KR102415863B1 - Pcs 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에서의 tfrt 제어 방법 및 이를 기록한 기록매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PCS 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에서의 TFRT(Temporary Fault Ride-Through) 제어 방법에 관한 것으로서, 분산전원의 연결이 유지되고 있는 상태에서 고장이 발생하면, 리클로져의 첫번째 패스트 트립에 의해 분산전원이 단독운전 상태로 운전하는 단계, 상기 분산전원에서 PCC(Point of Common Coupling)단의 3상 전압을 측정하는 단계, 측정된 3상 전압이 평형상태가 아니면, 영구고장으로 판단하여 상기 분산전원을 탈락시키는 단계, 측정된 3상 전압이 평형상태이면, 고장이 제거되었다고 판단하여, 발전량과 부하량의 비에 따라 발생하는 저전압 또는 과전압을 VRT(Voltage Ride Through)의 운전 범위 이내로 운전을 지속하도록 전압 제어를 수행하는 단계 및 상기 전압 제어를 수행한 이후, 리클로져의 재폐로 시 발생하는 순간적인 돌입전류를 상쇄시키기 위해, 상기 분산전원에서 발생하는 전류를 순간적으로 증가시켜서 감쇄시키는 돌입전류 상쇄 제어를 수행하는 단계를 포함한다.

Description

PCS 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에서의 TFRT 제어 방법 및 이를 기록한 기록매체 {Temporary Fault Ride-Through Method in power distribution system with distributed generations based on power conversion system, and recording medium thereof}

본 발명은 PCS 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PCS 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에서의 순시 고장 FRT 제어 방법에 관한 것이다.

현재 화석 연료의 무분별한 사용으로 인해 자원의 고갈과 환경 문제가 심화 되고 있다. 그 결과, 2020년 만료예정인 교토 의정서를 대체하기 위한 파리 협약이 2015년 프랑스 파리 기후 변화 회의에서 채택되어 재생 가능한 에너지원을 전 세계 화석 연료의 대체에너지원으로 전환하는 데 중점을 두고 있다.

이에 따라 태양광발전, 풍력 발전 등 PCS(Power Conversion System)를 기반으로 한 분산전원의 보급이 전 세계적으로 급속히 증가하고 있다. 즉, 신재생 에너지와 ESS(Energy Stroage System)와 같은 분산전원(Distributed Generation, DG)이 급격하게 증가하고, 기존의 전력계통에 신재생에너지원이 분산형 전원으로 연계됨에 따라, 전력수급 환경이 기존의 관성을 가진 회전기 기반의 발전기에서 전력변환장치 기반의 무관성 인버터 시스템으로 변화하고 있는 추세이다.

분산형 전원은 신재생에너지, 소형 동기발전, 연료전지 발전 등의 소규모 발전시스템 기술을 의미하며, 전기사업자와 수요자 양 측면에서 모두 장점이 있다. 그러므로, 이를 현실화하고 더 경쟁력을 갖추기 위하여 전 세계적으로 수많은 연구와 개발이 이뤄지고 있다.

PCS 기반 분산전원이 많은 배전계통에서 순시 고장이 발생하면 차단기가 동작하고 분산전원은 탈락하게 된다. 이러한 관성이 없는 PCS 기반 분산전원이 대규모로 도입될 경우, 전력시스템의 신뢰성과 전력품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

또한, 모든 분산전원은 고장 복구 후 재투입까지 최소 5분 이상 기다려야 하며, 이에 따라 해당 기간 동안 전력 시장에서 사전 입찰 전력을 공급할 수 없다. 이 경우, 전력 거래를 수행할 수 없으므로, 경제적인 손해뿐만 아니라 전력 품질 등의 문제가 발생할 수 있다.

