 같은 통신 문제로 인해 시스템 장애 및 불안정이 발생할 수 있다. 통신 고장은 전체 DCMG 시스템이 올바르게 작동하는 것을 방해한다. 또한, 이 고장은 DC 그리드 전압 안정화, 특히 그리드 고장 및 그리드 복구 중인 두 가지 상황에서 심각한 영향을 미친다.Communication networks play an important role in DCMG's distributed control. However, ubiquitous communication problems such as delays or breakdowns in the process of data transmission can cause system failure and instability. Communication failures prevent the entire DCMG system from functioning properly. In addition, this failure has a serious impact on DC grid voltage stabilization, especially in two situations: grid failure and grid recovery.

그리드 오류의 일 예를 들면, 장애 발생 직후 그리드 오류가 감지되면 시스템 작동이 아일랜드 모드(고립 모드)로 빠르게 전환되어 DC 그리드 전압을 제어하여 RES(Renewable Energy Resource) 또는 ESS(Energy Storage System)가 시스템 전력 균형의 역할을 수행한다. 불행하게도, 결함 감지 지연 및 통신 지연을 포함하여 의도하지 않은 큰 지연으로 인해 그리드 결함을 즉시 감지할 수 없다. 지연 기간 동안 전원 공급원이 전원 균형을 유지하는데 도움이 되지 않아 시스템이 중단될 수 있다.As an example of a grid failure, when a grid failure is detected immediately after a failure, the system operation quickly switches to an island mode (isolated mode) to control the DC grid voltage, allowing the Renewable Energy Resource (RES) or Energy Storage System (ESS) to control the system. It plays the role of power balance. Unfortunately, grid faults cannot be detected immediately due to unintentional large delays, including fault detection delays and communication delays. During the delay period, the power source does not help to balance the power and the system can hang.

그리드 복구의 사례를 들면, 그리드 연결 모드에서, 그리드 에이전트는 주 전원 공급원으로 사용되어 공급-수요 전력의 균형을 유지한다. 그리드 결함(오류)이 발생하면, 전력 균형의 임무는 구현 VCM(voltage control mode)에 따라 RES 또는 ESS에 의해 인수된다. 그리드가 복구되면, 그리드 에이전트는 RES 및 ESS에 복구 상태를 알리고 결과적으로 RES 또는 ESS는 그들의 VCM을 종료한다. 불행하게도, 통신 문제로 인해, RES 및 ESS는 그리드 복구를 인식하지 못한다. 따라서, DC 그리드 전압(DCV)의 제어는 두 개의 전압 제어 소스와 충돌하게 되는 문제가 있다.Taking the example of grid recovery, in grid-connected mode, the grid agent is used as the main power source to balance supply-demand power. In the event of a grid fault (failure), the task of power balancing is taken over by the RES or ESS, depending on the implementation voltage control mode (VCM). When the grid is restored, the grid agent notifies the RES and ESS of the recovery status and consequently the RES or ESS terminates their VCM. Unfortunately, due to communication problems, RES and ESS are not aware of grid recovery. Accordingly, there is a problem in that the control of the DC grid voltage DCV collides with the two voltage control sources.

한편, 한국 공개특허공보 제10-2019-0118436호(특허문헌 1)에는 "다중 DC 마이크로그리드 시스템에서의 마이크로그리드 간의 전력 공유 방법"이 개시되어 있는 바, 이에 따른 마이크로그리드 간의 전력 공유 방법은, (a) 각 마이크로그리드가 장기 전력 스케줄링에 따라 마이크로그리드 내부에 포함된 전압형 컨버터(voltage source converter, VSC)와 DC/DC 컨버터에 대하여 전압 동작점과 드룹(droop) 기울기의 기준치를 설정하고, 드룹 제어를 통해 전압을 제어하는 단계; (b) 각 마이크로그리드에서, 부하와 발전량의 예측 오차가 발생하여, 드룹 제어를 통해 증가시키고자 하는 전력값이 제1 임계값보다 큰 상태가 임계시간 이상 지속되는 경우, 단기 전력 스케줄링을 통해 상기 전압 동작점과 드룹 기울기의 기준치를 재산출하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 상기 단기 전력 스케줄링 과정에서 제약조건을 만족하는 전압 동작점과 드룹 기울기의 기준치가 산출되지 않는 경우, 다른 마이크로그리드로부터 전력을 공유 받는 단계를 포함하되, 상기 (c) 단계는 전압형 컨버터 또는 DC/DC 컨버터의 상기 전력값이 제1 임계값을 초과하지 않은 마이크로그리드로부터 전력을 공유 받는 것을 특징으로 한다.On the other hand, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2019-0118436 (Patent Document 1) discloses "a method of sharing power between microgrids in a multi-DC microgrid system". The method for sharing power between microgrids according to this is, (a) Each microgrid sets the reference value of the voltage operating point and the droop slope for the voltage source converter (VSC) and the DC/DC converter included in the microgrid according to long-term power scheduling, controlling the voltage through droop control; (b) In each microgrid, when the prediction error of the load and power generation occurs and the power value to be increased through the droop control is greater than the first threshold value for more than a threshold time, the short-term power scheduling is performed. recalculating the reference values of the voltage operating point and the droop slope; and (c) receiving power from another microgrid when the reference values of the voltage operating point and the droop slope that satisfy the constraint conditions are not calculated in the short-term power scheduling process in step (b). Step c) is characterized in that the power is shared from the microgrid in which the power value of the voltage-type converter or the DC/DC converter does not exceed a first threshold value.

이상과 같은 특허문헌 1의 경우, 다중 DC 마이크로그리드 시스템에서의 신재생 발전량의 변화 또는 부하량의 변화에 따른 시스템의 불안정이 발생하는 경우 전력 공유를 통해 이를 해소할 수 있는 장점이 있기는 하나, MAS 기반의 분산형 제어에서 통신 장애가 발생하는 경우에 대한 대책은 마련되어 있지 않아, MAS 기반의 분산형 제어에서 통신 장애가 발생할 경우 시스템의 전력 균형 및 안정성을 확실하게 보장하기 어려운 문제점을 내포하고 있다. In the case of Patent Document 1 as described above, there is an advantage that can be solved through power sharing when system instability occurs due to a change in the amount of renewable power generation or a change in the load in a multi-DC microgrid system, but MAS Since there are no countermeasures for communication failure in distributed control based on MAS, it is difficult to ensure the power balance and stability of the system when communication failure occurs in distributed control based on MAS.

한국 공개특허공보 제10-2019-0118436호(2019.10.18.)Korean Patent Publication No. 10-2019-0118436 (2019.10.18.)

본 발명은 상기와 같은 사항을 종합적으로 감안하여 창출된 것으로서, DC 마이크로그리드를 위한 비상 작동 알고리즘 및 DCV(DC-grid voltage) 안정화 솔루션을 마련하고, MAS(Multi-Agent Systems) 기반 분산 제어 방식을 사용하여 DCMG(DC microgrid)에 대해 조절된 제어를 구현함으로써, MAS 기반의 분산형 제어에서 통신 장애가 발생하더라도 다양한 조건에서 시스템의 전력 균형 및 안정성을 보장할 수 있는 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was created in consideration of the above, and provides an emergency operation algorithm and DCV (DC-grid voltage) stabilization solution for a DC microgrid, and provides a MAS (Multi-Agent Systems) based distributed control method. By implementing regulated control for DCMG (DC microgrid) using MAS-based distributed control, MAS-based distributed control in DC microgrid can ensure power balance and stability of the system under various conditions even if communication failure occurs in MAS-based distributed control. An object of the present invention is to provide a type control system and method.

또한, 본 발명의 다른 목적은 통신 장애시에도 의도하지 않은 그리드 결함 감지 지연의 영향에 대비하여 DCV를 공칭 값으로 빠르게 복구할 수 있고, 통신 문제 발생시 DCV 제어에서의 충돌을 방지할 수 있는 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다. In addition, it is another object of the present invention to quickly restore DCV to a nominal value in preparation for the effect of unintended grid fault detection delay even in the event of a communication failure, and to prevent a collision in DCV control when a communication problem occurs. An object of the present invention is to provide a distributed control system and method based on MAS in a grid.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템은,In order to achieve the above object, the MAS-based distributed control system in the DC microgrid according to the present invention,

상용 전력 그리드와 연결되며, 상용 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 변환하여 부하 또는 에너지 저장 시스템(Energy Storage Systems; ESS)에 공급하는 3상 양방향 그리드 연계 컨버터와; a three-phase bidirectional grid-connected converter connected to the commercial power grid, receiving commercial AC voltage, converting it into DC voltage, and supplying it to a load or an Energy Storage System (ESS);

분산형 재생 에너지 소스(Renewable Energy Sources; RES)에 연결되며, 재생 에너지 소스로부터 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 변환하여 부하 또는 에너지 저장 시스템에 공급하는 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터와;a three-phase unidirectional renewable energy source-linked converter connected to a distributed renewable energy source (RES), receiving an AC voltage from a renewable energy source, converting it into a DC voltage, and supplying it to a load or an energy storage system;

상기 3상 양방향 그리드 연계 컨버터와 상기 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터에 각각 연결되며, 상기 3상 양방향 그리드 연계 컨버터 또는 상기 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터에 의해 공급되는 직류 전압을 입력받아 배터리에 저장하고, 배터리에 저장된 전기 에너지를 부하에 공급하는 인터리브 (interleaved) 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터와;Each of the three-phase bidirectional grid-connected converter and the three-phase unidirectional renewable energy source linked converter are connected to each other, and receive the DC voltage supplied by the three-phase bidirectional grid linked converter or the three-phase unidirectional renewable energy source linked converter to the battery. an interleaved bidirectional energy storage system linkage converter for storing and supplying electrical energy stored in the battery to a load;

상기 3상 양방향 그리드 연계 컨버터, 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터, 인터리브 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터의 상태 체크 및 동작을 제어하고, 그리드 또는 통신 장애시 그리드 복구 제어 알고리즘을 활성화시켜 그리드를 복구하며, DCV(DC grid voltage)가 정상 범위를 벗어날 때 DCV 복구 알고리즘을 활성화시켜 DCV를 공칭 값으로 복구하는 제어부; 및Controls the status check and operation of the three-phase bi-directional grid-linked converter, the three-phase unidirectional renewable energy source-linked converter, and the interleaved bi-directional energy storage system-linked converter, and restores the grid by activating a grid recovery control algorithm in the event of a grid or communication failure; a control unit that activates a DCV recovery algorithm when DC grid voltage (DCV) is out of a normal range to restore DCV to a nominal value; and

