KR20130125588A - 다기능 계통 연계형 모의운전 시험장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 계통 연계형 시스템의 성능을 검측하기 위한 계통연계형 모의운전 시험장치에 관한 것으로, 모의운전하고자 하는 계통 연계형 시스템의 성능을 분석하는 운용자 단말과 데이터를 송수신하는 유무선 통신부; 상기 모의운전하고자 하는 계통 연계형 시스템의 인버터를 결합하며, 상기 운용자 단말로부터 전송되는 제어신호에 따라 상기 모의운전하고자 하는 계통 연계형 시스템의 저전압 보상 알고리즘(Low Voltage Ride Through: LVRT, 이하 'LVRT'라 칭함) 검증 모드, 독립운전방지 검증 모드 및 액티브 필터 검증 모드 중 적어도 하나로 동작하는 제어모듈; 및 상기 LVRT 검증 모드, 독립운전방지 검증 모드 및 액티브 필터 검증 모드에 각각 대응하는 부하를 포함하는 부하장치를 포함하며, 상기 제어부는, LVRT 검증 모드로 동작시, 상기 운용자 단말로부터 전송되는 국가별 LVRT 규격에 따라 상기 부하장치를 구성하는 파라미터 값을 산출하여 상기 부하장치의 동작을 제어할 수 있다.

Description

다기능 계통 연계형 모의운전 시험장치 및 방법 {A Multifunction device for simulated driving of grid connected system and control method for it}
본 발명은 계통 연계형 모의운전 시험장치 및 제어방법에 관한 것으로, 구체적으로는 계통의 안전성 및 품질을 보장하기 위한 다기능 계통 연계형 모의운전 시험장치 및 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
최근 전력 수요의 급증에 따라 전력 인프라의 확충이 매우 중요한 문제로 부각되고 있다. 전력 수요의 증가는 전기를 사용하는 가정용 생활기기의 증가와 함께 상가, 공장용 전력부하의 증가에 따른 것이다. 이러한 전력수요의 경우 특정 계절, 특정 시간대에 사용되는 전력부하가 급격하게 증가하면서 상시 대기전력의 부족분을 초래하고, 정전과 같은 사고 발생의 원인이 된다. 이러한 문제의 발생 방지를 위해 전력 인프라를 확충하고 사용을 제한하는 등의 다양한 시도가 이루어지고 있다.
이를 해소하기 위한 방안 중 하나로 태양광, 풍력, 태양열, 파력, 지열발전, 메탄가스를 이용한 화력발전과 같은 대체에너지 또는 천연의 청정에너지를 이용한 방법이 주목받고 있다. 특히, 태양광, 풍력, 태양열은 상대적으로 시설이 단순하고 우리나라 실정에 적합한 면이 있어 설치 및 운영을 국가적으로도 지원하고 있는 실정이다.
하지만, 이러한 실정에도 청정에너지 또는 신재생 에너지를 이용한 분산 발전 시설 및 운영이 활발하지 않은 것이 현실이다. 이는 분산 발전 설비의 설치에 따른 문제와 함께 전력계통과의 연계 곤란이 주된 이유로 작용한다. 즉, 기존 발전설비들에 비해 작은 발전량을 가지는 분산 발전 설비를 전력계통에 연결하기 위해서는 직접 연결하거나 전력변환기와 같은 장치를 이용하여야 한다. 그러나, 전력계통에 연결되는 대체발전설비 또는 이를 연결하기 위한 전력변환기는 비선형부하들과 같이 고조파를 발생시키는 고조파 부하로 작용하고, 이를 통해 전력 계통 전반에 대한 품질저하를 발생시킨다.
이러한 이유로, 전력 인프라를 운영하고 있는 한국전력, 발전회사 등에서는 전력이 부족함에도 개인 또는 소규모 사업자가 생산하는 전력을 수용하기를 회피하는 편이고, 설사 전력을 수용하더라도 매우 한정된 양만을 수용하여 전력품질을 일정 수준으로 유지하기 위한 노력을 기울이고 있다.
따라서, 태양광 발전 또는 풍력 발전과 같은 분산형 발전의 출력을 상용계통(전력회사가 공급하는 상용라인)과 접속하여 연계동작하는 계통 연계 시스템의 효율성을 높이기 위한 연구가 계속되고 있다.
신재생 에너지원을 이용한 전력계통 분야에서 계통 연계 인버터의 역할은 매우 중요하다. 계통연계 운전에 있어서 저전압 보상 알고리즘(Low Voltage Ride Through: LVRT) 및 독립운전방지 동작(anti-islanding)은 계통의 안정성을 보장하기 위한 필수 알고리즘으로 대두되고 있다. 또한, 계통의 품질을 높이기 위하여 액티브 전력 필터(Active Power Filter) 등을 적용하여 계통의 고조파 개선을 이루기도 한다.
이에 따라, 일반적으로 계통연계형 모의운전 시험장치는 계통에서 시험하고자 하는 특성에 따라 독립운전방지 동작, 저전압 보상 알고리즘, 액티브 전력 필터 중 어느 하나를 사용하여 모의운전을 수행하고 인버터 기능을 시험한다.