대한민국 등록특허 10-1569144

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배전계통에서 고장이 발생하는 경우에 분산전원의 탈락을 방지하고 출력을 지속시키고 고장 복구 과정에서 발생하는 돌입전류를 최소화하기 위한 TFRT(Temporary Fault Ride-Through) 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 PCS 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에서의 TFRT(Temporary Fault Ride-Through) 제어 방법에서, 분산전원의 연결이 유지되고 있는 상태에서 고장이 발생하면, 리클로져의 첫번째 패스트 트립에 의해 분산전원이 단독운전 상태로 운전하는 단계, 상기 분산전원에서 PCC(Point of Common Coupling)단의 3상 전압을 측정하는 단계, 측정된 3상 전압이 평형상태가 아니면, 영구고장으로 판단하여 상기 분산전원을 탈락시키는 단계, 측정된 3상 전압이 평형상태이면, 고장이 제거되었다고 판단하여, 발전량과 부하량의 비에 따라 발생하는 저전압 또는 과전압을 VRT(Voltage Ride Through)의 운전 범위 이내로 운전을 지속하도록 전압 제어를 수행하는 단계 및 상기 전압 제어를 수행한 이후, 차단기 혹은 리클로져의 재폐로 시 발생하는 순간적인 돌입전류를 상쇄시키기 위해, 상기 분산전원에서 발생하는 전류를 순간적으로 증가시켜서 감쇄시키는 돌입전류 상쇄 제어를 수행하는 단계를 포함한다.

상기 전압 제어를 수행하는 단계에서, 상기 PCC 단의 RMS 전압이 상기 VRT의 운전 범위인 0.5[p.u] 이내로 유지되도록 무효전력을 제어하기 위해서 d축 전류 값을 제어할 수 있다.

그리고, 상기 전압 제어를 수행하는 단계에서, 상기 분산전원의 정격출력 내에서 제어하기 위하여, 정격 최대 전류의 제곱에서 d축 전류의 제곱 값을 빼는 연산을 하고, 그 연산 결과값의 제곱근을 취한 값이 q축 전류 값이 되도록 제어하여 유효 전력을 제어할 수 있다.

상기 돌입전류 상쇄 제어를 수행하는 단계에서, 상기 PCC 단에서 분산전원으로 흐르는 전류의 미분값의 최대치를 계산하고, 이 값을 d-q 변환에 의한 기준 전압값과 곱하는 방식으로 분산전원에서 발생하는 전류를 증가시킬 수 있다. 이 때, 전류 제어기의 출력 리미터 값을 순간적으로 해제시켜 출력되는 전류의 크기를 증가시킨다.

본 발명에 의하면, PCS 기반 분산전원이 연계된 배전계통에서 고장이 발생하더라도 분산전원을 탈락시키지 않고, 최소한의 출력을 유지하고 전압을 안정시킴으로써, 배전계통의 신뢰성과 안정성을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.

또한 고장 복구 과정인 차단기 혹은 리클로져의 재폐로 과정에서 발생하는 돌입전류를 최소화 하기 위하여, 분산전원에서 발생시키는 전류를 순간적으로 증가시켜, 변전소 측으로부터 흘러들어오는 돌입전류를 상쇄하여 분산전원의 기기와 선로의 손상을 줄일 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 분산전원이 연계된 배전계통 시스템의 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 TFRT 제어 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 영구고장일 경우, 분산전원의 PCC 단의 상전압을 도시한 그래프이다.
도 4는 TFRT의 LVRT 제어기 및 HVRT 제어기의 블록도이다.
도 5는 분산전원의 발전량이 전체 부하량보다 큰 경우, TFRT 제어 방법의 적용 유무에 따른 전압 특성을 비교한 그래프이다.
도 6은 분산전원과 부하가 연결된 배전계통의 등가회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 돌입전류 상쇄 제어기의 블록도이다.
도 8은 분산전원의 발전량이 전체 부하량보다 큰 경우, TFRT 제어 방법의 적용 유무에 따른 전류 특성을 비교한 그래프이다.
도 9는 전체 부하량이 분산전원의 발전량보다 큰 경우, TFRT 제어 방법의 적용 유무에 따른 전압 특성을 비교한 그래프이다.
도 10은 전체 부하량이 분산전원의 발전량보다 큰 경우, TFRT 제어 방법의 적용 유무에 따른 전류 특성을 비교한 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 PCS(Power Conversion System) 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에서의 순시 고장에 대한 FRT(Fault Ride-Through) 제어 방법에 대한 것으로서, 이하에서는 TFRT(Temporary Fault Ride-Through) 제어 방법으로 표기하여 설명하기로 한다.

