KR20190026379A - Grid-off microgrid system capable of maintaining rated voltage and rated frequency - Google Patents

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KR20190026379A
KR20190026379A KR1020170113190A KR20170113190A KR20190026379A KR 20190026379 A KR20190026379 A KR 20190026379A KR 1020170113190 A KR1020170113190 A KR 1020170113190A KR 20170113190 A KR20170113190 A KR 20170113190A KR 20190026379 A KR20190026379 A KR 20190026379A
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고희상
장문석
유경상
김대진
김병기
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한국에너지기술연구원
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Abstract

Provided is a grid-off microgrid system capable of maintaining and controlling rated voltage and rated frequency. More specifically, the grid-off microgrid system comprises: a microgrid including an energy storage device (ESS) which contains a battery and at least one distributed power source which acquires renewable energy to supply power to at least one load; a power converting device converting power of the distributed power source and the ESS; and a central control unit forming a point of common coupling (PCC) for an interface between the ESS and the distributed power source, and controlling a voltage and frequency of the microgrid to maintain the voltage and frequency to be a rated voltage and a rated frequency in real time. The central control unit controls the voltage of the microgrid by using the reactive power of the power converting device, and controls the frequency by using the active power of the power converting device.

Description

정격 전압 및 정격 주파수의 유지 제어가 가능한 독립형 마이크로그리드 시스템{GRID-OFF MICROGRID SYSTEM CAPABLE OF MAINTAINING RATED VOLTAGE AND RATED FREQUENCY}(GRID-OFF MICROGRID SYSTEM CAPABLE OF MAINTAINING RATED VOLTAGE AND RATED FREQUENCY)

본 발명은 독립형 마이크로그리드 시스템에 관한 것으로서, 특히 유효전력과 무효전력을 제어하여 마이크로그리드의 정격 전압 및 정격 주파수를 유지시키는 독립형 마이크로그리드 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a stand-alone microgrid system, and more particularly, to a stand-alone microgrid system that maintains a rated voltage and a rated frequency of a microgrid by controlling active power and reactive power.

마이크로그리드는 소규모 지역에서 전력을 자급자족할 수 있는 작은 단위의 스마트그리드 시스템을 의미한다. 마이크로그리드는 소규모 독립형 전력망으로 태양광, 풍력 등 신재생 에너지원과 에너지 저장 장치가 융복합된 차세대 전력 체계로 주목받고 있다. 마이크로그리드는 다수의 소규모 분산전원과 부하의 집합체로서, 주 계통의 지/단락 사고 및 심각한 전력 품질 문제 발생시 주 계통으로부터 분리하여 분산전원 만을 이용하여 마이크로그리드의 부하에 지속적인 전력 공급을 유지할 수 있는 전력 시스템이다.The Micro Grid is a small-scale smart grid system that can self-assemble power in small areas. The Micro Grid is a small, stand-alone power grid that is attracting attention as a next-generation power system that combines renewable energy sources such as solar and wind power and energy storage devices. The microgrid is a collection of many small distributed power sources and loads that can be separated from the main system in the event of a major / minor fault and serious power quality problems, System.

마이크로그리드는 전력망에 발전량 조절을 위한 기술이 접목되었다는 점에서 스마트 그리드와 유사한 점이 있으나, 발전원과 전력 소비자의 거리가 가깝고 적용 규모가 작아 송전 설비가 따로 필요하지 않다는 점에서 차이가 있다. 마이크로그리드는 전력 네트워크의 구성 범위가 작아, 태양열이나 풍력 등의 신재생발전원의 전력 품질 및 공급의 안정성 확보가 중요하다. The micro grid is similar to the Smart Grid in that it incorporates technologies for controlling power generation in the power grid. However, there is a difference in that the power grid is close to the power grid and the power grid is small, so no transmission facilities are needed. It is important to secure the power quality and supply stability of new and renewable power generation sources such as solar heat and wind power, because the scope of construction of the power grid is small.

종래의 마이크로그리드 시스템으로, 공개특허공보 제10-2016-0077350호는 마이크로그리드의 전력계통 동기 투입을 제어하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 상기의 종래기술은 마이크로그리드측과 전력 계통측 각각의 전압을 측정하여 이를 기반으로 동기투입 가부를 판단하고, 판단 결과로 유효전력 또는 무효전력의 출력증감을 제어하는 구조를 개시한다. With a conventional microgrid system, Japanese Laid-Open Patent Application No. 10-2016-0077350 discloses an apparatus and method for controlling power grid synchronization of a microgrid. The above-mentioned prior art discloses a structure for measuring the voltage of each of the micro grid side and the power system side, judging the synchronous input availability based on the voltage, and controlling the increase / decrease of the output of active power or reactive power as a result of the determination.

종래의 마이크로그리드 시스템의 경우, 주파수와 전압의 변동이 정격 수치로 유지되지 않음에 따라 정상 상태(steady-state)가 유지되지 못하는 문제점이 있다. 또한, 종래의 마이크로그리드 시스템은 분산전원 유닛들의 라인 전압 강하고 인한 분배로 무효전력이 부정확하게 공유되는 문제점을 갖고 있다. In the conventional micro grid system, the steady-state can not be maintained because the frequency and voltage fluctuations are not maintained at the rated values. In addition, the conventional micro grid system has a problem that reactive power is inaccurately shared due to strong distribution of the line voltage of the distributed power unit units.

