KR102349365B1 - Method for controlling grid-connected inverter - Google Patents

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Abstract

본 발명은 계통 연계형 인버터의 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 제어 방법은, 계통 연계형 인버터로부터 전력을 공급받는 부하의 요구 전력 값을 입력받는 단계, 상기 요구 전력 값에 의해 결정되는 예상 제어 범위가 상기 계통 연계형 인버터의 제어 가능 범위에 포함되는지 여부를 판단하는 단계, 상기 예상 제어 범위가 상기 제어 가능 범위를 벗어나면 상기 계통 연계형 인버터의 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력을 조절하는 단계 및 상기 설정 유효 전력 및 상기 설정 무효 전력에 따라서 상기 계통 연계형 인버터를 운전하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a control method of a grid-connected inverter. The control method of the grid-connected inverter according to an embodiment of the present invention includes the steps of receiving a required power value of a load supplied with power from the grid-connected inverter, and an expected control range determined by the required power value is determined by the grid determining whether it is included in the controllable range of the linked inverter; if the expected control range is out of the controllable range, adjusting the set active power or set reactive power of the grid linked inverter; and the set active power and operating the grid-connected inverter according to the set reactive power.

Description

계통 연계형 인버터의 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING GRID-CONNECTED INVERTER}Control method of grid-connected inverter {METHOD FOR CONTROLLING GRID-CONNECTED INVERTER}

본 발명은 계통 연계형 인버터의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control method of a grid-connected inverter.

산업의 발달과 생활수준의 향상으로 전력수요가 급격히 증대하고 있다. 이러한 갑작스러운 전력수요 급증에 의해 주간과 야간의 부하격차 및 계절간 또는 평일 및 휴일간의 전력 사용량 격차가 증가됨으로써 부하율은 하락하고 있으며, 급격한 첨두부하 증가로 인하여 전력 예비율은 점차 악화되어 전력 수급에 커다란 문제가 되고 있다. 이와 같은 문제들에 대해 현재 가장 현실성 있는 보완책으로 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS)와 같은 DC 전원을 이용한 전력 변환 기술이 연구되고 있다.The demand for electricity is rapidly increasing due to the development of industry and the improvement of living standards. Due to such a sudden surge in power demand, the load factor is falling as the daytime and nighttime load gap and the power usage gap between seasons or weekdays and holidays are increasing. It's becoming a problem. Power conversion technology using DC power such as an energy storage system (ESS) is being studied as the most realistic supplement to these problems.

신재생 에너지를 이용하여 발전된 전력은 계통에 연계하여 계통 안정도 향상이나 공급 신뢰도 향상을 위해 사용되고 있다. 계통 연계형 인버터(Grid-Connected Inverter)는 수용가나 변전소에서 부하 변동으로 인해 주파수 상승 시 유효 전력 충전을 하고, 주파수 하강 시 유효 전력 방전을 하여 주파수 조정을 한다. 또한, 계통 연계형 인버터는 역률 변화 억제, 순간 전압 변동 방지, Active filter로 동작하여 고조파를 제거하는 무효전력 보상 장치와 같은 역할이 가능하다.Electric power generated using renewable energy is connected to the system and used to improve system stability or supply reliability. Grid-Connected Inverter performs frequency adjustment by charging active power when the frequency rises due to load fluctuations at the customer or substation and discharging active power when the frequency falls. In addition, the grid-connected inverter can serve as a reactive power compensation device that suppresses changes in power factor, prevents instantaneous voltage fluctuations, and removes harmonics by operating as an active filter.

계통 연계형 인버터는 분산 전원 시스템에서 계통의 사고 확산 방지와 계통 안정화를 위해 동적 계통 지원과 정적 계통 지원 운전을 한다. 동적 계통 지원은 FRT(Fault Ride Through) 대한 요구사항이며, 정적 계통 지원에 따르면 유효/무효 전력에 관한 사항으로 고정된 무효 전력이 공급되거나 또는 고정 역률, 계통 전압이나 유효 전력에 종속되어 무효 전력이 공급된다.The grid-connected inverter operates with dynamic grid support and static grid support to prevent the spread of grid accidents and stabilize the grid in a distributed power system. Dynamic grid support is a requirement for FRT (Fault Ride Through), and according to static grid support, fixed reactive power is supplied as a matter of active/reactive power, or reactive power is dependent on a fixed power factor, grid voltage or active power. is supplied

그런데 실제 계통 연계형 인버터의 설계 및 운용 과정에서는, 계통 연계형 인버터로부터 전력을 공급받는 부하의 요구 전력에 따라서 계통 연계형 인버터가 합성해야 하는 전압의 크기가 달라진다. 그러나 계통 연계형 인버터의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터와 연결되는 DC 전원이나 계통의 사양은 정해져 있기 때문에, 부하의 요구 전력에 따른 전력 공급이 불가능한 상황이 발생할 수 있다.However, in the actual design and operation of the grid-connected inverter, the magnitude of the voltage to be synthesized by the grid-connected inverter varies according to the required power of a load supplied with power from the grid-connected inverter. However, since the specifications of the grid-connected inverter and the DC power source or the grid connected to the grid-connected inverter are fixed, there may be a situation in which power supply according to the required power of the load is impossible.

