KR20190026785A

KR20190026785A - 그리드 형성 모드에서 복수의 전력 컨버터를 시동하는 방법 및 전력 시스템

Info

Publication number: KR20190026785A
Application number: KR1020197002413A
Authority: KR
Inventors: 아풀바 소마니
Original assignee: 다이너파워 컴퍼니 엘엘씨
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2019-03-13
Also published as: CN109643897B; US20180131268A1; CA3027225C; WO2018075710A1; CN109643897A; NZ749262A; US20180109111A1; ZA201808401B; CA3027225A1; EP3529873B1; AU2017345406B2; AU2017345406A1; KR102281862B1; JP6983821B2; JP2019531677A; EP3529873A1; US10153688B2

Abstract

마이크로그리드(microgrid) 상에서 블랙스타트(blackstart)를 수행하는 전력 시스템(power system) 및 방법이 제공된다. 전력 시스템은, 적어도 제1 전력 컨버터(120)와 제2 전력 컨버터(140)를 포함한다. 제1 전력 컨버터는 블랙스타트를 수행하기 위한 복수의 시동 시퀀스(startup sequences)를 갖는 제1 제어기(230)를 포함한다. 제2 전력 컨버터는, 상기 제1 전력 컨버터와 공통 커플링 지점(a point of common coupling)(180)에서 전기적으로 커플링된다. 블랙스타트 동안에, 상기 제1 제어기는, 상기 제2 전력 컨버터가 상기 블랙스타트 동안 상기 제2 전력 컨버터의 시동 시퀀스 중 어느 지점에 있는지에 따라, 상기 복수의 시동 시퀀스 중 하나를 선택 및 수행하도록 구성된다. 제1 제어기는 상기 공통 커플링 지점에서의 마이크로그리드 전압에 따라 상기 복수의 시동 시퀀스 중 상기 하나를 선택한다.

Description

그리드 형성 모드에서 복수의 전력 컨버터를 시동하는 방법 및 전력 시스템

본 발명은, 전반적으로는 복수의 전력 컨버터를 포함하는 전력 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 그리드 형성 모드에서 복수의 전력 컨버터를 시동하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

전력 시스템은, 그리드(예를 들어, 로컬 부하들을 갖는 마이크로그리드 및/또는 유틸리티 그리드)에 전력 공급을 제공하기 위한 분산형 전력원들(예컨대, 분산된 발전기들, 배터리 뱅크들, 및/또는 솔라 패널이나 풍력 터빈과 같은 재생 가능 리소스들)을 포함할 수 있다. 전력 시스템은, 전력원과 그리드 사이에서 전력을 변환해주는, 전력 인버터 등과 같은 전력 컨버터를 포함할 수 있다. 이러한 전력 변환은 AC/DC, DC/DC, AC/AC 및 DC/AC를 포함할 수 있다.

마이크로그리드 시스템은 다양한 상호 접속된 분산 에너지 자원들(예컨대, 발전기들 및 에너지 저장 유닛들) 및 부하들을 포함할 수 있다. 마이크로그리드 시스템은, 회로 차단기(ciruit breakers), 반도체 스위치(사이리스터 및 IGBT 등) 및/또는 접촉기(contactors) 등과 같은 스위치들을 통해 메인 유틸리티 그리드에 커플링될 수 있다. 마이크로그리드 시스템이 메인 유틸리티 그리드에 접속된 경우, 그 메인 유틸리티 그리드가 마이크로그리드 시스템의 로컬 부하들에 전력을 공급할 수 있다. 메인 유틸리티 그리드 자체가 로컬 부하들에 전력을 공급할 수도 있고, 로컬 부하들에 전력을 공급하기 위하여 메인 유틸리티 그리드가 마이크로그리드의 전력원들과 함께 사용될 수도 있다.

마이크로그리드 시스템을 제어하고 관리하기 위해, 하드웨어 및 소프트웨어 시스템을 포함하는 제어기가 사용될 수 있다. 또한, 이러한 제어기는 스위치들의 온 및 오프 상태를 제어하고 그에 따라 마이크로그리드 시스템이 메인 그리드에 접속되거나 그로부터 분리되도록 할 수 있다. 마이크로그리드 시스템의 그리드에 접속된 상태의 동작은 통상 "그리드 연계(grid tied)" 모드라고 불리는 반면, 그리드에서 분리된 상태의 동작은 통상 "아일랜드(islanded)"또는 "독립(stand alone)" 모드라고 칭해진다.

본 발명의 실시예들은, 전력 시스템의 전력 컨버터들 사이의 통신을 필요로 하지 않으면서 마이크로그리드 상에서 블랙스타트(blackstart)를 수행하기 위한 전력 시스템 및 방법을 포함한다.

일 특징에 있어서, 마이크로그리드(microgrid) 상에서 블랙스타트(blackstart)를 수행하는 전력 시스템(power system)은, 제1 제어기를 포함하는 제1 전력 컨버터- 제1 제어기는, 블랙스타트를 수행하기 위한 복수의 시동 시퀀스(startup sequences)를 가짐 -; 및 제1 전력 컨버터와 공통 커플링 지점(a point of common coupling)에서 전기적으로 커플링되는 제2 전력 컨버터를 포함한다. 블랙스타트 동안에, 제1 제어기는, 제2 전력 컨버터가 블랙스타트 동안 제2 전력 컨버터의 시동 시퀀스 중 어느 지점에 있는지에 따라, 복수의 시동 시퀀스 중 하나를 선택 및 수행하도록 구성되고, 제1 제어기는 공통 커플링 지점에서의 마이크로그리드 전압에 따라 복수의 시동 시퀀스 중 하나를 선택한다.

제2 전력 컨버터는, 복수의 시동 시퀀스를 갖는 제2 제어기를 포함할 수 있고, 제2 제어기는, 제1 제어기가 마이크로그리드 전압에 따라 블랙스타트 동안 제2 제어기와 동기화될 수 있도록, 제2 전력 컨버터가 복수의 시동 시퀀스 중 하나를 수행하게 제어하도록 구성된다.

제1 제어기는, 마이크로그리드 전압이 제1 소정 전압 임계치보다 낮을 때 제1 시동 시퀀스를 선택하도록 구성될 수 있다. 제1 제어기는, 제1 시동 시퀀스를 수행함에 있어서, 제1 전력 컨버터와 공통 커플링 지점 사이에 커플링된 제1 스위치를 폐쇄(close)하는 동작, 제1 전력 컨버터의 게이팅(gating)을 시작하는 동작, 제1 전력 컨버터의 출력 전압의 주파수를 제1 소정 주파수가 되도록 제어하는 동작, 제1 소정 기간에 걸쳐 제1 전력 컨버터의 출력 전압 레벨을 실질적으로 제로로부터 제1 소정 전압 레벨로 램핑(ramp)하는 동작, 소정의 드웰 기간(dwell period) 동안, 출력 전압 레벨을 제1 소정 전압 레벨로 홀드(hold)하고 출력 전압의 주파수를 제1 소정 주파수로 홀드하는 동작, 및 제2 소정 기간에 걸쳐, 출력 전압 레벨을 제1 소정 전압 레벨로부터 공칭 전압 레벨까지 램핑하고, 출력 전압의 주파수를 제1 소정 주파수에서 공칭 출력 전압 주파수로 램핑하는 동작 중 하나 이상의 동작을 수행하도록 구성된다.

제1 제어기는, 또한, 마이크로그리드 전압이 제1 소정 전압 임계치보다 크고 제2 소정 전압 임계치보다 작을 때 제2 시동 시퀀스를 선택하도록 구성될 수 있다. 제1 제어기는, 제2 시퀀스를 수행함에 있어서, 마이크로그리드 전압 및 마이크로그리드 주파수에 대한 위상 고정 루프 동기화를 시작하는 동작, 마이크로그리드 전압이 제1 소정 전압 임계치에 도달할 때까지 대기하도록 제1 대기 시간을 실행(implement)하는 동작, 제1 소정 전압 임계치를 출력하도록 제1 전력 컨버터의 게이팅을 시작하는 동작, 나머지 기간 동안 제1 전력 컨버터의 출력 전압을 제1 소정 전압 임계치로부터 제1 소정 전압 레벨로 램핑- 나머지 기간은, 제2 전력 제어기가 자신의 출력 전압을 실질적으로 제로로부터 제1 소정 전압 레벨까지 램핑하는 것을 완료하는 제1 소정 기간 중의 일부임 -하는 동작, 소정의 드웰 기간의 일부 동안 대기하도록 제2 대기 시간을 실행- 소정의 드웰 기간은, 제2 전력 컨버터가 자신의 출력 전압 및 주파수를 홀드하는 기간임 -하는 동작, 제1 전력 컨버터와 공통 커플링 지점 사이에 커플링된 제1 스위치를 폐쇄하는 동작, 소정의 드웰 기간의 나머지 부분을 대기하도록 제3 대기 시간을 실행하는 동작, 및 제2 소정 기간에 걸쳐 출력 전압의 주파수를 공칭 출력 전압 주파수로 램핑하고 출력 전압의 레벨을 제1 소정 전압 레벨에서 공칭 전압 레벨까지 램핑하는 동작 중 하나 이상의 동작을 수행하도록 구성된다.

제1 제어기는, 또한, 마이크로그리드 전압이 제3 소정 전압 임계치보다 클 때 제3 시동 시퀀스를 선택하도록 구성될 수 있다. 제1 제어기는, 제3 시퀀스를 수행함에 있어서, 마이크로그리드 전압이 공칭 마이크로그리드 전압의 제1 소정 부분에 도달하기까지 대기하도록 대기 시간을 실행하는 동작, 기존(existing) 마이크로그리드 전압에 대해 위상 고정 루프 동기화를 시작하는 동작, 마이크로그리드 전압 및 주파수가 공칭 마이크로그리드 전압 및 공칭 마이크로그리드 주파수의 미리 정해진 한계 내에 있는지 여부를 결정하는 동작, 제1 전력 컨버터의 게이팅을 시작하고 제1 전력 컨버터의 출력 전압을 제로로 설정하고 주파수를 공칭 마이크로그리드 주파수로 설정하는 동작, 제1 전력 컨버터의 출력 전압을 제로에서 마이크로그리드 전압으로 램핑하는 동작, 및 제1 전력 컨버터와 공통 커플링 지점 사이에 커플링된 제1 스위치를 폐쇄하는 동작 중 하나 이상의 동작을 수행하도록 구성된다.

제1 제어기는 또한 마이크로그리드 전압이 제3 소정 전압 임계치보다 클 때 또 다른 제3 시동 시퀀스를 선택하도록 구성될 수 있다. 제1 제어기는, 특정한 제3 시퀀스를 수행함에 있어서, 제2 전력 컨버터의 초기 상승 전압 및 주파수(initial rising voltage and frequency)를 캐치(catch)하는 동작, 제1 전력 컨버터를, 제2 전력 컨버터의 기존 상승 전압 및 주파수와 동기화시키는 동작, 제1 전력 컨버터와 공통 커플링 지점 사이에 커플링된 제1 스위치를 폐쇄하는 동작, 및 제2 전력 컨버터의 최종 램프 중 나머지 기간 동안 제1 전력 컨버터의 출력 전압 및 주파수를 초기 전압 및 주파수로부터 램핑하는 동작 중 하나 이상의 동작을 수행하도록 구성된다.

또 다른 특징에 있어서, 마이크로그리드 상에서 블랙스타트를 수행하기 위한 전력 시스템은, 마이크로그리드에 전기적으로 커플링되고, 복수의 시동 시퀀스를 수행하도록 구성된 제1 제어기를 포함하는 제1 전력 컨버터; 및 마이크로그리드에 전기적으로 커플링된 제2 전력 컨버터를 포함한다. 블랙스타트 동안, 제1 제어기는, 마이크로그리드 전압에 따라 복수의 시동 시퀀스 중 하나를 선택 및 수행하도록 구성되고, 복수의 시동 시퀀스는 제1 시동 시퀀스, 제2 시동 시퀀스 및 제3 시동 시퀀스를 포함한다. 제1 제어기는, 마이크로그리드 전압이 제1 소정 임계 전압보다 작을 때 제1 시동 시퀀스를 선택하고, 마이크로그리드 전압이 제1 소정 임계 전압보다 크지만 제2 소정 임계 전압보다 작을 때 제2 시동 시퀀스를 선택하고, 마이크로그리드 전압이 제2 소정 전압보다 클 때 제3 시동 시퀀스를 선택할 수 있다.

