KR20190028209A - 독립형 마이크로그리드의 ｃｖｃｆ ｅｓｓ 용량 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치는, ESS가 CVCF 제어모드로 운전하는 경우에, 입력된 정주파수에 대해 계통부하 변동에 따라 발생하는 계통주파수를 임의로 변동 가능하게 하는 보상 위상각을 생성하기 위한 보상 파라미터를 제공하는 IVR(Indirect Voltage Regulation); 및 상기 생성된 보상 위상각을 이용하여 상기 ESS의 컨버터 제어를 위해 D/Q 전압을 3상 교류 전압 형태로 좌표변환을 수행하기 위한 DQ/ABC 변환부;를 포함한다.

Description

독립형 마이크로그리드의 ＣＶＣＦ ＥＳＳ 용량 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING CVCF ESS CAPACITY OF STAND-ALONE MICRO GRID}

본 발명은 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 상세하게는 ESS가 CVCF 제어모드로 운전하는 경우에 계통부하 변동에 따라 발생하는 계통주파수를 임의로 변동함으로써 분산전원 및 디젤발전기에 탑재된 주파수 드룹 제어를 응동 가능하게 하기 위한, 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 전력계통의 하위개념으로 다양한 소형 분산전원과 풍력, 태양광발전과 같은 신재생에너지와 디젤발전기, 그리고 부하로 구성되는 마이크로그리드(microgrid)에 대한 관심이 고조되고 있다.

이러한 마이크로그리드는 계통연계형과 독립형으로 나눌 수 있다. 계통연계형은 전력계통과 연결되어 마이크로그리드의 전력량에 따라 전력을 계통으로 공급하거나, 계통으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 독립형은 계통과 분리되어 자체적으로 전력을 공급하는 소규모 전력계통을 나타낸다.

특히, 독립형은 상요전력의 공급이 어려운 도서지역에 디젤발전기, 마이크로가스터빈과 같은 내연 발전기관, 풍력이나 태양광발전과 같은 신재생 에너지, 에너지저장 및 신재생에너지 출력 보상을 위한 에너지 저장시스템(Energy Storage System, 이하 'ESS'라 함) 등의 분산전원으로 구성된다.

또한, 최근 신재생에너지의 보급에 대한 노력이 활발히 이루어짐에 따라, 신재생에너지원을 계통에 접속하기 위한 계통연계 기술이 요구되고 있으며, 분산전원을 통합하여 효율적인 운전이 가능한 마이크로그리드 등의 계통 운용기술도 요구되고 있다.

이와 같이, 신재생에너지의 안정적인 공급, 에너지 효율 극대화 및 계통 안정화를 위해 계통의 잉여전력을 배터리에 저장하거나 부족전력을 공급해주는 ESS에 대한 필요성이 증대되고 있다.

그런데, 간접전압제어(Indirect Voltage Regulation, 이하 'IVR'이라 함) 기술은 독립형 마이크로그리드를 운영함에 있어서 ESS를 효율적으로 활용하기 위해 필요한 기술이다.

기존 독립형 전력시스템에서는 디젤발전기를 이용하여 계통 전압 및 주파수를 제어하는 방식을 적용한다.

이러한 방식은 비용 측면에서 효용성이 떨어지기 때문에, 최근에는 ESS와 신재생에너지를 이용하여 독립형 마이크로그리드를 구축하는 추세이다. 예를 들어, 디젤발전기를 이용하여 전력을 공급하는 도서지역의 발전단가는 육지 계통의 6배 수준에 달한다.

ESS와 디젤발전기가 혼합된 하이브리드형 독립형 마이크로그리드에서는 ESS 또는 디젤발전기가 계통전압 및 주파수를 유지하며, ESS와 신재생에너지만 이용하는 독립형 마이크로그리드에서는 ESS가 계통전압 및 주파수를 유지한다.

ESS는 계통전압 및 주파수 유지를 위한 제어모드로서, 정전압정주파수(Constant Voltage Constant Frequency, 이하 'CVCF'라 함) 제어모드, 유효전력 및 무효전력 출력 제어모드, 주파수 드룹(droop) 제어모드로 동작할 수 있다.

독립형 마이크로그리드에 신재생에너지원이 있을 때와 없을 때의 ESS 용량은 아래 수학식 1과 같이 동일하다. 이는 신재생에너지원이 변동성으로 인해 출력이 '0'이 되는 순간이 다분하기 때문에 존재하지 않는 에너지원으로 고려하여 ESS의 용량을 산정해야 하기 때문이다.

ESS가 CVCF 제어모드로 운전하는 경우에, 신재생에너지가 있을 때와 없을 때의 ESS 용량은 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

아울러, ESS와 디젤발전기가 혼합된 하이브르드 형태로 구성되는 경우에, ESS가 CVCF 제어모드로 운전하는 경우의 ESS 용량도 상기 수학식 1과 같다.

이처럼, ESS가 CVCF 제어모드로 운전하는 경우에, ESS의 용량은 독립형 마이크로그리드의 에너지원이 어떤 경우라도 상기 수학식 1과 같이 동일하게 나타낼 수 있다.

만약, 디젤발전기에 대한 출력지령의 고정점(set-point) 제어가 가능하다면, CVCF 제어모드로 운전하기 위한 ESS의 용량은 아래 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 2에서 '디젤발전기의 Set-point 출력' 대신에 '디젤발전기의 용량'으로 표시되지 않는 이유는, 부하의 변동에 따라 발전원(ESS, 디젤발전기, 분산전원 등)도 함께 변동하여야 계통 주파수 유지가 가능한데, ESS가 CVCF 제어모드로 운전하는 경우에, 디젤발전기가 주파수 드룹 제어모드 기능을 상실하여 부하의 변동에 따라 자신의 출력을 변동시킬 수 없기 때문이다. 이에 대해서는 분산전원(풍력, 태양광 등)도 마찬가지로 디젤발전기와 동일하게 적용된다.

