KR102618098B1 - 제어 방법, 컴퓨터 프로그램 제품, 제어 시스템 및 용도 - Google Patents
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Abstract
전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머 (10) 의 출력 전압을 제어하는 방법이 개시된다. 본 방법은 전력 전자 컨버터 (12) 및 출력 전압 제어기 (16) 를 적어도 하나의 트랜스포머 (10) 에 제공하는 단계, 전력 그리드의 그리드 주파수를 결정하는 단계, 결정된 그리드 주파수를 레퍼런스 값과 비교하는 단계, 결정된 그리드 주파수와 레퍼런스 값 사이의 차이에 대응하는 에러 신호를 생성하는 단계, 출력 전압 제어기 (16) 에 에러 신호를 피드백으로서 인가하는 단계, 및 출력 전압 제어기 (16) 로 하여금 그리드 주파수와 레퍼런스 값 사이의 차이를 제한하기 위해 전력 전자 컨버터 (12) 를 포함하는 적어도 하나의 트랜스포머 (10) 의 출력 전압을 변경하게 하는 제어 액션을 발생시키는 단계를 포함한다. 전력 전자 컨버터 (12) 는 AC-AC 컨버터이고, 방법은 AC-AC 컨버터를 트랜스포머 (10) 의 프라이머리 측 또는 세컨더리 측에 접속하는 단계를 포함한다. AC-AC 컨버터는 제 1 AC 측과 제 2 AC 측을 가지며, 방법은 제 1 AC 측의 2 개의 단자들을 트랜스포머 (10) 의 권선에 또는 권선의 부분에 병렬로 접속하는 단계, 및 제 2 AC 측을 외부 회로 라인에 직접 또는 외부 회로 라인에 직렬로 접속하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 전력 그리드, 즉 적어도 하나의 생산자로부터 적어도 하나의 소비자에게 전력을 전달하기 위한 임의의 상호접속된 네트워크, 이를 테면, 송신 및 분배 네트워크 내의 활성 전력 소비를 제어하기 위한 이러한 방법, 컴퓨터 프로그램 제품, 또는 시스템의 용도에 관련된다.
전력 그리드들은 에너지 리소스들 근방에 종종 위치된 전력 발전 스테이션들, 송신을 위해 전압을 스텝업하거나 또는 분배를 위해 스텝다운하기 위한 전기 서브스테이션들, 원거리 에너지 소스들로부터 디맨드 센터들로 전력을 운반하는 고전압 송신 라인들, 및 전력을 개별 소비자들, 이를 테면, 주거 및 상업용 빌딩 및 산업 단지들에게 공급하는 분배 라인들로 구성된다.
중앙형 전력 스테이션, 이를 테면, 석탄 화력, 가스- 또는 원자력 발전소 또는 수력 댐 (hydroelectric dam) 은 종종 전기 에너지가 장거리에 걸쳐 송신되는 것을 요구한다. 그러나, 전기 에너지는 분산형 에너지 리소스들 (distributed energy resources; DER), 즉 분산형 및 모듈러 기술들에 의해 생성될 수도 있고, 이들 리소스는 이들이 서비스하는 부하에 매우 가깝께 위치될 수도 있다. 신재생 에너지 소스들, 이를 테면, 태양광, 풍력, 바이오가스, 바이오매스 및 지열 전력의 증가하는 통합성에 기인하여, 전력 전자 컨버터들을 사용하는 교류 (AC) 전력 그리드에 더 많은 전력이 주입되고 있다. 이 형태의 전력 주입은 비동기 발전 (non-synchronous generation; NSG) 으로 불리며, 시스템 관성을 제공하는 대규모 동기식 발전기 기반의 통상의 발전과 달리, 신재생 에너지 소스들이 전력 그리드에 비동기식으로 접속된다.
일부 전력 그리드에서, NSG 의 침투율은 특정 연도 부분 동안에 매우 높을 수도 있다. 그러나, 전력 그리드에서 NSG 의 높은 레벨들은 주파수 안정성, 전압 안정성, 단락 회로 전력 레벨들 및 고조파 안정성의 상황에 올 때, 도전과제가 된다.
NSG 의 침투율이 높은 전력 그리드에서 주파수 제어 문제를 이해하기 위해서는 동기식 기계 역학을 검토하는 것이 유리하다. 동기식 전력 그리드는, 대략적 근사방식을 통해, 기계적 전력이 생성되고 전기 부하에 접속되는 터빈을 갖는 단일 동기식 기계로서 보여질 수 있다.
단일의 동기식 기계 (SM) 의 전기-기계적 식은 하기와 같이 쓸 수 있다:
식에서, J 는 관성 모멘트 [kg*m2] 이고, ωm 은 기계의 회전 속도 [rad/s] 이고, Pm 은 터빈으로부터 공급되는 기계적 전력 [W] 이고, 및 Pe 는 출력 전력 [W] 이다.
전력 그리드에서 순간 부하 (Pe) 에 대한 생성 (Pm) 을 조정하는 것에 의해 그리드 주파수를 일정하게 제어할 필요가 있다. 터빈으로부터 공급된 기계적 전력이 출력 전력보다 크면 (Pm>Pe), 그리드 주파수는 증가할 것이다. 터빈으로부터 공급된 기계적 전력이 출력 전력 미만이면 (Pm<Pe), 그리드 주파수는 감소할 것이다. 그리드 주파수는 일반적으로 전력 생성을 자동으로 제어하는 것에 의해 공칭 그리드 주파수 (이는 유럽 전력 그리드에서는 50 Hz 그리고 US 에서는 60 Hz) 주변의 협소 주파수 내에서 유지된다.
NSG 의 침투율이 높은 전력 그리드에서는 동기식 생성은 그리드로부터 연결해제되고 그리드에서의 회전 관성이 이에 의해 감소한다. 이는 위에 주어진 식에서 유효 관성 모멘트 (J) 가 감소되는 것을 의미한다. 이는 결국, (예를 들어, 그리드 내의 하나의 대형 발전기의 트립 이벤트에 기인하여) 생성된 전력과 소비된 전력 사이의 불일치가 발생하면, 주파수의 더 빠른 변화를 초래한다. 관성이 낮은 그리드에 대해 그리드 주파수를 동일한 범위 내로 유지하기 위하여, 유효 전력 밸런스의 더 빠른 조절이 요구된다.
NSG-리치 그리드에서 낮은 회전 관성량에 관련된 주파수 제어의 과제를 해결하기 위하여, 송신 시스템 오퍼레이터들은 수개의 완화 방법을 사용하고 있다. 하나의 이러한 완화 방법은 고속 주파수 제어 유닛들을 활용하는 것이며, 이는 그리드 주파수가 데드-밴드, 즉, 출력이 제로 (출력이 '데드'임 - 액션 발생 없음) 인 제어 시스템 내 입력 값들의 밴드 밖으로 벗어날 때 매우 신속하게 응답가능하다. 고속 주파수 응답 (FFR) 을 제공할 수도 있는 유닛들의 예들은 배터리 에너지 저장 유닛들 (BESS) 및 HVDC 링크들이다.