이에 본 출원인은 마이크로그리드 시스템의 안정적인 운영을 위해, 전력품질을 제어할 수 있는 새로운 마이크로그리드 시스템을 고안하게 되었다. 본 발명은 시스템 내의 분산전원 설비를 활용하여, 독립형 마이크로그리드의 전압과 주파수를 정격 전압(예를 들면, 220V)과 정격 주파수(예를 들면, 60Hz)로 유지시킬 수 있는 시스템을 제안한다. Therefore, Applicant has devised a new micro grid system capable of controlling power quality for stable operation of micro grid system. The present invention utilizes a distributed power plant in the system to propose a system capable of maintaining the voltage and frequency of a stand-alone microgrid at a rated voltage (e.g., 220V) and a rated frequency (e.g., 60Hz).

공개특허공보 제10-2016-0077350호Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2016-0077350

따라서 본 발명은 독립형 마이크로그리드 시스템에 있어서, 전압과 주파수를 실시간으로 정격 전압 및 정격 주파수로 유지될 수 있도록 제어가 가능한 독립형 마이크로그리드 시스템을 제공하고자 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a stand-alone micro grid system in which a voltage and a frequency can be controlled to be maintained at a rated voltage and a rated frequency in real time in a stand-alone micro grid system.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 독립형(grid-off) 마이크로그리드 시스템에 있어서, 배터리를 포함한 에너지 저장 장치(ESS)와, 신재생 에너지를 획득하는 하나 이상의 분산 전원을 포함하여 적어도 하나 이상의 부하에 전력을 공급하는 마이크로그리드; 상기 분산 전원과 상기 에너지 저장 장치의 전력을 변환하는 전력변환장치; 상기 에너지 저장 장치(ESS)와 상기 분산 전원의 인터페이스를 위한 커플링(PCC, Point of Common Coupling)을 형성하며, 상기 마이크로그리드의 전압과 주파수를 제어하여 정격 전압과 정격 주파수로 실시간 유지시키는 중앙제어부를 포함하고, 상기 중앙제어부는, 상기 전력변환장치의 무효전력을 이용하여 상기 마이크로그리드의 전압을 제어하고, 상기 전력변환장치의 유효전력을 이용하여 주파수를 제어하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a grid-off microgrid system comprising: an energy storage device (ESS) including a battery; at least one distributed power source for acquiring renewable energy; A micro grid for supplying power to the micro grid; A power conversion device for converting power of the distributed power source and the energy storage device; A central control unit for forming a coupling (PCC, Point of Common Coupling) for an interface between the energy storage device (ESS) and the distributed power source and controlling the voltage and frequency of the micro grid to maintain the rated voltage and the rated frequency in real time; Wherein the central control unit controls the voltage of the microgrid by using the reactive power of the power conversion apparatus and controls the frequency by using the active power of the power conversion apparatus.

바람직하게, 상기 중앙제어부는 상기 커플링(PCC)에서 측정된 상기 마이크로그리드의 전압과 주파수를 획득하고, 상기 전력변환장치에서 측정된 유효전력을 획득하여, 상기 마이크로그리드의 정격 전압과 정격 주파수를 유지하기 위한 유효전력 지령값과 무효전력 지령값을 산출하여 상기 전력변환장치를 제어할 수 있다.Preferably, the central control unit obtains the voltage and the frequency of the microgrid measured at the coupling (PCC), obtains the measured active power at the power converter, and adjusts the rated voltage and the rated frequency of the microgrid The power conversion apparatus can be controlled by calculating the reactive power command value and the reactive power command value for maintaining the power consumption.

바람직하게, 상기 중앙제어부는 획득한 상기 마이크로그리드의 전압과, 상기 전력변환장치의 유효전력을 입력값으로, 상기 전력변환장치의 가용 최대값이 되는 무효전력 최대값을 산출하고, 산출된 상기 무효전력 최대값을 이용하여 상기 마이크로그리드의 전압을 제어하기 위한 상기 무효전력 지령값을 산출하는 무효전력 제어기를 포함할 수 있다.Preferably, the central control unit calculates a reactive power maximum value that is a maximum available value of the power conversion apparatus, using the acquired voltage of the micro grid and the active power of the power conversion apparatus as input values, And a reactive power controller for calculating the reactive power command value for controlling the voltage of the micro grid using the maximum power value.

바람직하게, 상기 중앙제어부는 획득한 상기 마이크로그리드의 주파수와, 상기 전력변환장치의 유효전력을 입력값으로, 상기 전력변환장치의 가용 범위에서의 최대값인 가용 유효전력 최대값을 산출하고, 산출된 상기 가용 유효전력 최대값을 이용하여 상기 마이크로그리드의 주파수를 제어하기 위한 상기 유효전력 지령값을 산출하는 유효전력 제어기를 포함할 수 있다.Preferably, the central control unit calculates the maximum available electrical power, which is the maximum value in the available range of the power conversion apparatus, based on the obtained frequency of the micro grid and the active power of the power conversion apparatus as an input value, And an active power controller for calculating the active power command value for controlling the frequency of the micro grid using the available maximum available power.