본 발명은 부하로부터 전력 공급이 요구될 때, 계통 연계형 인버터의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터와 연결되는 DC 전원이나 계통의 사양을 고려하여 전력 공급을 제어함으로써 보다 안정적이고 높은 품질의 전력 공급이 가능한 계통 연계형 인버터의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a more stable and high-quality power supply by controlling the power supply in consideration of the specifications of the grid-connected inverter and the DC power source or system connected to the grid-connected inverter when power supply is required from the load. An object of the present invention is to provide a method for controlling a possible grid-connected inverter.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned may be understood by the following description, and will be more clearly understood by the examples of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the appended claims.

본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 제어 방법은, 계통 연계형 인버터로부터 전력을 공급받는 부하의 요구 전력 값을 입력받는 단계, 상기 요구 전력 값에 의해 결정되는 예상 제어 범위가 상기 계통 연계형 인버터의 제어 가능 범위에 포함되는지 여부를 판단하는 단계, 상기 예상 제어 범위가 상기 제어 가능 범위를 벗어나면 상기 계통 연계형 인버터의 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력을 조절하는 단계 및 상기 설정 유효 전력 및 상기 설정 무효 전력에 따라서 상기 계통 연계형 인버터를 운전하는 단계를 포함한다.The control method of the grid-connected inverter according to an embodiment of the present invention includes the steps of receiving a required power value of a load supplied with power from the grid-connected inverter, and an expected control range determined by the required power value is determined by the grid determining whether it is included in the controllable range of the linked inverter; if the expected control range is out of the controllable range, adjusting the set active power or set reactive power of the grid linked inverter; and the set active power and operating the grid-connected inverter according to the set reactive power.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 예상 제어 범위는 하기 [수학식 1]에 의해서 산출될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the expected control range may be calculated by the following [Equation 1].

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112017052228102-pat00001
Figure 112017052228102-pat00001

(단, α는 상기 예상 제어 범위, Vgrid는 상기 계통 연계형 인버터와 연결되는 계통의 계통 전압, XL은 상기 계통 연계형 인버터의 필터에 포함되는 리액터의 리액턴스, I는 상기 계통 연계형 인버터로부터 출력되는 출력 전류 값, VInv는 상기 계통 연계형 인버터의 출력 전압 값)(where α is the expected control range, V grid is the grid voltage of the grid connected to the grid-connected inverter, XL is the reactance of the reactor included in the filter of the grid-connected inverter, and I is the grid-connected inverter from Output current value, V Inv is the output voltage value of the grid-connected inverter)

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 α가 90도 이상이면 상기 계통 연계형 인버터에 대한 진상 전류 제어 및 지상 전류 제어가 가능할 수 있다.In addition, in one embodiment of the present invention, when the α is 90 degrees or more, the forward current control and the slow current control for the grid-connected inverter may be possible.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 α가 90도 미만이면 상기 계통 연계형 인버터에 대한 진상 전류 제어만이 가능할 수 있다.In addition, in an embodiment of the present invention, if the α is less than 90 degrees, only the forward current control for the grid-connected inverter may be possible.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 계통 연계형 인버터의 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력을 조절하는 단계는 미리 정해진 우선 순위를 참조하여 상기 설정 유효 전력 또는 상기 설정 무효 전력을 제한하는 단계를 포함할 수 있다.Also, in an embodiment of the present invention, the step of adjusting the set active power or set reactive power of the grid-connected inverter may include limiting the set active power or the set reactive power with reference to a predetermined priority. can

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 설정 유효 전력은 하기 [수학식 2]에 의하여 정의되는 제한 유효 전력으로 제한될 수 있다.Also, in an embodiment of the present invention, the set active power may be limited to a limited active power defined by the following [Equation 2].

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112017052228102-pat00002
Figure 112017052228102-pat00002

(단, Pref는 제한 유효 전력, PFlimit는 상기 계통 연계형 인버터의 역률, Sref는 상기 계통 연계형 인버터의 피상 전력)(However, P ref is the limited active power, PF limit is the power factor of the grid-connected inverter, and S ref is the apparent power of the grid-connected inverter)

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 설정 무효 전력은 하기 [수학식 3]에 의하여 정의되는 제한 무효 전력으로 제한될 수 있다.Also, in an embodiment of the present invention, the set reactive power may be limited to a limited reactive power defined by the following [Equation 3].

