KR20120093565A - 전자식 능동 부하 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자식 능동 부하 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력, 태양광, 연료전지 등 신 재생에너지의 전력계통연계운전 및 이를 이용한 마이크로그리드 시스템의 구축에 있어 이들의 전기적인 출력 특성을 다양하게 모의할 수 있는 전자식 능동 부하 장치에 관한 것으로서, 실제 부하 혹은 발전 특성을 실시간으로 모의할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이를 위해 본 발명은, 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템의 출력 측에 연결되는 AC/DC 컨버터와, 전력계통 측에 연결되는 DC/AC 인버터와, 상기 AC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터를 연결하는 직류단 캐패시터로 이루어지는 전력 변환 장치; 상기 AC/DC 컨버터의 스위칭 동작을 제어하는 컨버터 제어기; 상기 DC/AC 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 인버터 제어기; 및 상기 컨버터 제어기 및 인버터 제어기의 제어 신호 생성을 위한 명령을 제공하는 운전 제어부; 를 포함하며, 상기 운전 제어부는 시간에 따라 변화하는 부하를 모의하기 위한 유효전력 및 무효전력의 크기와 파형 기준치를 포함하는 파형 데이터를 생성하여 이를 상기 컨버터 제어기에 전송하는 파형 데이터 생성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치를 제공한다.
이를 위해 본 발명은, 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템의 출력 측에 연결되는 AC/DC 컨버터와, 전력계통 측에 연결되는 DC/AC 인버터와, 상기 AC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터를 연결하는 직류단 캐패시터로 이루어지는 전력 변환 장치; 상기 AC/DC 컨버터의 스위칭 동작을 제어하는 컨버터 제어기; 상기 DC/AC 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 인버터 제어기; 및 상기 컨버터 제어기 및 인버터 제어기의 제어 신호 생성을 위한 명령을 제공하는 운전 제어부; 를 포함하며, 상기 운전 제어부는 시간에 따라 변화하는 부하를 모의하기 위한 유효전력 및 무효전력의 크기와 파형 기준치를 포함하는 파형 데이터를 생성하여 이를 상기 컨버터 제어기에 전송하는 파형 데이터 생성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 전자식 능동 부하 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력, 태양광, 연료전지 등 신 재생에너지의 전력계통연계운전 및 이를 이용한 마이크로그리드 시스템의 구축에 있어 이들의 전기적인 출력 특성을 다양하게 모의할 수 있는 전자식 능동 부하 장치에 관한 것이다.
현재 인류가 사용하는 주된 에너지 공급원인 화석 연료는 재생이 불가능하고, 매장량이 한정되어 있으며, 환경오염의 원인이 되는 단점을 가지고 있다. 이 때문에 인류는 화석연료의 의존도를 줄여나갈 뿐만 아니라 환경에 영향을 미치지 않고 고갈될 염려가 없는 대체에너지 개발을 위해 노력하고 있다.
이러한 대체에너지 개발의 일환으로 태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지, 연료전지, 석탄 액화 가스화, 수소에너지 등의 신 재생에너지가 개발되고 있다. 신 재생에너지란 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 말하는 것으로서, 지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래에너지원으로 주목받고 있다.
이러한 신 재생에너지는 에너지 저장장치 및 부하와 연동하여 하나의 시스템화한 전력공급방식인 마이크로그리드(Microgrid)를 이루게 된다. 상기 마이크로그리드 내부에는 다수의 전력변환장치(PCS : Power Conditioning System)가 존재하여 이를 통해 발전을 하게 되는데, 상기 전력변환장치의 성능 평가 시험을 위해 모의부하 장치가 필요하다.
