KR20180131235A - Method for controlling grid-connected inverter - Google Patents

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KR20180131235A KR1020170067958A KR20170067958A KR20180131235A KR 20180131235 A KR20180131235 A KR 20180131235A KR 1020170067958 A KR1020170067958 A KR 1020170067958A KR 20170067958 A KR20170067958 A KR 20170067958A KR 20180131235 A KR20180131235 A KR 20180131235A
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Abstract

The present invention relates to a method for controlling a grid-connected inverter. The method for controlling a grid-connected inverter according to an embodiment of the present invention includes: a step of receiving the required power value of a load receiving power from the grid-connected inverter; a step of determining whether a predicted control range determined by the required power value is included in the controllable range of the grid-connected inverter; a step of adjusting the set active power or set reactive power of the grid-connected inverter if the predicted control range is out of the controllable range; and a step of operating the grid-connected inverter according to the set active power and the set reactive power. It is possible to supply stable and high quality power.

Description

계통 연계형 인버터의 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING GRID-CONNECTED INVERTER}[0001] METHOD FOR CONTROLLING GRID-CONNECTED INVERTER [0002]

본 발명은 계통 연계형 인버터의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling a grid-connected inverter.

산업의 발달과 생활수준의 향상으로 전력수요가 급격히 증대하고 있다. 이러한 갑작스러운 전력수요 급증에 의해 주간과 야간의 부하격차 및 계절간 또는 평일 및 휴일간의 전력 사용량 격차가 증가됨으로써 부하율은 하락하고 있으며, 급격한 첨두부하 증가로 인하여 전력 예비율은 점차 악화되어 전력 수급에 커다란 문제가 되고 있다. 이와 같은 문제들에 대해 현재 가장 현실성 있는 보완책으로 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS)와 같은 DC 전원을 이용한 전력 변환 기술이 연구되고 있다.Demand for electric power is rapidly increasing due to the development of industries and the improvement of living standards. The sudden increase in electricity demand has caused the load gap between daytime and nighttime load gap and seasonal or weekday or holiday to increase and the power reserve ratio has gradually worsened due to the sudden increase in peak load, It is becoming a problem. Currently, power conversion technology using DC power such as Energy Storage System (ESS) is being studied as the most realistic complement to these problems.

신재생 에너지를 이용하여 발전된 전력은 계통에 연계하여 계통 안정도 향상이나 공급 신뢰도 향상을 위해 사용되고 있다. 계통 연계형 인버터(Grid-Connected Inverter)는 수용가나 변전소에서 부하 변동으로 인해 주파수 상승 시 유효 전력 충전을 하고, 주파수 하강 시 유효 전력 방전을 하여 주파수 조정을 한다. 또한, 계통 연계형 인버터는 역률 변화 억제, 순간 전압 변동 방지, Active filter로 동작하여 고조파를 제거하는 무효전력 보상 장치와 같은 역할이 가능하다.Power generated by using renewable energy is used to improve system stability and supply reliability in connection with the system. The Grid-Connected Inverter charges the active power when the frequency rises due to the load fluctuation in the receiver or substation, and adjusts the frequency by performing the active power discharge when the frequency falls. In addition, the grid-connected inverter can function as a reactive power compensation device that suppresses power factor change, prevents instantaneous voltage fluctuation, and operates harmonics by operating as an active filter.

계통 연계형 인버터는 분산 전원 시스템에서 계통의 사고 확산 방지와 계통 안정화를 위해 동적 계통 지원과 정적 계통 지원 운전을 한다. 동적 계통 지원은 FRT(Fault Ride Through) 대한 요구사항이며, 정적 계통 지원에 따르면 유효/무효 전력에 관한 사항으로 고정된 무효 전력이 공급되거나 또는 고정 역률, 계통 전압이나 유효 전력에 종속되어 무효 전력이 공급된다.Grid-connected inverters provide dynamic system support and static system support operation to prevent accident propagation and stabilize the system in the distributed power system. Dynamic system support is a requirement for FRT (Fault Ride Through), and according to static grid support, fixed reactive power is supplied for active / reactive power, or reactive power is dependent on fixed power factor, grid voltage or active power. .

그런데 실제 계통 연계형 인버터의 설계 및 운용 과정에서는, 계통 연계형 인버터로부터 전력을 공급받는 부하의 요구 전력에 따라서 계통 연계형 인버터가 합성해야 하는 전압의 크기가 달라진다. 그러나 계통 연계형 인버터의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터와 연결되는 DC 전원이나 계통의 사양은 정해져 있기 때문에, 부하의 요구 전력에 따른 전력 공급이 불가능한 상황이 발생할 수 있다.However, in the design and operation of the actual grid-connected inverter, the magnitude of the voltage to be synthesized by the grid-connected inverter changes according to the required power of the load supplied from the grid-connected inverter. However, since the specifications of the grid-connected inverter and the specifications of the DC power supply or the grid connected to the grid-connected inverter are determined, power supply according to the required power of the load may be impossible.

