KR102558178B1 - 독립형 마이크로그리드 시스템 - Google Patents

독립형 마이크로그리드 시스템 Download PDF

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Abstract

마이크로그리드 시스템는, 태양광 패널로부터 생성된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 직류-교류 변환기; 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하거나, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 양방향 변환기; 상기 직류-교류 변환기의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제 1 제어기; 및 상기 양방향 변환기의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제 2 제어기;를 포함하되, 상기 직류-교류 변환기의 출력 및 상기 양방향 변환기의 교류 단자는, 서로 연결되고, 상기 양방향 변환기의 직류 단자는, 축전지와 연결된 것을 특징으로 한다.

Description

독립형 마이크로그리드 시스템{INDEPENDENT-TYPE MICROGRID SYSTEM}
본 발명은 독립형 마이크로그리드 시스템에 관한 것이다.
모든 전력 공급 체계에서 가장 중요한 요소는 전력을 공급하는 모선(母線)의 역할을 정의하는 것으로서, 모선은 공급하는 전기의 기준 전위로서 역할을 하게 된다. 일반적으로 계통 연계형이라 부르는 전력 공급 체계는 발전기라 부르는 기계식 장치를 기반으로 하는 전력 공급 체계로서, 전력 회사에서 공급하는 전력망을 기준 모선으로 삼는다.
그러나, 독립형 마이크로그리드 시스템에서는 기준 전위를 제공하는 모선의 역할을 에너지 저장 시스템(Energy Storage System)이 담당하게 된다. 독립형 마이크로그리드 시스템의 계통 연계형과 근본적인 차이점은, 용량이 제한적이란 점과 발전 시스템이 전력 변환 소자에 의해 운용되는 전자식 전력 변환 시스템이라는 것에 있다. 즉, 기존의 계통 연계형 전력 시스템과 비교할 때 독립형 마이크로그리드 시스템의 가장 큰 특징은, 반도체 소자에 의한 방식으로 외부 전기적 환경(Surge, SAG, Transient Voltage 등)에 취약하다는 것과 제어 속도(수십 ms)가 매우 빠르다는 점이다.
태양광 발전 시스템과 에너지 저장 시스템을 이용하여 독립형 마이크로그리드 시스템을 구축함에 있어서 가장 크게 고려해야 할 요소는, 전력의 수요와 공급을 맞추어 시스템의 안정성을 확보하는 것이며, 이를 위해 전기를 사용하는 마을(부하)의 전력 소요량과 구성된 전력원의 출력량을 검출하여 수요와 공급의 밸런싱을 적절하게 유지하도록 제어해 주어야 한다.
그런데, 문제는 마을의 전력 소요량과 전력을 생산하는 태양광 발전량이 불규칙적으로 변동한다는 것과 두 요소 사이의 전력 수급량이 독립적이라는 것에 있다. 이를 극복하기 위해서 전력을 흡수하거나 보완하여 전력의 수요와 공급 밸런싱을 유지하는 기능을 가진 에너지 저장 시스템을 사용하게 된다.