또한, 상기 마이크로그리드 시스템은 전력계통에 연계하거나 독립적으로 운전할 수 있는데, 특히 전력계통이 없는 독립운전용 마이크로그리드에서는 시스템의 전압 및 주파수의 유지가 제어의 관건이 된다. 이러한 마이크로그리드에서 각종 구성기기의 동특성을 모의 시험하기 위해서는 다양한 실제적인 부하를 인가할 수 있는 전자식 능동 부하 장치가 필요하게 된다. 시스템의 모의 시험시에 실제의 부하를 구축하여 활용하는 것은 시간과 비용 측면에서 비경제적이며, 다수 수용가의 다양한 부하 특성을 실제로 구현하는 것도 불가능하기 때문이다.
이러한 필요를 충족하기 위해, 종래 기술에 따르면 피시험기기의 다양한 시험을 수행하기 위해 특정의 파형을 형성할 수 있는 전자식 부하 장치가 개발된 바 있다. 대표적인 것으로 샘플링된 데이터를 이용하여 파형을 복원하는 방식과, 파형의 편집 기능을 이용하여 파형을 합성하고 이를 일정 시간 혹은 주기 기준으로 출력하는 방식이 있다. 기존의 이러한 장치들은 연속적인 파형 출력이 가능하고, 일정 시간 혹은 주기 동안의 과도적으로도 출력이 가능하다.
또한, 종래의 상용화된 전자식 부하 장치들은 정전력(constant power), 정저항(constant resistance), 정전류(constant current), 정전압(constant voltage) 등의 제어 모드를 지원하며, 파고율(crest factor) 및 역률제어모드(displacement power factor mode) 등을 제공하고 있다.
그러나 기존의 전자식 부하 장치들은 단일 피시험기기에 대한 제한된 패턴의 부하인가만 가능하고, 복합적인 패턴의 다양한 부하를 모의할 수 없었다. 특히, 실제의 부하는 유효전력과 무효전력이 시간에 따라 가변 되는데, 이처럼 시간에 따라 유효전력과 무효전력이 과도적으로 변하는 부하에 대한 모의 기능을 가지고 있지 않았으며, 복합적인 부하에 의한 비선형적인 부하전류에 대한 모의 기능을 제공할 수 없었다.
따라서 본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는데 그 목적이 있는 발명으로서, 풍력, 태양광, 연료전지 등 신 재생에너지원에 사용되는 전력변환장치의 성능평가용으로 사용되는 모의 부하의 기능과 관련하여 시간에 따라 변화하는 상별 유효전력, 무효전력을 임의로 조정할 수 있는 전자식 부하 장치를 제공하기 위한 목적을 가지고 있다.
또한, 신 재생에너지원을 이용하는 마이크로그리드 시스템에 있어서, 복합적인 부하에 의한 비선형적인 부하 전류에 대한 모의 기능과 같이 실제의 다양한 부하를 모의할 수 있는 장치를 제공하기 위한 목적 또한 가지고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 전자식 능동 부하 장치는, 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템의 출력 측에 연결되는 AC/DC 컨버터와, 전력계통 측에 연결되는 DC/AC 인버터와, 상기 AC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터를 연결하는 직류단 캐패시터로 이루어지는 전력 변환 장치; 상기 AC/DC 컨버터의 스위칭 동작을 제어하는 컨버터 제어기; 상기 DC/AC 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 인버터 제어기; 및 상기 컨버터 제어기 및 인버터 제어기의 제어 신호 생성을 위한 명령을 제공하는 운전 제어부; 를 포함하며, 상기 운전 제어부는 시간에 따라 변화하는 부하를 모의하기 위한 유효전력 및 무효전력의 크기와 파형 기준치를 포함하는 파형 데이터를 생성하여 이를 상기 컨버터 제어기에 전송하는 파형 데이터 생성부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 파형 데이터 생성부는 전력전자 모의 프로그램을 통해 시뮬레이션된 데이터를 기초로 상기 파형 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파형 데이터 생성부는 전력 측정 계측기를 이용하여 취득한 실제 부하의 운전 데이터를 기초로 상기 파형 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파형 데이터 생성부는 사용자의 설정에 따라 파형 합성기에서 생성된 데이터를 기초로 상기 파형 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파형 데이터 생성부는 시간에 따라 임의적으로 가변 가능한 정전압, 정전류, 정전력, 정저항 및 역률 운전 제어를 위한 파형 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 파형 데이터 생성부는 비선형 부하 및 과도 부하를 모의할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파형 데이터 생성부는 상별 불평형 부하의 설정이 가능하며, 시간에 따른 상기 불평형 부하의 변동이 가능한 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 운전 제어부는 상기 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템에 인가할 시험 조건을 설정하며 실시간으로 운전 상태를 모니터링 하는 운전 상태 모니터링 및 설정부를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템과 상기 컨버터 사이에 연결되어 상기 컨버터의 스위칭에 따른 고조파를 제거하는 제 1 필터; 및 상기 인버터와 상기 전력계통 사이에 연결되어 상기 인버터의 스위칭에 따른 고조파를 제거하는 제 2 필터; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템과의 전기적인 절연을 위한 절연 변압기; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 컨버터 제어기는 위상고정루프를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전자식 능동 부하 장치에 의하면, 다음과 같은 장점을 얻을 수 있다.