전력 그리드에서의 주파수를 제어하는데 사용될 수 있는 다른 완화 방법은 US 에서의 FERC (Federal Energy Regulatory Commission) 에 의해 "시간에 따른 전기 가격에서의 변화에 응답하여, 또는 시스템 안정성이 저해될 때 또는 도매 시장 가격이 높은 시간에서 더 낮은 전기 사용을 유도하도록 설계된 인센티브 페이먼트에 응답한 이들의 정상 소비 패턴들로부터 최종 사용 고객들에 의한 전기 사용량에서의 변화"로서 정의되는 디맨드 응답이다. 제어된 부하 감소는 전력 그리드에서의 심각하고 예상치 못한 결함들 후의 블랙-아웃으로부터 전력 그리드를 구하기 위한 최종 대안으로서 널리 채택된다.
전력 그리드에서의 부하의 고속 제어, 즉, 고속 디맨드 응답은 NSG 의 증가 레벨 및 회전 관성의 감소된 레벨들을 갖는 그리드들에서의 주파수 억제를 개선하기 위해 고속 주파수 응답을 제공하는 대안이다. 예를 들어, 제목이 "Capability Assessment of VAr Support and Demand Response to Transmission Network using Flexible Tap Changing Techniques in Distribution Networks" 이고, 2017년 공개되었고 University of Manchester Library에서 입수가능한 Yue Guo 에 의한 PhD 논문은, 송신 시스템들에 무효 전력 흡수 및 디맨드 응답 서비스들을 제공하기 위해 분배 네트워크에서의 병렬 트랜스포머들을 활용하는 플렉시블 탭 변경 기법들을 논의한다.
이 PhD 논문의 저자는 디맨드 감소가 그리드에서의 전압 제한을 위반함이 없이 현될 수 있고 1-4 % 의 범위에서의 전압 감소가 권장되었음을 알아냈다. 부하에 대한 영향은 분배 그리드 내의 부하의 전압 의존성에 직접 관련된다. 이러한 PhD 연구의 일부로서 상이한 부하 특성이 조사되었으며, 인가된 전압 감소로 인한 유효 전력 디맨드 변화는 대략적으로 (일정한 유효 전력 부하에 대해) 0 내지 (일정한 임피던스 부하에 대해) 5% 사이에 있음을 알아냈다. 많은 경우들에서, 몇 퍼센트의 부하 감소는 연구에서 분배 그리드의 전압 제약들을 위반하지 않고 달성될 수 있다.
추가적으로, IEEE Power & Energy Society Innovative Smart Grid Technologies Conference (ISGT), 2015, pp. 1-5 에 의해 공개되었고 제목이 "Initial assessment of voltage-led demand response from UK residential loads"이고, A. Ballanti 및 L. F. Ochoa 에 의한 논문은 2개의 부하 모델링 방법론: 시간 독립성 및 시변성을 제공 및 적용하며, 그 후 전체 분배 네트워크 오퍼레이터 영역에 대한 방법론으로 확장한다. 겨울철 동안에 시변 모델, 전용 주택 부하, 및 3% 전압 감소를 위한 결과들은 150 MW 를 초과하는, 즉, 3% 를 초과하는 응집된 피크 감소를 실현할 수 있다는 것을 보여주었다.
이들 종래 기술들의 문헌은, 분배 그리드에서의 부하의 느린 제어의 일부 레벨이, 전력 그리드의 전압 제어 요건들을 위배하지 않으면서 전압을 조절하도록 분배 트랜스포머들의 OLTC (On-Load Tap Changer) 를 제어하는 것에 의해 실현될 수 있음을 보여준다. 그러나, OLTC 의 느린 시간 응답이 주어지면, OLTC 를 갖는 표준 분배 트랜스포머는 고속 디맨드 응답을 제공할 수 없고 따라서 오늘날 전력 그리드들에서 점점 더 요구되는 전력 그리드의 고속 주파수 제어 액션에 참여할 수 없다.
제목이 "Smart Transformer Modelling and Hardware in-the-loop Validation" (2019 IEEE 10th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), 3 June 2019, page 1019-1025) 인 Tu Yuxiaoying 등의 논문은 이후에 메인 그리드 주파수를 지원하도록 제어되는 부하 전력에서의 변동을 실현하도록 부하 측에 전압을 변경하기 위해 완전 정격 AC/DC, DC/DC 및 DC/AC 스테이지들을 갖는 솔리드-스테이트 트랜스포머를 개시한다.
제목이 "Smart Transformer-based Frequency Support in Variable Inertia Conditions" (IEEE 13th International Conference on Compatibility, Power Electronics and Power Engineering, 23 April 2019, pages 1-6) 인 Marius Langwasser 등에 의한 논문은 그리드 주파수를 지원하기 위하여 하류 부하 전압을 제어하기 위해 완전 정격 AC/DC 및 DC/AC 스테이지들을 갖는 솔리드-스테이지 트랜스포머를 개시한다.
제목이 "Hybrid Transformers with Virtual Inertia for Future Distribution Networks" (45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, vol. 1, 14 October 2019, pages 6767-6772) 인 Carlos R. Baier 등의 논문은 메인 트랜스포머를 가로질러 병렬 유형 방식으로 접속된 부분 정격 AC/DC - DC/AC 컨버터 배열체를 개시한다. 추가적인 DC-측 에너지 스토리지는 유효 전력/주파수 지원을 제공하기 위해 컨버터 (오버사이즈 DC 커패시터) 에 사용된다. 이 논문에서 설명된 하이브리드 트랜스포머는 트랜스포머와 병렬로 접속되는 dc 링크 (ac-dc-ac) 의 조합이다. 컨버터는 트랜스포머의 양측에 대한 접속들을 갖는다.
제목이 "Frequency Control Through Voltage Regulation of Power System Using SVC Devices" (IEEE Power & Energy Society General Meeting (PESGM), 4 August 2019, pages 1-5) 인 Mohammed Ahsan Adib Murad 등의 논문은 SVC들의 (Static Var Compensators) 전압 기반 주파수 제어 (voltage-based frequency control; VFC) (션트 보상) 에 초점을 둔다. 제안된 VFC 방식들은 로컬 전압 및 주파수 측정들을 배타적으로 이용한다. 매우 작은 SVC들이 대형 네트워크의 전압 응답을 악화시키지 않으면서 프라이머리 주파수 제어를 효과적으로 지원할 수 있음을 시뮬레이션 결과들이 보여주고 있음을 논문 저자들이 알아냈다.