따라서, ESS는 CVCF 제어모드로 운전하는 경우에, 계통전압 및 주파수를 유지하기 위한 부하 부담을 모두 자신이 가져가야 한다. 일반적으로, 디젤발전기 및 분산전원은 주파수 드룹 제어모드로 운전하는 경우를 도 1과 같이 나타낼 수 있다. 도 1은 주파수 드룹 제어모드를 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 주파수 드룹 제어모드는 주파수 설정값(rated frequency)과 실측 주파수(measured frequency)의 오차에 드룹을 위한 이득(droop gain)을 곱하여 그 결과(power demand)를 출력 고정점(power set-point)와 더해져서 최종 출력을 결정한다.

그런데, 디젤발전기 및 분산전원은 ESS가 CVCF 제어모드로 운전하는 경우에, ESS로 인해 만들어진 전압의 정주파수로 주파수 드룹 제어모드로 운전할 수 없다. 도 2는 ESS의 CVCF 제어모드 운전시 디젤발전기의 주파수 드룹 제어의 미동작 상태의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, ESS가 CVCF 제어모드로 운전하는 독립형 마이크로그리드에서, 디젤발전기 2기는 50㎾로 고정점 출력을 내며 발전하고 있는 경우를 가정한다. 이때, 디젤발전기 1기가 탈락하는 경우에, 나머지 디젤발전기는 주파수 드룹 제어에 참여하지 못한 경우를 나타낸다.

디젤발전기 1기의 탈락은 발전량과 부하량의 크기가 균형을 이루지 못하는 상태를 나타내고, ESS 역시 용량 부족으로 충분한 출력을 내주지 못하는 상태를 나타낸다. 그리고, 나머지 디젤발전기는 주파수 드룹 제어모드로 운전하여 부하를 분담해야 하지만, ESS의 정주파수 제어로 인해 주파수 변동이 발생하지 않게 되고, 이로 인해 주파수 드룹 제어에 참여하지 못하게 된다.

공급과 소비의 불균형은 결국 ESS의 정주파수 제어로 인해 전압강하가 대신 발생하게 되고, 이에 응동하여 나머지 디젤발전기가 무효전력을 출력하지만 전압 상승에 효과적이지 못하다.

이 현상은 동일하게 주파수 변동량을 이용해 주파수 드룹 제어를 수행하는 분산전원(풍력, 태양광 등)에도 동일하게 나타난다.

따라서, CVCF 제어모드로 운전하는 ESS의 용량은 계통부하 전체를 감당해야 하므로 비효율적일 수 밖에 없다. 그러므로, ESS는 기존에 설치된 디젤발전기나 분산전원의 알고리즘을 변경하지 않더라도, 주파수 드룹 제어에 참여할 수 있도록 임의로 계통 주파수를 변동시키는 방안이 제안될 필요가 있다.

이를 위해, 컨버터 기반의 분산전원은 P-V 드룹 알고리즘이 탑재되어 있다. 도 3은 P-V 드룹 제어모드를 나타낸 블록도이다.

P-V 드룹 제어모드는 CVCF 제어모드 운전과 같은 정주파수 제어 시 유효전력의 부족 상황에서 주파수 강하 대신 발생하는 전압 강하의 크기에 비례하여 유효전력을 더 출력하도록 설정한다.

그런데, P-V 드룹 제어모드는 기존에 설치된 디젤발전기에 적용되지 않았으며, 매우 오래된 설비의 제어시스템을 변경하는 것이 쉽지 않다.

또한, 계통의 정주파수에 의해 발생하는 문제이므로, 독립형 마이크로그리드에 영입되는 모든 분산전원이나 디젤발전기에는 P-V 드룹 제어를 추가할 수 없기 때문에 원천적으로 문제를 해결할 수 없다.

따라서, ESS는 IVR 기술을 탑재하여 기존에 설치된 디젤발전기 및 분산전원이 모두 주파수 드룹 제어에 참여하도록 유도하는 방안이 제안될 필요성이 요구된다.

대한민국 등록특허공보 제10-1412742호 대한민국 등록특허공보 제10-1454299호

본 발명의 목적은 ESS가 CVCF 제어모드로 운전하는 경우에 계통부하 변동에 따라 발생하는 계통주파수를 임의로 변동함으로써 분산전원 및 디젤발전기에 탑재된 주파수 드룹 제어를 응동 가능하게 하기 위한, 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치는, ESS가 CVCF 제어모드로 운전하는 경우에, 입력된 정주파수에 대해 계통부하 변동에 따라 발생하는 계통주파수를 임의로 변동 가능하게 하는 보상 위상각을 생성하기 위한 보상 파라미터를 제공하는 IVR(Indirect Voltage Regulation); 및 상기 생성된 보상 위상각을 이용하여 상기 ESS의 컨버터 제어를 위해 D/Q 전압을 3상 교류 전압 형태로 좌표변환을 수행하기 위한 DQ/ABC 변환부;를 포함할 수 있다.

상기 보상 파라미터는, 주파수, 회전각속도, 위상각 중 하나의 형태로 제공될 수 있다.

상기 IVR은, 전압 측정값의 3상 교류 전압 각 상에 대한 크기를 비교하기 위한 소정의 처리 방식을 이용하는 사전 계산부; 상기 처리 방식의 결과에 따라 최소전압을 선택하는 최소전압 선택부; 상기 최소전압과 전압 기준값의 오차값을 불감대역에 대해 필터링을 수행하기 위한 불감대역 필터; 및 상기 필터링된 상기 오차값에 대해 PID(Propotional-Integral-Derivative) 제어를 수행하여 상기 보상 파라미터를 생성하여 출력하기 위한 PID 제어부;를 포함할 수 있다.