첫째, 전력변환장치의 특성시험이나 마이크로그리드의 운전 동특성을 모의하기 위해서 실제의 부하가 아닌 모의 부하를 사용함으로 구축 비용과 시험 및 모의 비용을 최소화할 수 있다.
둘째, 다양한 부하 특성을 모의할 수 있는 전자식 능동 부하 장치를 제공함으로, 기존의 전자식 부하 장치를 다수 사용하는 불편함을 해소할 수 있으며 비용이 절감된다.
셋째, 부하모드로 운전할 경우에도 전력이 열 등으로 방출되는 것이 아니라 전력계통으로 회생됨에 따라 시험 비용을 절감할 수 있다.
넷째, 전동기의 기동 특성 등 기존의 부하 장치가 구현할 수 없었던 기능들을 제공함으로 피시험기기 혹은 시스템을 보다 짧은 시간에 저비용으로 시험할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자식 능동 부하 장치의 구성도.
도 2는 상기 전자식 능동 부하 장치에서 운전 제어부의 기능을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 전자식 능동 부하 장치가 적용된 실시예를 나타내는 구성도.
도 4는 도 3에서 사용된 수동 부하 장치의 일 실시예를 나타내는 구성도.
도 2는 상기 전자식 능동 부하 장치에서 운전 제어부의 기능을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 전자식 능동 부하 장치가 적용된 실시예를 나타내는 구성도.
도 4는 도 3에서 사용된 수동 부하 장치의 일 실시예를 나타내는 구성도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자식 능동 부하 장치(100)의 구성을 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 능동 부하 장치(100)는 AC/DC 컨버터(113), DC/AC 인버터(115) 및 상기 컨버터(113)와 인버터(115)를 연결하는 직류단 캐패시터(114)로 이루어진 전력 변환 장치를 구비하며, 상기 컨버터(113) 및 인버터(115)를 제어하는 제어기(121, 122), 그리고 파형 및 부하를 생성하고 모의하는 운전 제어부(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 능동 부하 장치(100)는 피시험기기(20) 또는 마이크로그리드 시스템의 출력을 인가받아 제어를 수행하고, 이를 전력계통(미도시)에 전달한다.
본 발명의 실시예에 따라 상기 능동 부하 장치(100)에 구비되는 절연 변압기(111)는 피시험기기(20) 또는 마이크로그리드 시스템과의 전기적인 절연을 수행하며, 상기 절연 변압기(111)에 직렬로 제 1 필터(112)를 삽입하여 AC/DC 컨버터(113)와 연결할 수 있다.