본 발명은 부하로부터 전력 공급이 요구될 때, 계통 연계형 인버터의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터와 연결되는 DC 전원이나 계통의 사양을 고려하여 전력 공급을 제어함으로써 보다 안정적이고 높은 품질의 전력 공급이 가능한 계통 연계형 인버터의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a more stable and high-quality power supply by controlling the power supply in consideration of the specification of the grid-connected inverter and the specifications of the DC power supply or the grid connected to the grid- And to provide a control method of a grid interconnected type inverter that is possible.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description and more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.

본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 제어 방법은, 계통 연계형 인버터로부터 전력을 공급받는 부하의 요구 전력 값을 입력받는 단계, 상기 요구 전력 값에 의해 결정되는 예상 제어 범위가 상기 계통 연계형 인버터의 제어 가능 범위에 포함되는지 여부를 판단하는 단계, 상기 예상 제어 범위가 상기 제어 가능 범위를 벗어나면 상기 계통 연계형 인버터의 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력을 조절하는 단계 및 상기 설정 유효 전력 및 상기 설정 무효 전력에 따라서 상기 계통 연계형 인버터를 운전하는 단계를 포함한다.A method of controlling a grid interconnected inverter according to an embodiment of the present invention includes the steps of receiving a required power value of a load supplied with electric power from a grid interconnected inverter and calculating a predicted control range determined by the requested power value, Controlling the set effective power or the set reactive power of the grid interconnected inverter when the predicted control range is out of the controllable range, And operating the grid interconnected inverter according to the set reactive power.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 예상 제어 범위는 하기 [수학식 1]에 의해서 산출될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the predicted control range can be calculated by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

(단, α는 상기 예상 제어 범위, Vgrid는 상기 계통 연계형 인버터와 연결되는 계통의 계통 전압, XL은 상기 계통 연계형 인버터의 필터에 포함되는 리액터의 리액턴스, I는 상기 계통 연계형 인버터로부터 출력되는 출력 전류 값, VInv는 상기 계통 연계형 인버터의 출력 전압 값)(Where, α is the expected control range, V grid is a grid voltage of the system connected to the grid-connected inverter, XL is from reactance, I is the grid-connected inverter in the reactor included in the filter of the grid-connected inverter Output current value output, and V Inv is the output voltage value of the grid interconnected inverter)

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 α가 90도 이상이면 상기 계통 연계형 인버터에 대한 진상 전류 제어 및 지상 전류 제어가 가능할 수 있다.Also, in one embodiment of the present invention, if? Is 90 degrees or more, the forward current control and the ground current control for the grid interconnected inverter may be possible.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 α가 90도 미만이면 상기 계통 연계형 인버터에 대한 진상 전류 제어만이 가능할 수 있다.In an embodiment of the present invention, if? Is less than 90 degrees, only the forward current control of the grid interconnected inverter may be possible.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 계통 연계형 인버터의 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력을 조절하는 단계는 미리 정해진 우선 순위를 참조하여 상기 설정 유효 전력 또는 상기 설정 무효 전력을 제한하는 단계를 포함할 수 있다.Further, in one embodiment of the present invention, the step of adjusting the set active power or the set reactive power of the grid interconnected inverter includes a step of limiting the set active power or the set reactive power with reference to a predetermined priority .

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 설정 유효 전력은 하기 [수학식 2]에 의하여 정의되는 제한 유효 전력으로 제한될 수 있다.Also, in one embodiment of the present invention, the set active power may be limited to the limited active power defined by Equation (2) below.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00002
Figure pat00002

(단, Pref는 제한 유효 전력, PFlimit는 상기 계통 연계형 인버터의 역률, Sref는 상기 계통 연계형 인버터의 피상 전력)(Where P ref is the limited effective power, PF limit is the power factor of the grid interconnected inverter, and S ref is the apparent power of the grid interconnected inverter)

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 설정 무효 전력은 하기 [수학식 3]에 의하여 정의되는 제한 무효 전력으로 제한될 수 있다.Further, in one embodiment of the present invention, the set reactive power can be limited to the limited reactive power defined by the following equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00003
Figure pat00003

(단, Qref는 제한 무효 전력, Pref는 제한 유효 전력, Sref는 상기 계통 연계형 인버터의 피상 전력)(Where Q ref is the limited reactive power, P ref is the limited effective power, and S ref is the apparent power of the grid interconnected inverter)