제2 전력 컨버터는 제2 제어기를 포함할 수 있고, 제2 제어기가 또한, 블랙스타트 동안, 제1 제어기가 마이크로그리드 전압에 따라 제2 제어기와 동기화할 수 있도록, 제1 시동 시퀀스, 제2 시동 시퀀스 및 제3 시동 시퀀스를 포함하는 복수의 시동 시퀀스 중 하나를 수행하도록 구성된다.

일 특징에 있어서, 시동 시퀀스를 수행함에 있어서, 제1 제어기가, 제1 시동 시퀀스를 수행하도록 제1 전력 컨버터를 제어할 때, 제2 제어기는, 제1 시동 시퀀스, 제2 시동 시퀀스 및 제3 시동 시퀀스 중 하나를 시작하지 않았고, 제1 제어기가, 제2 시동 시퀀스를 수행하도록 제1 전력 컨버터를 제어할 때, 제2 제어기는 제1 시동 시퀀스를 시작하였으나 제1 시동 시퀀스의 소정 지점을 지나지는 않았으며, 제1 제어기가, 제3 시동 시퀀스를 수행하도록 제1 전력 컨버터를 제어할 때, 제2 제어기는 제1 시동 시퀀스를 시작했고 소정 지점을 지났다.

제1 시퀀스를 수행함에 있어서, 제1 제어기는, 제1 전력 컨버터를 마이크로그리드에 커플링하기 위해 제1 스위치를 폐쇄하는 동작, 제1 전력 컨버터의 게이팅을 시작하는 동작, 제1 전력 컨버터의 출력 전압의 주파수를 제1 소정 주파수가 되도록 제어하는 동작, 제1 소정 기간에 걸쳐 제1 전력 컨버터의 출력 전압의 레벨을 실질적으로 제로로부터 제1 소정 전압 레벨로 램핑하는 동작, 소정의 드웰 기간 동안 출력 전압의 레벨을 제1 소정 전압 레벨로 홀드하고 출력 전압의 주파수를 제1 소정 주파수로 홀드하는 동작, 및 제2 소정 기간 동안, 출력 전압의 레벨을 제1 소정 전압 레벨로부터 공칭 전압 레벨까지 램핑하고, 출력 전압의 주파수를 제1 소정 주파수로부터 공칭 출력 전압 주파수로 램핑하는 동작 중 하나 이상의 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.

제2 시퀀스를 수행함에 있어서, 제1 제어기는, 마이크로그리드 전압 및 마이크로그리드 주파수에 대한 위상 고정 루프 동기화를 시작하는 동작, 마이크로그리드 전압이 제1 소정 전압 레벨의 소정 부분에 도달할 때까지 대기하도록 제1 대기 시간을 실행하는 동작, 소정 부분을 출력하도록 제1 전력 컨버터의 게이팅을 시작하는 동작, 나머지 기간 동안, 제1 전력 컨버터의 출력 전압을 소정 부분으로부터 제2 소정 전압 레벨까지 램핑- 나머지 기간은, 제2 전력 제어기가 자신의 출력 전압을 실질적으로 제로로부터 제2 소정 전압 레벨로 램핑하는 것을 완료하는 제1 소정 기간 중의 일부임 -하는 동작, 소정의 드웰 기간의 일부를 대기하도록 제2 대기 시간을 실행- 소정의 드웰 기간은, 제2 전력 컨버터가 자신의 출력 전압 및 주파수를 홀드하는 기간임 -하는 동작, 제1 전력 컨버터를 마이크로그리드에 커플링하는 제1 스위치를 폐쇄하는 동작, 소정의 드웰 기간의 나머지 부분을 대기하도록 제3 대기 시간을 실행하는 동작, 및 제2 소정 기간에 걸쳐, 출력 전압의 레벨을 제2 소정 전압 레벨로부터 공칭 전압 레벨로 램핑하고, 출력 전압의 주파수를 공칭 출력 전압 주파수로 램핑하는 동작 중 하나 이상의 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.

제3 시퀀스를 수행함에 있어서, 제1 제어기는, 마이크로그리드 전압이 공칭 마이크로그리드 전압의 제1 소정 부분에 도달하기까지 대기하도록 대기 시간을 실행하는 동작, 기존 마이크로그리드 전압에 대해 위상 고정 루프 동기화를 시작하는 동작, 마이크로그리드 전압 및 주파수가 공칭 마이크로그리드 전압 및 공칭 마이크로그리드 주파수의 미리 정해진 한계 내에 있는지 여부를 결정하는 동작, 제1 전력 컨버터의 게이팅을 시작하고 제1 전력 컨버터의 출력 전압을 제로로 설정하고 주파수를 공칭 마이크로그리드 주파수로 설정하는 동작, 제1 전력 컨버터의 출력 전압을 제로로부터 마이크로그리드 전압으로 램핑하는 동작, 및 제1 전력 컨버터를 마이크로그리드에 커플링하는 제1 스위치를 폐쇄하는 동작 중 하나 이상의 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.

제3 시퀀스를 수행함에 있어서, 제1 제어기는, 대신에, 제2 전력 컨버터의 초기 상승 전압 및 주파수를 캐치하는 동작, 제1 전력 컨버터를 제2 전력 컨버터의 기존 상승 전압 및 주파수와 동기화시키는 동작, 제1 전력 컨버터를 마이크로그리드에 커플링시키는 제1 스위치를 폐쇄하는 동작, 및 제2 전력 컨버터의 최종 램프의 나머지 기간 동안 제1 전력 컨버터의 출력 전압 및 주파수를 초기 전압 및 주파수로부터 램핑하는 동작 중 하나 이상의 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.

또 다른 특징에 있어서, 마이크로그리드에 커플링된 전력 컨버터의 블랙스타트를 수행하는 방법- 마이크로그리드는 적어도 하나의 다른 전력 컨버터를 가짐 -이, 마이크로그리드 전압을 감지하는 단계; 및 마이크로그리드 전압에 따라 복수의 시동 시퀀스 중 하나를 선택하는 단계- 시동 시퀀스는, 적어도, 제1 시동 시퀀스, 제2 시동 시퀀스 및 제3 시동 시퀀스를 포함함 - 를 포함한다.

마이크로그리드 전압에 따라 복수의 시동 시퀀스 중 하나를 선택하는 단계는, 마이크로그리드 전압이 제1 소정 임계 전압보다 작을 때 제1 시동 시퀀스를 선택하고, 마이크로그리드 전압이 제1 소정 임계 전압보다 크지만 제2 소정 임계 전압보다 작을 때 제2 시동 시퀀스를 선택하고, 마이크로그리드 전압이 제2 소정 임계 전압보다 클 때 제3 시동 시퀀스를 선택하는 단계와, 선택된 시동 시퀀스를 수행하도록 전력 컨버터를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

일 특징에 있어서, 마이크로그리드 전압이 제1 소정 전압보다 작다는 것은, 다른 전력 컨버터가 제1 시퀀스를 시작하지 않았음을 나타낸다.

제1 시동 시퀀스가 선택되었을 때, 제1 시동 시퀀스를 수행하도록 전력 컨버터를 제어하는 단계는, 전력 컨버터를 마이크로그리드에 커플링하기 위한 제1 스위치를 폐쇄하는 단계; 전력 컨버터의 게이팅을 시작하는 단계; 전력 컨버터의 출력 전압의 주파수를 제1 소정 주파수가 되도록 제어하는 단계; 제1 소정 기간에 걸쳐 전력 컨버터의 출력 전압의 레벨을 실질적으로 제로로부터 제1 소정 전압 레벨로 램핑하는 단계; 소정의 드웰 기간 동안 출력 전압의 레벨을 제1 소정 전압 레벨로 홀드하고 출력 전압의 주파수를 제1 소정 주파수로 홀드하는 단계; 및 제2 소정 기간 동안, 출력 전압의 레벨을 제1 소정 전압 레벨로부터 공칭 전압 레벨로 램핑하고, 출력 전압의 주파수를 제1 소정 주파수로부터 공칭 출력 전압 주파수로 램핑하는 단계 중 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다.

제2 기동 시퀀스가 선택되었을 때, 제2 기동 시퀀스를 수행하도록 전력 컨버터를 제어하는 단계는, 마이크로그리드 전압 및 마이크로그리드 주파수에 대한 위상 고정 루프 동기화를 시작하는 단계; 마이크로그리드 전압이 제1 소정 전압 레벨의 소정 부분에 도달할 때까지 대기하도록 제1 대기 시간을 실행하는 단계; 소정 부분을 출력하도록 전력 컨버터의 게이팅을 시작하는 단계; 나머지 기간 동안, 전력 컨버터의 출력 전압을 소정 부분에서 제2 소정 전압 레벨로 램핑- 나머지 기간은, 다른 전력 제어기가 자신의 출력 전압을 실질적으로 제로에서 제2 소정 전압 레벨로 램핑하는 것을 완료하는 제1 소정 기간의 일부분임 -하는 단계; 소정의 드웰 기간의 일부분을 대기하도록 제2 대기 시간을 실행- 소정의 드웰 기간은, 제2 전력 컨버터가 자신의 출력 전압 및 주파수를 홀드하는 기간임 -하는 단계; 제1 전력 컨버터를 마이크로그리드에 커플링하는 제1 스위치를 폐쇄하는 단계; 소정의 드웰 기간의 나머지 부분을 대기하도록 제3 대기 시간을 실행하는 단계; 및 제2 소정 기간에 걸쳐 출력 전압의 레벨을 제2 소정 전압 레벨로부터 공칭 전압 레벨로 램핑하고, 출력 전압의 주파수를 공칭 출력 전압 주파수로 램핑하는 단계 중 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다.

제3 시동 시퀀스가 선택되었을 때, 제3 시동 시퀀스를 수행하도록 전력 컨버터를 제어하는 단계는, 마이크로그리드 전압이 공칭 마이크로그리드 전압의 제1 소정 부분에 도달하기까지 대기하기 위한 대기 시간을 실행하는 단계; 기존 마이크로그리드 전압에 대해 위상 고정 루프 동기화를 시작하는 단계; 마이크로그리드 전압 및 주파수가 공칭 마이크로그리드 전압 및 공칭 마이크로그리드 주파수의 소정 한계 내에 있는지를 결정하는 단계; 전력 컨버터의 게이팅을 시작하고 전력 컨버터의 출력 전압을 제로로 설정하고 주파수를 공칭 마이크로그리드 주파수로 설정하는 단계; 제1 컨버터의 출력 전압을 제로에서 마이크로그리드 전압까지 램핑하는 단계; 및 전력 컨버터를 마이크로그리드에 커플링하는 제1 스위치를 폐쇄하는 단계 중 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다.

제3 시동 시퀀스가 선택되었을 때, 제3 시동 시퀀스를 수행하도록 전력 컨버터를 제어하는 단계는, 다른 전력 컨버터의 초기 상승 전압 및 주파수를 캐치하는 단계; 전력 컨버터를, 다른 전력 컨버터의 기존 상승 전압 및 주파수와 동기화시키는 단계; 전력 컨버터와 마이크로그리드 사이에 커플링된 제1 스위치를 폐쇄하는 단계; 및 다른 전력 컨버터의 최종 램프의 나머지 기간 동안 전력 컨버터의 출력 전압 및 주파수를 초기 전압 및 주파수로부터 램핑하는 단계 중 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은, 첨부 도면과 관련하여 고려될 때 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 것이며, 본 발명의 기타 이점들도 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 마이크로그리드 모드에서 다수의 전력 컨버터를 시동하기 위한 시스템의 예시적 실시예를 도시한다.
도 2는, 제어기에 대한 단일 전력 컨버터의 접속 및 그 제어 시스템의 예시적 실시예를 도시한다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 시동(start-up) 시퀀스를 나타내는 흐름도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 시동 시퀀스를 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 시동 시퀀스를 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제3 시동 시퀀스를 나타내는 흐름도이다.