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112017052228102-pat00003
Figure 112017052228102-pat00003

(단, Qref는 제한 무효 전력, Pref는 제한 유효 전력, Sref는 상기 계통 연계형 인버터의 피상 전력)(However, Q ref is limited reactive power, P ref is limited active power, and S ref is the apparent power of the grid-connected inverter)

본 발명에 따르면 부하로부터 전력 공급이 요구될 때, 계통 연계형 인버터의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터와 연결되는 DC 전원이나 계통의 사양을 고려하여 전력 공급을 제어함으로써 보다 안정적이고 높은 품질의 전력 공급이 가능한 장점이 있다.According to the present invention, when power supply is required from a load, more stable and high-quality power is supplied by controlling the power supply in consideration of the specifications of the grid-connected inverter and the DC power source or system connected to the grid-connected inverter. There are possible advantages to this.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 출력 전압 값을 산출하기 위한 벡터도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 산출되는 α값이 90도 이상일 때, 계통 연계형 인버터의 제어 가능 범위를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 산출되는 α값이 90도 미만일 때, 계통 연계형 인버터의 제어 가능 범위를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 제어 방법의 흐름도이다.1 is a block diagram of a grid-connected inverter according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a control method of a grid-connected inverter according to an embodiment of the present invention.
3 is a vector diagram for calculating an output voltage value of a grid-connected inverter according to an embodiment of the present invention.
4 shows the controllable range of the grid-connected inverter when the α value calculated in an embodiment of the present invention is greater than or equal to 90 degrees.
5 shows the controllable range of the grid-connected inverter when the α value calculated in an embodiment of the present invention is less than 90 degrees.
6 is a flowchart of a control method of a grid-connected inverter according to another embodiment of the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features and advantages will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 구성도이다.1 is a block diagram of a grid-connected inverter according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터(110)는 ESS나 연료 전지와 같은 DC 전원(102)에 저장된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통(106)에 공급하거나, 계통(106)으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 DC 전원(102)에 전달한다.As shown in FIG. 1 , the grid-connected inverter 110 according to an embodiment of the present invention converts DC power stored in a DC power source 102 such as an ESS or a fuel cell into AC power to the grid 106 . Alternatively, AC power supplied from the system 106 is converted into DC power and transmitted to the DC power supply 102 .

계통 연계형 인버터(110)는 DC 전원(102)으로부터 VDC의 직류 전압을 입력 받는다. 계통 연계형 인버터(110)의 설계 과정에서 DC 링크 전압의 크기(VDC)는 DC 전원(102)의 사양에 의해서 미리 정해질 수 있다.The grid-connected inverter 110 receives a DC voltage of V DC from the DC power source 102 . In the design process of the grid-connected inverter 110 , the magnitude of the DC link voltage (V DC ) may be predetermined by the specification of the DC power supply 102 .

계통 연계형 인버터(110)는 입출력단의 순시적인 전력 불균형을 해소하는 커패시터(C4, C5) 및 스위칭 동작(턴 온/턴 오프)을 통해서 전력을 변환하는 하나 이상의 스위칭 소자(S1 내지 S6), 스위칭 소자(S1 내지 S6)로부터 출력되는 전류 리플을 제거하는 필터(104)를 포함한다. 도 1에는 각각의 상에 대응되는 리액터(L1, L2, L3) 및 캐패시터(C1, C2, C3)로 이루어진 LC 필터(104)가 도시되어 있으나, 필터(104)의 종류는 실시예에 따라서 달라질 수 있다. 계통 연계형 인버터(110)에 의해서 출력되는 전류의 크기는 I로 표시된다.The grid-connected inverter 110 is one or more switching elements (S1 to S6) that converts power through capacitors (C4, C5) and a switching operation (turn on/off) for resolving instantaneous power imbalance of input/output terminals; A filter 104 for removing the current ripple output from the switching elements S1 to S6 is included. 1 shows the LC filter 104 including the reactors L1, L2, L3 and the capacitors C1, C2, and C3 corresponding to each phase, but the type of the filter 104 may vary depending on the embodiment. can The magnitude of the current output by the grid-connected inverter 110 is indicated by I.

제어부(108)는 스위칭 소자(S1 내지 S6) 또는 계통(106)으로부터 출력되는 전류의 크기에 따라서 스위칭 소자(S1 내지 S6)에 스위칭 동작을 위한 스위칭 신호를 인가한다. 이와 같은 스위칭 소자(S1 내지 S6)의 스위칭 동작을 통해서 DC 전원(102) 및 계통(106) 간의 전력 변환이 이루어진다. 스위칭 소자의 예로서 MOSFET, IGBT, SCR 과 같은 반도체 소자를 들 수 있다.The controller 108 applies a switching signal for a switching operation to the switching elements S1 to S6 or the switching elements S1 to S6 according to the magnitude of the current output from the system 106 . Power conversion between the DC power supply 102 and the system 106 is performed through the switching operation of the switching elements S1 to S6. Examples of the switching device include semiconductor devices such as MOSFETs, IGBTs, and SCRs.