본 발명의 PCS 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에서의 TFRT 제어 방법을 수행하는 주체는 PCS 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에서의 TFRT 제어 방법을 수행하는 제반 컴퓨터 장치라고 할 수 있으며, 또는 PCS 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에서의 TFRT 제어 방법을 수행하는 시스템 또는 장치를 전반적으로 제어하는 제어부나 프로세서(processor)일 수 있다. 즉, 본 발명의 PCS 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에서의 TFRT 제어 방법은 일종의 소프트웨어인 알고리즘으로 구성될 수 있으며, 소프트웨어 또는 알고리즘은 PCS 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에서의 TFRT 제어 방법을 수행하는 시스템, 장치의 제어부 또는 프로세서(processor)에서 실행될 수 있다.

도 1은 분산전원이 연계된 배전계통 시스템의 구성을 나타낸 것이다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위하여 구성된 배전계통 시스템을 예시한 것이다.

리클로져(Recloser)는 고장전류를 감지하여 지정된 시간에 차단하고 자동으로 재폐로(Reconnect) 동작을 수행하는 보호 설비이다. 재폐로 동작을 수행하는 이유는 가공선로에서 일어나는 대부분의 고장이 일정시간이 지나면 스스로 해소되는 특징을 가진 순간고장이기 때문이다. 예를 들어, 선로에서 고장이 발생하면 고장 위치와 가장 가까운 상위의 리클로져가 선로를 차단하고 일정 시간이 지난 후 재폐로 동작을 시작한다.

도 1에서, 가장 왼쪽 154/22.9kV의 변전소로부터 차단기인 CB(Circuit Breaker)가 위치한다. 그리고, CB와 리클로져인 RC(Recloser)1 사이에 분산전원 DG1이 위치하고, RC1과 RC2 사이에 DG2가 위치하고, RC2의 하위단에 DG3가 위치하는 구조이다.

RC1과 RC2 사이에서 고장(Fault)이 발생한 경우로서, 고장이 발생한 후, RC1이 개방 동작하여 RC1의 하위단인 DG2와 DG3가 단독운전(Islanding Operation)을 시행한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에서의 TFRT 제어 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 2에 제안된 TFRT 제어 방법은 PCS 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에서 고장을 판단하는 방법과, 순시 고장일 경우, 발전량과 부하의 비에 따라 발생할 수 있는 저전압 또는 과전압을 제어하기 위한 LVRT(Low Voltage Ride Through) 또는 HVRT(High Voltage Ride Through) 제어기의 제어와, 고장이 복구되고 차단기 재투입 시 순간적으로 발생하는 돌입전류(Inrush Current)를 제어하는 돌입전류(Inrush Current) 컨트롤러의 제어방법에 관한 내용이다.

도 2를 참조하면, 평상시에는 분산전원의 연결을 유지하고 있으며(S221), 고장이 발생하면(S201), 리클로져의 첫 번째 패스트(Fast) 트립(Trip)에 의해 분산전원(DG)이 단독운전(Islanding Operation) 상태로 운전하게 된다(S203, S205). 이때, 분산전원에서는 PCC(Point of Common Coupling, 공통연결점) 단의 전압을 측정한다(S207).

측정된 3상 전압인 A,B,C상의 전압이 평형상태가 되지 않을 경우(S209), 영구 고장(Permanent Fault)으로 판단하여 분산전원을 바로 탈락시킨다(DG disconnect)(S211, S213).

A,B,C상의 전압이 평형상태일 경우(S209), 고장이 제거되었다고 판단하여 발전량과 부하량의 비에 따라 발생하는 저전압 또는 과전압을 VRT(Voltage Ride Through)의 운전 범위 이내로 운전을 지속하도록 전압을 제어한다(S215).

그리고, 리클로져의 재폐로(Reconnect) 시 발생하는 순간적인 돌입전류를 상쇄시키기 위하여, 분산전원에서 발생하는 전류를 순간적으로 증가시켜서 감쇄시키는 제어 방법을 사용한다(S217, S219). 이렇게 함으로써, 분산전원의 PCS 기기와 선로의 손상을 방지한다.

도 2의 TFRT 제어 방법을 다시 정리하면 다음과 같다.

