KR20160141591A - 전력 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

전력망의 전압 편차 및 손실이 최소화되도록 전력을 제어하는 전력 제어 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 전력 제어 시스템의 엘리먼트는 전력을 출력하는 분산 전원, 부하 및 전력 조절 장치를 포함한다. 여기서, 상기 전력 조절 장치는 상기 부하에서 소모되는 전력의 양을 고려하여 전력을 방출하거나 흡수한다.

Description

전력 제어 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING A POWER}
본 발명은 전력 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력망의 손실을 최소화시키는 전력 제어 시스템 및 방법, 특히 마이크로 그리도 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전력 제어 시스템 중 하나로서 직류 마이크로 그리드는 하기 도 1에 도시된 구조를 가진다.
도 1은 종래의 직류 마이크로 그리드의 구조를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 직류 마이크로 그리드는 복수의 엘리먼트들(100, 102 및 104)을 포함한다.
엘리먼트들(100, 102 및 104)은 각기 다른 엘리먼트로 전력을 제공하거나 다른 엘리먼트로부터 전력을 흡수한다. 그러나, 종래 기술에서는 엘리먼트들(100, 102 및 104)의 전력 조절 장치들의 내부 임피던스가 고정되어 있으며, 그 결과 상기 전력 조절 장치들에 의한 부하의 전력 분담률이 일정하게 결정된다. 따라서, 엘리먼트들 사이의 전력망(선로)에 큰 전류가 흐르게 될 수 있으며, 이로 인하여 전력망에 전압 편차 및 손실이 상당하게 된다. 결과적으로, 전력망의 안정성이 저하될 수 있다.
한국공개특허공보 제2014-0022107호 (공개일 : 2014년 2월 21일)
본 발명은 전력망의 전압 편차 및 손실이 최소화되도록 전력을 제어하는 전력 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 일 태양에 따른 전력 제어 시스템의 엘리먼트는 전력을 출력하는 분산 전원; 부하; 및 전력 조절 장치를 포함한다. 여기서, 상기 전력 조절 장치는 상기 부하에서 소모되는 전력의 양을 고려하여 전력을 방출하거나 흡수한다.
다른 태양에 따르면, 전력 제어 시스템의 엘리먼트에 사용되는 전력 조절 장치는 전력 제어 시스템의 엘리먼트에 사용되는 전력 조절 장치는 방출 모드인 경우, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압이 상기 전력 제어 시스템의 다른 엘리먼트들에 포함된 다른 전력 조절 장치들의 출력 전압들과 비교하여 최소 전압인지를 판단하는 최소 전압 판단기; 상기 출력 전압이 상기 최소 전압이 아닌 경우, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 최소 전압의 차이에 해당하는 출력값 또는 상기 최소 전압이 전력망이 허용하는 허용 최소 전압보다 작은 경우 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 허용 최소 전압의 차이에 해당하는 출력값을 출력하는 임피던스 제어기; 상기 출력값과 상기 최소 전압에 해당하는 설계치 중 하나를 가상 임피던스로 결정하는 출력 전압 지령값 결정기; 및 상기 결정된 가상 임피던스를 고려하여 상기 전력 조절 장치의 출력 전압을 가변시키는 출력 전압 제어기를 포함한다.
또 다른 태양에 따르면, 전력 제어 시스템의 엘리먼트에 사용되는 전력 조절 장치는 흡수 모드인 경우, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압이 상기 전력 제어 시스템의 다른 엘리먼트들에 포함된 다른 전력 조절 장치들의 출력 전압들과 비교하여 최대 전압인지를 판단하는 최대 전압 판단기; 상기 출력 전압이 상기 최대 전압이 아닌 경우, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 최대 전압의 차이에 해당하는 출력값 또는 상기 최대 전압이 전력망이 허용하는 허용 최대 전압보다 큰 경우 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 허용 최대 전압의 차이에 해당하는 출력값을 출력하는 임피던스 제어기; 상기 출력값과 상기 최대 전압에 해당하는 설계치 중 하나를 가상 임피던스로 결정하는 출력 전압 지령값 결정기; 및 상기 결정된 가상 임피던스를 고려하여 상기 전력 조절 장치의 출력 전압을 가변시키는 출력 전압 제어기를 포함한다.