또한 본 발명의 일 실시예에서 제어부(108)는 계통 연계형 인버터(110)와 연결되어 전력을 공급받는 부하로부터 특정한 크기의 전력 공급이 요구될 때, 계통 연계형 인버터(110)의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터(110)와 연결되는 DC 전원(102)이나 계통(106)의 사양을 고려하여 전력 공급을 제어할 수 있다.In addition, in an embodiment of the present invention, the control unit 108 is connected to the grid-connected inverter 110 and when power supply of a specific size is required from a load receiving power, the specification of the grid-connected inverter 110, and Power supply may be controlled in consideration of the specifications of the DC power source 102 or the grid 106 connected to the grid-connected inverter 110 .

이하에서는 도 2 내지 도 6을 참조하여 제어부(108)에 의한 계통 연계형 인버터(110)의 제어 과정에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a control process of the grid-connected inverter 110 by the controller 108 will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 6 .

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 제어 방법의 흐름도이다.2 is a flowchart of a control method of a grid-connected inverter according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 제어부(108)는 먼저 계통 연계형 인버터(110)로부터 전력을 공급받는 부하로부터 요구 전력 값을 입력받는다(202). 이 때 부하로부터 입력되는 요구 전력 값은 피상 전력, 유효 전력, 무효 전력 중 적어도 하나일 수 있다.Referring to FIG. 2 , the control unit 108 first receives a required power value from a load receiving power from the grid-connected inverter 110 ( 202 ). At this time, the required power value input from the load may be at least one of apparent power, active power, and reactive power.

다음으로, 제어부(108)는 요구 전력 값에 의해 결정되는 예상 제어 범위가 계통 연계형 인버터의 제어 가능 범위에 포함되는지 여부를 판단한다(204).Next, the control unit 108 determines whether the expected control range determined by the required power value is included in the controllable range of the grid-connected inverter (204).

이를 위해서 제어부(108)는 계통 연계형 인버터(110)의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터(110)와 연결되는 DC 전원(102)이나 계통(106)의 사양을 고려하여 계통 연계형 인버터(110)의 제어 가능 범위를 산출할 수 있다. 또한 제어부(108)는 부하로부터 입력되는 요구 전력 값에 기초하여 부하의 요구 전류 값을 산출하고, 산출된 요구 전류 값을 기초로 부하의 요구 전력 값에 대응되는 예상 제어 범위를 산출할 수 있다.To this end, the control unit 108 considers the specifications of the grid-connected inverter 110 and the specifications of the DC power supply 102 or the grid 106 connected to the grid-connected inverter 110 , the grid-connected inverter 110 . can calculate the controllable range of In addition, the control unit 108 may calculate a required current value of the load based on the required power value input from the load, and calculate an expected control range corresponding to the required power value of the load based on the calculated required current value.

본 발명의 일 실시예에서, 제어부(108)는 하기 [수학식 1]에 따라서 제어 가능 범위 및 예상 제어 범위를 산출할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the control unit 108 may calculate the controllable range and the expected control range according to the following [Equation 1].

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112017052228102-pat00004
Figure 112017052228102-pat00004

[수학식 1]에서, α는 계통 연계형 인버터(110)의 제어 범위를 의미한다. 또한 Vgrid는 계통 연계형 인버터(110)와 연결되는 계통(106)의 계통 전압을 의미하고, XL은 계통 연계형 인버터(110)의 필터(104)에 포함되는 리액터(L1, L2, L3)의 리액턴스를 의미한다. 또한 I는 계통 연계형 인버터(110)로부터 출력되는 출력 전류 값 의미하고, VInv는 계통 연계형 인버터(110)의 출력 전압 값을 의미한다.In [Equation 1], α means the control range of the grid-connected inverter 110 . In addition, V grid means the grid voltage of the grid 106 connected to the grid-connected inverter 110 , and X L is the reactors L1 , L2 , L3 included in the filter 104 of the grid-connected inverter 110 . ) of the reactance. In addition, I means an output current value output from the grid-connected inverter 110 , and V Inv means an output voltage value of the grid-connected inverter 110 .

제어부(108)는 계통 연계형 인버터(110)의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터(110)와 연결되는 DC 전원(102)이나 계통(106)의 사양에 따른 Vgrid, XL, I, VInv 값을 [수학식 1]에 대입하여 계통 연계형 인버터(110)의 제어 가능 범위(α1)를 산출할 수 있다. 또한 제어부(108)는 계통 연계형 인버터(110)의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터(110)와 연결되는 DC 전원(102)이나 계통(106)의 사양에 따른 Vgrid, XL, VInv 값 및 부하의 요구 전력 값에 기초하여 산출되는 요구 전류 값(I)를 [수학식 1]에 대입하여 부하의 요구 전력에 대응되는 예상 제어 범위(α2)를 산출할 수 있다. 제어부(108)는 이와 같이 산출되는 예상 제어 범위(α2)가 제어 가능 범위(α1)에 포함되는지 여부를 판단할 수 있다.The control unit 108 is V grid , X L , I, V Inv according to the specifications of the grid- connected inverter 110 , and the specifications of the DC power supply 102 or the grid 106 connected to the grid-connected inverter 110 . By substituting the value into [Equation 1], the controllable range α1 of the grid-connected inverter 110 can be calculated. In addition, the control unit 108 is V grid , X L , V Inv according to the specifications of the grid- connected inverter 110 and the DC power supply 102 or the grid 106 connected to the grid-connected inverter 110 . The expected control range α2 corresponding to the required power of the load may be calculated by substituting the required current value I calculated based on the value and the required power of the load into [Equation 1]. The controller 108 may determine whether the calculated expected control range α2 is included in the controllable range α1.