이제, 본 명세서의 일부를 형성하고, 예시로서, 구체적인 예시적 실시예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조할 것이다. 그러나, 여기에 설명된 원리들은 많은 다른 형태들로 구체화될 수 있다. 도면들의 구성요소들은 반드시 축척에 따라 도시된 것은 아니며, 대신에 본 발명의 원리를 설명할 때 강조되기도 하였다. 또한, 도면들에서, 각기 다른 도면에 걸쳐 대응하는 부분들을 지시하기 위하여 동일한 참조번호가 사용될 수 있다.

하기의 본 발명에 관한 설명에서, 특정 용어는 참조를 위한 것일 뿐 제한을 의도하려는 것은 아니다. 예를 들어, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어가 다양한 엘리먼트들을 기술하기 위해서 사용될 수 있지만, 이들 엘리먼트들이 이들 용어에 의해 제한되어서는 안된다. 이 용어들은 단지 하나의 엘리먼트를 다른 엘리먼트들과 구별하기 위해서 사용된 것이다. 본 발명의 설명 및 첨부된 청구범위에서 사용된 바에 의하면, 문맥에 달리 명시되지 않은 이상, 단수 형태가 복수 형태를 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에 사용된 용어 "및/또는"은 관련된 열거 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 가능한 조합을 가리키며 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "포함"한다는 것은, 언급된 특징, 정수, 단계, 동작, 엘리먼트, 및/또는 구성요소의 존재를 지칭하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 엘리먼트, 및/또는 구성요소의 존재나 부가를 배제하는 것은 아님을 알아야 한다.

본 발명의 실시예들은, 정전(powered down) 그리드(즉, 블랙 그리드)에서 그리드 형성 모드(예컨대, 아일랜드 모드)로 복수의 전력 컨버터(예컨대, 전력 인버터)를 시동하는 시스템 및 방법을 포함한다. 전력 컨버터들(예컨대, 양방향 전력 인버터, DC/DC 컨버터, AC/DC 컨버터 등)이 전력원과 그리드 사이에서 전력을 변환하기 위하여 마이크로그리드 애플리케이션들에서 사용된다. 복수의 전력 컨버터는, 그 전력 컨버터들과 하나 이상의 로컬 부하를 포함하는 마이크로그리드에 접속될 수 있다. 마이크로그리드는 또한 그 복수의 컨버터 이외에 분산형 에너지 리소스들을 포함할 수 있다. 마이크로그리드는, 유틸리티 그리드에 전기적으로 접속될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

마이크로그리드가 유틸리티 그리드에 접속된 경우, 마이크로그리드는, 유틸리티 그리드가 전기적으로 그 마이크로그리드에 연결되어 전력을 공급하는 그리드-연계 모드(grid-tied mode)로 동작할 수 있고, 유틸리티 그리드가 그 마이크로그리드로부터 분리된 아일랜드(islanding) 모드로 동작할 수도 있다. 마이크로그리드가 아일랜드 모드에 있을 때, 전력 컨버터들은 그리드-형성 모드에 있다고 말할 수 있다. 그리드 형성 모드에서, 솔라(solar), 윙(wing) 등과 같은 전력 리소스들에 연결된 전력 컨버터들은, 마이크로그리드의 하나 이상의 로컬 부하의 전기 수요를 충족시키기 위한 전력 생성을 돕는다. 전력 컨버터들은, 마이크로그리드와 인터페이싱하고 마이크로그리드를 제어 또는 "형성"한다. 그리드 형성 모드에서 전력 컨버터들은 마이크로그리드의 전압 크기와 주파수를 모두 제어한다. 마이크로그리드가 유틸리티 그리드에 연결되어 있는지 여부와 상관없이, 정전(powered down) 또는 블랙 그리드 상태에서는, 전력 컨버터들이 부하들에 전력을 공급하기 원하는 시점(예컨대, 그리드가 그리드-연계(grid-tied) 모드에서 아일랜드 모드로 전환될 때 등과는 달리)에, 어떠한 전력도 마이크로그리드에 공급되고 있지 않다.

블랙 그리드에서 다수의 전력 컨버터를 시동(즉, 블랙스타트)할 경우, 일부 문제들이 발생한다. 한 가지 문제는, 마이크로그리드에 연결되어 있을 수 있는 임의의 모터 부하들과 변압기들의 돌입 전류이다. 정지 중이거나 블랙 상태의 마이크로그리드에 풀(full) 전압이 순간적으로 인가되면, 마이크로그리드에 의해서 소스(이 경우에는 복수의 전력 컨버터(예컨대, 전력 인버터들))로부터 대량의 돌입 전류가 드로잉(draw)된다. 이는, 결국 전력 컨버터들을 트리핑시키는 것으로 종결될 수 있다.

블랙 그리드에서 다수의 전력 컨버터를 시동하는 것과 관련된 또 다른 문제는 동기화 문제이다. 마이크로그리드에 전력을 공급하기 위하여 복수의 전력 컨버터를 시동할 때, 그 전력 컨버터들은 시동시 동기화되어, 그 전력 컨버터들이 로컬 부하들에 전력을 공급하는 것이 아니라 서로 간에 전력을 주고 받지 않도록 제어되어야 한다. 전력 컨버터들(예컨대, 전력 인버터들)을 동기화하는 한 가지 방법은, 전력 시스템이, 인버터들 간의 동기화를 통해 모든 전력 컨버터들을 동시에 시동하도록 하는 마스터 제어기를 구비하게 하는 것이다. 그러나 이 방법에는 몇 가지 단점이 있다. 예를 들어, 마스터 제어기에 의한 동기화는, 밀리초 단위로 전력 컨버터들을 동기화 하기 위해서, 고속 디지털 회선들(예컨대, 광섬유 또는 구리 채널들)과 같은 추가의 하드웨어를 필요로 한다.

본 발명의 실시예들은, 전력 컨버터들 간의 통신 또는 전력 컨버터들과 마스터 제어기 간의 통신의 필요없이, 복수의 전력 컨버터가 동기화될 수 있는 전력 시스템을 제공한다. 본 발명의 실시예들에서, 전력 시스템의 전력 컨버터들은 시동시 전압 및 주파수 램프(ramp)를 구현한다. 동일(또는 유사)한 프로파일이 전력 컨버터들 각각의 제어기로 프래그래밍(또는 제어기에 의해 수신)된다. 그 프로파일은 시동 동작의 파라미터들을 포함한다. 이 파라미터들은, 일부 설정 주파수들, 일부 설정 전압들, 램프 시간들(즉, 전압 또는 주파수가 하나의 레벨에서 다른 레벨로 램핑되는 소정의 시간), 및 소정 시간 동안 전압 및/또는 주파수를 그대로 홀딩하기 위한 홀드 시간들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 이들 값들은 각각의 전력 컨버터 내에서 동일하게 유지된다(즉, 각 인버터의 제어기는, 블랙 스타트를 수행하기 위해, 동일한 파라미터들로 프로그램되거나 동일한 파라미터들을 수신한다). 이러한 방식으로 파라미터들을 설정하면, 개별 전력 컨버터는, 다른 전력 컨버터가 시동되었는지 여부를 확인하기 위해 그 다른 전력 컨버터의 전압을 "지켜보게"(즉, 획득하게) 된다. 일 실시예에서, 전력 컨버터는, 예를 들어, 자신의 단자들에서의 전압을 검사하거나, 전력 컨버터들이 서로 전기적으로 커플링되는 공통 커플링 지점에서의 전압을 검사함으로써, 다른 전력 컨버터들의 전압을 "볼(look)" 수 있다. 전력 컨버터는, 다른 전력 컨버터의 전압에 기초하여 그 다른 전력 컨버터가 블랙스타트 시퀀스를 시작했는지 여부를 식별할 수 있다. 그런 다음, 전력 컨버터는, 다른 전력 컨버터의 전압의 크기/레벨에 기초하여, 그 다른 전력 컨버터가 해당 전력 컨버터의 블랙스타트 시퀀스 중 어느 지점에 있는지를 판단할 수 있다.

도 1은, 정전 그리드(즉, 블랙 그리드)에서 그리드 형성 모드(즉, 아일랜드 모드)로 동작하는 복수의 전력 컨버터에 있어서 블랙스타트를 수행하는 시스템의 예시적 실시예이다. 도 1에 도시된 실시예에서, 전력 컨버터들(130 및 140)은 양방향 전력 인버터(130 및 140)이다. 그러나, 전력 컨버터들(130 및 140)은, 전력 인버터들로 제한되지 않으며, DC/DC 컨버터들, AC/DC 컨버터들 등의 임의의 조합일 수 있음을 알아야 한다. 또한, 도 1은, 단지 편의상 제1 전력 컨버터 및 제2 전력 컨버터를 도시하고 있으며, 전력 시스템(100)은 2개보다 많은 전력 컨버터를 포함할 수 있음을 알아야 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템(100)은 전력 리소스(110 및 120), 전력 컨버터(130, 140), 외부 그리드/AC 소스(150), 분리/아일랜드(disconnect/islanding) 스위치(160), 부하(170), AC 버스(180), 제어 시스템(200), 및 센서(A 및 B)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서, 전력 리소스들(110 및 120)은 배터리(또는 배터리 뱅크)(110) 및 광전지 셀(190)을 포함한다. 전력 컨버터들(130 및 140)은 양방향 전력 인버터들(130 및 140)이다. 양방향 전력 컨버터들은, DC와 AC 사이를 변환한다. 각각의 전력 컨버터는 자체 제어기(230 또는 240)를 포함한다. 시스템은 또한, 개별 제어기들(130 및 140)과 통신할 수 있고 센서 A 및 B로부터 판독 값들(readings)을 수신할 수 있는 선택적 마스터 제어기(210)를 포함할 수 있다. 센서 A는 스위치(160)의 유틸리티 그리드(150) 측에서의 판독 값들, 예컨대 전압 크기, 전류 크기, 위상 및/또는 주파수 등을 얻는다. 센서 B는 공통 커플링 지점(180)에서의 판독 값들, 예컨대 전압 크기, 전류 크기, 위상 및/또는 주파수 등을 얻는다. 유틸리티 그리드, 제1 및 제2 전력 컨버터들(130 및 140), 및 부하(170) 각각은, 공통 커플링 지점(180)에서 전기적으로 커플링된다.

외부 그리드(150)가 제공되는 경우, 그 외부 그리드(150)는, 메인 유틸리티 그리드, 마이크로그리드의 별도의 그리드 세그먼트, 또는 심지어 마이크로그리드에 연결된 또 다른 AC 또는 DC 소스일 수 있다. 분리 스위치(160)는 마이크로그리드를 외부 그리드(150)로부터 전기적으로 분리하기 위한 아일랜드(islanding) 스위치일 수 있다. 분리 스위치(160)는, 예를 들어, 정적 분리 스위치, 전동형 차단기, 접촉기, 반도체 AC 스위치 등일 수 있다.

부하(170)는 실제로 에너지를 소비하는 부하를 나타낸다. 부하(170)는, 도 1에서는 AC 측에 도시되어 있지만, DC 부하일 수도 있다.

전력 컨버터들은, 부하(170)를 공유하도록, 공통 커플링 지점(PCC)(180)에서 서로 커플링된다. 도 1에 도시된 실시예에서, PCC는 AC 버스이다. AC 버스(180)는 마이크로그리드 상의 로컬 부하(170)와 인터페이싱한다.

도 1에 도시된 실시예에서, 전력 컨버터들(130 및 140)은 DC 전력원들(110 및 120)에 커플링된 전력 인버터들이다. 그러나, 본 발명은, 전력 인버터들 또는 DC 소스들로 제한되지 않음을 알아야 한다. 예를 들어, 전력원(110)은, 풍력 터빈과 같은 AC 소스일 수도 있고, 전력 컨버터(130 또는 140)는, 풍력 터빈과 AC 버스(180) 사이의 AC/DC 전력 인버터에 직렬로 커플링된 AC/DC 컨버터를 포함할 수도 있다. 또한, 배터리 에너지 저장 인버터, PV 및 풍력 시스템, 디젤 발전기 등과 같은 마이크로그리드 설비가 버스(180)에 직접 또는 절연 또는 자동변압기들을 통해 커플링될 수 있다. 또한, 풍력 터빈과 같은 일부 분산형 에셋(asset)들은 AC 소스일 수 있으며, AC/AC 컨버터를 포함할 수 있다(여기서 입력 AC가 터빈에서 컨버터로 연결되고 출력 AC 접속이 그리드로 연결된다). 전력원들(110 및 120)은 임의의 DC 소스 또는 DC 소스 및 AC 소스의 조합일 수 있다. 이용될 수 있는 기타 소스의 예들로는, 발전기(들), 풍력, PV(광전지), 연료 전지, 압축 공기 저장장치 등이 있다. 전력 컨버터들(130 및 140)은, AC/DC, DC/DC, AC/AC 또는 DC/AC일 수 있다.