일실시예에 있어서, 상기 DQ/ABC 변환부로부터 출력된 3상 교류 전압에 대한 변조과정을 수행하기 위한 SV PWM(Space Vector Pulse Width Modulation);를 더 포함할 수 있다.

일실시예에 있어서, 3상 교류 전압에 대해 교류를 직류로 바꾸어 수직축과 수평축의 2가지 형태의 전압으로 분리하는 DQ 변환이 수행된 D축 및 Q축 각각에 대해 전압 기준값과 전압 측정값의 오차값을 계산하는 D/Q 오차 계산부; 및 상기 D/Q 오차 계산부에 의해 계산된 D축 및 Q축 오차값 각각에 대해 D/Q 전압을 생성하여 상기 DQ/ABC 변환부에 전달하기 위한 D/Q PI 제어기;를 더 포함할 수 있다.

일실시예에 있어서, 상기 D/Q PI 제어기의 상기 D/Q 전압 각각에 계통전압의 D/Q 변환 전압을 전향 보상하기 위한 D/Q 보상부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 방법은, ESS가 CVCF 제어모드로 운전하는 경우에, 입력된 정주파수에 대해 계통부하 변동에 따라 발생하는 계통주파수를 임의로 변동 가능하게 하는 보상 위상각을 생성하기 위한 보상 파라미터를 제공하는 단계; 및 상기 생성된 보상 위상각을 이용하여 상기 ESS의 컨버터 제어를 위해 D/Q 전압을 3상 교류 전압 형태로 좌표변환을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 제공 단계는, 전압 측정값의 3상 교류 전압 각 상에 대한 크기를 비교하기 위한 소정의 처리 방식을 이용하여 계산하는 단계; 상기 처리 방식의 결과에 따라 최소전압을 선택하는 단계; 상기 최소전압과 전압 기준값의 오차값을 불감대역에 대해 필터링을 수행하는 단계; 및 상기 필터링된 상기 오차값에 대해 PID 제어를 수행하여 상기 보상 파라미터를 생성하여 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.

일실시예에 있어서, 상기 좌표변환된 3상 교류 전압에 대한 SV PWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 변조과정을 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

일실시예에 있어서, 상기 좌표변환 수행 이전에, 3상 교류 전압에 대해 교류를 직류로 바꾸어 수직축과 수평축의 2가지 형태의 전압으로 분리하는 DQ 변환이 수행된 D축 및 Q축 각각에 대해 전압 기준값과 전압 측정값의 오차값을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 D축 및 Q축 오차값 각각에 대해 상기 D/Q 전압을 생성하여 제공하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

일실시예에 있어서, 상기 계단 단계 이후에, 상기 D/Q 전압 각각에 계통전압의 D/Q 변환 전압을 전향 보상하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 ESS가 CVCF 제어모드로 운전하는 경우에 계통부하 변동에 따라 발생하는 계통주파수를 임의로 변동함으로써 분산전원 및 디젤발전기에 탑재된 주파수 드룹 제어를 응동 가능하게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 발전량과 부하의 균형이 유지하여 독립형 마이크로그리드의 안정적인 운전환경을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 ESS의 배터리 및 PCS 용량을 경제적으로 설계하여 독립형 마이크로그리드 설계시 경제성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 주파수 드룹 제어모드를 나타낸 블록도,
도 2는 ESS의 CVCF 제어모드 운전시 디젤발전기의 주파수 드룹 제어의 미동작 상태의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면,
도 3은 P-V 드룹 제어모드를 나타낸 블록도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치를 나타낸 블록도,
도 5 및 도 6은 IVR의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 7은 상기 도 4의 IVR에 대한 블록도를 나타내는 도면,
도 8은 IVR 성능 검증을 위한 시뮬레이션 모델을 나타낸 도면,
도 9는 상기 도 8에서 ESS가 제어하는 전압 포인트를 나타낸 도면,
도 10은 상기 도 8에서 부하 증가에 따른 계통 주파수를 나타낸 도면,
도 11은 상기 도 8에서 부하 증가에 따른 분산전원의 출력 변동을 나타낸 도면,
도 12 및 도 13은 상기 도 8에서 부하 증가에 따른 디젤발전기의 출력 변동을 나타낸 도면,
도 14는 상기 도 8에서 부하 증가에 따른 ESS의 출력 변동을 나타낸 도면,
도 15는 상기 도 8에서 ESS의 IVR이 있는 경우에 계통 주파수 변동을 나타낸 도면,
도 16은 상기 도 8에서 ESS의 IVR이 있는 경우에 부하 증가 및 디젤발전기 탈락에 따른 분산전원의 출력 변동을 나타낸 도면,
도 17 및 도 18은 상기 도 8에서 ESS의 IVR이 있는 경우에 부하 증가 및 디젤발전기 탈락에 따른 디젤발전기의 출력 변동을 나타낸 도면,
도 19는 상기 도 8에서 ESS의 IVR이 있는 경우에 부하 증가 및 디젤발전기 탈락에 따른 ESS의 출력 변동을 나타낸 도면,
도 20은 상기 도 8에서 ESS의 IVR이 있는 경우에 부하 증가 및 디젤발전기 탈락에 따른 ESS가 제어하는 전압 포인트를 나타낸 도면,
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 방법에 대한 도면이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치를 나타낸 블록도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치(이하 'CVCF ESS 용량 제어 장치'라 함, 100)는, ESS의 컨버터(인버터) 제어 블록으로, ESS의 계통전압 및 주파수 유지를 위해 IVR이 포함된 CVCF 제어모드로 ESS의 운전을 제어한다.