본 발명의 목적은, 현재 각각 독립적으로 사용되고 있는 용도별 계통연계형 모의운전 시험장치를 하나의 장치로 통합하여, 저전압 보상 알고리즘(LVRT)을 적용한 계통 안정성, 독립운전방지 동작을 통한 계통 안전성 및 액티브 전력 필터를 사용한 계통 품질 시험을 수행할 수 있는 다기능 부하시험장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은, 국가별 저전압 보상 규정을 구현할 수 있는 통합형 저전압 보상 알고리즘(LVRT)을 사용하는 다기능 부하시험장치를 제안하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 시스템의 성능을 검측하기 위한 계통연계형 모의운전 시험장치는, 모의운전하고자 하는 계통 연계형 시스템의 성능을 분석하는 운용자 단말과 데이터를 송수신하는 유무선 통신부; 상기 모의운전하고자 하는 계통 연계형 시스템의 인버터를 결합하며, 상기 운용자 단말로부터 전송되는 제어신호에 따라 상기 모의운전하고자 하는 계통 연계형 시스템의 저전압 보상 알고리즘(Low Voltage Ride Through: LVRT, 이하 'LVRT'라 칭함) 검증 모드, 독립운전방지 검증 모드 및 액티브 필터 검증 모드 중 적어도 하나로 동작하는 제어모듈; 및 상기 LVRT 검증 모드, 독립운전방지 검증 모드 및 액티브 필터 검증 모드에 각각 대응하는 부하를 포함하는 부하장치를 포함하며, 상기 제어부는, LVRT 검증 모드로 동작시, 상기 운용자 단말로부터 전송되는 국가별 LVRT 규격에 따라 상기 부하장치를 구성하는 파라미터 값을 산출하여 상기 부하장치의 동작을 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 부하장치는, 상기 LVRT 검증을 위해 동작하는 LVRT 부하장치; 상기 독립운전방지 검증을 위해 동작하는 독립운전방지 부하장치; 및 상기 액티브 필터 검증을 위해 동작하는 액티브 필터 부하장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 상기 LVRT 부하장치는, 제1 인덕턴스, 상기 제1 인덕턴스와 병렬연결되는 제1 전자개폐기, 상기 제1 인덕턴스와 병렬연결되며 다수의 인덕턴스의 직렬연결로 구성된 제2 인덕턴스, 상기 제2 인덕턴스에 직렬연결되는 제2 전자개폐기 및 상기 제2 인덕턴스의 인덕턴스 값을 조정하기 위한 제3 전자개폐기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 운용자 단말로부터 전송된 상기 제어신호에 따라 상기 계통 연계형 시스템에 대한 LVRT 검증 모드로 동작하고, 소정 조건에 따라 상기 LVRT 부하장치의 동작을 제어하는 부하 제어신호를 생성하는 LVRT 동작모듈; 및 상기 LVRT 동작모듈로부터 전달된 상기 부하 제어신호에 따라 상기 LVRT 부하장치의 동작을 제어하는 LVRT 부하제어모듈을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 LVRT 동작모듈은, 상기 운용자 단말로부터 전송되는 국가별 LVRT 규격에 기초하여 소정 조건에 따라 상기 계통 연계형 시스템의 계통 전압이 소정 크기 이상 하강하는 제1 시점, 상기 하강한 계통 전압이 소정 비율로 상승하기 시작하는 제2 시점, 상기 계통전압이 정상상태로 복구되는 제3 시점의 값을 산출할 수 있다.
또한, 상기 LVRT 동작모듈은, 상기 국가별 LVRT 규격을 토대로 상기 LVRT 부하장치에서 검출되는 고장전압값을 만족하도록 상기 산출된 각 시점에서 상기 제1 인덕턴스와 상기 제2 인덕턴스의 비를 산출하고, 상기 제2 인덕턴스를 구성하는 다수의 인덕턴스 각각에 대한 값 및 상기 제3 전자개폐기의 동작시점을 더 산출할 수 있다.
이에 따라, 바람직하게는, 상기 LVRT 부하제어장치는, 상기 LVRT 동작모듈로부터 전달된 상기 부하제어신호에 따라 상기 제1 전자개폐기, 상기 제2 전자개폐기 및 상기 제3 전자개폐기의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 상기 독립운전방지 부하장치는, 소정의 RLC 회로 및 상기 RLC 회로에 연결된 제4 전자개폐기를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 운용자 단말로부터 전송된 상기 제어신호에 따라 상기 계통 연계형 시스템에 대한 독립운전방지 검증 모드로 동작하고, 소정 조건에 따라 상기 독립운전방지 부하장치의 동작을 제어하는 부하 제어신호를 생성하는 독립운전방지 동작모듈; 및 상기 독립운전방지 동작모듈로부터 전달된 상기 부하 제어신호에 따라 상기 독립운전방지 부하장치의 동작을 제어하는 독립운전방지 부하제어모듈을 포함할 수 있다.