전력의 수요와 공급이 불균일해지는 직류-교류 변환기의 출력 전력(PINV) > 축전지의 충전에 요구되는 전력(PBATT_CHG) + 부하에서 요구하는 전력(PLOAD)과 같은 조건이 되어 잉여 전력이 발생하는 경우, 기존의 계통 연계 방식에서는 n개의 발전기를 드룹 콘트롤(Droop Control)이라고 하는 방식으로 제어하여 병렬 운전함으로써, 주파수와 발전 전력 상관 관계를 이용하여 전력의 공급과 수요 밸런싱을 유지하는 것이 비교적 수월하다. 하지만, 반도체를 이용한 제어 장치를 기반으로 하는 독립형 마이크로그리드 시스템에서는 제어의 속도와 외부 환경에 취약한 스위칭 반도체로 운용된다고 하는 점에서 n개 발전기를 드룹으로 콘트롤하는 제어 방식이 순환 전류 등으로 많은 제약 요소를 갖게 된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는 데 목적이 있는 발명으로서, 태양광 패널로부터 생성된 전력에 잉여 전력이 발생되는 경우, 태양광 패널에서 생성되는 전력량을 직류-교류 변환기의 출력을 이용하여 줄임으로써 전력의 공급과 수요 밸런싱을 유지할 수 있어서, 잉여 전력으로 인해 발생하는 과도 현상의 문제를 해결할 수 있는, 독립형 마이크로그리드 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 마이크로그리드 시스템은, 태양광 패널로부터 생성된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 직류-교류 변환기; 및 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하거나, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 양방향 변환기;를 포함하되, 상기 직류-교류 변환기의 출력 및 상기 양방향 변환기의 교류 단자는, 서로 연결되고, 상기 양방향 변환기의 직류 단자는, 축전지와 연결된 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 마이크로그리드 시스템은, 상기 직류-교류 변환기의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제 1 제어기; 및 상기 양방향 변환기의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제 2 제어기;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 제 2 제어기는, 기준 주파수 정보를 생성하여 상기 양방향 변환기로 입력하되, 상기 양방향 변환기는, 상기 기준 주파수 정보에 기반한 주파수를 갖는 교류 전압을 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 제어기는, 상기 기준 주파수 정보를 입력받아 펄스 신호를 생성하되, 상기 기준 주파수에 따라 상기 펄스의 듀티비가 설정되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제 2 제어기는, 상기 축전지의 충전 상태값, 상기 직류-교류 변환기의 출력 전력, 부하에서 요구하는 전력 및 상기 축전지의 충전에 요구되는 전력을 이용하여, 상기 기준 주파수를 설정하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 기준 주파수는, 상기 축전지의 충전 상태값이 제 1 값 이상이고, 상기 직류-교류 변환기의 출력 전력이 상기 부하에서 요구하는 전력과 상기 축전지의 충전에 요구되는 전력을 합한 값을 초과하는 경우, 상기 제 1 주파수 보다 높은 주파수로 설정될 수 있다.
구체적으로, 상기 기준 주파수는, 상기 축전지의 충전 상태값이 제 1 값 미만; 또는, 상기 직류-교류 변환기의 출력 전력이 상기 부하에서 요구하는 전력과 상기 축전지의 충전에 요구되는 전력을 합한 값 이하;인 경우, 제 1 주파수로 설정된다.
또한, 상기 제 2 제어기는, 상기 축전지의 충전 상태값이 제 1 값 이상이고, 상기 직류-교류 변환기의 출력 전력이 상기 부하에서 요구하는 전력과 상기 축전지의 충전에 요구되는 전력을 합한 값을 초과하는 경우, 상기 기준 주파수가 미리 설정된 비교 주파수 미만이면 현재 설정된 기준 주파수를 미리 설정된 다음 단계의 기준 주파수로 변경하여 설정하고, 상기 제 1 주파수는, 상기 비교 주파수 미만인 것을 특징으로 한다.
아울러, 현재 설정된 기준 주파수가 상기 비교 주파수 미만인 경우 상기 다음 단계의 기준 주파수는, 상기 제 1 주파수 보다 크고 상기 비교 주파수 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 2 제어기는, 현재 설정된 기준 주파수를 다음 단계의 기준 주파수로 변경 후, 상기 직류-교류 변환기의 출력 전력이 상기 부하에서 요구하는 전력과 상기 축전지의 충전에 요구되는 전력을 합한 값 이하인 경우, 상기 기준 주파수를, 상기 제 1 주파수로 변경하여 설정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 2 제어기는, 현재 설정된 기준 주파수를 다음 단계의 기준 주파수로 변경 후, 상기 직류-교류 변환기의 출력 전력이 상기 부하에서 요구하는 전력과 상기 축전지의 충전에 요구되는 전력을 합한 값을 초과하고, 변경된 기준 주파수가 상기 비교 주파수 이상인 경우에는, 상기 직류-교류 변환기의 동작을 정지하기 위한 신호를 상기 제 1 제어기로 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 독립형 마이크로그리드 시스템에 따르면, 태양광 패널에서 생성되는 전력량을 직류-교류 변환기의 출력을 이용하여 줄임으로써 전력의 공급과 수요 밸런싱을 유지할 수 있어서, 잉여 전력으로 인해 발생하는 과도 현상의 문제를 해결할 수 있다.여 전력으로 인해 발생하는 과도 현상의 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 일반적인 독립형 마이크로그리드 시스템의 구성도.