본 발명의 목적은 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1 에 인용된 방법 단계들을 포함하는 방법에 의해 실현된다. 본 방법은 전력 전자 컨버터 및 출력 전압 제어기를 적어도 하나의 트랜스포머에 제공하는 단계, 전력 그리드의 그리드 주파수를 결정 (즉, 측정, 추정, 계산 또는 수신) 하는 단계, 결정된 그리드 주파수를 레퍼런스 값과 비교하는 단계, 결정된 그리드 주파수와 레퍼런스 값 사이의 차이에 대응하는 에러 신호를 생성하는 단계, 출력 전압 제어기에 에러 신호를 피드백으로서 인가하는 단계, 및 출력 전압 제어기로 하여금 그리드 주파수와 레퍼런스 값 사이의 차이를 제한하기 위해, 즉, 최대 주파수 편차를 제한하기 위해 전력 전자 컨버터를 포함하는 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 변경하게 하는 제어 액션을 발생시키는 단계로서, 이에 의해 전력 전자 컨버터는 AC-AC 컨버터인, 제어 액션을 발생시키는 단계를 포함하고, 본 방법은 AC-AC 컨버터를 트랜스포머의 프라이머리 측 또는 세컨더리 측에 접속하는 단계로서, 이에 의해 AC-AC 컨버터가 제 1 AC 측 및 제 2 AC 측을 갖는, 프라이머리 측 또는 세컨더리 측에 접속하는 단계를 포함하며, 본 방법은 트랜스포머의 권선 또는 권선의 부분에 병렬로 제 1 AC 측 상에 2 개의 단자들을 접속하는 단계 및 외부 회로 라인과 직렬로 또는 외부 회로 라인에 직접 제 2 AC 측에 접속하는 단계를 포함한다.
이러한 토폴로지들은 적어도 하나의 트랜스포머의 총 스루풋 전력보다 더 작은 (부분) 정격을 갖는 전력 전자 컨버터를 사용하는 것을 가능하게 한다. 이는 완전 정격 컨버터 (fully rated converter)(즉, 트랜스포머의 스루풋 전력 (throughput power) 과 동일한 정격을 갖는 컨버터) 를 포함하거나, 부분 정격 (fractional rating) 을 갖는 컨버터를 개시하지만 트랜스포머의 양쪽 측에 대한 접속들을 갖는 종래 기술에 개시된 토폴로지와 대조적이다. 위에 설명된 토폴로지들은 결과적으로, 알려진 토폴로지들에 비해 구현, 제어 및 비용에서의 개선들을 초래할 것이다.
이 방법은 그리드 주파수의 측정을 사용하여 전력 전자 강화 트랜스포머 (power electronics enhanced transformer; PEET) 의 출력 전압을 제어하여, PEET 의 출력 전압이 그리드 주파수의 함수이도록 한다. 그리드 주파수가 미리 정해진 레퍼런스 값 아래로 떨어지거나 또는 미리 정해진 주파수 값들의 미리 정해진 범위, 이를 테면, 미리 정의된 데드-밴드를 벗어나게 될 때, 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압은 낮아질 수도 있고, 그리드 주파수가 미리 정해진 레퍼런스 값 또는 그리드 주파수 값들의 미리 정해진 범위 위로 올라갈 때, 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압은 증가될 수도 있다.
즉, 본 발명에 따른 제어 방법의 목적은 최적화의 정도를 실현하는 목적으로 임의의 지연, 오버슈트, 또는 정상 상태 에러를 최소화하고 제어 안정성의 레벨을 보장하면서, 원하는 상태로 시스템을 구동하도록 전력 그리드 시스템-입력들의 인가를 제어하는 모델 또는 알고리즘을 개발하는 것이다. 이를 위해, 필요한 수정 거동을 갖는 제어 방법 또는 제어 시스템이 요구된다. 본 발명에 따른 제어 방법 및 제어 시스템은 센서를 사용하여 그리드 주파수의 측정을 행하는 것에 의해 또는 예를 들어 원격 위치로부터 그리드 주파수 추정치를 수신하는 것에 의해, 피드백 제어를 사용하여 프로세스 변수, 즉, 그리드 주파수를 모니터링한다. 로컬 제어기는 전압 변화에 의해 미리 실현될 수 있는 디맨드 응답 유효 전력 변동량을 알기 위하여 전력 그리드에서의 트랜스포머의 출력 전압과, 트랜스포머의 하류 부하에 의해 인출되는 유효 전력 (active power) 사이의 관계를 추정하는데 사용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 전력 전자 컨버터는 적어도 하나의 트랜스포머의 트랜스포머, 이를 테면, 적어도 하나의 트랜스포머의 메인 트랜스포머 (main transformer) 의 총 스루풋 전력 보다 작은 정격 (부분 정격) 을 갖는다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, AC-AC 컨버터는 DC 버스를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 트랜스포머는 서로 절연된 복수의 권선들, 이를 테면, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 권선과 같은 복수의 권선들을 포함한다. 이에 의해 방법은 AC-AC 컨버터의 제 1 AC 측 상의 2개의 단자들을 트랜스포머의 권선 또는 권선들 중 하나의 부분에 병렬로 접속하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 전력 그리드의 그리드 주파수를 결정하는 단계는 전력 전자 컨버터의 위상-고정 루프 (phase-locked loop; PLL) 를 사용하여 로컬 전력 그리드 주파수를 추정하는 단계를 포함한다.