제어 시스템(200)은, 그리드-연계 모드와 마이크로그리드 모드 사이에서의 전환 및 동기화를 위해 서로 통신하는 센서들과 복수의 제어기를 포함할 수 있다. 제어 시스템은, 각각, 전력 시스템(100)의 전력 컨버터들 중 하나를 제어하는 복수의 개별 전력 컨버터 제어기(230 및 240)를 포함할 수 있다. 제어 시스템(200)은 또한 개별 인버터 제어기들(230 및 240) 사이를 코디네이팅하도록 구성된 선택적 마스터 제어기(210)를 포함할 수 있다. 마스터 제어기(210)는, 별도의 사이트 제어기일 수 있고, 전력 컨버터들 중 하나의 개별 제어기들 중 하나일 수도 있으며, 또는 전력 컨버터의 개별 제어기와 함께 전력 인버터들 중 하나 내에 하우징될 수도 있다. 마스터 제어기(210) 또는 개별 전력 컨버터들(230) 중 하나 이상에 관한 제어기는 스위치(160)의 유틸리티 그리드(150) 측 또는 공통 커플링 지점(180)에서의 전압 크기, 전류 크기, 위상 및/또는 주파수를 모니터하도록 구성될 수 있다. 전압 크기, 전류 크기, 위상 및/또는 주파수를 모니터링하기 위해서 제어 시스템에 신호를 제공하도록, 상용 트랜스듀서들이 센서 A 및 B에 이용될 수 있다.

도 2는, 단일 전력 컨버터(130)의 제어 시스템에 관한 보다 상세한 다이어그램이다. 도 2는 제2 전력 컨버터(140)의 접속에 대해서는 도시하지 않으며, 단지 전력 컨버터(130)의 제어 시스템의 커플링을 좀 더 설명하기 위해 제공되는 것임을 알아야 한다. 도 2에서, 제어기(230)는 센서들로부터, P(P는 계산에 의한 전력), V(V는 전압 크기 측정치), I(I는 전류 크기 측정치), PF(PF는 역률 계산값), Hz(Hz는 주파수 측정치)의 판독 값들을 수신할 수 있다. 도 1의 구체적인 센서 레이아웃은 단지 예시적인 것일 뿐이며, 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 제어기(140)가 본 발명을 수행하는데 필요한 판독 값들을 획득하기 위하여 다른 센서 배치가 제공될 수도 있다. 제어기는, AC 소스에 커플링된 컨버터(AC/DC)(270) 또는 전력원(110)에 연결된 컨버터(DC/DC)(261)로부터 그 동작을 위한 전력을 수신할 수 있다. 선택적 마스터 제어기(210)가 또한 도 2에 도시되어 있다.

도 1을 다시 참조하면, 그리드-연계 모드에서 동작할 때, 아일랜드 스위치(160)가 폐쇄되고 에너지 소스(110 및 190)로부터의 에너지가 그리드(150)와 커플링된다. 에너지 소스(110 및 190)로부터의 에너지는, 부하(170)에 전력을 공급하거나 다른 부하들을 지원하기 위하여 유틸리티/그리드(150)에 추가적 발전을 제공하기 위하여 이용될 수 있다.

블랙스타트 중에, 전력 컨버터들(130 및 140)은 그리드(150)로부터 분리되고 정전 그리드(즉, 블랙 그리드)에서의 동작을 시작한다. 블랙스타트 상태에서, 전력 컨버터들(130 및 140)은, 어떠한 전압 소스도 존재하거나 동작하지 않는 상태에서 마이크로그리드를 기동시키기 위해 동기화된 방식으로 시동될 필요가 있다. 전력 컨버터(130 및 140)는 자신의 로컬 제어기와 마스터 제어기 간의 거리 차이, 시간 동기식 통신 프로토콜의 부재 등으로 인해, 각기 다른 시간에 시작 명령을 수신할 수 있다.

본 발명의 실시예들에서, 개별 전력 컨버터들(130)은 유닛 간 통신의 필요없이 블랙스타트 시퀀스를 시작한다. 본 발명의 실시예들에서, 제1 개별 전력 컨버터(130)에 의해 수행되는 시퀀스는, 다른 제2 개별 전력 컨버터 시스템이 그 자신의 시퀀스 내에서 어떤 지점에 있는지에 의존한다. 제1 전력 컨버터는, 센서 B에 의해 취해지는 판독 값들에 기초하여 제2 전력 컨버터가 제2 전력 컨버터 시퀀스 중 어디에 있는지를 결정할 수 있다. 판독 값들은 제1 전력 컨버터의 자체 제어기(230)에 의해 직접 획득될 수 있고, 또는 센서 B에서의 판독 값들을 얻는 마스터 제어기(210)로부터 그 값들이 제어기(230)에 의해서 수신될 수 있다.

일 실시예에서, 개별 제어기(230)의 시동 시퀀스는 복수의 시퀀스 중 하나 일 수 있고, 제어기(230)는, 자기 고유의 출력 단자에서의 전압 레벨(즉, 크기)(도 1에 도시된 실시예에서는, 공통 커플링 지점(180)에서 센서 B에 의해 감지된 마이크로그리드 전압 레벨)에 기초하여, 복수의 시퀀스 중에 어느 것을 수행할지 결정한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 시퀀스를 설명하기 위한 흐름도이다. 제1 시퀀스는 마이크로그리드 상에 본질적으로 제로 전압이 존재할 때 전력 컨버터(130)에 의해 수행된다. 일 실시예에서, 센서 B에 의해 검출된 출력 전압이 1 퍼센트(단위당 0.01) 미만일 때 그리드 상에 본질적으로 제로 전압이 존재하는 것이다. 제1 시퀀스는 다음의 단계들을 포함할 수 있다.

단계(310)에서, AC 접촉기가 폐쇄된다. AC 접촉기는 아일랜드 스위치(160)와는 다르다. AC 접촉기는, 공통 커플링 지점(180)과 전력 컨버터(130) 사이에 배치되고, AC 접촉기는 전력 컨버터(130)를 공통 커플링 지점(180)으로부터 분리시킨다.

단계(320)에서, 전력 컨버터 게이팅이 시작된다. 전력 컨버터(130)는 DC에서 AC로, DC에서 DC, AC에서 DC로 등과 같이 전력을 변환하기 위한 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 단계(320)에서, 이들 스위치는 게이팅 신호들을 수신하기 시작한다.

단계(330)에서, 초기 주파수 기준은 보다 낮은 값으로 유지된다. 일 실시예에서, 초기 주파수 기준은, 60Hz 시스템에 있어서 15Hz일 수 있다. 제어기(230)는 전력 컨버터(130)를 제어하여 주파수 기준값의 주파수를 갖는 전압을 출력하도록 한다. 일반적으로, 마이크로그리드에는 회전 부하들(rotational loads)이 존재한다. 마이크로그리드 상에 있는 임의의 모터 부하의 회전 주파수 또는 임의의 모터 부하의 회전 속도는, 마이크로그리드의 주파수에 정비례한다. 따라서, 단계(330)에서 초기 주파수를 낮은 값으로 유지함으로써, 회전 부하들이 저속으로 부드럽게 시동된다. 그런 다음 주파수가 램프됨에 따라 속도가 램프될 수 있다.

단계(340)에서, 전력 컨버터(230)의 출력 전압이, 소정의 설정 시간에 걸쳐 본질적으로 제로 전압에서 낮은 값으로 램프 업된다. 일 실시예에서, 이 낮은 값의 크기는, 전력 컨버터의 정격 전압(즉, 공칭 전압 크기)의 15%일 수 있고, 설정 시간은 1초일 수 있다. 단계(340)는, 동기화를 위한 다른 전력 컨버터들(예를 들어, 제2 전력 컨버터(140))에 대한 기준을 제공한다. 예를 들어, 제1 전력 컨버터(130)가, 예컨대 통신 지연 또는 기타 다른 이유로 인하여, 다른 전력 컨버터들 (예를 들어, 제2 전력 컨버터(140))보다 먼저 시작 명령을 수신할 수 있다. 단계(230)에서는, 고정된 주파수에서, 제1 전력 컨버터(130)의 출력 전압이 제로로부터 낮은 전압 크기로 램프되고, 이는, 이후 곧이어 시작 명령을 수신할 수 있는 제2 전력 컨버터(140)에 대해 기준을 제공한다. 예를 들어, 제1 전력 컨버터(130)만이 시작 명령을 수신하고, 제1 전력 컨버터(130)가 제로에서 정격 전압의 15%로 램핑되기 시작하는 경우를 고려해보기로 한다. 제1 전력 컨버터(130)가 정격 전압의 10%에 도달하였을 때 다른 제2 전력 컨버터(140)가 시작 명령을 수신하면, 제2 전력 컨버터(140)는, 센서들을 이용해서, 출력 그리드 전압(즉, 공통 커플링 지점(180)에서의 전압)을 지켜볼 수 있고 마이크로그리드 전압이 10%인지를 확인할 수 있다. 따라서, 제2 전력 컨버터(140)의 제어기(240)는 제1 전력 컨버터(130)가 그 시동 시퀀스 내의 어느 지점에 있는지를 알 수 있다. 제2 전력 컨버터(140)의 제어기(240)는, 제1 제어기(230)의 시동 프로파일에 대한 지식을 가질 수 있는데, 이는 제어기(240)가, 동일한 프로파일을 수신했거나 프로그래밍했기 때문이다. 그러므로, 제1 전력 컨버터(130)가 그 전압을 램핑하는 동안, 제2 전력 컨버터(140)는, 제1 전력 컨버터(130)가 어떤 상태인지를 알 수 있고, 제2 전력 컨버터(140)가 제1 전력 컨버터(130)와 동기화된 방식으로 시동되도록 할 수 있다.

단계(350)에서, 출력 전압 크기 및 주파수는, 설정된 드웰 기간 동안 15% 및 15Hz에서 일정하게 유지된다. 즉, 전력 컨버터(130)는, 단계(350)에서. 드웰 기간 동안 홀드(hold)를 수행한다. 단계(350)는, 제1 인버터가 0에서 15%로 램핑되는 때 제1 인버터의 출력 전압을 감지한, 제2 인버터(또는 제2, 제3, 또는 복수의 다른 인버터들)이 기존 저전압 및 저주파수로 동기화할 수 있는 충분한 시간을 제공한다.

단계(360)에서, 드웰 기간 이후에, 전압 및 주파수는 소정의 설정 시간에 걸쳐 정격/공칭 값들로 함께 램핑된다. 일 실시예에서, 전압은 정격 전압의 15%에서 정격 전압의 100%로 램핑되고, 주파수는 25%, 15Hz에서 100%, 60Hz로 램핑되며, 소정의 설정 시간은 4초이다. 그러나, 본 발명이 이들 특정 값들로 한정되지는 않으며, 다른 값들이 대신에 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

제1 시퀀스 동안, 다수의 인버터를 동기화하도록 드룹 제어(droop control)가 인에이블링된된다.

다음의 제어 로직은, 전력 컨버터(130)가 제1 시퀀스를 수행하는 일 실시예를 보여준다. 이 제어 로직은 전력 컨버터(130)의 제어기(230)에 의해 구현된다.

