KR102425037B1 - Method for controlling of dc micro grid system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 DC 마이크로그리드 시스템의 제어 방법에 관한 것으로, 장거리 DC 마이크로그리드 시스템의 정류기가 구동될 때, 제어부가 열저항 모델을 설정하는 단계; 열저항 모델이 설정되면, 상기 제어부가 선로정보를 입력받고 선로저항을 계산하는 단계; 상기 제어부가 상기 정류기의 출력전류(I) 및 선로온도를 입력받고, 이에 기초하여 실시간 전압강하 값(Vdrop)을 계산하는 단계; 및 DC 선로의 전압강하 값(Vdrop)이 실시간으로 계산되면, 상기 제어부가 상기 실시간으로 계산된 DC 선로의 전압강하 값(Vdrop)을 실시간으로 반영하여, 상기 DC 마이크로그리드 시스템의 컨버터에 대해 드룹 제어를 수행하는 단계;를 포함한다.The present invention relates to a control method of a DC microgrid system, comprising the steps of: when a rectifier of a long-distance DC microgrid system is driven, the controller sets a thermal resistance model; when the thermal resistance model is set, the control unit receives line information and calculates line resistance; receiving, by the control unit, an output current (I) and a line temperature of the rectifier, and calculating a real-time voltage drop value (V drop ) based thereon; And when the voltage drop value (V drop ) of the DC line is calculated in real time, the control unit reflects the voltage drop value (V drop ) of the DC line calculated in real time in real time, for the converter of the DC microgrid system and performing droop control.

Figure 112022054255201-pat00017
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Description

DC 마이크로그리드 시스템의 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING OF DC MICRO GRID SYSTEM}Control method of DC microgrid system

본 발명은 DC 마이크로그리드 시스템의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장거리 선로를 가진 직류(DC) 마이크로그리드 네트워크의 선로 말단에서 발생하는 전압강하 값을 실시간으로 정확하게 추정하여 드룹(droop) 제어를 수행할 수 있도록 하는 DC 마이크로그리드 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control method of a DC microgrid system, and more particularly, to accurately estimate the voltage drop value occurring at the line end of a DC microgrid network having a long-distance line in real time to perform droop control. It relates to a control method of a DC microgrid system that can be performed.

일반적으로 저압 직류(DC) 배전 시스템은 비교적 큰 전류용량을 갖는다.In general, a low voltage direct current (DC) power distribution system has a relatively large current capacity.

이때 상기 배전에서 고려해야 할 전압강하는 선로의 저항(즉, 임피던스)에 의해 발생하는데 전송전류가 커질수록 전압강하의 정도도 심해진다.At this time, the voltage drop to be considered in the distribution is caused by the resistance (ie, impedance) of the line, and as the transmission current increases, the degree of the voltage drop increases.

이러한 전압강하가 심해지면 선로 출력 측에 연결되어 있는 전력 변환수단(예 : 인버터, 컨버터 등)이 저전압 보호동작에 의해 탈락하여 수용가에 정전이 발생하거나 전력품질 및 기기효율 등이 급격히 저하되는 현상이 발생한다.When the voltage drop becomes severe, the power conversion means (eg, inverter, converter, etc.) connected to the output side of the line is dropped due to the low voltage protection operation, resulting in a power outage at the consumer or a sudden decrease in power quality and device efficiency. Occurs.

한편 장거리 선로를 가진 DC 마이크로그리드 시스템의 경우, 선로 임피던스에 의한 전압강하에 의해서 선로입력 측과 말단 측에 전압차이가 발생하고, 이러한 전압차이에 의해 드룹(droop) 제어를 수행하기 어려웠다.On the other hand, in the case of a DC microgrid system with a long-distance line, a voltage difference occurs between the line input side and the end side due to a voltage drop due to the line impedance, and it is difficult to perform droop control by this voltage difference.