도 2a는 태양광 패널로부터 생성되어 직류-교류 변환기에 의해 변환된 전력량이 충분한 경우의, 독립형 마이크로그리드 시스템의 동작 설명도.
도 2b는 태양광 패널로부터 생성되어 직류-교류 변환기에 의해 변환된 전력량이 불충분한 경우의, 독립형 마이크로그리드 시스템의 동작 설명도.
도 3은 발생하는 잉여 전력에 의해 예상되는 문제점에 대한 설명도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드 시스템의 구성도.
도 5는 교류 전원에 대한 주파수와 유효 전력과의 관계 그래프.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드 시스템 제어 방법의 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 독립형 마이크로그리드 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 하기의 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다.
도 1은 일반적인 독립형 마이크로그리드 시스템(100)의 구성도를 나타낸다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 일반적인 독립형 마이크로그리드 시스템(100)은, 태양광 패널(PV)로부터 생성된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 직류-교류 변환기(110); 및 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하거나, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 양방향 변환기(120);를 포함한다. 아울러, 직류-교류 변환기(110)의 출력 및 양방향 변환기(120)의 교류 단자는 서로 연결되고, 양방향 변환기(120)의 직류 단자는, 축전지(BT)와 연결된 것을 특징으로 한다.
직류-교류 변환기(110)는 태양광 인버터의 적어도 일부로서 구현될 수 있고, 양방향 변환기(120)는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)에 구비되는 PCS에 포함된다.
독립형 마이크로그리드 시스템(100)에 있어서 전력 운용의 일반적인 현황
기본적으로 도 1에 나타낸 바와 같은, 일반적인 독립형 마이크로그리드 시스템(100)에 있어서 전력 운용의 일반적인 현황은 다음과 같다.
(1) 태양광 패널(PV)로부터 생성된 전력량이 충분한 경우
도 2a는 태양광 패널(PV)로부터 생성되어 직류-교류 변환기(110)에 의해 변환된 전력량이 충분한 경우의, 독립형 마이크로그리드 시스템(100)의 동작 설명도를 나타낸다.
태양광 패널(PV)로부터 생성되어, 직류-교류 변환기(110)의 출력된 전력(PINV)이 부하(LD)에 전력(PLOAD)을 공급하고 남은 잉여 전력으로 축전지(BT)를 충전(PBATT_CHG)하게 된다. 에너지 저장 시스템은 충전 운전을 실시하게 된다.
즉, 만약 PINV > PLOAD인 경우, ΔP(PBATT_CHG) = PINV - PLOAD로 나타낼 수 있다.
(2) 태양광 패널(PV)로부터 생성된 전력량이 불충분한 경우
도 2b는 태양광 패널(PV)로부터 생성되어 직류-교류 변환기(110)에 의해 변환된 전력량이 불충분한 경우의, 독립형 마이크로그리드 시스템(100)의 동작 설명도를 나타낸다.
태양광 패널(PV)로부터 생성되어, 직류-교류 변환기(110)의 출력된 전력(PINV)이 부하(LD)에 전력(PLOAD)을 공급하고 부족한 경우, 부족한 전력을 축전지(BT)가 방전(PBATT_DISCHG)하여 보충하게 된다. 에너지 저장 시스템은 방전 운전을 실시하게 된다.
즉, 만약 PINV ≤ PLOAD인 경우, PLOAD = PINV + ΔP(PBATT_DISCHG)로 나타낼 수 있다.
상술한 바와 같은 에너지 저장 시스템의 운전 모드에서 가장 큰 문제점태양광 패널(PV)로부터 생성되어, 직류-교류 변환기(110)의 출력된 전력으로 부하(LD)와 축전지(BT) 충전하고도 전력이 남는 경우이다. 특히 축전지(BT)가 만 충전된 상태여서 축전지(BT)를 더 이상 충전하기 어려운 경우에 문제가 많이 발생한다.
독립형 마이크로그리드 시스템(100)에 있어서 잉여 전력에 의해 예상되는 문제점
도 3은 발생하는 잉여 전력에 의해 예상되는 문제점에 대한 설명도이다.
즉, 발생하는 잉여 전력 ΔP에 의해서 예상되는 문제점은 다음과 같다.