본 발명에 따르면 부하로부터 전력 공급이 요구될 때, 계통 연계형 인버터의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터와 연결되는 DC 전원이나 계통의 사양을 고려하여 전력 공급을 제어함으로써 보다 안정적이고 높은 품질의 전력 공급이 가능한 장점이 있다.According to the present invention, when the power supply from the load is required, the power supply is controlled in consideration of the specification of the grid-connected inverter and the specifications of the DC power supply or the grid connected to the grid-connected inverter to provide a more stable and high- This has the advantage.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 출력 전압 값을 산출하기 위한 벡터도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 산출되는 α값이 90도 이상일 때, 계통 연계형 인버터의 제어 가능 범위를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 산출되는 α값이 90도 미만일 때, 계통 연계형 인버터의 제어 가능 범위를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 제어 방법의 흐름도이다.1 is a configuration diagram of a grid interconnect type inverter according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a method of controlling a grid interconnected inverter according to an embodiment of the present invention.
3 is a vector diagram for calculating an output voltage value of the grid interconnected inverter according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 shows the controllable range of the grid-connected inverter when the a value calculated in the embodiment of the present invention is 90 degrees or more.
5 shows the controllable range of the grid interconnected inverter when the value a calculated in the embodiment of the present invention is less than 90 degrees.
6 is a flowchart of a method of controlling a grid-connected inverter according to another embodiment of the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail exemplary embodiments thereof with reference to the attached drawings, which are not intended to limit the scope of the present invention. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to denote the same or similar elements.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a grid interconnect type inverter according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터(110)는 ESS나 연료 전지와 같은 DC 전원(102)에 저장된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통(106)에 공급하거나, 계통(106)으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 DC 전원(102)에 전달한다.As shown in FIG. 1, the grid-connected inverter 110 according to an embodiment of the present invention converts DC power stored in a DC power source 102 such as an ESS or a fuel cell into AC power and supplies the AC power to the system 106 Or converts AC power supplied from the system 106 into DC power and transfers the DC power to the DC power source 102.

계통 연계형 인버터(110)는 DC 전원(102)으로부터 VDC의 직류 전압을 입력 받는다. 계통 연계형 인버터(110)의 설계 과정에서 DC 링크 전압의 크기(VDC)는 DC 전원(102)의 사양에 의해서 미리 정해질 수 있다.The grid interconnected inverter 110 receives the DC voltage of V DC from the DC power supply 102. The size (V DC ) of the DC link voltage in the process of designing the grid interconnected inverter 110 can be predetermined by the specification of the DC power supply 102.

계통 연계형 인버터(110)는 입출력단의 순시적인 전력 불균형을 해소하는 커패시터(C4, C5) 및 스위칭 동작(턴 온/턴 오프)을 통해서 전력을 변환하는 하나 이상의 스위칭 소자(S1 내지 S6), 스위칭 소자(S1 내지 S6)로부터 출력되는 전류 리플을 제거하는 필터(104)를 포함한다. 도 1에는 각각의 상에 대응되는 리액터(L1, L2, L3) 및 캐패시터(C1, C2, C3)로 이루어진 LC 필터(104)가 도시되어 있으나, 필터(104)의 종류는 실시예에 따라서 달라질 수 있다. 계통 연계형 인버터(110)에 의해서 출력되는 전류의 크기는 I로 표시된다.The grid interconnected inverter 110 includes capacitors C4 and C5 for eliminating an instantaneous power imbalance at the input and output stages and at least one switching device S1 to S6 for converting power through a switching operation (turn on / off) And a filter 104 that removes current ripples output from the switching elements S1 to S6. 1 shows an LC filter 104 composed of reactors L1, L2 and L3 and capacitors C1, C2 and C3 corresponding to respective phases, the type of the filter 104 differs according to the embodiment . The magnitude of the current output by the grid interconnected inverter 110 is denoted by I.

제어부(108)는 스위칭 소자(S1 내지 S6) 또는 계통(106)으로부터 출력되는 전류의 크기에 따라서 스위칭 소자(S1 내지 S6)에 스위칭 동작을 위한 스위칭 신호를 인가한다. 이와 같은 스위칭 소자(S1 내지 S6)의 스위칭 동작을 통해서 DC 전원(102) 및 계통(106) 간의 전력 변환이 이루어진다. 스위칭 소자의 예로서 MOSFET, IGBT, SCR 과 같은 반도체 소자를 들 수 있다.The control unit 108 applies a switching signal for switching operation to the switching elements S1 to S6 according to the magnitude of the current output from the switching elements S1 to S6 or the system 106. [ The power conversion between the DC power supply 102 and the system 106 is performed through the switching operation of the switching elements S1 to S6. Examples of the switching elements include semiconductor elements such as MOSFETs, IGBTs, and SCRs.