분산전원의 연결이 유지되고 있는 상태에서 고장이 발생하면(S201, S221), 리클로져의 첫번째 패스트 트립에 의해 분산전원(DG)이 단독운전 상태로 운전한다(S203, S205).

그리고, 분산전원에서 PCC(Point of Common Coupling)단의 3상 전압을 측정한다(S207).

측정된 3상 전압이 평형상태가 아니면(S209), 영구고장으로 판단하여 분산전원을 탈락시킨다(S211, S213).

측정된 3상 전압이 평형상태이면(S209), 고장이 제거되었다고 판단하여, 발전량과 부하량의 비에 따라 발생하는 저전압 또는 과전압을 VRT(Voltage Ride Through)의 운전 범위 이내로 운전을 지속하도록 전압 제어를 수행한다(S215).

그리고, 전압 제어를 수행한 이후(S215), 리클로져의 재폐로 시 발생하는 순간적인 돌입전류를 상쇄시키기 위해, 분산전원에서 발생하는 전류를 순간적으로 증가시켜서 감쇄시키는 돌입전류 상쇄 제어를 수행한다(S217, S219).

본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어를 수행하는 단계(S215)에서, PCC 단의 RMS 전압이 VRT의 운전 범위인 0.5[p.u] 이내로 유지되도록 d축 전류 값을 제어할 수 있다.

이때, 분산전원의 정격출력 내에서 제어하기 위하여, 정격 최대 전류의 제곱에서 d축 전류의 제곱 값을 빼는 연산을 하고, 그 연산 결과값의 제곱근을 취한 값이 q축 전류 값이 되도록 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 돌입전류 상쇄 제어를 수행하는 단계(S219)에서, PCC 단에서 분산전원으로 흐르는 전류의 미분값의 최대치를 계산하고, 이 값을 d-q 변환에 의한 기준 전압값과 곱하는 방식으로 분산전원에서 발생하는 전류를 증가시킬 수 있다.

도 3은 영구고장일 경우, 분산전원의 PCC 단의 상전압을 도시한 그래프이다.

도 3에서 보는 바와 같이, A,B,C 세 상의 전압이 재폐로 때까지 불균형 상태를 유지하게 되는 경우, 고장을 영구 고장으로 판단하여 분산전원이 바로 탈락되도록 한다.

도 4는 TFRT의 LVRT 제어기 및 HVRT 제어기의 블록도이다.

도 4에서 (a)는 I _d 전류 제어기의 블록도이고, (b)는 I _q 전류 제어기의 블록도이다.

도 4에서 분산전원의 유효전력(P)과 무효전력(Q)은 다음 수학식 1 및 수학식 2와 같이 계산된다.

수학식 1 및 수학식 2에서, e_d는 d축 입력 전압이고, i_d는 d축 입력 전류이고, e_q는 q축 입력 전압이고, i_q는 i축 입력 전류이다.

만약, q축이 계통전압 벡터와 일치한다면, e_d=0이 되므로, 유효전력은 i_q에 비례하고, 무효전력은 i_d에 비례하고, 다음 수학식 3 및 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 3과 수학식 4에 의해 계산된 값은 전류 제어기의 P-Q 폐회로 루프 제어(closed-loop control)에서 사용된다. 계산된 유효전력 P는 기준값 P^*를 차감하고, 계산된 무효전력 Q는 기준값 Q^*를 차감하며, d-q 전류의 PI 제어기를 거쳐 기준 전류값인 i_{d_ref}와 i_{q_ref}가 결정된다.

도 4에서, LVRT 컨트롤러 및 HVRT 컨트롤러는 리클로저 개방 동작 후, 부하와 발전량의 비에 의해 발생할 수 있는 과전압 또는 저전압 상황에서 허용 가능한 VRT(Voltage Ride Through) 범위 내에서 전압이 유지되도록 제어한다.

도 4에서 보는 바와 같이, 정상상태에서 분산전원은 유효전력 기준치(P_reference) 및 무효전력 기준치(Q_reference)로 동작하도록 PI(Proportional-Integral) 제어기(controller)를 통해 제어된다.