따라서 현재 발생하는 전압강하 값을 정확하게 추정할 수 있는 방법과 장거리 선로를 가진 DC 마이크로그리드 시스템에서도 드룹 제어를 수행할 수 있는 방법이 요구되고 있다.Therefore, a method for accurately estimating the current voltage drop value and a method for performing droop control in a DC microgrid system having a long-distance line are required.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2010-0093078호(2010.08.24.공개, 전력 제어)에 개시되어 있다. Background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2010-0093078 (published on August 24, 2010, power control).

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 장거리 선로를 가진 직류(DC) 마이크로그리드 네트워크의 선로 말단에서 발생하는 전압강하 값을 실시간으로 정확하게 추정하여 드룹(droop) 제어를 수행할 수 있도록 하는 DC 마이크로그리드 시스템의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. According to one aspect of the present invention, the present invention was created to solve the above problems, and accurately estimates the voltage drop value occurring at the line end of a direct current (DC) microgrid network having a long-distance line in real time to droop. An object of the present invention is to provide a control method of a DC microgrid system that can perform (droop) control.

본 발명의 일 측면에 따른 DC 마이크로그리드 시스템의 제어 방법은, 장거리 DC 마이크로그리드 시스템의 정류기가 구동될 때, 제어부가 열저항 모델을 설정하는 단계; 열저항 모델이 설정되면, 상기 제어부가 선로정보를 입력받고 선로저항을 계산하는 단계; 상기 제어부가 상기 정류기의 출력전류(I) 및 선로온도를 입력받고, 이에 기초하여 실시간 전압강하 값(Vdrop)을 계산하는 단계; 및 DC 선로의 전압강하 값(Vdrop)이 실시간으로 계산되면, 상기 제어부가 상기 실시간으로 계산된 DC 선로의 전압강하 값(Vdrop)을 실시간으로 반영하여, 상기 DC 마이크로그리드 시스템의 컨버터에 대해 드룹 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A control method of a DC microgrid system according to an aspect of the present invention comprises the steps of: when a rectifier of a long-distance DC microgrid system is driven, the controller sets a thermal resistance model; when the thermal resistance model is set, the control unit receives line information and calculates line resistance; receiving, by the control unit, an output current (I) and a line temperature of the rectifier, and calculating a real-time voltage drop value (V drop ) based thereon; And when the voltage drop value (V drop ) of the DC line is calculated in real time, the control unit reflects the voltage drop value (V drop ) of the DC line calculated in real time in real time, for the converter of the DC microgrid system and performing droop control.

본 발명에 있어서, 상기 선로저항은, 수학식 1을 이용해 산출하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the line resistance is calculated using Equation (1).

(수학식 1)(Equation 1)

Figure 112022054255201-pat00001
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여기서, A는 도체의 단면적[mm2], l은 선로길이, 비례정수(

Figure 112022054255201-pat00002
)는 고유저항을 의미한다.where A is the cross-sectional area of the conductor [mm 2 ], l is the length of the line, and a proportional constant (
Figure 112022054255201-pat00002
) means specific resistance.

본 발명에 있어서, 상기 선로저항은, 수학식 2를 이용하여 전선의 온도에 따른 선로저항 값으로서 산출되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the line resistance is calculated as a line resistance value according to the temperature of the electric wire using Equation (2).

(수학식 2)(Equation 2)

Figure 112022054255201-pat00003
Figure 112022054255201-pat00003

여기서, t0는 기준온도, R은 기준온도에서의 전선저항 값, t는 상승한 온도,

Figure 112022054255201-pat00004
는 저항의 온도계수를 의미한다.Here, t 0 is the reference temperature, R is the wire resistance value at the reference temperature, t is the elevated temperature,
Figure 112022054255201-pat00004
is the temperature coefficient of resistance.

본 발명에 있어서, 상기 실시간 전압강하 값(Vdrop)은, 아래의 수학식 3을 이용해 산출되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the real-time voltage drop value (V drop ) is characterized in that it is calculated using Equation 3 below.

