KR20190092031A - 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기 및 이를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템 - Google Patents

독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기 및 이를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20190092031A
KR20190092031A KR1020180011318A KR20180011318A KR20190092031A KR 20190092031 A KR20190092031 A KR 20190092031A KR 1020180011318 A KR1020180011318 A KR 1020180011318A KR 20180011318 A KR20180011318 A KR 20180011318A KR 20190092031 A KR20190092031 A KR 20190092031A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
controller
frequency
output
current
link voltage
Prior art date
Application number
KR1020180011318A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102028134B1 (ko
Inventor
김학만
유형준
느웬타이탄
Original Assignee
인천대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인천대학교 산학협력단 filed Critical 인천대학교 산학협력단
Priority to KR1020180011318A priority Critical patent/KR102028134B1/ko
Priority to PCT/KR2018/015695 priority patent/WO2019151639A1/ko
Publication of KR20190092031A publication Critical patent/KR20190092031A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102028134B1 publication Critical patent/KR102028134B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H02J3/382—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02M2001/0003—
    • H02M2001/0064—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/123—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving renewable energy sources
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/14—Energy storage units

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기 및 이를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명은 해당하는 마이크로 그리드에서 시스템 주파수를 입력받아 정규화된 주파수 편차를 산출하여 DC 링크 전압 편차를 출력하는 드롭 주파수 제어부; 상기 드롭 주파수 제어부에서 출력되는 DC 링크 전압 편차에 DC 링크 전압 지령을 가산한 전압을 DC 링크 전압이 추종하도록 기준 전류를 생성하는 전력 제어부; 및 상기 전력 제어부에서 출력되는 기준 전류를 단자 전류가 추종하도록 변조 신호를 해당하는 연계 컨버터로 출력하는 전류 제어부를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기 및 이를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템을 제공한다.

Description

독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기 및 이를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템{A droop frequency controller for maintaining different frequency qualities in stand-alone multi-micro-grid system and the stand-alone multi-micro-grid system using the droop frequency controller}
본 발명은 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기 및 이를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에 관한 것이다.
풍력 및 태양 광 발전소와 같은 재생 가능 에너지 자원을 기반으로 한 분산 전원들(distributed generations, DGs)은 환경 친화적 특성으로 인해 더 많은 주목을 받고 있다.
DGs의 보급은 DGs의 불확실한 특성으로 인하여 시스템의 전압 및 주파수의 변동을 초래한다. DGs와 에너지 저장 시스템(Energy storage system, ESS)으로 구성된 마이크로 그리드(Micro-grid, MG)에서 ESS는 DGs의 불확실한 특성으로 인한 시스템의 전압 및 주파수 변동 문제를 극복하기 위한 해결책으로 연구가 진행되고 있다[1]-[3].
한편, DGs의 보급률이 증가할 수록 MG의 주파수 및 전압이 크게 변동될 수 있으며, 이와 같은 전력품질의 요구사항 불충족으로 DGs의 보급이 제한될 수 있다.
이를 보완하기 위하여 유연한 주파수 운용 전략을 가진 독립형 다중 마이크로 그리드(multi-microgrid, MMG) 시스템이 제안되었다. 유연한 주파수 운용전략을 갖는 MMG 주파수 동작의 개념은 부하의 요구 품질에 기인하여 MMG 시스템의 상이한 주파수 품질에 기초한다.
MMG내의 고품질의 주파수를 요구하는 MG에서 DGs의 출력변동으로 인한 주파수 변동은 인접한 MG 시스템과의 전력 교환으로 인하여 감소시킬 수 있으며, 주파수 특성이 다른 독립형 MMG 시스템을 운영하면 경제적 이점도 얻을 수 있다.
서로 다른 주파수 특성을 갖는 독립형 MMG 시스템을 안정적이고 효율적으로 운용하기 위해서는 1 차, 2 차, 3 차 레벨로 구성된 계층적 제어 구조가 적절하게 설계되어야 한다. 이때, 하위 시스템은 상위 시스템에서 상위 제어 신호를 수신한다.