또 다른 태양에 따르면, 전력 조절 장치 제어 방법은 전력 조절 장치의 출력 전압을 이용하여 부하가 필요로 하는 전력을 추정하는 단계; 및 분산 전원으로부터 출력된 전력과 상기 추정된 전력의 차이에 해당하는 전력을 방출하거나 공급하도록 상기 전력 조절 장치를 제어하는 단계를 포함한다.
또 다른 태양에 따르면, 엘리먼트들에 포함된 전력 조절 장치들의 출력 전압들을 상기 엘리먼트들이 공유하는 전력 제어 시스템을 제어하는 방법은 방출 모드인 경우, 해당 전력 조절 장치의 출력 전압이 상기 공유된 출력 전압들과 비교하여 최소 전압인지를 판단하는 단계; 상기 출력 전압이 상기 최소 전압이 아닌 경우, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 최소 전압의 차이에 해당하는 출력값 또는 상기 최소 전압이 전력망이 허용하는 허용 최소 전압보다 작은 경우 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 허용 최소 전압의 차이에 해당하는 출력값과 상기 최소 전압에 해당하는 설계치 중 하나를 가상 임피던스로 결정하는 단계; 및 상기 결정된 가상 임피던스를 고려하여 상기 전력 조절 장치의 출력 전압을 가변시켜 상기 전력 조절 장치의 출력 전압을 제어하는 단계를 포함한다.
또 다른 태양에 따르면, 엘리먼트들에 포함된 전력 조절 장치들의 출력 전압들을 상기 엘리먼트들이 공유하는 전력 제어 시스템을 제어하는 방법은 흡수 모드인 경우, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압이 상기 공유된 출력 전압들과 비교하여 최대 전압인지를 판단하는 단계; 상기 출력 전압이 상기 최대 전압이 아닌 경우, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 최대 전압의 차이에 해당하는 출력값 또는 상기 최대 전압이 전력망이 허용하는 허용 최대 전압보다 큰 경우 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 허용 최대 전압의 차이에 해당하는 출력값과 상기 최대 전압에 해당하는 설계치 중 하나를 가상 임피던스로 결정하는 단계; 및 상기 결정된 가상 임피던스를 고려하여 상기 전력 조절 장치의 출력 전압을 가변시켜 상기 전력 조절 장치이 출력 전압을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 전력 제어 시스템 및 방법은 부하를 고려하여 전력 조절 장치에서 출력하거나 흡수하는 전력을 예를 들어 가상 임피던스를 가변시키는 방법을 이용하여 제어하므로, 전력망을 통하여 흐르는 전류가 최소화될 수 있다. 따라서, 전력망의 전압 편차 및 손실이 최소화될 수 있다.
도 1은 종래의 직류 마이크로 그리드의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 조절 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 도 4의 제어 방법이 적용된 엘리먼트들을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡수/방출 모드 설정을 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 11은 도 6의 제어 방법에 따른 마이크로 그리드에서의 전력 제어를 도시한 도면들이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
본 발명은 전력 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 전력망의 전압 편차 및 손실을 최소화하는 전력 제어 시스템 및 방법, 특히 직류 마이크로 그리드 및 이의 전력 제어 방법을 제안한다. 상기 직류 마이크로 그리드는 전력 계통 연계형 마이크로 그리드 및 독립형 직류 마이크로 그리드를 포함하며, 상기 전력 제어 방법은 모든 마이크로 그리드에 적용 가능하다.
일 실시예에 따르면, 본 실시예의 전력 제어 시스템은 가상 임피던스를 가변시키는 방법으로 인접한 지역의 전력 수요 관리를 독립적으로 수행하여 불필요하게 발생할 수 있는 전력망의 전압 편차와 손실을 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 제어 시스템은 해당 부하에 따라 전력 조절 장치(전력 변환 장치)의 출력 전압을 제어하여 상기 출력 전압에 해당하는 전력이 해당 엘리먼트(Element)에서 모두 소비될 수 있도록 제어할 수 있다. 즉, 각 엘리먼트들이 각기 전력을 자체 내에서 모두 소비하므로, 전력망(엘리먼트들 사이의 선로)으로 전류가 흐르지 않을 수 있다. 여기서, 상기 엘리먼트는 특정 지역에 설치되는 전력 제어 장치이며, 예를 들어 빌딩 내에 설치되는 전력 제어 장치일 수 있다.
