KR20160099914A - Power control apparatus using DC bus signal based on switching frequency modulation type in DC Grid system and method thereof - Google Patents

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KR20160099914A
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Abstract

The present invention relates to a power control apparatus using a DC bus signal of a switching frequency modulation type in a DC grid system and a power control method using the same. According to the present invention, the method comprises the following steps of: operating a power value provided to or from a DC line by an energy storage apparatus and a DC power network; selecting a switching frequency value corresponding to the operated power value from power control graph information which defines a switching frequency value fluctuated according to the power value, and an output current values, corresponding to the switching frequency value, of the energy storage apparatus and the DC power network; and providing a DC bus signal loading the selected switching frequency value on a DC bus voltage to the DC line to control the power of the energy storage apparatus and the DC power network. According to the present invention, by using the DC bus signal of a switching frequency modulation type, transmission of power state information and a power flow of each component connected to the DC line in a DC grid system are effectively controlled, and information exchange is smoothly performed by using an existing DC power line without any communication line and an effect of components or operation environment of a load.

Description

직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치 및 그것을 이용한 전력 제어 방법{Power control apparatus using DC bus signal based on switching frequency modulation type in DC Grid system and method thereof}[0001] The present invention relates to a power control apparatus using a DC bus signal of a switching frequency variation type in a DC grid system, and a power control method using the DC bus signal,

본 발명은 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치 및 그것을 이용한 전력 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 DC 마이크로 그리드 또는 DC 나노 그리드와 같은 직류 그리드 시스템의 제어 효율성을 높일 수 있는 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치 및 그것을 이용한 전력 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a power control apparatus using a DC bus signal of a switching frequency variation type in a DC grid system and a power control method using the DC bus signal. More particularly, the present invention relates to a control system for controlling a DC grid system, such as a DC micro grid or a DC nano grid, To a power control apparatus using a DC bus signal of a switching frequency variation type and a power control method using the same.

최근 인구 증가에 따른 내연기관의 사용량 증가와 전세계적인 공업화로 인하여 화석연료의 수요증가 문제가 대두되고 있다. 화석 연료는 지구 온난화, 미세 먼지 등의 심각한 환경 오염을 유발하는 요인이 된다. 이러한 이유로 친환경 에너지에 대한 관심이 점차 증가하고 있으며 특히 스마트 그리드(Smart Grids) 분야에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.Recently, due to the increasing use of internal combustion engine due to population increase and worldwide industrialization, demand for fossil fuel is increasing. Fossil fuels cause serious environmental pollution such as global warming and fine dust. For this reason, interest in environmentally friendly energy is increasing, and research on the field of Smart Grids is actively being carried out.

스마트 그리드는 전력망의 고도화를 의미하며 친환경적인 요소와 지역 발전의 통합을 통한 전력 공급을 가능하게 한다. 스마트 그리드에 의하면 실시간 수집되는 전력 정보를 이용하여 전력 생산자와 전력 소비자 간의 효율적인 전력 생산 및 소비가 가능하게 하며 지능형 전력 인터페이스 장비들을 이용하여 전력망의 안정화 및 고효율화를 추구할 수 있도록 한다.Smart grid means power grid upgrading and enables power supply through integration of environmentally friendly factors and local development. According to the Smart Grid, efficient power production and consumption between power producers and power consumers can be realized by using power information collected in real time, and the power grid can be stabilized and high efficiency can be sought by using intelligent power interface devices.

스마트 그리드를 구현하는 방법으로는 마이크로/나노 그리드의 고도화를 통한 상향식 접근 방식이 효과적이며 이와 관련된 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 고도화된 마이크로/나노 그리드 중에서도 기존의 교류 전력이 아닌 직류 전력을 사용하는 직류 그리드(DC Grid)에 관한 연구가 현재 활발히 진행되고 있다. As a method of implementing smart grid, bottom-up approach through advanced micro / nano grid is effective and many researches related thereto are proceeding. Among these advanced micro / nano grids, studies on a DC grid (DC grid) using direct current power rather than AC power have been actively conducted.

교류 전력이 아닌 직류 전력을 사용할 경우 배전에 필요한 전선의 사용량을 줄일 수 있으며 안정적인 전력 공급이 가능하며 신재생 에너지원과 같은 직류 분산 전원의 연결이 용이한 이점이 있다. 또한 대부분의 전자 기기들이 내부적으로는 직류 전원을 사용한다는 점을 고려하여 볼 때 직류 전력을 사용할 경우 전력 변환 횟수를 줄일 수 있어 시스템의 고효율화를 달성할 수 있고 전력 변환에 필요한 추가 부품의 불필요한 사용을 줄일 수 있어 자원 소비를 절감하고 제품의 가격 경쟁력을 높일 수 있다.When DC power is used instead of AC power, the amount of electric power required for power distribution can be reduced, stable power supply is possible, and a DC power source such as a renewable energy source can be easily connected. Considering that most electronic devices internally use DC power, it is possible to reduce the number of power conversion when DC power is used, thereby achieving high efficiency of the system and unnecessary use of additional parts required for power conversion It can reduce resource consumption and increase price competitiveness of products.

직류 그리드에 해당하는 DC 마이크로/나노 그리드 시스템은 일반적으로 분산 전원(신재생 발전기; 풍력, 태양광 등), 에너지 저장 장치(배터리), 부하(직류 부하)가 직류 선로에 결합되어 기존의 교류 전력망과 연계된 소규모 전력망 형태를 가진다.The DC micro / nano grid system corresponding to the DC grid is generally composed of a distributed power source (renewable generator; wind power, solar power), an energy storage device (battery) and a load (DC load) And a small-scale power grid connected to the grid.

DC 마이크로/나노 그리드의 효율적인 운용을 위해서는 DC 선로에 연결되어 있는 분산 전원, 에너지 저장 장치, 직류 부하, 교류 전력망 사이의 전력 흐름이 효과적으로 관리되어야 한다. 다시 말해서, 직류 전력 시스템 내의 부하의 소모량, 에너지 저장 장치의 전력 저장 상태, 분산 전원의 전력 생산량에 따라 직류 전력 시스템을 구성하는 각 구성 요소 간에 적절한 동작점 설정 및 긴밀한 전력 배분이 이루어져야 한다. 이를 위해 각 구성 요소는 그리드의 직류 전압을 제어하는 전력 변환 장치로부터 DC 그리드 시스템의 전력 상태 정보를 필요로 한다.For efficient operation of the DC micro / nano grid, the power flow between the distributed power source, the energy storage device, the DC load, and the AC power grid connected to the DC line must be effectively managed. In other words, proper operation point setting and tight power distribution should be made between each component constituting the DC power system according to the consumption of the load in the DC power system, the power storage state of the energy storage device, and the power generation amount of the distributed power supply. To do this, each component needs the power state information of the DC grid system from a power converter that controls the DC voltage of the grid.

이와 같은 DC 그리드 시스템에서는 각 구성 요소의 전력 상태 정보를 바탕으로 전력 흐름을 관리해야 한다. 이때, 부가적인 통신 장치를 사용하여 각 요소 장치 간의 정보 전달을 수행할 수도 있으나 DC 전력망 이외에 추가적인 통신망을 필요로 하기 때문에 비효율적인 단점이 있다. In such a DC grid system, power flow must be managed based on the power state information of each component. At this time, information can be transmitted between each elementary device by using an additional communication device, but it is inefficient because it requires an additional communication network in addition to the DC power network.

최근 추가적인 통신망을 사용하지 않고 직류 전압을 변동시켜서 전력망의 구성 요소 간에 기본적인 전력 정보를 공유하는 DC-bus 신호 기법인 드룹(Droop) 제어 방식이 제안되고 있다. 이러한 드룹 제어 방식은 부하 및 분산 전원의 전력 상태 정보 즉, 부하가 필요로 하는 전력량과 분산 전원이 생산하는 출력 전력량을 바탕으로 하여 DC 선로에 제공되는 직류 전압의 크기를 변동시켜서 시스템 내의 각 구성 요소가 적절한 동작점에 수렴할 수 있도록 전력을 제어한다.Recently, a droop control method has been proposed, which is a DC-bus signaling technique in which a DC voltage is varied without using an additional communication network to share basic power information between elements of a power network. This type of droop control system can vary the magnitude of the DC voltage supplied to the DC line based on the power state information of the load and the distributed power source, that is, the amount of power required by the load and the output power produced by the distributed power source, To converge to an appropriate operating point.

그런데 이와 같은 직류 전압 변동에 바탕한 드룹 제어 방법은 전력 제어 성능이 우수하고 안정적인 장점은 있으나, 각 구성 요소에서 직류 전압의 측정 시 오차가 발생하면 동작 효율성이 저하되는 단점이 있다. 또한 전력망의 전체 길이와 부하량에 따라 직류 전압의 감소가 발생할 수 있으며 현재로서는 이에 대한 대책을 마련하기가 어려운 실정이다. 이와 같이 전압 측정의 오차 및 전압 감소 등으로 인한 요소 장치 간의 정보 오차는 필연적으로 전체 DC 그리드의 비효율적인 동작과 안정성 훼손을 야기하는 요인이 된다.However, the droop control method based on the DC voltage fluctuation has an excellent power control performance and a stable advantage, but there is a disadvantage that the operation efficiency is lowered when an error occurs in the measurement of the DC voltage in each component. In addition, the DC voltage may decrease depending on the total length of the power network and the load, and it is difficult to prepare countermeasures at present. As described above, information errors between element devices due to voltage measurement errors and voltage reduction inevitably lead to ineffective operation of the entire DC grid and destruction of stability.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제1431047호(2014.08.21 공고)에 개시되어 있다.The technology of the background of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 1431047 (published on Aug. 21, 2014).

본 발명은 직류 그리드 시스템의 동작 효율을 증대시킬 수 있는 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치 및 그것을 이용한 전력 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a power control apparatus using a DC bus signal of a switching frequency variation type and a power control method using the same, in a DC grid system capable of increasing the operation efficiency of a DC grid system.