대안적으로, 전력 그리드의 전력 그리드 주파수를 결정하는 단계는, 출력 전압 제어기가 통신 채널을 통하여, 원격 위치로부터, 이를 테면, 송신 서비스 오퍼레이터의 제어 센터로부터 전력 그리드 주파수 추정치를 수신하는 단계를 포함한다. 즉, 전력 그리드 주파수 추정치는 국부적으로 측정되기보다는 원격 위치로부터 수신된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 방법 단계 또는 전체 방법은 원격 위치에서 수행될 수 있고, 이에 의해 제어 액션이 통신 채널을 통해 출력 전압 제어기로 전송된다. 즉, 단일의 제어 시스템은 전력 그리드 내의 서로 다른 위치에 위치한 복수의 트랜스포머들의 출력 전압을 제어하는데 사용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 본 방법은 전력 그리드에서 하류 부하의 전압 의존성을 추정하도록 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압 및 유효 스루풋 전력을 연속적으로 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 본 방법은 병렬로 접속된 복수의 트랜스포머들을 제어하는 단계를 포함하며, 이에 의해 복수의 트랜스포머들의 출력 전압을 변경하기 위한 제어 액션이 복수의 트랜스포머들에 동시에 전송된다. 복수의 트랜스포머들의 출력 전압 제어기와 로컬 전력 전자 컨버터들 사이의 통신에 따라, 방법은 복수의 트랜스포머들의 전력 전자 컨버터들의 로컬 출력 전압 제어기들의 클록들을 동기화시키기 위한 동기화 신호를 전송하는 단계를 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 그리드 주파수를 결정하는 단계는 그리드 주파수 결정의 정확도를 증가시키기 위하여 전력 그리드 내의 복수의 상이한 위치들에서 그리드 주파수를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 컴퓨터 또는 프로세서로 하여금 컴퓨터-판독가능 매체 또는 반송파 상에 저장된, 본 발명의 실시형태들 중 임의의 것에 따른 방법의 단계들 모두를 실행하게 하도록 배열된 컴퓨터 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
본 발명은 또한 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 시스템에 관한 것이다. 적어도 하나의 트랜스포머는 전력 전자 컨버터를 포함하고, 제어 시스템은 출력 전압 제어기 및 전력 그리드의 그리드 주파수를 결정하도록 구성된 센서를 포함하며, 즉, 센서는 전력 그리드의 그리드 주파수를 측정, 추정 또는 수신하도록 구성된다. 제어 시스템은 결정된 그리드 주파수를 레퍼런스 값과 비교하고, 결정된 그리드 주파수와 레퍼런스 값 사이의 차이에 대응하는 에러 신호를 생성하고, 출력 전압 제어기에 에러 신호를 피드백으로서 인가하고, 그리고 출력 전압 제어기로 하여금, 그리드 주파수와 레퍼런스 값 사이의 차이를 제한하기 위해 전력 전자 컨버터를 포함하는 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 변경하는 제어 액션을 발생하게 하도록 구성되고, 이에 의해, 전력 전자 컨버터는 트랜스포머의 프라이머리 측 또는 세컨더리 측에 접속된 AC-AC 컨버터이고, 이에 의해 AC-AC 컨버터는 제 1 AC 측 및 제 2 AC 측을 갖고, 그리고 제 1 AC 측의 2 개의 단자들은 트랜스포머의 권선 또는 권선의 부분에 병렬로 접속되고 제 2 AC 측은 외부 회로 라인에 직접, 또는 회부 회로 라인과 직렬로 접속된다.
레퍼런스 값은 공칭 그리드 주파수 또는 최대 또는 최소 허용된 그리드 주파수를 나타내는 값, 이를 테면, 데드-밴드 주파수 범위의 상한값 또는 하한값일 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 전력 전자 컨버터는 적어도 하나의 트랜스포머의 트랜스포머, 이를 테면, 적어도 하나의 트랜스포머의 메인 트랜스포머의 총 스루풋 전력 보다 작은 정격을 갖는다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, AC-AC 컨버터는 DC 버스를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 트랜스포머는 서로 절연된 복수의 권선들, 이를 테면, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 권선과 같은 복수의 권선들을 포함한다. 제어 시스템의 AC-AC 컨버터의 제 1 AC 측 상의 2개의 단자들은 그에 의해 트랜스포머의 권선 또는 권선들 중 하나의 부분에 병렬로 접속된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 전력 전자 컨버터는 로컬 전력 그리드 주파수를 추정하는 것에 의해 전력 그리드의 그리드 주파수를 결정하도록 구성된 위상 고정 루프 (PLL) 를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제어 시스템은 원격 위치로부터 이를 테면, 송신 서비스 오퍼레이터의 제어 센터로부터 전력 그리드 주파수 추정치를 수신하도록 구성된 통신 채널을 포함하고, 제어 시스템은 전력 그리드 주파수 추정치를 사용하여 전력 그리드의 전력 그리드 주파수를 결정하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제어 시스템은 원격 위치로부터 이를 테면, 송신 서비스 오퍼레이터의 제어 센터로부터 생성된 제어 액션을 수신하도록 구성된 통신 채널을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제어 시스템은 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압 및 유효 스루풋 전력을 연속적으로 측정하도록 구성된 기구를 포함하고, 제어 시스템은 측정들을 사용하여 전력 그리드에서 하류 부하의 전압 의존성을 추정하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시형태들에 따르면, 제어 시스템은 병렬로 접속되고 전력 전자 컨버터를 포함하는 복수의 트랜스포머들의 출력 전압을 제어하도록 구성되고, 출력 전압 제어기는 복수의 트랜스포머들의 출력 전압을 변경하기 위한 제어 액션을 복수의 트랜스포머들로 동시에 전송하도록 구성된다. 복수의 트랜스포머들의 출력 전압 제어기와 로컬 전력 전자 컨버터들 사이의 통신에 따라, 제어 시스템은 복수의 트랜스포머들의 전력 전자 컨버터들의 로컬 출력 전압 제어기들의 클록들을 동기화시키기 위한 동기화 신호를 전송하도록 구성될 수도 있다.
본 발명은 또한 전력 그리드 내의 유효 전력 소비를 제어하기 위한 본 명세서에 설명된 임의의 실시형태에 따른 방법, 또는 컴퓨터 프로그램 제품 또는 제어 시스템의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 이하 첨부된 도면들을 참조하여 비제한적인 실시예들에 의해 이하에서 추가로 설명될 것이다.
도 1 은 PEET 의 4개의 토폴로지들을 도시한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 로컬 그리드 주파수 결정을 활용하여 PEET의 출력 전압을 제어하기 위한 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 원격 그리드 주파수 결정을 활용하여 PEET의 출력 전압을 제어하기 위한 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법의 단계들을 도시한 플로우 다이어그램이다.
도면들이 반드시 축척대로 도시되었을 필요는 없으며, 특정 피처의 치수가 명료성을 위해 과장되었을 수도 있다는 것에 유의해야 한다.
도 1 은 PEET 의 4개의 토폴로지들을 도시한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 로컬 그리드 주파수 결정을 활용하여 PEET의 출력 전압을 제어하기 위한 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 원격 그리드 주파수 결정을 활용하여 PEET의 출력 전압을 제어하기 위한 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법의 단계들을 도시한 플로우 다이어그램이다.
도면들이 반드시 축척대로 도시되었을 필요는 없으며, 특정 피처의 치수가 명료성을 위해 과장되었을 수도 있다는 것에 유의해야 한다.
도 1 은 전력 전자 컨버터 (12) 를 갖는 트랜스포머들 (10) 의 4개의 토폴로지들, 즉 4개의 전력 전자 강화 트랜스포머들 (PEET) 을 도시하며, 이에 의해 전력 전자 컨버터 (12) 는 선택적으로 DC 버스를 포함하는 AC-AC 컨버터이다. AC-AC 컨버터는 트랜스포머 (10) 의 프라이머리 측 또는 세컨더리 측 중 어느 하나에 접속된다. AC-AC 컨버터는 제 1 AC 측과 제 2 AC 측을 가지며, 제 1 AC 측의 2 개의 단자들은 트랜스포머 (10) 의 권선의 부분에 병렬로 접속되고, 제 2 AC 측은 외부 회로 라인에 직접 또는 외부 회로 라인에 직렬로 접속된다.