또한 본 발명의 일 실시예에서 제어부(108)는 계통 연계형 인버터(110)와 연결되어 전력을 공급받는 부하로부터 특정한 크기의 전력 공급이 요구될 때, 계통 연계형 인버터(110)의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터(110)와 연결되는 DC 전원(102)이나 계통(106)의 사양을 고려하여 전력 공급을 제어할 수 있다.Also, in an embodiment of the present invention, when the power supply of a specific size is requested from a load connected to the grid-connected inverter 110, the controller 108 controls the specification of the grid-connected inverter 110, The power supply can be controlled in consideration of the specifications of the DC power supply 102 or the system 106 connected to the grid interconnected inverter 110. [

이하에서는 도 2 내지 도 6을 참조하여 제어부(108)에 의한 계통 연계형 인버터(110)의 제어 과정에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the control process of the grid-connected inverter 110 by the control unit 108 will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 6. FIG.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 제어 방법의 흐름도이다.2 is a flowchart of a method of controlling a grid interconnected inverter according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 제어부(108)는 먼저 계통 연계형 인버터(110)로부터 전력을 공급받는 부하로부터 요구 전력 값을 입력받는다(202). 이 때 부하로부터 입력되는 요구 전력 값은 피상 전력, 유효 전력, 무효 전력 중 적어도 하나일 수 있다.Referring to FIG. 2, the controller 108 receives a power demand value from a load supplied from the grid-connected inverter 110 (step 202). At this time, the requested power value input from the load may be at least one of the apparent power, the active power, and the reactive power.

다음으로, 제어부(108)는 요구 전력 값에 의해 결정되는 예상 제어 범위가 계통 연계형 인버터의 제어 가능 범위에 포함되는지 여부를 판단한다(204).Next, the control unit 108 determines whether the predicted control range determined by the requested power value is included in the controllable range of the grid-connected inverter (204).

이를 위해서 제어부(108)는 계통 연계형 인버터(110)의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터(110)와 연결되는 DC 전원(102)이나 계통(106)의 사양을 고려하여 계통 연계형 인버터(110)의 제어 가능 범위를 산출할 수 있다. 또한 제어부(108)는 부하로부터 입력되는 요구 전력 값에 기초하여 부하의 요구 전류 값을 산출하고, 산출된 요구 전류 값을 기초로 부하의 요구 전력 값에 대응되는 예상 제어 범위를 산출할 수 있다.The controller 108 controls the grid interconnected inverter 110 in consideration of the specifications of the grid interconnected inverter 110 and the specifications of the DC power source 102 and the system 106 connected to the grid interconnected inverter 110. [ Can be calculated. Further, the control unit 108 can calculate the demanded current value of the load based on the demanded power value inputted from the load, and calculate the predicted control range corresponding to the requested power value of the load based on the calculated demanded current value.

본 발명의 일 실시예에서, 제어부(108)는 하기 [수학식 1]에 따라서 제어 가능 범위 및 예상 제어 범위를 산출할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the control unit 108 can calculate the controllable range and the predicted control range according to the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00004
Figure pat00004

[수학식 1]에서, α는 계통 연계형 인버터(110)의 제어 범위를 의미한다. 또한 Vgrid는 계통 연계형 인버터(110)와 연결되는 계통(106)의 계통 전압을 의미하고, XL은 계통 연계형 인버터(110)의 필터(104)에 포함되는 리액터(L1, L2, L3)의 리액턴스를 의미한다. 또한 I는 계통 연계형 인버터(110)로부터 출력되는 출력 전류 값 의미하고, VInv는 계통 연계형 인버터(110)의 출력 전압 값을 의미한다.In Equation (1),? Denotes the control range of the grid interconnected inverter (110). V grid denotes a system voltage of the system 106 connected to the grid interconnected inverter 110 and X L denotes the reactors L1, L2, L3 included in the filter 104 of the grid interconnected inverter 110 ) ≪ / RTI > I denotes the output current value output from the grid interconnected inverter 110, and V Inv denotes the output voltage value of the grid interconnected inverter 110. [

제어부(108)는 계통 연계형 인버터(110)의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터(110)와 연결되는 DC 전원(102)이나 계통(106)의 사양에 따른 Vgrid, XL, I, VInv 값을 [수학식 1]에 대입하여 계통 연계형 인버터(110)의 제어 가능 범위(α1)를 산출할 수 있다. 또한 제어부(108)는 계통 연계형 인버터(110)의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터(110)와 연결되는 DC 전원(102)이나 계통(106)의 사양에 따른 Vgrid, XL, VInv 값 및 부하의 요구 전력 값에 기초하여 산출되는 요구 전류 값(I)를 [수학식 1]에 대입하여 부하의 요구 전력에 대응되는 예상 제어 범위(α2)를 산출할 수 있다. 제어부(108)는 이와 같이 산출되는 예상 제어 범위(α2)가 제어 가능 범위(α1)에 포함되는지 여부를 판단할 수 있다.The control unit 108 controls the grid-connected inverter 110 and the grid-connected inverter 110 according to the specifications of the grid- connected inverter 110 and the grid voltage V grid , X L , I, and V Inv The controllable range [alpha] l of the grid interconnected inverter 110 can be calculated by substituting the value into [Equation 1]. The control unit 108 also controls the specifications of the grid interconnected inverter 110 and V grid , X L , and V Inv according to the specifications of the DC power source 102 and the system 106 connected to the grid- (2) corresponding to the required power of the load can be calculated by substituting the required current value (I) calculated based on the required power value of the load and the load into the equation (1). The control unit 108 can determine whether or not the predicted control range? 2 calculated in this way is included in the controllability range? 1.