[수학식 1]에 따른 각 인자의 관계는 도 3과 같은 벡터도로 나타낼 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 출력 전압 값을 산출하기 위한 벡터도이다.The relationship between each factor according to Equation 1 may be expressed as a vector diagram as shown in FIG. 3 . 3 is a vector diagram for calculating an output voltage value of a grid-connected inverter according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 계통 연계형 인버터(110)의 출력 전압 값(VInv)은 계통(106)의 계통 전압 값(Vgrid)을 나타내는 벡터, 그리고 리액터(L1, L2, L3)의 리액턴스 값(L)과 계통 연계형 인버터(110)로부터 출력되는 출력 전류 값(I)의 곱의 벡터를 합성한 합성 벡터로 표현될 수 있다.As shown in Figure 3, the output voltage value (V Inv ) of the grid-connected inverter 110 is a vector representing the grid voltage value (V grid ) of the grid 106, and the reactors (L1, L2, L3) The reactance value L and the output current value I output from the grid-connected inverter 110 may be expressed as a composite vector obtained by synthesizing the vector.

이 때 두 벡터, 즉 계통(106)의 계통 전압 값(Vgrid)을 나타내는 벡터, 그리고 리액터(L1, L2, L3)의 리액턴스 값(L)과 계통 연계형 인버터(110)로부터 출력되는 출력 전류 값(I)의 곱의 벡터가 이루는 각도(α)가 계통 연계형 인버터(110)의 제어 범위를 나타낸다.At this time, two vectors, that is, a vector representing the grid voltage value (V grid ) of the grid 106 , and the reactance value (L) of the reactors (L1, L2, L3) and the output current output from the grid-connected inverter 110 The angle α formed by the vector of the product of the value I indicates the control range of the grid-connected inverter 110 .

도 3에서, 제어 범위를 나타내는 값(α)이 90일 때를 기준으로, α가 90도 미만인 영역(A1)은 계통 연계형 인버터(110)에 대한 진상 전류 제어만이 가능한 영역을 나타낸다. 또한 α가 90도 이상인 영역(A2)은 계통 연계형 인버터(110)에 대한 진상 전류 제어 및 지상 전류 제어가 가능한 영역을 나타낸다. 예컨대 도 4와 같이 제어 범위를 나타내는 값(α)이 90도 이상일 때에는 계통 연계형 인버터의 제어 가능 범위가 보다 넓게 나타난다. 반대로 도 5와 같이 제어 범위를 나타내는 값(α)이 90도 미만일 때에는 계통 연계형 인버터의 제어 가능 범위가 보다 좁게 나타난다.In FIG. 3 , when the value α representing the control range is 90, the region A1 in which α is less than 90 degrees represents the region where only the forward current control for the grid-connected inverter 110 is possible. In addition, the region A2 in which α is 90 degrees or more indicates a region in which forward current control and lag current control for the grid-connected inverter 110 are possible. For example, as shown in FIG. 4 , when the value α representing the control range is greater than or equal to 90 degrees, the controllable range of the grid-connected inverter appears wider. Conversely, as shown in FIG. 5 , when the value α representing the control range is less than 90 degrees, the controllable range of the grid-connected inverter appears narrower.

다시 도 2를 참조하면, 제어부(108)는 단계(204)의 판단 결과 예상 제어 범위가 실제 제어 범위를 벗어나면 계통 연계형 인버터(110)의 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력을 조절한다(206). 여기서 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력은 부하에 전력을 공급하기 위하여 계통 연계형 인버터(110)가 운전될 때 계통 연계형 인버터(110)에 내려지는 유효 전력 지령치 및 무효 전력 지령치를 각각 의미한다. 이에 따라서 계통 연계형 인버터(110)는 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력을 출력하는 것을 목표로 운전된다.Referring back to FIG. 2 , the control unit 108 adjusts the set active power or set reactive power of the grid-connected inverter 110 when the expected control range is out of the actual control range as a result of the determination in step 204 ( 206 ) . Here, the set active power and the set reactive power mean an active power command value and a reactive power command value that are given to the grid-connected inverter 110 when the grid-connected inverter 110 is operated to supply power to the load, respectively. Accordingly, the grid-connected inverter 110 is operated with the goal of outputting set active power and set reactive power.