또한 본 발명은, 독립형(grid-off) 마이크로그리드 시스템의 제어 방법에 있어서, 배터리를 포함한 에너지 저장 장치(ESS)와, 신재생 에너지를 획득하는 하나 이상의 분산 전원을 포함하여 적어도 하나 이상의 부하에 전력을 공급하는 마이크로그리드의 전압과 주파수를 측정하는 (a)단계; 상기 분산 전원과 상기 에너지 저장 장치의 전력을 변환하는 전력변환장치로부터 유효전력 또는 무효전력을 측정하는 (b)단계; 및 상기 에너지 저장 장치(ESS)와 상기 분산 전원의 인터페이스를 위한 커플링(PCC, Point of Common Coupling)을 형성하며, 상기 마이크로그리드의 전압과 주파수를 제어하여 정격 전압과 정격 주파수로 실시간 유지시키는 중앙제어부가, 상기 전력변환장치의 무효전력을 이용하여 상기 마이크로그리드의 전압을 제어하고, 상기 전력변환장치의 유효전력을 이용하여 주파수를 제어하는 (c)단계를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.The present invention also provides a control method of a grid-off microgrid system, comprising: an energy storage device (ESS) including a battery; at least one distributed power source for acquiring renewable energy; (A) measuring a voltage and a frequency of the microgrid supplying the plasma; (B) measuring active power or reactive power from a power conversion apparatus that converts the power of the distributed power source and the energy storage device; And a coupling (PCC, Point of Common Coupling) for an interface between the energy storage device (ESS) and the distributed power source, and controlling the voltage and frequency of the microgrid to maintain the rated voltage and the rated frequency in real time The control unit controls the voltage of the micro grid by using the reactive power of the power conversion apparatus and controls the frequency by using the active power of the power conversion apparatus.

본 발명에 따르면, 분산전원 설비의 전력변환장치의 무효전력을 활용하여 전압을 제어하고, 유효전력을 활용하여 주파수를 제어할 수 있다. 이 때, 유효전력과 무효전력은 설비의 정격을 초과할 수 없으므로, 가용 가능한 최대값을 고려하여 마이크로그리드의 정격 전압과 정격 주파수의 유지를 위한 유효전력과 무효전력의 지령치를 산출한다. 이로써, 본 발명은 정상상태의 유지가 어려운 독힙형 마이크로그리드 시스템의 안정적인 운영을 가능하도록 하는 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to control the voltage by using the reactive power of the power conversion device of the distributed power plant and to control the frequency by utilizing the active power. At this time, since the active power and the reactive power can not exceed the rating of the facility, the set values of the active power and the reactive power for maintaining the rated voltage and the rated frequency of the microgrid are calculated in consideration of the maximum allowable value. Thus, the present invention has an effect of enabling stable operation of a poison-hip type micro grid system which is difficult to maintain in a steady state.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 독립형 마이크로그리드 시스템의 개략적인 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 전원으로, 광전지 시스템(PVS)의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무효전력 제어기의 수행 알고리즘을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유효전력 제어기의 수행 알고리즘을 나타낸다.
1 shows a schematic diagram of a stand-alone microgrid system according to an embodiment of the present invention.
2 schematically shows a configuration of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
3 schematically shows the configuration of a photovoltaic system (PVS) as a distributed power supply according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows an execution algorithm of a reactive power controller according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates an execution algorithm of an active power controller according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the exemplary embodiments. Like reference numerals in the drawings denote members performing substantially the same function.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The objects and effects of the present invention can be understood or clarified naturally by the following description, and the purpose and effect of the present invention are not limited by the following description. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 독립형 마이크로그리드 시스템(1)의 개략적인 구성도를 나타낸다. 1 shows a schematic diagram of a stand-alone microgrid system 1 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 독립형 마이크로그리드 시스템(1)은 에너지 저장 장치(10), 분산 전원(30)을 포함하는 마이크로그리드, 전력변환장치(50), 중앙제어부(90)를 포함하여 구성될 수 있다.1, a stand-alone microgrid system 1 according to the present embodiment includes an energy storage device 10, a microgrid including a distributed power supply 30, a power conversion device 50, a central control unit 90, And the like.

마이크로그리드(microgrid)는 독립적으로 전력과 열 등을 공급하는 소규모 전력 네트워크로, 최근 신재생 에너지원 등을 이용한 소규모 분산전원(Distributed Generator)이 구성된 차세대 전력 시스템이다.Microgrid is a small-scale power network that supplies power and heat independently. Recently, it is a next generation power system composed of a small distributed power generator using a renewable energy source.

마이크로그리드는 배터리(101)를 포함한 에너지 저장 장치(ESS)(10)와, 신재생 에너지를 획득하는 하나 이상의 분산 전원(30)을 포함하여 적어도 하나 이상의 부하(70)에 전력을 공급할 수 있다. 본 실시예로, 분산 전원(30)이 획득하는 신재생 에너지는 태양광 에너지 또는 풍력 에너지 등이 될 수 있다. 본 명세서에서는 태양광 에너지를 획득하는 Photovoltaic System Branch를 분산 전원(30)의 예시로 설명한다. 마이크로그리드는 전력 네트워크 구성 범위가 작아 태양열의 신재생발전원의 전력 품질 및 공급의 안정성 확보가 중요하므로, 에너지 저장 장치(ESS, Energy Storage System)(10)와 함께 구성되는 것이 바람직하다.The microgrid may supply power to at least one load 70, including an energy storage device (ESS) 10 including a battery 101 and one or more distributed power sources 30 for acquiring renewable energy. In this embodiment, the renewable energy acquired by the distributed power source 30 may be solar energy or wind energy. In the present specification, a photovoltaic system branch for acquiring solar energy is described as an example of a distributed power source 30. [ It is preferable that the micro grid is configured with an energy storage system (ESS) 10 because it is important to secure the power quality of the new and renewable power generation source of the solar power generation and stability of the supply.