이때, 상기 독립운전방지 동작모듈은, 상기 계통 연계형 시스템의 계통으로부터 유입되는 유효전력 및 무효전력에 따라 계통의 독립운전 여부를 검출하고, 상기 유효전력 및 상기 무효전력의 공진조건에 따라 상기 독립운전방지 부하장치의 PLC 회로 및 제4 전자개폐기의 동작시점을 산출할 수 있다.
바람직하게는, 상기 독립운전방지 부하제어모듈은, 상기 독립운전장비 동작모듈로부터 전달되는 상기 부하 제어신호에 따라 상기 RLC 값 설정 및 상기 제4 전자개폐기의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 상기 액티브 필터 부하장치는, RL로 구성된 비선형 부하 및 상기 비선형 부하에 연결된 제5 전자개폐기를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 운용자 단말로부터 전송된 상기 제어신호에 따라 상기 계통 연계형 시스템에 대한 액티브 필터 검증 모드로 동작하고, 소정 조건에 따라 상기 액티브 필터 부하장치의 동작을 제어하는 부하 제어신호를 생성하는 액티브 필터 동작모듈; 및 상기 액티브 필터 동작모듈로부터 전달된 상기 부하 제어신호에 따라 상기 액티브 필터 부하장치의 동작을 제어하는 액티브 필터 부하제어모듈을 포함할 수 있다.
이때, 상기 액티프 필터 동작모듈은, 상기 계통 연계형 시스템의 계통에서 검출되는 고주파 함유율에 따라 상기 RL의 값 및 상기 제5 전자개폐기의 동작시점을 산출할 수 있다.
바람직하게는, 상기 액티브 필터 부하제어모듈은, 상기 액티브 필터 동작모듈로부터 전달되는 상기 부하 제어신호에 따라 상기 RL 값 설정 및 상기 제5 전자개폐기의 동작을 제어할 수 있다.
상기 실시형태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따르면, 현재 각각 개별적으로 사용되고 있는 용도별 계통연계 모의 부하시험장치(예, 저전압 보상 부하시험장치, 독립운전방지 부하시험장치 및 액티브 전력 필터를 사용한 부하시험장치 등)의 기능을 하나로 통합한 다기능 계통 연계형 모의운전 시험장치를 통해 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 국가별 저전압 보상 규정을 구현할 수 있는 통합형 저전압 보상 알고리즘(LVRT)을 사용함으로써, 모든 국가에서 다기능 계통 연계형 모의운전 시험장치를 이용한 계통연계 모의시험을 수행할 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통 연계형 모의운전 시험장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통 연계형 모의운전 시험장치를 구성하는 구성요소의 일 예를 나타내는 블럭 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 국가별 LVRT 규격도의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치에 포함되는 LVRT용 부하장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치를 이용하여 구현하는 LVRT 기능을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치를 이용하여 국가별 LVRT 기능을 구현하는 과정의 일 예를 나타내는 절차흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치에 포함되는 독립운전방지용 부하장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치에 포함되는 액티브 필터 부하장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
본 발명은 계통 연계형 모의운전 시험장치 및 제어방법에 관한 것으로, 구체적으로는 계통의 안전성 및 품질을 보장하기 위한 다기능 계통 연계형 모의운전 시험장치 및 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통 연계형 모의운전 시험장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 다른 다기능 계통 연계형 모의운전 시험장치(100)는 신재생 에너지에 대응하는 소 정량의 전원(직류전원 또는 교류전원)인가 장치(110), 해당 시험장치의 동작 모드에 따라 부하 제어를 수행하는 제어부(120), 3상 인덕터(130) 및 계통연계된 인버터(140)로 구성된다.
다기능 계통 연계형 모의운전 시험장치(100)는 시험하고자 하는 발전 시스템의 시험대상 인버터(140)를 장치 내 결합하여 가상의 발전 시스템으로 운용하기 위한 것으로, 전원 인가 장치(110)로 소 정량의 전원을 인가하여 인덕터(130) 및 인버터(140)로 정격전류가 흐르도록 모의 운전한다.
이때, 다기능 계통 연계형 모의운전 시험장치(100)는 운용자 단말(150)과 데이터 통신을 수행하며, 운용자 단말(150)로부터 전송되는 제어신호에 따라 계통연계 모의운전을 수행하고, 모의운전 수행결과를 운용자 단말(150)로 전송할 수 있다. 모의운전 시험장치(100)와 운용자 단말(150)은 인터넷 통신망(예, RS-232, 485 통신망)을 이용하여 데이터 통신을 수행할 수 있다.
다기능 계통 연계형 모의운전 시험장치(100)는 운용자 단말(150)로부터 전송되는 제어신호에 따라 계통연계 모의운전 모드(예, 저전력 보상 모드, 독립운전방지 모드, 계통 고조파 보상 모드 등)를 선택하여 모의운전을 수행한다.