본 발명은, 분산 전원, 부하, 에너지 저장 장치, 교류 전력망을 포함한 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치를 이용한 전력 제어 방법에 있어서, 상기 분산 전원 및 상기 부하의 현재 전력 상태에 기초하여, 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망이 DC 선로로 공급할 전력 값 또는 상기 DC 선로로부터 공급받을 전력 값을 연산하는 단계와, 상기 전력 값에 따라 변동하는 스위칭 주파수 값과 상기 스위칭 주파수 값에 대응하는 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망의 출력 전류 값을 각각 정의한 전력 제어 그래프 정보로부터 상기 연산한 전력 값에 대응하는 스위칭 주파수 값을 선택하는 단계, 및 상기 선택한 스위칭 주파수 값을 DC 버스 전압에 실은 DC 버스 신호를 상기 DC 선로에 제공하여 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망의 전력을 제어하는 단계를 포함하는 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 방법을 제공한다.The present invention relates to a power control method using a power control apparatus using a DC bus signal of a switching frequency variation type in a DC grid system including a distributed power source, a load, an energy storage device, and an AC power grid, Calculating a power value to be supplied to the DC line by the energy storage device and the AC power network or a power value to be supplied from the DC line based on the power state and a switching frequency value varying according to the power value, Selecting a switching frequency value corresponding to the calculated power value from power control graph information defining an output current value of the energy storage device and the AC power network corresponding to a DC bus voltage A DC bus signal is provided to the DC line, The present invention provides a power control method using a DC bus signal of a switching frequency variation type in a DC grid system including a base energy storage device and a power control of the AC power grid.

여기서, 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망은, 상기 DC 선로에 제공된 상기 DC 버스 신호로부터 상기 스위칭 주파수 값을 분석하여 상기 분석한 스위칭 주파수 값에 대응하는 출력 전류 값을 각각 추종하도록 구동될 수 있다.Here, the energy storage device and the AC power network may be driven to analyze the switching frequency value from the DC bus signal provided to the DC line, and to follow the output current value corresponding to the analyzed switching frequency value, respectively.

또한, 상기 전력 제어 방법은, 상기 전력 값에 따라 제어되는 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망 각각의 출력 전류 값과 상기 스위칭 주파수 값 간의 대응 관계를 출력 전류 축과 스위칭 주파수 축 상에서 정의한 상기 전력 제어 그래프 정보를 구축하는 단계를 더 포함할 수 있다.The power control method may further include a power control graph defining a correspondence between an output current value of each of the energy storage device and the AC power network controlled according to the power value and the switching frequency value on an output current axis and a switching frequency axis, And building the information.

여기서, 상기 전력 제어 그래프 정보는, 상기 출력 전류 값의 증가에 따라 상기 스위칭 주파수 값이 감소하는 형태를 가지되, 상기 에너지 저장 장치의 출력 전류 값과 상기 스위칭 주파수 값의 대응 관계를 나타낸 제1 그래프 선과, 상기 교류 전력망의 출력 전류 값과 상기 스위칭 주파수 값의 대응 관계를 나타낸 제2 그래프 선을 포함하며, 상기 제1 및 제2 그래프 선 간의 교점은 상기 스위칭 주파수 축 상에 위치하고, 상기 스위칭 주파수 축을 기준으로 양과 음의 출력 전류 구간으로 구분될 수 있다.Here, the power control graph information may have a shape in which the switching frequency value decreases with an increase in the output current value, and the first graph, which represents the correspondence between the output current value of the energy storage device and the switching frequency value, And a second graph line representing a correspondence relationship between an output current value of the AC power network and the switching frequency value, wherein an intersection point between the first and second graph lines is located on the switching frequency axis, And can be divided into positive and negative output current sections.

또한, 상기 분산 전원, 상기 부하, 상기 에너지 저장 장치는, 상기 현재 전력 상태에 대응하는 스위칭 주파수 값을 DC 버스 전압에 실은 DC 버스 신호를 DC 선로를 통해 전송하되, 상기 전력 상태의 전송에 사용되는 스위칭 주파수 값의 스위칭 주파수 대역이 서로 상이하며, 상기 전력 제어 장치는, 상기 분산 전원, 상기 부하, 상기 에너지 저장 장치로부터 각각 수신한 DC 버스 신호의 스위칭 주파수 값을 분석하여 그에 대응하는 각각의 상기 현재 전력 상태를 추정할 수 있다.The distributed power source, the load, and the energy storage device may be configured to transmit a DC bus signal including a switching frequency value corresponding to the current power state to a DC bus voltage through a DC line, Wherein the switching frequency values of the switching frequency values are different from each other, and the power control device analyzes the switching frequency value of the DC bus signal received from the distributed power source, the load, and the energy storage device, The power state can be estimated.

그리고, 본 발명은, 분산 전원, 부하, 에너지 저장 장치, 교류 전력망을 포함한 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치에 있어서, 상기 분산 전원 및 상기 부하의 현재 전력 상태에 기초하여, 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망이 DC 선로로 공급할 전력 값 또는 상기 DC 선로로부터 공급받을 전력 값을 연산하는 제어 전력 연산부와, 상기 전력 값에 따라 변동하는 스위칭 주파수 값과 상기 스위칭 주파수 값에 대응하는 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망의 출력 전류 값을 각각 정의한 전력 제어 그래프 정보로부터 상기 연산한 전력 값에 대응하는 스위칭 주파수 값을 선택하는 스위칭 주파수 선택부, 및 상기 선택한 스위칭 주파수 값을 DC 버스 전압에 실은 DC 버스 신호를 상기 DC 선로에 제공하여 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망의 전력을 제어하는 전력 제어부를 포함하는 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치를 제공한다.The present invention also provides a power control apparatus using a DC bus signal of a switching frequency variation type in a DC grid system including a distributed power source, a load, an energy storage device, and an AC power grid, A control power calculator for calculating a power value to be supplied to the DC line by the energy storage device and the AC power network or a power value to be supplied from the DC line; A switching frequency selecting unit for selecting a switching frequency value corresponding to the calculated power value from power control graph information defining an output current value of the energy storage device and the AC power network corresponding to the switching frequency value, A DC bus signal in the bus voltage is applied to the DC line And a power controller for controlling the power of the energy storage device and the AC power grid by providing a power control unit using a DC bus signal of a switching frequency variation type in a DC grid system.

본 발명에 따른 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치 및 그것을 이용한 전력 제어 방법에 따르면, 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 사용함에 따라 직류 그리드 시스템 내에서 DC 선로에 연결되어 있는 각 구성 요소의 전력 상태 정보의 전송 및 전력의 흐름을 효과적으로 제어할 수 있으며 별도의 통신 선로 없이도 기존의 DC 전력선을 이용하여 부하의 구성 요소나 동작 환경에 영향을 받지 않고 원활한 정보 교환을 수행할 수 있는 이점이 있다.According to the power control apparatus using the DC bus signal of the switching frequency variation type and the power control method using the same, in the DC grid system according to the present invention, the DC bus signal of the switching frequency variation type is used, It is able to effectively control transmission and power flow of power status information of each connected component and it is possible to exchange information smoothly without being influenced by load component or operating environment by using existing DC power line without additional communication line. There is an advantage to be able to perform.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직류 그리드 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 기존의 직류 전압 변동형 드룹 제어 방식을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 전력 제어 장치를 이용한 전력 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 시간 영역에서 표현한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 디지털 제어기를 이용할 경우 주파수 분해능에 따른 DC 버스 신호의 양자화를 예시한 도면이다.
1 is a diagram illustrating a direct current grid system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a conventional DC voltage fluctuation type droop control method.
3 is a view for explaining a power control method using a DC bus signal of a switching frequency variation type according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a configuration of a power control apparatus using a DC bus signal of a switching frequency variation type according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a power control method using the power control apparatus shown in FIG.
6 is a time domain representation of a DC bus signal of a switching frequency variation scheme according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating quantization of a DC bus signal according to frequency resolution when a digital controller is used in an embodiment of the present invention.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

본 발명은 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치 및 그것을 이용한 전력 제어 방법에 관한 것으로, DC 그리드 시스템 내에서 직류 선로에 연결되어 있는 각 구성 요소(분산 전원, 에너지 저장 장치, 직류 부하, 교류 전력망)의 전력 방향 및 전력량을 효과적으로 제어할 수 있는 방법을 제안한다.The present invention relates to a power control apparatus using a DC bus signal of a switching frequency variation type in a DC grid system and a power control method using the DC bus signal and a power control method using the DC bus signal. Device, DC load, and AC power grid) in a power plant.

본 발명의 실시예에서 직류 그리드 시스템은 DC 마이크로 그리드, DC 나노 그리드 형태를 의미할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 DC 마이크로 그리드인 것을 예시로 하여 설명한다.In an embodiment of the present invention, a DC grid system may refer to a DC microgrid, DC nanogrid form. Hereinafter, for convenience of explanation, the DC micro-grid will be described as an example.

본 발명의 실시예의 경우, 직류 그리드 시스템의 직류 선로(DC 선로)에 유입되는 DC 버스 신호로서 기존의 전압 변동 방식의 DC 버스 신호와는 달리 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 사용한다. 기존에는 DC 선로에 실리는 DC 버스 전압 레벨 자체를 DC 버스 신호로 사용한 반면, 본 발명의 실시예는 DC 버스 전압에 실리는 고주파 스위칭 노이즈를 실질적인 DC 버스 신호로 사용한다.In the embodiment of the present invention, a DC bus signal of a switching frequency variation type is used as a DC bus signal flowing into a DC line (DC line) of a direct current grid system, unlike a conventional DC bus signal of a voltage variation type. Conventionally, the DC bus voltage level itself on the DC line is used as the DC bus signal, whereas the embodiment of the present invention uses the high-frequency switching noise on the DC bus voltage as the substantial DC bus signal.