상기 3상 양방향 그리드 연계 컨버터, 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터, 인터리브 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터, 제어부 및 부하 간을 서로 전기적으로 연결하며, 상호 간에 통신이 가능하도록 하는 통신 네트워크를 포함하며,The three-phase bi-directional grid-linked converter, the three-phase unidirectional renewable energy source-linked converter, the interleaved bi-directional energy storage system linkage converter, and a communication network that electrically connects the control unit and the load to each other and enables communication with each other,

상기 제어부는 상기 3상 양방향 그리드 연계 컨버터를 포함하는 그리드 에이전트(agent)와, 상기 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터를 포함하는 재생 에너지 소스 에이전트와, 상기 인터리브(interleaved) 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터를 포함하는 에너지 저장 시스템 에이전트 및 상기 부하를 포함하는 부하 에이전트의 각 에이전트의 작동 모드를 상기 통신 네트워크를 통해 얻은 로컬 에이전트 상태와 인접 에이전트 상태를 모두 고려하여 실시간으로 결정하는 점에 그 특징이 있다.The control unit includes a grid agent including the three-phase bi-directional grid-connected converter, a renewable energy source agent including the three-phase unidirectional renewable energy source-linked converter, and the interleaved two-way energy storage system-linked converter. It is characterized in that the operation mode of each agent of the energy storage system agent including the load agent and the load agent including the load is determined in real time in consideration of both the local agent state and the neighboring agent state obtained through the communication network.

여기서, 상기 제어부는 DCV(DC grid voltage)의 비정상적인 변화를 감지함으로써, ESS(Energy Storage Systems) 및 RES(Renewable Energy Sources)의 로컬 비상 제어 모드를 즉시 활성화시켜 상기 통신 네트워크를 통해 획득한 정보에 관계없이 DCV를 공칭 값으로 복구시킬 수 있다.Here, by detecting an abnormal change in DC grid voltage (DCV), the control unit immediately activates the local emergency control mode of Energy Storage Systems (ESS) and Renewable Energy Sources (RES) to relate to the information obtained through the communication network. DCV can be restored to its nominal value without

또한, 상기 분산형 재생 에너지 소스는 풍력 발전 시스템(Wind Power Generation Systems; WPGS)으로 구성될 수 있다.In addition, the distributed renewable energy source may be configured as a wind power generation system (WPGS).

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 방법은,In addition, in order to achieve the above object, the MAS-based distributed control method in the DC microgrid according to the present invention,

3상 양방향 그리드 연계 컨버터와, 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터와, 인터리브 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터와, 제어부 및 통신 네트워크를 포함하는 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템을 바탕으로 한 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 방법으로서, Based on MAS-based distributed control system in DC microgrid including 3-phase bi-directional grid-connected converter, 3-phase unidirectional renewable energy source-linked converter, interleaved bi-directional energy storage system-linked converter, and control unit and communication network. A MAS-based distributed control method in a DC microgrid, comprising:

a) 상기 제어부에 의해 제어 모드를 결정하기 위한 의사결정을 위해 사용되는 정보를 상기 통신 네트워크를 통해 획득하는 단계와;a) acquiring information used for decision making for determining a control mode by the control unit through the communication network;

b) 상기 획득된 정보를 바탕으로 상기 제어부에 의해 그리드 장애(고장) 여부를 판별하는 단계와;b) determining whether a grid failure (failure) by the control unit based on the obtained information;

c) 상기 획득된 정보를 바탕으로 상기 제어부에 의해 ESS(Energy Storage Systems) 또는 RES(Renewable Energy Sources)의 장애(고장) 여부를 판별하는 단계와;c) determining whether an ESS (Energy Storage Systems) or RES (Renewable Energy Sources) has a failure (failure) by the controller based on the obtained information;

d) 상기 단계 b)의 판별에서 그리드 장애(고장)가 아닌 경우, 상기 제어부에 의해 공급-수요 전력 관계에 따라 DCV를 조정 및 시스템 전력 균형을 유지하고, 그리드가 장애에서 복구되는 경우 그리드 복구 제어 알고리즘을 활성화하여 제어 모드를 결정하는 단계; 및d) If it is not a grid failure (failure) in the determination of step b), adjust DCV and maintain system power balance according to the supply-demand power relationship by the control unit, and control grid recovery when the grid recovers from failure activating an algorithm to determine a control mode; and

e) 상기 단계 c)의 판별에서 ESS 또는 RES의 장애(고장)가 아닌 경우, 상기 제어부에 의해 그리드 및 배터리 에이전트의 DCV 제어능력 여부에 따라 DCV(DC-링크) 복구 알고리즘 또는 그리드 복구 감지 알고리즘을 활성화하여 제어 모드를 결정하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.e) If it is not a failure (failure) of the ESS or RES in the determination of step c), a DCV (DC-link) recovery algorithm or a grid recovery detection algorithm according to the DCV control capability of the grid and battery agent by the control unit It is characterized in that it includes the step of activating to determine a control mode.

여기서, 상기 단계 a)에서 상기 정보를 상기 통신 네트워크를 통해 그리드 운용자, 로컬 측정(장치), 인접 에이전트 중 적어도 어느 하나로부터 획득할 수 있다.Here, in step a), the information may be obtained from at least one of a grid operator, a local measurement (device), and an adjacent agent through the communication network.

또한, 상기 단계 d)에서 상기 그리드 복구 제어 알고리즘은 DCV가

Figure 112019124698712-pat00001
(그리드 복구를 위해 사용된 최소 DCV) 및
Figure 112019124698712-pat00002
(그리드 복구를 위해 사용된 최대 DCV)에 의해 생성된 사전 정의된 범위를 벗어날 경우, SCCM을 DCVM-REC 또는 DCVM-INV로 전환하여 DCV를 조정하도록 구성될 수 있다.In addition, in step d), the grid recovery control algorithm determines that DCV is
Figure 112019124698712-pat00001
(minimum DCV used for grid recovery) and
Figure 112019124698712-pat00002
(Maximum DCV used for grid recovery) can be configured to adjust DCV by switching SCCM to DCVM-REC or DCVM-INV when outside the predefined range generated by it.

또한, 상기 단계 e)에서 상기 제어부에 의해 DCV 복구 알고리즘(DC-링크 복구 알고리즘)을 활성화시켜 제어 모드를 결정함에 있어서, DCV(DC grid voltage)가 정상 범위를 벗어났을 때, 상기 제어부에 의해 DCV 복구 알고리즘(DC-링크 복구 알고리즘)을 활성화시켜 DCV를 공칭 값으로 복구할 수 있다.In addition, in determining the control mode by activating the DCV recovery algorithm (DC-link recovery algorithm) by the control unit in step e), when the DC grid voltage (DCV) is out of the normal range, the DCV The DCV can be restored to its nominal value by activating a recovery algorithm (DC-Link Recovery Algorithm).

이와 같은 본 발명에 의하면, DC 마이크로그리드를 위한 비상 작동 알고리즘 및 DCV(DC-grid voltage) 안정화 솔루션을 마련하고, MAS(Multi-Agent Systems) 기반 분산 제어 방식을 사용하여 DCMG(DC microgrid)에 대해 조절된 제어를 구현함으로써, MAS 기반의 분산형 제어에서 통신 장애가 발생하더라도 다양한 조건에서 시스템의 전력 균형 및 안정성을 보장할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, an emergency operation algorithm and DC-grid voltage (DCV) stabilization solution for DC microgrid are prepared, and DC microgrid (DCMG) using MAS (Multi-Agent Systems) based distributed control method By implementing the regulated control, there is an advantage in that the power balance and stability of the system can be guaranteed under various conditions even if a communication failure occurs in the MAS-based distributed control.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 방법의 실행 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 MAS 기반 분산 제어 방식에서 그리드 에이전트의 로컬 컨트롤러를 위해 설계된 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 도 3의 흐름도에서의 그리드 복구 제어 알고리즘(Grid recovery control algorithm)을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 MAS 기반 분산 제어 방식에서 배터리 에이전트를 위해 설계된 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 도 5의 흐름도에서의 DC-링크 복구 알고리즘 및 그리드 복구 감지 알고리즘을 각각 나타낸 흐름도이다.
도 7은 MAS 기반 분산 제어 방식에서 WPGS 에이전트를 위해 설계된 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 도 7의 흐름도에서의 DC-링크 복구 알고리즘 및 그리드 복구 감지 알고리즘을 각각 나타낸 흐름도이다.
도 9는 배터리 에이전트 및 WPGS 에이전트에 의한 각각의 DCV 복구 알고리즘의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 통신 장애 조건 하에서의 배터리 에이전트 및 WPGS 에이전트에 의한 그리드 복구 감지의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
1 is a diagram schematically showing the configuration of an MAS-based distributed control system in a DC microgrid according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating an execution process of an MAS-based distributed control method in a DC microgrid according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a control method designed for a local controller of a grid agent in an MAS-based distributed control method.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a grid recovery control algorithm in the flowchart of FIG. 3 .
5 is a flowchart illustrating a control method designed for a battery agent in an MAS-based distributed control method.
6 is a flowchart illustrating a DC-link recovery algorithm and a grid recovery detection algorithm in the flowchart of FIG. 5, respectively.
7 is a flowchart illustrating a control method designed for a WPGS agent in an MAS-based distributed control method.
8 is a flowchart illustrating a DC-link recovery algorithm and a grid recovery detection algorithm in the flowchart of FIG. 7, respectively.
9 is a diagram showing simulation results of each DCV recovery algorithm by a battery agent and a WPGS agent.
10 is a diagram showing simulation results of grid recovery detection by a battery agent and a WPGS agent under a communication failure condition.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, terms such as “…unit”, “…group”, “module”, and “device” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware or software or a combination of hardware and software. can be implemented as

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing the configuration of an MAS-based distributed control system in a DC microgrid according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템(100)은 3상 양방향 그리드 연계 컨버터(110)와, 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터(120)와, 인터리브(interleaved) 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터(130)와, 제어부(140) 및 통신 네트워크(150)를 포함하여 구성된다.1, the MAS-based distributed control system 100 in the DC microgrid according to the present invention includes a three-phase bi-directional grid-linked converter 110, a three-phase unidirectional renewable energy source-linked converter 120, It is configured to include an interleaved bidirectional energy storage system linkage converter 130 , a control unit 140 , and a communication network 150 .