구체적으로, 제어부(120)는 해당 시험장치(100)에서 지원하는 다수의 모의운전 모드(예, 독립운전방지 모드, 저전력 보상 모드, 계통 고조파 보상 모드 등)와 관련된 동작모듈(121), 부하제어모듈(122) 및 부하장치(123)를 포함하며, 운용자 단말(150)로부터 전송되는 운용자 제어신호에 따라 동작모듈(121) 또는 부하제어모듈(122)을 구동시킨다.
여기서, 운용자 제어신호는 모의운전 시험장치(100)에서 수행하고자 하는 동작모드에 관한 정보를 포함하는 '동작모드 제어신호' 및/또는 각 동작모드에서 부하상태를 제어하기 위한 '부하 제어신호'를 포함하는 것으로 정의할 수 있다.
또한, 제어부(102)는 동작모드 제어신호에 따라 동작모듈(121)을 구동하면서 실시간 또는 소정 주기로 전송되는 부하 제어신호에 따라 부하제어모듈(122)을 구동시켜 부하장치(123)를 구성하는 소자(R, L, C) 및 전자개폐기(Magnetic Contact: MC)를 제어할 수 있다. 그리고, 부하장치(123) 제어에 따라 인버터(140)에서의 전류 또는 전력을 검출하여 운용자 단말(150)로 전송함으로써 모의운전상태 모니터링을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통 연계형 모의운전 시험장치를 구성하는 구성요소의 일 예를 나타내는 블럭 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다기능 계통 연계형 모의운전 시험장치의 제어부(200)는 운용자 단말로부터 전송되는 신호를 수신하는 유무선 통신부(210), 수신된 신호에 따라 부하장치를 제어하는 제어모듈(220) 및 부하장치(230)로 구성된다.
제어모듈(220)은 해당 모의운전 시험장치에서 지원하는 다수의 모의운전 모드에 관한 동작모듈(221, 222, 223)과 각 모드에서 부하를 제어하기 위한 다수의 부하제어모듈(224, 225, 226)을 포함한다.
구체적으로, 제어모듈(220)은 해당 시험장치가 저전력 보상 모드로 동작하도록 하기 위한 저전력 보상 알고리즘(LVRT)이 기 설정된 LVRT 동작 모듈(221) 및 LVRT 알고리즘에 따라 부하를 제어하는 LVRT 부하제어모듈(224)을 포함한다.
LVRT 동작모듈(221)은 해당 시험장치가 LVRT 시험장치로 동작하도록 수행하며, 각 국가별 계통 조건이 상이한 관계로 국가별 LVRT 규정을 만족할 수 있도록 부하장치를 구성하는 파라미터들(예, 인덕턴스 값, 전자개폐기 동작 시점 등)을 결정한다. 구체적으로, LVRT 동작모듈(221)은 LVRT 모드로 모의운전을 수행하면서 검출되는 전압에 기초하여 부하장치(230)를 구성하는 인덕턴스 값을 계산할 수 있다.
LVRT 부하제어모듈(224)은 LVRT 동작모듈(221)의 수행결과에 따라 부하장치(230)를 구성하는 전자계폐기를 제어한다.
다시 도 2를 참조하면, 제어모듈(220)은 해당 시험장치가 독립운전방지 모드로 동작하도록 하기 위한 독립운전방지 동작모듈(222) 및 독립운전방지 동작에 따라 부하를 제어하는 독립운전방지 부하제어모듈(225)을 포함한다.
독립운전방지 동작모듈(222)과 독립운전방지 부하제어모듈(225)은 인버터에서의 독립운전 발생여부를 판정하여 인버터 동작은 중지시키며 계통 차단시의 독립운전을 차단하도록 동작한다.
인버터는 비선형 장치로, 인덕터에 의해 생성된 교류전력에는 고조파와 무효전력 성분이 포함될 수 있고, 계통에서 전력 공급이 중단되어도 수용가에 해당하는 부하장치에서 LC 공진에 의해 PCC(Point of Common Coupling)전압의 크기와 주파수가 유지되어 독립운전이 발생될 수 있다.
신재생 에너지로 생성된 직류전력이 인버터에서 교류전력으로 변환됨에 따라 유효전력(△P) 및 무효전력(△Q)이 생성되어 부하로 전달되는데, 유효전력(△P)을 일정하게 유지하면 계통전압이 일정하게 유지되는 반면, 무효전력(△Q)은 LC 부하의 특성으로 인하여 일정한 공진 주파수(ω)를 갖음에 따라 무효전력(△Q) 변화는 주파수 변동을 야기시킨다. 따라서, 유효전력보다는 무효전력의 변동을 이용하여 독립운전 여부를 검출하는 것이 작은 전력 변동으로 계통 연결 및 차단에 대한 인버터 제어에 효과적이다.
독립운전방지 동작모듈(222)은 계통으로부터 유입되는 유효전력(△P) 및 무효전력(△Q)에 따라 계통의 독립운전 여부를 검출하고, 유효전력(△P) 및 무효전력(△Q)의 공진조건에 따라 독립운전방지 부하제어모듈(225)을 통해 부하장치(230)의 소자(R, L, C)와 전자계폐기를 제어한다.