CVCF ESS 용량 제어 장치(100)는 다음과 같은 이유로 IVR이 포함된 CVCF 제어모드로 ESS의 운전을 제어한다.

일반적으로, 계통의 주파수는 아래 수학식 3과 같이 원동기(prime mover)의 출력 토크(T_in)와 발전기(generator)의 출력 토크(T_out)의 관계에 의해 변동된다.

여기서, ω(rad/s)는 발전기의 회전 각속도이며, ω＝2πｆ로 나타낼 수 있다. f는 주파수이다. 그리고, 토크(T)에 대한 관계식을 출력(P)로 나타내면 아래 수학식 4와 같다.

원동기와 발전기의 토크 간 불균형이 주파수를 변동시키는 이유라 할 때, 발전량과 부하량의 불균형에 의해 계통 주파수가 변동되는 것으로 해석될 수 있다.

그런데, ESS는 IVR이 없는 일반적인 CVCF 제어모드로 운전하는 경우에, 벡터제어형 전류제어기의 DQ 변환을 위해 사용되는 기준 위상각을 60㎐로 고정하여 입력하므로 정주파수를 얻을 수 있다. 즉, ESS는 정주파수 60㎐의 입력에 의해 고정되므로, 에너지 불균형에 의한 주파수 변동이 없게 된다.

그리고, ESS에 의해 정주파수로 운영되는 독립형 마이크로그리드는 발전량과 부하량의 수급불균형이 발생하면, 계통 주파수가 하락하는 대신에 계통전압이 강하하게 된다.

이와 같인 이유로, CVCF ESS 용량 제어 장치(100)는 일반적인 CVCF 제어모드로 ESS 운전을 제어하는 것이 아니라, IVR이 포함된 CVCF 제어모드로 ESS 운전을 제어하여 임의로 계통 주파수가 하락할 수 있도록 한다.

즉, CVCF ESS 용량 제어 장치(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 60㎐의 정주파수가 입력되는 부분에 IVR 알고리즘에 의한 보상 주파수(f_comp)를 이용하여 ESS의 제어를 위한 보상 위상각(θ)을 생성한다. 여기서, 보상 위상각(θ)은 ESS의 컨버터 제어를 위한 좌표변환으로 사용된다.

이처럼 CVCF ESS 용량 제어 장치(100)는 ESS의 제어를 위한 보상 위상각(θ)을 이용하여 임의로 계통 주파수의 하락을 유도할 수 있다.

도 4를 참조하면, CVCF ESS 용량 제어 장치(100)는 'DQ/ABC 변환'에 ESS의 제어를 위한 보상 위상각(θ)을 이용한다.

CVCF ESS 용량 제어 장치(100)는 3상 교류 형태의 전압을 선형제어기인 PI 제어기로 제어하는 경우 성능이 매우 떨어질 수 있으므로, 교류를 직류로 바꾸어 수직축과 수평축의 2가지 형태의 전압으로 분리하는 DQ 변환을 이용한다.

이를 위해, CVCF ESS 용량 제어 장치(110)는 D축 오차 계산부(111d), Q축 오차 계산부(111q), D축 PI 제어기(112d), Q축 PI 제어기(112q), D축 보상부(113d), Q축 보상부(113q), DQ/ABC 변환부(120), SV PMW(130), IVR(140)을 포함한다.

여기서, D축 오차 계산부(111d), Q축 오차 계산부(111q)는 통칭하여 D/Q 오차 계산부(111d, 111q)라 하고, D축 PI 제어기(112d), Q축 PI 제어기(112q)는 통칭하여 D/Q PI 제어기(112d, 112q)라 하며, D축 보상부(113d), Q축 보상부(113q)는 통칭하여 D/Q 보상부(113d, 113q)라 한다.

구체적으로, D축 오차 계산부(111d)는 D축의 전압 기준값(voltage reference)과 D축의 전압 측정값(measured voltage)의 오차값을 계산한다. 그리고, D축 PI 제어기(112d)는 D축 오차 계산부(111d)로부터 전달된 오차값에 대해 ESS 인버터의 출력단 전압을 생성한다. 이때, D축 보상부(113d)는 D축 PI 제어기(112d)의 응동을 최소화하기 위해 계통전압의 D축 변환 전압(Ed)을 전향 보상한다. 즉, D축 보상부(113d)는 D축 PI 제어기(112d)의 결과에 전향 보상된 계통전압들이 더해진다.

마찬가지로, Q축 오차 계산부(111q)는 Q축의 전압 기준값(voltage reference)과 Q축의 전압 측정값(measured voltage)의 오차값을 계산한다. 그리고, Q축 PI 제어기(112q)는 Q축 오차 계산부(111q)로부터 전달된 오차값에 대해 ESS 인버터의 출력단 전압을 생성한다. 이때, Q축 보상부(113q)는 Q축 PI 제어기(112q)의 응동을 최소화하기 위해 계통전압의 Q축 변환 전압(Eq)을 전향 보상한다. 즉, Q축 보상부(113q)는 Q축 PI 제어기(112q)의 결과에 전향 보상된 계통전압들이 더해진다.

DQ/ABC 변환부(120)는 D축 보상부(113d)와 Q축 보상부(113q)의 출력값(즉, DQ축 최종 출력)에 대해 ABC 좌표(3상 교류 전압 형태)(Va, Vb, Vc)로 다시 변환한다. 여기서, DQ/ABC 변환부(120)는 CVCF 운전을 하는 ESS의 DQ축 좌표를 ABC 좌표로 변환하기 위해 60㎐ 고정주파수로 계산된 위상각을 그대로 사용하지 않고, IVR 알고리즘에 의한 보상 주파수(f_comp)가 추가되어 계산된 보상 위상각(θ)을 사용한다.