에너지 저장 장치(10)는 배터리(101)와 전력변환장치인 양방향 DC-AC 인버터(50a)를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 전력변환장치(50)는 에너지 저장 장치(10)의 전력을 변환하기 위해 ESS 시스템에 함께 구성될 수 있다. The energy storage device 10 may include a battery 101 and a bi-directional DC-AC inverter 50a, which is a power conversion device. In this case, the power conversion device 50 may be configured together in the ESS system to convert the power of the energy storage device 10.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치(10)의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 에너지 저장 장치(10)는 Battery Strage system(BSS) 브런치로 제공될 수 있다. BSS는 인버터(50a), 변압기를 포함한 전력변환장치와, 인버터 컨트롤러(inverter controller)와, 배터리 컨트롤러(battery controller)로 구성될 수 있다. 배터리 모델은 Randle's 모델 기반으로 설계될 수 있으며, 배터리 컨트롤러(battery controller)는 양방향 3상 인버터 모델에서 배터리의 충방전을 제어한다.2 schematically shows the configuration of an energy storage device 10 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the energy storage device 10 may be provided as a battery strain system (BSS) brunch. The BSS may include an inverter 50a, a power conversion device including a transformer, an inverter controller, and a battery controller. The battery model can be designed based on the Randle's model, and the battery controller controls the charging and discharging of the battery in a bidirectional three-phase inverter model.

분산 전원(30)은 마이크로그리드에 하나 이상 마련될 수 있으며, 본 실시예로 광전지 어레이(301)와 DC-DC컨버터(50b), DC-AC인버터(50c)를 포함한 광전지 시스템(PVS, Photovoltaic System)으로 구성될 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 전원(30)으로, 광전지 시스템(PVS)의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.One or more distributed power sources 30 may be provided in the microgrid and include a photovoltaic system (PVS) including a photovoltaic array 301, a DC-DC converter 50b and a DC-AC inverter 50c, ). FIG. 3 is a schematic diagram of the configuration of a photovoltaic system (PVS) as a distributed power source 30 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 광전지 시스템(PVS)은 광전지인 PV array와, 전력변환장치인 DC-DC 컨버터(50b), DC-AC 인버터(50c)와, 인버터 컨트롤러(inverter controller) 및 컨버터 컨트롤러(converter controller)로 구성될 수 있다. 이 경우, 전력변환장치(50)는 분산 전원(30)의 전력을 변환하기 위해 PVS 시스템에 함께 구성될 수 있다. Referring to FIG. 3, the photovoltaic system PVS includes a photovoltaic PV array, a DC-DC converter 50b, a DC-AC inverter 50c, an inverter controller, and a converter controller. In this case, the power inverter 50 may be configured together in the PVS system to convert the power of the distributed power supply 30.

중앙 제어부(90)는 에너지 저장 장치(10)와 분산 전원(30)의 인터페이스를 위한 커플링(PCC, Point of Common Coupling)(93)을 형성하며, 마이크로그리드의 전압과 주파수를 제어하여 정격 전압과 정격 주파수로 실시간 유지시킬 수 있다.The central control unit 90 forms a coupling (PCC, Point of Common Coupling) 93 for the interface between the energy storage device 10 and the distributed power supply 30, and controls the voltage and frequency of the micro grid, And the rated frequency can be maintained in real time.

PCC(93)는 다양한 브런치(branch)의 인터페이스를 위한 결선부를 지칭한 것으로, 마이크로그리드의 라인 임피던스(RL)를 의미할 수 있다.The PCC 93 refers to the wiring for various branch interfaces and can refer to the line impedance (RL) of the microgrid.

중앙 제어부(90)는 전력변환장치(50)의 무효전력을 이용하여 마이크로그리드의 전압을 제어하고, 전력변환장치(50)의 유효전력을 이용하여 주파수를 제어할 수 있다.The central control unit 90 can control the voltage of the micro grid using the reactive power of the power conversion apparatus 50 and control the frequency using the active power of the power conversion apparatus 50. [

중앙 제어부(90)는 PCC(93)에서 측정된 마이크로그리드의 전압과 주파수를 획득하고, 전력변환장치(50)에서 측정된 유효전력을 획득하여, 마이크로그리드의 정격 전압과 정격 주파수를 유지하기 위한 유효전력 지령값과 무효전력 지령값을 산출하여 전력변환장치(50)를 제어할 수 있다. The central control unit 90 acquires the voltage and frequency of the microgrid measured by the PCC 93 and obtains the measured active power at the power inverter 50 to maintain the rated voltage and the rated frequency of the microgrid The power conversion device 50 can be controlled by calculating the reactive power command value and the reactive power command value.

이를 위하여, 중앙 제어부(90)는 유효전력 제어기(901)와 무효전력 제어기(903)의 구성을 포함할 수 있다.For this, the central control unit 90 may include a configuration of an active power controller 901 and a reactive power controller 903. [

무효전력 제어기(903)는 획득한 마이크로그리드의 전압과, 전력변환장치(50)의 유효전력을 입력값으로, 전력변환장치(50)의 가용 최대값이 되는 무효전력 최대값을 산출하고, 산출된 무효전력 최대값을 이용하여 마이크로그리드의 전압을 제어하기 위한 상기 무효전력 지령값을 산출할 수 있다.The reactive power controller 903 calculates the reactive power maximum value that is the maximum available value of the power conversion device 50, using the acquired voltage of the micro grid and the active power of the power conversion device 50 as input values, It is possible to calculate the reactive power command value for controlling the voltage of the micro grid using the maximum reactive power value.