직류 그리드 시스템 내의 각 구성 요소는 DC 버스 전압에 실린 스위칭 주파수 값을 분석하는데, 분석된 스위칭 주파수 값으로부터 현재 그리드 시스템의 전력 상태를 인지하고 그에 대응하는 전력 방향 및 전력량으로 전력 흐름을 제어할 수 있다.Each component in the DC grid system analyzes the switching frequency value on the DC bus voltage and can recognize the power state of the current grid system from the analyzed switching frequency value and control the power flow to the corresponding power direction and power amount .

이러한 본 발명의 실시예는 별도의 통신망 없이 기존의 DC 전력망인 DC 선로를 활용하여 전력 정보의 상호 교환 및 전력 제어가 가능하다. 또한 기존의 전압 변동형 방식과 달리 단순한 전압 레벨이 아닌 스위칭 주파수 성분을 DC 버스 신호로 사용하기 때문에 실질적으로 각 구성 요소에서는 분석된 주파수에 기반하여 그에 대응하는 약속된 동작을 수행하면 된다. 따라서, 본 실시예의 경우, 기존에 전압 변동형 방식에서 문제가 되었던 전력망 길이와 부하량에 따른 DC 버스 전압의 오차 및 각 구성 요소 간의 거리에 따른 전압 측정 오차의 불리함을 극복할 수 있다.The embodiment of the present invention enables power information exchange and power control using a DC line, which is a conventional DC power network, without a separate communication network. In addition, unlike the conventional voltage fluctuation type, since the switching frequency component rather than the simple voltage level is used as the DC bus signal, each component can perform substantially corresponding operation based on the analyzed frequency. Therefore, in this embodiment, it is possible to overcome the disadvantage of the voltage measurement error due to the error of the DC bus voltage and the distance between the respective components depending on the length of the power network and the load, which have been problems in the conventional voltage fluctuation type.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 직류 그리드 시스템의 구성을 간단히 설명한다. 직류 그리드 시스템은 일반적으로 도 1과 같은 형태를 가진다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직류 그리드 시스템을 나타낸 도면이다. Hereinafter, a configuration of a direct current grid system according to an embodiment of the present invention will be briefly described. The direct current grid system generally has the form shown in FIG. 1 is a diagram illustrating a direct current grid system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 분산 전원(40), 부하(20), 에너지 저장 장치(30)는 DC 선로와 결합되어 교류 전력망(10)과 연계되어 동작한다. 분산 전원(40)은 전력 생산이 가능한 풍력 발전기, 태양광 발전기 등에 해당될 수 있고, 부하(20)는 직류 부하에 해당될 수 있다. 교류 전력망(10)은 기존의 교류 계통망, 교류 배전 시스템 등에 해당될 수 있다.1, a distributed power source 40, a load 20, and an energy storage device 30 are coupled to a DC line and operate in conjunction with the AC power grid 10. [ The distributed power source 40 may be a wind power generator capable of generating electric power, a solar power generator, etc., and the load 20 may correspond to a direct current load. The AC power grid 10 may correspond to an existing AC grid, an AC distribution system, and the like.

교류 전력망(10)은 DC 그리드와의 연결을 위해 AC/DC 간 양방향 변환이 가능한 AC/DC 변환기(인버터)가 연결되어 있다. 그리고 분산 전원(40), 부하(20), 에너지 저장 장치(30), 교류 전력망(10)은 DC 선로 사이에서 적절한 전력 변환을 수행하는 양방향 전력 컨버터가 개별적으로 연결되어 있다. 교류 전력망(10)은 실질적으로 AC/DC 변환기가 양방향 전력 컨버터에 연결되어 있다. 각 구성 요소에 연결되는 양방향 전력 컨버터의 구성은 직류 그리드 시스템에서 일반적인 사항이므로 상세한 설명은 생략한다.The AC power grid 10 is connected to an AC / DC converter (inverter) capable of bidirectional conversion between AC / DC for connection with a DC grid. The distributed power source 40, the load 20, the energy storage device 30, and the AC power grid 10 are individually connected to bidirectional power converters that perform appropriate power conversion between DC lines. The AC power grid 10 is substantially an AC / DC converter connected to a bi-directional power converter. The configuration of the bidirectional power converter connected to each component is a general matter in a DC grid system, and thus a detailed description thereof will be omitted.

상기의 양방향 전력 컨버터는 절연형 양방향 전력 DC-DC 컨버터 중 하나인 DAB(Dual Active Bridge) 컨버터로 구현될 수 있다. 이러한 DAB 컨버터는 부하 전류의 방향 전환이 매끄럽고 위상 천이에 의한 전력 방향 제어가 용이한 장점이 있다. 물론 양방향 전력 컨버터는 반드시 이에 한정되지 않으며 기 공지된 다양한 형태로 구현될 수 있다.The bi-directional power converter may be implemented as a DAB (Dual Active Bridge) converter, which is one of the isolated bi-directional power DC-DC converters. Such a DAB converter has a merit that the direction of the load current is smooth and the power direction can be easily controlled by the phase shift. Of course, the bi-directional power converter is not necessarily limited thereto and may be implemented in various forms as is known in the art.

이러한 각 구성 요소에 연결된 양방향 전력 컨버터를 제어하여 전력 흐름을 제어할 수 있다. 기존에 알려진 전압 변동 방식의 드룹 제어 방식은 구성 요소가 가진 전력 컨버터의 전압을 전력의 흡수 또는 방출 양에 따라 제어한다. 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 방법에서도 각 구성 요소에 연결된 전력 컨버터를 이용하여 각 구성 요소에 대한 DC 그리드의 전력 흐름을 효과적으로 제어할 수 있다.The bidirectional power converter connected to each of these components can be controlled to control the power flow. The known voltage-controlled droop control method controls the voltage of the power converter of the component according to the amount of power absorption or emission. Also in the power control method according to the embodiment of the present invention, the power flow of the DC grid for each component can be effectively controlled by using the power converter connected to each component.

본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 장치는 DC 선로에 직접 연결되어 각 구성 요소의 전력 컨버터로 전력 제어에 필요한 DC 버스 신호를 제공할 수 있다. 이외에도 전력 제어 장치는 특정 구성 요소의 전력 컨버터에 내장된 상태에서 각 구성 요소의 전력 컨버터로 전력 제어에 필요한 DC 버스 신호를 제공할 수 있다. 예를 들면 교류 전력망(10)의 양방향 전력 컨버터에 내장되는 상태에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 DC 선로에 제공하여 DC 그리드 내의 전력 방향 및 전력량을 제어할 수 있다. 이와 같이 전력 제어 장치는 DC 선로 상에 직접 연결될 수도 있고 양방향 전력 컨버터 구성 내에 포함될 수도 있으며 그리드 시스템 내에서 다양한 형태로 설치될 수 있다. 전력 제어에 대한 상세한 설명은 후술할 것이다.The power control apparatus according to an embodiment of the present invention may be directly connected to a DC line to provide a DC bus signal required for power control to the power converter of each component. In addition, the power control device can provide the DC bus signal required for power control to the power converter of each component while being embedded in the power converter of the specific component. For example, a DC bus signal of a switching frequency variation type may be provided to the DC line in a state of being embedded in the bidirectional power converter of the AC power grid 10, so that the power direction and the amount of power in the DC grid can be controlled. As such, the power control device may be directly connected to the DC line, may be included in the bi-directional power converter configuration, and may be installed in various forms within the grid system. A detailed description of the power control will be given later.

이러한 전력 제어 장치는 해당 각 구성 요소의 전력 컨버터로부터 각 구성 요소의 전력 상태 정보가 담긴 DC 버스 신호를 수신하여 각 구성 요소의 현재 전력 상태를 판단할 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 장치는 부하와 분산 전원의 현재 전력 상태를 기초로 DC 선로에 공급할 또는 공급받을 전력량을 연산하고 연산된 전력량에 대응하는 스위칭 주파수 값을 DC 버스 전압에 실은 DC 버스 신호를 DC 선로에 제공하는 방법으로 에너지 저장 장치 및 교류 전력망의 전력 흐름과 전력량을 효과적으로 제어할 수 있다.The power control device may receive the DC bus signal including the power status information of each component from the power converter of the corresponding component to determine the current power status of each component. The power control apparatus according to the embodiment of the present invention calculates the amount of power to be supplied to or supplied to the DC line based on the current power state of the load and the distributed power source and outputs the switching frequency value corresponding to the calculated power amount to the DC bus By providing the signal to the DC line, the power flow and the power amount of the energy storage device and the AC power network can be effectively controlled.

물론 본 발명의 실시예에서 각각의 양방향 전력 컨버터는 DC 버스 신호에 실린 스위칭 주파수 값에 대응하는 약속된 제어 동작을 수행할 수 있도록 관련 제어 정보를 미리 저장하거나 상호 간에 공유할 수 있다. 본 발명의 실시예에 제어 정보는 전력 제어 그래프 정보로 나타내어 지며 이에 관한 상세한 설명은 후술할 것이다.Of course, in an embodiment of the present invention, each bidirectional power converter may pre-store or share the related control information so that it can perform the agreed control operation corresponding to the switching frequency value recorded in the DC bus signal. In the embodiment of the present invention, control information is represented by power control graph information, and a detailed description thereof will be described later.

이하의 설명에서 각 구성 요소의 전력을 제어한다 함은 각 구성 요소에 연결된 전력 컨버터를 제어하는 것과 동등한 의미를 가질 수 있다. 따라서 설명의 편의상 양방향 전력 컨버터의 구성은 생략하여 설명한다. 교류 전력망(10)에 연결된 AC/DC 변환기는 실질적으로 각 구성 요소와 동등한 입장에 위치하며 교류 전력망(10)의 한 구성 요소로 볼 수 있어 이는 설명의 편의상 교류 전력망(10)으로 명명한다.Controlling the power of each component in the following description may be equivalent to controlling the power converter connected to each component. Therefore, the configuration of the bidirectional power converter will be omitted for convenience of explanation. The AC / DC converter connected to the AC power grid 10 is located substantially in the same position as each component and can be seen as a component of the AC power grid 10, which is referred to as the AC power grid 10 for convenience of explanation.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 설명하기에 앞서, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 종래의 전압 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 제어 방식에 관하여 간단히 설명한다.Before describing the DC bus signal of the switching frequency variation type according to the embodiment of the present invention, a control method using the DC bus signal according to the conventional voltage variation method will be briefly described in order to facilitate understanding of the present invention.

