KR20180032957A

KR20180032957A - 분산형 전원에 연계된 전력변환장치 및 분산형 전원이 연계된 전력계통의 안정화 방법

Info

Publication number: KR20180032957A
Application number: KR1020160122321A
Authority: KR
Inventors: 최인규; 우주희; 김병철; 마삼선
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-04-02

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 분산형 전원에 연계된 전력변환장치는, 전력계통의 전압 및 주파수를 측정하는 측정부와, 측정된 전압 및 주파수에 기초하여 제1 유효전력 제어값을 생성하고 유효전력 제어값 및 측정된 전압에 기초하여 제1 무효전력 제어값을 생성하는 제1 제어부와, 측정된 주파수에 기초하여 제2 유효전력 제어값을 생성하고 측정된 전압에 기초하여 제2 무효전력 제어값을 생성하는 제2 제어부와, 전력계통에 연계되는 분산형 전원의 독립운전 정보에 따라 제1 제어부를 활성화시키거나 제2 제어부를 활성화시키는 입력부와, 제1 제어부가 활성화될 경우에 제1 유효전력 제어값에 기초하여 유효전력 증분 신호를 생성하고 제1 무효전력 제어값에 기초하여 무효전력 증분 신호를 생성하고 제2 제어부가 활성화될 경우에 제2 유효전력 제어값에 기초하여 유효전력 증분 신호를 생성하고 제2 무효전력 제어값에 기초하여 무효전력 증분 신호를 생성하는 출력부를 포함할 수 있다.

Description

분산형 전원에 연계된 전력변환장치 및 분산형 전원이 연계된 전력계통의 안정화 방법 {Power Conversion System connected to distributed energy resource and method for stablilzing electric power system}

본 발명은 분산형 전원에 연계된 전력변환장치 및 분산형 전원이 연계된 전력계통의 안정화 방법에 관한 것이다.

전력변환장치(Power Conversion System, PCS)는 전력계통과 발전소의 사이를 오가는 전력을 변환시켜서 발전소를 전력계통에 연계시킬 수 있으며, 최근 전력변환장치는 분산형 전원에 연계되어 사용되고 있다.

통상 분산형 전원은 신재생에너지를 전기에너지로 변환하면서 발전하는데, 환경변동에 민감한 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 분산형 전원에 연계되는 전력계통의 불안정성은 커지고 있다. 이러한 불안정성은 분산형 전원이 계통에서 탈락되는 현상을 유발하여 전력계통의 불안정성을 더욱 증폭시킬 수 있다.

이에 따라, 배전선로 말단의 전압상승, 역조류 등의 불언정 요인이 상승할 수 있으며, 전력장치의 손상위험 및 전력계통의 안전문제가 대두되고 있다.