3상 양방향 그리드 연계 컨버터(110)는 상용 전력 그리드와 연결되며, 상용 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 변환하여 부하(160) 또는 에너지 저장 시스템(Energy Storage Systems; ESS)(본 실시예에서는 ESS로서 배터리(170)가 채용된 경우를 예시함)에 공급한다.The three-phase bidirectional grid-connected converter 110 is connected to a commercial power grid, receives a commercial AC voltage and converts it into a DC voltage to convert it to a load 160 or an Energy Storage Systems (ESS) (as an ESS in this embodiment). A case in which the battery 170 is employed is exemplified).

3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터(120)는 분산형 재생 에너지 소스(Renewable Energy Sources; RES)(본 실시예에서는 RES로서 풍력 발전 시스템이 채용된 경우를 예시함)에 연결되며, 재생 에너지 소스로부터 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 변환하여 부하(160) 또는 에너지 저장 시스템(즉, 배터리(170))에 공급한다.The three-phase unidirectional renewable energy source linked converter 120 is connected to distributed Renewable Energy Sources (RES) (in this embodiment, a case in which a wind power generation system is employed as the RES), and from the renewable energy source The AC voltage is received, converted into a DC voltage, and supplied to the load 160 or the energy storage system (ie, the battery 170 ).

인터리브 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터(130)은 상기 3상 양방향 그리드 연계 컨버터(110)와 상기 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터(120)에 각각 연결되며, 상기 3상 양방향 그리드 연계 컨버터(110) 또는 상기 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터(120)에 의해 공급되는 직류 전압을 입력받아 배터리(170)에 저장하고, 배터리(170)에 저장된 전기 에너지를 부하(160)에 공급한다.The interleaved bidirectional energy storage system linked converter 130 is respectively connected to the three-phase bidirectional grid linked converter 110 and the three-phase unidirectional renewable energy source linked converter 120, and the three-phase bidirectional grid linked converter 110 or It receives the DC voltage supplied by the three-phase one-way renewable energy source-linked converter 120 and stores it in the battery 170 , and supplies the electric energy stored in the battery 170 to the load 160 .

제어부(140)는 상기 3상 양방향 그리드 연계 컨버터(110), 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터(120), 인터리브 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터 (130)의 상태 체크 및 동작을 제어하고, 그리드 또는 통신 장애시 그리드 복구 제어 알고리즘을 활성화시켜 그리드를 복구하며, DCV(DC grid voltage)가 정상 범위를 벗어날 때 DCV 복구 알고리즘을 활성화시켜 DCV를 공칭 값으로 복구한다.The control unit 140 controls the status check and operation of the three-phase bi-directional grid-linked converter 110, the three-phase unidirectional renewable energy source linkage converter 120, and the interleaved bidirectional energy storage system linkage converter 130, and controls the grid or communication In case of failure, the grid is restored by activating the grid recovery control algorithm, and when DCV (DC grid voltage) is out of the normal range, the DCV recovery algorithm is activated to restore DCV to the nominal value.

통신 네트워크(150)는 상기 3상 양방향 그리드 연계 컨버터(110), 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터(120), 인터리브 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터(130), 제어부(140) 및 부하(160) 간을 서로 전기적으로 연결하며, 상호 간에 통신이 가능하도록 한다.The communication network 150 is between the three-phase bi-directional grid-connected converter 110, the three-phase unidirectional renewable energy source linked converter 120, the interleaved bi-directional energy storage system linked converter 130, the control unit 140 and the load 160. are electrically connected to each other and enable mutual communication.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템(100)에 있어서, 상기 제어부(140)는 상기 3상 양방향 그리드 연계 컨버터(110)를 포함하는 그리드 에이전트(agent)와, 상기 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터(120)를 포함하는 재생 에너지 소스 에이전트(즉, WPGS(wind power generation system) 에이전트)와, 상기 인터리브 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터(130)를 포함하는 에너지 저장 시스템 에이전트(즉, 배터리 에이전트) 및 상기 부하(160)를 포함하는 부하 에이전트의 각 에이전트의 작동 모드를 상기 통신 네트워크(150)를 통해 얻은 로컬 에이전트 상태와 인접 에이전트 상태를 모두 고려하여 실시간으로 결정하도록 구성될 수 있다.In the MAS-based distributed control system 100 in the DC microgrid according to the present invention having the above configuration, the control unit 140 is a grid agent ( agent), and a renewable energy source agent (ie, a wind power generation system (WPGS) agent) including the three-phase unidirectional renewable energy source linked converter 120, and the interleaved bidirectional energy storage system linked converter 130. The operation mode of each agent of the energy storage system agent (ie, battery agent) and the load agent including the load 160 is real-time considering both the local agent state and the neighboring agent state obtained through the communication network 150 can be configured to determine

여기서, 또한 상기 제어부(140)는 DCV(DC grid voltage)의 비정상적인 변화를 감지함으로써, ESS(Energy Storage Systems) 및 RES(Renewable Energy Sources)의 로컬 비상 제어 모드를 즉시 활성화시켜 상기 통신 네트워크(150)를 통해 획득한 정보에 관계없이 DCV를 공칭 값으로 복구시키도록 구성될 수 있다.Here, also, the control unit 140 detects an abnormal change in DC grid voltage (DCV), and immediately activates the local emergency control mode of Energy Storage Systems (ESS) and Renewable Energy Sources (RES) to the communication network 150 . It can be configured to restore DCV to its nominal value regardless of the information obtained through

또한, 상기 분산형 재생 에너지 소스는 풍력 발전 시스템(Wind Power Generation Systems; WPGS)으로 구성될 수 있다.In addition, the distributed renewable energy source may be configured as a wind power generation system (WPGS).

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 방법의 실행 과정을 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating an execution process of an MAS-based distributed control method in a DC microgrid according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 방법은, 전술한 바와 같은 3상 양방향 그리드 연계 컨버터(110)와, 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터(120)와, 인터리브 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터(130)와, 제어부(140) 및 통신 네트워크(150)를 포함하는 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템(100)을 바탕으로 한 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 방법으로서, 먼저 상기 제어부(140)에 의해 제어 모드를 결정하기 위한 의사결정을 위해 사용되는 정보를 상기 통신 네트워크(150)를 통해 획득한다(단계 S201). 여기서, 상기 정보를 상기 통신 네트워크(150)를 통해 그리드 운용자, 로컬 측정(장치), 인접 에이전트 중 적어도 어느 하나로부터 획득할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the MAS-based distributed control method in the DC microgrid according to the present invention includes the three-phase bi-directional grid-connected converter 110 and the three-phase unidirectional renewable energy source-linked converter 120 as described above. And, in the DC microgrid based on the MAS-based distributed control system 100 in the DC microgrid including the interleaved bidirectional energy storage system linked converter 130 and the control unit 140 and the communication network 150 As an MAS-based distributed control method of , first, information used for decision making for determining a control mode by the controller 140 is acquired through the communication network 150 (step S201). Here, the information may be obtained from at least one of a grid operator, a local measurement (device), and an adjacent agent through the communication network 150 .

이렇게 하여 정보가 획득되면, 그 획득된 정보를 바탕으로 상기 제어부(140)에 의해 그리드 장애(고장) 여부를 판별한다(단계 S202).When the information is acquired in this way, it is determined whether or not the grid is faulty (failure) by the controller 140 based on the acquired information (step S202).

또한, 상기 획득된 정보를 바탕으로 상기 제어부(140)에 의해 ESS(Energy Storage Systems)(여기서는 배터리 에이전트) 또는 RES(Renewable Energy Sources) (여기서는 WPGS 에이전트)의 장애(고장) 여부를 판별한다(단계 S203).In addition, based on the obtained information, it is determined whether a failure (failure) of an ESS (Energy Storage Systems) (here, a battery agent) or a RES (Renewable Energy Sources) (here, a WPGS agent) is performed by the controller 140 (step S203).

상기 단계 S202의 판별에서 그리드 장애(고장)가 아닌 경우, 상기 제어부(140)에 의해 공급-수요 전력 관계에 따라 DCV를 조정 및 시스템 전력 균형을 유지(보장)하고, 그리드가 장애에서 복구되는 경우 그리드 복구 제어 알고리즘을 활성화하여 제어 모드를 결정한다(단계 S204). 여기서, 상기 그리드 복구 제어 알고리즘은 DCV가

Figure 112019124698712-pat00003
(그리드 복구를 위해 사용된 최소 DCV) 및
Figure 112019124698712-pat00004
(그리드 복구를 위해 사용된 최대 DCV)에 의해 생성된 사전 정의된 범위를 벗어날 경우, SCCM(special current control mode)을 DCVM-REC(그리드 에이전트의 컨버터 모드에 의한 DC-링크 전압 제어 모드) 또는 DCVM-INV(그리드 에이전트의 인버터 모드에 의한 DC-링크 전압 제어 모드)로 전환하여 DCV를 조정하도록 구성될 수 있다.If it is not a grid failure (failure) in the determination of step S202, DCV is adjusted and system power balance is maintained (guaranteed) according to the supply-demand power relationship by the control unit 140, and the grid is restored from failure The grid recovery control algorithm is activated to determine the control mode (step S204). Here, the grid recovery control algorithm is DCV
Figure 112019124698712-pat00003
(minimum DCV used for grid recovery) and
Figure 112019124698712-pat00004
When outside the predefined range generated by (maximum DCV used for grid recovery), SCCM (special current control mode) is set to DCVM-REC (DC-Link voltage control mode by converter mode of grid agent) or DCVM Can be configured to adjust DCV by switching to INV (DC-Link Voltage Control Mode by Inverter Mode of Grid Agent).