도 2는 기존의 직류 전압 변동형 드룹 제어 방식을 설명하는 도면이다. 이러한 도 2는 전류 축과 전압 축에서 정의되는 기 공지된 형태의 전압 변동형의 드룹 제어 그래프를 나타낸다. 2 is a view for explaining a conventional DC voltage fluctuation type droop control method. This figure 2 shows a droop control graph of a voltage variation type of the known type defined in the current axis and the voltage axis.

만일 분산 전원(40)의 출력 전력이 부하(20)의 소모 전력보다 크면 잉여 전력이 발생한 것이므로 교류 전력망(10)과 에너지 저장 장치(30)가 DC 선로로부터 전력을 흡수(충전)하도록 하고, 그 반대의 경우는 전력이 부족한 것이므로 교류 전력망(10)과 에너지 저장 장치(30)가 DC 선로로 전력을 방출(방전)하도록 제어한다. 두 구성 요소(10,30)는 자신의 전력 용량 한도 내에서 충전과 방전을 감당하도록 설계되는 것이 바람직하다.If the output power of the distributed power supply 40 is greater than the consumed power of the load 20, surplus power is generated, so that the AC power supply network 10 and the energy storage device 30 absorb (charge) the power from the DC line, In the opposite case, since the electric power is insufficient, the AC power grid 10 and the energy storage device 30 control the discharge (discharge) of electric power to the DC line. The two components 10, 30 are preferably designed to handle charging and discharging within their power capacity limits.

이와 같이 두 구성 요소(10,30)은 부하(20)가 공급받고자 하는 전력량과 분산 전원(40)이 생산한 전력량의 차이만큼의 에너지를 DC 선로를 통해 충전 또는 방전하는 동작을 상호 분담하게 된다. 그 구체적인 동작은 도 2의 그래프에 따른다.As described above, the two components 10 and 30 share the operation of charging or discharging the energy through the DC line as much as the difference between the amount of power the load 20 desires to receive and the amount of power produced by the dispersed power source 40 . The specific operation thereof is according to the graph of Fig.

도 2에 도시된 두 가지 그래프 중에서 하나는 에너지 저장 장치(30)를 위한 제어 그래프이고, 나머지 하나는 교류 전력망(10)을 위한 제어 그래프를 나타낸다. 이들 그래프는 DC 선로에 인가된 DC 버스 전압과 그에 대응하는 출력 전류 값의 관계로 도시되어 있다.One of the two graphs shown in FIG. 2 is a control graph for the energy storage device 30, and the other graph shows a control graph for the AC power grid 10. FIG. These graphs are shown in relation to the DC bus voltage applied to the DC line and the corresponding output current value.

동일한 동작 전압 범위 내에서 두 그래프의 기울기가 상이한 것은 두 구성 요소(10,30)가 감당하는 전력 용량이 상이한 것과 관계한다. 기울기가 작은 그래프일수록 출력 전류 범위가 큰 것을 알 수 있으며 이는 감당 가능한 전력 용량이 더욱 큰 것을 의미한다. 도 2의 경우는 교류 전력망(10)의 전력 용량이 에너지 저장 장치(30)보다 큰 경우를 예시한 것이다.The difference in the slopes of the two graphs within the same operating voltage range is related to the difference in power capacity that the two components 10,30 take up. It can be seen that the smaller the slope, the larger the output current range, which means the greater the available power capacity. In the case of FIG. 2, the power capacity of the AC power grid 10 is larger than that of the energy storage device 30.

이러한 도 2의 그래프를 참조로 하여 기존의 전압 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 드룹 제어 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다. DC 선로에 유입되는 DC 버스 신호는 동작 전압 범위(Vref ,L~Vref ,H) 이내의 전압 레벨을 가진다.Referring to the graph of FIG. 2, a conventional droop control method using a DC bus signal of a voltage variation method will be briefly described as follows. The DC bus signal flowing into the DC line has a voltage level within the operating voltage range (V ref , L to V ref , H ).

만일 DC 선로에 임의 레벨의 전압 값을 가지는 DC 버스 신호가 유입되면, 각 구성 요소(10,30)는 자신에 대응하는 그래프에서 해당 전압 값에 대응(매핑)하는 출력 전류 값에 따라 각각 동작을 하게 된다. 이때, 매핑된 해당 출력 전류 값이 양수이면 해당 전압 값과 그에 매핑된 전류 값에 의한 전력량만큼의 에너지를 DC 선로로 방출(방전)하며, 반대로 출력 전류 값이 음수이면 해당 전압 값과 그에 매핑된 전류 값에 의한 전력량만큼의 에너지를 DC 선로로부터 흡수(충전)하게 된다.If a DC bus signal having a voltage level of a certain level flows into the DC line, each of the components 10 and 30 performs an operation according to an output current value corresponding to (mapped) the corresponding voltage value in the graph corresponding to the DC bus signal . At this time, if the mapped output current value is a positive number, energy corresponding to the corresponding voltage value and the current value mapped thereto is discharged (discharged) to the DC line. Conversely, if the output current value is negative, (Charges) the energy equivalent to the amount of electric power by the current value from the DC line.

그 간단한 예로서, DC 선로에 Vref보다 큰 Vref ,H 크기의 DC 버스 신호가 유입되면 에너지 저장 장치(30) 및 교류 전력망(10)은 도 2의 각각의 그래프에서 Vref ,H에 대응하는 -I1 , max 및 -I2 , max에 따라 해당 전력량만큼을 각각 충전하는 동작을 수행하게 된다. 여기서 전압 값은 Vref ,H로 동일한 반면 매핑되는 출력 전류 값은 -I1 , max 및 -I2 , max로 상이하기 때문에 충전에 감당하는 전력은 교류 전력망(10)이 에너지 저장 장치(20)보다 더 크게 될 것이다. 이러한 충전 동작은 Vref보다 큰 크기의 DC 버스 신호에 대해서 동일한 원리로 수행된다. As a simple example, if the DC bus signal of a large V ref, H larger than V ref flowing into the DC line energy storage device 30 and the AC power grid 10 corresponds to Fig. V ref, H in each of the graphs of the two And the corresponding power amount is charged according to -I 1 , max and -I 2 , max , respectively. Since the voltage values are equal to V ref , H , while the mapped output current values are different from -I 1 , max and -I 2 , max , the power to be charged is determined by the AC power grid 10 in the energy storage device 20, . This charging operation is performed on the same principle for a DC bus signal having a magnitude larger than V ref .

반대로 Vref보다 작은 크기의 DC 버스 신호의 경우는 매핑되는 전류 값이 양수이므로 앞서와 반대 방향의 전력 흐름이 발생하는 방전 동작을 수행하게 된다. 물론, DC 선로에 Vref 크기의 DC 버스 신호가 유입되면 두 구성 요소(10,30) 모두 Vref에 매핑되는 출력 전류 값이 0이기 때문에 충전과 방전을 수행할 필요가 없게 된다.On the contrary, in the case of the DC bus signal having a magnitude smaller than V ref , since the mapped current value is positive, the discharging operation in which the power flow in the opposite direction is performed is performed. Of course, if the DC bus of the signal V ref size flows to the DC line because the two components (10,30), all of the output current value that is mapped to the V ref 0 does not need to perform charging and discharging.

본 발명의 실시예는 이상과 같은 전압 변동형 제어 방식과는 달리, 고정된 전압 레벨을 사용하는 주파수 변동형의 전력 제어 방식을 이용한다. The embodiment of the present invention uses a frequency variation type power control method using a fixed voltage level, unlike the voltage variation type control method described above.

이하에서 설명하는 본 발명의 실시예 또한 분산 전원(40)의 출력 전력이 부하(20)의 소모 전력보다 크면 교류 전력망(10)과 에너지 저장 장치(30)가 DC 선로로부터 전력을 흡수(충전)하도록 제어하며, 그 반대의 경우는 교류 전력망(10)과 에너지 저장 장치(30)가 DC 선로로 전력을 방출(방전)하도록 제어하는 원리를 기반으로 한다. 또한 교류 전력망(10)과 에너지 저장 장치(30)는 자신의 전력 용량 한도 내에서 충전과 방전을 감당하도록 설계되어 있다.The embodiment of the present invention described below also allows the AC power grid 10 and the energy storage device 30 to absorb (charge) power from the DC line when the output power of the distributed power source 40 is greater than the consumed power of the load 20, And the opposite case is based on a principle that the AC power grid 10 and the energy storage device 30 control the discharge (discharge) of power to the DC line. Also, the AC power grid 10 and the energy storage device 30 are designed to handle charging and discharging within their power capacity limits.

다만, 본 발명의 실시예는 기존의 전압 변동 방식의 DC 버스 신호와 달리, DC 버스 전압의 레벨이 고정되어 있다. 또한 본 발명의 실시예는 DC 버스 전압에 스위칭 주파수 값을 실은 DC 버스 신호를 통해 직류 그리드 시스템의 전력의 흐름 및 분산을 제어하게 된다.However, in the embodiment of the present invention, the level of the DC bus voltage is fixed, unlike the DC bus signal of the conventional voltage variation method. Embodiments of the present invention also control the flow and dispersion of power in a direct current grid system through a DC bus signal carrying a switching frequency value to the DC bus voltage.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 방법에 관하여 도 3을 참조로 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 방법을 설명하는 도면이다. Hereinafter, a power control method using a DC bus signal of a switching frequency variation type according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 is a view for explaining a power control method using a DC bus signal of a switching frequency variation type according to an embodiment of the present invention.