등록특허공보 10-1375812호

본 발명의 일 실시 예는, 분산형 전원의 출력변동에 따른 전력계통의 불안정성을 감소시킬 수 있는 분산형 전원에 연계된 전력변환장치 및 분산형 전원이 연계된 전력계통의 안정화 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 분산형 전원에 연계된 전력변환장치는, 전력계통의 전압 및 주파수를 측정하는 측정부; 상기 측정부에 의해 측정된 전압 및 주파수에 기초하여 제1 유효전력 제어값을 생성하고, 상기 유효전력 제어값 및 상기 측정부에 의해 측정된 전압에 기초하여 제1 무효전력 제어값을 생성하는 제1 제어부; 상기 측정부에 의해 측정된 주파수에 기초하여 제2 유효전력 제어값을 생성하고, 상기 측정부에 의해 측정된 전압에 기초하여 제2 무효전력 제어값을 생성하는 제2 제어부; 상기 전력계통에 연계되는 분산형 전원의 독립운전 정보에 따라 상기 제1 제어부를 활성화시키거나 상기 제2 제어부를 활성화시키는 입력부; 및 상기 제1 제어부가 활성화될 경우에 상기 제1 유효전력 제어값에 기초하여 유효전력 증분 신호를 생성하고 상기 제1 무효전력 제어값에 기초하여 무효전력 증분 신호를 생성하고, 상기 제2 제어부가 활성화될 경우에 상기 제2 유효전력 제어값에 기초하여 유효전력 증분 신호를 생성하고 상기 제2 무효전력 제어값에 기초하여 무효전력 증분 신호를 생성하는 출력부; 를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 분산형 전원이 연계된 전력계통의 안정화 방법은, 전력계통의 전압 및 주파수를 측정하는 단계; 상기 전력계통에 연계되는 분산형 전원의 독립운전 정보를 확인하는 단계; 상기 분산형 전원이 독립운전 정보가 제1 값일 경우, 측정된 전압 및 주파수에 기초하여 제1 유효전력 제어값을 생성하고, 상기 유효전력 제어값 및 측정된 전압에 기초하여 제1 무효전력 제어값을 생성하는 단계; 상기 분산형 전원이 독립운전 정보가 제2 값일 경우, 측정된 주파수에 기초하여 제2 유효전력 제어값을 생성하고, 측정된 전압에 기초하여 제2 무효전력 제어값을 생성하는 단계; 상기 제1 또는 제2 유효전력 제어값에 기초하여 유효전력 증분 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제1 또는 제2 무효전력 제어값에 기초하여 무효전력 증분 신호를 생성하는 단계; 를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 분산형 전원에 연계된 전력변환장치는, 분산형 전원의 출력변동에 따른 전력계통의 불안정성을 감소시킬 수 있으며, 탈전압운전 또는 탈주파수운전을 통해 분산형 전원이 전력계통에서 분리되지 않도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산형 전원에 연계된 전력변환장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 전력변환장치, 전력계통 및 분산형 전원의 연계구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산형 전원에 연계된 전력변환장치에 포함되는 제어기를 예시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력변환장치에 포함되는 MPPT 제어부를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산형 전원이 연계된 전력계통 안정화 방법을 나타낸 순서도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산형 전원에 연계된 전력변환장치를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 분산형 전원(300)에 연계된 전력변환장치(100)는, 측정부(110), 제1 제어부(120), 제2 제어부(130), 입력부(140) 및 출력부(150)를 포함할 수 있으며, 제3 제어부(160), 완기동부(170) 및 MPPT 제어부(180)를 더 포함할 수 있다.

상기 전력변환장치(100)는 다양한 제어원리에 따른 복수의 유효전력 제어값 및 복수의 무효전력 제어값 중에서 선택적으로 출력하여 전력계통(200) 및 분산형 전원(300)의 불안정성을 감소시킬 수 있다.

측정부(110)는 전력계통(200)의 전압 및 주파수를 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 측정부(110)는 전력계통(200)의 인입구에 설치된 계기용변압기를 통해 전압 및 주파수를 측정할 수 있다.

제1 제어부(120)는 측정부(110)에 의해 측정된 전압 및 주파수에 기초하여 제1 유효전력 제어값을 생성하고, 유효전력 제어값 및 측정부(110)에 의해 측정된 전압에 기초하여 제1 무효전력 제어값을 생성할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 제어부(120)는 △V-P제어, △F-P제어, P-Q제어 및 △V-Q 제어를 수행하여 전력계통(200)을 안정화시킬 수 있다.

제2 제어부(130)는 측정부(110)에 의해 측정된 주파수에 기초하여 제2 유효전력 제어값을 생성하고, 측정부(110)에 의해 측정된 전압에 기초하여 제2 무효전력 제어값을 생성할 수 있다. 상기 제2 유효전력 제어값 및 제2 무효전력 제어값은 분산형 전원(300)이 전력계통(200)으로부터 탈락하거나 탈락될 위험이 있을 때 전력계통(200)을 안정화시킬 수 있다.

상기 제2 제어부(130)는 측정부(110)에 의해 측정된 주파수 및 전압 이외의 다른 제어입력 또는 제어논리를 추가로 활용하여 유효전력 제어값 및 무효전력 제어값을 출력함으로써, 제1 제어부(120)와 다른 원리로 생성된 제어값들을 출력할 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 제어부(130)는 비례적분제어(PI제어)논리에 측정부(110)에 의해 측정된 주파수 및 전압을 적용하여 전력계통(200)의 전압 및 주파수가 일정하게 조절되도록 하는 유효전력 제어값 및 무효전력 제어값을 생성할 수 있다.

입력부(140)는 전력계통(200)에 연계되는 분산형 전원(300)의 독립운전 정보에 따라 제1 제어부(120)를 활성화시키거나 제2 제어부(130)를 활성화시킬 수 있다.