[수학식 1]에 따른 각 인자의 관계는 도 3과 같은 벡터도로 나타낼 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 출력 전압 값을 산출하기 위한 벡터도이다.The relationship of each factor according to [Equation 1] can be represented by a vector as shown in FIG. 3 is a vector diagram for calculating an output voltage value of the grid interconnected inverter according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 계통 연계형 인버터(110)의 출력 전압 값(VInv)은 계통(106)의 계통 전압 값(Vgrid)을 나타내는 벡터, 그리고 리액터(L1, L2, L3)의 리액턴스 값(L)과 계통 연계형 인버터(110)로부터 출력되는 출력 전류 값(I)의 곱의 벡터를 합성한 합성 벡터로 표현될 수 있다.3, the output voltage value V Inv of the grid interconnected inverter 110 is a vector representing the grid voltage value V grid of the system 106 and a vector representing the grid voltage value V grid of the reactors L1, Can be expressed as a composite vector obtained by synthesizing a vector of a product of a reactance value (L) and an output current value (I) output from the grid interconnected inverter (110).

이 때 두 벡터, 즉 계통(106)의 계통 전압 값(Vgrid)을 나타내는 벡터, 그리고 리액터(L1, L2, L3)의 리액턴스 값(L)과 계통 연계형 인버터(110)로부터 출력되는 출력 전류 값(I)의 곱의 벡터가 이루는 각도(α)가 계통 연계형 인버터(110)의 제어 범위를 나타낸다.At this time, the two vectors, that is, the vector representing the grid voltage value (V grid ) of the system (106) and the reactance value (L) of the reactors (L1, L2, L3) The angle α formed by the vector of the product of the values I represents the control range of the grid interconnected inverter 110.

도 3에서, 제어 범위를 나타내는 값(α)이 90일 때를 기준으로, α가 90도 미만인 영역(A1)은 계통 연계형 인버터(110)에 대한 진상 전류 제어만이 가능한 영역을 나타낸다. 또한 α가 90도 이상인 영역(A2)은 계통 연계형 인버터(110)에 대한 진상 전류 제어 및 지상 전류 제어가 가능한 영역을 나타낸다. 예컨대 도 4와 같이 제어 범위를 나타내는 값(α)이 90도 이상일 때에는 계통 연계형 인버터의 제어 가능 범위가 보다 넓게 나타난다. 반대로 도 5와 같이 제어 범위를 나타내는 값(α)이 90도 미만일 때에는 계통 연계형 인버터의 제어 가능 범위가 보다 좁게 나타난다.3, an area A1 in which? Is less than 90 degrees represents an area where only the forward current control for the grid interconnected inverter 110 is possible, based on the value? Indicating the control range is 90. The region A2 having an alpha of 90 degrees or more represents a region where the forward current control and the ground current control are possible for the grid interconnected inverter 110. [ For example, as shown in Fig. 4, when the value? Indicating the control range is 90 degrees or more, the controllable range of the grid interconnected inverter becomes wider. Conversely, when the value? Indicating the control range is less than 90 degrees as shown in Fig. 5, the controllable range of the grid interconnected inverter becomes narrower.

다시 도 2를 참조하면, 제어부(108)는 단계(204)의 판단 결과 예상 제어 범위가 실제 제어 범위를 벗어나면 계통 연계형 인버터(110)의 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력을 조절한다(206). 여기서 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력은 부하에 전력을 공급하기 위하여 계통 연계형 인버터(110)가 운전될 때 계통 연계형 인버터(110)에 내려지는 유효 전력 지령치 및 무효 전력 지령치를 각각 의미한다. 이에 따라서 계통 연계형 인버터(110)는 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력을 출력하는 것을 목표로 운전된다.2, the control unit 108 adjusts the set active power or the set reactive power of the grid-connected inverter 110 when the expected control range is out of the actual control range (step 206) . Here, the set active power and the set reactive power respectively mean an active power command value and a reactive power command value that are given to the grid-connected inverter 110 when the grid-connected inverter 110 is operated to supply power to the load. Accordingly, the grid interconnected inverter 110 is operated with the aim of outputting the set active power and the set reactive power.