본 실시예로, 무효전력 제어기(903)는 하기 [수학식 1]에 따른 연산으로 무효전력 최대값을 산출할 수 있다.In this embodiment, the reactive power controller 903 can calculate the reactive power maximum value by the calculation according to the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, DG는 분산전원을 의미하며, Qmax j,DG는 무효전력 최대값을 의미하고, Smax j,DG는 분산전원(DG)의 피상전력을 의미하며, Pmeas jDG는 전력변환장치의 측정된 유효전력을 의미한다. 변수 j는 설치된 분산전원의 개수를 의미한다. Here, DG denotes a distributed power source, Q max j, DG denotes a reactive power maximum value, S max j, DG denotes an apparent power of the distributed power source (DG), P meas jDG denotes a power source Means the measured active power. The variable j means the number of distributed power sources installed.

이후, 무효전력 제어기(903)는 하기 [수학식 2]에 따른 연산으로 무효전력 지령값을 산출하고, 산출된 무효전력 지령값이 무효전력 최대값보다 큰 경우, 무효전력 최대값을 무효전력 지령값으로 설정할 수 있다.Thereafter, the reactive power controller 903 calculates the reactive power command value by the calculation according to the following expression (2), and when the calculated reactive power command value is larger than the reactive power maximum value, the reactive power maximum value is set as the reactive power command Value.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, Qset j,DG는 무효전력 지령값을 의미하고, set은 각 분산전원(j번째 DG)의 전력변환장치 제어기에 지령되는 값이며, Qmax j,DG는 무효전력 최대값을 의미하며, n은 분산전원의 총개수를 의미하고, △Qcont는 무효전력제어기에서 산출되는 전압제어에 필요한 무효전력량을 의미한다. Here, Q set j, DG means a reactive power command value, set is a value commanded to the power converter controller of each distributed power source (j-th DG), Q max j, DG means the maximum reactive power , n denotes the total number of distributed power sources, and ΔQ cont denotes the amount of reactive power required for voltage control calculated by the reactive power controller.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무효전력 제어기(903)의 수행 알고리즘을 나타낸다. 즉, 도 4는 마이크로그리드의 전압 제어 로직으로 이해될 수 있다. 도 4를 참조하면, Step2는 무효전력 제어기(903)가 무효전력 최대값을 산출하는 단계이며, Step3는 무효전력 제어기(903)가 무효전력 지령값을 산출하는 단계를 의미한다. Step4는 무효전력 제어기(903)가 Step3에서 산출된 무효전력 지령값과 무효전력 최대값을 비교하는 단계를 의미한다. Step4에서, 무효전력 제어기(903)는 무효전력 지령값이 무효전력 최대값보다 큰 경우는 무효전력 최대값을 지령값으로 설정하여 전력변환장치(50)를 최종 제어하게 된다. 무효전력 제어기(903)는 본 실시예와 같이, 설비의 정격을 고려하며, 가용 가능한 최대값을 고려하여 지령값을 최종 결정한다. 4 shows an execution algorithm of the reactive power controller 903 according to an embodiment of the present invention. That is, Fig. 4 can be understood as the voltage control logic of the microgrid. Referring to FIG. 4, Step 2 is a step in which the reactive power controller 903 calculates a reactive power maximum value, and Step 3 is a step in which the reactive power controller 903 calculates a reactive power command value. Step 4 is a step in which the reactive power controller 903 compares the reactive power command value calculated in step 3 with the reactive power maximum value. In step 4, the reactive power controller 903 finally controls the power inverter 50 by setting the reactive power maximum value as the command value when the reactive power command value is larger than the reactive power maximum value. The reactive power controller 903 considers the rating of the facility and finally determines the command value in consideration of the maximum value available, as in this embodiment.

한편, 유효전력 제어기(901)는 획득한 마이크로그리드의 주파수와, 전력변환장치(50)의 유효전력을 입력값으로, 전력변환장치(50)의 가용 범위에서의 최대값인 가용 유효전력 최대값을 산출하고, 산출된 가용 유효전력 최대값을 이용하여 마이크로그리드의 주파수를 제어하기 위한 유효전력 지령값을 산출할 수 있다.On the other hand, the active power controller 901 receives the frequency of the acquired micro grid and the active power of the power inverter 50 as an input value, and obtains the maximum available active power, which is the maximum value in the usable range of the power converter 50 And the active power command value for controlling the frequency of the micro grid can be calculated using the calculated maximum available available power.

본 실시예로, 유효전력 제어기(901)는 하기 [수학식 3]에 따른 연산으로 상기 가용 최대값이 되는 유효전력 최대값을 산출할 수 있다.In this embodiment, the active power controller 901 can calculate the active power maximum value which becomes the maximum allowable value by an operation according to the following expression (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, △Pmax j,DG는 j번째 DG에서 사용할 수 있는 가용 유효전력 최대값을 의미하고, Pmax j,DG는 j번째 DG의 설치용량 유효전력 최대값을 의미하며, Pmeas j,DG 는 전력변환장치의 측정된 유효전력을 의미한다. P max j, DG means the maximum available active power available for the jth DG , P max j, DG means the maximum installed capacity active power of the j th DG, P meas j, DG Means the measured active power of the power conversion device.