도 1a 는 DC 버스로 구성된 AC-AC 컨버터 토폴로지를 도시한다. 제 1 AC 측 상의 전압 단자들은 트랜스포머 (10) 의 권선들 중 하나에 병렬로 접속되고, 이에 의해, 트랜스포머 (10) 는 트랜스포머 (10) 의 PEET 측 상의, 서로 절연되어 있는 2 개의 권선들을 갖는다. AC-AC 컨버터의 제 2 AC 측 상의 전압 단자들은 외부 회로 라인과 직렬로 접속된다.
도 1b 는 DC 버스로 구성된 AC-AC 컨버터 토폴로지를 도시한다. 제 1 AC 측의 전압 단자는 트랜스포머 (10) 의 권선의 부분에 병렬로 접속되어 있다. AC-AC 컨버터의 제 2 AC 측 상의 전압 단자들은 외부 회로 라인에 직접 접속된다.
도 1a-1d 에 도시된 토폴로지들은 바람직하게는 트랜스포머 (10) 양단에 걸쳐 접속된 부분 정격 컨버터 배열체들 (fractionally rated converter arrangements) 을 포함한다.
도 1c 는 제 1 AC 측 상의 전압 단자들이 트랜스포머 (10) 의 권선들 중 하나에 병렬로 접속되는 AC-AC 컨버터 토폴로지를 도시하며, 이에 의해 트랜스포머 (10) 는 트랜스포머 (10) 의 PEET 측 상의 서로 절연된 2개의 권선들을 갖고, AC-AC 컨버터의 제 2 AC 측 상의 전압 단자들은 외부 회로 라인과 직렬로 접속된다.
도 1d는 제 1 AC 측의 전압 단자가 트랜스포머(10)의 권선의 부분에 병렬로 접속되고 AC-AC 컨버터의 제 2 AC 측의 전압 단자가 외부 회로 라인에 직접 접속되는 AC-AC 컨버터 토폴로지를 도시한다.
하나 이상의 필터들은 애플리케이션 요건들에 따라 포함될 수도 또는 생략될 수도 있다.
본 발명은 도 1a) 및 도 1b) 에 도시된 토폴로지들에서 직렬 유효/무효 (active/reactive) 보상 및 션트 무효 보상의 조합을 사용한다. 이는 단일의 장치에 두 종류의 보상이 동시에 결합됨을 의미한다.
도 1c) 및 도 1d) 에 도시된 토폴로지들은 전압을 직렬로 주입하고 트랜스포머 전압과 정렬시키는 것에 의해 전압이 변경되는 것만을 허용한다.
본 명세서에 설명된 바와 같은 전력 전자 컨버터 (12) 는 전기 전력을 제어 및 변환하기 위해 SCR들, TRIAC들, IGBT들과 같은 임의의 적합한 전력 전자 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 실리콘계 반도체 디바이스들 및/또는 광대역 갭 반도체 디바이스들 (예를 들어, 실리콘 탄화물) 이 전력 전자 컨버터 (12) 에 사용될 수 있다. 후자의 유형의 반도체 디바이스의 장점은 그것이 더 빠르게 스위칭될 수 있다는 점이며, 이는 전력 전자 컨버터 (12) 의 응답 시간 및 사용될 수 있는 필터의 사이즈에 유리하다. 더 빠른 스위칭은 즉 더 낮은 응답 시간 및 따라서 더 빠른 주파수 조절뿐만 아니라 더 콤팩트한 필터들을 초래할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 전력 전자 컨버터 (12) 는 부하에 공급되는 전력의 양을 제어하는 것에 의해 교류 소스를 교류 부하에 접속하는 AC 투 AC 컨버터이다. 전력 전자 컨버터 (12) 는 공급 전압의 주파수뿐만 아니라 그 크기를 변경하는 것에 의해 하나의 레벨의 AC 전압을 다른 레벨로 변환한다. 동일한 주파수의 AC 전압에 대해, 전력 전자 컨버터 (12) 는 또한 AC 전압의 위상을 변화시킬 수 있다.
이러한 전력 전자 컨버터 (12) 는 무정전 전원 공급장치 (uninterrupted power supplies), 고전력 AC 투 AC 송신, 또는 재생 에너지 변환 시스템에 사용될 수 있다.
본 발명자들은 트랜스포머 (10) 의 세컨더리 측의 전압을 조절하기 위해 트랜스포머의 OLTC (on-load tap changer) 를 전력 전자 컨버터 (12) 로 대체하는 것에 의해, 트랜스포머 (10) 의 출력 전압을 OLTC 솔루션에 의한 것보다 훨씬 더 빠르게 제어할 수 있음을 알아냈다.
본 발명의 방법에 사용되는 PEET (Power Electronics Enhanced Transformer) 는 OLTC를 갖는 트랜스포머에 비해, 트랜스포머 (10) 의 저전압 (LV) 측 전압을 조절하는데 있어서 훨씬 빠른 응답 시간을 갖는다. 이는 PEET 가 필요할 때 초고속 디맨드 응답을 제공할 수 있게 한다. PEET 의 LV 측 상의 출력 전압은 유효 전력 부하에서 디맨드 응답을 달성하기 위해 매우 빠르게 조절될 수 있다. 부하 감소를 초래하는 전압 감소는, 예를 들어, 전력 그리드에서의 그리드 주파수가 FFR 서비스를 위한 송신 시스템 오퍼레이터의 요건들에 따라 임계 값과 같은 미리 정해진 레퍼런스 값 미만으로 감소될 때 신속하게 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서 사용되는 전력 전자 강화 트랜스포머 (PEET) 는 또한 전력 전자 컨버터 (12) 가 트랜스포머 (10) 의 고전압 (HV) 측에 접속되면 트랜스포머 (10) 의 고전압 (HV) 측 상의 전압을 조절하는 것이 될 때 훨씬 더 빠른 응답 시간을 가질 것이라는 점에 유의해야 한다. 따라서, 도 1 에 도시된 모든 토폴로지에서, 전력 전자 컨버터 (12) 는 트랜스포머 (10) 의 LV 측 또는 HV 측에 접속될 수 있다. 콤팩트한 관점에서, 전력 전자 컨버터 (12) 를 트랜스포머 (10) 의 LV 측에 접속하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 제어 시스템은 에너지 저장이 필요 없기 때문에 기존의 BESS (Battery Energy Storage Unit) 에 비해 구현 비용이 저렴할 수 있다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 로컬 그리드 주파수 결정을 활용하여 PEET의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 시스템 (14) 을 개략적으로 도시한다. 시스템 (14) 은 FFR 제어기로 간주될 수 있는 출력 전압 제어기 (16), 및 로컬 그리드 주파수 (fmeas) 를 측정하기 위한 센서 (18) 를 포함한다. 로컬 그리드 주파수 (fmeas) 는 예를 들어 PEET (10) 의 전력 전자 컨버터 (12) 의 위상 고정 루프 (PLL) 에 의해 추정될 수 있다. 그리드 주파수 (fmeas) 는 또한 전력 그리드 내의 복수의 상이한 위치들에 대해 결정될 수 있고, 그리드 주파수 결정의 정확도를 개선하기 위하여 평균값이 결정될 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같은 전력 전자 컨버터 (12) 를 갖는 트랜스포머 (10) 는 분산형 재생 에너지 리소스와 같은 분산형 에너지 리소스 (distributed energy resources; DER) 를 포함하는 전력 그리드의 부분일 수 있다. 전력 그리드는 하나 이상의 고객의 디맨드를 공급할 수 있고 적어도 하나의 제어 가능한 부하를 포함할 수 있다.