1차 제어 레벨은 전압 및 주파수의 기준 추적 성능을 보장하는 가장 빠른 제어 성능을 갖는다. 2 차 제어 레벨은 필요한 범위 내에서 전압 및 주파수 오차를 줄일 수 있도록 제어하면서 전력 품질을 보장하도록 설계되었다[13]. 1 차 및 2 차 제어 레벨이 시스템 주파수를 허용 범위 내에서 유지하는 중요한 역할을 하기 때문에 1 차 및 2 차 제어 수준의 설계가 중요하다.
MMG 동작을 최적화하고 전압 및 주파수 제어 성능을 향상시키기 위하여 다양한 계층적 제어 솔루션이 문헌에 보고되었다. [14]와 [19]에서는, 3 차 제어 단계에서 실행되는 에너지 관리 시스템을 이용하여 MMG 시스템의 운영 효율성을 극대화하고 운영 비용을 최소화하기 위해 제안되었다.
MMG 시스템의 전압 및 주파수 제어를 위한 다중 계층 구조는 [20] - [24]에서 제안되었으며, 3 차 제어 레벨은 MG 주파수와 전압을 복구하기 위해 인접한 MG 간의 전력 분배를 담당한다.
그러나, 상기 연구들은 상이한 주파수 특성을 갖는 MMG 시스템의 유연한 주파수 동작을 고려하지 않았으며, 다중 MG 시스템은 AC 라인으로 연결되기 때문에 각 MG의 주파수 품질은 동일하다.MMG 시스템을 다른 주파수로 작동시키기 위해 연속적인 컨버터가 여러 MG를 상호 연결하는 데 사용되었다[25] - [32].
[25]에서는, 분배 - 인터 라인 전력 흐름 제어기(distribution-interline power flow controller)를 이용하여 인접한 MG를 연결하고 전력 교환을 관리하여 인접한 여러 MG를 최적으로 운영한다.생태학적 및 기술적인 문제를 모두 고려한 다목적 최적화가 여러 MG를 조정하기 위해 제안되었다. 그러나 최적화 문제는 시간별 시스템 일정에 적합하다. 또한, 이러한 연구에서는 1 차 및 2 차 대조군 수준이 제시되지 않았다.
상호 연결 마이크로 그리드의 유연한 주파수와 전압은 [26], [27]에서 논의되었다. 예비 전력 분배를 달성하기 위해 기존의 전력/주파수(P/f) 드롭 제어에 기반한 자율 드롭 장치가 상호 연결된 마이크로 그리드에 제안되었다.
제안된 드롭 제어 전략은 과부하 상태와 미부하 상태를 기반으로 두 MG 간의 전력 흐름을 결정한다.
부하 조건은 측정된 주파수와 임계 주파수를 비교하여 정의된다. 이 개념은 또한 두 MG의 주파수 제어 성능을 증명하기 위해 [28] - [30]에 제시되었다.
이 제어 전략의 단점은 주파수 편차가 작으면 전력 분배가 비활성 상태라는 점이다. 또한, 통신 네트워크는 주파수 정보를 제어기에 전송해야한다.
[31,32]에서는 독립형 MG 간의 전력 교환을 관리하기 위한 분산 제어 기법이 제안되었다. 제안된 분산 제어기는 통신 네트워크를 사용하여 인접한 마이크로 그리드의 주파수 편차를 모니터링하여 백투백(back-to-back, BTB) 컨버터를 통하여 전력 흐름을 조절한다.
위와 같이 MMG 시스템에서 BTB 컨버터에 대한 몇 가지 제어 전략이 제안되었지만 알고리즘이 복잡하고 통신 네트워크가 필수적이다. 또한, 상이한 주파수 특성들에 대한 MMG 시스템의 동작은 이전의 제어 전략들에서 고려되지 않았다. 이전의 연구에서, BTB 컨버터는 인접한 MG들을 상호 연결하기 위해 사용되며, MG의 수가 증가하면 MMG 시스템의 전체 비용을 증가시킬 수 있다.