또한, 상기 단계 S203의 판별에서 ESS 또는 RES의 장애(고장)가 아닌 경우, 상기 제어부(140)에 의해 그리드 및 배터리 에이전트의 DCV 제어능력 여부에 따라 DCV(DC-링크) 복구 알고리즘 또는 그리드 복구 감지 알고리즘을 활성화하여 제어 모드를 결정한다(단계 S205). 여기서, 상기 제어부(140)에 의해 DCV 복구 알고리즘(DC-링크 복구 알고리즘)을 활성화시켜 제어 모드를 결정함에 있어서, DCV(DC grid voltage)가 정상 범위를 벗어났을 때, 상기 제어부(140)에 의해 DCV 복구 알고리즘(DC-링크 복구 알고리즘)을 활성화시켜 DCV를 공칭 값으로 복구할 수 있다.In addition, if it is not a failure (failure) of the ESS or RES in the determination of step S203, a DCV (DC-link) recovery algorithm or grid recovery detection is performed by the controller 140 according to the DCV control capability of the grid and the battery agent. The algorithm is activated to determine the control mode (step S205). Here, in determining the control mode by activating the DCV recovery algorithm (DC-link recovery algorithm) by the controller 140 , when the DC grid voltage (DCV) is out of the normal range, DCV can be restored to its nominal value by activating the DCV recovery algorithm (DC-Link Recovery Algorithm).

이하에서는 이상과 같은 본 발명에 따른 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 방법과 관련하여 부연 설명을 해보기로 한다.Hereinafter, in relation to the MAS-based distributed control method in the DC microgrid according to the present invention as described above, an amplification will be described.

도 3은 MAS 기반 분산 제어 방식에서 그리드 에이전트의 로컬 컨트롤러를 위해 설계된 제어 방법을 나타낸 흐름도이다. 3 is a flowchart illustrating a control method designed for a local controller of a grid agent in an MAS-based distributed control method.

도 3에 도시된 바와 같이, 제어 알고리즘은 3개의 계층, 즉 정보 수집, 제어 모드의 결정 및 통신의 결정으로 구분된다. 정보 수집 계층에서 정보는 GO(grid operator), 로컬 측정 및 인접 에이전트의 3개의 소스에서 얻을 수 있다. GO는 그리드의 최대 교환 전력 및 상태에 대한 정보를 제공한다. 로컬 측정 및 인접 에이전트는 전압, 전류 및 공급-수요 전력 관계에 대한 정보를 제공한다. 필요한 정보를 수신한 후, 제어 전략은 적절한 제어 모드를 해제하도록 구현된다. 그리드에 결함이 있거나 유지 보수되는 경우, 그리드 에이전트는 유휴(IDLE) 모드로 전환되고, 동시에 Gctrl은 0으로 설정된다. 이는 그리드 에이전트(도 1 참조)가 DCV 제어를 수행할 수 없음을 의미한다.As shown in Fig. 3, the control algorithm is divided into three layers, namely, information collection, control mode determination, and communication determination. In the information gathering layer, information can be obtained from three sources: grid operator (GO), local measurement, and neighbor agent. GO provides information about the maximum exchange power and state of the grid. Local measurement and neighbor agents provide information about voltage, current, and supply-demand power relationships. After receiving the necessary information, a control strategy is implemented to release the appropriate control mode. When the grid is faulty or maintained, the grid agent goes into IDLE mode, and at the same time G ctrl is set to zero. This means that the grid agent (see Fig. 1) cannot perform DCV control.

그리드에 결함이 없는 상태는 두 개의 하위 상태로 더 구분된다. 그리드는 정상이며 그리드는 복구된다. 그리드가 정상이면, 공급-수요 전력 관계에 따라 그리드 에이전트는 "DCVM-REC"(그리드 에이전트의 컨버터 모드에 의한 DC-링크 전압 제어 모드) 또는 "DCVM-INV"(그리드 에이전트의 인버터 모드에 의한 DC-링크 전압 제어 모드)에서 작동하여 DCV를 조정하고 시스템 전력 균형을 보장한다. 특히, DCVM-REC는 그리드로부터 DCMG로 더 많은 전력을 주입함으로써 전력 부족을 보상하기 위해 사용된다. 한편, DCVM-INV는 DC-링크의 전력 잉여를 흡수하도록 구현된다. 시스템 전력 균형을 위해 사용되는 요구된 전력이 GO에서 얻은 최대 레벨보다 더 커지면, 그리드 에이전트는 작동을 CPCM(constant power control mode)으로 전환한다. CPCM이 구현될 때, 그리드와 DCMG 간에 교환되는 전력은 가능한 최대 수준이며 그 결과, 그리드 에이전트는 DCV 제어를 수행할 수 없다. 그리드가 고장(장애)에서 복구되는 경우, 그리드 복구 제어 알고리즘이 트리거된다. 이 알고리즘 및 플래그 FG1, FG2 및 FG3의 기능에 대해서는 뒤에서 설명하기로 한다. 로컬 제어 모드의 결정이 해제된 후, 그리드 에이전트의 DCV 제어 능력은 통신 라인을 통해 다른 에이전트에게 통보된다. 도 3에서 PL 은 총 부하 전력, PW 는 WPGS 에이전트의 출력 전력,

Figure 112019124698712-pat00005
는 그리드로부터 DCMG로 공급된 요구 전력,
Figure 112019124698712-pat00006
는 그리드로부터 DCMG로 공급된 최대 전력,
Figure 112019124698712-pat00007
는 DCMG로부터 그리드로 주입된 요구 전력,
Figure 112019124698712-pat00008
는 DCMG로부터 그리드로 주입된 최대 전력, Gctrl은 그리드 에이전트에 의한 DCV 제어 능력을 나타내는 것으로, Gctrl=1은 그리드 에이전트가 DCV를 제어할 수 있는 것을 의미하고, Gctrl=0은 그리드 에이전트가 DCV를 제어할 수 없는 것을 각각 의미한다.The grid-free state is further divided into two sub-states. The grid is normal and the grid is restored. If the grid is normal, depending on the supply-demand power relationship, the grid agent will either "DCVM-REC" (DC-Link Voltage Control Mode by Grid Agent's Converter Mode) or "DCVM-INV" (DC by Grid Agent's Inverter Mode) - Link voltage control mode) to regulate DCV and ensure system power balance. In particular, DCVM-REC is used to compensate for the power shortage by injecting more power from the grid to the DCMG. On the other hand, DCVM-INV is implemented to absorb the power surplus of the DC-link. When the required power used for system power balancing becomes greater than the maximum level obtained in the GO, the grid agent switches operation to constant power control mode (CPCM). When CPCM is implemented, the power exchanged between the grid and DCMG is at the highest possible level and as a result, the grid agent cannot perform DCV control. When the grid recovers from a failure (failure), the grid recovery control algorithm is triggered. The function of this algorithm and the flags F G1 , F G2 and F G3 will be described later. After the determination of the local control mode is released, the DCV control capability of the grid agent is notified to other agents through the communication line. In Fig. 3 P L is the total load power, P W is the output power of the WPGS agent,
Figure 112019124698712-pat00005
is the required power supplied from the grid to the DCMG,
Figure 112019124698712-pat00006
is the maximum power supplied from the grid to the DCMG,
Figure 112019124698712-pat00007
is the required power injected from the DCMG into the grid,
Figure 112019124698712-pat00008
is the maximum power injected from DCMG to the grid, G ctrl is the DCV control capability by the grid agent, G ctrl =1 means that the grid agent can control DCV, G ctrl =0 means that the grid agent can control DCV Each means that DCV cannot be controlled.

도 4는 도 3의 흐름도에서의 그리드 복구 제어 알고리즘(Grid recovery control algorithm)을 나타낸 흐름도이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a grid recovery control algorithm in the flowchart of FIG. 3 .

도 4를 참조하면, 이는 통신 네트워크 문제에서 그리드 복구 사례에 대한 그리드 에이전트의 제어 전략 알고리즘을 보여준다. 이 알고리즘이 활성화되자마자, 그리드 에이전트는 특수 전류 제어 모드(special current control mode; SCCM)에서 작동하여 DC 링크에 특수 전류 패턴을 주입한다. 본 실시예에서 현재 패턴은 fG의 고주파를 가진 구형파이다. 배터리 또는 WPGS 에이전트의 DCV 제어 모드(DCVM)에서, DC-링크에 주입된 모든 전력은 시스템 전력 균형을 보장하기 위해 흡수된다. 결과적으로, 배터리 전류(IB) 또는 WPGS의 q축 전류(

Figure 112019124698712-pat00009
)에 유사한 파형이 나타난다. 배터리 및 WPGS 에이전트는 그리드 복구를 인식하기 위해 IB 또는
Figure 112019124698712-pat00010
의 분석에 의존할 수 있다. 그리드 복구를 인식한 후, 배터리 또는 WPGS 에이전트는 DCVM을 중지한다. 그 결과, 어떤 소스도 DCV를 제어하지 않기 때문에 DCV가 달라진다. DCV가
Figure 112019124698712-pat00011
(그리드 복구 사례를 위해 사용된 최소 DCV) 및
Figure 112019124698712-pat00012
(그리드 복구 사례를 위해 사용된 최대 DCV)에 의해 생성된 사전 정의된 범위를 벗어나자마자, 그리드 에이전트는 도 4에 도시된 바와 같이, SCCM을 DCVM-REC 또는 DCVM-INV로 전환하여 DCV를 조정한다. 플래그 FG2 또는 FG3은 해당 작동 모드를 나타내도록 설정된다. 알고리즘의 다음 시퀀스에서 FG2 또는 FG3가 1이므로 그리드는 해당 DCVM에서 계속 작동한다.Referring to Fig. 4, it shows the control strategy algorithm of the grid agent for the grid recovery case in the communication network problem. As soon as this algorithm is activated, the grid agent operates in a special current control mode (SCCM) to inject a special current pattern into the DC link. In this embodiment, the current pattern is a square wave with a high frequency of f G . In DCV control mode (DCVM) of the battery or WPGS agent, any power injected into the DC-link is absorbed to ensure system power balance. Consequently, the battery current (I B ) or the q-axis current of WPGS (
Figure 112019124698712-pat00009
), a similar waveform appears. Batteries and WPGS agents to recognize grid recovery I B or
Figure 112019124698712-pat00010
can rely on the analysis of After recognizing grid recovery, the battery or WPGS agent stops the DCVM. As a result, the DCV varies because no source controls the DCV. DCV
Figure 112019124698712-pat00011
(minimum DCV used for grid recovery case) and
Figure 112019124698712-pat00012
As soon as it leaves the predefined range generated by (maximum DCV used for grid recovery case), the grid agent adjusts the DCV by switching SCCM to DCVM-REC or DCVM-INV, as shown in Fig. . A flag F G2 or F G3 is set to indicate the corresponding operating mode. In the next sequence of the algorithm, F G2 or F G3 is 1, so the grid continues to work on that DCVM.