제어 시스템 (14) 은 측정된 그리드 주파수 (fmeas) 를 그리드 주파수에 대한 레퍼런스 값과 비교하도록 구성된다. 레퍼런스 값은 예를 들어 50 Hz 와 같은 전력 그리드의 공칭 주파수일 수 있다. 시스템 (14) 은 결정된 그리드 주파수 (fmeas) 와 레퍼런스 값 (50 Hz) 사이의 차이에 대응하는 에러 신호를 생성하고, 에러 신호를 피드백으로서 출력 전압 제어기 (14) 에 인가하도록 구성된다. 그리드 주파수 (fmeas) 가, 전력 그리드 내의 대형 발전기의 트립 이벤트와 같은 이벤트가 발생했을 수 있음을 나타내는 49.9 Hz 미만 또는 50.1 Hz 초과와 같은 미리 정의된 데드-대역 밖에 있는 경우, 제어 시스템 (14) 은 출력 전압 제어기 (14) 로 하여금 그리드 주파수 (fmeas) 와 레퍼런스 값 사이의 차이를 제한하기 위해 PEET (10) 의 출력 전압을 변경하게 하는 제어 액션을 발생시키도록 구성된다. 1차 제어는 그리드 주파수 (fmeas) 를 안정화시키기 위해 사용될 수 있고, 2차 제어는 그리드 주파수 (fmeas) 를 공칭 값으로 되돌리고 1차 주파수 제어에 사용되는 발전기들의 전력 예비력을 복원하기 위해 사용될 수 있고, 3차 제어는 2차 주파수 제어에 사용되는 발전기들의 전력 예비력을 복원하기 위해 사용될 수 있다.
측정된 그리드 주파수 (fmeas) 가 49.9 Hz 내지 50.1 Hz의 범위 내에 있는 경우, 제어 액션은 발생되지 않을 것이다. 따라서, 본 문서에서 사용되는 "제어 액션"은 "액션 없음", 즉 트랜스포머 (10) 의 출력 전압을 변경하기 위한 어떠한 액션들의 부재일 수도 있다.
트랜스포머 (10) 의 출력을 변경하기 위한 제어 액션이 필요하면, PEET (10) 의 저전압 측 상의 출력 전압 (레퍼런스 값 (Uref) 을 가짐) 은 유효 전력 부하에서 디맨드 응답을 달성하기 위해 매우 빠르게 조절될 수 있다.
발전기들의 주파수 거버너들 (frequency governor) 및 가능하게는 다른 디맨드 응답 방식들과 같은 다른 제어기들로부터의 제어 액션들은 그리드 주파수를 레퍼런스 값과 동일한 값으로, 또는 레퍼런스 값으로부터 미리 정해진 편차 내로 가져오는 데 사용될 수 있다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 원격으로 결정된 그리드 주파수 (fsys) 를 활용하여 PEET 의 출력 전압을 제어하기 위한 시스템 (14) 을 개략적으로 도시한다. 제어 시스템 (14) 은 원격 위치로부터, 이를 테면, 송신 서비스 오퍼레이터의 제어 센터로부터 전력 그리드 주파수 추정치 (fsys) 를 수신하도록 구성되는 통신 채널 (20) 을 포함하고, 상기 제어 시스템 (14) 은 전력 그리드 주파수 추정치를 사용하여 전력 그리드의 전력 그리드 주파수를 결정하도록 구성된다. 즉, 그리드 주파수는 로컬 단기 스윙을 제외하고는 전력 그리드 전반에 걸쳐 동일하다. 매순간에, 전력 그리드의 전력 발전 스테이션들에 의해 생성된 전기량은 소비자에 의해 그리드로부터 취해지는 에너지의 양과 동일해야 한다.
본 발명에 따른 제어 시스템 (14) 은 로컬 그리드 주파수 (fmeas) 를 활용하기 위한 센서 (18) 및 원격 그리드 주파수 (fsys) 를 활용하기 위한 통신 채널 (20) 양쪽 모두를 포함할 수 있다.
통신 채널 (20) 은 또한 원격 위치로부터 제어 액션을 수신하기 위해 사용될 수 있으며, 이에 의해 본 발명에 따른 제어 방법의 단계들은 원격 위치에서 수행된다.
본 발명에 따른 제어 시스템 (14) 의 컴포넌트들이 반드시 동일한 위치에 위치될 필요가 있는 것은 아님에 주목해야 한다. 제어 시스템 (14) 은 하나 이상의 위치들에 위치된 본 발명에 따른 방법의 단계들을 수행하기 위한 단일 유닛 또는 복수의 유닛들을 포함할 수 있다.
얼마나 많은 디맨드 응답이 임의의 주어진 시간에 이용가능한지를 알기 위해 전력 전자 컨버터 (12) 를 갖는 트랜스포머 (10) 가 접속되는 전력 그리드 내의 부하들의 전압 의존성의 추정치를 갖는 것이 중요할 것이다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제어 시스템 (14) 은 전력 그리드에서 하류 부하의 전압 의존성을 추정하도록 적어도 하나의 트랜스포머 (10) 의 출력 전압 및 유효 스루풋 전력을 연속적으로 결정하기 위한 기구를 포함한다. 이러한 방법 단계의 목적은 예를 들어 트랜스포머 (10) 의 출력 전압 및 트랜스포머 (10) 의 스루풋 전력 (P) 의 측정치에 기초하여 아래의 식에서 지수 np 를 결정하는 것일 수도 있다.
식에서, V0 는 공칭 전압이고, P0 는 기본 전력이다.