다시 도 2를 참조하면, 제어모듈(220)은 해당 시험장치가 계통의 고조파 개선을 위해 사용하는 액티브 필터 알고리즘의 검증을 수행하기 위한 액티브 필터 동작모듈(223) 및 액티브 필터 부하제어모듈(226)을 포함한다.
액티브 필터는 일반적으로 비선형 부하가 계통의 부하로 연결되었을 때 고조파를 줄이는 필터로, 액티브 필터 동작모듈(223)은 운용자 단말로부터 입력되는 고조파 함유율에 따라 부하제어모듈(226)을 이용하여 부하장치(230)의 소자(R, L) 및 전자개폐기를 제어한다.
즉, 도 2에 도시된 다수의 부하시험모드를 포함하는 제어부의 구성에 따라 본 발명의 실시예에 따른 모의운전 시험장치는 하기에 기재되는 다양한 모드의 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치로 동작할 수 있다.
첫째, LVRT 모드로 동작시 운영자가 입력한 국가별 규정에 따라 LVRT 부하장치를 구성하는 인덕턴스 값을 산출하고, 산출된 인덕턴스 값과 고장전압의 관계에 따라 부하장치의 전자개폐기를 제어할 수 있다.
둘째, 독립운전방지 모드로 동작시 유효전력(△P) 및 무효전력(△Q)의 공진조건에 따라 부하장치의 소자(R, L, C)들을 제어할 수 있다.
셋째, 액티브 필터 모드로 동작시 계통의 고조파 함유율에 따라 부하장치의 소자(R, L, C)들을 계산하고, 계산된 소자(R, L, C)에 의해 전자개폐기를 제어함으로써 계통의 고조파 함유율을 설정할 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계 모의운전 시험장치의 동작 모드에 대하여 보다 구체적으로 상술한다.
1. 저전압 보상( LVRT ) 검증 모드
저전압 보상(LVRT)은 계통에 순간 정전이 발생한 경우에도 신재생 에너지원이 계통과 연결되는 상태를 유지하고, 계통이 순간 정전에서 회복되는 순간에 정상적인 동작을 수행하도록 하는 능력을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치는 LVRT 모드로 동작시, 운영자가 입력한 국가별 규정에 따라 LVRT 부하장치를 구성하는 인덕턴스 값을 산출하고, 산출된 인덕턴스 값과 고장전압의 관계에 따라 부하장치의 전자개폐기를 제어함으로써 LVRT 성능을 검증한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 국가별 LVRT 규격도의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 것처럼, 각 국가별로 계통 조건이 상이한 관계로 국가별 LVRT 규정도 각기 다르게 운영되고 있고, 각 LVRT 규정을 만족할 수 있는 전압조건도 동일하지 않음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치는, LVRT 모드로 동작시, 운영자가 입력한 국가별 규정에 따라 부하장치를 구성하는 각 파라미터를 결정함으로써 각 국가별 LVRT 규격도에 적합하게 동작시킬 수 있는 통합형 LVRT 시험장치를 제안한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치에 포함되는 LVRT용 부하장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, LVRT용 부하장치는 제1 인덕턴스(L1), 제1 인덕턴스(L1)에 병렬연결된 제1 전자개폐기(MC1), 다수의 인덕턴스(L21, L22,…,L2n)의 직렬구성으로 제1 인덕턴스(L1)에 병렬연결되는 제2 인덕턴스(L2) 및 제2 인덕턴스(L2)에 직렬연결된 제2 전자개폐기(MC2)를 포함한다. 이때, 제2 인덕턴스(L2)는 시간에 따라 제2 인덕턴스의 값을 가변 제어하기 위해 제2 인덕턴스(L2)를 구성하는 인덕턴스의 개수를 조정하는데 사용되는 제3 전자개폐기(MC3)를 더 포함할 수 있다. 제3 전자개폐기(MC3)는 LVRT 규격에 따라 제2 인덕턴스(L2)의 값을 조정하는데 이용되는 것으로, LVRT 기능을 구현하기 위한 LVRT 전자개폐기(MCLVRT)로 지칭한다.
각 국가별 LVRT 규격을 만족하기 위해 도 4에 도시된 바와 같은 LVRT 부하장치의 제1 인덕턴스(L1)와 제2 인덕턴스(L2)를 토대로 하기 수학식 1에 예시된 수학식을 이용하여 고장전압 값(VP2)을 결정할 수 있다.