이후, 유효전력 제어기(901)는 하기 [수학식 4]에 따른 연산으로 유효전력 지령값을 산출하고, 산출된 유효전력 지령값이 가용 유효전력 최대값보다 큰 경우, 가용 유효전력 최대값을 유효전력 지령값으로 설정할 수 있다.Thereafter, the active power controller 901 calculates the active power command value by an operation according to the following expression (4), and when the calculated active power command value is larger than the available active power maximum value, It can be set as a power command value.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, Pset j,DG는 j번째 DG의 전력변환장치에 지령되는 유효전력 지령값을 의미하고, △Pmax j,DG는 j번째 DG에서 사용할 수 있는 가용 유효전력 최대값을 의미하며, Pmax j,DG는 j번째 DG의 설치용량 유효전력 최대값을 의미하고, n는 분산전원의 총 개수를 의미하며, △Pcont는 유효전력제어기에서 산출되는 주파수제어에 필요한 유효전력량을 의미한다. Where P set j, DG means the active power command value commanded to the power converter of the j th DG, ΔP max j, DG means the maximum available active power available for the j th DG, P max j, DG denotes the maximum installed capacity of the j th DG, n denotes the total number of distributed power sources, and ΔP cont denotes the amount of active power required for frequency control calculated by the active power controller.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유효전력 제어기(901)의 수행 알고리즘을 나타낸다. 즉, 도 5는 마이크로그리드의 주파수 제어 로직으로 이해될 수 있다. 도 5를 참조하면, Step2는 유효전력 제어기(901)가 가용 유효전력 최대값을 산출하는 단계이며, Step3는 유효전력 제어기(901)가 유효전력 지령값을 산출하는 단계를 의미한다. Step4는 유효전력 제어기(901)가 Step3에서 산출된 유효전력 지령값과 가용 무효전력 최대값을 비교하는 단계를 의미한다. Step4에서, 유효전력 제어기(901)는 유효전력 지령값이 가용 유효전력 최대값보다 큰 경우는 가용 유효전력 최대값을 지령값으로 설정하여 전력변환장치(50)를 최종 제어하게 된다. 유효전력 제어기(901)는 본 실시예와 같이, 설비의 정격을 고려하며, 가용 가능한 최대값을 고려하여 지령값을 최종 결정한다. 5 shows an execution algorithm of the active power controller 901 according to an embodiment of the present invention. That is, FIG. 5 can be understood as the frequency control logic of the microgrid. Referring to FIG. 5, step 2 is a step of calculating the available maximum active power value by the active power controller 901, and step 3 is a step of calculating the active power command value by the active power controller 901. Step 4 is a step in which the active power controller 901 compares the active power command value calculated in Step 3 with the maximum available reactive power. In Step 4, the active power controller 901 finally controls the power converter 50 by setting the maximum available electric power as the command value when the active power command value is larger than the available active power maximum value. The active power controller 901, as in the present embodiment, considers the rating of the facility, and finally determines the command value in consideration of the maximum usable value.

본 실시예는, 분산 전원(30)의 수와 관계없이 범용적으로 적용될 수 있는 기술적 특징을 갖고 있으며, 전력변환장치(50)를 활용한 전압 및 주파수 제어에 적용 가능한 기술로 이해될 수 있다.The present embodiment can be understood as a technique applicable to voltage and frequency control utilizing the power conversion device 50, having technical features that can be applied generally regardless of the number of distributed power sources 30. [

전술한 독립형 마이크로그리드 시스템(1)의 제어 방법은 다음과 같이 정리 될 수 있다. 마이크로그리드 시스템의 제어 방법은 배터리를 포함한 에너지 저장 장치(ESS)(10)와, 신재생 에너지를 획득하는 하나 이상의 분산 전원(30)을 포함하여 적어도 하나 이상의 부하에 전력을 공급하는 마이크로그리드의 전압과 주파수를 측정하는 (a)단계; 분산 전원(30)과 에너지 저장 장치(10)의 전력을 변환하는 전력변환장치(50)로부터 유효전력 또는 무효전력을 측정하는 (b)단계; 및 에너지 저장 장치(ESS)(10)와 분산 전원(30)의 인터페이스를 위한 커플링(PCC, Point of Common Coupling)(93)을 형성하며, 마이크로그리드의 전압과 주파수를 제어하여 정격 전압과 정격 주파수로 실시간 유지시키는 중앙제어부(90)가, 전력변환장치(50)의 무효전력을 이용하여 마이크로그리드의 전압을 제어하고, 전력변환장치(50)의 유효전력을 이용하여 주파수를 제어하는 (c)단계를 포함할 수 있다.The control method of the independent microgrid system 1 described above can be summarized as follows. A control method of the micro grid system includes an energy storage device (ESS) 10 including a battery, at least one distributed power source 30 for acquiring renewable energy, and a voltage of a micro grid (A) measuring frequency and frequency; (B) measuring active power or reactive power from a power conversion device (50) for converting the power of the distributed power source (30) and the energy storage device (10); And a point of common coupling (PCC) 93 for the interface between the energy storage device (ESS) 10 and the distributed power supply 30 and controls the voltage and frequency of the micro grid to control the rated voltage and the rated voltage A central control unit 90 for maintaining a frequency in real time controls the voltage of the micro grid by using the reactive power of the power conversion device 50 and controls the frequency by using the effective power of the power conversion device 50 ) Step.

독립형 마이크로그리드 시스템(1)의 제어 방법은 전술한 중앙 제어부(90)에서 수행되는 과정으로, (a)단계와 (b)단계는 센서를 통한 계측값을 획득하는 과정을 의미하고, (c)단계는 유효전력 제어기(901)와 무효전력 제어기(903)에서의 동작 로직을 수행하는 과정을 의미한다.  The control method of the independent microgrid system 1 is performed by the central control unit 90. Steps (a) and (b) refer to a process of acquiring measurement values through a sensor. (C) Step < / RTI > refers to the process of performing the operational logic in the active power controller 901 and the reactive power controller 903.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. will be. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by all changes or modifications derived from the scope of the appended claims and equivalents of the following claims.