AC/DC 컨버터(113)는 컨버터 제어기(121)에 의해 스위칭 동작이 제어되는데, 상기 컨버터 제어기(121)는 피시험기기(20) 또는 마이크로그리드 시스템의 출력 전압 및 주파수와 동기화하는 위상 고정 루프를 구비하여 상기 피시험기기(20) 또는 마이크로그리드 시스템의 출력 전압 및 주파수 변동에 관계없이 원하는 부하를 인가하고 흡수된 전력을 직류단 캐패시터(114)에 저장하도록 제어할 수 있다.
한편, 상기 직류단 캐패시터(114)에 피시험기기(20) 또는 마이크로그리드 시스템의 전력이 흡수되면 직류단 전압이 상승하게 되는데, 이 상승분 전압을 DC/AC 인버터(115)가 제 2 필터(116)를 거쳐 전원(전력계통)측으로 전달하여 전력을 회생하게 된다.
상기 DC/AC 인버터(115)는 인버터 제어기(122)에 의해 스위칭 동작이 제어되는데, 상기 인버터 제어기(122)는 직류단 캐패시터(114)의 전압을 일정하게 유지하도록 전류제어를 수행하여 전원측으로 전력이 회생하도록 제어한다.
이때, 상기 제 1 필터(112) 및 제 2 필터(116)는 바람직하게는 리액터-캐패시터 필터로서, AC/DC 컨버터(113) 및 DC/AC 인버터의 스위칭 동작에 따른 고조파 성분을 제거한다.
한편, 본 발명에 따른 능동 부하 장치(100)는 상기 컨버터 제어기(121) 및 인버터 제어기(122)의 제어 신호 생성을 위한 명령을 제공하고 운전 상태를 모니터링하는 운전 제어부(130)를 구비한다.
도 2는 상기 운전 제어부(130)의 구성 및 기능을 나타내고 있다.
본 발명의 실시예에 따라 상기 운전 제어부(130)는 파형 데이터 생성부(132)를 구비하는데, 상기 파형 데이터 생성부(132)는 시간에 따라 변화하는 부하를 모의하기 위한 유효전력 및 무효전력의 크기와 파형 기준치를 포함하는 파형 데이터를 생성하여 이를 컨버터 제어기(121)에 전송하도록 한다.
이때, 본 발명의 파형 데이터 생성부(132)는 시뮬레이션 데이터(133), 계측기 측정 데이터(134) 또는 파형 합성기에서 생성된 데이터(135)를 기초로 파형 데이터를 생성하거나 정전압, 정전류, 정저항 및 역률 운전 제어(136)를 위한 파형 데이터를 생성하는 4가지의 서로 다른 방법을 제공한다.
구체적으로, 첫 번째 방법인 상기 시뮬레이션 데이터(133)는 전력전자 모의 프로그램을 통해 시뮬레이션된 데이터로서, 본 발명에서는 매트랩(matlab), PSIM 등 상용화된 전력전자 모의 프로그램을 이용하여 유도전동기의 기동 특성 등의 동특성 모의가 가능하다. 이때 모의 결과는 시간축 상으로 샘플링된 출력전류, 유효전력, 무효전력 등의 데이터 파일을 얻을 수 있으며, 이러한 데이터를 이용하여 전동기의 기동 특성을 모의하는 용도로 능동 부하를 적용할 수 있다.
상기 언급한 상용화된 모의 도구들은 매우 짧은 모의 샘플링 시간 간격으로 수학적인 모델을 해석하기 때문에 데이터 량이 매우 많아질 수 있지만, 실제 능동 부하 장치(100)는 전류 혹은 전압제어의 특성상 응답이 빠르지 않기 때문에 실제 모의에서 얻은 데이터를 다시 한번 능동 부하 장치(100)가 응답할 수 있는 수준으로 샘플링하면 데이터 량이 줄어들고 능동 부하 장치(100)가 추종 가능하게 된다.
본 발명에서는 이렇게 샘플링된 데이터를 컨버터 제어기(121)에 미리 입력하는 방법으로 컨버터(113)를 동작하게 할 수 있다. 이를 통해 피시험기기(20) 혹은 마이크로그리드 시스템은 실제의 유도전동기가 기동하는 것과 같이 부하가 인가될 수 있으며, 실제 전동기의 실물 없이도 시험이 가능하게 된다.