이러한 도 3은 전류 축과 스위칭 주파수 축에서 정의된 새로운 형태의 전력 제어 그래프 정보로서, 현재의 그리드 시스템에서 제어를 필요로 하는 전력 값에 따라 변동하는 스위칭 주파수 값과, 스위칭 주파수 값에 대응하는 각 구성 요소(10,30)의 출력 전류 값의 관계를 정의한 것이다.FIG. 3 shows a new type of power control graph information defined in the current axis and the switching frequency axis. In FIG. 3, a switching frequency value varying according to a power value requiring control in the current grid system and an angle corresponding to the switching frequency value And the output current values of the components 10 and 30 are defined.

도 3을 참조하면, 에너지 저장 장치(30)의 출력 전류 값과 스위칭 주파수 값의 대응 관계를 나타낸 제1 그래프 선과, 교류 전력망(10)의 출력 전류 값과 스위칭 주파수 값의 대응 관계를 나타낸 제2 그래프 선을 포함하고 있다. 즉, 두 그래프 중에서 하나는 에너지 저장 장치(30)를 위한 제어 그래프이고, 나머지 하나는 교류 전력망(10)을 위한 제어 그래프를 나타낸다. 이들 그래프는 현재의 전력 상태를 기초로 선택되는 스위칭 주파수 값과 그에 대응하는 출력 전류 값의 관계를 의미한다.Referring to FIG. 3, there is shown a first graph line showing a correspondence relationship between the output current value and the switching frequency value of the energy storage device 30, and a second graph line showing a correspondence relationship between the output current value and the switching frequency value of the AC power network 10. [ And a graph line. That is, one of the two graphs is a control graph for the energy storage device 30, and the other graph represents a control graph for the AC power grid 10. [ These graphs represent the relationship between the switching frequency value selected based on the current power state and the corresponding output current value.

여기서 동일한 동작 주파수 범위 내에서 두 그래프의 기울기가 상이한 것은 두 구성 요소(10,30)가 감당하는 전력 용량이 상이한 것과 관계한다. 두 구성 요소(10,30)는 고정된 크기의 DC 버스 전압으로 동작하지만 그 출력 전류 범위는 상이하다. 기울기가 작은 그래프일수록 출력 전류 범위가 큰 것을 알 수 있으며 이는 감당 가능한 전력 용량이 더욱 큰 것을 의미한다. 도 3의 경우는 교류 전력망(10)의 전력 용량이 에너지 저장 장치(30)보다 2배 가량 큰 경우를 예시한 것이다.Here, the difference in the slopes of the two graphs within the same operating frequency range is related to the difference in the power capacity that the two components 10 and 30 assume. The two components 10, 30 operate with a fixed size DC bus voltage, but their output current ranges are different. It can be seen that the smaller the slope, the larger the output current range, which means the greater the available power capacity. 3 illustrates a case where the power capacity of the AC power network 10 is twice as large as that of the energy storage device 30. [

그리고 스위칭 주파수 값의 범위(대역)는 기준 값인 fsw , ref를 기준으로 fsw ,L과 fsw ,H 사이의 값으로 정의된다. 주파수 범위는 해당 그리드 시스템에 영향이 적은 범위의 값으로 선택될 수 있다.The range (band) of the switching frequency value is defined as the value between f sw , L and f sw , H based on the reference values f sw , ref . The frequency range can be selected to have a value that is less affected by the grid system in question.

도 3의 그래프는 출력 전류 값의 증가에 따라 스위칭 주파수 값이 감소하는 형태를 가진다. 전력의 전송 방향(충전, 방전)에 따라서 스위칭 주파수 값은 기준 주파수(fsw , ref)를 기준으로 상하 변동한다. 본 실시예에서는 스위칭 주파수 값에 따라 DC 버스 전압에 실리는 리플의 주파수가 변동하게 된다.The graph of FIG. 3 has a form in which the switching frequency value decreases as the output current value increases. The switching frequency value varies up and down with reference to the reference frequency ( fsw , ref ) in accordance with the transmission direction of electric power (charging, discharging). In this embodiment, the frequency of the ripple applied to the DC bus voltage varies depending on the switching frequency value.

도 3에서 두 그래프 선 간의 교점은 스위칭 주파수 축 상의 기준 주파수 값(fsw , ref)에 위치하고 있다. 스위칭 주파수 축을 기준으로 출력 전류 방향은 반대가 되는데, 그래프는 스위칭 주파수 축을 기준으로 좌우의 음과 양의 출력 전류 구간으로 구분되는 것을 알 수 있다.In FIG. 3, the intersection point between the two graph lines is located at the reference frequency value ( fsw , ref ) on the switching frequency axis. The output current direction is reversed with respect to the switching frequency axis. It can be seen that the graph is divided into left and right output current sections based on the switching frequency axis.

이러한 도 3의 그래프를 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 방법을 설명하면 다음과 같다. DC 선로에 유입되는 DC 버스 신호는 DC 버스 전압에 스위칭 주파수 값이 스위칭 노이즈로 실린 형태를 가진다. 이 DC 버스 전압은 고정된 레벨의 전압으로서 기 정해진 기준 전압(Vref)에 해당될 수 있다.A power control method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the graph of FIG. The DC bus signal flowing into the DC line has a form in which the switching frequency value is switched by the switching noise to the DC bus voltage. This DC bus voltage may correspond to a predetermined reference voltage V ref as a fixed level voltage.

또한, 본 발명의 실시예에서 DC 버스 신호를 구성할 때에는, 부하(20)와 분산 전원(40)의 현재 전력 상태를 기초로 DC 선로에 공급할 또는 공급받을 전력 값을 연산한 다음, 연산한 전력 값에 대응하는 스위칭 주파수 값을 DC 버스 전압에 실어서 구성하도록 한다. Further, in constructing the DC bus signal in the embodiment of the present invention, after calculating the power value to be supplied to or supplied to the DC line based on the current power state of the load 20 and the distributed power source 40, So that the switching frequency value corresponding to the value is stored in the DC bus voltage.

도 3의 그래프에서 각 지점의 전류 값을 DC 버스 전압과 곱하면 각 지점에 대응하는 전력 값이 된다. 동일한 스위칭 주파수 값과 만나는 두 그래프의 지점은 각 구성 요소가 감당하는 전력 값에 대응하는 지점이다. 본 발명의 실시예는 두 구성 요소가 감당하는 전력 값의 합이 상기 연산한 전력 값과 동일하게 되는 스위칭 주파수 값을 도 3에서 선택하면 된다. 도 3의 경우 동일한 스위칭 주파수 값에 대해 교류 전력망(10)이 감당하는 전력 값이 에너지 저장 장치(30)의 그것보다 2배가량 큰 경우이다.In the graph of FIG. 3, multiplying the current value at each point by the DC bus voltage results in a power value corresponding to each point. The points of the two graphs that meet the same switching frequency value are the points corresponding to the power values that each component takes. The embodiment of the present invention selects the switching frequency value in FIG. 3 such that the sum of the power values of the two components becomes equal to the calculated power value. In the case of FIG. 3, the power value attained by the AC power grid 10 for the same switching frequency value is twice as large as that of the energy storage device 30.

DC 선로에 상기 스위칭 주파수 성분이 실린 DC 버스 신호가 유입되면, 각 구성 요소(10,30)는 DC 버스 신호에 포함된 해당 스위칭 주파수 값을 분석한 다음, 자신에 대응하는 그래프에서 해당 스위칭 주파수 값에 대응(매핑)하는 출력 전압 값에 따라 각각 동작하게 된다. 이때, 매핑된 해당 출력 전류 값이 양수이면, DC 버스 전압 값과 해당 전류 값에 의한 전력량만큼의 에너지를 DC 선로로 방출(방전)하며, 반대로 출력 전류 값이 음수이면 DC 버스 전압 값과 해당 전류 값에 의한 전력량만큼의 에너지를 DC 선로로부터 흡수(충전)하게 된다.When the DC bus signal containing the switching frequency component flows into the DC line, each of the components 10 and 30 analyzes the corresponding switching frequency value included in the DC bus signal and then calculates a corresponding switching frequency value (Mapped) to the output voltage value. In this case, if the mapped output current value is a positive value, the DC bus voltage value and the energy amount corresponding to the corresponding current value are discharged (discharged) to the DC line. Conversely, if the output current value is negative, (Charges) the energy of the amount of power by the value from the DC line.

예를 들어, DC 선로에 fsw , ref보다 높은 fsw ,H가 실린 DC 버스 신호가 유입되면 에너지 저장 장치(30) 및 교류 전력망(10)은 도 2의 각각의 그래프에서 fsw ,H에 대응하는 -I1 , max 및 -I2 , max에 따라 해당 전력량만큼을 각각 충전하는 동작을 수행하게 된다. 여기서 DC 버스 전압 값은 Vref로 동일한 반면 매핑되는 출력 전류 값은 -I1 , max 와 -I2 , max로 상이하기 때문에 감당(충전) 전력은 교류 전력망(10)이 에너지 저장 장치(20)보다 2배로 크게 된다. 이러한 충전 동작은 fsw , ref보다 높은 주파수가 실린 DC 버스 신호에 대해서 동일한 원리로 수행된다. For example, when a DC bus signal containing f sw , H higher than f sw , ref is inputted to the DC line, the energy storage device 30 and the AC power grid 10 are connected to f sw , H And charges the corresponding power amount according to the corresponding -I 1 , max and -I 2 , max , respectively. The DC bus voltage value is a handle (charging) electric power is AC power grid 10, the energy storage device 20, because the output current value that is mapped to the same, while V ref are different in -I 1, max and -I 2, max . This charging operation is performed on the same principle for a DC bus signal having frequencies higher than f sw , ref .

반대로 fsw , ref보다 낮은 스위칭 주파수가 실린 DC 버스 신호의 경우는 앞서와 반대 방향의 전력 흐름이 발생하는 방전 동작을 수행하게 된다. 물론, DC 선로에 fsw,ref가 실린 DC 버스 신호가 유입되면 두 구성 요소(10,30) 모두 fsw , ref에 매핑되는 출력 전류 값이 0이기 때문에 충전과 방전을 수행할 필요가 없게 된다.In contrast , in the case of a DC bus signal having a switching frequency lower than f sw , ref , the discharging operation is performed in such a manner that power flow occurs in the opposite direction. Of course, since the DC line f sw, when the syringe ref DC bus signal flows in the two components (10,30), both f sw, the output signal value is mapped to 0 ref is not necessary to perform a charge and discharge .