1: 독립형 마이크로그리드 시스템
10: 에너지 저장 장치
101: 배터리
30: 분산 전원
301: 광전지 어레이
50: 전력변환장치
70: 부하
90: 중앙 제어부
93: PCC
901: 유효전력 제어기
903: 무효전력 제어기
1: Stand-alone Micro Grid System
10: Energy storage device
101: Battery
30: Distributed power supply
301: photovoltaic array
50: power converter
70: Load
90:
93: PCC
901: Active power controller
903: reactive power controller

Claims (9)

독립형(grid-off) 마이크로그리드 시스템에 있어서,
배터리를 포함한 에너지 저장 장치(ESS)와, 신재생 에너지를 획득하는 하나 이상의 분산 전원을 포함하여 적어도 하나 이상의 부하에 전력을 공급하는 마이크로그리드;
상기 분산 전원과 상기 에너지 저장 장치의 전력을 변환하는 전력변환장치;
상기 에너지 저장 장치(ESS)와 상기 분산 전원의 인터페이스를 위한 커플링(PCC, Point of Common Coupling)을 형성하며, 상기 마이크로그리드의 전압과 주파수를 제어하여 정격 전압과 정격 주파수로 실시간 유지시키는 중앙제어부를 포함하고,
상기 중앙제어부는,
상기 전력변환장치의 무효전력을 이용하여 상기 마이크로그리드의 전압을 제어하고, 상기 전력변환장치의 유효전력을 이용하여 주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로그리드 시스템.
In a grid-off microgrid system,
A micro grid for powering at least one load including an energy storage device (ESS) including a battery and at least one distributed power source for acquiring renewable energy;
A power conversion device for converting power of the distributed power source and the energy storage device;
A central control unit for forming a coupling (PCC, Point of Common Coupling) for an interface between the energy storage device (ESS) and the distributed power source and controlling the voltage and frequency of the micro grid to maintain the rated voltage and the rated frequency in real time; Lt; / RTI >
The central control unit,
Wherein the voltage of the microgrid is controlled using the reactive power of the power conversion device, and the frequency is controlled using the active power of the power conversion device.
제 1 항에 있어서,
상기 중앙제어부는,
상기 커플링(PCC)에서 측정된 상기 마이크로그리드의 전압과 주파수를 획득하고,
상기 전력변환장치에서 측정된 유효전력을 획득하여,
상기 마이크로그리드의 정격 전압과 정격 주파수를 유지하기 위한 유효전력 지령값과 무효전력 지령값을 산출하여 상기 전력변환장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로그리드 시스템.
The method according to claim 1,
The central control unit,
Obtaining a voltage and frequency of the microgrid measured at the coupling (PCC)
Obtaining the measured active power at the power conversion device,
Wherein the power control device controls the power conversion device by calculating an active power command value and a reactive power command value for maintaining the rated voltage and the rated frequency of the microgrid.
제 2 항에 있어서,
상기 중앙제어부는,
획득한 상기 마이크로그리드의 전압과, 상기 전력변환장치의 유효전력을 입력값으로, 상기 전력변환장치의 가용 최대값이 되는 무효전력 최대값을 산출하고, 산출된 상기 무효전력 최대값을 이용하여 상기 마이크로그리드의 전압을 제어하기 위한 상기 무효전력 지령값을 산출하는 무효전력 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로그리드 시스템.
3. The method of claim 2,
The central control unit,
Calculating a reactive power maximum value which is an available maximum value of the power conversion apparatus by using the acquired voltage of the micro grid and the active power of the power conversion apparatus as an input value, And a reactive power controller for calculating the reactive power command value for controlling the voltage of the microgrid.
제 3 항에 있어서,
상기 무효전력 제어기는,
하기 [수학식 1]에 따른 연산으로 무효전력 최대값을 산출하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로그리드 시스템.
[수학식 1]
Figure pat00005

여기서, DG는 분산전원을 의미하며, Qmax j,DG는 무효전력 최대값을 의미하고, Smax j,DG는 분산전원(DG)의 피상전력을 의미하며, Pmeas jDG는 전력변환장치의 측정된 유효전력을 의미한다. 변수 j는 설치된 분산전원의 개수를 의미한다.
The method of claim 3,
The reactive power controller includes:
And calculates the reactive power maximum value by an operation according to the following equation (1).
[Equation 1]
Figure pat00005

Here, DG denotes a distributed power source, Q max j, DG denotes a reactive power maximum value, S max j, DG denotes an apparent power of the distributed power source (DG), P meas jDG denotes a power source Means the measured active power. The variable j means the number of distributed power sources installed.
제 3 항에 있어서,
상기 무효전력 제어기는,
하기 [수학식 2]에 따른 연산으로 무효전력 지령값을 산출하고, 산출된 무효전력 지령값이 상기 무효전력 최대값보다 큰 경우, 상기 무효전력 최대값을 상기 무효전력 지령값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로그리드 시스템.
[수학식 2]
Figure pat00006

여기서, Qset j,DG는 무효전력 지령값을 의미하고, set은 각 분산전원(j번째 DG)의 전력변환장치 제어기에 지령되는 값이며, Qmax j,DG는 무효전력 최대값을 의미하며, n은 분산전원의 총개수를 의미하고, △Qcont는 무효전력제어기에서 산출되는 전압제어에 필요한 무효전력량을 의미한다.
The method of claim 3,
The reactive power controller includes:
The reactive power command value is calculated by an operation according to the following expression (2), and when the calculated reactive power command value is larger than the reactive power maximum value, the reactive power maximum value is set as the reactive power command value A stand-alone micro-grid system.
&Quot; (2) "
Figure pat00006