계통 위상각은 계통 주파수에 2π를 곱하고 적분하여 얻을 수 있는데, 이 경우에는 60㎐의 정주파수가 입력되는 부분에 IVR 알고리즘에 의한 보상 주파수(f_comp)를 이용하여 보상 위상각(θ)이 제공된다.

이를 위해, IVR(140)은 ESS 단자전압 감소를 감지하여 전압 크기 변동에 따라 주파수를 60㎐ 기준에서 보상 주파수(f_comp) 만큼 낮추어 줌으로써, ESS가 만들어 내는 전압의 주파수를 60㎐에서 전압 크기 변동에 따라 다른 주파수로 변동하게 한다.

다시 말해, 주파수 제어를 하기 위해서는 주파수 오차가 필요하고, ESS가 CVCF 운전을 할 때 계통 주파수 변동이 없으면 다른 분산전원들의 주파수 제어가 불가능하다. 따라서, IVR(140)은 임의적인 주파수 변동을 통해 다른 분산전원들의 주파수 제어가 가능하게 만들어 준다.

여기서, IVR(140)은 보상 주파수 이외에 회전각속도(도 5 참조) 또는 위상각(도 6 참조)으로 보상 파라미터를 변경하여 적용할 수도 있다. 즉, 도 4는 보상 파라미터가 주파수인 경우, 도 5는 보상 파라미터가 회전각속도, 도 6은 보상 파리미터가 위상각인 경우를 나타낸다. 도 5 및 도 6은 IVR의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

SV PWM(Space Vector PWM, 130)은 DQ/ABC 변환부(120)에 의해 변환된 3상 교류 전압 형태의 변환된 값에 대해 변조 과정을 수행한다.

도 7은 상기 도 4의 IVR에 대한 블록도를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, IVR(140)은 계통전압을 감지하여 주파수를 일정 수준으로 하락시켜 디젤발전기나 분산전원이 주파수 드룹 제어에 응동하도록 하는 보상 주파수(f_comp)를 생성한다. 다시 말해, IVR(140)은 전압 오차를 감지하여 주파수 감소를 원하는 양만큼 결정한다.

이때, IVR(140)은 보상 위상각과 전압 측정값의 오차값을 이용하여 보상해야 하는 보상 주파수(f_comp)를 결정한다.

이를 위해, IVR(140)은 사전 계산부(pre-calculator, 141), 최소전압 선택부(142), 오차 계산부(143), 불감대역 필터(dead-band filter, 144), PID 제어부(144)를 포함한다.

사전 계산부(141)와 최소전압 선택부(142)는 3상 교류 전압(Vabc)에 대해 오차계산용 전압을 선택한다.

먼저, 사전 계산부(141)는 3상 교류 전압(Vabc)에 대해 실효값 또는 최대값, DQ축으로 변환된 전압을 이용하여 RMS 등을 계산한다. 즉, 사전 계산부(141)는 3상 교류 전압의 각 상에 대한 크기를 비교하기 위한 소정의 처리 방식을 적용한다.

최소 전압 선택부(142)는 사전 계산부(141)의 처리 결과 중 최소전압을 오차계산용 전압으로 선택한다. 이는 3상 부하가 불평형 상태일 경우에 가장 큰 부하측 전압이 가장 낮게 떨어지는데, 주파수 유지를 위해 가장 큰 부하를 기준으로 분산전원들이 응동하는 것이 바람직하기 때문이다.

부가적으로, 사전 계산부(141)는 ESS의 전압, 전류, 출력, 충전용량(State of Charge, SOC) 등과 같은 정보들을 이용하여 IVR(140)이 오동작하지 않도록 하는 오동작 방지용 조건 계산 기능도 추가될 수 있다.

오차 계산부(143)는 전압 기준값과 전압 측정값을 비교하여 오차값을 계산한다. 여기서, 전압 측정값은 전술한 최소 전압 선택부(142)에 의해 출력된 최소전압에 해당된다.

불감대역 필터(144)는 전압 기준값과 전압 측정값의 오차값이 불감대역 제한 이상인 경우에 해당 오차값을 PID 제어부(144)로 전달한다. 즉, 불감대역 필터(144)는 해당 오차값이 불감대역 제한을 초과하지 않는다면, 해당 오차값을 PID 제어부(144)로 전달하지 않는다. 이는 IVR(140)이 미세한 계통전압 변동에 동작하여 계통전체에 잦은 외란을 주는 상황을 방지하기 위해, IVR(140)이 일정 계통전압 변동 이상이 발생하는 경우에만 동작하도록 하기 위함이다. 결과적으로, IVR(140)은 일정 계통전압 변동 이상인 경우에 보상 주파수(f_comp)를 생성하여 출력한다.

PID 제어부(144)는 전압 기준값과 전압 측정값의 오차값을 이용하여 제어에 필요한 보상 주파수(f_comp)를 결정하여 출력한다. 즉, PID 제어부(144)는 피드백 제어기의 형태를 가지고, 해당 오차값에 대한 비례(Propotional)-적분(Integral)-미분(Derivative) 제어 기능을 통해 보상 주파수(f_comp)를 결정한다.

이때, PID 제어부(144)는 대역 필터(bandpass filter, 미도시)를 구비할 수 있다. 여기서, 대역 필터는 미분기에 부착되어, 미분폭주(derivative kick) 현상을 방지하기 위해서 이용된다. 미분폭주 현상은 미분기 입력에 고주파 잡음신호나 갑자기 바뀌는 신호가 섞이게 되면 이 신호가 함께 미분되면서 출력이 매우 커지는 현상을 말한다.