위 제어 로직에서, 초기에, 제어기(230)는 전력 컨버터(130)가 동작을 개시할 준비가 되었는지를 판정한다. 'if outV<0.01pu'는, 제어기(230)가 제1 시퀀스를 수행할 것인지 여부에 대한 결정을 지칭한다(즉, 제어기(230)가 출력 전압이 실질적으로 제로임을 검출하면, 제1 시퀀스가 수행됨), 'enable current_droop' 및 'disable power_droop'는 전력 드룹을 디스에이블하고 전류 드룹을 인에이블함으로써, 제어기(230)가, 유효(active) 및 무효(reactive) 전력에 기초하여 드룹을 수행하기보다는 출력 유효 전류에 기초한 주파수 드룹 및 출력 무효 전류에 기초한 전압 드룹을 수행하도록 한다. 전력 드룹에서 전류 드룹으로의 전환의 이유는, 시퀀스 시작시 출력 전압이 본질적으로 제로이기 때문에 램핑 업시에 출력 전압이 상당히 낮다는 점이다. 따라서, 마이크로그리드에 많은 양의 전류를 저전압으로 공급(즉, 출력 전력이 낮다는 것을 의미)하는 것이 가능하다. 드룹 기반 공유 특성(droop based sharing characteristics)의 효율성을 높이기 위해 전력 대신 전류에 기초하게 된다.

'setfreq=15' 및 'setV=0.0'은, 전력 컨버터(130)의 초기 주파수 및 출력 전압 크기에 대한 15Hz 및 0.0V로 미리 정해진 값을 나타내며, 'AC_PWM=true'는 전력 컨버터(130)가 게이팅을 시작하게 한다. 'rampV(setV, 0.15, 1000)'는 1000ms 동안 전력 컨버터(130)의 출력 전압을 setV에서 V1로 램핑시킨다. 이 경우, setV는 0.0이고 V1은 전력 컨버터(130)의 정격 출력 전압의 15%이다. 'holdVF(0.15, 15, 1000)'는 1000ms 동안 전압 크기와 주파수를 각각 15%와 15Hz로 홀딩한다. 'rampVF(0.15, 1, 15, 60, 4000)'는 4000ms 동안 출력 전압과 주파수를 각각 15%에서 100%까지, 15Hz에서 100Hz까지 램핑시킨다. 'state=runningUF'는 시동 시퀀스가 완료되고, 전력 컨버터(130)가, 로컬 부하들을 정격 전압 및 주파수로 전력 공급하는, 마이크로그리드 모드에 있다는 것을 의미한다. 'enable power_droop' 및 'disable current_droop'는, 시동 시퀀스 중에 수행된 current_droop을 디스에이블하고, 전력 드룹을 인에이블한다.

전력 컨버터(130)가 마이크로그리드 상에 존재하는 전압을 검출하고 검출된 전압이, 본질적으로 제로는 아니지만 소정의 저전압 레벨보다 낮은 경우, 전력 컨버터(130)에 의해 제2 시퀀스가 수행된다. 이 경우는, 전력 컨버터(130)가 그 시작 명령을 수신하기 전에, 하나 이상의 다른 인버터들(예를 들어, 제2 전력 컨버터(140))이 이미 그들의 시동 시퀀스를 시작했다는 것을 의미할 것이다. 이러한 경우는, 전술한 제1 시동 시퀀스를 이용해서 자신의 시동 시퀀스를 이미 시작한 하나 이상의 다른 인버터들에 바로 뒤이어, 전력 컨버터(130)가 자신의 시작 명령을 수신할 때(예컨대, 제1 전력 컨버터(130)가 시작 신호를 수신하는 시점 이전에 제2 전력 컨버터(140)가 시작 신호를 수신하고 전술한 제1 시동 시퀀스를 개시한 경우) 존재할 수 있다

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 시퀀스를 설명하기 위한 흐름도이다. 제2 시퀀스는 다음 단계들을 포함할 수 있다.

단계(410)에서, 전력 컨버터(130)가 마이크로그리드 전압(즉, 공통 커플링 지점에서의 전압)을 감지하고, 전력 컨버터(130)(즉, 전력 컨버터(130)의 제어기(230))가 그 전압이 제1 소정 임계 전압보다 크지만 제2 소정 임계 전압보다는 낮다고 결정한다. 일 실시예에서, 제1 소정 임계 전압은 전력 컨버터(230)의 정격 (즉, 공칭) 전압의 1%일 수 있고, 제2 소정 임계 전압은 전력 컨버터(130)의 정격 전압의 12%일 수 있다. 이 실시예에서, 12%의 제2 소정 임계 전압은, 이 제2 시동 시퀀스 동안 전력 컨버터(130)가 최종적으로 램핑되는 전압 크기의 80%이다. 물론, 12% 및 15% 이외의 값들이 선택될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 그런 다음, 기존의 마이크로그리드 전압, 주파수 및 위상에 대한 내부 위상 고정 루프 동기화가(internal phase locked loop synchronization) 시작된다. 이 내부 위상 고정 루프 동기화는, 그리드 상에 존재하는 저전압 및 저주파수와의 내부 위상 고정 동기화이다.

단계(420)에서, 마이크로그리드 전압이 제2 임계 전압 값(즉, 전력 컨버터(130)가 램핑될 정격 전압의 15%의 80%)에 도달할 때까지 기다리기 위한 대기 시간(wait time)이 실행된다. 이 시점에서, 전력 컨버터(130)는, 제2 전력 컨버터(240)가 그의 시동 시퀀스 중 어느 지점에 있는지를 알 것이다. 예컨대, 제1 인버터(130)는, 제2 인버터가 제2 소정 임계치가 될 때까지 기다렸기 때문에, 그 제2 인버터(140)가 12%에 있음을 알 것이다. 제1 전력 컨버터(130)는 제2 전력 컨버터(140)와 동일한 프로파일을 수신(또는 내부에 프로그램)했기 때문에, 0에서 정격 전압 15%로 램핑되는데 걸리는 전체 시간 역시 알려져 있다. 이 경우, 램핑을 위한 기간으로서 1000밀리초(또는 1초)가 프로그램되고, 제어기(230)는 정격 전압의 12% 출력 전압에 도달한 후 1000밀리초 중 얼마나 남았는지를 계산할 수 있다.

단계(430)에서, 제어기(230)는 전력 컨버터(130)가 게이팅을 시작하도록 제어한다. 이 단계에서, 제어기(230)는, 정격 전압의 12%의 출력 전압을 갖도록 전력 컨버터(130)를 제어한다.

단계(440)에서, 전력 컨버터(130)의 출력 전압은 정격 전압의 12%(즉, 15%의 80%)에서 정격 전압의 15%로 램핑된다. 단계(440)에서, 전력 컨버터(130)의 출력 전압은 제어기(230)에 의해 계산된 잔여 시간(예를 들어, 800밀리초)에 걸쳐 정격 전압의 12%에서 15%로 램핑된다.

단계(450)에서, 제1 전력 컨버터(130)의 제어기(230)에 의해 대기 시간이 실행된다. 제1 전력 컨버터(230)의 대기 시간은, 앞서 단계(350)에서 기술된, (이 경우, 제1 시동 시퀀스를 수행하고 있는) 제2 전력 컨버터(140)의 드웰 기간과 동시에 발생한다. 본 실시예에서, 제어기(230)에 프로그램된 프로파일은 대기 시간을 500밀리초(즉, 단계(350)의 1초 드웰 기간의 절반)로 요구한다. 500밀리초 대기 시간은, 제1 전력 컨버터(130)의 전압 및 주파수가 제2 전력 컨버터(140)와 동기화될 것을 보장하는데, 이는 제1 인버터가, 제2 전력 컨버터(140)에 의해서 생성된 전압 및 주파수와 동기화하는데 충분한 시간 동안 위상 고정 루프를 사용할 수 있게 하기 때문이다.

단계(460)에서, 전력 컨버터(130)가 마이크로그리드에 접속되도록 AC 접촉기가 도징된다(dosed). 제1 전력 컨버터와 제2 전력 컨버터가 이 지점에서 동기화되기 때문에, 단계(460)에서의 AC 접촉기의 폐쇄는 소프트 폐쇄(soft closure)가 될 것이다. 소프트 폐쇄(연결)는 AC 접촉기의 양단 각각 상의 AC 전압이 진폭, 주파수 및 위상에서 매칭됨을 의미한다. AC 접촉기의 폐쇄 이후에, 제1 전력 컨버터(130)의 제어기(230)는, 제1 전력 컨버터의 제어기(230)가 램핑 업을 시작해야 한다는 것을 알면서 드웰 기간의 나머지(즉, 500 밀리초)를 대기한다.

단계(470)에서, 전력 컨버터(430)의 출력 전압 및 주파수는 소정의 시간에 걸쳐 정격 값들로 함께 램핑된다. 일 실시예에서, 출력 전압 및 주파수는 4초에 걸쳐 15%, 15Hz에서 100%, 60Hz로 램핑된다. 단계(470)는 단계(360)와 동시에 발생하고, 따라서 단계(470)에서 제1 전력 컨버터와 동시에 제2 전력 컨버터가 램핑된다.

제2 시퀀스 전체에 걸쳐, 복수의 인버터를 동기 상태로 유지하기 위해 드룹 제어가 인에이블된다.

다음의 제어 로직은 전력 컨버터(130)가 제2 시동 시퀀스를 수행하는 일 실시예를 보여준다. 이 제어 로직은, 마이크로그리드 전압(즉, 공통 커플링 지점에서의 감지 전압)에 기초하여 적절한 시퀀스가 선택되도록, 제1 제어 로직(및 후술하는 제3 제어 로직)과 함께 구현될 수 있다. 제어 로직은, 전력 컨버터(130)의 제어기(230)에 의해 구현된다.

위의 제어 로직에서, elseif(outV>0.01pu and outV<0.12pu)는, 소정의 저전압 레벨 미만의 마이크로그리드 상 전압(즉, 공통 커플링 지점의 전압)이 존재하는지 여부를 확인한다. 감지된 마이크로그리드 전압이 제1 소정 임계 전압 레벨(즉, 정격 전압의 1퍼센트)과 제2 소정 임계값(즉, 정격 전압의 12퍼센트) 사이에 있을 때, 제2 시동 시퀀스가 수행된다. enable current_droop 및 disable power_droop이 전력 드룹을 디스에이블 시키고 전류 드룹을 인에이블하여, 제어기(230)는, 전력에 기초한 드룹을 수행하기보다는, 출력 무효 전류에 기초하여 전압 드룹을 수행하고 출력 유효 전류에 기초하여 주파수 드룹을 수행한다. start_sync는 기존 마이크로그리드 전압 및 주파수에 대한 내부 위상 고정 루프 동기화를 시작한다. waittill(outV=>0.12pu)은, 마이크로그리드 전압이 제2 임계 전압 값(즉, 정격 전압의 12%)의 소정 부분에 도달할 때까지 전력 컨버터(130)가 홀딩되는 대기 시간을 실행한다. setV=outV 및 setfreq=15는 전력 컨버터(130)의 출력 전압을 마이크로그리드 전압으로 설정하고 주파수를 15Hz로 설정하며, AC_PWM=true는 전력 컨버터(130)가 게이팅을 시작하게 한다. trem=1000*outV/0.15는 (제1 시동 시퀀스를 수행하고 있는) 제2 전력 컨버터(140)가 정격 전압의 0에서 15%까지 램핑할 때(위 단계(340) 참조) 제2 전력 컨버터(140)의 램핑에서 남아있는 시간의 양을 계산한다. rampV(setV, 0.15, trem)은, 계산된 남아있는 시간 trem 동안 전력 컨버터의 출력 전압을 마이크로그리드 전압에서 정격 전압의 15%까지 램핑시킨다. wait(500ms)은, 제2 전력 컨버터(140)의 위상 고정 루프와 동기화하는데 충분한 시간 동안 제1 인버터가 위상 고정 루프를 사용할 수 있도록 보장하는 대기 시간을 실행한다. close KAC는 AC 접촉기에게 폐쇄를 지시한다. wait(500ms)는 드웰 기간의 나머지(즉, 500 밀리초)를 기다린다. rampVF(0.15, 1, 15, 60, 4000)는 전력 컨버터(130)의 출력 전압 및 주파수를 4000ms에 걸쳐 각각 15퍼센트에서 100 퍼센트로 그리고 15㎐에서 100㎐로 램핑시킨다. state=runningUF는 전력 컨버터(130)가 마이크로그리드 모드에 있음을 의미한다. enable power_droop 및 disable current_droop은, 시동 시퀀스 동안에 수행된 current_droop을 디스에이블하고, 전력 드룹을 인에이블한다.