(수학식 3)(Equation 3)

Figure 112022054255201-pat00005
Figure 112022054255201-pat00005

여기서, I는 DC 선로의 출력전류, R은 선로저항을 의미한다.Here, I is the output current of the DC line, and R is the line resistance.

본 발명에 있어서, 상기 열저항 모델은, 전선의 표면에 온도센서를 부착하여 산출된 값을 이용하여 산출하되, 상기 열저항은, 도체온도(Tc)와 시스의 온도(Ts) 사이의 열저항(Rcs), 시스의 온도(Ts)와 피복의 온도(Ti) 사이의 열저항(Rsi), 및 피복의 온도(Ti)와 온도센서의 온도(Tm) 사이의 열저항(Rim)을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the thermal resistance model is calculated using a value calculated by attaching a temperature sensor to the surface of the wire, wherein the thermal resistance is between the conductor temperature (T c ) and the temperature of the sheath (T s ) The thermal resistance (R cs ), the thermal resistance (R si ) between the temperature of the sheath (T s ) and the temperature of the sheath (T i ), and the thermal resistance (R si ) between the temperature of the sheath (T i ) and the temperature of the temperature sensor (T m ) It is characterized in that it includes a thermal resistance (R im ).

본 발명에 있어서, 상기 열저항 모델에는 병렬로 열캐패시터 모델이 연결되며, 상기 열캐패시터 모델은, 도체온도(Tc)와 시스의 온도(Ts)사이의 열캐패시터Ccs), 시스의 온도(Ts)와 피복의 온도(Ti)사이의 열캐패시터(Csi), 및 전선 피복의 온도(Ti)와 온도센서의 온도(Tm)사이의 열캐패시터(Cim)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, a thermal capacitor model is connected in parallel to the thermal resistance model, and the thermal capacitor model is a thermal capacitor C cs between the conductor temperature (T c ) and the temperature of the sheath (T s ), the temperature of the sheath A thermal capacitor (C si ) between (T s ) and the temperature of the sheath (T i ), and a thermal capacitor (C im ) between the temperature of the wire sheath (Ti) and the temperature of the temperature sensor (T m ) characterized.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 장거리 선로를 가진 직류(DC) 마이크로그리드 네트워크의 선로 말단에서 발생하는 전압강하 값을 실시간으로 정확하게 추정하여 드룹(droop) 제어를 수행할 수 있도록 한다.According to one aspect of the present invention, the present invention enables droop control to be performed by accurately estimating a voltage drop value occurring at the end of a line of a direct current (DC) microgrid network having a long-distance line in real time.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 마이크로그리드 시스템의 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드룹 제어 특성을 설명하기 위한 그래프를 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 마이크로그리드 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 실시간 온도가 반영된 선로저항 산출 방법을 설명하기 위한 케이블의 구조를 보인 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 설정한 도체와 온도센서 간 열저항 모델을 보인 예시도.
1 is an exemplary diagram showing a schematic configuration of a control device of a DC microgrid system according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary diagram illustrating a graph for explaining a droop control characteristic according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart for explaining a control method of a DC microgrid system according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary diagram showing the structure of a cable for explaining a method for calculating line resistance in which real-time temperature is reflected according to an embodiment of the present invention;
5 is an exemplary view showing a model of thermal resistance between a conductor and a temperature sensor set according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 DC 마이크로그리드 시스템의 제어 방법의 일 실시예를 설명한다. Hereinafter, an embodiment of a control method of a DC microgrid system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 마이크로그리드 시스템의 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.1 is an exemplary diagram showing a schematic configuration of a control device of a DC microgrid system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 DC 마이크로그리드 시스템의 제어 장치는, 전압강하 값 산출부(110), 제어부(120), 및 게이트 펄스 발생부(130)를 포함한다.As shown in FIG. 1 , the control apparatus of the DC microgrid system according to the present embodiment includes a voltage drop value calculating unit 110 , a control unit 120 , and a gate pulse generating unit 130 .