도 5는 MAS 기반 분산 제어 방식에서 배터리 에이전트를 위해 설계된 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a control method designed for a battery agent in an MAS-based distributed control method.

도 5를 참조하면, 전술한 도 3과 마찬가지로, 이 배터리 에이전트의 제어 알고리즘도 3개의 계층으로 구분된다. 정보 수집 계층에서, 정보는 로컬 측정 및 인접 에이전트로부터 얻을 수 있다. 로컬 측정을 사용함으로써, 배터리 고장, SOC(state of charge), 전압 및 전류에 관한 정보는 국부적으로 얻을 수 있다. 공급-수요 전력 관계 및 그리드 에이전트의 DCV 제어 능력을 포함하는 인접 에이전트로부터의 정보는 통신 라인을 통해 얻을 수 있다. DCV 복구 및 전류 식별 알고리즘과 관련해서는 뒤에서 설명하기로 한다. 또한, 플래그 FB1 및 FB2의 기능에 대해서도 뒤에서 설명하기로 한다.Referring to FIG. 5 , similarly to FIG. 3 described above, the control algorithm of the battery agent is also divided into three layers. At the information gathering layer, information can be obtained from local measurements and neighboring agents. By using local measurements, information about battery failure, state of charge (SOC), voltage and current can be obtained locally. Information from adjacent agents, including supply-demand power relationships and the grid agent's DCV control capabilities, can be obtained via communication lines. DCV recovery and current identification algorithms will be described later. Also, the functions of the flags F B1 and F B2 will be described later.

배터리에 결함이 있는 경우, 배터리 에이전트가 유휴(IDLE) 모드로 전환되고 동시에 Bctrl(배터리 에이전트에 의한 DCV 제어 능력을 표시함)은 0으로 설정되며, 이는 배터리 에이전트가 DCV 제어를 수행할 수 없음을 나타낸다. 배터리가 정상인 경우, 공급-수요 전력 관계, 배터리 SOC, 전압 및 전류에 따라, 다양한 조건에서 DCMG의 시스템 전력 균형을 보장하기 위해 적절한 제어 모드가 결정된다. SOC, 전압 및 필요한 전력의 배터리 매개 변수가 사전 정의된 범위 내에 있으면, 배터리 에이전트는 DCVM-DIS(배터리 방전에 의한 DC-링크 전압 제어 모드)가 DC-링크에 전력을 주입하도록 또는 DCVM-CHA(배터리 충전에 의한 DC-링크 전압 제어 모드)가 DC-링크로부터 전력을 흡수하도록 실현하고, 그 결과 DCV는 공칭값으로 조정된다.배터리 SOC가 SOCmin 및 SOCmax로 구성된 안전 범위를 벗어나면, 배터리 에이전트는 과충전 또는 과방전을 피하기 위해 유휴(IDLE) 모드로 전환한다. 또한,

Figure 112019124698712-pat00013
의 필수 충전 전력 및
Figure 112019124698712-pat00014
의 필수 방전 전력이
Figure 112019124698712-pat00015
Figure 112019124698712-pat00016
의 최대 레벨을 초과하는 경우, CPCM(constant power control mode)은 최대 용량으로 배터리를 충전/방전하도록 실현되었다. 결과적으로, 배터리 작동 중 과열 또는 손상이 제거될 수 있다. 마찬가지로, 정전압 제어 모드(CVCM)는 배터리를 최대 전압 레벨로 충전하도록 실현되었으며, 그것은 배터리가 과충전되는 것을 방지한다. 로컬 제어 모드의 결정이 해제된 후, 배터리 에이전트의 DCV에 대한 능력(Bctrl)은 통신 라인을 통해 다른 에이전트에 동시에 알려진다.If the battery is faulty, the battery agent goes into IDLE mode and at the same time B ctrl (indicating the ability to control DCV by the battery agent) is set to 0, which means that the battery agent cannot perform DCV control. indicates When the battery is normal, according to the supply-demand power relationship, the battery SOC, voltage and current, an appropriate control mode is determined to ensure the system power balance of DCMG in various conditions. If the battery parameters of SOC, voltage and required power are within the predefined ranges, the battery agent will cause DCVM-DIS (DC-Link Voltage Control Mode by Battery Discharge) to inject power into the DC-Link or DCVM-CHA ( DC-link voltage control mode by battery charging) realizes to absorb power from DC-link, as a result, DCV is adjusted to the nominal value. Battery SOC is SOC min and SOC max , the battery agent switches to IDLE mode to avoid overcharging or overdischarging. Also,
Figure 112019124698712-pat00013
of the required charging power and
Figure 112019124698712-pat00014
the required discharge power of
Figure 112019124698712-pat00015
and
Figure 112019124698712-pat00016
When the maximum level of CPCM (constant power control mode) is exceeded, it is realized to charge/discharge the battery to its maximum capacity. As a result, overheating or damage during battery operation can be eliminated. Likewise, the constant voltage control mode (CVCM) is realized to charge the battery to the maximum voltage level, which prevents the battery from being overcharged. After the determination of the local control mode is released, the capability of the battery agent to DCV (B ctrl ) is simultaneously announced to other agents via the communication line.

도 6은 도 5의 흐름도에서의 DC-링크 복구 알고리즘 및 그리드 복구 감지 알고리즘을 각각 나타낸 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a DC-link recovery algorithm and a grid recovery detection algorithm in the flowchart of FIG. 5, respectively.

도 6의 (A)를 참조하면, 이는 배터리 에이전트에 대한 DCV 복구 알고리즘의세부 내용을 보여주는 것으로서, DCV가 여전히 미리 정의된 첫 번째 최소 레벨 (

Figure 112019124698712-pat00017
)보다 큰 경우, 배터리 에이전트는 유휴(IDLE) 모드이다. DCV가
Figure 112019124698712-pat00018
보다 낮아지자마자, CPCM은 최대 방전 전력으로 배터리를 방전하도록 활성화된다. 동시에, 플래그 FB1은 1로 설정된다. 알 수 있는 바와 같이, DCV가 미리 정의된 제 2 최소 레벨(
Figure 112019124698712-pat00019
)보다 낮은 한, 배터리의 동작 모드는 CPCM으로 유지된다. 이 구현의 목표는 가능한 한 빨리 DCV를 복구하는 것이다. DCV가
Figure 112019124698712-pat00020
보다 높아지면, 배터리가 자동으로 DCVM-DIS로 전환되어 DCV를 공칭 레벨로 조절하고 플래그 FB2가 1로 설정된다. 다음 시퀀스에서 FB1과 FB2가 1이기 때문에 배터리는 DCVM-DIS에서 계속 작동한다. 도 6의 (A)의 알고리즘을 사용하여 통신 문제가 있는 배터리 에이전트의 작동 모드를 결정한 후, 통신 결정은 출력(1 또는 2)에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 선택된다.Referring to Fig. 6(A), this shows the details of the DCV recovery algorithm for the battery agent, where DCV is still at a predefined first minimum level (
Figure 112019124698712-pat00017
), the battery agent is in IDLE mode. DCV
Figure 112019124698712-pat00018
As soon as it goes lower, the CPCM is activated to discharge the battery to its maximum discharge power. At the same time, the flag F B1 is set to 1. As can be seen, DCV is at a predefined second minimum level (
Figure 112019124698712-pat00019
), the battery's operating mode remains CPCM. The goal of this implementation is to restore DCV as quickly as possible. DCV
Figure 112019124698712-pat00020
When higher, the battery automatically switches to DCVM-DIS to adjust DCV to the nominal level and flag F B2 is set to 1. In the following sequence, since F B1 and F B2 are 1, the battery continues to operate in DCVM-DIS. After determining the operating mode of the battery agent having communication problem using the algorithm of Fig. 6(A), the communication decision is selected as shown in Fig. 5 according to the output (1 or 2).

도 6의 (B)를 참조하면, 이는 그리드 에이전트에 의해 생성된 특수 전류 패턴을 감지하기 위해 사용되는 전류 식별 알고리즘을 보여준다. 고역 통과 필터를 사용하면 저주파 성분이 제거된다. 해당 출력의 주파수(

Figure 112019124698712-pat00021
)는 제로 검출에 의존하여 계산될 수 있다. 검출된 주파수
Figure 112019124698712-pat00022
가 그리드 에이전트에 의해 생성된 주파수
Figure 112019124698712-pat00023
와 동일하면, 카운터는 단계 1로 카운트 업 한다. 카운터가 사전 정의된 N의 수에 도달하면, 배터리 또는 WPGS 에이전트는 그리드 복구를 검출한다. 다음 동작을 위해 카운터가 재설정된다. 출력(1 또는 2)을 결정한 후, 배터리 에이전트의 제어 알고리즘은 도 5와 같이 지속적으로 실현된다.Referring to FIG. 6B , it shows a current identification algorithm used to detect a special current pattern generated by a grid agent. A high-pass filter removes low-frequency components. The frequency of that output (
Figure 112019124698712-pat00021
) can be calculated depending on the zero detection. detected frequency
Figure 112019124698712-pat00022
frequency generated by the grid agent
Figure 112019124698712-pat00023
equal to, the counter counts up to step 1. When the counter reaches a predefined number of N, the battery or WPGS agent detects grid recovery. The counter is reset for the next operation. After determining the output 1 or 2, the control algorithm of the battery agent is continuously realized as shown in FIG.

도 7은 MAS 기반 분산 제어 방식에서 WPGS 에이전트를 위해 설계된 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a control method designed for a WPGS agent in an MAS-based distributed control method.

도 7을 참조하면, 위에서 설명한 그리드 에이전트 및 배터리 에이전트와 마찬가지로 WPGS 에이전트의 제어 알고리즘도 3개의 계층으로 구분된다. 정보 수집 계층에서 정보는 로컬 측정 및 인접 에이전트에서 얻을 수 있다. 로컬 측정을 사용하여 풍력 터빈(PW)에서 추출된 전력을 얻을 수 있다. 인접 에이전트로부터의 정보는 배터리와 그리드 에이전트의 공급-수요 전력 관계와 DCV 제어 능력을 제공한다. DCV(DC-링크) 복구 알고리즘 및 전류 식별 알고리즘(그리드 복구 감지 알고리즘)은 뒤에서 설명하기로 한다. Referring to FIG. 7 , like the grid agent and battery agent described above, the control algorithm of the WPGS agent is also divided into three layers. At the information gathering layer, information can be obtained from local measurements and neighboring agents. Local measurements can be used to obtain the power extracted from the wind turbine (P W ). Information from the adjacent agent provides the supply-demand power relationship of the battery and grid agent and DCV control capabilities. DCV (DC-Link) recovery algorithm and current identification algorithm (grid recovery detection algorithm) will be described later.