이하, 본 발명의 전력 제어 시스템 및 방법의 다양한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다. 다만, 전력 제어 시스템은 설명의 편의를 위하여 마이크로 그리드 시스템으로 가정하겠다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 조절 장치를 도시한 도면이다. 상기 전력 제어 시스템이 2개 이상의 엘리먼트들을 포함하나, 설명의 편의를 위하여 2개의 엘리먼트들만을 도시하였다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 전력 제어 시스템은 엘리먼트들(200 및 202) 및 제어기(204)를 포함한다.
엘리먼트들(200 및 202)은 제어기(204)와 교신하며, 제어기(204)의 제어에 따라 독립적으로 전력을 제어한다. 실제적으로는, 각 엘리먼트(200 및 202)의 전력 조절 장치들(214 및 224)이 해당 엘리먼트(200 또는 202)의 전력을 제어할 수 있다.
각 엘리먼트들(200 및 202)은 분산 전원(210 또는 220), 전력 조절 장치(214 또는 224) 및 부하(212 또는 222)를 포함할 수 있다.
분산 전원(210 또는 220)은 전원을 공급하는 장치로서, 예를 들어 태양 전지 등과 같은 발전기일 수 있다.
전력 조절 장치(214 및 224)는 제어기(204)의 제어에 따라 전력을 방출하거나 흡수하는 장치로서, 예를 들어 가상 임피던스를 가변시키는 방식으로 전력을 방출하거나 흡수할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전력 조절 장치(214 또는 224)는 예를 들어 교류 전원(300), 변환부(302) 및 제어부(304)를 포함할 수 있다.
변환부(302)는 제어기(204)에 의해 제어되는 제어부(304)의 제어에 따라 교류 전원 또는 분산 전원을 전압으로 변환하는 역할을 수행한다. 변환부(302)로부터 출력된 전압은 해당 엘리먼트(200 또는 202)의 노드(n1 또는 n2)로 공급된다.
일 실시예에 따르면, 전력 조절 장치(214 및 224)는 해당 엘리먼트(200 또는 202)의 부하(212 또는 222)의 양을 고려하여 전력을 방출하거나 흡수할 수 있다. 바람직하게는, 전력 조절 장치(214 또는 224)는 분산 전원(210 또는 220)이 공급하는 전력과 부하(212 또는 222)가 소모하는 전력의 차이에 해당하는 양만큼 전력을 방출하거나 흡수할 수 있다. 즉, IPGate1=ILoad1-IDG1이 되고 IPGate2=ILoad2-IDG2가 되도록 전력이 제어될 수 있다.
결과적으로, 각 엘리먼트(200 및 202)의 전력이 자체적으로 모두 소모가 되기 때문에, 예를 들어 엘리먼트(200)로부터 엘리먼트(202)로 전력이 공급되지 않을 수 있다. 즉, 전력망의 저항(R1)을 통하여 흐르는 전류(IR1)가 흐르지 않을 수 있다.
한편, 제어기(204) 또는 해당 엘리먼트(200 또는 202)의 전력 조절 장치(214 또는 224)는 해당 노드(n1 또는 n2)의 전압(VPCC1 또는 VPCC2)을 통하여 부하(212 또는 222)의 양을 추정하고, 전력 조절 장치(214 또는 224)가 상기 추정 결과에 따라 원하는 전력을 방출 또는 흡수할 수 있다. 이 때, 전력 조절 장치(214 또는 224)는 가상 임피던스를 가변시키는 방법을 통하여 전력을 조절한다.
정리하면, 본 실시예의 전력 제어 시스템은 각 엘리먼트들(200 및 202)이 가상 임피던스를 가변시키는 방법을 통하여 독립적으로 전력을 모두 소모하도록 제어할 수 있다.
종래의 전력 제어 시스템은 엘리먼트들을 독립적으로 제어하지 않고 전력 조절 장치가 일정한 내부 임피던스에 기초하여 고정적인 전력을 공급하였기 때문에, 전력망의 저항을 통하여 전류가 상당히 흐르며, 따라서 전력망의 전압 편차 및 손실이 상당히 발생한다.