(1) 태양광 인버터 내의 직류 링크(DC Link)의 전압이 상승하게 되는 문제로 직류 링크 전압의 상승은 태양광 인버터, 즉 직류-교류 변환기(110) 내부에 직류 전압이 상승하여 인버터 내부의 콘덴서나 IGBT와 같은 부품이 파손될 가능성이 매우 커지게 된다.
(2) 태양광 인버터의 출력인 교류 링크(AC Link)단의 전압이 상승하여 과전압으로 인해 출력의 스위치인 MCCB가 트립되거나, 에너지 저장 시스템의 PCS, 즉 양방향 변환기(120)가 입력 과전압으로 인해서 시스템 전체가 정지하는 사고가 일어날 수 있다.
잉여 전력에 의해 예상되는 문제점에 대한 해결 방안
잉여 전력에 의해 예상되는 문제점에 대한 대응으로 현재 사용되고 있는 해결 방안은 크게 다음의 두 가지 방안이 있다. 모두 기본적으로는 물리적으로 태양광 시스템을 정지하는 방식으로 하기와 같은 방안이 소개되고 있다.
(1) 태양광 패널(PV)과 인버터 사이에 자기 스위치(Magnetic Switch)를 설치하고, 자기 스위치를 오프(OFF)시키는 방식
태양광 패널(PV)과 인버터 사이에 자기 스위치를 설치하고 잉여 전력이 발생하는 경우 이를 검출하여 외부 신호에 의해 스위치를 오프시키는 방식으로 매우 간단하고 일상적으로 선호하는 방식이다. 그러나, 이 방식은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
- 태양광 패널(PV)로부터 생성되어, 직류-교류 변환기(110)의 출력 전력(PINV)과 부하 전력(PLOAD) 변동이 랜덤하며 서로 독립적이라 제어가 원활하지 않아 전력 공급과 수요의 불균일성 발생할 수 있음.
- 태양광 패널(PV)로부터 생성되어, 직류-교류 변환기(110)의 출력 전력(PINV)과 부하 전력(PLOAD) 변동이 랜덤하며 서로 독립적이라 제어가 원활하지 않아 과도 현상에 의한 시스템 파손의 원인이 됨.
- 직류 라인(DC Line)을 물리적으로 끊음으로써 아크가 발생하여 시스템에 잡음이 발생하거나 파손의 주요한 원인이 됨.
(2) 태양광 인버터의 IGBT의 게이트(Gate) 신호를 정지(Gate Block)하여 인버터를 정지시키는 방식
태양광 패널(PV)의 잉여 전력이 발생하는 경우 이를 검출하여 태양광 인버터의 스위치인 IGBT의 PWM 펄스를 정지함으로 IGBT 게이트를 오프시켜서, 태양광 인버터를 정지시켜 태양광 패널(PV)로부터 생성되어, 직류-교류 변환기(110)의 출력 전력을 강제로 정지시키는 방식으로 다음과 같은 문제점이 예상된다.
- 태양광 패널(PV)로부터 생성되어, 직류-교류 변환기(110)로 출력 전력(PINV)과 부하 전력(PLOAD) 변동이 랜덤하며 서로 독립적이라 제어가 원활하지 않아 전력 공급과 수요의 불균일성 발생할 수 있음.
- 태양광 패널(PV)로부터 생성되어, 직류-교류 변환기(110)의 출력 전력(PINV)과 부하 전력(PLOAD)의 변동이 랜덤하며 서로 독립적이라 제어가 원활하지 않아 과도 현상에 의한 시스템 파손의 원인이 됨.
- 태양광 인버터가 정지한 후 재기동하기까지 걸리는 시간 등으로 전력 공급과 수요 사이에 불균일성이 일어날 수 있음.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드 시스템(200)의 구성도를 나타낸다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드 시스템(200)은, 직류-교류 변환기(210), 양방향 변환기(220), 제 1 제어기(230) 및 제 2 제어기(240)를 포함하여 구성된다.
직류-교류 변환기(210)는 태양광 인버터의 적어도 일부로서 구현될 수 있으며, 태양광 패널(PV)로부터 생성된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 역할을 한다.
양방향 변환기(220)는 에너지 저장 시스템의 PCS의 적어도 일부로서 구현될 수 있으며, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하거나, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력한다.