이와 같이, 본 발명의 실시예는 부하(20) 및 분산 전원(40)의 현재 전력 상태를 기초로 연산되는 전력량에 따라 DC 버스 전압에 실리는 스위칭 주파수 값을 달리 결정한다. 에너지 저장 장치(30)와 교류 전력망(10)은 DC 버스 신호에 실린 스위칭 주파수 값을 분석하여 분석된 스위칭 주파수 값에 대응하는 출력 전류 값을 추종하도록 동작된다.As such, embodiments of the present invention differently determine the switching frequency value carried by the DC bus voltage according to the amount of power computed based on the current power state of the load 20 and the distributed power supply 40. The energy storage device 30 and the AC power network 10 are operated to analyze the switching frequency value in the DC bus signal and to follow the output current value corresponding to the analyzed switching frequency value.

이러한 본 발명의 실시예는 DC 버스 신호의 전압 레벨은 변동시키지 않고 DC 버스 전압에 실리는 주파수 성분을 변동시키며, 각 구성 요소는 DC 버스 전압에 실린 주파수 성분을 분석하는 것을 통해 그에 대응하는 에너지만큼의 전력 흡수 또는 방출 동작을 수행할 수 있다.This embodiment of the present invention varies the frequency component of the DC bus voltage without changing the voltage level of the DC bus signal, The power absorbing or discharging operation can be performed.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 방법에 관하여 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 전력 제어 장치를 이용한 전력 제어 방법을 나타낸 도면이다.Hereinafter, a power control method using a DC bus signal of a switching frequency variation method in a DC grid system according to an embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a power control apparatus using a DC bus signal of a switching frequency variation type according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram illustrating a power control method using the power control apparatus shown in FIG. 4 .

본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 장치(100)는 전력 상태 수신부(110), 제어 전력 연산부(120), 주파수 선택부(130), 전력 제어부(140), 제어 정보 구축부(150)를 포함한다. The power control apparatus 100 according to the embodiment of the present invention includes a power state receiver 110, a control power calculator 120, a frequency selector 130, a power controller 140, and a control information generator 150 do.

우선, DC 그리드에서 현재의 그리드 상태에 대응하는 전력 제어를 수행하기 이전에, 본 발명의 실시예는 제어 정보 구축부(150)를 통해 도 3과 같은 전력 제어 그래프 정보를 사전에 구축하여 둔다. 도 3은 전력 값에 따라 제어되는 에너지 저장 장치(30) 및 교류 전력망(10) 각각의 출력 전류 값과 해당 출력 전류 값을 위한 스위칭 주파수 값 간의 대응 관계를 출력 전류 축과 스위칭 주파수 축 상에서 정의한 것이다. 이러한 도 3의 정보는 현재의 그리드 통신망 환경과 각 구성 요소의 용량 등을 고려하여 구축된다.First, before performing the power control corresponding to the current grid state in the DC grid, the embodiment of the present invention preliminarily constructs the power control graph information as shown in FIG. 3 through the control information construction unit 150. FIG. 3 shows the relationship between the output current value of each of the energy storage device 30 and the AC power network 10 controlled according to the power value and the switching frequency value for the corresponding output current value on the output current axis and the switching frequency axis . The information of FIG. 3 is constructed considering the current grid communication network environment and the capacity of each component.

이하의 본 발명의 실시예는 도 3에 도시된 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 사용하여 각 구성 요소 간의 전력 흐름을 효과적으로 제어한다. 이를 위해 먼저 각 구성 요소로부터 현재 전력 상태를 수집한다.The following embodiments of the present invention effectively control the power flow between each component using the DC bus signal of the switching frequency variation type shown in FIG. To do this, we first collect the current power state from each component.

즉, 전력 상태 수신부(110)는 분산 전원(40) 및 부하(20)로부터 각각의 현재 전력 상태를 DC 선로를 통해 수신한다(S510). 이러한 S510 단계에서 분산 전원(40) 및 부하(20)는 현재 전력 상태에 대응하는 스위칭 주파수 값을 DC 버스 전압에 실은 DC 버스 신호를 DC 선로를 통해 전송할 수 있다. 즉, S510 단계에서 전력 상태 수신부(110)는 DC 버스 전압에 각 구성 요소에 대한 전력 상태에 대응하는 스위칭 주파수 값이 실린 형태의 신호를 수신하고 이를 통해 각 구성 요소의 현재 전력 상태를 판단할 수 있다. That is, the power state receiving unit 110 receives the respective current power states from the distributed power source 40 and the load 20 via the DC line (S510). In this step S510, the distributed power source 40 and the load 20 can transmit the DC bus signal including the DC bus voltage to the switching frequency value corresponding to the current power state through the DC line. That is, in step S510, the power state receiving unit 110 receives a signal having a switching frequency value corresponding to the power state for each component loaded on the DC bus voltage, thereby determining the current power state of each component have.

여기서 분산 전원(40) 및 부하(20)는 전력 상태의 전송에 사용되는 스위칭 주파수 값의 스위칭 주파수 대역이 서로 상이할 수 있다. 부하(20)는 공급받고자 하는 전력량에 대응하는 스위칭 주파수 값을 DC 전압에 실어 보낼 수 있으며, 분산 전원(40)은 생산한 전력량 정보에 대응하는 스위칭 주파수 값을 DC 전압에 실어 보낼 수 있다. 이외에도 본 발명의 실시예는 에너지 저장 장치(30) 또한 자신의 저장된 전력량에 대응하는 스위칭 주파수 값을 DC 전압에 실어 보낼 수 있다.Here, the distributed power source 40 and the load 20 may have different switching frequency bands of the switching frequency values used for transmission in the power state. The load 20 can send a switching frequency value corresponding to the amount of power to be supplied to the DC voltage, and the distributed power supply 40 can send the switching frequency value corresponding to the produced amount of power information to the DC voltage. In addition, the embodiment of the present invention can also transmit the switching frequency value corresponding to the stored energy amount of the energy storage device 30 to the DC voltage.

이때, 각 구성 요소가 전력 상태 정보로 전송하는 전압 신호는 앞서와 같이 서로 상이한 주파수 대역을 사용할 수 있다. 더 상세하게는 각 구성 요소는 기 설정된 자신의 주파수 대역 내에서 현재 전력 상태에 대응하는 스위칭 주파수 값을 선택하고 이 선택한 스위칭 주파수 값을 기 설정된 DC 버스 전압에 실어 전송할 수 있다. 스위칭 주파수는 컨버터를 통해 조절할 수 있다.At this time, the voltage signals transmitted by the respective elements as the power state information can use different frequency bands as described above. More specifically, each component may select a switching frequency value corresponding to the current power state within a predetermined frequency band of its own, and transmit the selected switching frequency value by placing the selected switching frequency value on a preset DC bus voltage. The switching frequency can be controlled via a converter.

이때, 각 구성 요소 별로 전력 상태의 전송에 사용하는 스위칭 주파수 대역이 서로 상이하므로, 전력 상태 수신부(110)는 각 구성 요소로부터 수신한 DC 버스 신호에 포함된 스위칭 주파수 값을 분석하고 분석된 주파수 대역을 통하여 어떤 구성 요소의 상태 정보인지 구분할 수 있으며 분석된 스위칭 주파수 값을 이용하여 해당 구성 요소의 현재 전력 상태를 추정할 수 있다.Since the switching frequency bands used for transmission of the power state are different from each other, the power state receiving unit 110 analyzes the switching frequency value included in the DC bus signal received from each component, And the current power state of the corresponding component can be estimated by using the analyzed switching frequency value.

또한 각 구성 요소는 서로 상이한 주파수 대역을 사용하여 전력 상태를 전송하기 때문에 요소 간의 개별적인 정보 전달은 물론 한꺼번에 복수의 전력 상태 정보를 동시 전송하는 것도 가능하다. 수신 측에서는 여러 주파수 성분이 동시 수신되어도 이를 개별 분석하여 판단할 수 있음은 자명하다. 다만 각 구성 요소가 사용하는 주파수 대역은 주파수 값의 판독이 더욱 용이하도록 사용 주파수 대역 간이 일정 범위(간격)로 이격되어 설정될 수도 있다. 또한 각 구성 요소가 현재 전력 상태의 전송에 사용하는 주파수 대역은 추후 전력 제어 사용되는 주파수 대역과도 구분되는 대역으로 설정될 수도 있다.In addition, since each component transmits a power state using different frequency bands, it is possible to simultaneously transmit a plurality of power state information at the same time, as well as to transmit individual information among the elements. On the receiving side, it is obvious that even if several frequency components are simultaneously received, they can be individually analyzed and judged. However, the frequency band used by each component may be set to be spaced by a certain range (interval) between used frequency bands so that the frequency value can be read more easily. In addition, the frequency band that each component uses to transmit the current power state may be set to a band that is also separated from the frequency band in which the power control is used.

한편, 제어 전력 연산부(120)는 앞서 S510 단계에서 얻은 각 구성 요소의 현재 전력 상태에 기초하여, 에너지 저장 장치(30) 및 교류 전력망(10)이 DC 선로로 공급할 전력 값 또는 DC 선로로부터 공급받을 전력 값을 연산한다(S520). On the other hand, based on the current power state of each component obtained in the step S510, the control power calculation unit 120 calculates a control power based on the power value supplied from the energy storage device 30 and the AC power grid 10 to the DC line or from the DC line And calculates a power value (S520).