PID 제어부(144)는 덧셈형태의 전달함수로 표현될 수 있으므로, 일반적으로 병렬형이지만 계통상황 또는 독립형 마이크로그리드의 특성에 따라 변형된 형태로 구현될 수 있다. 참고로, PID 제어부(144)의 전달함수는 비례항, 적분항, 미분항으로 이루어지며, 비례항은 현재 상태에서의 오차값의 크기에 비례한 제어작용을 나타내고, 적분항은 정상상태 오차를 없애는 작용을 나타내고, 미분항은 출력값의 급격한 변화에 제동을 걸어 오버슛을 줄이고 안정성을 향상시키는 작용을 나타낸다.

아울러, 대역 필터는 구체적으로 저역 필터(lowpass filter)로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 대역 필터의 시정수(time constant)도 계통상황 또는 독립형 마이크로그리드의 특성에 따라 달라질 수 있다.

도 8은 IVR 성능 검증을 위한 시뮬레이션 모델을 나타낸 도면이다.

시뮬레이션의 목적은 ESS가 IVR을 구동함에 있어서 분산전원 및 디젤발전기가 주파수 드룹 제어로 응동할 수 있는지를 확인하고, 그로 인해 수급균형이 맞추어질 수 있는지를 확인한다.

시뮬레이션 모델에서는 500㎾ ESS 1기(11), 250㎾의 예비력을 갖고 운전중인 500㎾ 분산전원 1기(21), 300㎾ 디젤발전기 2기(31, 32), 250/300/500㎾ 부하(Load1~Load3)으로 구성된다. 여기서, 시뮬레이션은 500㎾ 부하(Load3) 고정, 4초에 300㎾ 부하 추가, 6초에 400㎾ 부하 추가되는 조건으로 수행된다.

먼저, IVR이 없는 경우에는 발전량과 부하량의 수급불균형이 발생하더라도, 분산전원(21) 또는 디젤발전기(31, 32)가 응동하지 않아 전압강하와 함께 계통 붕괴가 발생되는 경우를 나타내는 시뮬레이션 결과에 대해 설명하기로 한다(도 9 내지 도 14 참조).

도 9는 상기 도 8에서 ESS가 제어하는 전압 포인트를 나타낸 도면이다. 여기서, ESS(11)는 계통전압과 동일하게 고려될 수 있다.

도 9를 참조하면, 분산전원(21) 또는 디젤발전기(31, 32)는 4초나 6초에 부하가 변동하더라도 자신의 출력을 유지하고 있으며, ESS(11)의 용량 부족에 따른 전압강하와 함께 계통붕괴로 시스템이 불안정하게 되는 것을 알 수 있다.

도 10은 상기 도 8에서 부하 증가에 따른 계통 주파수를 나타낸 도면이고, 도 11은 상기 도 8에서 부하 증가에 따른 분산전원의 출력 변동을 나타낸 도면이고, 도 12 및 도 13은 상기 도 8에서 부하 증가에 따른 디젤발전기의 출력 변동을 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 분산전원(21) 또는 디젤발전기(31, 32)는 4초나 6초에 부하가 변동하더라도 계통 주파수의 변동이 없기 때문에 주파수 드룹 제어가 응동하지 않는다.

이에 대해서는 도 11 내지 도 13을 통해 더욱 자세하게 확인할 수 있다.

도 11 내지 도 13을 참조하면, 분산전원(21) 또는 디젤발전기(31, 32)는 4초나 6초에 부하가 변동하더라도 4초나 6초에 출력이 약간 변동될 뿐 이내 일정한 상태를 유지한다. 즉, 분산전원(21) 또는 디젤발전기(31, 32)는 주파수 드룹 제어가 응동하지 않는다.

도 14는 상기 도 8에서 부하 증가에 따른 ESS의 출력 변동을 나타낸 도면이다.

도 14를 참조하면, ESS(11)는 4초에 부하가 증가됨에 따라 수급균형을 맞추기 위해 출력을 증가하고, 6초에 부하가 증가됨에 따라 자신의 최대 출력인 500㎾에 제한되어 발산한다.

이 경우에, 분산전원(21) 또는 디젤발전기(31, 32)는 총 550㎾의 예비력을 갖추고 있지만, 부하가 증가하더라도 수급균형을 맞추기 위한 응동을 실시하지 않는다.

이와 같이, ESS(11)는 CVCF 제어모드로 운전할 때 계통전압 및 주파수를 유지하고 전력시스템을 안정적으로 운영하려면, 계통의 모든 부하를 감당할 수 있는 용량으로 설계되어야 한다.

이는 분산전원(21) 또는 디젤발전기(31, 32)가 부하 변동에 대해 응동을 실시하기 위한 예비력을 충분히 갖추더라도 ESS(11) 단독으로 계통의 모든 부하를 감당하기 때문에, 시스템 전체의 경제성을 현저히 떨어지게 만들 수 있다.

따라서, ESS(11)는 IVR 제어를 적용하여 시스템 전체의 경제성을 향상시킬 수 있다.

다음으로, IVR이 있는 경우에는 발전량과 부하량의 수급불균형이 발생하더라도, 분산전원(21) 또는 디젤발전기(31, 32)가 응동하는 시뮬레이션 결과에 대해 설명하기로 한다(도 15 내지 도 19 참조). 여기서, 시뮬레이션은 500㎾ 부하(Load3) 고정, 4초에 700㎾ 부하 추가, 6초에 디젤발전기(32) 1기가 탈락하는 조건으로 수행된다.