예를 들어 앞서 산출된 부하의 요구 전력에 대응되는 예상 제어 범위(α2)가 102도이고, 계통 연계형 인버터(110)의 제어 가능 범위(α1)가 95도인 경우, 제어부(108)는 예상 제어 범위(α2)가 제어 가능 범위(α1)를 벗어난 것으로 판단한다. 이 경우, 제어부(108)는 미리 정해진 우선 순위를 참조하여 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력을 제한할 수 있다.For example, when the predicted control range α2 corresponding to the required power of the load calculated above is 102 degrees, and the controllable range α1 of the grid-connected inverter 110 is 95 degrees, the controller 108 controls the predicted control It is determined that the range α2 is out of the controllable range α1. In this case, the control unit 108 may limit the set active power or set reactive power with reference to a predetermined priority.

예를 들어 설정 유효 전력의 우선 순위가 설정 무효 전력의 우선 순위보다 높게 설정되어 있을 경우, 제어부(108)는 우선 순위가 낮은 설정 무효 전력을 제한 무효 전력으로 제한한다. 반대로 설정 무효 전력의 우선 순위가 설정 유효 전력의 우선 순위보다 높게 설정되어 있을 경우, 제어부(108)는 우선 순위가 낮은 설정 유효 전력을 제한 유효 전력으로 제한한다.For example, when the priority of the set active power is set higher than the priority of the set reactive power, the control unit 108 limits the set reactive power with a low priority to the limited reactive power. Conversely, when the priority of the set reactive power is set higher than the priority of the set active power, the control unit 108 limits the set active power with a lower priority to the limited active power.

예상 제어 범위가 제어 가능 범위를 벗어남에도 불구하고 부하로부터 요구되는 요구 전력, 즉 유효 전력 및 무효 전력을 그대로 출력하도록 계통 연계형 인버터(110)를 운전할 경우, 계통 연계형 인버터(110)로부터 출력되는 출력 전류에 고조파 성분이 섞이게 되므로 부하에 공급되는 전류의 품질이 낮아진다. 따라서 본 발명에서는 예상 제어 범위가 제어 가능 범위를 벗어나는 경우 부하가 요구하는 유효 전력이나 무효 전력을 그대로 적용하지 않고, 두 전력 중 우선 순위가 낮은 전력을 계통 연계형 인버터(110)의 사양에 부합하도록 제한한다.Even if the expected control range is out of the controllable range, when the grid-connected inverter 110 is operated to output the required power from the load, that is, active power and reactive power as it is, the output from the grid-connected inverter 110 is Since harmonic components are mixed in the output current, the quality of the current supplied to the load is lowered. Therefore, in the present invention, when the expected control range is out of the controllable range, the active power or reactive power required by the load is not applied as it is, and the power with the lower priority among the two powers is used to meet the specifications of the grid-connected inverter 110. limit

즉, 본 발명에 따른 제어 방법을 사용하여 계통 연계형 인버터(110)를 운전할 경우 유효 전력 또는 무효 전력을 제한하는 디레이팅(derating)을 통해서 계통 연계형 인버터(110)에 의해서 부하에 공급되는 전류의 품질을 높이는 동시에 부하에 안정적으로 전류를 공급할 수 있다.That is, when the grid-connected inverter 110 is operated using the control method according to the present invention, the current supplied to the load by the grid-connected inverter 110 through derating for limiting active power or reactive power It is possible to supply current stably to the load while improving the quality of the device.

본 발명의 일 실시예에서, 제한 유효 전력은 하기 [수학식 2]와 같이 정의될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the limited active power may be defined as in [Equation 2] below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112017052228102-pat00005
Figure 112017052228102-pat00005

[수학식 2]에서 Pref는 제한 유효 전력을 의미하고, PFlimit는 계통 연계형 인버터(110)의 역률을 의미하며, Sref는 계통 연계형 인버터(110)의 피상 전력을 의미한다.In [Equation 2], P ref means limited active power, PF limit means the power factor of the grid-connected inverter 110 , and S ref means the apparent power of the grid-connected inverter 110 .

또한 본 발명의 일 실시예에서, 제한 무효 전력은 하기 [수학식 2]와 같이 정의될 수 있다.Also, in an embodiment of the present invention, the limited reactive power may be defined as in [Equation 2] below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112017052228102-pat00006
Figure 112017052228102-pat00006

[수학식 3]에서 Qref는 제한 무효 전력을 의미하고, Pref는 제한 유효 전력을 의미하고, Sref는 계통 연계형 인버터(110)의 피상 전력을 의미한다.In [Equation 3], Q ref means limited reactive power, P ref means limited active power, and S ref means the apparent power of the grid-connected inverter 110 .

만약 단계(204)의 판단 결과 예상 제어 범위가 실제 제어 범위에 포함되는 것으로 판단되면, 제어부(108)는 부하로부터의 요구 전력에 대응되는 유효 전력 및 무효 전력을 그대로 계통 연계형 인버터(110)의 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력으로 설정할 수 있다.If it is determined that the expected control range is included in the actual control range as a result of the determination in step 204, the control unit 108 converts the active power and reactive power corresponding to the required power from the load to the grid-connected inverter 110 as it is. It can be set to set active power and set reactive power.