공개번호 10-2016-0099914 등록번호 10-1426826
[1] S. Chanda and A. K. Srivastava, "Defining and Enabling Resiliency of Electric Distribution Systems With Multiple Microgrids,"IEEE Trans. Smart Grid, vol. 7, no. 6, pp. 2859-2868, Nov. 2016. [2] D. E. Olivares et al., "Trends in Microgrid Control,"IEEE Trans. Smart Grid, vol. 5, no. 4, pp. 1905-1919, May 2014. [3] Y.-S. Kim, E.-S. Kim, and S.-I. Moon, "Frequency and Voltage Control Strategy of Standalone Microgrids With High Penetration of Intermittent Renewable Generation Systems,"IEEE Trans. Power Syst., vol. 31, no. 1 pp. 718-728, Jan. 2016. [4] J. Suh, D.-H. Yoon, Y.-S. Cho, and G. Jang, "Flexible Frequency Operation Strategy of Power System with High Renewable Penetration,"IEEE Trans. Sustain. Energy, vol. 8, no. 1, pp. 192-199, 2017. [5] Z. Li, M. Shahidehpour, F. Aminifar, A. Alabdulwahab and Y. Al-Turki, "Networked Microgrids for Enhancing the Power System Resilience," Proceedings of the IEEE, vol. 105, no. 7, pp. 1289-1310, July 2017. [6] J. M. Guerrero, M. Chandorkar, T. L. Lee and P. C. Loh, "Advanced Control Architectures for Intelligent Microgrids-Part I: Decentralized and Hierarchical Control," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 60, no. 4, pp. 1254-1262, April 2013. [7] A. Bidram and A. Davoudi, "Hierarchical Structure of Microgrids Control System," IEEE Trans. Smart Grid, vol. 3, no. 4, pp. 1963-1976, Dec. 2012. [8] T. L. Vandoorn, J. C. Vasquez, J. De Kooning, J. M. Guerrero and L. Vandevelde, "Microgrids: Hierarchical Control and an Overview of the Control and Reserve Management Strategies," IEEE Industrial Elec-tronics Magazine, vol. 7, no. 4, pp. 42-55, Dec. 2013. [9] V. H. Bui, A. Hussain, and H. M. Kim, "A Multiagent-Based Hierarchical Energy Management Strategy for Multi-Microgrids Considering Adjustable Power and Demand Response," IEEE Trans. Smart Grid, (accepted for publication). [10] A. Hussain, V. H. Bui, and H. M. Kim, "A Resilient and Privacy-Preserving Energy Management Strategy for Networked Microgrids," IEEE Trans. Smart Grid, (accepted for publication). [11] M. Marzband, F. Azarinejadian, M. Savaghebi, and J. M. Guerrero, "An Optimal Energy Management System for Islanded Microgrids Based on Multiperiod Artificial Bee Colony Combined with Markov Chain," IEEE Systems Journal, (accepted for publication). [12] J. Wu and X. Guan, "Coordinated Multi-Microgrids Optimal Control Algorithm for Smart Distribution Management System," IEEE Trans. Smart Grid, vol. 4, no. 4, pp. 2174-2181, Dec. 2013. [13] J. M. Guerrero, J. C. Vasquez, J. Matas, L. G. de Vicuna and M. Castilla, "Hierarchical Control of Droop-Controlled AC and DC Microgrids-A General Approach Toward Standardization," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 58, no. 1, pp. 158-172, Jan. 2011. [14] M. Marzband, S. S. Ghazimirsaeid, H. Uppal, and T. Fernando. "A Real-Time Evaluation of Energy Management Systems for Smart Hybrid Home