두 번째 방법으로, 본 발명에 따른 파형 데이터 생성부(132)는 전력 측정 계측기를 이용하여 취득한 계측기 측정 데이터(134)를 기초로 파형 데이터를 생성할 수 있다. 즉, 전력분석기 등 전력을 측정하는 계측기를 이용하여 실제 부하의 운전 데이터를 취득할 수 있고 전류의 크기 혹은 유효전력, 무효전력의 크기를 일정 샘플링 주기마다 얻을 수 있다.
상기 전류의 크기나 유효, 무효전력 크기의 데이터는 운전 제어부(130)에서 컨버터 제어기(121)로 전송할 수 있으며 컨버터 제어기(121)는 해당 전류제어 혹은 전력제어 모드에서 실시간으로 제어하는 전류 혹은 전력의 기준치로 상기 데이터를 이용할 수 있다. 따라서 본 발명의 능동 부하 장치(100)는 실제의 부하 장치를 이용하지 않고도 동일한 부하 인가 효과를 낼 수 있다.
세 번째 방법으로, 본 발명의 파형 데이터 생성부(132)는 사용자의 설정에 따라 파형 합성기에서 생성된 데이터(135)를 기초로 파형 데이터를 생성한다. 구체적으로, 파형 합성기를 통해 사용자가 원하는 전류의 모양, 크기 등을 임의로 합성하고 이를 컨버터 제어기(121)에 전달하여 컨버터 제어를 수행할 수 있다.
예를 들면, 크기 A인 정현파 전류는 A?sin(ωt)로 나타낼 수 있는데(ω = 2πf, f는 주파수), 상기 정현파 전류에 3차 고조파 성분 전류를 10% 주입한 파형을 만들고 싶다면 I* = A?sin(ωt) + 0.1?A?sin(3ωt)로 파형을 합성한 전류기준치 I*를 만들 수 있다. 운전 제어부(130)에서 생성된 상기 전류 명령은 컨버터 제어기(121)에서 전류제어기의 기준치로 사용하는 것에 의해 능동부하는 3차고조파 전류가 10% 주입된 전류파형으로 피시험기기(20)에 부하를 인가하게 될 것이다.
네 번째 방법으로, 본 발명의 실시예에 따른 파형 데이터 생성부(132)는 정전압, 정전류, 정저항 및 역률 운전 제어(136)를 위한 파형 데이터를 생성할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 파형 데이터 생성부(132)는 실시간으로 혹은 미리 설정된 시간에 따른 기준전압, 기준전류, 기준저항 등의 기준치를 컨버터제어기(121)에 전달할 수 있다. 이렇게 함으로 전압, 전류, 전력 및 역률이 실제의 부하와 동일하게 시간에 따라 임의적으로 가변 될 수 있고, 따라서 실제의 부하와 같은 효과를 낼 수 있다.
본 발명의 파형 데이터 생성부(132)는 전술한 바와 같은 4가지 방법을 이용하여, 실제 전력시스템의 부하처럼 시간에 따라 변동하는 다양한 부하 특성을 모의할 수 있도록 한다. 즉, 상기 파형 데이터 생성부(132)는 정류기 등의 비선형 부하나 전동기의 기동전류 특성과 같은 과도 부하를 모의할 수 있는 기능을 갖추고 있으며, 유효전력과 무효전력 부하를 개별적으로 설정하고 시간에 따라 변동 가능하도록 한 역률 가변 부하 기능을 구비할 수 있다. 또한, 상별 불평형 부하의 설정이 가능하며, 시간에 따른 상기 불평형 부하의 변동이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 운전 제어부(130)는 운전 상태 모니터링 및 설정부(138)를 구비할 수 있는데, 상기 운전 상태 모니터링 및 설정부(138)는 피시험기기(20) 또는 마이크로그리드 시스템에 인가할 시험 조건을 설정하며 실시간으로 운전 상태를 모니터링 한다.