제1 제어부(120)가 활성화될 경우 제1 유효전력 제어값 및 제1 무효전력 제어값이 전력계통(200)의 안정화에 활용될 수 있으며, 제2 제어부(130)가 활성화될 경우 제2 유효전력 제어값 및 제2 무효전력 제어값이 전력계통(200)의 안정화에 활용될 수 있다.

분산형 전원(300)이 전력계통(200)으로부터 탈락되거나 탈락될 위험이 있을 때의 전력계통(200)은 정상 상태의 전력계통(200)보다 불안정하다. 따라서, 상기 입력부(140)는 전력계통(200)의 불안정성에 따라 전력계통(200)의 안정화를 위한 제어논리를 다르게 할 수 있다. 이에 따라, 전력변환장치(100)는 분산형 전원의 출력변동에 따른 전력계통의 불안정성을 감소시킬 수 있다.

한편, 독립운전 정보는 분산형 전원(300)이 전력계통(200)으로부터 탈락되거나 탈락될 위험이 있는지 여부에 따라 다른 값을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 입력부(140)는 전력변환장치(100)의 사용자 입력 또는 전력계통(200) 관리자로부터의 정보 수신을 통해 상기 독립운전 정보를 생성할 수 있다.

예를 들어, 상기 입력부(140)는 측정부(110)에 의해 측정된 전압이 소정의 정상 전압범위 외이거나 측정부(110)에 의해 측정된 주파수가 소정의 정상 주파수범위 외일 경우에 분산형 전원(300)이 전력계통(200)으로부터 탈락되거나 탈락될 위험이 있다고 판단할 수 있다. 이때, 상기 입력부(140)는 제2 제어부(130)를 활성화시켜서 전력계통(200)의 안정성을 향상시킬 수 있다.

소정의 정상 전압범위는 110V 내지 264V일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 소정의 정상 주파수범위는 59.3Hz 내지 60.5Hz일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

출력부(150)는 제1 제어부(120)가 활성화될 경우에 제1 유효전력 제어값에 기초하여 유효전력 증분 신호를 생성하고 제1 무효전력 제어값에 기초하여 무효전력 증분 신호를 생성할 수 있다.

또한, 상기 출력부(150)는 제2 제어부(130)가 활성화될 경우에 제2 유효전력 제어값에 기초하여 유효전력 증분 신호를 생성하고 제2 무효전력 제어값에 기초하여 무효전력 증분 신호를 생성할 수 있다.

여기서, 유효전력 증분 신호 및 무효전력 증분 신호는 인버터(102), 컨버터(103) 및 MPPT 제어부(180) 중 적어도 하나의 동작을 제어할 수 있다. 상기 인버터(102)는 전력계통(200)의 유효전력 및 무효전력을 제어함으로써, 전력계통(200)의 불안정성을 감소시킬 수 있다.

전력변환장치(100)는 유효전력 증분 신호에 따라 전력계통(200)뿐만 아니라 분산형 전원(300)으로 출력되는 유효전력을 변경시킬 수 있으며, 무효전력 증분 신호에 따라 전력계통(200)뿐만 아니라 분산형 전원(300)으로 출력되는 무효전력을 변경시킬 수 있다.

제3 제어부(160)는 유효전력 제어신호에 기초하여 제3 유효전력 제어값을 생성하고, 무효전력 제어신호에 기초하여 제3 무효전력 제어값을 생성할 수 있다. 여기서, 유효전력 제어신호 및 무효전력 제어신호는 전력변환장치(100)의 사용자 입력에 따라 생성되거나 외부로부터 수신될 수 있다. 즉, 상기 제3 제어부(160)는 전력변환장치(100)의 사용자 또는 전력계통(200) 관리자의 수동 제어에 따라 제3 유효전력 제어값 및 제3 무효전력 제어값을 생성할 수 있다.

또한, 상기 유효전력 제어신호 및 무효전력 제어신호는 입력부(140)를 통해 입력될 수 있다. 상기 유효전력 제어신호 및 무효전력 제어신호가 입력될 경우, 상기 입력부(140)는 제1 또는 제2 제어부(120, 130)를 비활성화시키고 제3 제어부(160)를 활성화시킬 수 있다.