상기 전압강하 값 산출부(110)는 DC 선로의 전류(I), 선로저항(R), 및 온도센서(미도시)를 이용해 측정한 온도(Tm)를 이용하여 전압강하 값(Vdrop)을 산출한다.The voltage drop value calculating unit 110 is a voltage drop value (V drop ) using the current (I) of the DC line, the line resistance (R), and the temperature (T m ) measured using a temperature sensor (not shown) to calculate

상기 제어부(120)는 DC 선로에 전압강하 발생 시 실시간으로 계산되는 DC 선로의 전압강하 값(Vdrop) 만큼을 드룹 제어에 실시간 반영한다. When a voltage drop occurs in the DC line, the controller 120 reflects the voltage drop value (V drop ) of the DC line calculated in real time to the droop control in real time.

여기서 상기 제어부(120)는 비례적분(PI) 제어기가 사용될 수 있다.Here, the controller 120 may be a proportional integral (PI) controller.

이하 상기 드룹 제어의 특성에 대해서 도 2의 그래프를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the characteristics of the droop control will be described with reference to the graph of FIG. 2 .

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드룹 제어 특성을 설명하기 위한 그래프를 보인 예시도로서, DC 선로의 기준전압이 750V인 경우의 배터리 연계용 컨버터의 드룹 제어 특성 그래프를 보인 예시도이다.2 is an exemplary diagram illustrating a graph for explaining a droop control characteristic according to an embodiment of the present invention.

예컨대 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, DC 선로의 전압을 검출하다가 750V 아래로 떨어지면 전류를 방전하게 되며, 반대로 750V를 초과하게 되면 전류를 충전한다. 만약 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 전압강하가 발생하게 되면 실시간으로 계산되는 DC 선로의 전압강하 값(Vdrop) 만큼을 드룹 제어 특성 그래프에 도시된 바와 같이 실시간으로 반영한다. 이때 전압 제어권을 가진 정류기(미도시)는 기존의 제어 특성 곡선에서 변화가 없으며, 정류기(미도시)와 연계 기기간의 선로거리 만큼을 반영하여 전압강하 값(Vdrop)을 계산하며 이 값은 실시간으로 계속 변동한다. 한편 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 전압강하 값(Vdrop)이 음의 값이 되는 경우, 즉 선로말단에 연계된 발전원(PV, 풍력발전기 등)의 발전량에 의해 선로말단 전압이 상승하는 경우, 배터리(미도시)는 선로로부터 전류를 입력받아 충전된다.For example, as shown in (a) of Figure 2, while detecting the voltage of the DC line, the current is discharged when it falls below 750V, and, conversely, when it exceeds 750V, the current is charged. As shown in (b) of FIG. 2 , when a voltage drop occurs, the voltage drop value (V drop ) of the DC line calculated in real time is reflected in real time as shown in the droop control characteristic graph. At this time, the rectifier (not shown) with the voltage control right does not change in the existing control characteristic curve, and the voltage drop value (V drop ) is calculated by reflecting the line distance between the rectifier (not shown) and the connected device, and this value is real-time continues to change with On the other hand, as shown in (c) of Figure 2, when the voltage drop value (V drop ) becomes a negative value, that is, the line end voltage by the power generation amount of the power generation source (PV, wind power generator, etc.) connected to the line end When this rises, the battery (not shown) receives current from the line and is charged.

상기 게이트 펄스 발생부(130)는 상기 제어부(120)의 제어에 따라 게이트 펄스(예 : 컨버터의 내부 스위칭 소자를 제어하는 게이트 펄스)를 발생한다. 가령 상기 게이트 펄스의 주파수를 증가시키거나 감소시킴으로써 컨버터의 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키거나 감소시킨다.The gate pulse generator 130 generates a gate pulse (eg, a gate pulse for controlling an internal switching element of the converter) under the control of the controller 120 . For example, by increasing or decreasing the frequency of the gate pulse, the switching frequency of the switching element of the converter is increased or decreased.