도 3은 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 전자식 능동 부하 장치(100)가 적용된 실시예를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 실제의 태양 전지 등의 직류 전원 대신에 직류 전원 시뮬레이터(10)를 구비하고, 상기 직류 전원 시뮬레이터(10)를 피시험기기(20)에 연결한다. 상기 피시험기기(20)로는 태양광 발전용 전력변환장치(PCS) 등이 사용될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 능동 부하 장치(100)는 수동 부하 장치(30)와 함께 병렬로 연결하여 부하를 분담할 수 있는데, 상기 수동 부하 장치(30)는 본 발명이 속한 기술분야에서 표준으로 지정하고 있는 단독운전 보호기능을 시험하기 위한 것이다. 단독운전 시험시에는 피시험기기(20)의 출력과 동일한 부하를 인가한 상태에서 전력계통(40) 측의 출력 차단기(S2)를 개방하여 단독운전 상태를 만들어 주어야 하는데, 상기 수동 부하 장치(30)의 리액터와 캐패시터 성분이 없으면 피시험기기(20)의 출력만으로 전압 및 주파수가 유지되지 않기 때문에 단독운전 상황이 발생하지 않는다.
도 4는 마이크로그리드 시스템의 운전 특성을 시험하기 위한 수동 부하 장치(30)의 실시예를 나타내고 있다. 상기 시스템의 운전 특성을 시험하기 위한 모의 부하는 시간에 따른 부하 변동을 모의할 수 있어야 하고 저항성 부하뿐만 아니라 용량성, 유도성 부하도 시험 가능해야 하므로, 각 단위 부하(32-1, 32-2, 32-3, …)를 저항성 부하(32a), 유도성 부하(32b) 및 용량성 부하(32c)로 구성하고 이를 시간 추이에 따라 스위치(34-1, 34-2, 34-3, …)를 개폐함으로 구현한다.
이러한 수동 부하 장치(30)는 부하제어기(36)에 의해 제어되는데 여기에는 부하 패턴이 저장되어 있다. 부하제어기(36)가 부하 패턴을 발생하면 이를 수동 부하 장치(30)에 전달하여 상기 수동 부하 장치(30)의 내부에 있는 프로그래머블 로직 제어기(PLC)에 의해 각 스위치(34-1, 34-2, 34-3, …)를 개폐한다.
이러한 수동 부하 장치(30)는 비선형 부하의 구현이 불가능하고, 전동기의 기동 특성과 같은 복잡한 과도 부하를 모의할 수 없으며, 기계적인 개폐기 스위치(34-1, 34-2, 34-3, …)를 사용하기 때문에 짧은 시간의 부하 변동을 구현할 수 없다. 또한, 부하에서 소비되는 전력이 전부 열로 방출되어 시험시 전력소모가 큰 문제가 있다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전자식 능동 부하 장치(100)를 함께 연결하여 전력 소비를 줄이고 원활한 운행 시험을 수행할 수 있다. 상기 능동 부하 장치(100)는 피시험기기(20)로부터 입력된 전력 혹은 에너지를 전력계통(40) 측으로 반환하도록 병렬 연결되는데, 이에 따라 전력 계통 측 스위치(S2)가 개방된 상태의 전력 계통(40) 차단 모의 시험시에도 수동 부하 장치(30)에서 열로 소비되는 전력을 전력 계통(40)으로 회생할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같은 다양한 특성의 부하 변동을 모의할 수 있게 된다.