완기동부(170)는 입력부(140)의 활성화 대상이 변경될 때 소정의 시간 동안 활성화되고, 생성된 유효전력 증분 신호 및 무효전력 증분 신호의 변화율을 소정의 변화율 이하로 제한할 수 있다. 전력계통(200)에 적용되는 제어논리가 변경될 경우, 전력계통(200)은 일시적으로 더욱 불안정할 수 있다. 완기동부(170)가 유효전력 증분 신호 및 무효전력 증분 신호의 변화율을 제한함으로써, 전력계통(200)의 일시적인 불안정성은 감소할 수 있다.

MPPT 제어부(180)는 제1, 제2 또는 제3 유효전력 제어값 및 제1, 제2 또는 제3 무효전력 제어값에 기초하여 분산형 전원(180)의 최대전력점추종(Maximum Power Point Tracking) 제어를 수행할 수 있다. 분산형 전원(180)의 최대전력점추종 제어에 따라, 분산형 전원(180)의 출력효율은 향상될 수 있다.

도 2는 전력변환장치, 전력계통 및 분산형 전원의 연계구조를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 상기 연계구조는 전력변환장치(100), 분산형 전원(300), 배터리(400) 및 EMS(500)를 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 전력변환장치(100)는 PLC(101), 인버터(102), 컨버터(103) 및 MPPT 제어부(180)를 포함할 수 있다.

PLC(Programmable Logic Controller, 101)는 인입구에 설치된 계기용변압기(220)로부터 측정된 전압(V) 및 주파수(Hz)에 기초하여 유효전력 제어값 및 무효전력 제어값을 계산할 수 있다. 예를 들어, 상기 PLC(101)는 제어로직을 계산할 수 있는 다수의 프로그램을 포함할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 예는 도 3을 참조하여 후술한다.

인버터(102)는 PLC(101)에 의해 계산된 유효전력 제어값 및 무효전력 제어값에 기초하여 전력변환장치 출구(233)의 유효전력 및 무효전력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 인버터(102)는 양방향으로 전달되는 전력에 대해 전압변환 동작을 수행할 수 있으며, 인버터(102)에 포함되는 다수의 스위치를 제어하는 신호를 생성하는 DSP(Digital Signal Processor)를 포함할 수 있다.

컨버터(103)는 전력변환장치 출구(233)와 배터리(400)와 분산형 전원(300)의 사이에서 양방향으로 전달되는 전력에 대해 전압변환 동작을 수행할 수 있다.

도 2를 참조하면, 전력계통은 주상변압기(210), 계기용변압기(220), 가정용부하 출구(231), 거래용부하 출구(232) 및 전력변환장치 출구(233)를 포함할 수 있으며, 거래용부하(241) 및 가정용부하(242)에 연결될 수 있다.

분산형 전원(300)은 태양력에너지, 풍력에너지 및 수력에너지와 같은 신재생에너지를 전기에너지로 변환하면서 발전할 수 있다.

배터리(400)는 에너지저장장치(Energy Storage System, ESS)로 구현될 수 있으며, 다수의 축전지 또는 큰 축전지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 다수의 축전지 또는 큰 축전지는 약 50%의 충전량(State of Charge, SOC)을 유지할 수 있다.

EMS(500)는 전력변환장치(100)를 원격으로 제어하기 위한 통신신호를 생성하여 전력변환장치(100)로 송신하고, 전력변환장치(100)의 전력변환 결과를 포함하는 신호를 수신할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산형 전원에 연계된 전력변환장치에 포함되는 제어기를 예시하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 전력변환장치(100)는 측정부에 대응되는 111a 로직(111a), 111b 로직(111b), 112a 로직(112a) 및 112b 로직(112b)을 포함할 수 있고, 제1 제어부에 대응되는 121a 로직(121a), 121b 로직(121b), 121c 로직(121c), 121d 로직(121d), 122a 로직(122a), 122b 로직(122b), 122c 로직(122c), 122d 로직(122d), 123a 로직(123a), 123b 로직(123b) 및 124로직(124)을 포함할 수 있고, 제2 및 제3 제어부에 대응되는 제1 비례적분제어기(131a), 제2 비례적분제어기(131b), 132a 로직(132a), 132b 로직(132b), 161a 로직(161a), 161b 로직(161b), 162a 로직(162a), 162b 로직(162b), 163a 로직(163a), 163b 로직(163b), 164a 로직(164a), 164b 로직(164b), 165a 로직(165a) 및 165b 로직(165b)을 포함할 수 있고, 141 로직(141), 151a 로직(151a), 151b 로직(151b), 171a 로직(171a) 및 171b 로직(171b)을 더 포함할 수 있다.