WPGS에 결함이 있는 경우, WPGS 에이전트는 유휴(IDLE) 모드를 전환하고 동시에 Wctrl(WPGS 에이전트에 의한 DCV 제어 능력의 표시)은 0으로 설정되어 WPGS 에이전트가 DCV 제어를 수행할 수 없음을 나타낸다. 공급-수요 전력 관계에 따라, 적절한 제어 모드가 다양한 조건에서 시스템 전력 균형을 유지하기 위해 결정된다. 특히 MPPT(maximum power point tracking) 모드는 풍력 터빈으로부터 DC-링크로 최대 전력을 추출하기 위해 사용된다. 한편, 풍력 터빈의 출력 전력을 제한함에 의한 DCV 제어(DCVM-LIM)는 풍력 터빈의 출력 전력을 부하 요구에 맞게 조정하도록 구현된다. 로컬 제어 모드의 결정이 해제된 후, WPGS 에이전트의 DCV 제어 능력(Wctrl)은 통신 라인을 통해 다른 에이전트에 동시에 알려진다.If the WPGS is faulty, the WPGS agent switches to IDLE mode and at the same time W ctrl (indicating DCV control capability by the WPGS agent) is set to 0, indicating that the WPGS agent cannot perform DCV control. According to the supply-demand power relationship, an appropriate control mode is determined to balance the system power in various conditions. In particular, the maximum power point tracking (MPPT) mode is used to extract maximum power from the wind turbine to the DC-link. On the other hand, DCV control by limiting the output power of the wind turbine (DCVM-LIM) is implemented to adjust the output power of the wind turbine to the load demand. After the determination of the local control mode is released, the DCV control capability (W ctrl ) of the WPGS agent is simultaneously announced to other agents through the communication line.

도 8은 도 7의 흐름도에서의 DC-링크 복구 알고리즘 및 그리드 복구 감지 알고리즘을 각각 나타낸 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a DC-link recovery algorithm and a grid recovery detection algorithm in the flowchart of FIG. 7, respectively.

도 8의 (A)를 참조하면, 이는 WPGS 에이전트에 대한 DCV(DC-링크) 복구 알고리즘의 세부 내용을 보여주는 것으로서, DCV가 사전 정의된 최대 레벨(

Figure 112019124698712-pat00024
)보다 낮은 경우 WPGS 에이전트는 MPPT 모드에서 작동한다. DCV가
Figure 112019124698712-pat00025
보다 높아지면 DCVM-LIM이 트리거되어 WPGS의 출력 전력을 총 부하 요구량과 같은 수준으로 제한한다. 따라서, 공급-수요 전력 관계가 보장되므로 DCV는 공칭 값으로 안정적으로 유지된다. 동시에, 플래그 FW는 1로 설정된다. 알고리즘의 다음 시퀀스에서, FW는 1과 같기 때문에 WPGS는 DCVM-LIM에서 계속 작동한다. 통신 문제가 나타나는 WPGS 에이전트의 작동 모드를 결정한 후, 통신 결정은 도 7과 같이 출력(1 또는 2)에 따라 해제된다.Referring to (A) of Figure 8, this shows the details of the DCV (DC-Link) recovery algorithm for the WPGS agent, where the DCV is set to a predefined maximum level (
Figure 112019124698712-pat00024
), the WPGS agent operates in MPPT mode. DCV
Figure 112019124698712-pat00025
When it goes higher, the DCVM-LIM is triggered, limiting the output power of the WPGS to a level equal to the total load demand. Thus, the supply-demand power relationship is ensured so that the DCV remains stable at its nominal value. At the same time, the flag F W is set to 1. In the next sequence of the algorithm, WPGS continues to work in DCVM-LIM because F W is equal to 1. After determining the operating mode of the WPGS agent in which the communication problem appears, the communication decision is released according to the output (1 or 2) as shown in FIG.

도 8의 (B)를 참조하면, 이는 그리드 에이전트에 의해 생성된 특수 전류 패턴을 감지하기 위해 사용되는 전류 식별 알고리즘을 보여준다. 고역 통과 필터를 사용하면 저주파 성분이 제거된다. 해당 출력의 주파수(

Figure 112019124698712-pat00026
)는 제로 검출에 의존하여 계산될 수 있다. 검출된 주파수
Figure 112019124698712-pat00027
가 그리드 에이전트에 의해 생성된 주파수
Figure 112019124698712-pat00028
와 동일하면, 카운터는 단계 1로 카운트 업 한다. 카운터가 사전 정의된 N의 수에 도달하면, 배터리 또는 WPGS 에이전트는 그리드 복구를 검출한다. 다음 동작을 위해 카운터가 재설정된다. 출력(1 또는 2)을 결정한 후, 배터리 에이전트의 제어 알고리즘은 도 5와 같이 지속적으로 실현된다.Referring to Fig. 8B, it shows the current identification algorithm used to detect the special current pattern generated by the grid agent. A high-pass filter removes low-frequency components. The frequency of that output (
Figure 112019124698712-pat00026
) can be calculated depending on the zero detection. detected frequency
Figure 112019124698712-pat00027
frequency generated by the grid agent
Figure 112019124698712-pat00028
equal to, the counter counts up to step 1. When the counter reaches a predefined number of N, the battery or WPGS agent detects grid recovery. The counter is reset for the next operation. After determining the output 1 or 2, the control algorithm of the battery agent is continuously realized as shown in FIG.

도 9는 배터리 에이전트 및 WPGS 에이전트에 의한 각각의 DCV 복구 알고리즘의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.9 is a diagram showing simulation results of each DCV recovery algorithm by a battery agent and a WPGS agent.

도 9의 (A)를 참조하면, 이는 그리드 결함 감지 및 통신 지연이 있는 상태에서 SHED가 없는 배터리 에이전트에 의해 구현된 DCV 복구 알고리즘의 시뮬레이션 결과를 보여주는 것으로서, 그리드 결함이 발생하기 전에 그리드 에이전트가 DCV 제어 및 시스템 전력 균형을 인계받는다. 한편, 배터리 에이전트는 유휴 모드에 있으며 WPGS 에이전트는 MPPT에서 작동하여 풍력 터빈에서 최대 전력을 추출한다. t = 0.3초에서 그리드는 종료되지만 그리드 결함 감지 및 통신 지연으로 인해 GO 및 모든 시스템 에이전트가 이를 즉시 인식할 수 없다. 결과적으로, 배터리가 여전히 유휴 모드에 있는 동안 그리드 에이전트는 여전히 DCVM-REC에서 작동한다. 도 9의 (A)에서 볼 수 있듯이, DCV((c) 참조)는 전력 불균형으로 인해 급격히 감소한다. DCV가 370V의

Figure 112019124698712-pat00029
으로 떨어지자 마자, 배터리 에이전트는 CPCM으로 전환하여 2kW의 최대 방전 전력으로 배터리를 방전한다. DCV가 390V의
Figure 112019124698712-pat00030
에 도달할 때, 배터리의 제어 모드는 DCVM-DIS로 전환되어 공칭 값 400V에서 DCV를 점진적으로 조정한다. 그리드 오류가 t = 0.5초에서 감지된 경우, 그리드 에이전트의 작동이 유휴(IDLE)로 전환되고 배터리 에이전트는 DCVM-DIS에 의해 DCV를 지속적으로 제어한다. 도 9의 (A)에서 (a)는 a상 그리드 전압, (b)는 에이전트들의 출력 전력, (c)는 DCV를 각각 나타낸다.Referring to (A) of FIG. 9 , this shows the simulation results of the DCV recovery algorithm implemented by the battery agent without SHED in the presence of grid fault detection and communication delay. Before the grid fault occurs, the grid agent performs DCV It takes over control and system power balance. Meanwhile, the battery agent is in idle mode and the WPGS agent operates on the MPPT to extract maximum power from the wind turbine. At t = 0.3 s, the grid shuts down, but the GO and all system agents cannot immediately recognize it due to grid fault detection and communication delays. As a result, the grid agent still works in DCVM-REC while the battery is still in idle mode. As can be seen in (A) of Figure 9, DCV (refer to (c)) rapidly decreases due to power imbalance. DCV is 370V
Figure 112019124698712-pat00029
As soon as it drops to , the battery agent switches to CPCM to discharge the battery with a maximum discharge power of 2 kW. DCV of 390V
Figure 112019124698712-pat00030
When , the control mode of the battery switches to DCVM-DIS, which gradually adjusts the DCV from the nominal value of 400V. When a grid error is detected at t = 0.5 seconds, the operation of the grid agent switches to IDLE and the battery agent continuously controls the DCV by DCVM-DIS. In (A) of FIG. 9, (a) is a-phase grid voltage, (b) is the output power of the agents, (c) is DCV, respectively.

도 9의 (B)를 참조하면, 이는 그리드 결함 감지 및 통신 지연이 있는 상태에서 WPGS 에이전트에 의해 구현된 DCV 복구 알고리즘의 시뮬레이션 결과를 보여주는 것으로서, 그리드 결함이 발생하기 전에 배터리가 유휴(IDLE) 상태인 동안 WPGS 에이전트는 MPPT 모드에서 작동한다. DCV는 그리드 에이전트의 DCVM-REC에 의해 400V로 조정된다. t = 0.3초에서 그리드 결함이 발생하지만 그리드 결함 감지 및 통신 지연으로 인해 GO 및 모든 에이전트가 이를 인식하지 못한다. 이는 공급-수요 전력 불균형으로 인해 DCV의 빠른 증가를 초래한다. DCV가

Figure 112019124698712-pat00031
에 도달하자마자, WPGS 에이전트는 DCVM-LIM으로 전환하여 WPGS의 출력 전력을 제한한다. 그리드 오류가 t = 0.5초에서 감지되면, 그리드 에이전트의 작동이 유휴(IDLE)로 전환되고 WPGS 에이전트는 DCVM-LIM에 의해 DCV를 지속적으로 제어한다. 도 9의 (B)에서 (a)는 a상 그리드 전압, (b)는 에이전트들의 출력 전력, (c)는 DCV를 각각 나타낸다.Referring to FIG. 9B , this shows the simulation result of the DCV recovery algorithm implemented by the WPGS agent in the presence of grid fault detection and communication delay, in which the battery is idle (IDLE) before the grid fault occurs. The WPGS agent operates in MPPT mode while in operation. DCV is regulated to 400V by DCVM-REC of the grid agent. A grid fault occurs at t = 0.3 s, but the GO and all agents are unaware of it due to grid fault detection and communication delays. This results in a rapid increase in DCV due to supply-demand power imbalance. DCV
Figure 112019124698712-pat00031
Upon reaching , the WPGS agent switches to DCVM-LIM to limit the output power of the WPGS. When a grid error is detected at t = 0.5 seconds, the operation of the grid agent switches to IDLE and the WPGS agent continuously controls the DCV by DCVM-LIM. In FIG. 9(B), (a) is a-phase grid voltage, (b) is the output power of the agents, (c) is DCV, respectively.