부하(20)와 분산 전원(40)의 전력 상태에 기초하여 에너지 저장 장치(30)와 교류 전력망(10)의 제어 전력 값을 연산하는 것은 공지된 방법에 해당된다. 예를 들어 분산 전원(40)의 출력전력과 부하(20)의 소모전력의 차이만큼의 전력 용량을 연산한다.The calculation of the control power values of the energy storage device 30 and the AC power network 10 based on the power state of the load 20 and the distributed power supply 40 corresponds to a known method. For example, the power capacity equivalent to the difference between the output power of the distributed power supply 40 and the consumed power of the load 20 is calculated.

다음, 상기 전력 값에 따라 변동하는 스위칭 주파수 값과 스위칭 주파수 값에 대응하는 에너지 저장 장치(30) 및 교류 전력망(10)의 출력 전류 값을 각각 정의한 도 3의 전력 제어 그래프 정보로부터 상기 연산한 전력 값에 대응하는 스위칭 주파수 값을 선택한다(S530). 즉, 전력 제어 그래프 정보를 참조하여 상기 연산된 전력 값에 대응하는 스위칭 주파수 값을 선택한다.Next, from the power control graph information of FIG. 3 which defines the output current values of the energy storage device 30 and the AC power network 10 corresponding to the switching frequency value and the switching frequency value varying according to the power value, The switching frequency value corresponding to the value is selected (S530). That is, the switching frequency value corresponding to the calculated power value is selected by referring to the power control graph information.

그 예로서, S520 단계에서 전력 값의 연산 결과, 에너지 저장 장치(30) 및 교류 전력망(10)가 상기 연산된 전력 값만큼의 에너지를 DC 선로로 공급해야 하는 경우, 연산된 전력값을 충당하기 위한 에너지 저장 장치(30) 및 교류 전력망(10)의 각각의 감당 전력을 확인한다.As an example, if the energy storage device 30 and the AC power grid 10 need to supply energy to the DC line as much as the calculated power value as a result of the calculation of the power value in step S520, The power storage device 30 and the AC power grid 10 for power consumption.

예를 들어 교류 전력망(10)과 에너지 저장 장치(30)의 총 용량이 각각 2kW 및 1kW이고, 현재 DC 선로로 공급되어야 하는 전력 값이 2kW라면, 두 구성 요소(10,20)는 도 3의 그래프에 따라 자신의 용량에 비례하는 만큼의 용량을 나누어 감당할 수 있다. 즉, 교류 전력망(10)은 2kW 중에서 1.33kW를 감당하고 에너지 저장 장치()는 나머지 0.67kW를 감당할 수 있다. 이는 설계하기에 따라 달라질 수 있으며, 상호 분담하는 용량의 비율은 그래프 선의 기울기 요소에 반영되어 있다. 도 3에서 동일한 스위칭 주파수 값과 만나는 두 그래프의 지점은 각 구성 요소가 감당하는 전력 값에 대응하는 지점임을 앞서 설명한 바 있다. 따라서 각 구성 요소에 분담된 전력 값에 대응하는 스위칭 주파수 값을 그래프에서 선택하면 된다.For example, if the total capacities of the AC power network 10 and the energy storage device 30 are 2 kW and 1 kW, respectively, and the current value to be supplied to the DC line is 2 kW, then the two components 10, According to the graph, it is possible to divide the capacity in proportion to its own capacity. That is, the AC power grid 10 can support 1.33 kW in 2 kW, and the energy storage device a can afford the remaining 0.67 kW. This can vary depending on the design, and the ratio of the mutually sharing capacity is reflected in the slope element of the graph line. In FIG. 3, the points of the two graphs meeting the same switching frequency value have been described above as points corresponding to the power values that each component receives. Therefore, the switching frequency value corresponding to the power value shared for each component can be selected from the graph.

이후, 전력 제어부(140)는 상기 선택한 스위칭 주파수 값을 DC 버스 전압에 실은 DC 버스 신호를 DC 선로에 제공하여 에너지 저장 장치(30) 및 교류 전력망(10)의 전력을 제어한다(S540). 스위칭 주파수 값에 따른 전력 제어 원리는 앞서 도 3의 그래프를 정의하면서 구체적으로 설명한 바 있다. 본 발명의 실시예에서 DC 버스 전압은 DC 선로의 정격 전압에 해당될 수 있으며 간단하게는 Vref에 해당될 수 있다.Then, the power control unit 140 controls the power of the energy storage device 30 and the AC power grid 10 by providing a DC bus signal containing the selected switching frequency value to the DC bus voltage at step S540. The power control principle according to the switching frequency value has been described in detail while defining the graph of FIG. In an embodiment of the present invention, the DC bus voltage may correspond to the rated voltage of the DC line and may simply correspond to V ref .

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 시간 영역에서 표현한 도면이다. DC 버스 신호는 Vref에 현재의 전력망 상태에 대응하는 스위칭 주파수 값을 실어 전송하는 것을 할 수 있다. 구성 요소에 대한 에너지 방출이 필요한 Powering 모드에서는 흡수가 필요한 Generating 모드보다 낮은 스위칭 주파수 값이 사용된 것을 확인할 수 있다. 또한 각각의 구성 요소는 DC 버스 신호에 실린 스위칭 주파수 값만 분석하면 그에 대응하는 전류 값을 추종함으로써 해당 전력만큼의 전력 제어를 수행할 수 있게 된다. 6 is a time domain representation of a DC bus signal of a switching frequency variation scheme according to an embodiment of the present invention. DC bus signal may be transmitted to put the switching frequency value corresponding to the current grid state to V ref. In the powering mode, which requires energy release for the component, a lower switching frequency value is used than in the Generating mode, which requires absorption. In addition, each component can perform power control corresponding to the corresponding power by following the current value corresponding to the switching frequency value analyzed in the DC bus signal alone.

이와 같이, 본 발명의 실시예는 DC 선로에 제공되는 DC 버스 신호의 전압 레벨이 아닌 스위칭 주파수 값을 현재의 전력 상태에 적합한 값으로 변동시켜서 그리드 시스템 내의 각 구성 요소가 적절한 동작점에 수렴할 수 있도록 제어할 수 있다.As described above, in the embodiment of the present invention, by changing the switching frequency value not the voltage level of the DC bus signal provided to the DC line to a value suitable for the current power state, each component in the grid system can converge to an appropriate operating point .

도 7은 본 발명의 실시예에서 디지털 제어기를 이용할 경우 주파수 분해능에 따른 DC 버스 신호의 양자화를 예시한 도면이다. 이러한 도 7은 디지털 제어기를 이용하여 양방향 전력 컨버터를 제어할 경우 발생되는 DC 버스 신호의 양자화를 실시예로 보여준 것이다.7 is a diagram illustrating quantization of a DC bus signal according to frequency resolution when a digital controller is used in an embodiment of the present invention. FIG. 7 illustrates quantization of a DC bus signal generated when a bidirectional power converter is controlled using a digital controller.

아날로그 제어기와 달리, 디지털 제어기는 주파수 분해능(해상도)에 따라 성능이 결정됨은 자명하다. 도 7에서 주파수 분해능은 Δfsw로 표현하고 있다. 이 주파수 분해능에 따라 도 3의 그래프는 도 7과 같은 형태로 양자화될 수 있다. 즉, 주파수 분해능 Δfsw에 따라 교류 전력망(10)의 AC/DC 변환기의 전류 해상도는 ΔIREC, 에너지 저장 장치(30)의 전류 해상도는 ΔIESS로 결정된다.Unlike an analog controller, it is clear that the performance of a digital controller is determined by the frequency resolution (resolution). In Fig. 7, the frequency resolution is represented by? Fsw . The graph of FIG. 3 can be quantized in the form of FIG. 7 according to this frequency resolution. That is, the current resolution of the AC / DC converter of the AC power network 10 is determined as ΔI REC and the current resolution of the energy storage device 30 is determined as ΔI ESS according to the frequency resolution Δf sw .

이상과 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 직류 그리드 시스템에서 각 요소 장비 간에 별도의 통신 선로 없이 컨버터의 스위칭 주파수 변동을 이용하여 각 구성 요소 간의 원활한 전력 정보의 교환 및 전력 흐름의 제어가 가능하며, 기존의 전압 변동형 제어 방식에 비해 왜란이나 동작 환경 변동에 강인한 정보 전달 체계를 구축할 수 있다.According to the embodiment of the present invention as described above, it is possible to smoothly exchange power information and control power flow between each component by using the switching frequency variation of the converter without a separate communication line between each element equipment in the direct current grid system, Compared with the conventional voltage fluctuation type control system, it is possible to construct an information transmission system which is robust against disturbance or fluctuation of operating environment.

즉, 본 발명에 따른 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치 및 그것을 이용한 전력 제어 방법에 따르면, 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 사용함에 따라 직류 그리드 시스템 내에서 직류 선로에 연결되어 있는 각 구성 요소의 전력 상태 정보의 전송 및 전력의 흐름을 효과적으로 제어할 수 있으며 별도의 통신 선로 없이도 기존의 DC 전력선을 이용하여 부하의 구성 요소나 동작 환경에 영향을 받지 않고 원활한 정보 교환을 수행할 수 있는 이점이 있다.That is, according to the power control apparatus using the DC bus signal of the switching frequency variation type and the power control method using the DC bus signal according to the present invention, the DC bus signal of the switching frequency variation method is used, It is possible to effectively control transmission and power flow of power state information of each component and perform smooth information exchange without being influenced by load component or operating environment by using existing DC power line without a separate communication line There is an advantage to be able to.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100: 전력 제어 장치 110: 전력 상태 수신부
120: 제어 전력 연산부 130: 주파수 선택부
140: 전력 제어부 150: 제어 정보 구축부
100: power control device 110: power state reception unit
120: Control power calculation unit 130: Frequency selection unit
140: power control unit 150: control information construction unit

Claims (10)