111a 로직(111a)은 60Hz의 주파수에서 제1 계기용변압기(221)에 의해 측정된 주파수를 감산한 주파수(△F)를 출력할 수 있다.

111b 로직(111b)은 220Vac의 전압에서 제2 계기용변압기(222)에 의해 측정된 전압를 감산한 전압(△V)를 출력할 수 있다.

112a 로직(112a)은 주파수(△F)의 절대값이 0.05Hz보다 클 때 주파수(F)를 출력하고 주파수(F)의 절대값이 0.05Hz 이하일 때 주파수(△F)를 출력하지 않을 수 있다.

112b 로직(112b)은 전압(V)의 절대값이 2V보다 클 때 전압(△V)을 출력하고 전압(V)의 절대값이 2V이하일 때 전압(△V)을 출력하지 않을 수 있다.

121a 로직(121a)은 전압(△V)이 -10V보다 작을 때 전압(△V)에서 10V를 감산한 값에 대응되는 제1 값을 출력할 수 있다.

121b 로직(121b)은 주파수(△F)가 -0.1Hz보다 작을 때 주파수(△F)에서 0.1Hz를 감산한 값에 대응되는 제2 값을 출력할 수 있다.

121c 로직(121c)은 전압(△V)이 -5V보다 작을 때 전압(△V)에서 5V를 감산한 값에 대응되는 제3 값을 출력할 수 있고, 전압(△V)이 5V보다 클 때 전압(△V)에서 5V를 가산한 값에 대응되는 제3 값을 출력할 수 있다. 여기서, 상기 제3 값은 상기 제1 값보다 작을 수 있다.

121d 로직(121d)은 주파수(△F)에 대응되는 제4 값을 출력할 수 있으며, 전력계통의 역률을 제어할 수 있다.

122a 로직(122a)은 전압(△V)과 c의 비교결과에 따라 제1 값을 출력하거나 0을 출력할 수 있다. 상기 c는 9V일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

122b 로직(122b)은 주파수(△F)와 d의 비교결과에 따라 제2 값을 출력하거나 0을 출력할 수 있다.

122c 로직(122c)은 전압(△V)과 b의 비교결과에 따라 제3 값을 출력하거나 0을 출력할 수 있다. 상기 b는 4V일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

122d 로직(122d)은 전압(△V)과 b의 비교결과에 따라 제4 값을 출력하거나 0을 출력할 수 있다.

123a 로직(123a)은 122a 로직(122a)의 출력과 122b 로직(122b)의 출력의 합을 출력하여 유효전력 제어값을 출력할 수 있다.

123b 로직(123b)은 122c 로직(122c)의 출력과 122d 로직(122d)의 출력의 합을 출력하여 무효전력 제어값을 출력할 수 있다.

124 로직(124)은 전력변환장치 출구(233)의 유효전력과 계수 a의 곱을 출력할 수 있다. 상기 계수 a는 95%의 역률일 때 0.204일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

제1 비례적분제어기(131a)는 PI제어를 수행하여 전력계통의 주파수가 60Hz에 가까워지게 하는 유효전력 제어값을 출력할 수 있다.

제2 비례적분제어기(131b)는 PI제어를 수행하여 전력계통의 전압이 220V에 가까워지게 하는 무효전력 제어값을 출력할 수 있다.

132a 로직(132a)은 분산형 전원의 독립운전 정보에 기초하여 123a 로직(123a)의 출력값을 출력하거나 제1 비례적분제어기(131a)의 출력값을 출력할 수 있다.

132b 로직(132b)은 분산형 전원의 독립운전 정보에 기초하여 123b 로직(123b)의 출력값을 출력하거나 제2 비례적분제어기(131b)의 출력값을 출력할 수 있다.

141 로직(141)은 과전압 및 저전압 등 다양한 보호신호(입력3)를 입력 받을 수 있다.