직류-교류 변환기(210)의 출력 및 양방향 변환기(220)의 교류 단자는 서로 연결되고, 양방향 변환기(220)의 직류 단자는 축전지(BT)와 연결된다.
제 1 제어기(230)는, 태양광 인버터의 적어도 일부 또는 태양광 인버터와는 별도로 구현될 수 있으며, 직류-교류 변환기(210)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
아울러, 제 2 제어기(240)는, 에너지 저장 시스템의 PCS의 적어도 일부 또는 에너지 저장 시스템의 PCS와는 별도로 구현될 수 있으며, 양방향 변환기(220)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
본 발명의 독립형 마이크로그리드 시스템(200)은, 기준이 되는 전압과 주파수를 제공하는 모선 역할을 하는 양방향 변환기(220)의 전압과 주파수를 직류-교류 변환기(210)가 추종한다.
도 5는 교류 전원에 대한 주파수와 유효 전력과의 관계 그래프를 나타낸다.
도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 교류 전원의 경우 일정 주파수 범위에서는, 출력 주파수와 유효 전력은 반비례하는 것을 알 수 있다.
본 발명의 독립형 마이크로그리드 시스템(200)은, 이러한 출력 주파수와 유효 전력이 반비례하는 교류 전원의 특징 및 직류-교류 변환기(210)가 자신의 주파수와 전압이 아니라 양방향 변환기(220)의 전압 및 주파수를 추종하는 특징을 이용하고자 한다.
즉, 본 발명의 독립형 마이크로그리드 시스템(200)은, 태양광 패널(PV)의 잉여 전력에 대한 능동적인 대응을 실시하는 방식이다. 즉, 본 발명에서는 축전지(BT)의 충전 상태(State of Charge, SoC)값을 기준으로 양방향 변환기(220)의 주파수를 변동시킴으로써, 이를 추종하여 운전하는 직류-교류 변환기(210)의 출력을 조절하여 태양광 패널(PV)에서의 잉여 전력의 발생을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 독립형 마이크로그리드 시스템(200)에 사용되는 기법을 보다 상세하게 설명하면 다음의 두가지 운전 조건이 성립되는 경우, 제 1 제어기(230)에 의해 기준 주파수를 증가시키는 방향으로 운전이 실시되게 된다.
(1) 축전지(BT)의 충전 상태값(PBATT_SOC)이 설정치인 제 1 값(P1) 이상이 되는 경우
(2) 직류-교류 변환기(210)의 출력 전력(PINV)과 부하(LD)의 전력량(PLOAD)을 비교하여, 직류-교류 변환기(210)의 출력 전력(PINV)이 부하(LD)의 전력량(PLOAD) 보다 커지는 경우(PINV > PLOAD)
제 1 제어기(230)에 의해 기준 주파수가 증가하게 되면 직류-교류 변환기(210)는 양방향 변환기(220)의 주파수인 기준 주파수를 추종하여 되어, 직류-교류 변환기(210)의 출력 주파수가 증가하게 된다. 아울러, 직류-교류 변환기(210)의 출력 주파수가 증가하면, 직류-교류 변환기(210)의 출력의 유효 전력이 줄어들게 한다.
직류-교류 변환기(210)의 출력 전력(PINV)을 줄임으로써 전력의 공급과 수요 밸런싱을 유지하게 되며, 이를 통해 상술한 바와 같이 잉여 전력을 줄임으로써 잉여 전력이 발생할 수 있는 조건을 피할 수 있게 되어 잉여 전력으로 인해 발생하는 과도 현상의 문제를 해결할 수 있다.
즉, 제 2 제어기(240)는, 기준 주파수 정보를 생성하여 양방향 변환기(220)로 입력한다. 이에 따라, 양방향 변환기(220)는, 기준 주파수 정보에 기반한 주파수를 갖는 교류 전압을 출력한다. 양방향 변환기(220)의 출력 주파수는 반드시 기준 주파수와 동일할 필요는 없고 기준 주파수에 비례하는 주파수일 수도 있어, 양방향 변환기(220)의 출력 주파수는 기준 주파수 정보에 기반한 주파수라 할 수 있다.
제 1 제어기(230)는 기준 주파수 정보에 기반하여 직류-교류 변환기(210)의 출력 주파수를 설정한다. 이에 따라, 직류-교류 변환기(210)는 양방향 변환기(220)와 동일한 출력 주파수의 교류를 출력하게 된다.