예를 들어 앞서 산출된 부하의 요구 전력에 대응되는 예상 제어 범위(α2)가 102도이고, 계통 연계형 인버터(110)의 제어 가능 범위(α1)가 95도인 경우, 제어부(108)는 예상 제어 범위(α2)가 제어 가능 범위(α1)를 벗어난 것으로 판단한다. 이 경우, 제어부(108)는 미리 정해진 우선 순위를 참조하여 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력을 제한할 수 있다.For example, when the predicted control range [alpha] 2 corresponding to the calculated demanded load of the load is 102 degrees and the controllability range [alpha] l of the grid interconnected inverter 110 is 95 degrees, It is determined that the range alpha 2 is out of the controllable range alpha 1. In this case, the control unit 108 can limit the set active power or the set reactive power with reference to a predetermined priority.

예를 들어 설정 유효 전력의 우선 순위가 설정 무효 전력의 우선 순위보다 높게 설정되어 있을 경우, 제어부(108)는 우선 순위가 낮은 설정 무효 전력을 제한 무효 전력으로 제한한다. 반대로 설정 무효 전력의 우선 순위가 설정 유효 전력의 우선 순위보다 높게 설정되어 있을 경우, 제어부(108)는 우선 순위가 낮은 설정 유효 전력을 제한 유효 전력으로 제한한다.For example, when the priority of the set effective power is set to be higher than the priority of the set reactive power, the control unit 108 limits the set lower reactive power to the limited reactive power. On the contrary, when the priority of the set reactive power is set higher than the priority of the set active power, the control unit 108 limits the set active power having the lower priority to the limited active power.

예상 제어 범위가 제어 가능 범위를 벗어남에도 불구하고 부하로부터 요구되는 요구 전력, 즉 유효 전력 및 무효 전력을 그대로 출력하도록 계통 연계형 인버터(110)를 운전할 경우, 계통 연계형 인버터(110)로부터 출력되는 출력 전류에 고조파 성분이 섞이게 되므로 부하에 공급되는 전류의 품질이 낮아진다. 따라서 본 발명에서는 예상 제어 범위가 제어 가능 범위를 벗어나는 경우 부하가 요구하는 유효 전력이나 무효 전력을 그대로 적용하지 않고, 두 전력 중 우선 순위가 낮은 전력을 계통 연계형 인버터(110)의 사양에 부합하도록 제한한다.When the grid interconnect type inverter 110 is operated so that the required power demanded from the load, that is, the active power and the reactive power, is directly outputted even if the expected control range is out of the controllable range, Harmonic components are mixed in the output current, so the quality of the current supplied to the load is lowered. Therefore, in the present invention, when the expected control range is out of the controllable range, the active power or the reactive power required by the load is not applied as it is, and the low priority power of the two powers is matched with the specification of the grid interconnected inverter Limit.

즉, 본 발명에 따른 제어 방법을 사용하여 계통 연계형 인버터(110)를 운전할 경우 유효 전력 또는 무효 전력을 제한하는 디레이팅(derating)을 통해서 계통 연계형 인버터(110)에 의해서 부하에 공급되는 전류의 품질을 높이는 동시에 부하에 안정적으로 전류를 공급할 수 있다.That is, when the grid-connected inverter 110 is operated by using the control method according to the present invention, the current supplied to the load by the grid-connected inverter 110 through derating to limit the active power or the reactive power And the current can be stably supplied to the load.

본 발명의 일 실시예에서, 제한 유효 전력은 하기 [수학식 2]와 같이 정의될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the limited effective power can be defined as: " (2) "

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00005
Figure pat00005

[수학식 2]에서 Pref는 제한 유효 전력을 의미하고, PFlimit는 계통 연계형 인버터(110)의 역률을 의미하며, Sref는 계통 연계형 인버터(110)의 피상 전력을 의미한다.In Equation (2), P ref means the limited effective power, PF limit means the power factor of the grid interconnected inverter 110, and S ref means the apparent power of the grid interconnected inverter 110.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 제한 무효 전력은 하기 [수학식 2]와 같이 정의될 수 있다.Further, in one embodiment of the present invention, the limited reactive power can be defined by the following equation (2).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00006
Figure pat00006

[수학식 3]에서 Qref는 제한 무효 전력을 의미하고, Pref는 제한 유효 전력을 의미하고, Sref는 계통 연계형 인버터(110)의 피상 전력을 의미한다.In Equation (3), Q ref denotes the limited reactive power, P ref denotes the limited effective power, and S ref denotes the apparent power of the grid-connected inverter 110.

만약 단계(204)의 판단 결과 예상 제어 범위가 실제 제어 범위에 포함되는 것으로 판단되면, 제어부(108)는 부하로부터의 요구 전력에 대응되는 유효 전력 및 무효 전력을 그대로 계통 연계형 인버터(110)의 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력으로 설정할 수 있다.If it is determined that the expected control range is included in the actual control range as a result of the determination in step 204, the control unit 108 directly outputs the active power and the reactive power corresponding to the requested power from the load to the grid- The set active power and the set reactive power.