Microgrids." Electric Power Systems Research vol. 143, pp. 624-633, 2017. [15] N. Nikmehr and S. Najafi Ravadanegh, "Optimal Power Dispatch of Multi-Microgrids at Future Smart Distribution Grids," IEEE Trans. Smart Grid, vol. 6, no. 4, pp. 1648-1657, July 2015. [16] M. Marzband, N. Parhizi, M. Savaghebi and J. M. Guerrero, "Distributed Smart Decision-Making for a Multimicrogrid System Based on a Hier-archical Interactive Architecture," IEEE Trans. Energy Conver., vol. 31, no. 2, pp. 637-648, June 2016. [17] Z. Xu, P. Yang, Y. Zhang, Z. Zeng, C. Zheng and J. Peng, "Control Devices Development of Multi-Microgrids Based on Hierarchical Structure," IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 10, no. 16, pp. 249-4256, 2016. [18] M. Marzband, M. Javadi, J. L. Dominguez-Garcia and M. Mirhosseini Moghaddam, "Non-Cooperative Game Theory Based Energy Manage-ment Systems For Energy District In The Retail Market Considering DER Uncertainties," IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 10, no. 12, pp. 2999-3009, 2016. [19] Z. Wang, B. Chen, J. Wang and J. kim, "Decentralized Energy Management System for Networked Microgrids in Grid-Connected and Islanded Modes," IEEE Trans. Smart Grid, vol. 7, no. 2, pp. 1097-1105, March 2016. [20] R. Zamora; A. K. Srivastava, "Multi-Layer Architecture for Voltage and Frequency Control in Networked Microgrids," IEEE Trans. Smart Grid, (accepted for publication). [21] C. Yuen, A. Oudalov and A. Timbus, "The Provision of Frequency Control Reserves From Multiple Microgrids," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 58, no. 1, pp. 173-183, Jan. 2011. [22] A. G. Madureira, J. C. Pereira, N. J. Gil, J. A. P. Lopes, G. N. Korres, N. D. Hatziargyriou, "Advanced Control and Management Functionalities for Multi-Microgrids", Eur. Trans. Elect. Power, vol. 21, no. 2, pp. 1159-1177, 2011. [23] S. A. Arefifar; M. Ordonez; Y. Mohamed, "Voltage and Current Con-trollability in Multi-Microgrid Smart Distribution Systems," IEEE Trans. Smart Grid, (accepted for publication). [24] M. H. Cintuglu; O. A. Mohammed, "Behavior Modeling and Auction Architecture of Networked Microgrids for Frequency Support," IEEE Trans. Industrial Informatics, (accepted for publication). [25] A. Kargarian and M. Rahmani, "Multi-Microgrid Energy Systems Oper-ation Incorporating Distribution-Interline Power Flow Controller," Electr. Power Syst. Res., vol. 129, pp. 208-216, 2015. [26] I. U. Nutkani, P. C. Loh, P. Wang, T. K. Jet, and F. Blaabjerg,"Intertied AC-AC Microgrids with Autonomous Power Import and Export,"In-ternational Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 65, pp. 385-393, 2015. [27] I. U. Nutkani, P. C. Loh and F. Blaabjerg, "Distributed Operation of Interlinked AC Microgrids with Dynamic Active and Reactive Power Tuning," IEEE Trans. Industry Applications, vol. 49, no. 5, pp. 2188-2196, Sept.