제1 인버터가 시작 명령을 수신하기 전에 하나 이상의 다른 인버터들(예를 들어, 제2 전력 컨버터(140))이 그들의 시동 시퀀스를 이미 시작했고 그 시동 시퀀스를 따라 실질적으로 움직였을 때, 전력 컨버터(130)에 의해 제3 시퀀스가 수행된다. 이러한 경우는, 시퀀스 1 또는 시퀀스 2 하에서 이미 시동 시퀀스를 시작한 하나 이상의 다른 인버터(들) 다음으로 제1 인버터가 그의 시작 명령을 수신하는 경우에 존재할 수 있다. 제3 시퀀스가 이용되는 일 예에서는, 제2 전력 컨버터(140)가 제1 시동 시퀀스를 수행하고 있고, 전력 컨버터(130)는 제2 전력 컨버터(140)가 드웰 기간에 들어가고 홀딩을 시작(단계(350))한 후에 그 시작 신호를 수신한다. 드웰 기간 동안, 제2 전력 컨버터(140)의 출력 전압 및 주파수는 일정한 레벨로 유지되므로 마이크로그리드 전압은 일정한 레벨이다. 따라서, 마이크로그리드 전압이 램핑되는 것이 아니라 일정한 레벨로 있기 때문에, 제1 전력 컨버터(130)의 제어기(230)는, 마이크로그리드 전압을 감지하는 것만으로 제2 전력 컨버터(130)가 드웰 기간 내에 어디에 있는지를 알 수 없다. 다음의 예시적인 제3 시퀀스는, 제1 예시적 제3 시퀀스로서 지칭될 것이며, 다른 전력 컨버터가 제1 시퀀스를 시작했고 그 홀드 기간 내에 있거나 또는 홀드 기간을 지나서 최종 램프를 수행할 때 사용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 시퀀스를 설명하기 위한 흐름도이다. 제3 시퀀스는 다음 단계들을 포함할 수 있다.

단계(510)에서, 마이크로그리드 전압이 정격 전압의 소정 부분에 도달할 때까지 대기 시간이 실행된다. 일 실시예에서, 위 소정 부분은 정격 전압의 85%일 수 있다. 이 시점에서, 마이크로그리드 전압은, 60Hz의, 정격 전압 100%의 정상 동작(norminal operation)에 매우 근접한 상태이다.

단계(520)에서, 기존 마이크로그리드 전압에 대한 내부 위상 고정 루프 동기화가 전력 컨버터(130)의 제어기(230)에 의해 시작된다.

단계(530)에서, 마이크로그리드의 전압 레벨 및 주파수가 그들의 소정 한계 내에 있는지를 결정하기 위해 검사된다. 일 실시예에서, 그 소정 한계는 정격 전압의 85% 내지 110% 및 그리드 주파수에 대한 60+/- 5Hz이다.

단계(540)에서, 동기식 게이팅(synchronous gating)이 시작되어 제1 전력 컨버터(130)의 제어기(230) 내에서 마이크로그리드 전압을 이미테이팅(imitate)한다. 단계(540)에서 전력 컨버터(130)의 출력 전압은 초기에 0V로 설정되고 주파수는 공칭 주파수 60Hz로 설정된다.

출력 전압을 제로로 설정하고 램핑하는 이유는, 전력 컨버터(130) 자체가 내부 과도 현상(internal transients)을 제한하도록 위해서이다. 이 시점에서, AC 접촉기는 여전히 개방되어 있으므로, 전력 컨버터(130)가 수행하는 임의의 에너지 공급(energization)은 내부적이다. 전력 컨버터(130)는, 예를 들어 변압기 및 커패시터를 그 내부에 출력 필터로서 포함하는 인버터일 수 있다. 전력 컨버터에 큰 전압이 가해지면, 인버터 내에 높은 레벨의 돌입 전류가 발생할 수 있다. 따라서, 전력 컨버터(130)는 전압을 0에서 마이크로그리드 전압까지 램핑함으로써 그 자체 돌입 전류의 공급을 방지한다.

단계(550)에서, 제1 전력 컨버터(130)와 공통 커플링 지점(180) 사이의 AC 접촉기가 폐쇄되어 전력 컨버터(130)가 마이크로그리드에 전기적으로 커플링된다. 이 시점에서, 제1 및 제2 전력 컨버터(130 및 140)가 나란히 동작한다.

단계(560)에서, 전력 공유를 용이하게 하기 위해 전력 컨버터(130)의 제어기(130)에 의해 드룹 모드가 인에이블된다.

다음의 제어 로직은 전력 컨버터(130)가 제1 예시적 제3 시동 시퀀스를 수행하는 일 실시예를 보여준다. 이 제어 로직은, 제1 및 제2 시퀀스 제어 로직과 함께 구현되어, 마이크로그리드 전압(즉, 공통 커플링 지점에서의 감지 전압)에 기초하여 적절한 시퀀스가 선택되도록 한다. 제어 로직은 전력 컨버터(130)의 제어기(230)에 의해 구현된다.

위 제어 로직에서, else는 마이크로그리드 전압(즉, 공통 커플링 지점에서의 전압)이 제1 소정 임계 전압 레벨과 제2 소정 임계 전압 레벨 사이에 있을 때 이외의 상황을 지칭한다. 즉, 이는, 감지된 마이크로그리드 전압이 정격 전압의 12%보다 큰 상황이다. waittill(outV=>0.85pu)은 마이크로그리드 전압이 정격 전압의 소정 부분(이 경우, 정격 전압의 85%)에 도달할 때까지 대기하도록 전력 컨버터(130)를 제어한다. start_sync는 기존 그리드 전압에 대한 내부 위상 고정 루프 동기화를 시작한다. waitill(outFreq<65 and outFreq>55)은 마이크로그리드 주파수가 공칭 주파수의 한계(이 경우, 60+/-5Hz) 내에 있을 때까지 대기하도록 전력 컨버터(130)를 제어한다. setfreq=outFreq는 전력 컨버터(130)의 주파수를 마이크로그리드 주파수로 설정한다. setV=0은 전력 컨버터(130)의 출력 전압을 0V로 설정한다. AC_PWM=true는 마이크로그리드 전압을 제1 전력 컨버터(130) 내에서 이미테이팅하도록 동기식 게이팅을 시작한다. rampV(setV, outV, 1000)는, 1000 밀리초 동안 출력 전압을 0에서 마이크로그리드 전압으로 램핑시킨다. close KAC는 AC 접촉기를 제1 전력 컨버터(130)과 공통 커플링 지점(180) 사이에서 폐쇄한다. enable power_droop은 전력 컨버터들(130, 140) 간의 전력 공유를 용이하게 하도록 드룹 모드를 인에이블한다. state=runningUF는 전력 컨버터(130)의 상태가 마이크로그리드 모드임을 나타낸다.

제3 시퀀스의 다른 제2 예에서, 제1 전력 컨버터(130)와 그의 제어기(230)는, 다른 제2 전력 컨버터가 제1 시퀀스를 수행하고 있고 홀드 기간을 지났을 때 마이크로그리드 전압 및 주파수를 감지할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 제2 전력 컨버터는 정격 전압의 15%, 15HZ에서 정격 전압의 100%, 60Hz로 램핑된다.

도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제3 시퀀스를 설명하기 위한 흐름도이다. 제3 시퀀스는 다음 단계들을 포함할 수 있다.

단계(610)에서, 제1 전력 컨버터(130)의 제어기(230)는 마이크로그리드의 기존 상승 전압 및 주파수를 "캐치"한다. 마이크로그리드 전압 및 주파수는, 제2 전력 컨버터가 최종 램프를 수행하는 동안에 상승한다. 따라서, 제1 전력 컨버터의 제어기(230)는, 마이크로그리드 전압 및 주파수를 감지함으로써, 제2 전력 컨버터가 최종 램프 중 어디에 있는지를 결정할 수 있다. 이 단계는, 마이크로그리드 전압이 정격 전압의 소정 부분(예를 들어, 정격 전압의 85%)에 도달하기를 기다리는 대신에, 제어기(230)가 기존의 상승 전압을 "캐치"하여 클로즈 인(close in)되는 점에서, 제1 예시적 제3 시퀀스의 단계(610)과 다르다.

단계(620)에서, 제어기(230)는 전력 컨버터(130)를 마이크로그리드 전압과 동기화시킨다.

단계(630)에서, 제1 전력 컨버터(130) 내에서 마이크로그리드 전압을 이미테이팅하기 위해 동기식 게이팅이 시작된다.

단계(640)에서, 제1 전력 컨버터(130)와 공통 커플링 지점(180) 사이의 AC 접촉기가 폐쇄되어 전력 컨버터(130)가 마이크로그리드에 전기적으로 커플링된다. 이 시점에서, 제1 및 제2 전력 컨버터(130 및 140)는 나란히 동작한다.

단계(650)에서, 전류 드룹이 인에이블되고 전압 드룹이 디스에이블되어, 제어기(230)는, 전력에 기초하여 드룹을 수행하기보다는, 출력 유효 전류에 기초한 주파수 드룹 및 출력 무효 전류에 기초한 전압 드룹을 수행한다. 일단 전류 드룹이 인에이블되면, 제어기(230)는, 제2 전력 컨버터의 최종 램프의 나머지 기간 동안에, 단계(610)에서 감지된 초기 마이크로그리드 전압 및 주파수로부터 전력 컨버터(130)의 출력 전압 및 주파수를 램핑한다.

제1 및 제2 전력 컨버터는 각각 자신의 제어기에 프로그래밍된(또는 제어기에 의해 수신된) 동일(또는 유사)한 프로파일을 갖는다. 따라서, 제1 제어기(230)는 제1 시퀀스 동안 제2 전력 컨버터에 의해 수행되는 최종 램프(위의 단계(360))의 기울기, 제2 전력 컨버터가 최종 램프를 시작하고 종료하는 전압(예를 들어, 정격 전압의 15%에서 시작하고 정격 전압의 100%에서 종료), 및 제2 전력 컨버터가 최종 램프를 수행하는데 걸리는 시간 양(4s)을 안다. 또한, 제1 제어기에 의해 감지된 마이크로그리드 전압이 제2 전력 컨버터의 출력 전압이기 때문에, 제1 제어기는 제2 전력 컨버터의 출력 전압을 알고 있다. 따라서, 제1 제어기(230)는, 최종 램프의 나머지 시간(예컨대, 4초 중 얼마나 많은 시간이 남아있는지)을 계산하기 위하여, 제2 전력 컨버터의 출력 전압과 최종 램프의 프로파일에 대한 자신의 지식을 이용할 수 있다. 제1 제어기(230)는, 전력 인버터(130)를 제어하여 그 나머지 기간 동안 램핑을 수행하도록 하고, 이로써 제2 전력 컨버터가 그의 최종 램프를 수행하는 동안 동시에 제1 전력 컨버터가 그의 램핑을 수행하게 된다.

단계(660)에서, 일단 전압 및 주파수 램핑이 끝나면, 전류 드룹이 디스에이블되고 전력 드룹이 인에이블된다.

다음의 제어 로직은 전력 컨버터(130)가 제2 예시적 제3 시동 시퀀스를 수행하는 일 실시예를 보여준다. 이 제어 로직은 제1 및 제2 시퀀스 제어 로직과 함께 구현되어 마이크로그리드 전압(즉, 공통 커플링 지점에서의 감지 전압)에 기초하여 적절한 시퀀스가 선택되도록 한다. 제어 로직은 전력 컨버터(130)의 제어기(230)에 의해 구현된다.