다시 도 2를 참조하면, 제어부(108)는 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력에 따라서 계통 연계형 인버터(110)를 운전한다(208). 이에 따라서 계통 연계형 인버터(110)는 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력에 따른 유효 전력 및 무효 전력을 출력하여 부하에 제공한다.Referring back to FIG. 2 , the control unit 108 operates the grid-connected inverter 110 according to the set active power and set reactive power ( 208 ). Accordingly, the grid-connected inverter 110 outputs active power and reactive power according to the set active power and set reactive power and provides the output to the load.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 제어 방법의 흐름도이다.6 is a flowchart of a control method of a grid-connected inverter according to another embodiment of the present invention.

먼저 제어부(108)는 계통 연계형 인버터(110)와 연결될 부하의 요구 전력을 입력받는다(602). 그리고 나서 제어부(108)는 부하의 요구 전력에 따라서 계통 연계형 인버터(110)가 운전될 경우 계통 연계형 인버터(110)의 예상되는 제어 범위, 즉 예상 제어 범위를 산출한다(604). 이 때 예상 제어 범위는 계통 연계형 인버터(110)의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터(110)와 연결되는 DC 전원(102)이나 계통(106)의 사양에 따른 Vgrid, XL, VInv 값 및 부하의 요구 전력 값에 기초하여 산출되는 요구 전류 값(I)를 [수학식 1]에 대입함으로써 산출될 수 있다.First, the control unit 108 receives the required power of the load to be connected to the grid-connected inverter 110 (602). Then, the control unit 108 calculates an expected control range of the grid-connected inverter 110 when the grid-connected inverter 110 is operated according to the required power of the load, that is, the expected control range ( 604 ). At this time, the expected control range is V grid , X L , V Inv according to the specifications of the grid- connected inverter 110 and the specifications of the DC power supply 102 or the grid 106 connected to the grid-connected inverter 110 . It can be calculated by substituting the required current value (I) calculated based on the value and the required power value of the load into [Equation 1].

다음으로, 제어부(108)는 단계(604)에서 산출된 예상 제어 범위가 미리 산출된 제어 가능 범위에 포함되는지 여부를 판단한다(606). 이를 위해 제어부(108)는 계통 연계형 인버터(110)의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터(110)와 연결되는 DC 전원(102)이나 계통(106)의 사양에 따른 Vgrid, XL, I, VInv 값을 [수학식 1]에 대입하여 계통 연계형 인버터(110)의 제어 가능 범위를 산출할 수 있다. Next, the control unit 108 determines whether the expected control range calculated in step 604 is included in the controllable range calculated in advance ( 606 ). To this end, the control unit 108 is V grid , X L , I, V Inv By substituting the value into [Equation 1], the controllable range of the grid-connected inverter 110 may be calculated.

단계(606)의 판단 결과 예상 제어 범위가 제어 가능 범위에 포함되면, 제어부(108)는 부하로부터의 요구 전력에 대응되는 유효 전력 및 무효 전력을 그대로 계통 연계형 인버터(110)의 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력으로 설정하고, 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력에 따라서 계통 연계형 인버터(110)를 운전한다(610).If it is determined in step 606 that the expected control range is included in the controllable range, the control unit 108 converts the active power and reactive power corresponding to the required power from the load as it is the set active power of the grid-connected inverter 110 and The set reactive power is set, and the grid-connected inverter 110 is operated according to the set active power and set reactive power (610).

그러나 단계(606)의 판단 결과 예상 제어 범위가 제어 가능 범위에 포함되지 않으면, 제어부(108)는 미리 정해진 우선 순위에 따라서 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력을 조절한다(608). 예를 들어 설정 유효 전력의 우선 순위가 설정 무효 전력의 우선 순위보다 높게 설정되어 있을 경우, 제어부(108)는 우선 순위가 낮은 설정 무효 전력을 제한 무효 전력으로 제한한다. 반대로 설정 무효 전력의 우선 순위가 설정 유효 전력의 우선 순위보다 높게 설정되어 있을 경우, 제어부(108)는 우선 순위가 낮은 설정 유효 전력을 제한 유효 전력으로 제한한다.However, if it is determined in step 606 that the expected control range is not included in the controllable range, the control unit 108 adjusts the set active power or the set reactive power according to a predetermined priority ( 608 ). For example, when the priority of the set active power is set higher than the priority of the set reactive power, the control unit 108 limits the set reactive power with a low priority to the limited reactive power. Conversely, when the priority of the set reactive power is set higher than the priority of the set active power, the control unit 108 limits the set active power with a lower priority to the limited active power.