Figure pat00001
상기 수학식 1은 도 4에 도시된 LVRT 부하장치에서 부하장치로 입력되는 전압(VP1)에 대하여 시간과 제1 인덕턴스(L1)와 제2 인덕턴스(L2)의 비의 함수를 적용하여 고장전압(VP2)을 결정하는 수학식이다. 이러한 수학식을 이용하면 계통에 순간 정전이 발생한 경우 순간 정전에서 정상상태로 회복하는 시점별로 인덕턴스 비비(
Figure pat00002
)를 변경함으로써 LVRT 규격을 맞출 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치를 이용하여 구현하는 LVRT 기능을 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 그래프는 상기 도 4에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 LVRT 부하장치를 이용하여 모의운전시, 시간에 따라 부하전압별로 인덕턴스 값을 표시한 그래프로서, 3개의 중요한 시점(t1, t2, t3)과 각 시점에서의 전압 레벨을 표시한다. t1 시점은 정상상태로 동작하는 계통연계에서 순간 정전이 발생한 시점이고, t2 시점은 순간 정전이 유지되는 시점이고, t3 시점은 순간정전에서 정상상태로 근접하게 회복된 시점을 나타낸다.
t1 시점에서 순간 정전 발생시, 정상상태에서의 전압값에 대한 소정 비율만큼 전압이 감소된 상태로 일정 시간(t2-t1) 유지되다가, 인덕턴스 비(
Figure pat00003
)를 조정함으로써 t2 시점 이후부터는 정전 상태에서 점차 회복되어 t3시점 이후부터는 정상상태에 거의 근접한 정도로 전압상태를 회복시킬 수 있다.
특히, 상기 도 4에서 상술한 다수의 인덕턴스로 구성되며 시간에 따라 전류가 흐르는 인덕턴스 개수를 조정할 수 있는 제2 인덕턴스(L2)의 값은 LVRT 규격에 맞춰 상기 수학식 1을 토대로 변경될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 모의운전 시험장치는 LVRT 모드에서 LVRT 동작모듈에서 산출되는 제2 인덕턴스(L2)값에 따라 제2 인덕턴스(L2)에 연결된 LVRT 전자개폐기(MCLVRT)를 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치를 이용하여 국가별 LVRT 기능을 구현하는 과정의 일 예를 나타내는 절차흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모의운전 시험장치가 운영자 제어신호에 따라 LVRT 모드로 구동한 상태에서(S601), 국가별 LVRT 규격 중 시험하고자 하는 대상국가의 LVRT 규격에 관한 정보가 입력된다(S602).
국가별 LVRT 규격은 각 국가의 LVRT 규격을 포함하는 LVRT 테이블이 시험장치 제어부에 기 설정되어 운용자로부터 특정 국가를 선택하는 선택신호에 따라 도출되거나 또는 모의운전시 운용자로부터 시험하고자 하는 국가의 LVRT 규격에 관한 정보가 입력될 수 있다.
이에 따라, LVRT 동작모듈은 입력된 LVRT 규격정보를 토대로 LVRT 부하장치의 인덕턴스 값을 산출한다(S603). 구체적으로, LVRT 규격이 선택되면 상기 도 5에 도시된 것처럼 순간 정전 발생시 유지시점 및 회복시점 등에 관한 시간정보(t1, t2, t3)가 결정되고, 이에 따라 LVRT 부하장치의 제1 인덕턴스(L1) 및 제2 인덕턴스(L2)를 산출할 수 있다. 또한, 상기 수학식 1을 이용하여 제2 인덕턴스(L2)를 구성하는 다수의 인덕턴스(L21, L22,…,L2n) 값도 결정할 수 있다.
또한, LVRT 부하장치의 인덕턴스 값 결정에 따라, 실질적으로 고장전압(VP2) 크기를 조정하는데 이용되는 제2 인덕턴스(L2) 값을 조정하는데 이용되는 LVRT 전자개폐기(MCLVRT) 동작 시점을 산출할 수 있다(S604).
이와 같이, LVRT 동작모듈에서 LVRT 부하장치를 구성하는 파라미터의 값을 결정하면, LVRT 부하제어모듈은 산출된 값에 따라 LVRT 부하장치를 구성하는 다수의 전자개폐기(MC1, MC2, MCLVRT)의 동작을 제어하면서 계통연계에서 순간 정전 발생시 대처하기 위한 모의운전을 수행한다(S605).
2. 독립운전방지( Anti - Islanding ) 검증 모드
독립운전 현상은 계통이 고의적 또는 임의적인 이유로 분리되었을 때 분산 발전 시스템이 계속 발전하여 계통에 전력을 공급하고 있는 상태를 의미한다. 독립운전 현상은 계통 공사 인력에 대한 안전, 재폐로 계전기의 재폐로시 기기 손상 등의 문제를 일으킬 수 있으므로 반드시 검출되어 차단되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치는 독립운전방지 모드로 동작시, 계통이 분리되었을 때 분산 발전 시스템의 독립운전 여부를 판단하고, 유효전력(△P) 및 무효전력(△Q)의 공진조건에 따라 부하장치의 소자(R, L, C)들을 제어함으로써 독립운전방지 성능을 검증한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치에 포함되는 독립운전방지용 부하장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 독립운전방지용 부하장치는 RLC 회로(701)와 전자개폐기(MC4)로 구성된다. 제4 전자개폐기(MC4)가 ON인 상태는 정상적인 계통연계 운전 상황을 나타내고, 제4 전자개폐기(MC4)가 OFF인 상태는 모의운전 시험장치의 인버터와 부하장치만 연결된 독립운전 영역에 해당된다.