아울러, 제 1 제어기(230)는, 기준 주파수 정보를 입력받아 펄스 신호를 생성하되, 기준 주파수에 따라 펄스의 듀티비가 설정되게 된다. 이 펄스는 직류-교류 변환기(210)의 스위칭 소자의 게이트로 입력된다. 따라서, 제 1 제어기(230)는 기준 주파수에 기반하여 설정된 듀티비를 갖는 펄스에 의해 상대적으로 높은 주파수를 출력할 때에 직류-교류 변환기(210)가 보다 작은 전력을 출력할 수 있도록 한다. 즉, 직류-교류 변환기(210)로부터 잉여 전력이 발생 시 직류-교류 변환기(210)의 출력 주파수를 높여서 출력되는 유효 전력을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 펄스의 듀티비의 조정에 의해 보다 빨리 출력되는 유효 전력을 감소시킬 수 있다.
제 2 제어기(240)는, 축전지(BT)의 충전 상태값, 직류-교류 변환기(210)의 출력 전력, 부하(LD)에서 요구하는 전력 및 축전지(BT)의 충전에 요구되는 전력을 입력받고, 이들을 이용하여 기준 주파수를 설정하는 것이 바람직하다.
기준 주파수는, 축전지(BT)의 충전 상태값이 제 1 값 미만; 또는, 직류-교류 변환기(210)의 출력 전력이 부하(LD)에서 요구하는 전력과 축전지(BT)의 충전에 요구되는 전력을 합한 값 이하;인 경우, 제 1 주파수로 설정되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 기준 주파수는, 축전지(BT)의 충전 상태값이 제 1 값 이상이고, 직류-교류 변환기(210)의 출력 전력이 부하(LD)에서 요구하는 전력과 축전지(BT)의 충전에 요구되는 전력을 합한 값을 초과하는 경우, 제 1 주파수 보다 높은 주파수로 설정될 수 있다.
기준 주파수가 제 1 주파수 보다 높은 주파수로 설정되면, 직류-교류 변환기(210)의 출력의 유효 전력도 작아지고, 양방향 변환기(220)의 출력의 유효 전력도 작아진다. 아울러, 기준 주파수가 제 1 주파수 보다 높은 주파수로 설정되면, 펄스의 듀티비의 조정에 의해 직류-교류 변환기(210)의 출력의 유효 전력을 보다 빠르게 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 제 2 제어기(240)는, 축전지(BT)의 충전 상태값이 제 1 값 이상이고, 직류-교류 변환기(210)의 출력 전력이 부하(LD)에서 요구하는 전력과 축전지(BT)의 충전에 요구되는 전력을 합한 값을 초과하는 경우, 기준 주파수가 미리 설정된 비교 주파수 미만이면 현재 설정된 기준 주파수를 미리 설정된 다음 단계의 기준 주파수로 변경하여 설정한다. 이때 제 1 주파수는, 비교 주파수 미만인 것을 특징으로 한다.
아울러, 현재 설정된 기준 주파수가 비교 주파수 미만인 경우 다음 단계의 기준 주파수는, 제 1 주파수 보다 크고 비교 주파수 이하인 것이 바람직하다.
또한, 제 2 제어기(240)는, 현재 설정된 기준 주파수를 다음 단계의 기준 주파수로 변경 후, 직류-교류 변환기(210)의 출력 전력이 부하(LD)에서 요구하는 전력과 축전지(BT)의 충전에 요구되는 전력을 합한 값 이하인 경우, 기준 주파수를, 제 1 주파수로 변경하여 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 직류-교류 변환기(210) 및 양방향 변환기(220)는 초기 동작 상태로 돌아가게 된다.