P0 는 부하가 연속적으로 스위치 온 및 오프되기 때문에 전력 그리드에서 연속적으로 변할 것이다. 따라서, 부하 전압 의존성의 추정치에 대한 메인 입력으로서 출력 전압을 변경하도록 트랜스포머 (10) 가 제어될 때 획득된 유효 전력에서의 스텝 응답들 (step response) 을 사용하는 것이 가장 신뢰성이 있다. 많은 경우에, P0 은 트랜스포머 출력 전압이 변경되기 전과 후의 짧은 시간 동안 상수로 간주될 수 있다. 이 시간 동안 전압 및 전력에 기록된 응답은 이어서 부하 특성들을 추정하는 데 사용될 수 있다.
불확실성은 본 발명에 따른 방법에 의해 액세스가능한 이용가능한 디맨드 응답 능력의 예측되는 평가에 항상 존재할 것이다. 유효 전력 응답의 양 (예를 들어, 부하 감소) 은 FFR 활성화의 시점에서 트랜스포머의 부하 및 하류 부하의 전압 의존성에 의존할 것이다. 전력 그리드에서의 부하 패턴은 일반적으로 연속적으로 모니터링 및 예측된다. 이 정보는 트랜스포머 (10) 에 의해 언로크된 이용가능한 디맨드 응답 능력의 양호한 추정치를 얻기 위하여, 부하 전압 의존성 특성들의 범위의 사전 정보 및 잠재적으로 또한 이들 특성의 온-라인 추정 데이터와 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 제어 시스템 (14) 은 병렬로 접속되는 복수의 트랜스포머들 (10) 을 제어하는데 사용될 수도 있고, 이에 의해 복수의 트랜스포머들 (10) 의 출력 전압을 변경하기 위한 제어 액션이 복수의 트랜스포머들에 동시에 전송된다.
본 발명에 따른 방법의 한계들은 PEET 가 OLTC들을 탑재한 하나 이상의 정규 트랜스포머들에 병렬로 접속되는 경우들에 존재할 수 있다. 이러한 경우에, PEET의 출력 전압을 빠르게 변경하는 것은 적절하지 않을 수 있는데, 그 이유는 이것이 병렬로 접속된 정규의 트랜스포머들과 비교하여 PEET의 세컨더리 측 전압의 차이를 초래할 것이기 때문이다 (OLTC들은 PEET만큼 빠르게 제어될 수 없기 때문이다). 이는 트랜스포머 사이의 순환 전류를 야기할 수 있으며, 이는 일부 경우에 수용가능하지 않을 수 있다. 그러나, 복수의 PEET들이 병렬로 접속된 경우에는 모든 PEET들의 세컨더리 측 전압이 동시에 변화할 수 있으므로, 이러한 문제가 없어야 한다.
도 4 는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머 (10) 의 출력 전압을 제어하는 방법의 단계들을 도시한다. 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 또는 프로세서로 하여금 방법의 모든 단계들을 실행하게 하는데 사용될 수 있다. 이 방법은 전력 그리드 내의 유효 전력 소비를 제어하기 위해 로컬 또는 원격 그리드 주파수의 변화를 활용하는 전력 그리드 컴포넌트들에 대한 분산형 제어 전략을 제공한다. 본 발명에 따른 방법을 사용하여 제어되는 전력 전자 컨버터 (12) 를 갖는 트랜스포머 (10) 는 원하는 값에서 전력 그리드로의 제한된 유효 전력 플로우를 허용한다.
청구항들의 범위 내에서 본 발명의 추가적인 수정들은 당업자에게 명백할 것이다.
Claims (21)
- 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머 (10) 의 출력 전압을 제어하기 위한 방법으로서,
상기 방법은 상기 적어도 하나의 트랜스포머 (10) 에, 적어도 하나의 전력 전자 강화 트랜스포머 (power electronics enhanced transformer; PEET) 를 제공하도록 전력 전자 컨버터 (12) 를 그리고 출력 전압 제어기 (16) 를 제공하는 단계;
상기 전력 그리드의 그리드 주파수를 결정하는 단계,
결정된 상기 그리드 주파수를 레퍼런스 값과 비교하는 단계,
상기 결정된 그리드 주파수와 상기 레퍼런스 값 사이의 차이에 대응하는 에러 신호를 생성하는 단계,
상기 출력 전압 제어기 (16) 에 상기 에러 신호를 피드백으로서 인가하는 단계, 및
상기 출력 전압 제어기 (16) 로 하여금, 상기 그리드 주파수와 상기 레퍼런스 값 사이의 차이를 제한하도록 전력 전자 컨버터 (12) 를 포함하는 상기 적어도 하나의 트랜스포머 (10) 의 상기 출력 전압을 변경하게 하는 제어 액션을 발생시키는 단계로서, 이에 의해, 상기 전력 전자 컨버터 (12) 는 AC-AC 컨버터인, 상기 제어 액션을 발생시키는 단계를 포함하고,
상기 방법은 트랜스포머 (10) 의 프라이머리 측 또는 세컨더리 측에 상기 AC-AC 컨버터를 접속하는 단계로서, 이에 의해 상기 AC-AC 컨버터는 제 1 AC 측 및 제 2 AC 측을 갖는, 상기 AC-AC 컨버터를 접속하는 단계를 포함하고,
상기 방법은 상기 제 1 AC 측 상의 2 개의 단자들을 상기 트랜스포머 (10) 의 권선 또는 권선의 부분에 병렬로 접속하는 단계, 및 상기 제 2 AC 측을 외부 회로 라인에 직접 또는 외부 회로 라인에 직렬로 접속하는 단계를 포함하며,
적어도 하나의 PEET 트랜스포머는 하기 토폴로지들:
a) 상기 제 1 AC 측 상의 전압 단자들이 상기 트랜스포머 (10) 의 권선들 중 하나에 병렬로 접속되고, 이에 의해 상기 트랜스포머 (10) 는 상기 트랜스포머 (10) 의 PEET-측 상의 서로 절연된 2개의 권선들을 갖고, 상기 AC-AC 컨버터의 상기 제 2 AC 측 상의 전압 단자들은 상기 외부 회로 라인과 직렬로 접속되는 것,
b) 상기 제 1 AC 측 상의 전압 단자들이 상기 트랜스포머 (10) 의 상기 권선의 부분에 병렬로 접속되고 상기 AC-AC 컨버터의 상기 제 2 AC 측 상의 상기 전압 단자가 상기 외부 회로 라인에 직접 접속되는 것
중 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 전력 전자 컨버터 (12) 는 상기 적어도 하나의 트랜스포머 (10) 의 메인 트랜스포머의 총 스루풋 전력보다 작은 정격을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 AC-AC 컨버터는 DC 버스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 트랜스포머 (10) 는 서로 절연된 복수의 권선들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 그리드의 상기 그리드 주파수를 결정하는 단계는 상기 전력 전자 컨버터 (12) 의 위상-고정 루프 (phase-locked loop; PLL) 를 사용하여 로컬 전력 그리드 주파수 (fmeas) 를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 그리드의 상기 그리드 주파수를 결정하는 단계는, 상기 출력 전압 제어기 (16) 가 통신 채널 (20) 을 통하여, 원격 위치로부터, 또는 송신 서비스 오퍼레이터의 제어 센터 (control centre) 로부터 전력 그리드 주파수 추정치 (fsys) 를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 원격 위치에서 수행되고 상기 제어 액션은 통신 채널 (20) 을 통하여 상기 출력 전압 제어기 (16) 로 전송되는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 상기 전력 그리드에서 하류 부하의 전압 의존성을 추정하도록 상기 적어도 하나의 트랜스포머 (10) 의 상기 출력 전압 및 유효 스루풋 전력 (active throughput power) 을 연속적으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 병렬로 접속된 복수의 트랜스포머들을 제어하는 단계를 포함하고, 이에 의해 상기 복수의 트랜스포머들의 출력 전압을 변경하기 위한 상기 제어 액션이 동시에 상기 복수의 트랜스포머들에 전송되고, 선택적으로 상기 방법은 상기 복수의 트랜스포머들의 전력 전자 컨버터들 (12) 의 로컬 출력 전압 제어기들 (16) 의 클록들을 동기화하기 위한 동기화 신호를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 그리드 주파수 (fmeas, fsys) 를 결정하는 단계는 상기 전력 그리드의 복수의 상이한 위치들에서의 그리드 주파수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 방법. - 컴퓨터-판독가능 저장 매체 상에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서,