단계(608)에 의해서 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력의 조절이 끝나면, 제어부(108)는 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력에 따라서 계통 연계형 인버터(110)를 운전한다(610).When the adjustment of the set active power or the set reactive power is finished by step 608, the control unit 108 operates the grid-connected inverter 110 according to the set active power and set reactive power (610).

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.For those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, various substitutions, modifications and changes are possible within the scope of the present invention without departing from the technical spirit of the present invention. is not limited by

Claims (7)

계통 연계형 인버터로부터 전력을 공급받는 부하의 요구 전력 값을 입력받는 단계;
상기 요구 전력 값에 의해 결정되는 예상 제어 범위가 상기 계통 연계형 인버터의 제어 가능 범위에 포함되는지 여부를 판단하는 단계;
상기 예상 제어 범위가 상기 제어 가능 범위를 벗어나면 상기 계통 연계형 인버터의 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력을 조절하는 단계; 및
상기 설정 유효 전력 및 상기 설정 무효 전력에 따라서 상기 계통 연계형 인버터를 운전하는 단계를 포함하고,
상기 예상 제어 범위는 하기 [수학식 1]에 의해서 산출되는 α값에 의해서 결정되는
계통 연계형 인버터의 제어 방법.

[수학식 1]
Figure 112021072433624-pat00016

(단, Vgrid는 상기 계통 연계형 인버터와 연결되는 계통의 계통 전압, XL은 상기 계통 연계형 인버터의 필터에 포함되는 리액터의 리액턴스, I는 상기 계통 연계형 인버터로부터 출력되는 출력 전류 값, VInv는 상기 계통 연계형 인버터의 출력 전압 값)
receiving a required power value of a load receiving power from a grid-connected inverter;
determining whether an expected control range determined by the required power value is included in the controllable range of the grid-connected inverter;
adjusting the set active power or set reactive power of the grid-connected inverter when the expected control range is out of the controllable range; and
Comprising the step of operating the grid-connected inverter according to the set active power and the set reactive power,
The expected control range is determined by the α value calculated by the following [Equation 1]
Control method of grid-connected inverter.

[Equation 1]
Figure 112021072433624-pat00016

(However, V grid is the grid voltage of the grid connected to the grid-connected inverter, X L is the reactance of the reactor included in the filter of the grid-connected inverter, I is the output current value output from the grid-connected inverter, V Inv is the output voltage value of the grid-connected inverter)
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 α가 90도 이상이면 상기 계통 연계형 인버터에 대한 진상 전류 제어 및 지상 전류 제어가 가능한
계통 연계형 인버터의 제어 방법.
According to claim 1,
If the α is greater than 90 degrees, it is possible to control the forward current and the lag current for the grid-connected inverter.
Control method of grid-connected inverter.
 제1항에 있어서,
상기 α가 90도 미만이면 상기 계통 연계형 인버터에 대한 진상 전류 제어만이 가능한
계통 연계형 인버터의 제어 방법.
According to claim 1,
If the α is less than 90 degrees, only the forward current control for the grid-connected inverter is possible.
Control method of grid-connected inverter.
 제1항에 있어서,
상기 계통 연계형 인버터의 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력을 조절하는 단계는
미리 정해진 우선 순위를 참조하여 상기 설정 유효 전력 또는 상기 설정 무효 전력을 제한하는 단계를 포함하는
계통 연계형 인버터의 제어 방법.
According to claim 1,
The step of adjusting the set active power or set reactive power of the grid-connected inverter is
Including the step of limiting the set active power or the set reactive power with reference to a predetermined priority
Control method of grid-connected inverter.
 제1항에 있어서,
상기 설정 유효 전력은 하기 [수학식 2]에 의하여 정의되는 제한 유효 전력으로 제한되는
계통 연계형 인버터의 제어 방법.

[수학식 2]
Figure 112017052228102-pat00008

(단, Pref는 제한 유효 전력, PFlimit는 상기 계통 연계형 인버터의 역률, Sref는 상기 계통 연계형 인버터의 피상 전력)
According to claim 1,
The set active power is limited to the limited active power defined by the following [Equation 2]
Control method of grid-connected inverter.

[Equation 2]
Figure 112017052228102-pat00008

(However, P ref is the limited active power, PF limit is the power factor of the grid-connected inverter, and S ref is the apparent power of the grid-connected inverter)
 제1항에 있어서,
상기 설정 무효 전력은 하기 [수학식 3]에 의하여 정의되는 제한 무효 전력으로 제한되는
계통 연계형 인버터의 제어 방법.

[수학식 3]
Figure 112017052228102-pat00009

(단, Qref는 제한 무효 전력, Pref는 제한 유효 전력, Sref는 상기 계통 연계형 인버터의 피상 전력)According to claim 1,
The set reactive power is limited to the limited reactive power defined by the following [Equation 3]
Control method of grid-connected inverter.

[Equation 3]
Figure 112017052228102-pat00009

(However, Q ref is limited reactive power, P ref is limited active power, and S ref is the apparent power of the grid-connected inverter)
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