151a 로직(151a)은 141 로직(141)의 보호신호(입력3)의 입력 여부에 따라 132a 로직(132a)의 출력값을 출력하거나 0을 출력할 수 있다.

151b 로직(151b)은 141 로직(141)의 보호신호(입력3)의 입력 여부에 따라 132b 로직(132b)의 출력값을 출력하거나 0을 출력할 수 있다.

161a 로직(161a)은 유효전력 제어신호(입력1)를 입력 받을 수 있으며, 상기 유효전력 제어신호의 입력 지속 시간에 대응되는 값을 출력할 수 있다.

161b 로직(161b)은 무효전력 제어신호(입력2)를 입력 받을 수 있으며, 상기 무효전력 제어신호의 입력 지속 시간에 대응되는 값을 출력할 수 있다.

162a 로직(162a)은 주파수(△F)와 K_F 값의 곱을 출력할 수 있다.

162b 로직(162b)은 전압(△V)과 K_V 값의 곱을 출력할 수 있다.

163a 로직(163a)은 161a 로직(161a)의 출력값과 162a 로직(162a)의 출력값의 합을 출력할 수 있다.

163b 로직(163b)은 161b 로직(161b)의 출력값과 162b 로직(162b)의 출력값의 합을 출력할 수 있다.

161a 로직(161a), 162a 로직(162a) 및 163a 로직(163a)은 하기의 수학식 1로 정리될 수 있다. 여기서, IN_P는 상기 유효전력 제어신호이고, P3는 163a 로직(163a)의 출력값이다.

161b 로직(161b), 162b 로직(162b) 및 163b 로직(163b)은 하기의 수학식 2로 정리될 수 있다. 여기서, IN_Q는 상기 무효전력 제어신호이고, Q3는 163b 로직(163b)의 출력값이다.

164a 로직(164a)은 유효전력 제어신호(입력1)의 입력 여부에 따라 다른 값을 출력할 수 있다.

164b 로직(164b)은 무효전력 제어신호(입력2)의 입력 여부에 따라 다른 값을 출력할 수 있다.

165a 로직(165a)는 164a 로직(164a)의 출력값에 따라 123a 로직(123a)의 출력값을 출력하거나 163a 로직(163a)의 출력값을 출력할 수 있다.

165b 로직(165b)은 164b 로직(164b)의 출력값에 따라 123b 로직(123b)의 출력값을 출력하거나 163b 로직(163b)의 출력값을 출력할 수 있다.

171a 로직(171a)은 151a 로직(151a)의 출력값의 변화율(P Rate)을 소정의 변화율이하로 제한할 수 있다.

171b 로직(171b)은 151b 로직(151b)의 출력값의 변화율(Q Rate)을 소정의 변화율이하로 제한할 수 있다.

이처럼, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력변환장치(100)는 다양한 제어로직을 포함하여 복수의 유효전력 제어값 및 복수의 무효전력 제어값을 생성하고, 생성된 제어값들 중에서 선택적으로 출력하여 전력계통 및 분산형 전원의 불안정성을 감소시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력변환장치에 포함되는 MPPT 제어부를 예시하는 도면이다.

도 4를 참조하면, MPPT 제어부(181)는 분산형 전원의 출력값(입력)과 제1 내지 제3 제어부의 출력 중 하나(Pref)의 합을 출력하는 제1 MPPT 제어기(181)와, 제1 MPPT 제어기(181)의 출력과 제2 계기용변성기(191)의 측정값의 차를 출력하여 분산형 전원의 출력을 제어할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산형 전원이 연계된 전력계통 안정화 방법을 나타낸 순서도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산형 전원이 연계된 전력계통 안정화 방법은, 전력계통의 전압 및 주파수를 측정하는 단계(S10), 상기 전력계통에 연계되는 분산형 전원의 독립운전 정보를 확인하는 단계(S20), △V-P/△F-P/△V-Q/P-Q 제어하는 단계(S30), PI 제어하는 단계(S40), 유효전력 제어신호 및 무효전력 제어신호를 입력 여부를 확인하는 단계(S50), 능동 운전하는 단계(S60) 및 수동 운전하는 단계(S70)를 포함할 수 있다.

△V-P/△F-P/△V-Q/P-Q 제어하는 단계(S30)에서 전력변환장치는 상기 분산형 전원이 독립운전 정보가 제1 값일 경우에 제1 유효전력 제어값 및 제1 무효전력 제어값을 생성할 수 있다.