반면에, 본 실시예의 전력 제어 시스템은 각 엘리먼트들(200 및 202)이 독립적으로 전력을 소모하므로, 전력망을 통하여 전류가 흐르지 않으며, 그 결과 전력망의 전압 편차 및 손실이 발생하지 않을 수 있다.
물론, 전력 조절 장치(214 또는 224)의 정격 출력 한계로 인하여 전력망으로 작은 전류가 흐를 수는 있으나 최소화시킨다. 즉, 본 실시예의 전력 제어 시스템은 엘리먼트들(200 및 202)을 독립적으로 전력 제어하여 전력망의 전압 편차 및 손실을 최소화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 방법을 도시한 순서도이고, 도 5는 도 4의 제어 방법이 적용된 엘리먼트들을 도시한 도면이다. 전력 제어 시스템은 설명의 편의를 위하여 3개의 엘리먼트들(200, 202 및 500)을 포함하는 것으로 가정한다.
도 4를 참조하면, 제어기는 각 엘리먼트들(200, 202 및 500)의 노드들(n1, n2 및 n3)의 전압(노드 전압)들, 즉 전력 조절 장치들의 출력 전압들을 검출한다(S400). 여기서, 상기 노드 전압은 해당 엘리먼트로부터 검출되어 상기 제어기로 전송될 수 있으며, 모든 엘리먼트들(200, 202 및 500)이 상기 출력 전압들을 공유할 수 있다.
이어서, 상기 제어기는 상기 출력 전압들을 통하여 각 엘리먼트들의 부하를 추정할 수 있다(S402). 한편, 단계 S402는 생략될 수 있다.
계속하여, 상기 제어기는 제어 명령을 각 엘리먼트들(200, 202 및 500)로 전송하고, 엘리먼트들(200, 202 및 500)은 상기 제어기의 명령에 따라 가상 임피던스를 조정하여 해당 전력 조절 장치(P-Gate)의 출력 전압을 제어할 수 있다.
이러한 전력 조절 장치(P-Gate)의 출력 전력 과정을 포함한 해당 엘리먼트(200, 202 및 500)의 전력 제어는 각 엘리먼트들(200, 202 및 500)에서 독립적으로 수행되며, 특히 해당 엘리먼트들(200, 202 및 500)에서 전력 소모가 모두 이루어질 수 있다.
예를 들어, 도 5의 엘리먼트1(200)을 살펴보면, 제 1 분산 전원(210, DG1)은 30kW를 출력하고 제 1 부하(212, Load1)이 50kW를 소모하므로, 제 1 전력 조절 장치(214, P-Gate1)는 엘리먼트1(200)에서 전력이 모두 소모되도록 20kW를 방출시킨다. 결과적으로, 엘리먼트1(200)에서 모든 전력이 소모되므로, 전력이 인접한 엘리먼트2(202)로 흐르지 않는다.
도 5의 엘리먼트2(202)를 살펴보면, 제 2 분산 전원(220, DG2)은 30kW를 출력하고 제 2 부하(222, Load2)가 80kW를 소모하므로, 제 2 전력 조절 장치(224, P-Gate2)는 엘리먼트2(202)에서 전력이 모두 소모되도록 50kW를 방출시킨다. 결과적으로, 엘리먼트2(202)에서 모든 전력이 소모되므로, 전력이 인접한 엘리먼트(200 및 500)로 흐르지 않는다. 전압 측면에서 살펴보면, 엘리먼트들(200 및 202)에서 각기 전력이 모두 소모되므로, 전력망의 전압 편차 및 손실이 발생하지 않을 수 있다.
이하, 예를 들어 마이크로 그리드에 적용될 수 있는 실제 전력 제어 방법을 살펴보겠다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 방법을 도시한 순서도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡수/방출 모드 설정을 도시한 도면이다. 도 8 내지 도 11은 도 6의 제어 방법에 따른 마이크로 그리드에서의 전력 제어를 도시한 도면들이다.
도 6을 참조하면, 제어기는 통신을 통하여 각 엘리먼트들의 전력 조절 장치들의 출력 전압들, 즉 노드들의 전압들(VPCC1‥‥VPCCn)을 획득하고, 각 엘리먼트들은 상기 출력 전압들을 공유한다(S600).