상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 또는 프로세서로 하여금, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계들 모두를 실행하게 하도록 배열된 컴퓨터 프로그램 코드 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독가능 저장 매체 상에 저장된 컴퓨터 프로그램. - 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머 (10) 의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 시스템으로서,
상기 적어도 하나의 트랜스포머 (10) 는 전력 전자 컨버터 (12) 를 포함하고 이에 의해 적어도 하나의 전력 전자 강화 트랜스포머 (PEET) 를 구성하고, 상기 제어 시스템은 출력 전압 제어기 (16) 및 상기 전력 그리드의 그리드 주파수를 결정하도록 구성된 센서 (18) 를 포함하고, 이에 의해 상기 제어 시스템은 결정된 상기 그리드 주파수를 레퍼런스 값과 비교하고, 상기 결정된 그리드 주파수와 상기 레퍼런스 값 사이의 차이에 대응하는 에러 신호를 생성하고, 상기 출력 전압 제어기 (16) 에 상기 에러 신호를 피드백으로서 인가하고, 그리고 상기 출력 전압 제어기 (16) 로 하여금, 상기 그리드 주파수와 상기 레퍼런스 값 사이의 차이를 제한하기 위해 전력 전자 컨버터 (12) 를 포함하는 상기 적어도 하나의 트랜스포머 (10) 의 상기 출력 전압을 변경하게 하는 제어 액션을 발생시키도록 구성되고, 이에 의해, 상기 전력 전자 컨버터 (12) 는 트랜스포머 (10) 의 프라이머리 측 또는 세컨더리 측에 접속되는 AC-AC 컨버터이고, 이에 의해 상기 AC-AC 컨버터는 제 1 AC 측 및 제 2 AC 측을 가지며, 상기 제 1 AC 측 상의 2 개의 단자들은 상기 트랜스포머 (10) 의 권선 또는 권선의 부분에 병렬로 접속되고 그리고 상기 제 2 AC 측은 외부 회로 라인에 직접 또는 외부 회로 라인에 직렬로 접속되고,
적어도 하나의 PEET 트랜스포머는 하기 토폴로지들:
a) 상기 제 1 AC 측 상의 전압 단자들이 상기 트랜스포머 (10) 의 권선들 중 하나에 병렬로 접속되고, 이에 의해 상기 트랜스포머 (10) 는 상기 트랜스포머 (10) 의 PEET-측 상의 서로 절연된 2개의 권선들을 갖고, 상기 AC-AC 컨버터의 상기 제 2 AC 측 상의 전압 단자들은 상기 외부 회로 라인과 직렬로 접속되는 것,
b) 상기 제 1 AC 측 상의 전압 단자들이 상기 트랜스포머 (10) 의 상기 권선의 부분에 병렬로 접속되고 상기 AC-AC 컨버터의 상기 제 2 AC 측 상의 상기 전압 단자가 상기 외부 회로 라인에 직접 접속되는 것
중 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 전력 전자 컨버터 (12) 는 상기 적어도 하나의 트랜스포머 (10) 의 트랜스포머의 총 스루풋 전력보다 작은 정격을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 AC-AC 컨버터는 DC 버스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 트랜스포머 (10) 는 서로 절연된 복수의 권선들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 전력 전자 컨버터 (12) 는 로컬 전력 그리드 주파수 (fmeas) 를 추정하는 것에 의해 상기 전력 그리드의 상기 그리드 주파수를 결정하도록 구성된 위상 고정 루프 (PLL) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 시스템. - 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 시스템은 원격 위치로부터, 또는 송신 서비스 오퍼레이터의 제어 센터로부터 전력 그리드 주파수 추정치 (fsys) 를 수신하도록 구성되는 통신 채널 (20) 을 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 전력 그리드 주파수 추정치 (fsys) 를 사용하여 상기 전력 그리드의 상기 그리드 주파수를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 시스템. - 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 시스템은 원격 위치로부터, 또는 송신 서비스 오퍼레이터의 제어 센터로부터 발생된 상기 제어 액션을 수신하도록 구성된 통신 채널 (20) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 시스템. - 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 시스템은 상기 적어도 하나의 트랜스포머 (10) 의 상기 출력 전압 및 유효 스루풋 전력을 연속적으로 측정하도록 구성된 기구를 포함하고, 상기 제어 시스템은 측정들을 사용하여 상기 전력 그리드에서 하류 부하의 전압 의존성을 추정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 시스템. - 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 시스템은 병렬로 접속되고 전력 전자 컨버터 (12) 를 포함하는 복수의 트랜스포머들의 출력 전압을 제어하도록 구성되고, 상기 출력 전압 제어기 (16) 는 상기 복수의 트랜스포머들의 출력 전압을 변경하기 위한 상기 제어 액션을 동시에 상기 복수의 트랜스포머들에 전송하도록 구성되고, 선택적으로 상기 제어 시스템은 상기 복수의 트랜스포머들의 전력 전자 컨버터들 (12) 의 로컬 출력 전압 제어기들 (16) 의 클록들을 동기화하기 위한 동기화 신호를 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 전력 그리드 내의 유효 전력 소비 (active power consumption) 를 제어하기 위해 사용되는 전력 그리드에서 적어도 하나의 트랜스포머의 출력 전압을 제어하기 위한 방법.
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