따라서, 독립운전방지 동작모듈은 제4 전자개폐기(MC4)가 OFF 상태인 독립운전 영역에 해당하는 경우, RLC 회로(701)에서의 LC 공진점을 검출하여 독립운전 여부를 판단한다. 구체적으로, 신재생 에너지로 생성된 직류전력이 인버터에서 교류전력으로 변환됨에 따라 유효전력(△P) 및 무효전력(△Q)이 생성되어 부하로 전달되는데, 유효전력(△P)을 일정하게 유지하면 계통전압이 일정하게 유지되는 반면, 무효전력(△Q)은 LC 부하의 특성으로 인하여 일정한 공진 주파수(ω)를 갖음에 따라 무효전력(△Q) 변화는 주파수 변동을 야기시킨다. 따라서, 유효전력보다는 무효전력의 변동을 이용하여 독립운전 여부를 검출하는 것이 작은 전력 변동으로 계통 연결 및 차단에 대한 인버터 제어에 효과적이다.
독립운전방지 동작모듈은 계통으로부터 유입되는 유효전력(△P) 및 무효전력(△Q)에 따라 계통의 독립운전 여부를 검출하고, 유효전력(△P) 및 무효전력(△Q)의 공진조건에 따라 독립운전방지 부하제어모듈을 통해 RLC 회로(701)의 소자 값을 설정하고 제4 전자개폐기(MC4)를 제어한다.
3. 액티브 필터( Active Filter ) 검증 모드
액티브 필터는 일반적으로 비선형 부하(예, R,L,C)가 계통의 부하로 연결되었을 때 비선형 부하로 인하여 PCC 계통전류에 많은 고조파가 포함될 수 있다.
고조파란 비선형 부하의 사용으로 인해 발생하는 비정현파적 특성의 부하전류가 계통에 영향을 주어 전원전압의 파형이 정현파가 되지 못하고 일그러지는 현상을 의미한다. 비선형 부하는 전원의 정현파 전압을 그대로 사용하지 않고 정현파 전원을 펄스 신호 또는 직류전원으로 변환하여 사용하는 부하를 발하는 것으로, 결국 이렇게 변환되어 공급된 전원전압으로부터 출력되는 부하전류는 변형된 전압과 같은 비정현파 파형으로 전원에 유입되어 전원의 정현파 파형의 왜곡을 초래한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치는 액티브 필터 모드로 동작시 계통의 고조파 함유율에 따라 비선형 부하를 구성하는 소자(R, L, C) 값과 전자개폐기를 제어함으로써 계통의 고조파 함유율을 제어하는 엑티브 필터의 성능을 검증한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치에 포함되는 액티브 필터 부하장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 액티브 필터 부하장치는 R, L로 구성된 비선형 부하(801)와 제5 전자개폐기(MC5)를 포함한다. 도 8에 도시된 것처럼, 비선형 부하(801)가 계통의 부하로 연결되었을 때 액티브 필터 동작모듈은 운용자 단말로부터 입력되는 고조파 함유율에 따라 제5 전자개폐기(MC5)를 제어하고 비선형 부하(801)의 R, L 값을 설정하여 비선형 부하와 제5 전자개폐기의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 계산된 R, L 값에 의해 비선형 부하로 전력 공급 공급/차단을 수행하는 전자개폐기를 제어함으로써, 운용자가 계통의 고조파 함유율을 설정할 수 있다.
이상의 설명과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치는 부하장치를 상술한 도 4, 도 7, 도 8에 도시된 부하장치를 포함하는 구성으로 구현하거나 또는 동작모드에 따라 해당하는 부하장치를 탈부착하도록 구현할 수 있다. 그리고, 시험장치의 제어부에서 해당 동작모드에 따라 결합된 부하장치를 소정 조건에 따라 제어하도록 구현함으로써 하나의 장치를 이용하여 저전압 보상(LVRT), 독립운전방지 및 액티프 필터의 성능 검증을 수행할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 계통 연계형 시스템의 성능을 검측하기 위한 계통연계형 모의운전 시험장치에 있어서,
    모의운전하고자 하는 계통 연계형 시스템의 성능을 분석하는 운용자 단말과 데이터를 송수신하는 유무선 통신부;
    상기 모의운전하고자 하는 계통 연계형 시스템의 인버터를 결합하며, 상기 운용자 단말로부터 전송되는 제어신호에 따라 상기 모의운전하고자 하는 계통 연계형 시스템의 저전압 보상 알고리즘(Low Voltage Ride Through: LVRT, 이하 'LVRT'라 칭함) 검증 모드, 독립운전방지 검증 모드 및 액티브 필터 검증 모드 중 적어도 하나로 동작하는 제어모듈; 및
    상기 LVRT 검증 모드, 독립운전방지 검증 모드 및 액티브 필터 검증 모드에 각각 대응하는 부하를 포함하는 부하장치를 포함하며,
    상기 제어부는,
    LVRT 검증 모드로 동작시, 상기 운용자 단말로부터 전송되는 국가별 LVRT 규격에 따라 상기 부하장치를 구성하는 파라미터 값을 산출하여 상기 부하장치의 동작을 제어하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부하장치는,
    상기 LVRT 검증을 위해 동작하는 LVRT 부하장치;
    상기 독립운전방지 검증을 위해 동작하는 독립운전방지 부하장치; 및
    상기 액티브 필터 검증을 위해 동작하는 액티브 필터 부하장치 중 적어도 하나를 포함하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 LVRT 부하장치는,