이어서, 상기 제어기 또는 해당 전력 조절 장치의 모드 판단기는 상기 직류 출력 전압들의 평균 전압(Vavg)과 정격 전압(Vnom)을 비교하여 방출 모드인지 흡수 모드인지를 결정한다(S602). 구체적으로는, 상기 모드 판단기는 도 7에 도시된 바와 같이 평균 전압(Vavg)이 정격 전압(Vnom)보다 작으면 전력망의 발전량보다 부하량이 큰 것이기 때문에 전력 조절 장치가 전력을 방출하는 방출 모드로 결정하고, 평균 전압(Vavg)이 정격 전압(Vnom)보다 크면 전력망의 발전량보다 부하량이 작기 때문에 전력 조절 장치가 전력을 흡수하는 흡수 모드로 결정한다.
한편, 상기 모드 판단기가 모드를 결정하면, 모든 엘리먼트들은 동일한 모드로 동작할 수 있으며, 따라서 특정 엘리먼트가 다른 엘리먼트들과 다른 모드로 동작하는 것을 방지할 수 있다.
계속하여, 상기 모드 판단기가 방출 모드로 결정하면, 해당 엘리먼트의 최소 전압 판단기는 해당 전력 조절 장치의 출력 전압이 다른 전력 조절 장치들의 출력 전압들과 비교하여 최소 전압인 지를 판단한다(S604).
최소 전압인 경우, 상기 최소 전압 판단기는 가상 임피던스를 설계치로 결정한다(S606).
반면에, 최소 전압이 아닌 경우, 해당 전력 조절 장치의 출력 전압이 해당 제 1 임피던스 제어기로 입력된다(S610).
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 임피던스 제어기는 상기 입력된 출력 전압과 상기 최소 전압의 차이를 합산부를 통하여 구하여 전압 제어기로 입력하고, 상기 전압 제어기는 상기 구해진 차이에 해당하는 값을 출력한다(S612). 즉, 상기 제 1 임피던스 제어기는 상기 입력된 출력 전압과 상기 최소 전압의 차이에 해당하는 값을 출력값으로 출력한다.
다른 실시예에 따르면, 해당 엘리먼트의 최소 전압 제한기는 상기 공유된 출력 전압들 중 최소 전압이 전력망이 허용하는 허용 최소 전압(VMIN)보다 작은 경우 허용 최소 전압(VMIN)을 상기 제 1 임피던스 제어기로 입력하고, 상기 제 1 임피던스 제어기는 상기 입력된 출력 전압과 허용 최소 전압(VMIN)의 차이에 해당하는 값을 출력값으로 출력한다(S612). 즉, 상기 전력 제어 시스템은 전력망의 최소 전압이 전력망의 허용 최소 전압(VMIN) 보다 작아지면 가상 임피던스를 감소시켜 해당 전력 조절 장치의 출력 전압을 증가시켜 전력망의 전압이 지속적으로 하강하는 것을 방지할 수 있다.
이러한 제 1 임피던스 제어기를 이용하면, 해당 전력 조절 장치의 출력 전압이 허용 최소 전압(VMIN)으로 수렴하도록 할 수 있다. 전체 전력망에서 살펴보면, 상기 엘리먼트들의 출력 전압들이 모두 허용 최소 전압(VMIN)으로 수렴하게 될 수 있다.
한편, 상기 모드 판단기가 흡수 모드로 결정하면, 해당 엘리먼트의 최대 전압 판단기는 해당 전력 조절 장치의 출력 전압이 다른 전력 조절 장치들의 출력 전압들과 비교하여 최대 전압인 지를 판단한다(S620).
최대 전압인 경우, 상기 최대 전압 판단기는 가상 임피던스를 설계치로 결정한다(S606).
반면에, 최대 전압이 아닌 경우, 해당 전력 조절 장치의 출력 전압이 해당 제 2 임피던스 제어기로 입력된다(S624).
일 실시예에 따르면, 상기 제 2 임피던스 제어기는 상기 입력된 출력 전압과 상기 최대 전압의 차이를 합산부를 통하여 구하여 전압 제어기로 입력하고, 상기 전압 제어기는 상기 구해진 차이에 해당하는 값을 출력한다(S626). 즉, 상기 임피던스 제어기는 상기 입력된 출력 전압과 상기 최대 전압의 차이에 해당하는 값을 출력값으로 출력한다.