아울러, 제 2 제어기(240)는, 현재 설정된 기준 주파수를 다음 단계의 기준 주파수로 변경 후, 직류-교류 변환기(210)의 출력 전력이 부하(LD)에서 요구하는 전력과 축전지(BT)의 충전에 요구되는 전력을 합한 값을 초과하고, 변경된 기준 주파수가 비교 주파수 이상인 경우에는, 직류-교류 변환기(210)의 동작을 정지하기 위한 신호를 제 1 제어기(230)로 출력하는 것이 바람직하다. 직류-교류 변환기(210)의 동작을 정지하기 위한 신호란, 직류-교류 변환기(210)의 스위칭 소자의 게이트로 입력되는 펄스파의 듀티비를 '0'으로 설정할 수 있는 신호를 예로 들 수 있다. 즉, 제 2 제어기(240)는 제 1 제어기(230)로 직류-교류 변환기(210)의 스위칭 소자의 게이트로 입력되는 펄스파의 듀티비를 '0'으로 설정할 수 있는 신호를 제어 신호로서 출력한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드 시스템(200) 제어 방법의 흐름도를 나타낸다. 도 6의 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드 시스템(200) 제어 방법은, 제 2 제어기(240)에 의해 실시되는 것을 특징으로 한다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드 시스템(200) 제어 방법은, 독립형 마이크로그리드 시스템(200)이 운전을 개시하는 단계(S10); 기준 주파수(fB)를 제 1 주파수(f1)로 설정하고, k를 0으로 설정하는 단계(S20); 및 축전지(BT)의 충전 상태값(PBATT_SOC)이 제 1 값(P1) 이상인지를 판단하는 단계(S30);를 포함한다.
아울러, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드 시스템(200) 제어 방법은, S30 단계의 판단 결과 축전지(BT)의 충전 상태값(PBATT_SOC)이 제 1 값(P1) 이상인 경우, 직류-교류 변환기(210)의 출력 전력(PINV)이 부하(LD)에서 요구하는 전력(PLOAD)과 축전지(BT)의 충전에 요구되는 전력(PBATT_CHG)을 합한 값을 초과하는 지를 판단하는 단계(S40); S40 단계의 판단 결과, 직류-교류 변환기(210)의 출력 전력(PINV)이 부하(LD)에서 요구하는 전력(PLOAD)과 축전지(BT)의 충전에 요구되는 전력(PBATT_CHG)을 합한 값을 초과하는 경우, k를 1 만큼 증가시키고 기준 주파수(fB)를 제 1+k 주파수(f1+k)로 변경하여 설정하는 단계(S50); 제 1+k 주파수(f1+k)로 변경에 의한 직류-교류 변환기(210)의 출력 전력(PINV)이 부하(LD)에서 요구하는 전력(PLOAD)과 축전지(BT)의 충전에 요구되는 전력(PBATT_CHG)을 합한 값을 초과하는 지를 판단하는 단계(S60); S60 단계의 판단 결과, 제 1+k 주파수(f1+k)로 변경에 의한 직류-교류 변환기(210)의 출력 전력(PINV)이 부하(LD)에서 요구하는 전력(PLOAD)과 축전지(BT)의 충전에 요구되는 전력(PBATT_CHG)을 합한 값을 초과하는 경우에는, 변경된 기준 주파수(fB)가 비교 주파수(fC) 미만인지를 판단하는 단계(S70); 및 S70 단계의 판단 결과, 변경된 기준 주파수(fB)가 비교 주파수(fC) 이상인 경우, 직류-교류 변환기(210)의 동작을 정지하기 위한 신호 생성하는 단계(S80);를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드 시스템(200) 제어 방법은, S60 단계의 판단 결과, 제 1+k 주파수(f1+k)로 변경에 의한 직류-교류 변환기(210)의 출력 전력(PINV)이 부하(LD)에서 요구하는 전력(PLOAD)과 축전지(BT)의 충전에 요구되는 전력(PBATT_CHG)을 합한 값 미만인 경우에는, S20 단계로 돌아가게 된다. 아울러, 또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드 시스템(200) 제어 방법은, S70 단계의 판단 결과, 변경된 기준 주파수(fB)가 비교 주파수(fC) 미만인 경우에는, S50 단계로 돌아가게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 독립형 마이크로그리드 시스템(200)에 따르면, 태양광 패널(PV)에서 생성되는 전력량을 직류-교류 변환기(210)의 출력을 이용하여 줄임으로써 전력의 공급과 수요 밸런싱을 유지할 수 있어서, 잉여 전력으로 인해 발생하는 과도 현상의 문제를 해결할 수 있음을 알 수 있다.