도 15는 상기 도 8에서 ESS의 IVR이 있는 경우에 계통 주파수 변동을 나타낸 도면이고, 도 16은 상기 도 8에서 ESS의 IVR이 있는 경우에 부하 증가 및 디젤발전기 탈락에 따른 분산전원의 출력 변동을 나타낸 도면이며, 도 17 및 도 18은 상기 도 8에서 ESS의 IVR이 있는 경우에 부하 증가 및 디젤발전기 탈락에 따른 디젤발전기의 출력 변동을 나타낸 도면이다. 도 19는 상기 도 8에서 ESS의 IVR이 있는 경우에 부하 증가 및 디젤발전기 탈락에 따른 ESS의 출력 변동을 나타낸 도면이고, 도 20은 상기 도 8에서 ESS의 IVR이 있는 경우에 부하 증가 및 디젤발전기 탈락에 따른 ESS가 제어하는 전압 포인트를 나타낸 도면이다.

4초에 부하가 추가되고, 6초에 디젤발전기(32) 1기가 탈락하는 순간은 모두 입력이 출력보다 작은 순간이 된다. 이는 육지계통을 기준으로 볼 때 계통 주파수가 떨어지게 된다.

도 15를 참조하면, 독립형 마이크로그리드의 ESS(11)에 탑재된 IVR은 계통전압을 감지하여 계통 주파수를 떨어지게 모의한다.

도 16 내지 도 19를 참조하면, IVR이 모의하는 계통주파수 변동함에 따라, ESS(11) 뿐만 아니라 분산전원(21) 또는 디젤발전기(31, 32)도 부하 증가 및 디젤발전기 탈락에 따라 응동한다.

먼저, 4초에 700㎾ 부하가 증가됨에 따라, ESS(11), 분산전원(21), 디젤발전기(31, 32)는 출력을 증가시켜 계통 전체의 전압을 일정하게 유지한다. 다음, 6초에 디젤발전기(32) 1기가 탈락함에 따라, ESS(11), 분산전원(21), 나머지 디젤발전기(31) 1기는 탈락된 디젤발전기(32)의 출력에 대한 추가 출력을 증가시켜 계통 전체의 전압을 일정하게 유지한다.

도 20을 참조하면, 계통전압은 IVR에 의한 제어에 따라 ESS(11), 분산전원(21), 디젤발전기(31, 32)의 응동으로 맞추어진 수급균형으로 안정적으로 제어된다.

전술한 바와 같이, 기존에 ESS가 독립형 마이크로그리드에서 CVCF 제어모드로 운전하기 위해서는, ESS의 PCS 용량이 계통부하 전체를 감당할 수 있어야 한다.

그 이유는 ESS의 CVCF 제어모드 운전 특성상 발전량과 부하량의 수급 불균형이 존재하더라도 계통주파수가 변동되지 않아 분산전원 또는 디젤발전기가 수급 불균형에 대해 응동하지 않기 때문이다.

즉, 분산전원 또는 디젤발전기는 기준 주파수(60㎐)와 실측 주파수의 오차값을 이용하는 주파수 드룹 제어에 참여하여 수급 균형을 맞춘다. 그런데, 분산전원 또는 디젤발전기는 ESS가 CVCF 제어모드로 동작할 때, 정주파수로 운전하는 특성으로 인해 주파수 변동을 감지할 수 없다. 따라서, 분산전원 또는 디젤발전기는 ESS가 CVCF 제어모드로 정주파수 운전할 때 주파수 드룹 제어에 참여하지 않게 된다.

그러므로, ESS는 계통부하의 변동에 따라 이를 모두 감당할 수 있을 정도의 PCS 및 배터리 용량을 확보해야 한다.

반면에, ESS는 CVCF 제어모드로 운전하더라도 IVR을 이용하여 계통부하 변동에 따라 발생되는 전압강하를 감지하여 계통주파수를 임의로 변동시킨다. 이에 따라, 분산전원 또는 디젤발전기는 계통주파수의 변동에 따른 주파수 드룹 제어에 참여하여 응동할 수 있다.

따라서, 독립형 마이크로그리드는 발전량과 부하량의 수급 균형이 이루어져 안정적인 운전이 가능함으로써 경제성을 확보할 수 있다.

도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 방법에 대한 도면이다.

IVR(140)은 ESS가 CVCF 제어모드로 운전하는 경우에, 입력된 정주파수에 대해 계통부하변동에 따라 발생하는 계통주파수를 임의로 변동 가능하게 하는 보상 위상각을 생성하기 위한 보상 파라미터를 제공한다(S201). 여기서, 보상 파라미터는 주파수, 회전각속도, 위상각 중 하나의 형태로 제공될 수 있다.

구체적으로, IVR(140)은 전압 측정값의 3상 교류 전압 각 상에 대한 크기를 비교하기 위한 소정의 처리 방식을 이용할 수 있다. 즉, IVR(140)은 3상 교류 전압(Vabc)에 대해 실효값 또는 최대값, DQ축으로 변환된 전압을 이용하여 RMS 등을 계산할 수 있다.

이후, IVR(140)은 소정의 처리 방식의 결과에 따라 최소전압을 선택한다. 이때, IVR(140)은 최소전압과 전압 기준값의 오차값을 불감대역에 대해 필터링을 수행하고, 필터링된 오차값에 대해 PID(Propotional-Integral-Derivative) 제어를 수행하여 보상 파라미터를 생성하여 출력한다.

또한, DQ/ABC 변환부(120)는 생성된 보상 위상각을 이용하여 ESS의 컨버터 제어를 위해 D/Q 전압을 3상 교류 전압 형태로 좌표변환을 수행한다(S202).

여기서, D/Q 전압을 다음과 같은 과정을 거친다.