다른 실시예에 따르면, 해당 엘리먼트의 최대 전압 제한기가 상기 공유된 출력 전압들 중 최대 전압이 전력망이 허용하는 허용 최대 전압(VMAX)보다 큰 경우 허용 최대 전압(VMAX)을 상기 제 2 임피던스 제어기로 입력하고, 상기 제 2 임피던스 제어기는 상기 입력된 출력 전압과 허용 최대 전압(VMAX)의 차이에 해당하는 값을 출력값으로 출력한다(S626). 즉, 상기 전력 제어 시스템은 전력망의 최대 전압이 전력망의 허용 최대 전압(VMAX) 보다 크면 가상 임피던스를 증가시켜 해당 전력 조절 장치의 출력 전압을 감소시켜 전력망의 전압이 지속적으로 상승하는 것을 방지할 수 있다.
이러한 제 2 임피던스 제어기를 이용하면, 해당 전력 조절 장치의 출력 전압이 허용 최대 전압(VMAX)으로 수렴하도록 할 수 있다. 전체 전력망에서 살펴보면, 상기 엘리먼트들의 출력 전압들이 모두 허용 최대 전압(VMAX)으로 수렴하게 될 수 있다.
이어서, 해당 엘리먼트의 출력 전압 지령값 결정기는 제 1 임피던스 제어기의 출력값, 제 2 임피던스 제어기의 출력값 및 설계치 중 하나를 가상 임피던스로 결정하며, 상기 결정된 가상 임피던스에 출력 전류를 곱하여 구해진 곱셈값을 정격 전압(Vnom)에서 빼준다(S614). 이렇게 구해진 값이 해당 엘리먼트의 지령치가 되며, 출력 전압 제어기가 상기 전력 조절 장치의 출력 전압이 상기 지령치에 수렴하도록 제어한다.
이러한 전력 제어 방법을 이용하면, 전력망, 즉 선로를 통하여 흐르는 전류가 최소화될 수 있다.
한편, 최소 전압 판단기, 최대 전압 판단기, 최소 전압 제한기, 최대 전압 제한기, 제 1 임피던스 제어기, 제 2 임피던스 제어기, 출력 전압 지령값 결정기, 출력 전압 제어기는 해당 엘리먼트의 전력 조절 장치의 제어부에 포함될 수 있다. 상기 제어부는 모드 판단기를 더 포함할 수 있다.
위의 전력 제어 방법에 따른 다양한 전력 제어의 예를 살펴보겠다.
도 8을 참조하면, 엘리먼트들은 모두 방출 모드로 동작하고 있으며, 인접 부하에 전력을 공급하고 있다. 구체적으로는, 전력 조절 장치들(P-Gate1, P-Gate2 및 P-Gate3)로부터 방출된 전력은 해당 부하(Load1, Load2 또는 Load3)에서 모두 소모되고 있다. 따라서, 엘리먼트들 사이의 선로의 저항(R1 및 R2)을 통하여 전류가 흐르지 않으며, 그 결과 선로에서의 전력 손실이 없다.
도 9를 참조하면, 엘리먼트들은 모두 흡수 모드로 동작하고 있으며, 인접 발전기의 여분의 전력을 흡수하고 있다. 구체적으로는, 해당 부하(Load1, Load2 또는 Load3)에서 소모되는 전을 제외한 분산 전원(DG1, DG2 또는 DG3)로부터 출력된 전력이 전력 조절 장치들(P-Gate1, P-Gate2 및 P-Gate3)로 흡수된다. 따라서, 엘리먼트들 사이의 선로의 저항(R1 및 R2)을 통하여 전류가 흐르지 않으며, 그 결과 선로에서의 전력 손실이 없다.
도 10을 참조하면, 전력 조절 장치들(P-Gate1, P-Gate2 및 P-Gate3)의 정격 출력이 50kW로 제한되고 있고, 방출 모드로 동작하고 있다. 이 때, 이러한 전력 조절 장치(P-Gate1)의 전력 제한으로 인하여 부하(Load1)로 충분한 전력이 공급되지 못한다. 이 경우, 엘리먼트2로부터 여분의 전력이 엘리먼트1으로 공급된다. 즉, 선로를 통하여 전류가 흘러서 선로의 전력 손실이 발생되기는 하나, 최소화된 전력 손실이 발생한다.