Here, Q set j, DG means a reactive power command value, set is a value commanded to the power converter controller of each distributed power source (j th DG), Q max j, DG means the maximum reactive power , n denotes the total number of distributed power sources, and ΔQ cont denotes the amount of reactive power required for voltage control calculated by the reactive power controller.
제 2 항에 있어서,
상기 중앙제어부는,
획득한 상기 마이크로그리드의 주파수와, 상기 전력변환장치의 유효전력을 입력값으로, 상기 전력변환장치의 가용 범위에서의 최대값인 가용 유효전력 최대값을 산출하고, 산출된 상기 가용 유효전력 최대값을 이용하여 상기 마이크로그리드의 주파수를 제어하기 위한 상기 유효전력 지령값을 산출하는 유효전력 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로그리드 시스템.
3. The method of claim 2,
The central control unit,
Calculating a maximum usable active power which is a maximum value in a usable range of the power conversion apparatus based on the obtained frequency of the micro grid and the active power of the power conversion apparatus as an input value, And an active power controller for calculating the active power command value for controlling the frequency of the microgrid using the control signal.
제 6 항에 있어서,
상기 유효전력 제어기는,
하기 [수학식 3]에 따른 연산으로 상기 가용 최대값이 되는 유효전력 최대값을 산출하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로그리드 시스템.
[수학식 3]
Figure pat00007

여기서, △Pmax j,DG는 j번째 DG에서 사용할 수 있는 가용 유효전력 최대값을 의미하고, Pmax j,DG는 j번째 DG의 설치용량 유효전력 최대값을 의미하며, Pmeas j,DG 는 전력변환장치의 측정된 유효전력을 의미한다.
The method according to claim 6,
Wherein the active power controller comprises:
And calculates an active power maximum value which is the maximum allowable value by an operation according to the following equation (3).
&Quot; (3) "
Figure pat00007

P max j, DG means the maximum available active power available for the jth DG , P max j, DG means the maximum installed capacity active power of the j th DG, P meas j, DG Means the measured active power of the power conversion device.
상기 유효전력 제어기는,
하기 [수학식 4]에 따른 연산으로 유효전력 지령값을 산출하고, 산출된 유효전력 지령값이 상기 가용 유효전력 최대값보다 큰 경우, 상기 가용 유효전력 최대값을 상기 유효전력 지령값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로그리드 시스템.
[수학식 4]
Figure pat00008

여기서, Pset j,DG는 j번째 DG의 전력변환장치에 지령되는 유효전력 지령값을 의미하고, △Pmax j,DG는 j번째 DG에서 사용할 수 있는 가용 유효전력 최대값을 의미하며, Pmax j,DG는 j번째 DG의 설치용량 유효전력 최대값을 의미하고, n는 분산전원의 총 개수를 의미하며, △Pcont는 유효전력제어기에서 산출되는 주파수제어에 필요한 유효전력량을 의미한다.
Wherein the active power controller comprises:
Calculates a valid electric power command value by an operation according to Equation (4) below, and sets the available available electric power maximum value as the effective electric power command value when the calculated effective electric power command value is larger than the available available electric power maximum value Wherein the microgrid system is a stand-alone microgrid system.
&Quot; (4) "
Figure pat00008

Where P set j, DG means the active power command value commanded to the power converter of the j th DG, ΔP max j, DG means the maximum available active power available for the j th DG, P max j, DG denotes the maximum installed capacity of the j th DG, n denotes the total number of distributed power sources, and ΔP cont denotes the amount of active power required for frequency control calculated by the active power controller.
독립형(grid-off) 마이크로그리드 시스템의 제어 방법에 있어서,
(a) 배터리를 포함한 에너지 저장 장치(ESS)와, 신재생 에너지를 획득하는 하나 이상의 분산 전원을 포함하여 적어도 하나 이상의 부하에 전력을 공급하는 마이크로그리드의 전압과 주파수를 측정하는 단계;
(b) 상기 분산 전원과 상기 에너지 저장 장치의 전력을 변환하는 전력변환장치로부터 유효전력 또는 무효전력을 측정하는 단계; 및
(c) 상기 에너지 저장 장치(ESS)와 상기 분산 전원의 인터페이스를 위한 커플링(PCC, Point of Common Coupling)을 형성하며, 상기 마이크로그리드의 전압과 주파수를 제어하여 정격 전압과 정격 주파수로 실시간 유지시키는 중앙제어부가, 상기 전력변환장치의 무효전력을 이용하여 상기 마이크로그리드의 전압을 제어하고, 상기 전력변환장치의 유효전력을 이용하여 주파수를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로그리드 시스템의 제어 방법.
A method of controlling a grid-off microgrid system,
(a) measuring the voltage and frequency of a microgrid that supplies power to at least one load including an energy storage device (ESS) including a battery and at least one distributed power source for acquiring renewable energy;
(b) measuring active power or reactive power from a power conversion apparatus for converting the power of the distributed power source and the energy storage device; And
(c) forming a coupling (PCC, Point of Common Coupling) for the interface between the energy storage device (ESS) and the dispersed power source, and controlling the voltage and frequency of the microgrid to maintain a real- Wherein the central control unit controls the voltage of the microgrid by using the reactive power of the power conversion apparatus and controls the frequency by using the active power of the power conversion apparatus. / RTI >
KR1020170113190A 2017-09-05 2017-09-05 Grid-off microgrid system capable of maintaining rated voltage and rated frequency KR20190026379A (en)

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