PI 제어하는 단계(S40)에서 전력변환장치는 상기 분산형 전원이 독립운전 정보가 제2 값일 경우에 제2 유효전력 제어값 및 제2 무효전력 제어값을 생성할 수 있다.

능동 운전하는 단계(S60)에서 전력변환장치는 유효전력 제어신호 및 무효전력 제어신호가 입력되지 않을 경우에 상기 제1 또는 제2 유효전력 제어값에 기초하여 유효전력 증분 신호를 생성하고 상기 제1 또는 제2 무효전력 제어값에 기초하여 무효전력 증분 신호를 생성할 수 있다.

수동 운전하는 단계(S70)에서 전력변환장치는 유효전력 제어신호 및 무효전력 제어신호가 입력될 경우에 제3 무효전력 제어값 및 제3 유효전력 제어값을 생성할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

100: 전력변환장치
110: 측정부
120: 제1 제어부
130: 제2 제어부
140: 입력부
150: 출력부
160: 제3 제어부
170: 완기동부
180: MPPT 제어부

Claims

전력계통의 전압 및 주파수를 측정하는 측정부;
상기 측정부에 의해 측정된 전압 및 주파수에 기초하여 제1 유효전력 제어값을 생성하고, 상기 유효전력 제어값 및 상기 측정부에 의해 측정된 전압에 기초하여 제1 무효전력 제어값을 생성하는 제1 제어부;
상기 측정부에 의해 측정된 주파수에 기초하여 제2 유효전력 제어값을 생성하고, 상기 측정부에 의해 측정된 전압에 기초하여 제2 무효전력 제어값을 생성하는 제2 제어부;
상기 전력계통에 연계되는 분산형 전원의 독립운전 정보에 따라 상기 제1 제어부를 활성화시키거나 상기 제2 제어부를 활성화시키는 입력부; 및
상기 제1 제어부가 활성화될 경우에 상기 제1 유효전력 제어값에 기초하여 유효전력 증분 신호를 생성하고 상기 제1 무효전력 제어값에 기초하여 무효전력 증분 신호를 생성하고, 상기 제2 제어부가 활성화될 경우에 상기 제2 유효전력 제어값에 기초하여 유효전력 증분 신호를 생성하고 상기 제2 무효전력 제어값에 기초하여 무효전력 증분 신호를 생성하는 출력부; 를 포함하는 분산형 전원에 연계된 전력변환장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 또는 제2 유효전력 제어값 및 상기 제1 또는 제2 무효전력 제어값에 기초하여 상기 분산형 전원의 최대전력점추종 제어를 수행하는 MPPT 제어부를 더 포함하는 분산형 전원에 연계된 전력변환장치.
제1항에 있어서,
상기 입력부의 활성화 대상이 변경될 때 소정의 시간 동안 활성화되고, 상기 유효전력 증분 신호 및 상기 무효전력 증분 신호의 변화율을 소정의 변화율이하로 제한하는 완기동부를 더 포함하는 분산형 전원에 연계된 전력변환장치.
제1항에 있어서,
유효전력 제어신호에 기초하여 제3 유효전력 제어값을 생성하고, 무효전력 제어신호에 기초하여 제3 무효전력 제어값을 생성하는 제3 제어부를 더 포함하고,
상기 입력부는 상기 유효전력 제어신호 및 무효전력 제어신호를 입력받아 상기 제3 제어부로 전달하고, 상기 유효전력 제어신호 및 무효전력 제어신호를 입력받을 경우에 상기 제1 또는 제2 제어부를 비활성화시키고 상기 제3 제어부를 활성화시키고,
상기 출력부는 상기 제3 제어부가 활성화될 경우에 상기 제3 유효전력 제어값에 기초하여 유효전력 증분 신호를 생성하고 상기 제3 무효전력 제어값에 기초하여 무효전력 증분 신호를 생성하는 분산형 전원에 연계된 전력변환장치.
제4항에 있어서,
상기 제3 제어부는 하기의 수학식:
P3 = IN_P + (K_F * △F)
Q3 = IN_Q + (K_V * △V)
에 따라 상기 제3 유효전력 제어값(P3) 및 상기 제3 무효전력 제어값(Q3)을 생성하고,