분산 전원, 부하, 에너지 저장 장치, 교류 전력망을 포함한 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치를 이용한 전력 제어 방법에 있어서,
상기 분산 전원 및 상기 부하의 현재 전력 상태에 기초하여, 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망이 DC 선로로 공급할 전력 값 또는 상기 DC 선로로부터 공급받을 전력 값을 연산하는 단계;
상기 전력 값에 따라 변동하는 스위칭 주파수 값과 상기 스위칭 주파수 값에 대응하는 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망의 출력 전류 값을 각각 정의한 전력 제어 그래프 정보로부터 상기 연산한 전력 값에 대응하는 스위칭 주파수 값을 선택하는 단계; 및
상기 선택한 스위칭 주파수 값을 DC 버스 전압에 실은 DC 버스 신호를 상기 DC 선로에 제공하여 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망의 전력을 제어하는 단계를 포함하는 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 방법.
A power control method using a power control device using a DC bus signal of a switching frequency variation type in a DC grid system including a distributed power source, a load, an energy storage device, and an AC power grid,
Computing a power value to be supplied to the DC line by the energy storage device and the AC power network or a power value to be supplied from the DC line based on the current power state of the distributed power source and the load;
A switching frequency value corresponding to the calculated power value is calculated from power control graph information defining a switching frequency value varying according to the power value and an output current value of the energy storage device and the AC power network corresponding to the switching frequency value, Selecting; And
And controlling the power of the energy storage device and the AC power grid by providing a DC bus signal that includes the selected switching frequency value to the DC bus voltage to the DC line, A power control method using the power control method.
청구항 1에 있어서,
상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망은,
상기 DC 선로에 제공된 상기 DC 버스 신호로부터 상기 스위칭 주파수 값을 분석하여 상기 분석한 스위칭 주파수 값에 대응하는 출력 전류 값을 각각 추종하도록 구동되는 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the energy storage device and the AC power grid comprise:
And a DC bias control unit for controlling the DC bias signal of the DC grid signal based on the switching frequency of the DC bus signal, Control method.
청구항 1에 있어서,
상기 전력 값에 따라 제어되는 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망 각각의 출력 전류 값과 상기 스위칭 주파수 값 간의 대응 관계를 출력 전류 축과 스위칭 주파수 축 상에서 정의한 상기 전력 제어 그래프 정보를 구축하는 단계를 더 포함하는 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 방법.
The method according to claim 1,
And constructing the power control graph information defining a corresponding relationship between the output current value of each of the energy storage device and the AC power network controlled based on the power value and the switching frequency value on an output current axis and a switching frequency axis A power control method using a DC bus signal with a switching frequency variation method in a DC grid system.
청구항 3에 있어서,
상기 전력 제어 그래프 정보는,
상기 출력 전류 값의 증가에 따라 상기 스위칭 주파수 값이 감소하는 형태를 가지되, 상기 에너지 저장 장치의 출력 전류 값과 상기 스위칭 주파수 값의 대응 관계를 나타낸 제1 그래프 선과, 상기 교류 전력망의 출력 전류 값과 상기 스위칭 주파수 값의 대응 관계를 나타낸 제2 그래프 선을 포함하며,
상기 제1 및 제2 그래프 선 간의 교점은 상기 스위칭 주파수 축 상에 위치하고, 상기 스위칭 주파수 축을 기준으로 양과 음의 출력 전류 구간으로 구분되는 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 방법.
The method of claim 3,
The power control graph information includes:
A first graph line representing a relationship between an output current value of the energy storage device and the switching frequency value and having a shape in which the switching frequency value decreases with an increase in the output current value; And a second graph line representing a correspondence relationship between the switching frequency values,
A power control using a DC bus signal of a switching frequency variation type in a DC grid system in which an intersection point between the first and second graph lines is located on the switching frequency axis and is divided into positive and negative output current sections based on the switching frequency axis; Way.
청구항 1에 있어서,
상기 분산 전원, 상기 부하, 상기 에너지 저장 장치는,
상기 현재 전력 상태에 대응하는 스위칭 주파수 값을 DC 버스 전압에 실은 DC 버스 신호를 DC 선로를 통해 전송하되, 상기 전력 상태의 전송에 사용되는 스위칭 주파수 값의 스위칭 주파수 대역이 서로 상이하며,
상기 전력 제어 장치는,
상기 분산 전원, 상기 부하, 상기 에너지 저장 장치로부터 각각 수신한 DC 버스 신호의 스위칭 주파수 값을 분석하여 그에 대응하는 각각의 상기 현재 전력 상태를 추정하는 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 방법.
The method according to claim 1,
The distributed power source, the load, and the energy storage device,
Wherein a DC bus signal carrying a switching frequency value corresponding to the current power state is transmitted through a DC line in a DC bus voltage, the switching frequency bands of switching frequency values used for transmission in the power state differ from each other,
The power control device includes:
A DC bus signal of a switching frequency variation type in a DC grid system that analyzes a switching frequency value of a DC bus signal received from the distributed power source, the load, and the energy storage device, respectively, and estimates each of the current power states corresponding thereto, Power control method using.
분산 전원, 부하, 에너지 저장 장치, 교류 전력망을 포함한 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치에 있어서,
상기 분산 전원 및 상기 부하의 현재 전력 상태에 기초하여, 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망이 DC 선로로 공급할 전력 값 또는 상기 DC 선로로부터 공급받을 전력 값을 연산하는 제어 전력 연산부;
상기 전력 값에 따라 변동하는 스위칭 주파수 값과 상기 스위칭 주파수 값에 대응하는 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망의 출력 전류 값을 각각 정의한 전력 제어 그래프 정보로부터 상기 연산한 전력 값에 대응하는 스위칭 주파수 값을 선택하는 스위칭 주파수 선택부; 및
상기 선택한 스위칭 주파수 값을 DC 버스 전압에 실은 DC 버스 신호를 상기 DC 선로에 제공하여 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망의 전력을 제어하는 전력 제어부를 포함하는 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치.
A power control apparatus using a DC bus signal of a switching frequency variation type in a DC grid system including a distributed power source, a load, an energy storage device, and an AC power grid,
A control power calculator for calculating a power value to be supplied to the DC line by the energy storage device and the AC power network or a power value to be supplied from the DC line based on the current power state of the distributed power source and the load;
A switching frequency value corresponding to the calculated power value is calculated from power control graph information defining a switching frequency value varying according to the power value and an output current value of the energy storage device and the AC power network corresponding to the switching frequency value, A switching frequency selection unit for selecting the switching frequency; And
And a power control unit for controlling the power of the energy storage device and the AC power grid by providing a DC bus signal including the selected switching frequency value to a DC bus voltage on the DC bus line. In the DC grid system, Power control device using signal.
청구항 6에 있어서,
상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망은,
상기 DC 선로에 제공된 상기 DC 버스 신호로부터 상기 스위칭 주파수 값을 분석하여 상기 분석한 스위칭 주파수 값에 대응하는 출력 전류 값을 각각 추종하도록 구동되는 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치.
The method of claim 6,
Wherein the energy storage device and the AC power grid comprise:
And a DC bias control unit for controlling the DC bias signal of the DC grid signal based on the switching frequency of the DC bus signal, controller.
청구항 6에 있어서,
상기 전력 값에 따라 제어되는 상기 에너지 저장 장치 및 상기 교류 전력망 각각의 출력 전류 값과 상기 스위칭 주파수 값 간의 대응 관계를 출력 전류 축과 스위칭 주파수 축 상에서 정의한 상기 전력 제어 그래프 정보를 구축하는 제어 정보 구축부를 더 포함하는 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치.
The method of claim 6,
A control information construction unit for constructing the power control graph information defining the correspondence between the output current values of the energy storage device and the AC power network and the switching frequency value on the output current axis and the switching frequency axis, A power control apparatus using a DC bus signal of a switching frequency variation type in a DC grid system further including a power control unit.
청구항 8에 있어서,
상기 전력 제어 그래프 정보는,
상기 출력 전류 값의 증가에 따라 상기 스위칭 주파수 값이 감소하는 형태를 가지되, 상기 에너지 저장 장치의 출력 전류 값과 상기 스위칭 주파수 값의 대응 관계를 나타낸 제1 그래프 선과, 상기 교류 전력망의 출력 전류 값과 상기 스위칭 주파수 값의 대응 관계를 나타낸 제2 그래프 선을 포함하며,
상기 제1 및 제2 그래프 선 간의 교점은 상기 스위칭 주파수 축 상에 위치하고, 상기 스위칭 주파수 축을 기준으로 양과 음의 출력 전류 구간으로 구분되는 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치.
The method of claim 8,
The power control graph information includes:
A first graph line representing a relationship between an output current value of the energy storage device and the switching frequency value and having a shape in which the switching frequency value decreases with an increase in the output current value; And a second graph line representing a correspondence relationship between the switching frequency values,
A power control using a DC bus signal of a switching frequency variation type in a DC grid system in which an intersection point between the first and second graph lines is located on the switching frequency axis and is divided into positive and negative output current sections based on the switching frequency axis; Device.
청구항 6에 있어서,
상기 분산 전원, 상기 부하, 상기 에너지 저장 장치는,
상기 현재 전력 상태에 대응하는 스위칭 주파수 값을 DC 버스 전압에 실은 DC 버스 신호를 DC 선로를 통해 전송하되, 상기 전력 상태의 전송에 사용되는 스위칭 주파수 값의 스위칭 주파수 대역이 서로 상이하며,
상기 전력 제어 장치는,
상기 분산 전원, 상기 부하, 상기 에너지 저장 장치로부터 각각 수신한 DC 버스 신호의 스위칭 주파수 값을 분석하여 그에 대응하는 각각의 상기 현재 전력 상태를 추정하는 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 DC 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치.
The method of claim 6,
The distributed power source, the load, and the energy storage device,
Wherein a DC bus signal carrying a switching frequency value corresponding to the current power state is transmitted through a DC line in a DC bus voltage, the switching frequency bands of switching frequency values used for transmission in the power state differ from each other,
The power control device includes:
A DC bus signal of a switching frequency variation type in a DC grid system that analyzes a switching frequency value of a DC bus signal received from the distributed power source, the load, and the energy storage device, respectively, and estimates each of the current power states corresponding thereto, Power control apparatus using power.
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