예컨대 상기 게이트 펄스 발생부(130)는 AC 전압을 입력받아 DC 출력을 내보내는 일반적인 2레벨 정류기, 혹은 3레벨 NPC 정류기 등의 내부 스위칭 소자를 제어하는 게이트 펄스를 발생시켜 출력하거나, DC 선로에 연계된 배터리를 충전하는 컨버터의 내부 스위치 소자를 제어하는 게이트 펄스를 발생시켜 출력할 수 있다.For example, the gate pulse generator 130 generates and outputs a gate pulse that controls an internal switching element such as a general 2-level rectifier or 3-level NPC rectifier that receives an AC voltage and outputs a DC output, or is connected to a DC line. A gate pulse that controls the internal switch element of the converter that charges the battery can be generated and output.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 마이크로그리드 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a control method of a DC microgrid system according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 정류기가 구동될 때(S101), 제어부(120)는 열저항 모델을 설정한다(S102).3, when the rectifier is driven (S101), the controller 120 sets the thermal resistance model (S102).

예컨대 도 4에 도시된 바와 같이, 전선의 표면에 온도센서를 부착하면, 도 5에 도시된 바와 같은 열저항 모델을 구할 수 있다.For example, as shown in FIG. 4, if a temperature sensor is attached to the surface of the electric wire, a thermal resistance model as shown in FIG. 5 can be obtained.

이때 각각의 열저항들(Rcs, Rsi, Rim)은 도체온도(Tc)와 시스의 온도(Ts) 사이의 열저항(Rcs), 시스의 온도(Ts)와 피복의 온도(Ti) 사이의 열저항(Rsi), 피복의 온도(Ti)와 온도센서의 온도(Tm) 사이의 열저항(Rim)으로 설정된다. 이 값들은 케이블 제조사로부터 얻을 수 있으며, 또는 실험에 의해서 얻을 수도 있다.At this time, each of the thermal resistances (R cs , R si , R im ) is the thermal resistance (R cs ) between the conductor temperature (T c ) and the temperature of the sheath (T s ), the temperature of the sheath (T s ) and the temperature of the sheath. The thermal resistance (R si ) between the temperature (T i ), the thermal resistance (R im ) between the temperature (T i ) of the covering and the temperature (T m ) of the temperature sensor is set. These values may be obtained from the cable manufacturer or may be obtained by experimentation.

또한 상기 도 5를 참조하여 열캐패시터 모델이 설정될 수 있다.In addition, a thermal capacitor model may be set with reference to FIG. 5 .

즉, 상기 열캐패시터 모델은 구성요소들에서 발생되는 열의 전도 지연을 열캐패시터로 모델링한 것이며, 각각의 크기 또는 재질에 의한 것으로서, 열캐패시터 모델은 상기 열저항 모델에 병렬적으로 연결되어 모델링될 수 있다. That is, the thermal capacitor model is modeled by a thermal capacitor by the conduction delay of heat generated from the components, and is due to each size or material, and the thermal capacitor model is connected in parallel to the thermal resistance model and can be modeled. have.

상기 열캐패시터 모델은 도 5에 도시된 바와 같이, 도체온도(Tc)와 시스의 온도(Ts)사이의 열캐패시터Ccs),시스의 온도(Ts)와 피복의 온도(Ti)사이의 열캐패시터(Csi), 피복의 온도(Ti)와 온도센서의 온도(Tm)사이의 열캐패시터(Cim)로 설정된다. 이때 상기 열저항과 마찬가지로 상기 열캐패시터는 케이블 제조사로부터 구하거나 실험에 의해 구해질 수 있다.The thermal capacitor model is, as shown in FIG. 5, a thermal capacitor C cs ) between the conductor temperature (T c ) and the temperature of the sheath (T s ), the temperature of the sheath (T s ) and the temperature of the sheath (T i ) A thermal capacitor (C si ) between the thermal capacitor (C im ) between the temperature of the sheath (Ti) and the temperature (T m ) of the temperature sensor is set. At this time, like the thermal resistance, the thermal capacitor may be obtained from a cable manufacturer or obtained through an experiment.