위 제어 로직에서, else는 마이크로그리드 전압(즉, 공통 커플링 지점에서의 전압)이 제1 소정 임계 전압 레벨과 제2 소정 임계 전압 레벨 사이에 있을 때가 아닌 상황을 지칭한다. 즉, 이는, 감지된 마이크로그리드 전압이 정격 전압의 12%보다 큰 상황이다. 이 실시예에서, 감지된 마이크로그리드 전압 및 주파수가 제2 전력 컨버터의 홀드 기간 동안의 마이크로그리드 전압 및 주파수와 동일하면, 마이크로그리드 전압이 그의 후속 램프(즉, 마이크로그리드 전압이 공칭 레벨로 램핑되는, 제2 전력 컨버터의 최종 램프)를 시작할 때까지 제1 제어기 및 전력 컨버터는 대기한다. start_sync는 기존 그리드 전압에 대한 내부 위상 고정 루프 동기화를 시작한다. setfreq=outFreq 및 setV=outV는, 감지된 마이크로그리드 전압 및 주파수와 동일한 제2 전력 컨버터의 출력 전압 및 주파수를 캐치한다. AC_PWM=true는 제1 전력 컨버터(130) 내에 마이크로그리드 전압을 이미테이팅하기 위해 동기식 게이팅을 시작한다. close KAC는 제1 전력 컨버터(130)와 공통 커플링 지점(180) 사이에서 AC 접촉기를 폐쇄한다. enable current_droop 및 disable power_droop는 전력 드룹을 디스에이블하고 전류 드룹을 인에이블하여, 제어기(230)가, 전력에 기초한 드룹을 수행하는 것이 아니라, 출력 유효 전류에 기초하여 주파수 드룹을 수행하고 출력 무효 전류에 기초하여 전압 드룹을 수행하도록 한다. rampVF(Vout, 1 , Fout, 60, 4000*(1-Vout))은, 제2 전력 컨버터의 4000ms 램프 시간 중 잔여 시간 동안 제1 전력 컨버터(130)의 출력 전압을 마이크로그리드 전압 및 주파수에서 공칭 전압 및 주파수(즉, 60Hz, 정격 전압)로 램핑시킨다. 여기서, Vout은 제2 전력 컨버터의 출력 전압 outV의 정격 전압의 퍼센티지를 나타낸다. enable power_droop과 disable current_droop은 시동 시퀀스 동안 수행되었던 current_droop을 디스에이블하고, 전력 드룹을 인에이블한다. state=runningUF는 전력 컨버터(130)가 마이크로그리드 모드에 있음을 의미한다.

전술한 제1 내지 제3 시퀀스의 제어 로직에 대해, 전류 드룹은 다음의 수학 식에 의해 정의될 수 있다.

전력 드룹은 다음 수학식으로 정의할 수 있다.

위의 수학식에서, Vout은 인가 전압이고, Vnom은 공칭 전압이다. 전류 드룹이 인에이블되면, 드룹 기울기는, 블랙스타트 동안 1보다 큰 Vnom/Vgrid(Vout<Vnom)에 의해 조정(scale)된다. 전력 드룹이 인에이블되면, 드룹 기울기는 조정되지 않는다. Vout*ld는 출력 유효 전력의 측정치이다. Vout*lq는 출력 무효 전력의 측정치이다.

전술한 실시예들은, 외부 그리드로서 유틸리티 그리드에 접속된 마이크로그리드로서 기술되었다. 그러나, 외부 그리드는 유틸리티 그리드에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 마이크로그리드는 복수의 마이크로그리드로 더 세분화될 수 있다. 각 마이크로그리드는 에너지 소스(재생 가능, 발전기, 저장장치)와 부하를 포함할 수 있다. 마이크로그리드들은 필요에 따라 서로 재-연결하고 서로로부터 분리될 수 있다.

본 기술 분야의 당업자는, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고서, 개시된 전력 시스템에 대해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음을 명백히 알 수 있을 것이다. 본 개시의 상세한 설명 및 실시예를 고려할 경우 본 개시의 다른 실시예들이 당업자에게 명백할 것이다. 본 개시의 상세한 설명 및 실시예는 단지 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 본 개시의 진정한 범위는 다음의 청구 범위 및 그 등가물에 의해 나타내어지는 것으로 의도된다.