도 11을 참조하면, 전력 조절 장치들(P-Gate1, P-Gate2 및 P-Gate3)의 정격 출력이 50kW로 제한되고 있고, 흡수 모드로 동작하고 있다. 이 때, 이러한 전력 조절 장치(P-Gate1)의 전력 제한으로 인하여 부하(Load1)의 소모 전력을 제외한 분산 전원(DG1)의 여분의 전력이 전력 조절 장치(P-Gate1)로 흡수하지 못하고 있다. 이 경우, 상기 여분의 전력은 전력이 부족한 엘리먼트2로 흡수된다. 즉, 선로를 통하여 전류가 흘러서 선로의 전력 손실이 발생되기는 하나, 최소화된 전력 손실이 발생한다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
200 : 엘리먼트1 202 : 엘리먼트2
210, 220, 510 : 분산 전원 212, 222, 512 : 부하
214, 224, 514 : 전력 조절 장치 300 : 분산 전원
302 : 변환부 304 : 제어부
500 : 엘리먼트3

Claims (13)

  1. 전력 제어 시스템의 엘리먼트에 있어서,
    전력을 출력하는 분산 전원;
    부하; 및
    전력 조절 장치를 포함하되,
    상기 전력 조절 장치는 상기 부하에서 소모되는 전력의 양을 고려하여 전력을 방출하거나 흡수하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템의 엘리먼트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전력 제어 시스템은 직류 마이크로 그리드이고, 상기 분산 전원에서 출력된 전력과 상기 전력 조절 장치에서 방출하거나 흡수한 전력의 차이에 해당하는 전력이 상기 부하에서 소모되어 인접 엘리먼트로 제공되거나 상기 인접 엘리먼트로부터 흡수되는 전력이 0인 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템의 엘리먼트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전력 조절 장치의 정격 출력이 제한되는 경우, 상기 분산 전원으로부터 출력된 전력과 상기 정격 출력에 해당하는 전력의 차이로부터 상기 부하에서 소모되는 전력을 차감한 전력이 다른 엘리먼트로 공급되거나 상기 다른 엘리먼트로부터 흡수되는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템의 엘리먼트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전력 조절 장치는 가상 임피던스를 가변시켜 상기 전력을 출력하거나 흡수하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템의 엘리먼트.
  5. 전력 제어 시스템의 엘리먼트에 사용되는 전력 조절 장치에 있어서,
    방출 모드인 경우, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압이 상기 전력 제어 시스템의 다른 엘리먼트들에 포함된 다른 전력 조절 장치들의 출력 전압들과 비교하여 최소 전압인지를 판단하는 최소 전압 판단기;
    상기 출력 전압이 상기 최소 전압이 아닌 경우, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 최소 전압의 차이에 해당하는 출력값 또는 상기 최소 전압이 전력망이 허용하는 허용 최소 전압보다 작은 경우 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 허용 최소 전압의 차이에 해당하는 출력값을 출력하는 임피던스 제어기;
    상기 출력값과 상기 최소 전압에 해당하는 설계치 중 하나를 가상 임피던스로 결정하는 출력 전압 지령값 결정기; 및
    상기 결정된 가상 임피던스를 고려하여 상기 전력 조절 장치의 출력 전압을 가변시키는 출력 전압 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 조절 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 모든 전력 조절 장치들의 출력 전압들이 상기 전력 조절 장치 모두에 공유되며, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압이 상기 공유된 출력 전압들과 비교하여 상기 최소 전압인 경우 상기 출력 전압을 가상 임피던스로 결정하되,
    상기 출력 전압 지령값 결정기는 상기 결정된 가상 임피던스와 상기 전력 조절 장치의 출력 전류를 곱하여 구해진 곱셈값과 정격 전압의 차이를 지령치로 결정하며, 상기 출력 전압 제어기는 상기 전력 조절 장치의 출력 전압이 상기 지령치에 수렴하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 조절 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 직류 변환 장치는 직류 마이크로 그리드에 사용되되,
    상기 공유된 출력 전압들의 평균 전압과 정격 전압을 비교하여 방출 모드인지 흡수 모드인지를 결정하는 모드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 조절 장치.