100, 200 : 독립형 마이크로그리드 시스템
110, 210 : 직류-교류 변환기
120, 220 : 양방향 변환기
230 : 제 1 제어기
240 : 제 2 제어기

Claims (11)

  1. 마이크로그리드 시스템에 있어서,
    태양광 패널로부터 생성된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 직류-교류 변환기; 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하거나, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 양방향 변환기; 상기 직류-교류 변환기의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제 1 제어기; 및 상기 양방향 변환기의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제 2 제어기;를 포함하되,
    상기 직류-교류 변환기의 출력 및 상기 양방향 변환기의 교류 단자는 서로 연결되고, 상기 양방향 변환기의 직류 단자는 축전지와 연결되고,
    상기 제 2 제어기는, 기준 주파수 정보를 생성하여 상기 양방향 변환기로 입력하고,
    상기 양방향 변환기는, 상기 기준 주파수 정보에 기반한 주파수를 갖는 교류 전압을 출력하고,
    상기 제 1 제어기는, 상기 기준 주파수에 따라 듀티비가 설정되는 펄스 신호를 생성하고,
    상기 제 2 제어기는, 상기 축전지의 충전 상태값, 상기 직류-교류 변환기의 출력 전력, 부하에서 요구하는 전력 및 상기 축전지의 충전에 요구되는 전력을 이용하여, 상기 기준 주파수를 설정하고,
    상기 제 2 제어기는, 상기 축전지의 충전 상태값이 제 1 값 미만; 또는, 상기 직류-교류 변환기의 출력 전력이 상기 부하에서 요구하는 전력과 상기 축전지의 충전에 요구되는 전력을 합한 값 이하;인 경우, 상기 기준 주파수를 제 1 주파수로 설정하고,
    상기 제 2 제어기는, 상기 축전지의 충전 상태값이 제 1 값 이상이고, 상기 직류-교류 변환기의 출력 전력이 상기 부하에서 요구하는 전력과 상기 축전지의 충전에 요구되는 전력을 합한 값을 초과하는 경우, 상기 기준 주파수가 미리 설정된 비교 주파수 미만이면 현재 설정된 기준 주파수를 미리 설정된 다음 단계의 기준 주파수로 변경하여 설정하고,
    상기 제 1 주파수는, 상기 비교 주파수 미만인 것을 특징으로 하는 마이크로그리드 시스템.
  2. 삭제
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  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    현재 설정된 기준 주파수가 상기 비교 주파수 미만인 경우 상기 다음 단계의 기준 주파수는, 상기 제 1 주파수 보다 크고 상기 비교 주파수 이하인 것을 특징으로 하는 마이크로그리드 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 제어기는,
    현재 설정된 기준 주파수를 다음 단계의 기준 주파수로 변경 후, 상기 직류-교류 변환기의 출력 전력이 상기 부하에서 요구하는 전력과 상기 축전지의 충전에 요구되는 전력을 합한 값 이하인 경우,
    상기 기준 주파수를, 상기 제 1 주파수로 변경하여 설정하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 제어기는,
    현재 설정된 기준 주파수를 다음 단계의 기준 주파수로 변경 후, 상기 직류-교류 변환기의 출력 전력이 상기 부하에서 요구하는 전력과 상기 축전지의 충전에 요구되는 전력을 합한 값을 초과하고, 변경된 기준 주파수가 상기 비교 주파수 이상인 경우에는, 상기 직류-교류 변환기의 동작을 정지하기 위한 신호를 상기 제 1 제어기로 출력하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드 시스템.
  11. 삭제
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006149037A (ja) 2004-11-17 2006-06-08 Seiko Electric Co Ltd 電力貯蔵システム
JP2008017652A (ja) * 2006-07-07 2008-01-24 Mitsubishi Electric Corp 電力供給システム
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Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101696999B1 (ko) * 2015-03-10 2017-01-16 엘에스산전 주식회사 에너지 저장 장치의 제어 방법 및 전력 관리 시스템
KR101724893B1 (ko) * 2015-09-08 2017-04-07 한국전력공사 독립형 마이크로그리드 자율제어 시스템 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006149037A (ja) 2004-11-17 2006-06-08 Seiko Electric Co Ltd 電力貯蔵システム
JP2008017652A (ja) * 2006-07-07 2008-01-24 Mitsubishi Electric Corp 電力供給システム
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