한편 상기와 같이 열저항 모델이 설정되면, 제어부(120)는 선로정보를 입력받고(S103) 선로저항을 계산한다(S104).Meanwhile, when the thermal resistance model is set as described above, the control unit 120 receives line information (S103) and calculates the line resistance (S104).

예컨대 선로저항은 아래의 수학식1을 이용해 산출할 수 있다.For example, the line resistance can be calculated using Equation 1 below.

Figure 112022054255201-pat00006
Figure 112022054255201-pat00006

여기서, A는 도체의 단면적[mm2], l은 선로길이, 비례정수(

Figure 112022054255201-pat00007
)는 고유저항을 의미하며, 도전율을 C[%]라고 하면 상기 비례정수(
Figure 112022054255201-pat00008
)는 다음과 같다.where A is the cross-sectional area of the conductor [mm 2 ], l is the length of the line, and a proportional constant (
Figure 112022054255201-pat00007
) means specific resistance, and if the conductivity is C [%], the proportional constant (
Figure 112022054255201-pat00008
) is as follows.

Figure 112022054255201-pat00009
(C:연동선의 경우 100, 경동선의 경우 97)
Figure 112022054255201-pat00009
(C: 100 for interlocking copper wire, 97 for hard copper wire)

이때 상기 선로저항(R)은 도체의 단면적과 선로거리에 의해서 정해지는데 그 값이 변화하지 않기 때문에 초기에 한번 설정해주면 된다. At this time, the line resistance (R) is determined by the cross-sectional area of the conductor and the line distance, but since the value does not change, it may be set once initially.

즉, DC계통연계 컨버터의 구동 초기에 상기 수학식1의 단면적(A)과 정류기(미도시)로부터의 선로길이(l), 도체의 종류 등을 입력하면 전체 선로의 저항값이 설정 완료되고, 또는 케이블 제조사로부터 선로저항 정보를 수집하여 입력할 수도 있다.That is, when the cross-sectional area (A) of Equation 1, the line length (l) from the rectifier (not shown), the type of conductor, etc. are input at the beginning of the driving of the DC system-connected converter, the resistance value of the entire line is set, Alternatively, line resistance information may be collected and inputted from the cable manufacturer.

한편 상기 선로저항 값의 산출에 정확성을 증가시키려면 전선(케이블)의 온도를 반영해야 한다. Meanwhile, in order to increase the accuracy in the calculation of the line resistance value, the temperature of the wire (cable) must be reflected.

보통 선로저항은 20℃를 기준으로 하고 있는데, 일반적으로 도체는 온도가 올라감에 따라 저항값이 증가한다. 따라서 다음의 수학식 2를 이용하여 전선의 온도에 따른 저항값을 산출할 수 있다.Usually, the line resistance is based on 20℃, but in general, the resistance of the conductor increases as the temperature rises. Therefore, the resistance value according to the temperature of the wire can be calculated using Equation 2 below.

Figure 112022054255201-pat00010
Figure 112022054255201-pat00010

여기서, t0는 기준온도, R은 기준온도에서의 전선저항 값, t는 상승한 온도,

Figure 112022054255201-pat00011
는 저항의 온도계수로서 기준온도에 따라 그 값이 조금씩 달라지는 것인데 일반적으로 20℃의 값을 기준으로 한다. 예컨대
Figure 112022054255201-pat00012
의 값은 copper 0.003930, aluminum 0.004100, iron 0.005671, steel 0.003 등이다.Here, t 0 is the reference temperature, R is the wire resistance value at the reference temperature, t is the elevated temperature,
Figure 112022054255201-pat00011
is the temperature coefficient of resistance, and its value varies slightly depending on the reference temperature, and is generally based on a value of 20°C. for example
Figure 112022054255201-pat00012
The values of copper are 0.003930, aluminum 0.004100, iron 0.005671, steel 0.003, etc.