-Oct. 2013. [28] M. Goyal and G. Arindam. "Microgrids Interconnection to Support Mutually During Any Contingency." Sustainable Energy, Grids and Networks vol. 6, pp. 100-108, 2016. [29] M. Khederzadeh, H. Maleki, and V. Asgharian, "Frequency Control Improvement of two Adjacent Microgrids in Autonomous Mode Using Back To Back Voltage-Sourced Converters,"International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 74, pp. 126-133, 2016. [30] I. U. Nutkani, P. C. Loh and F. Blaabjerg, "Power Flow Control of Inter-tied AC Microgrids," IET Power Electronics, vol. 6, no. 7, pp. 1329-1338, August 2013. [31] M. J. Hossain et al., "Design of Robust Distributed Control for Inter-connected Microgrids,"IEEE Trans. Smart Grid, vol. 7, no. 6, pp. 2724-2735, 2016. [32] R. Majumder and G. Bag, "Parallel Operation of Converter Interfaced Multiple Microgrids,"International Journal of Electrical Power & En-ergy Systems, vol. 55, pp. 486-496, Feb. 2014. [33] W. Liu, W. Gu, Y. Xu, Y. Wang, and K. Zhang, "General Distributed Secondary Control for Multi-Microgrids with both PQ-Controlled and Droop-Controlled Distributed Generators,"IET Gener. Transm. Distrib., vol. 11, no. 3, pp. 707-718, 2017. [34] N. Nikmehr and S. Najafi Ravadanegh, "Reliability Evaluation of Mul-ti-Microgrids Considering Optimal Operation of Small Scale Energy Zones Under Load-Generation Uncertainties,"Int. J. Electr. Power En-ergy Syst., vol. 78, pp. 80-87, 2016. [35] C. Klumpner, M. Liserre, and F. Blaabjerg, "Improved Control of an Active-front-end Adjustable Speed Drive with a Small dc-Link Capacitor under real grid conditions,"in Proc. IEEE PESC, 2004, pp. 1156-1162. [36] X. Lu et al., "Hierarchical Control of Parallel AC-DC Converter Inter-faces for Hybrid Microgrids", IEEE Trans. Smart Grid, vol. 5, no. 2, pp. 683-692, Mar. 2014.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 마이크로 그리드의 주파수 및 DC 링크 전압과 같은 로컬 정보를 이용하여 DC 링크 전압과 각 마이크로 그리드 사이의 유효 전력 공유를 조절할 수 있도록 연계 컨버터를 제어하여 상이한 주파수 품질을 유지할 수 있도록 하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 연계 컨버터의 수가 감소되어 유연한 주파수 및 전압의 이점을 제공할 뿐만 아니라 설치 비용을 줄일 수 있도록 하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 다수의 마이크로 그리드; 각각의 상기 마이크로 그리드와 공통 DC 라인 사이에 위치하여 교류를 직류로 변환하는 다수의 연계 컨버터; 및 각각의 상기 연계 컨버터를 제어하여 공통 DC 라인의 해당하는 DC 링크 전압의 변화와 해당하는 상기 마이크로 그리드의 시스템 주파수가 비례하도록 하는 다수의 드롭 주파수 제어기를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 해당하는 마이크로 그리드에서 시스템 주파수를 입력받아 정규화된 주파수 편차를 산출하여 DC 링크 전압 편차를 출력하는 드롭 주파수 제어부; 상기 드롭 주파수 제어부에서 출력되는 DC 링크 전압 편차에 DC 링크 전압 지령을 가산한 전압을 DC 링크 전압이 추종하도록 기준 전류를 생성하는 전력 제어부; 및 상기 전력 제어부에서 출력되는 기준 전류를 단자 전류가 추종하도록 변조 신호를 해당하는 연계 컨버터로 출력하는 전류 제어부를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기가 제공된다.
본 발명에서는 연계 컨버터(Interlinking converter, IC)의 수가 감소된 MMG 시스템의 구조가 제안되었다. 제안된 구조는 인접한 MG들을 연계하기 위해 하나의 AC/DC 컨버터인 연계 컨버터의 사용으로 DC 연결을 기반으로 한다.
이에 따라 제안된 MMG 구조는 유연한 주파수 및 전압의 이점을 제공할 뿐만 아니라 설치 비용을 줄일 수 있다.
그리고, 드롭 주파수 제어기는 제안된 MMG 시스템에서 상이한 주파수 품질을 유지하기 위해 연계 컨버터에 대해 제안된다.
제안된 제어기를 갖는 IC는 DC 링크 전압과 각 MG 사이의 유효 전력량을 조절할 수 있다.