도 10은 통신 장애 조건 하에서의 배터리 에이전트 및 WPGS 에이전트에 의한 그리드 복구 감지의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.10 is a diagram showing simulation results of grid recovery detection by a battery agent and a WPGS agent under a communication failure condition.

도 10의 (A)를 참조하면, 이는 배터리 에이전트를 이용한 그리드 복구 감지 방식의 시뮬레이션 결과를 보여주는 것으로서, 그리드가 복구되기 전에 배터리 에이전트의 DCVM-CHA를 구현함으로써 DCV가 조정된다. t = 0.2초에서 그리드는 복구되지만 통신 장애로 인해 배터리 에이전트가 이를 인식할 수 없다. 동시에 그리드 에이전트는 SCCM(special current control mode)을 활성화하여 DC-링크에 특수한 전류 패턴을 주입한다. 전류 패턴은 20Hz의 주파수를 갖는 구형파이다. 그리드 에이전트에 의해 생성된 특수 전류 패턴의 영향으로 인해, 도 10의 (A)의 (e)에서 볼 수 있는것처럼, 유사한 파형이 배터리 전류 IB에 나타났다. 그런 다음, 배터리 전류 파형은 도 6의 (B) 및 도 8의 (B)에서 설명된 전류 식별 알고리즘으로 분석된다. 풍력 전력 및 부하 전력의 변동은 식별 과정 동안 방해로 간주된다. 카운터가 사전 정의된 N 레벨에 도달한 후, 그리드 복구가 감지되고, 배터리 에이전트는 DCVM-CHA를 중지한다. DCV가 410V의

Figure 112019124698712-pat00032
에 도달하자마자, 그리드 에이전트는 SCCM을 DCVM-INV로 전환하여 DCV를 조정한다. 도 10의 (A)에서 (a)는 DCV, (b)는 그리드 에이전트의 출력 전력, (c)는 부하 전력, (d)는 WPGS의 출력 전력, (e)는 배터리 전류를 각각 나타낸다.Referring to FIG. 10A , this shows the simulation result of the grid recovery detection method using the battery agent, and DCV is adjusted by implementing DCVM-CHA of the battery agent before the grid is restored. At t = 0.2 s, the grid recovers, but the battery agent is not aware of it due to a communication failure. At the same time, the grid agent activates the special current control mode (SCCM) to inject a special current pattern into the DC-link. The current pattern is a square wave with a frequency of 20 Hz. Due to the influence of the special current pattern generated by the grid agent, a similar waveform appeared in the battery current I B , as can be seen in (e) of Fig. 10(A). Then, the battery current waveform is analyzed by the current identification algorithm described in FIGS. 6 (B) and 8 (B). Variations in wind power and load power are considered disturbances during the identification process. After the counter reaches a predefined N level, grid recovery is detected, and the battery agent stops DCVM-CHA. DCV is 410V
Figure 112019124698712-pat00032
Upon reaching , the grid agent adjusts the DCV by switching the SCCM to DCVM-INV. In (A) of FIG. 10, (a) is DCV, (b) is the output power of the grid agent, (c) is the load power, (d) is the output power of WPGS, (e) is the battery current, respectively.

도 10의 (B)를 참조하면, 이는 통신 장애 조건 하에서의 WPGS 에이전트에 의한 그리드 복구 감지의 시뮬레이션 결과를 보여주는 것으로서, 그리드가 복구되기 전에 DCV는 WPGS 에이전트의 DCVM-LIM을 구현함으로써 조정된다. t = 0.2초에서 그리드는 복구되지만, WPGS 에이전트는 이를 인식하지 못하고 DCVM-LIM에서 여전히 작동한다. 카운터가 N 레벨에 도달하면, 그리드 복구가 감지되고, WPGS 에이전트는 DCVM-LIM을 MPPT로 전환한다. DCV가 410V의

Figure 112019124698712-pat00033
에 도달하자마자, 그리드 에이전트는 SCCM을 DCVM-INV로 전환하여 DCV를 제어한다. 본 발명의 방법을 사용함으로써, 풍력 및 부하 전력의 변화로 인한 통신 장애 하에서도 그리드 복구가 감지될 수 있음을 확인하였다. 또한, DCV는 전압 제어의 충돌없이 잘 조정된다. 도 10의 (B)에서 (a)는 DCV, (b)는 그리드 에이전트의 출력 전력, (c)는 부하 전력, (d)는 WPGS 전류를 각각 나타낸다.Referring to (B) of FIG. 10 , this shows the simulation result of grid recovery detection by the WPGS agent under the communication failure condition. Before the grid is restored, the DCV is adjusted by implementing DCVM-LIM of the WPGS agent. At t = 0.2 seconds the grid is restored, but the WPGS agent is not aware of it and it still works in DCVM-LIM. When the counter reaches N level, grid recovery is detected and the WPGS agent converts DCVM-LIM to MPPT. DCV is 410V
Figure 112019124698712-pat00033
Upon reaching , the grid agent switches SCCM to DCVM-INV to control DCV. By using the method of the present invention, it was confirmed that grid restoration can be detected even under communication disturbances due to changes in wind power and load power. Also, the DCV is well regulated without conflicting voltage control. In (B) of FIG. 10, (a) is DCV, (b) is the output power of the grid agent, (c) is the load power, (d) is the WPGS current, respectively.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템 및 방법은 DC 마이크로그리드를 위한 비상 작동 알고리즘 및 DCV(DC-grid voltage) 안정화 솔루션을 마련하고, MAS(Multi-Agent Systems) 기반 분산 제어 방식을 사용하여 DCMG(DC microgrid)에 대해 조절된 제어를 구현함으로써, MAS 기반의 분산형 제어에서 통신 장애가 발생하더라도 다양한 조건에서 시스템의 전력 균형 및 안정성을 보장할 수 있는 장점이 있다.As described above, the MAS-based distributed control system and method in the DC microgrid according to the present invention provides an emergency operation algorithm and DCV (DC-grid voltage) stabilization solution for the DC microgrid, and MAS (Multi- Agent Systems)-based distributed control method is used to implement regulated control for DCMG (DC microgrid), so even if communication failure occurs in MAS-based distributed control, the power balance and stability of the system can be guaranteed under various conditions. there is this

또한, 통신 장애시에도 의도하지 않은 그리드 결함 감지 지연의 영향에 대비하여 DCV를 공칭 값으로 빠르게 복구할 수 있고, 통신 문제 발생시 DCV 제어에서의 충돌을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, even in the event of a communication failure, DCV can be quickly restored to a nominal value in preparation for the influence of unintended grid fault detection delay, and there is an effect of preventing a collision in DCV control when a communication problem occurs.

또한, 본 발명의 제어 시스템 및 방법을 적용할 경우, 공급-수요 전력 균형, 시스템 안정성, 그리드 결함, 그리드 복구 및 통신 장애를 포함한 DCMG의 제어 및 관리에 대한 우려를 효과적으로 동시에 해결할 수 있는 효과가 있다.In addition, when the control system and method of the present invention are applied, there is an effect that can effectively simultaneously solve concerns about the control and management of DCMG, including supply-demand power balance, system stability, grid failure, grid recovery, and communication failure. .

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As described above, the present invention has been described in detail through preferred embodiments, but the present invention is not limited thereto, and it is common in the art that various changes and applications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. self-explanatory to the technician. Therefore, the true protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

100:(본 발명)DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템
110: 3상 양방향 그리드 연계 컨버터
120: 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터
130: 인터리브(interleaved) 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터
140: 제어부 150: 통신 네트워크
160: 부하 170: 배터리
100: (Invention) MAS-based distributed control system in DC microgrid
110: 3-phase bidirectional grid-connected converter
120: 3-phase unidirectional renewable energy source coupled converter
130: interleaved bidirectional energy storage system linkage converter
140: control unit 150: communication network
160: load 170: battery

Claims (5)