여기서, IN_P는 상기 유효전력 제어신호이고, IN_Q는 상기 무효전력 제어신호이고, △F는 상기 측정부에 의해 측정된 주파수에 기준 주파수를 감산한 값이고, △V는 상기 측정부에 의해 측정된 전압에 기준 전압을 감산한 값이고, K_F, K_V는 상수인 분산형 전원에 연계된 전력변환장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 제어부는,
상기 측정부에 의해 측정된 전압에 기준 전압을 감산한 값의 절대값이 제1 기준 값보다 클 경우에 제1 값을 생성하고,
상기 측정부에 의해 측정된 주파수에 기준 주파수를 감산한 값의 절대값이 제2 기준 값보다 클 경우에 제2 값을 생성하고,
상기 제1 유효전력 제어값은 상기 제1 값과 상기 제2 값의 합이고,
상기 측정부에 의해 측정된 전압에 기준 전압을 감산한 값의 절대값이 제3 기준 값보다 클 경우에 제3 값을 생성하고,
상기 제1 유효전력 제어값에 대응되는 제4 값을 생성하고,
상기 제1 무효전력 제어값은 상기 제3 값과 상기 제4 값의 합인 분산형 전원에 연계된 전력변환장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 값은 상기 제3 값보다 큰 분산형 전원에 연계된 전력변환장치.
제1항에 있어서,
상기 입력부는 상기 측정부에 의해 측정된 전압이 소정의 정상 전압범위 이내이고 상기 측정부에 의해 측정된 주파수가 소정의 정상 주파수범위 이내일 경우에 상기 제1 제어부를 활성화시키고, 상기 측정부에 의해 측정된 전압이 소정의 정상 전압범위 외이거나 상기 측정부에 의해 측정된 주파수가 소정의 정상 주파수범위 외일 경우에 상기 제2 제어부를 활성화시키는 분산형 전원에 연계된 전력변환장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 제어부는,
상기 측정부에 의해 측정된 주파수를 비례적분제어로직에 적용하여 상기 제2 유효전력 제어값을 생성하는 제1 비례적분제어기; 및
상기 측정부에 의해 측정된 전압을 비례적분제어로직에 적용하여 상기 제2 무효전력 제어값을 생성하는 제2 비례적분제어기; 를 포함하는 분산형 전원에 연계된 전력변환장치.
전력계통의 전압 및 주파수를 측정하는 단계;
상기 전력계통에 연계되는 분산형 전원의 독립운전 정보를 확인하는 단계;
상기 분산형 전원이 독립운전 정보가 제1 값일 경우, 측정된 전압 및 주파수에 기초하여 제1 유효전력 제어값을 생성하고, 상기 유효전력 제어값 및 측정된 전압에 기초하여 제1 무효전력 제어값을 생성하는 단계;
상기 분산형 전원이 독립운전 정보가 제2 값일 경우, 측정된 주파수에 기초하여 제2 유효전력 제어값을 생성하고, 측정된 전압에 기초하여 제2 무효전력 제어값을 생성하는 단계;
상기 제1 또는 제2 유효전력 제어값에 기초하여 유효전력 증분 신호를 생성하는 단계; 및
상기 제1 또는 제2 무효전력 제어값에 기초하여 무효전력 증분 신호를 생성하는 단계; 를 포함하는 분산형 전원이 연계된 전력계통의 안정화 방법.
제10항에 있어서,
유효전력 제어신호 및 무효전력 제어신호를 입력받는 단계; 및
상기 유효전력 제어신호에 기초하여 제3 유효전력 제어값을 생성하고, 상기 무효전력 제어신호에 기초하여 제3 무효전력 제어값을 생성하는 단계; 를 더 포함하고,
상기 유효전력 증분 신호를 생성하는 단계는 상기 제3 유효전력 제어값이 생성된 경우에 상기 제3 유효전력 제어값에 기초하여 상기 유효전력 증분 신호를 생성하고,
상기 무효전력 증분 신호를 생성하는 단계는 상기 제3 무효전력 제어값이 생성된 경우에 상기 제3 무효전력 제어값에 기초하여 상기 무효전력 증분 신호를 생성하는 분산형 전원이 연계된 전력계통의 안정화 방법.