제안된 드롭 주파수 제어기는 시스템 주파수 및 DC 링크 전압과 같은 로컬 정보를 사용하여 각 MG 간의 전력 흐름을 조절한다. 따라서, 통신 네트워크는 제안된 드롭 주파수 제어기에 필요하지 않다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템의 구조도이다.
도 2는 본 발명에 이용되는 연계 컨버터의 대략적인 도면이다.
도 3은 정규화된 주파수 편차의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기의 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기의 블록도이다.
도 6은 MMG 시스템의 MG1에 대한 DSP와 OP5600 사이의 I/O 교환 신호를 나타낸다.
도 7은 MMG 시스템의 전반적인 실험 설정을 나타낸다.
도 8은 민감도 분석을 위한 검증을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 드롭 주파수 제어기의 주파수 조절의 성능을 도시한다.
도 10은 종래 기술에 따른 P/f 제어기의 주파수 조절의 성능을 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 드롭 주파수 제어기의 DC 커패시터의 편차를 도시한다.
도 12는 본 발명에 따른 드롭 주파수 제어기를 이용한 연계 컨버터를 통과하는 전류를 도시한다.
도 13은 본 발명에 따른 드롭 주파수 제어기를 이용한 MG간의 전력 공유를 도시한다.
도 14는 종래 기술에 따른 P/f 제어기를 이용한 MG간의 전력 공유를 도시한다.
도 15는 본 발명에 따른 드롭 주파수 제어기를 이용한 ESS 전력을 나타낸다.
도 16은 종래 기술에 따른 P/f 제어기를 이용한 ESS 전력을 나타낸다.
도 17은 MG1 및 MG2 시스템의 풍속 및 풍력 출력을 보여준다.
도 18은 MMG 시스템의 MG 주파수를 나타내며, (a)는 MG1, (b)는 MG2, (c)는 MG3를 나타낸다.
도 19는 본 발명의 드롭 주파수 제어기의 DC 링크 전압을 나타낸다.
도 20은 각각의 MG간의 전력 공유를 나타내며 (a)는 IC1, (b)는 IC2, (c)는 IC3를 나타낸다.
도 21 및 도 22는 3 개의 IC의 3 개의 드롭 이득이 각각 5 및 15 일 때 각 MG의 주파수 편차를 도시한다.
도 23 및 도 24는 3 개의 IC의 3 개의 드롭 이득이 각각 5 및 15 일 때 각 DC 커패시터의 전압 편차를 도시한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.
이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기 및 이를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템을 예시한 실시 형태들이 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
다중 독립형 MG는 차단기 또는 고정 스위치[20]-[24], [33], [34]를 사용하여 AC 라인으로 직접 상호 연결될 수 있다. 개별적인 MG를 안정적으로 연결하기 위해서는 적절한 동기화 알고리즘을 고려해야한다.
이러한 유형의 MMG 시스템은 투자 비용의 이점을 가져올 수 있다. 그러나 AC 라인 연결을 기반으로 하기 때문에 동기화로 인해 모든 마이크로 그리드의 주파수는 동일하게 유지된다.
따라서 서로 다른 주파수 특성으로 MMG 시스템을 작동시키는 것이 어려울 수 있다. MG 주파수를 개별적으로 조절하기 위해 BTB(Back-to-back) 컨버터를 사용하여 인접한 MG를 연결하는 방법이 [25] - [32]에서 제시되었다.
BTB 컨버터를 통한 인접한 MG 간의 인터페이스는 인접한 MG와의 전력 교환 능력으로 인해 시스템 안정성을 향상시킬 수 있다.
그러나 동기화 알고리즘은 AC 회선 연결로 인해 개별 MG를 연결하는 데 여전히 필수적이다.
또한 많은 수의 MG의 경우 AC / DC 및 DC / AC 컨버터로 구성된 BTB 컨버터를 사용하면 독립형 MMG 시스템의 전체 비용이 증가할 수 있다.