다시 도 2를 참조하면, 제어부(108)는 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력에 따라서 계통 연계형 인버터(110)를 운전한다(208). 이에 따라서 계통 연계형 인버터(110)는 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력에 따른 유효 전력 및 무효 전력을 출력하여 부하에 제공한다.Referring again to FIG. 2, the control unit 108 operates the grid-connected inverter 110 according to the set active power and the set reactive power (208). Accordingly, the grid-connected inverter 110 outputs the active power and reactive power according to the set active power and the set reactive power to provide the load.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 계통 연계형 인버터의 제어 방법의 흐름도이다.6 is a flowchart of a method of controlling a grid-connected inverter according to another embodiment of the present invention.

먼저 제어부(108)는 계통 연계형 인버터(110)와 연결될 부하의 요구 전력을 입력받는다(602). 그리고 나서 제어부(108)는 부하의 요구 전력에 따라서 계통 연계형 인버터(110)가 운전될 경우 계통 연계형 인버터(110)의 예상되는 제어 범위, 즉 예상 제어 범위를 산출한다(604). 이 때 예상 제어 범위는 계통 연계형 인버터(110)의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터(110)와 연결되는 DC 전원(102)이나 계통(106)의 사양에 따른 Vgrid, XL, VInv 값 및 부하의 요구 전력 값에 기초하여 산출되는 요구 전류 값(I)를 [수학식 1]에 대입함으로써 산출될 수 있다.First, the controller 108 receives the required power of the load to be connected to the grid interconnected inverter 110 (602). Then, the control unit 108 calculates the expected control range of the grid-connected inverter 110, that is, the predicted control range when the grid-connected inverter 110 is operated according to the required power of the load (604). In this case, the expected control range is determined by the specifications of the grid interconnected inverter 110 and the specifications of the DC power source 102 and the system 106 connected to the grid interconnected inverter 110,grid, XL, VInv And the required current value I calculated based on the value of the load and the required power value of the load into the equation (1).

다음으로, 제어부(108)는 단계(604)에서 산출된 예상 제어 범위가 미리 산출된 제어 가능 범위에 포함되는지 여부를 판단한다(606). 이를 위해 제어부(108)는 계통 연계형 인버터(110)의 사양, 그리고 계통 연계형 인버터(110)와 연결되는 DC 전원(102)이나 계통(106)의 사양에 따른 Vgrid, XL, I, VInv 값을 [수학식 1]에 대입하여 계통 연계형 인버터(110)의 제어 가능 범위를 산출할 수 있다. Next, the control unit 108 determines whether the predicted control range calculated in step 604 is included in the pre-calculated controllable range (606). The control unit 108 controls the voltage of the grid-connected inverter 110 and the voltage V grid , X L , I, and I, according to the specification of the DC power source 102 or the system 106 connected to the grid- V Inv Can be substituted into Equation (1) to calculate the controllable range of the grid interconnected inverter (110).

단계(606)의 판단 결과 예상 제어 범위가 제어 가능 범위에 포함되면, 제어부(108)는 부하로부터의 요구 전력에 대응되는 유효 전력 및 무효 전력을 그대로 계통 연계형 인버터(110)의 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력으로 설정하고, 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력에 따라서 계통 연계형 인버터(110)를 운전한다(610).If the expected control range is included in the controllable range as a result of the determination in step 606, the control unit 108 directly outputs the active power and the reactive power corresponding to the requested power from the load to the set active power of the grid- Set reactive power, and operates the grid-connected inverter 110 according to the set active power and the set reactive power (610).

그러나 단계(606)의 판단 결과 예상 제어 범위가 제어 가능 범위에 포함되지 않으면, 제어부(108)는 미리 정해진 우선 순위에 따라서 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력을 조절한다(608). 예를 들어 설정 유효 전력의 우선 순위가 설정 무효 전력의 우선 순위보다 높게 설정되어 있을 경우, 제어부(108)는 우선 순위가 낮은 설정 무효 전력을 제한 무효 전력으로 제한한다. 반대로 설정 무효 전력의 우선 순위가 설정 유효 전력의 우선 순위보다 높게 설정되어 있을 경우, 제어부(108)는 우선 순위가 낮은 설정 유효 전력을 제한 유효 전력으로 제한한다.However, if it is determined in step 606 that the expected control range is not included in the controllable range, the control unit 108 adjusts the set active power or the set reactive power according to a predetermined priority (608). For example, when the priority of the set effective power is set to be higher than the priority of the set reactive power, the control unit 108 limits the set lower reactive power to the limited reactive power. On the contrary, when the priority of the set reactive power is set higher than the priority of the set active power, the control unit 108 limits the set active power having the lower priority to the limited active power.

단계(608)에 의해서 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력의 조절이 끝나면, 제어부(108)는 설정 유효 전력 및 설정 무효 전력에 따라서 계통 연계형 인버터(110)를 운전한다(610).When the set active power or the set reactive power is adjusted by the step 608, the control unit 108 operates the grid-connected inverter 110 according to the set active power and the set reactive power (610).