  8. 전력 제어 시스템의 엘리먼트에 사용되는 전력 조절 장치에 있어서,
    흡수 모드인 경우, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압이 상기 전력 제어 시스템의 다른 엘리먼트들에 포함된 다른 전력 조절 장치들의 출력 전압들과 비교하여 최대 전압인지를 판단하는 최대 전압 판단기;
    상기 출력 전압이 상기 최대 전압이 아닌 경우, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 최대 전압의 차이에 해당하는 출력값 또는 상기 최대 전압이 전력망이 허용하는 허용 최대 전압보다 큰 경우 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 허용 최대 전압의 차이에 해당하는 출력값을 출력하는 임피던스 제어기;
    상기 출력값과 상기 최대 전압에 해당하는 설계치 중 하나를 가상 임피던스로 결정하는 출력 전압 지령값 결정기; 및
    상기 결정된 가상 임피던스를 고려하여 상기 전력 조절 장치의 출력 전압을 가변시키는 출력 전압 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 조절 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 모든 전력 조절 장치들의 출력 전압들이 상기 전력 조절 장치 모두에 공유되며, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압이 상기 공유된 출력 전압들과 비교하여 상기 최대 전압인 경우 상기 출력 전압을 가상 임피던스로 결정하되,
    상기 출력 전압 지령값 결정기는 상기 결정된 가상 임피던스와 상기 전력 조절 장치의 출력 전류를 곱하여 구해진 곱셈값과 정격 전압의 차이를 지령치로 결정하며, 상기 출력 전압 제어기는 상기 전력 조절 장치의 출력 전압이 상기 지령치에 수렴하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 조절 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 직류 변환 장치는 직류 마이크로 그리드에 사용되되,
    상기 공유된 출력 전압들의 평균 전압과 정격 전압을 비교하여 방출 모드인지 흡수 모드인지를 결정하는 모드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 조절 장치.
  11. 전력 조절 장치의 출력 전압을 이용하여 부하가 필요로 하는 전력을 추정하는 단계; 및
    분산 전원으로부터 출력된 전력과 상기 추정된 전력의 차이에 해당하는 전력을 방출하거나 공급하도록 상기 전력 조절 장치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 조절 장치 제어 방법.
  12. 엘리먼트들에 포함된 전력 조절 장치들의 출력 전압들을 상기 엘리먼트들이 공유하는 전력 제어 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    방출 모드인 경우, 해당 전력 조절 장치의 출력 전압이 상기 공유된 출력 전압들과 비교하여 최소 전압인지를 판단하는 단계;
    상기 출력 전압이 상기 최소 전압이 아닌 경우, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 최소 전압의 차이에 해당하는 출력값 또는 상기 최소 전압이 전력망이 허용하는 허용 최소 전압보다 작은 경우 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 허용 최소 전압의 차이에 해당하는 출력값과 상기 최소 전압에 해당하는 설계치 중 하나를 가상 임피던스로 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 가상 임피던스를 고려하여 상기 전력 조절 장치의 출력 전압을 가변시켜 상기 전력 조절 장치의 출력 전압을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템 제어 방법.
  13. 엘리먼트들에 포함된 전력 조절 장치들의 출력 전압들을 상기 엘리먼트들이 공유하는 전력 제어 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    흡수 모드인 경우, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압이 상기 공유된 출력 전압들과 비교하여 최대 전압인지를 판단하는 단계;
    상기 출력 전압이 상기 최대 전압이 아닌 경우, 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 최대 전압의 차이에 해당하는 출력값 또는 상기 최대 전압이 전력망이 허용하는 허용 최대 전압보다 큰 경우 상기 전력 조절 장치의 출력 전압과 상기 허용 최대 전압의 차이에 해당하는 출력값과 상기 최대 전압에 해당하는 설계치 중 하나를 가상 임피던스로 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 가상 임피던스를 고려하여 상기 전력 조절 장치의 출력 전압을 가변시켜 상기 전력 조절 장치이 출력 전압을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템 제어 방법.





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