따라서 제어부(120)는 정류기의 출력전류(I) 및 선로온도를 입력받고(S105), 이에 기초하여 실시간 전압강하 값(Vdrop)을 계산한다(S106).Accordingly, the controller 120 receives the output current I and the line temperature of the rectifier (S105), and calculates a real-time voltage drop value (V drop ) based thereon (S106).

예컨대 상기 상술한 바와 같이 선로저항(R)과 열저항 모델에 의해 구해진 도체온도 값(Tc)을 이용하여 실시간 전압강하 값(Vdrop)을 계산하는데, DC 선로의 전류센서(CT)(미도시)에 의해서 검출된 DC선로(예 : AC가 DC로 변환되어 출력된 DC선로)의 출력전류(I)를 입력받아 아래의 수학식 3과 같이 계산한다. For example, as described above, the real-time voltage drop value (V drop ) is calculated using the conductor temperature value (T c ) obtained by the line resistance (R) and the thermal resistance model, and the current sensor (CT) of the DC line (not shown) time), the output current (I) of the DC line (eg, the DC line that is converted to DC and output) is received and calculated as in Equation 3 below.

Figure 112022054255201-pat00013
Figure 112022054255201-pat00013

여기서 선로저항(R)은 전선의 온도에 의해 변하지만 전류 값이 지배적인 영향을 미치며, 부하가 커질수록 전압강하 값(Vdrop)이 증가한다. Here, the line resistance (R) changes depending on the temperature of the wire, but the current value has a dominant influence, and as the load increases, the voltage drop value (V drop ) increases.

상기와 같이 DC 선로의 전압강하 값(Vdrop)이 실시간으로 계산되면, 상기 제어부(120)는 DC 선로에 전압강하 발생 시 실시간으로 계산되는 DC 선로의 전압강하 값(Vdrop) 만큼을 드룹 제어에 실시간 반영한다(S107). As described above, when the voltage drop value (V drop ) of the DC line is calculated in real time, the controller 120 controls the droop as much as the voltage drop value (V drop ) of the DC line calculated in real time when a voltage drop occurs in the DC line. is reflected in real time (S107).

상기와 같이 본 실시예는 DC 마이크로그리드의 드룹 제어에 관한 것으로서, AC마이크로그리드와 달리 기존에 DC마이크로그리드에서는 상대적으로 큰 전류량 및 선로저항에 의한 전압강하로 인해 드룹 제어가 용이하지 않았다. As described above, this embodiment relates to droop control of DC microgrid, and unlike AC microgrid, droop control was not easy in conventional DC microgrid due to a relatively large amount of current and voltage drop due to line resistance.

즉, 드룹 제어 기법을 사용하면 2대 이상의 전력변환기에서 DC 그리드의 직류전압을 제어하게 되며 각 구성요소가 전압제어를 하는데 있어서 선로임피던스에 의해 제어하는 전압의 차이가 발생하게 되고 이에 따라 DC 그리드에 순환전류가 필연적으로 발생하게 된다. 그러므로 이를 억제하기 위한 제어기법이 필요한데 본 실시예의 기술에서는 선로임피던스에 의한 전압강하를 실시간으로 산정하여 이를 DC 마이크로그리드 시스템에 반영하도록 할 수 있도록 한다.In other words, when the droop control technique is used, two or more power converters control the DC voltage of the DC grid, and when each component controls the voltage, a difference in the voltage controlled by the line impedance occurs. A circulating current inevitably occurs. Therefore, a control method for suppressing this is required. In the technique of this embodiment, the voltage drop due to the line impedance is calculated in real time so that it can be reflected in the DC microgrid system.