상용 전력 그리드와 연결되며, 상용 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 변환하여 부하 또는 에너지 저장 시스템(Energy Storage Systems; ESS)에 공급하는 3상 양방향 그리드 연계 컨버터와;
분산형 재생 에너지 소스(Renewable Energy Sources; RES)에 연결되며, 재생 에너지 소스로부터 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 변환하여 부하 또는 에너지 저장 시스템에 공급하는 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터와;
상기 3상 양방향 그리드 연계 컨버터와 상기 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터에 각각 연결되며, 상기 3상 양방향 그리드 연계 컨버터 또는 상기 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터에 의해 공급되는 직류 전압을 입력받아 배터리에 저장하고, 배터리에 저장된 전기 에너지를 부하에 공급하는 인터리브 (interleaved) 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터와;
상기 3상 양방향 그리드 연계 컨버터, 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터, 인터리브 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터의 상태 체크 및 동작을 제어하고, 그리드 또는 통신 장애시 그리드 복구 제어 알고리즘을 활성화시켜 그리드를 복구하며, DCV(DC grid voltage)가 정상 범위를 벗어날 때 DCV 복구 알고리즘을 활성화시켜 DCV를 공칭 값으로 복구하는 제어부; 및
상기 3상 양방향 그리드 연계 컨버터, 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터, 인터리브 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터, 제어부 및 부하 간을 서로 전기적으로 연결하며, 상호 간에 통신이 가능하도록 하는 통신 네트워크를 포함하며,
상기 제어부는 상기 3상 양방향 그리드 연계 컨버터를 포함하는 그리드 에이전트(agent)와, 상기 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터를 포함하는 재생 에너지 소스 에이전트와, 상기 인터리브(interleaved) 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터를 포함하는 에너지 저장 시스템 에이전트 및 상기 부하를 포함하는 부하 에이전트의 각 에이전트의 작동 모드를 상기 통신 네트워크를 통해 얻은 로컬 에이전트 상태와 인접 에이전트 상태를 모두 고려하여 실시간으로 결정하고,
상기 제어부는 DCV(DC grid voltage)의 비정상적인 변화를 감지함으로써, ESS(Energy Storage Systems) 및 RES(Renewable Energy Sources)의 로컬 비상 제어 모드를 즉시 활성화시켜 상기 통신 네트워크를 통해 획득한 정보에 관계없이 DCV를 공칭 값으로 복구시키며,
상기 DCV 복구 알고리즘은 배터리 에이전트에 대한 DCV 복구 알고리즘을 포함하고, 배터리 에이전트에 대한 DCV 복구 알고리즘은, DCV가 미리 정의된 첫 번째 최소 레벨 (
Figure 112021019334007-pat00046
)보다 큰 경우, 배터리 에이전트는 유휴(IDLE) 모드로 유지되고, DCV가
Figure 112021019334007-pat00047
보다 낮아지자마자, CPCM은 최대 방전 전력으로 배터리를 방전하도록 활성화되며, DCV가 미리 정의된 제 2 최소 레벨(
Figure 112021019334007-pat00048
)보다 낮은 한, 배터리의 동작 모드는 CPCM으로 유지되고, DCV가
Figure 112021019334007-pat00049
보다 높아지면, 배터리가 자동으로 DCVM-DIS로 전환되어 DCV를 공칭 레벨로 조절하는 것을 특징으로 하는 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템.
a three-phase bidirectional grid-connected converter connected to the commercial power grid, receiving commercial AC voltage, converting it into DC voltage, and supplying it to a load or an Energy Storage System (ESS);
a three-phase unidirectional renewable energy source-linked converter connected to a distributed renewable energy source (RES), receiving an AC voltage from a renewable energy source, converting it into a DC voltage, and supplying it to a load or an energy storage system;
Each of the three-phase bidirectional grid-connected converter and the three-phase unidirectional renewable energy source linked converter are connected to each other, and receive the DC voltage supplied by the three-phase bidirectional grid linked converter or the three-phase unidirectional renewable energy source linked converter to the battery. an interleaved bidirectional energy storage system linkage converter for storing and supplying electrical energy stored in the battery to a load;
Controls the status check and operation of the three-phase bi-directional grid-linked converter, the three-phase unidirectional renewable energy source-linked converter, and the interleaved bi-directional energy storage system-linked converter, and restores the grid by activating a grid recovery control algorithm in the event of a grid or communication failure; a control unit that activates a DCV recovery algorithm when DC grid voltage (DCV) is out of a normal range to restore DCV to a nominal value; and
The three-phase bi-directional grid-linked converter, the three-phase unidirectional renewable energy source-linked converter, the interleaved bi-directional energy storage system linkage converter, and a communication network that electrically connects the control unit and the load to each other and enables communication with each other,
The control unit includes a grid agent including the three-phase bi-directional grid-connected converter, a renewable energy source agent including the three-phase unidirectional renewable energy source-linked converter, and the interleaved two-way energy storage system-linked converter. The operation mode of each agent of the energy storage system agent including the load agent and the load agent including the load is determined in real time in consideration of both the local agent state and the neighboring agent state obtained through the communication network,
By detecting an abnormal change in DC grid voltage (DCV), the control unit immediately activates the local emergency control mode of Energy Storage Systems (ESS) and Renewable Energy Sources (RES), regardless of the information obtained through the communication network. restores to its nominal value,
The DCV recovery algorithm includes a DCV recovery algorithm for the battery agent, wherein the DCV recovery algorithm for the battery agent includes a first minimum level (
Figure 112021019334007-pat00046
), the battery agent remains in IDLE mode, and DCV is
Figure 112021019334007-pat00047
As soon as it goes lower, the CPCM is activated to discharge the battery to the maximum discharge power, and the DCV is set to a second predefined minimum level (
Figure 112021019334007-pat00048
), the battery's operating mode remains CPCM, and DCV is
Figure 112021019334007-pat00049
MAS-based decentralized control system in DC microgrid, characterized in that when higher, the battery automatically switches to DCVM-DIS to regulate DCV to the nominal level.
삭제delete 3상 양방향 그리드 연계 컨버터와, 3상 단방향 재생 에너지 소스 연계 컨버터와, 인터리브 양방향 에너지 저장 시스템 연계 컨버터와, 제어부 및 통신 네트워크를 포함하는 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 시스템을 바탕으로 한 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 방법으로서,
a) 상기 제어부에 의해 제어 모드를 결정하기 위한 의사결정을 위해 사용되는 정보를 상기 통신 네트워크를 통해 획득하는 단계와;
b) 상기 획득된 정보를 바탕으로 상기 제어부에 의해 그리드 장애(고장) 여부를 판별하는 단계와;
c) 상기 획득된 정보를 바탕으로 상기 제어부에 의해 ESS(Energy Storage Systems) 또는 RES(Renewable Energy Sources)의 장애(고장) 여부를 판별하는 단계와;
d) 상기 단계 b)의 판별에서 그리드 장애(고장)가 아닌 경우, 상기 제어부에 의해 공급-수요 전력 관계에 따라 DCV를 조정 및 시스템 전력 균형을 유지하고, 그리드가 장애에서 복구되는 경우 그리드 복구 제어 알고리즘을 활성화하여 제어 모드를 결정하는 단계; 및
e) 상기 단계 c)의 판별에서 ESS 또는 RES의 장애(고장)가 아닌 경우, 상기 제어부에 의해 그리드 및 배터리 에이전트의 DCV 제어능력 여부에 따라 DCV(DC-링크) 복구 알고리즘 또는 그리드 복구 감지 알고리즘을 활성화하여 제어 모드를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 단계 e)에서 상기 제어부에 의해 DCV 복구 알고리즘(DC-링크 복구 알고리즘)을 활성화시켜 제어 모드를 결정함에 있어서, DCV(DC grid voltage)가 정상 범위를 벗어났을 때, 상기 제어부에 의해 DCV 복구 알고리즘(DC-링크 복구 알고리즘)을 활성화시켜 DCV를 공칭 값으로 복구하며,
상기 DCV 복구 알고리즘은 배터리 에이전트에 대한 DCV 복구 알고리즘을 포함하고, 배터리 에이전트에 대한 DCV 복구 알고리즘은, DCV가 미리 정의된 첫 번째 최소 레벨 (
Figure 112021019334007-pat00050
)보다 큰 경우, 배터리 에이전트는 유휴(IDLE) 모드로 유지되고, DCV가
Figure 112021019334007-pat00051
보다 낮아지자마자, CPCM은 최대 방전 전력으로 배터리를 방전하도록 활성화되며, DCV가 미리 정의된 제 2 최소 레벨(
Figure 112021019334007-pat00052
)보다 낮은 한, 배터리의 동작 모드는 CPCM으로 유지되고, DCV가
Figure 112021019334007-pat00053
보다 높아지면, 배터리가 자동으로 DCVM-DIS로 전환되어 DCV를 공칭 레벨로 조절하는 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 방법.
Based on MAS-based distributed control system in DC microgrid including 3-phase bi-directional grid-connected converter, 3-phase unidirectional renewable energy source-linked converter, interleaved bi-directional energy storage system-linked converter, and control unit and communication network. A MAS-based distributed control method in a DC microgrid, comprising:
a) acquiring information used for decision making for determining a control mode by the control unit through the communication network;
b) determining whether a grid failure (failure) by the control unit based on the obtained information;
c) determining whether an ESS (Energy Storage Systems) or RES (Renewable Energy Sources) has a failure (failure) by the controller based on the obtained information;
d) If it is not a grid failure (failure) in the determination of step b), adjust DCV and maintain system power balance according to the supply-demand power relationship by the control unit, and control grid recovery when the grid recovers from failure activating an algorithm to determine a control mode; and
e) If it is not a failure (failure) of the ESS or RES in the determination of step c), a DCV (DC-link) recovery algorithm or a grid recovery detection algorithm according to the DCV control capability of the grid and battery agent by the control unit activating to determine a control mode;
In step e), in determining a control mode by activating a DCV recovery algorithm (DC-link recovery algorithm) by the control unit, when DC grid voltage (DCV) is out of a normal range, the DCV recovery algorithm is controlled by the control unit. (DC-Link Recovery Algorithm) to restore DCV to its nominal value,
The DCV recovery algorithm includes a DCV recovery algorithm for the battery agent, wherein the DCV recovery algorithm for the battery agent includes a first minimum level (
Figure 112021019334007-pat00050
), the battery agent remains in IDLE mode, and DCV is
Figure 112021019334007-pat00051
As soon as it goes lower, the CPCM is activated to discharge the battery to the maximum discharge power, and the DCV is set to a second predefined minimum level (
Figure 112021019334007-pat00052
), the battery's operating mode remains CPCM, and DCV is
Figure 112021019334007-pat00053
If higher, the battery is automatically switched to DCVM-DIS to regulate DCV to the nominal level, MAS-based decentralized control method in DC microgrids.
제3항에 있어서,
상기 단계 d)에서 상기 그리드 복구 제어 알고리즘은 DCV가
Figure 112019124698712-pat00034
(그리드 복구를 위해 사용된 최소 DCV) 및
Figure 112019124698712-pat00035
(그리드 복구를 위해 사용된 최대 DCV)에 의해 생성된 사전 정의된 범위를 벗어날 경우, SCCM을 DCVM-REC 또는 DCVM-INV로 전환하여 DCV를 조정하는 DC 마이크로그리드에서의 MAS 기반의 분산형 제어 방법.
4. The method of claim 3,
In step d), the grid recovery control algorithm determines that DCV is
Figure 112019124698712-pat00034
(minimum DCV used for grid recovery) and
Figure 112019124698712-pat00035
Distributed control method based on MAS in DC microgrid to adjust DCV by switching SCCM to DCVM-REC or DCVM-INV when outside the predefined range generated by (maximum DCV used for grid recovery) .
삭제delete
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