하지만 고장이 발생하여 리클로저가 개방되는 순간, 분산전원은 단독운전 상태가 되며, 차단기가 다시 투입되기까지 분산전원에서 PCC 단의 전압을 측정하여 고장을 파악한다.

그러나, 전압이 일정 시간 이후에 평형상태가 되는 경우, 고장이 제거되었다고 판단하고, 이러한 고장을 순시 고장으로 판단한다. 이 경우에는 분산전원의 값인 q축 전류 I _{q _control} 을 출력한다.

그리고, 발전량과 전체 부하의 비에 따라 과전압 혹은 저전압이 발생할 수 있다. 이를 제어하기 위하여 도 4 (a)에 도시 된 바와 같이, PCC 단의 rms 전압 V _RMS 을, 발전량과 부하의 비와 관계없이 IEEE 1547에서 규정된 VRT 작동 허용 범위인 0.5[p.u.] 이내로 유지하도록, d축 전류 값을 제어한다.

이때, 분산전원의 정격출력 내에서 제어하기 위해 도 4.(b)의 I _q 전류 제어기에서 정격 최대 전류 I _M 의 제곱에서 d축 전류 I _{d_control} 의 제곱의 값을 빼준다.

그리고, 그 결과값(X)의 제곱근을 취하여 q축 전류 I _{q _control} 을 출력한다.

도 5는 분산전원의 발전량이 전체 부하량보다 큰 경우, TFRT 제어 방법의 적용 유무에 따른 전압 특성을 비교한 그래프이다.

도 5에서 (a)는 TFRT 제어 방법을 적용하기 전의 전압 특성을 도시한 그래프이고, (b)는 TFRT 제어 방법을 적용한 후의 전압 특성을 도시한 그래프이다.

도 5 (a)에서 보는 바와 같이, 발전량이 전체 부하량보다 큰 경우, TFRT 제어 방법의 적용 전에는 분산전원에 과전압이 발생하게 된다. 이는 VRT 허용 운전범위인 1.2[p.u.]을 초과하고 기기의 손상으로 이어질 수 있다.

따라서, 도 5 (b)에서 보는 바와 같이, TFRT 제어를 통해 전압을 제어하여 VRT 운전 허용 범위 이내인 전압 설정치 0.5[p.u.]로 운전하도록 제어한다.

도 6은 분산전원과 부하가 연결된 배전계통의 등가회로도이다.

도 6을 참조하면, 고장이 제거된 뒤, 리클로져는 재폐로 동작을 수행하게 되고, 재폐로 과정에서 빨간색 화살표 방향과 같이, 변전소 측에서 분산전원과 부하 방향으로 순간적인 돌입전류(Inrush Current)가 발생하게 된다. 이를 상쇄하기 위하여 돌입전류 상쇄 제어기를 사용한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 돌입전류 상쇄 제어기의 블록도이다.

도 7을 참조하면, 돌입전류 상쇄 제어기는 PCC 단에서 분산전원으로 흐르는 전류를 측정하여, 이 전류 미분 값의 최대치인 I _{derivative _max} 을 계산한다. 이 값을 전압의 기준값인 V _{d,q _reference} 와 곱해서 분산전원에서 출력되는 전류의 크기를 증가시킨다.

즉, PCC 단에서 분산전원으로 흐르는 전류(I_A, I_B, I_C)에 대해 LPF(Low Pass Filter)를 수행하고, LPF를 수행한 순시 전류값을 미분하고, 미분한 값을 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)하여 최댓값(I _{derivative _max} )을 산출한다.

도 6에서 분산전원(DG)에서 증가된 전류의 흐름이 파란색 화살표 방향으로 도시되어 있고, 이렇게 분산전원(DG)에서 증가된 전류가 빨간색 화살표 방향으로 순간적으로 발생하는 돌입전류를 상쇄하여, 부하와 분산전원의 손상을 방지한다.

I _inrush 는 리클로져 재폐로 과정에서 변전소 측에서 부하 측으로 흐르는 돌입전류의 크기이고, I _DG 는 분산전원에서 출력되는 전류의 크기이고, V _S 는 변전소의 전압 크기이고, V _R 은 분산전원 단의 전압 크기이고, θ는 변전소와 분산전원의 위상차라고 할 때, 다음과 같은 수학식으로 나타낼 수 있다.