다시 말해, 본 실시예는 DC 마이크로그리드 네트워크의 선로말단에서 발생하는 전압강하 값을 실시간으로 정확하게 추정할 수 있으며, 제어 기능의 추가 및 열저항 모델에 의한 선로 도체 온도측정 등 기능의 구현이 간단한데 비하여 큰 효과를 얻을 수 있으며, 또한 부하량 및 발전량이 변화하는 DC 마이크로그리드 시스템에서도 드룹 제어를 안정적으로 구현할 수 있도록 하는 효과가 있다.In other words, the present embodiment can accurately estimate the voltage drop value occurring at the end of the line of the DC microgrid network in real time, and implement functions such as adding a control function and measuring the line conductor temperature by a thermal resistance model. A great effect can be obtained, and it also has the effect of stably implementing droop control in a DC microgrid system where the amount of load and power generation change.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom by those skilled in the art to which the art pertains. will understand the point. Therefore, the technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.

110 : 전압강하 값 산출부
120 : 제어부
130 : 게이트 펄스 발생부
110: voltage drop value calculation unit
120: control unit
130: gate pulse generator

Claims (1)

장거리 DC 마이크로그리드 시스템의 정류기가 구동될 때, 제어부가 열저항 모델을 설정하는 단계;
열저항 모델이 설정되면, 상기 제어부가 선로정보를 입력받고 선로저항을 계산하는 단계;
상기 제어부가 상기 정류기의 출력전류(I) 및 선로온도를 입력받고, 이에 기초하여 실시간 전압강하 값(Vdrop)을 계산하는 단계; 및
DC 선로의 전압강하 값(Vdrop)이 실시간으로 계산되면, 상기 제어부가 상기 실시간으로 계산된 DC 선로의 전압강하 값(Vdrop)을 실시간으로 반영하여, 상기 DC 마이크로그리드 시스템의 컨버터에 대해 드룹 제어를 수행하는 단계;를 포함하되,
상기 제어부의 제어에 따라 게이트 펄스 발생부가 컨버터의 내부 스위칭 소자를 제어하는 게이트 펄스를 발생시키는 단계;를 더 포함하고,
상기 제어부는, 비례적분(PI) 제어기가 사용되며,
상기 제어부가, 상기 게이트 펄스의 주파수를 증가시키거나 감소시킴으로써, 컨버터의 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키거나 감소시키되,
상기 실시간 전압강하 값(Vdrop)은,
아래의 수학식 3을 이용해 산출되는 것을 특징으로 하는 DC 마이크로그리드 시스템의 제어 방법.
(수학식 3)
Figure 112022054255201-pat00014

여기서, I는 DC 선로의 출력전류, R은 선로저항을 의미한다.
When the rectifier of the long-distance DC microgrid system is driven, the control unit sets the thermal resistance model;
when the thermal resistance model is set, the control unit receives line information and calculates line resistance;
receiving, by the control unit, an output current (I) and a line temperature of the rectifier, and calculating a real-time voltage drop value (V drop ) based thereon; and
When the voltage drop value (V drop ) of the DC line is calculated in real time, the controller reflects the voltage drop value (V drop ) of the DC line calculated in real time in real time, and droops for the converter of the DC microgrid system including; performing control;
Further comprising; generating a gate pulse for controlling the internal switching element of the converter by the gate pulse generator under the control of the control unit;
The control unit, a proportional integral (PI) controller is used,
The control unit increases or decreases the frequency of the gate pulse by increasing or decreasing the switching frequency of the switching element of the converter,
The real-time voltage drop value (V drop ) is,
A control method of a DC microgrid system, characterized in that calculated using Equation 3 below.
(Equation 3)
Figure 112022054255201-pat00014

Here, I is the output current of the DC line, and R is the line resistance.
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