Claims

마이크로그리드(microgrid) 상에서 블랙스타트(blackstart)를 수행하는 전력 시스템(power system)으로서,
상기 전력 시스템은,
제1 제어기를 포함하는 제1 전력 컨버터- 상기 제1 제어기는, 상기 블랙스타트를 수행하기 위한 복수의 시동 시퀀스(startup sequences)를 가짐 -; 및
상기 제1 전력 컨버터와 공통 커플링 지점(a point of common coupling)에서 전기적으로 커플링되는 제2 전력 컨버터를 포함하고,
상기 블랙스타트 동안에, 상기 제1 제어기는, 상기 제2 전력 컨버터가 상기 블랙스타트 동안 상기 제2 전력 컨버터의 시동 시퀀스 중 어느 지점에 있는지에 따라, 상기 복수의 시동 시퀀스 중 하나를 선택 및 수행하도록 구성되고, 상기 제1 제어기는 상기 공통 커플링 지점에서의 마이크로그리드 전압에 따라 상기 복수의 시동 시퀀스 중 상기 하나를 선택하는,
전력 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 전력 컨버터는, 상기 복수의 시동 시퀀스를 갖는 제2 제어기를 포함하고,
상기 제2 제어기는, 상기 제1 제어기가 상기 마이크로그리드 전압에 따라 상기 블랙스타트 동안 상기 제2 제어기와 동기화될 수 있도록, 상기 제2 전력 컨버터가 상기 복수의 시동 시퀀스 중 하나를 수행하게 제어하도록 구성된
전력 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 제어기는, 상기 마이크로그리드 전압이 제1 소정 전압 임계치보다 낮을 때 제1 시동 시퀀스를 선택하도록 구성되고,
상기 제1 제어기는, 상기 제1 시동 시퀀스를 수행함에 있어서,
상기 제1 전력 컨버터와 상기 공통 커플링 지점 사이에 커플링된 제1 스위치를 폐쇄(close)하고,
상기 제1 전력 컨버터의 게이팅(gating)을 시작하고,
상기 제1 전력 컨버터의 출력 전압의 주파수를 제1 소정 주파수가 되도록 제어하고,
제1 소정 기간에 걸쳐 상기 제1 전력 컨버터의 출력 전압 레벨을 실질적으로 제로로부터 제1 소정 전압 레벨로 램핑(ramp)하고,
소정의 드웰 기간(dwell period) 동안, 상기 출력 전압 레벨을 상기 제1 소정 전압 레벨로 홀드(hold)하고 상기 출력 전압의 주파수를 상기 제1 소정 주파수로 홀드하며,
제2 소정 기간에 걸쳐, 상기 출력 전압 레벨을 상기 제1 소정 전압 레벨로부터 공칭 전압 레벨까지 램핑하고, 상기 출력 전압의 주파수를 상기 제1 소정 주파수에서 공칭 출력 전압 주파수로 램핑하도록 구성된,
전력 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 제어기는, 상기 마이크로그리드 전압이 제1 소정 전압 임계치보다 크고 제2 소정 전압 임계치보다 작을 때 제2 시동 시퀀스를 선택하도록 구성되고,
상기 제1 제어기는, 상기 제2 시퀀스를 수행함에 있어서,
상기 마이크로그리드 전압 및 마이크로그리드 주파수에 대한 위상 고정 루프 동기화를 시작하고,
상기 마이크로그리드 전압이 상기 제1 소정 전압 임계치에 도달할 때까지 대기하도록 제1 대기 시간을 실행(implement)하고,
상기 제1 소정 전압 임계치를 출력하도록 상기 제1 전력 컨버터의 게이팅을 시작하고,
나머지 기간 동안 상기 제1 전력 컨버터의 출력 전압을 상기 제1 소정 전압 임계치로부터 제1 소정 전압 레벨로 램핑- 상기 나머지 기간은, 상기 제2 전력 제어기가 자신의 출력 전압을 실질적으로 제로로부터 상기 제1 소정 전압 레벨까지 램핑하는 것을 완료하는 제1 소정 기간 중의 일부임 -하고,
소정의 드웰 기간의 일부 동안 대기하도록 제2 대기 시간을 실행- 상기 소정의 드웰 기간은, 상기 제2 전력 컨버터가 자신의 출력 전압 및 주파수를 홀드하는 기간임 -하고,
상기 제1 전력 컨버터와 상기 공통 커플링 지점 사이에 커플링된 제1 스위치를 폐쇄하고,
상기 소정의 드웰 기간의 나머지 부분을 대기하도록 제3 대기 시간을 실행하고,
제2 소정 기간에 걸쳐 상기 출력 전압의 주파수를 공칭 출력 전압 주파수로 램핑하고 상기 출력 전압의 레벨을 상기 제1 소정 전압 레벨에서 공칭 전압 레벨까지 램핑하도록 구성된,
전력 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에있어서,
상기 제1 제어기는, 상기 마이크로그리드 전압이 제3 소정 전압 임계치보다 클 때 제3 시동 시퀀스를 선택하도록 구성되고,
상기 제1 제어기는, 상기 제3 시퀀스를 수행함에 있어서,
상기 마이크로그리드 전압이 공칭 마이크로그리드 전압의 제1 소정 부분에 도달하기까지 대기하도록 대기 시간을 실행하고,
기존(existing) 마이크로그리드 전압에 대해 위상 고정 루프 동기화를 시작하고,
상기 마이크로그리드 전압 및 주파수가 공칭 마이크로그리드 전압 및 공칭 마이크로그리드 주파수의 미리 정해진 한계 내에 있는지 여부를 결정하고,
상기 제1 전력 컨버터의 게이팅을 시작하고 상기 제1 전력 컨버터의 출력 전압을 제로로 설정하고 주파수를 공칭 마이크로그리드 주파수로 설정하고,
상기 제1 전력 컨버터의 상기 출력 전압을 제로에서 상기 마이크로그리드 전압으로 램핑하고,
상기 제1 전력 컨버터와 상기 공통 커플링 지점 사이에 커플링된 제1 스위치를 폐쇄하도록 구성된,
전력 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 제어기는 상기 마이크로그리드 전압이 제3 소정 전압 임계치보다 클 때 제3 시동 시퀀스를 선택하도록 구성되고,
상기 제1 제어기는, 상기 제3 시퀀스를 수행함에 있어서,
상기 제2 전력 컨버터의 초기 상승 전압 및 주파수(initial rising voltage and frequency)를 캐치(catch)하고,
상기 제1 전력 컨버터를, 상기 제2 전력 컨버터의 기존 상승 전압 및 주파수와 동기화시키고,
상기 제1 전력 컨버터와 상기 공통 커플링 지점 사이에 커플링된 제1 스위치를 폐쇄하고,
상기 제2 전력 컨버터의 최종 램프 중 나머지 기간 동안 상기 제1 전력 컨버터의 출력 전압 및 주파수를 상기 초기 전압 및 주파수로부터 램핑하도록 구성된,
전력 시스템.
마이크로그리드 상에서 블랙스타트를 수행하기 위한 전력 시스템으로서,
상기 전력 시스템은,
상기 마이크로그리드에 전기적으로 커플링되고, 복수의 시동 시퀀스를 수행하도록 구성된 제1 제어기를 포함하는 제1 전력 컨버터; 및
상기 마이크로그리드에 전기적으로 커플링된 제2 전력 컨버터를 포함하고,
블랙스타트 동안, 상기 제1 제어기는, 마이크로그리드 전압에 따라 상기 복수의 시동 시퀀스 중 하나를 선택 및 수행하도록 구성되고, 상기 복수의 시동 시퀀스는 제1 시동 시퀀스, 제2 시동 시퀀스 및 제3 시동 시퀀스를 포함하며,
상기 제1 제어기는,
상기 마이크로그리드 전압이 제1 소정 임계 전압보다 작을 때 상기 제1 시동 시퀀스를 선택하고,
상기 마이크로그리드 전압이 상기 제1 소정 임계 전압보다 크지만 제2 소정 임계 전압보다 작을 때 상기 제2 시동 시퀀스를 선택하고,
상기 마이크로그리드 전압이 상기 제2 소정 전압보다 클 때 상기 제3 시동 시퀀스를 선택하도록 구성된,
전력 시스템.
제7항에 있어서,
상기 제2 전력 컨버터는 제2 제어기를 포함하고, 상기 제2 제어기가 또한, 상기 블랙스타트 동안, 상기 제1 제어기가 상기 마이크로그리드 전압에 따라 상기 제2 제어기와 동기화할 수 있도록, 상기 제1 시동 시퀀스, 상기 제2 시동 시퀀스 및 상기 제3 시동 시퀀스를 포함하는 상기 복수의 시동 시퀀스 중 하나를 수행하도록 구성된, 전력 시스템.
제8항에 있어서,
상기 제1 제어기가, 상기 제1 시동 시퀀스를 수행하도록 상기 제1 전력 컨버터를 제어할 때, 상기 제2 제어기는, 상기 제1 시동 시퀀스, 상기 제2 시동 시퀀스 및 상기 제3 시동 시퀀스 중 하나를 시작하지 않았고,
상기 제1 제어기가, 상기 제2 시동 시퀀스를 수행하도록 상기 제1 전력 컨버터를 제어할 때, 상기 제2 제어기는 상기 제1 시동 시퀀스를 시작하였으나 상기 제1 시동 시퀀스의 소정 지점을 지나지는 않았으며,
상기 제1 제어기가, 상기 제3 시동 시퀀스를 수행하도록 상기 제1 전력 컨버터를 제어할 때, 상기 제2 제어기는 상기 제1 시동 시퀀스를 시작했고 상기 소정 지점을 지난, 전력 시스템.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 시퀀스를 수행함에 있어서, 상기 제1 제어기는,
상기 제1 전력 컨버터를 상기 마이크로그리드에 커플링하기 위해 제1 스위치를 폐쇄하고,
상기 제1 전력 컨버터의 게이팅을 시작하고,
상기 제1 전력 컨버터의 출력 전압의 주파수를 제1 소정 주파수가 되도록 제어하고,
제1 소정 기간에 걸쳐 상기 제1 전력 컨버터의 상기 출력 전압의 레벨을 실질적으로 제로로부터 제1 소정 전압 레벨로 램핑하고,
소정의 드웰 기간 동안 상기 출력 전압의 레벨을 상기 제1 소정 전압 레벨로 홀드하고 상기 출력 전압의 주파수를 상기 제1 소정 주파수로 홀드하며,
제2 소정 기간 동안, 상기 출력 전압의 레벨을 상기 제1 소정 전압 레벨로부터 공칭 전압 레벨까지 램핑하고, 상기 출력 전압의 주파수를 상기 제1 소정 주파수로부터 공칭 출력 전압 주파수로 램핑하도록 구성된,
전력 시스템.
제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 시퀀스를 수행함에 있어서, 상기 제1 제어기는,
상기 마이크로그리드 전압 및 마이크로그리드 주파수에 대한 위상 고정 루프 동기화를 시작하고,
상기 마이크로그리드 전압이 제1 소정 전압 레벨의 소정 부분에 도달할 때까지 대기하도록 제1 대기 시간을 실행하고,
상기 소정 부분을 출력하도록 상기 제1 전력 컨버터의 게이팅을 시작하고,
나머지 기간 동안, 상기 제1 전력 컨버터의 출력 전압을 상기 소정 부분으로부터 제2 소정 전압 레벨까지 램핑- 상기 나머지 기간은, 상기 제2 전력 제어기가 자신의 출력 전압을 실질적으로 제로로부터 상기 제2 소정 전압 레벨로 램핑하는 것을 완료하는 제1 소정 기간 중의 일부임 -하고,
소정의 드웰 기간의 일부를 대기하도록 제2 대기 시간을 실행- 상기 소정의 드웰 기간은, 상기 제2 전력 컨버터가 자신의 출력 전압 및 주파수를 홀드하는 기간임 -하고,
상기 제1 전력 컨버터를 상기 마이크로그리드에 커플링하는 제1 스위치를 폐쇄하고,
상기 소정의 드웰 기간의 나머지 부분을 대기하도록 제3 대기 시간을 실행하고,
제2 소정 기간에 걸쳐, 상기 출력 전압의 레벨을 상기 제2 소정 전압 레벨로부터 공칭 전압 레벨로 램핑하고, 상기 출력 전압의 주파수를 공칭 출력 전압 주파수로 램핑하도록 구성된,
전력 시스템.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 시퀀스를 수행함에 있어서, 상기 제1 제어기는,
상기 마이크로그리드 전압이 공칭 마이크로그리드 전압의 제1 소정 부분에 도달하기까지 대기하도록 대기 시간을 실행하고,
기존 마이크로그리드 전압에 대해 위상 고정 루프 동기화를 시작하고,
상기 마이크로그리드 전압 및 주파수가 공칭 마이크로그리드 전압 및 공칭 마이크로그리드 주파수의 미리 정해진 한계 내에 있는지 여부를 결정하고,
상기 제1 전력 컨버터의 게이팅을 시작하고 상기 제1 전력 컨버터의 출력 전압을 제로로 설정하고 주파수를 공칭 마이크로그리드 주파수로 설정하고,
상기 제1 전력 컨버터의 상기 출력 전압을 제로로부터 상기 마이크로그리드 전압으로 램핑하고,
상기 제1 전력 컨버터를 상기 마이크로그리드에 커플링하는 제1 스위치를 폐쇄하도록 구성된,
전력 시스템.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 시퀀스를 수행함에 있어서, 상기 제1 제어기는,
상기 제2 전력 컨버터의 초기 상승 전압 및 주파수를 캐치하고,
상기 제1 전력 컨버터를 상기 제2 전력 컨버터의 기존 상승 전압 및 주파수와 동기화시키고,
상기 제1 전력 컨버터를 상기 마이크로그리드에 커플링시키는 제1 스위치를 폐쇄하고,
상기 제2 전력 컨버터의 최종 램프의 나머지 기간 동안 상기 제1 전력 컨버터의 출력 전압 및 주파수를 상기 초기 전압 및 주파수로부터 램핑하도록 구성된, 전력 시스템.
마이크로그리드에 커플링된 전력 컨버터의 블랙스타트를 수행하는 방법- 상기 마이크로그리드는 적어도 하나의 다른 전력 컨버터를 가짐 -으로서,
마이크로그리드 전압을 감지하는 단계;
상기 마이크로그리드 전압에 따라 복수의 시동 시퀀스 중 하나를 선택하는 단계- 상기 시동 시퀀스는, 적어도, 제1 시동 시퀀스, 제2 시동 시퀀스 및 제3 시동 시퀀스를 포함함 -; 및
상기 선택된 시동 시퀀스를 수행하도록 상기 전력 컨버터를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 시동 시퀀스 중 하나를 선택하는 단계는,
상기 마이크로그리드 전압이 제1 소정 임계 전압보다 작을 때 상기 제1 시동 시퀀스를 선택하고,
상기 마이크로그리드 전압이 상기 제1 소정 임계 전압보다 크지만 제2 소정 임계 전압보다 작을 때 상기 제2 시동 시퀀스를 선택하고,
상기 마이크로그리드 전압이 상기 제2 소정 임계 전압보다 클 때 상기 제3 시동 시퀀스를 선택하는 단계를 포함하는,
블랙스타트 수행 방법.
제14항에 있어서,
상기 마이크로그리드 전압이 상기 제1 소정 전압보다 작다는 것은, 상기 다른 전력 컨버터가 제1 시퀀스를 시작하지 않았음을 나타내는, 블랙스타트 수행 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 제1 시동 시퀀스가 선택되었을 때, 상기 제1 시동 시퀀스를 수행하도록 상기 전력 컨버터를 제어하는 단계는,
상기 전력 컨버터를 상기 마이크로그리드에 커플링하기 위한 제1 스위치를 폐쇄하는 단계;
상기 전력 컨버터의 게이팅을 시작하는 단계;
상기 전력 컨버터의 출력 전압의 주파수를 제1 소정 주파수가 되도록 제어하는 단계;
제1 소정 기간에 걸쳐 상기 전력 컨버터의 상기 출력 전압의 레벨을 실질적으로 제로로부터 제1 소정 전압 레벨로 램핑하는 단계;
소정의 드웰 기간 동안 상기 출력 전압의 레벨을 상기 제1 소정 전압 레벨로 홀드하고 상기 출력 전압의 주파수를 상기 제1 소정 주파수로 홀드하는 단계; 및
제2 소정 기간 동안, 상기 출력 전압의 레벨을 상기 제1 소정 전압 레벨로부터 공칭 전압 레벨로 램핑하고, 상기 출력 전압의 주파수를 상기 제1 소정 주파수로부터 공칭 출력 전압 주파수로 램핑하는 단계
를 포함하는, 블랙스타트 수행 방법.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 기동 시퀀스가 선택되었을 때, 상기 제2 기동 시퀀스를 수행하도록 상기 전력 컨버터를 제어하는 단계는,
상기 마이크로그리드 전압 및 마이크로그리드 주파수에 대한 위상 고정 루프 동기화를 시작하는 단계;
상기 마이크로그리드 전압이 제1 소정 전압 레벨의 소정 부분에 도달할 때까지 대기하도록 제1 대기 시간을 실행하는 단계;
상기 소정 부분을 출력하도록 상기 전력 컨버터의 게이팅을 시작하는 단계;
나머지 기간 동안, 상기 전력 컨버터의 출력 전압을 상기 소정 부분에서 제2 소정 전압 레벨로 램핑- 상기 나머지 기간은, 상기 다른 전력 제어기가 자신의 출력 전압을 실질적으로 제로에서 상기 제2 소정 전압 레벨로 램핑하는 것을 완료하는 제1 소정 기간의 일부분임 -하는 단계;
소정의 드웰 기간의 일부분을 대기하도록 제2 대기 시간을 실행- 상기 소정의 드웰 기간은, 상기 제2 전력 컨버터가 자신의 출력 전압 및 주파수를 홀드하는 기간임 -하는 단계;
상기 제1 전력 컨버터를 상기 마이크로그리드에 커플링하는 제1 스위치를 폐쇄하는 단계;
상기 소정의 드웰 기간의 나머지 부분을 대기하도록 제3 대기 시간을 실행하는 단계; 및
제2 소정 기간에 걸쳐 상기 출력 전압의 레벨을 상기 제2 소정 전압 레벨로부터 공칭 전압 레벨로 램핑하고, 상기 출력 전압의 주파수를 공칭 출력 전압 주파수로 램핑하는 단계를 포함하는,
블랙스타트 수행 방법.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 시동 시퀀스가 선택되었을 때, 상기 제3 시동 시퀀스를 수행하도록 상기 전력 컨버터를 제어하는 단계는,
상기 마이크로그리드 전압이 공칭 마이크로그리드 전압의 제1 소정 부분에 도달하기까지 대기하기 위한 대기 시간을 실행하는 단계;
기존 마이크로그리드 전압에 대해 위상 고정 루프 동기화를 시작하는 단계;
상기 마이크로그리드 전압 및 주파수가 공칭 마이크로그리드 전압 및 공칭 마이크로그리드 주파수의 소정 한계 내에 있는지를 결정하는 단계;
상기 전력 컨버터의 게이팅을 시작하고 상기 전력 컨버터의 출력 전압을 제로로 설정하고 주파수를 공칭 마이크로그리드 주파수로 설정하는 단계;
상기 제1 컨버터의 상기 출력 전압을 제로에서 상기 마이크로그리드 전압까지 램핑하는 단계; 및
상기 전력 컨버터를 상기 마이크로그리드에 커플링하는 제1 스위치를 폐쇄하는 단계를 포함하는, 블랙스타트 수행 방법.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 시동 시퀀스가 선택되었을 때, 상기 제3 시동 시퀀스를 수행하도록 상기 전력 컨버터를 제어하는 단계는,
상기 다른 전력 컨버터의 초기 상승 전압 및 주파수를 캐치하는 단계;
상기 전력 컨버터를, 상기 다른 전력 컨버터의 기존 상승 전압 및 주파수와 동기화시키는 단계;
상기 전력 컨버터와 상기 마이크로그리드 사이에 커플링된 제1 스위치를 폐쇄하는 단계; 및
상기 다른 전력 컨버터의 최종 램프의 나머지 기간 동안 상기 전력 컨버터의 상기 출력 전압 및 주파수를 상기 초기 전압 및 주파수로부터 램핑하는 단계
를 포함하는, 블랙스타트 수행 방법.