도 8은 분산전원의 발전량이 전체 부하량보다 큰 경우, TFRT 제어 방법의 적용 유무에 따른 전류 특성을 비교한 그래프이다.

도 8에서 (a)는 TFRT 제어 방법을 적용하기 전의 전류 특성을 도시한 그래프이고, (b)는 TFRT 제어 방법을 적용한 후의 전류 특성을 도시한 그래프이다.

도 8을 참조하면, TFRT 제어를 적용하기 전에는 순간적으로 전류가 정격전류의 2배 이상 발생하는 것을 확인할 수 있다. 하지만 TFRT 제어를 적용하게 되면 정격전류의 1.5배 이하로 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

도 9는 전체 부하량이 분산전원의 발전량보다 큰 경우, TFRT 제어 방법의 적용 유무에 따른 전압 특성을 비교한 그래프이다.

도 9에서 (a)는 TFRT 제어 방법을 적용하기 전의 전압 특성을 도시한 그래프이고, (b)는 TFRT 제어 방법을 적용한 후의 전압 특성을 도시한 그래프이다.

도 9를 참조하면, 부하량이 분산전원의 발전량보다 큰 경우, TFRT 제어 적용 전에는 PCC단의 전압이 VRT 허용범위보다 아래인 0.5[p.u.] 아래로 출력된다. 이와 같은 경우에는 고장이 제거되어도 VRT에 따라 분산전원이 탈락하게 된다. 따라서 이러한 상황에 TFRT 제어를 적용하여 VRT 허용범위인 이내인 0.5[p.u.]로 운전하도록 제어한다.

도 10은 전체 부하량이 분산전원의 발전량보다 큰 경우, TFRT 제어 방법의 적용 유무에 따른 전류 특성을 비교한 그래프이다.

도 10에서 (a)는 TFRT 제어 방법을 적용하기 전의 전류 특성을 도시한 그래프이고, (b)는 TFRT 제어 방법을 적용한 후의 전류 특성을 도시한 그래프이다.

도 10을 참조하면, TFRT 제어를 적용하기 전에는 순간적으로 전류가 정격전류의 2배 이상으로 발생하는 것을 확인할 수 있다. 하지만 TFRT 제어를 적용하면 정격전류의 1.5배 이하로 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 PCS 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에서의 TFRT(Temporary Fault Ride-Through) 제어 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.

예컨대, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 롬(ROM), 램(RAM), 시디-롬(CD-ROM), 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 이동식 저장장치, 비휘발성 메모리(Flash Memory), 광 데이터 저장장치 등이 포함된다.

또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (5)

1. 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 기반 분산전원이 연계된 배전 계통에서의 TFRT(Temporary Fault Ride-Through) 제어 방법에서,
   분산전원의 연결이 유지되고 있는 상태에서 고장이 발생하면, 리클로져의 첫번째 패스트 트립에 의해 분산전원이 단독운전 상태로 운전하는 단계;
   상기 분산전원에서 PCC(Point of Common Coupling)단의 3상 전압을 측정하는 단계;
   측정된 3상 전압이 평형상태가 아니면, 영구고장으로 판단하여 상기 분산전원을 탈락시키는 단계;
   측정된 3상 전압이 평형상태이면, 고장이 제거되었다고 판단하여, 발전량과 부하량의 비에 따라 발생하는 저전압 또는 과전압을 VRT(Voltage Ride Through)의 운전 범위 이내로 운전을 지속하도록 전압 제어를 수행하는 단계; 및
   상기 전압 제어를 수행한 이후, 리클로져의 재폐로 시 발생하는 순간적인 돌입전류(Inrush Current)를 상쇄시키기 위해, 상기 분산전원에서 발생하는 전류를 순간적으로 증가시켜서 감쇄시키는 돌입전류 상쇄 제어를 수행하는 단계를 포함하며,
   상기 전압 제어를 수행하는 단계에서, 상기 PCC 단의 RMS 전압이 상기 VRT의 운전 범위인 0.5[p.u] 이내로 유지되도록 d축 전류 값을 제어하고,
   상기 전압 제어를 수행하는 단계에서, 상기 분산전원의 정격출력 내에서 제어하기 위하여, 정격 최대 전류의 제곱에서 d축 전류의 제곱 값을 빼는 연산을 하고, 그 연산 결과값의 제곱근을 취한 값이 q축 전류 값이 되도록 제어하고,
   상기 돌입전류 상쇄 제어를 수행하는 단계에서, 상기 PCC 단에서 분산전원으로 흐르는 전류의 미분값의 최대치를 계산하고, 이 값을 d-q 변환에 의한 기준 전압값과 곱하는 방식으로 분산전원에서 발생하는 전류를 증가시키며,
   상기 전압 제어를 수행하는 단계에서, 발전량과 부하의 비에 따라 발생할 수 있는 저전압을 제어하기 위한 LVRT(Low Voltage Ride Through) 제어기와 과전압을 제어하기 위한 HVRT(High Voltage Ride Through) 제어기를 통해 전압 제어를 수행하며, 이때 분산전원의 유효전력(P)과 무효전력(Q)은
   