본 발명은 [25] - [32]와는 달리 도 1과 같이 직류 라인(DC line) 연결을 기반으로 한 독립형 MMG 시스템의 구조를 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템의 구조도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템은 다수의 마이크로 그리드(MG1~MGn)(10-1~10-n)와, 상기 각각의 마이크로 그리드((MG1~MGn)와 공통 DC 라인 사이에 위치하여 교류를 직류로 변환하는 다수의 연계 컨버터(IC1~ICn)(20-1~20-n) 및 각각의 연계 컨버터(IC1~ICn)를 제어하여 공통 DC 라인의 해당하는 DC 링크 전압의 변화와 해당하는 마이크로 그리드(MG1~MGn)의 주파수가 비례하도록 하는 다수의 드롭 주파수 제어기(30-1~30-n)를 구비하고 있다.
각 MG(10-1~10-n)는 해당하는 AC/DC 연계 컨버터(IC)(20-1~20-n)를 통해 공통 DC 라인에 연결된다.
공통 DC 라인에서 Z1~Zn은 DC 라인 임피던스(DC line impedence)를 나타낸다. 연계 컨버터(IC)(20-1~20-n)는 보조 주파수 제어를 담당한다.
제안된 독립형 MMG 시스템에서의 연계 컨버터(IC)(20-1~20-n)의 수는 이전의 MMG 시스템과 비교하여 감소 될 수 있다. 또한 DC 라인 연결로 인해 동기화 스킴(scheme)이 무시 될 수 있다.
본 발명에서는 3개의 독립형 MG(10-1~10-3)가 서로 다른 주파수 변동 범위로 고려된다. 각 MG(10-1~10-3)의 정격 주파수는 60Hz이다. 3개의 MG(10-1~10-3)의 정격 주파수는 동일하다고 가정되지만, 제안된 드롭 주파수 제어기(30-1~30-3)의 적절한 기능에 영향을 미치지 않으면서 각 MG(10-1~10-3)에 대해 다른 값을 설정할 수 있다.
상대적으로 고품질의 주파수를 갖는 MG1(10-1)은 ±0.2Hz의 변화를 허용할 수 있는 반면, 상대적으로 저품질 주파수를 갖는 MG3(10-3)은 ±0.6Hz의 주파수 편차에서 동작할 수 있다고 가정한다.
MG2(10-2)의 부하는 중간 주파수인 ±0.4 Hz에서 작동한다. 3 개의 MG(10-1~10-3)는 선로 임피던스가 0.1Ω이 있는 정격 전압이 800V인 공통 DC 라인에 연결된다.
각 MG(10-1~10-3)의 정격 AC 전압은 380V이다. 각 MG(10-1~10-3)는 동기 발전기(Synchronous generator, SG), 에너지 저장 시스템(Energy storage system, ESS) 및 로컬 부하로 구성된다.
SG 및 ESS의 성능은 각각 200kVA 및 150kVA이다. 공칭 부하는 200kW와 같다. 3 개의 MG(10-1~10-3)는 부하 유형을 제외하고는 동일한 매개 변수를 갖는다.
한편, 각각의 드롭 주파수 제어기(20-1~20-n)는 MGi(10-1~10-n)를 공통 DC 라인에 연결하는 ICi(20-1~20-n)에 적용된다.
MG(10-1~10-n)의 시스템 주파수 fi와 터미널 DC 링크 전압 VDCi와 같은 로컬 정보가 제안된 드롭 주파수 제어기(20-1~20-n)에 필요하다.
한편, 연계 컨버터(ICi)(20-1~20-n)의 개략도는 도 2에 도시된 바와 같이 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 브리지(21), DC 링크 커패시터(22) 및 인덕터(inductor) L과 저항 R을 구비한 필터(23)로 구성되어 있다.