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, But the present invention is not limited thereto.

Claims (7)

계통 연계형 인버터로부터 전력을 공급받는 부하의 요구 전력 값을 입력받는 단계;
상기 요구 전력 값에 의해 결정되는 예상 제어 범위가 상기 계통 연계형 인버터의 제어 가능 범위에 포함되는지 여부를 판단하는 단계;
상기 예상 제어 범위가 상기 제어 가능 범위를 벗어나면 상기 계통 연계형 인버터의 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력을 조절하는 단계; 및
상기 설정 유효 전력 및 상기 설정 무효 전력에 따라서 상기 계통 연계형 인버터를 운전하는 단계를 포함하는
계통 연계형 인버터의 제어 방법.
Receiving a required power value of a load supplied with power from the grid interconnected inverter;
Determining whether a predicted control range determined by the required power value is included in a controllable range of the grid interconnected inverter;
Adjusting the set active power or the set reactive power of the grid interconnected inverter if the expected control range is out of the controllable range; And
And operating the grid interconnected inverter according to the set active power and the set reactive power
Control method of grid - connected inverter.
제1항에 있어서,
상기 예상 제어 범위는 하기 [수학식 1]에 의해서 산출되는 α값에 의해서 결정되는
계통 연계형 인버터의 제어 방법.

[수학식 1]
Figure pat00007

(단, Vgrid는 상기 계통 연계형 인버터와 연결되는 계통의 계통 전압, XL은 상기 계통 연계형 인버터의 필터에 포함되는 리액터의 리액턴스, I는 상기 계통 연계형 인버터로부터 출력되는 출력 전류 값, VInv는 상기 계통 연계형 인버터의 출력 전압 값)
The method according to claim 1,
The predicted control range is determined by an alpha value calculated by the following equation (1)
Control method of grid - connected inverter.

[Equation 1]
Figure pat00007

(Where V grid is the grid voltage of the grid connected to the grid interconnected inverter, X L is the reactance of the reactor included in the filter of the grid interconnected inverter, I is the output current value output from the grid interconnected inverter, V Inv is an output voltage value of the grid interconnected inverter)
제2항에 있어서,
상기 α가 90도 이상이면 상기 계통 연계형 인버터에 대한 진상 전류 제어 및 지상 전류 제어가 가능한
계통 연계형 인버터의 제어 방법.
3. The method of claim 2,
If? Is 90 degrees or more, the phase current control and ground current control for the grid-connected inverter can be performed
Control method of grid - connected inverter.
제2항에 있어서,
상기 α가 90도 미만이면 상기 계통 연계형 인버터에 대한 진상 전류 제어만이 가능한
계통 연계형 인버터의 제어 방법.
3. The method of claim 2,
If? Is less than 90 degrees, only the forward current control for the grid interconnected inverter is possible
Control method of grid - connected inverter.
제1항에 있어서,
상기 계통 연계형 인버터의 설정 유효 전력 또는 설정 무효 전력을 조절하는 단계는
미리 정해진 우선 순위를 참조하여 상기 설정 유효 전력 또는 상기 설정 무효 전력을 제한하는 단계를 포함하는
계통 연계형 인버터의 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of adjusting the set active power or the set reactive power of the grid-
And limiting the set active power or the set reactive power with reference to a predetermined priority
Control method of grid - connected inverter.
제1항에 있어서,
상기 설정 유효 전력은 하기 [수학식 2]에 의하여 정의되는 제한 유효 전력으로 제한되는
계통 연계형 인버터의 제어 방법.

[수학식 2]
Figure pat00008

(단, Pref는 제한 유효 전력, PFlimit는 상기 계통 연계형 인버터의 역률, Sref는 상기 계통 연계형 인버터의 피상 전력)
The method according to claim 1,
The set active power is limited to the limited active power defined by the following equation (2)
Control method of grid - connected inverter.

&Quot; (2) "
Figure pat00008

(Where P ref is the limited effective power, PF limit is the power factor of the grid interconnected inverter, and S ref is the apparent power of the grid interconnected inverter)
제1항에 있어서,
상기 설정 무효 전력은 하기 [수학식 3]에 의하여 정의되는 제한 무효 전력으로 제한되는
계통 연계형 인버터의 제어 방법.

[수학식 3]
Figure pat00009

(단, Qref는 제한 무효 전력, Pref는 제한 유효 전력, Sref는 상기 계통 연계형 인버터의 피상 전력)The method according to claim 1,
The set reactive power is limited to the limited reactive power defined by the following equation (3)
Control method of grid - connected inverter.

&Quot; (3) "
Figure pat00009

(Where Q ref is the limited reactive power, P ref is the limited effective power, and S ref is the apparent power of the grid interconnected inverter)
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