   

   (1)
   

   

   (2)
   와 같이 계산되며,
   여기서, e_d는 d축 입력 전압이고, i_d는 d축 입력 전류이고, e_q는 q축 입력 전압이고, i_q는 i축 입력 전류이고,
   만약, q축이 계통전압 벡터와 일치한다면, e_d=0이 되므로, 유효전력은 i_q에 비례하고, 무효전력은 i_d에 비례하고,
   

   

   (3)
   

   

   (4)
   와 같이 나타낼 수 있고,
   상기 수학식 (3)과 (4)에 의해 계산된 값은 전류 제어기의 P-Q 폐회로 루프 제어(closed-loop control)에서 사용되고, 계산된 유효전력 P는 기준값 P^*를 차감하고, 계산된 무효전력 Q는 기준값 Q^*를 차감하며, d-q 전류의 PI 제어기를 거쳐 기준 전류값인 i_{d_ref}와 i_{q_ref}가 결정되고,
   상기 LVRT 제어기 및 HVRT 제어기는 리클로저 개방 동작 후, 부하와 발전량의 비에 의해 발생할 수 있는 과전압 또는 저전압 상황에서 허용 가능한 VRT(Voltage Ride Through) 범위 내에서 전압이 유지되도록 제어하고,
   정상상태에서 분산전원은 유효전력 기준치(P_reference) 및 무효전력 기준치(Q_reference)로 동작하도록 PI(Proportional-Integral) 제어기(controller)를 통해 제어되고, 고장이 발생하여 리클로저가 개방되는 순간, 분산전원은 단독운전 상태가 되며, 차단기가 다시 투입되기까지 분산전원에서 PCC 단의 전압을 측정하여 고장이 파악되고, 전압이 일정 시간 이후에 평형상태가 되는 경우, 고장이 제거되었다고 판단하고, 이러한 고장을 순시 고장으로 판단하고, 이 경우 분산전원의 값인 q축 전류 I_{q_control} 을 출력하고,
   발전량과 전체 부하의 비에 따라 과전압 혹은 저전압이 발생하면, PCC 단의 rms 전압 V_RMS 을, 발전량과 부하의 비와 관계없이 VRT 작동 허용 범위인 0.5[p.u.] 이내로 유지하도록 d축 전류 값을 제어하고, 이때 분산전원의 정격출력 내에서 제어하기 위해 I_q 전류 제어기에서 정격 최대 전류 I_M 의 제곱에서 d축 전류 I_{d_control} 의 제곱의 값을 빼주고, 그 결과값의 제곱근을 취하여 q축 전류 I_{q_control} 을 출력하며,
   I_inrush 는 리클로져 재폐로 과정에서 변전소 측에서 부하 측으로 흐르는 돌입전류의 크기이고, V_S 는 변전소의 전압 크기이고, V_R 은 분산전원 단의 전압 크기이고, θ는 변전소와 분산전원의 위상차라고 할 때,
   

   

   (5)
   의 수학식으로 나타낼 수 있는 것을 특징으로 하는 TFRT 제어 방법.
   
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5. 청구항 1의 방법을 컴퓨터로 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
   

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