먼저, D/Q 오차 계산부(111d, 111q)는 3상 교류 전압에 대해 교류를 직류로 바꾸어 수직축과 수평축의 2가지 형태의 전압으로 분리하는 DQ 변환이 수행된 D축 및 Q축 각각에 대해 전압 기준값과 전압 측정값의 오차값을 계산한다.

이후, D/Q PI 제어기(112d, 112q)는 D/Q 오차 계산부(111d, 111q)에 의해 계산된 D축 및 Q축 오차값 각각에 대해 D/Q 전압을 생성하여 DQ/ABC 변환부(120)에 전달한다.

이때, D/Q 보상부(113d, 113q)는 D/Q PI 제어기(112d, 112q)의 D/Q 전압 각각에 계통전압의 D/Q 변환 전압을 전향 보상할 수 있다.

이후, SV PWM(130)는 DQ/ABC 변환부(120)로부터 출력된 3상 교류 전압에 대한 변조과정을 수행한다(S203).

일부 실시 예에 의한 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.

111d : D축 오차 계산부 111q : Q축 오차 계산부
112d : D축 PI 제어기 112q : Q축 PI 제어기
113d : D축 보상부 113q : Q축 보상부
120 : DQ/ABC 변환부 130 : SV PMW
140 : IVR

Claims (12)

1. ESS가 CVCF 제어모드로 운전하는 경우에, 입력된 정주파수에 대해 계통부하 변동에 따라 발생하는 계통주파수를 임의로 변동 가능하게 하는 보상 위상각을 생성하기 위한 보상 파라미터를 제공하는 IVR(Indirect Voltage Regulation); 및
   상기 생성된 보상 위상각을 이용하여 상기 ESS의 컨버터 제어를 위해 D/Q 전압을 3상 교류 전압 형태로 좌표변환을 수행하기 위한 DQ/ABC 변환부;
   를 포함하는 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 보상 파라미터는,
   주파수, 회전각속도, 위상각 중 하나의 형태로 제공되는 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 IVR은,
   전압 측정값의 3상 교류 전압 각 상에 대한 크기를 비교하기 위한 소정의 처리 방식을 이용하는 사전 계산부;
   상기 처리 방식의 결과에 따라 최소전압을 선택하는 최소전압 선택부;
   상기 최소전압과 전압 기준값의 오차값을 불감대역에 대해 필터링을 수행하기 위한 불감대역 필터; 및
   상기 필터링된 상기 오차값에 대해 PID(Propotional-Integral-Derivative) 제어를 수행하여 상기 보상 파라미터를 생성하여 출력하기 위한 PID 제어부;
   를 포함하는 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 DQ/ABC 변환부로부터 출력된 3상 교류 전압에 대한 변조과정을 수행하기 위한 SV PWM(Space Vector Pulse Width Modulation);
   를 더 포함하는 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   3상 교류 전압에 대해 교류를 직류로 바꾸어 수직축과 수평축의 2가지 형태의 전압으로 분리하는 DQ 변환이 수행된 D축 및 Q축 각각에 대해 전압 기준값과 전압 측정값의 오차값을 계산하는 D/Q 오차 계산부; 및
   상기 D/Q 오차 계산부에 의해 계산된 D축 및 Q축 오차값 각각에 대해 D/Q 전압을 생성하여 상기 DQ/ABC 변환부에 전달하기 위한 D/Q PI 제어기;
   를 더 포함하는 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 D/Q PI 제어기의 상기 D/Q 전압 각각에 계통전압의 D/Q 변환 전압을 전향 보상하기 위한 D/Q 보상부;
   를 더 포함하는 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치.
   
7. ESS가 CVCF 제어모드로 운전하는 경우에, 입력된 정주파수에 대해 계통부하 변동에 따라 발생하는 계통주파수를 임의로 변동 가능하게 하는 보상 위상각을 생성하기 위한 보상 파라미터를 제공하는 단계; 및
   상기 생성된 보상 위상각을 이용하여 상기 ESS의 컨버터 제어를 위해 D/Q 전압을 3상 교류 전압 형태로 좌표변환을 수행하는 단계;
   를 포함하는 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 방법.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 보상 파라미터는,
   주파수, 회전각속도, 위상각 중 하나의 형태로 제공되는 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 방법.
   
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 제공 단계는,
   전압 측정값의 3상 교류 전압 각 상에 대한 크기를 비교하기 위한 소정의 처리 방식을 이용하여 계산하는 단계;
   상기 처리 방식의 결과에 따라 최소전압을 선택하는 단계;
   상기 최소전압과 전압 기준값의 오차값을 불감대역에 대해 필터링을 수행하는 단계; 및
   상기 필터링된 상기 오차값에 대해 PID 제어를 수행하여 상기 보상 파라미터를 생성하여 출력하는 단계;
   를 포함하는 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 방법.
   
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 좌표변환된 3상 교류 전압에 대한 SV PWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 변조과정을 수행하는 단계;
    를 더 포함하는 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 방법.
    
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 좌표변환 수행 이전에, 3상 교류 전압에 대해 교류를 직류로 바꾸어 수직축과 수평축의 2가지 형태의 전압으로 분리하는 DQ 변환이 수행된 D축 및 Q축 각각에 대해 전압 기준값과 전압 측정값의 오차값을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 D축 및 Q축 오차값 각각에 대해 상기 D/Q 전압을 생성하여 제공하는 단계;
    를 더 포함하는 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 계단 단계 이후에, 상기 D/Q 전압 각각에 계통전압의 D/Q 변환 전압을 전향 보상하는 단계;
    를 더 포함하는 독립형 마이크로그리드의 CVCF ESS 용량 제어 장치.
    

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