이처럼 본 발명에 따른 전자식 능동 부하 장치는 전력 변환 장치의 특성 시험이나 마이크로그리드 시스템의 운전 동특성을 모의하기 위한 다양한 부하 특성을 제공할 수 있으며, 부하 모드로 운전할 경우에도 전력이 열 등으로 방출되지 않고 전력계통으로 회생 되도록 함으로 시험 비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 전자식 능동 부하 장치는 풍력, 태양광, 연료 전지 등 신 재생에너지의 전력 변환 장치 및 이를 이용한 마이크로그리드 시스템의 성능을 평가하기 위한 모의 부하 장치로 사용될 수 있으며, 절감된 비용으로 다양한 부하 특성을 실제로 모의할 수 있도록 한다.
이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있다. 따라서 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에 속한 사람이 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
10 : 직류전원 시뮬레이터 20 : 피시험기기
30 : 수동 부하 장치 36 : 부하제어기
40 : 전력계통 100 : 능동 부하 장치
110 : 절연 변압기 112 : 제 1 필터
113 : AC/DC 컨버터 114 : 직류단 캐패시터
115 : DC/AC 인버터 116 : 제 2 필터
121 : 컨버터 제어기 122 : 인버터 제어기
130 : 운전 제어부 132 : 파형 데이터 생성부
138 : 운전 상태 모니터링 및 설정부
30 : 수동 부하 장치 36 : 부하제어기
40 : 전력계통 100 : 능동 부하 장치
110 : 절연 변압기 112 : 제 1 필터
113 : AC/DC 컨버터 114 : 직류단 캐패시터
115 : DC/AC 인버터 116 : 제 2 필터
121 : 컨버터 제어기 122 : 인버터 제어기
130 : 운전 제어부 132 : 파형 데이터 생성부
138 : 운전 상태 모니터링 및 설정부
Claims (11)
- 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템의 출력 측에 연결되는 AC/DC 컨버터와, 전력계통 측에 연결되는 DC/AC 인버터와, 상기 AC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터를 연결하는 직류단 캐패시터로 이루어지는 전력 변환 장치;
상기 AC/DC 컨버터의 스위칭 동작을 제어하는 컨버터 제어기;
상기 DC/AC 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 인버터 제어기; 및
상기 컨버터 제어기 및 인버터 제어기의 제어 신호 생성을 위한 명령을 제공하는 운전 제어부; 를 포함하며,
상기 운전 제어부는 시간에 따라 변화하는 부하를 모의하기 위한 유효전력 및 무효전력의 크기와 파형 기준치를 포함하는 파형 데이터를 생성하여 이를 상기 컨버터 제어기에 전송하는 파형 데이터 생성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 파형 데이터 생성부는
전력전자 모의 프로그램을 통해 시뮬레이션된 데이터를 기초로 상기 파형 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 파형 데이터 생성부는
전력 측정 계측기를 이용하여 취득한 실제 부하의 운전 데이터를 기초로 상기 파형 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
- 제 3항에 있어서,
상기 파형 데이터 생성부는
사용자의 설정에 따라 파형 합성기에서 생성된 데이터를 기초로 상기 파형 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 파형 데이터 생성부는
시간에 따라 임의적으로 가변 가능한 정전압, 정전류, 정전력, 정저항 및 역률 운전 제어를 위한 파형 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파형 데이터 생성부는
비선형 부하 및 과도 부하를 모의할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파형 데이터 생성부는
상별 불평형 부하의 설정이 가능하며, 시간에 따른 상기 불평형 부하의 변동이 가능한 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 운전 제어부는
상기 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템에 인가할 시험 조건을 설정하며 실시간으로 운전 상태를 모니터링 하는 운전 상태 모니터링 및 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템과 상기 컨버터 사이에 연결되어 상기 컨버터의 스위칭에 따른 고조파를 제거하는 제 1 필터; 및
상기 인버터와 상기 전력계통 사이에 연결되어 상기 인버터의 스위칭에 따른 고조파를 제거하는 제 2 필터;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
- 제 1항 또는 제 9항에 있어서,
상기 피시험기기 또는 마이크로그리드 시스템과의 전기적인 절연을 위한 절연 변압기;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 컨버터 제어기는 위상고정루프를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 능동 부하 장치.
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