    제1 인덕턴스, 상기 제1 인덕턴스와 병렬연결되는 제1 전자개폐기, 상기 제1 인덕턴스와 병렬연결되며 다수의 인덕턴스의 직렬연결로 구성된 제2 인덕턴스, 상기 제2 인덕턴스에 직렬연결되는 제2 전자개폐기 및 상기 제2 인덕턴스의 인덕턴스 값을 조정하기 위한 제3 전자개폐기를 포함하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 운용자 단말로부터 전송된 상기 제어신호에 따라 상기 계통 연계형 시스템에 대한 LVRT 검증 모드로 동작하고, 소정 조건에 따라 상기 LVRT 부하장치의 동작을 제어하는 부하 제어신호를 생성하는 LVRT 동작모듈; 및
    상기 LVRT 동작모듈로부터 전달된 상기 부하 제어신호에 따라 상기 LVRT 부하장치의 동작을 제어하는 LVRT 부하제어모듈을 포함하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 LVRT 동작모듈은,
    상기 운용자 단말로부터 전송되는 국가별 LVRT 규격에 기초하여 소정 조건에 따라 상기 계통 연계형 시스템의 계통 전압이 소정 크기 이상 하강하는 제1 시점, 상기 하강한 계통 전압이 소정 비율로 상승하기 시작하는 제2 시점, 상기 계통전압이 정상상태로 복구되는 제3 시점의 값을 산출하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 LVRT 동작모듈은,
    상기 국가별 LVRT 규격을 토대로 상기 LVRT 부하장치에서 검출되는 고장전압값을 만족하도록 상기 산출된 각 시점에서 상기 제1 인덕턴스와 상기 제2 인덕턴스의 비를 산출하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 LVRT 동작모듈은,
    상기 제2 인덕턴스를 구성하는 다수의 인덕턴스 각각에 대한 값 및 상기 제3 전자개폐기의 동작시점을 더 산출하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 LVRT 부하제어장치는,
    상기 LVRT 동작모듈로부터 전달된 상기 부하제어신호에 따라 상기 제1 전자개폐기, 상기 제2 전자개폐기 및 상기 제3 전자개폐기의 동작을 제어하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 독립운전방지 부하장치는,
    소정의 RLC 회로 및 상기 RLC 회로에 연결된 제4 전자개폐기를 포함하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 운용자 단말로부터 전송된 상기 제어신호에 따라 상기 계통 연계형 시스템에 대한 독립운전방지 검증 모드로 동작하고, 소정 조건에 따라 상기 독립운전방지 부하장치의 동작을 제어하는 부하 제어신호를 생성하는 독립운전방지 동작모듈; 및
    상기 독립운전방지 동작모듈로부터 전달된 상기 부하 제어신호에 따라 상기 독립운전방지 부하장치의 동작을 제어하는 독립운전방지 부하제어모듈을 포함하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 독립운전방지 동작모듈은,
    상기 계통 연계형 시스템의 계통으로부터 유입되는 유효전력 및 무효전력에 따라 계통의 독립운전 여부를 검출하고, 상기 유효전력 및 상기 무효전력의 공진조건에 따라 상기 독립운전방지 부하장치의 PLC 회로 및 제4 전자개폐기의 동작시점을 산출하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 독립운전방지 부하제어모듈은,
    상기 독립운전장비 동작모듈로부터 전달되는 상기 부하 제어신호에 따라 상기 RLC 값 설정 및 상기 제4 전자개폐기의 동작을 제어하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 액티브 필터 부하장치는,
    RL로 구성된 비선형 부하 및 상기 비선형 부하에 연결된 제5 전자개폐기를 포함하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 운용자 단말로부터 전송된 상기 제어신호에 따라 상기 계통 연계형 시스템에 대한 액티브 필터 검증 모드로 동작하고, 소정 조건에 따라 상기 액티브 필터 부하장치의 동작을 제어하는 부하 제어신호를 생성하는 액티브 필터 동작모듈; 및
    상기 액티브 필터 동작모듈로부터 전달된 상기 부하 제어신호에 따라 상기 액티브 필터 부하장치의 동작을 제어하는 액티브 필터 부하제어모듈을 포함하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 액티프 필터 동작모듈은,
    상기 계통 연계형 시스템의 계통에서 검출되는 고주파 함유율에 따라 상기 RL의 값 및 상기 제5 전자개폐기의 동작시점을 산출하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 액티브 필터 부하제어모듈은,
    상기 액티브 필터 동작모듈로부터 전달되는 상기 부하 제어신호에 따라 상기 RL 값 설정 및 상기 제5 전자개폐기의 동작을 제어하는, 다기능 계통연계형 모의운전 시험장치.
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