AC 또는 DC 전원은 연계 컨버터(ICi)(20-1~20-n)로 변환할 수 있다. AC와 DC 사이의 전력 균형에 따르면, 다음 수학식 1과 같다.
즉, 연계 컨버터(20-1~20-n)의 DC 링크 커패시터(22)를 바라본 전력 PDCi는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 브리지(21)를 통과하여 필터(23)로 유입되는 전력 Pti와 같다.
(수학식 1)
Figure pat00001
여기에서, VDCi는 DC 링크 전압이며, iext _i는 직류 전류이며, Ci는 커패시터(22)의 커패시턴스이며, edi는 단자 유효 전압이고, eqi는 단자 무효 전압이며, idi는 단자 유효 전류이고, iqi는 단자 무효 전류이다.
평형점(equilibrium point) 주변의 작은 교란에 대해, 수학식 1의 소 신호 선형화는 다음을 유도한다.
(수학식 2)
Figure pat00002
DC 링크 전압(VDCi)은 단자 유효 전류 성분(idi)에 의해 제어되기 때문에, idi에서 VDCi 로의 전달 함수는 수학식 3에서 주어진 것처럼 다른 섭동[35]을 무시함으로써 발견될 수 있다.
(수학식 3)
Figure pat00003
수학식 3은 교란 vDCi가 MGi에 전달된 AC 전력에 해당하는 단자 유효 전류 성분의 교란을 초래함을 보여준다.
수학식 2와 3에서 햇 표시(∧)는 교란 신호를 나타내며, 대문자 V, E, I는 직류 성분을, 소문자 v,i,e는 교류 성분을 나타낸다.
한편, MGi의 교류 전력의 변화는 주파수의 변화에 영향을 미친다. 따라서, MMG 시스템에서, MGi의 시스템 주파수는 DC 링크 전압(vDCi)의 변화, 즉 DC 링크 전압의 편차 ΔVDCi에 의해서도 조절될 수 있다.
따라서 드롭 주파수 제어는 다음과 같이 수학식 4와 5로 제안된다. 여기에서 ki는 비례 상수이다.
(수학식 4)
Figure pat00004
(수학식 5)
Figure pat00005
MGi의 주파수 편차는 정규화된 주파수 편차 Δfi로 변환되어 모든 MG에 대해 고유한 값을 얻는다.
수학식 5에 기초한 정규화 된 주파수 편차의 특성은 도 3에 나와있다. 정규화된 주파수가 클수록 큰 전력 MGi가 전송될 수 있다.
측정된 주파수 편차가 양수라고 가정한다. 도시된 바와 같이 이 도면에서, 최대 주파수 편차가 감소될 때 표준화된 주파수 편차가 증가된다.
정규화된 주파수 편차는 도 4에 도시된 바와 같이, ICi의 DC 커패시터 전압(즉, DC 링크 전압)의 편차 ΔVDCi에 정비례한다.
한편, MGi로의 전력 전달은 ICi의 DC 커패시터 전압의 교란에 비례한다.
따라서 고품질 주파수를 가진 독립형 MG는 저품질 주파수를 가진 MG보다 더 많은 전력을 수신할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기는 드롭 주파수 제어부(100), 전력 제어부(200) 및 전류 제어부(300)를 포함한다.
그리고, 드롭 주파수 제어부(100)는 정규화기(110) 및 증폭기(120)를 포함한다.
다음으로, 전력 제어부(200)는 유효 전력 제어부(210)와 무효 전력 제어부(220)로 이루어져 있다.
유효 전력 제어부(210)는 제1 감산기(212), 제1 비례 적분 제어기(214)를 구비하고 있고, 무효 전력 제어부(220)는 제2 감산기(222), 제2 비례 적분 제어기(224)를 구비하고 있다.
다음으로, 전류 제어부(300)는 유효 전류 제어부(310)와 무효 전류 제어부(320)로 이루어져 있다.
유효 전류 제어부(310)는 제3 감산기(312), 제3 비례 적분 제어기(314), 제1 가산기(316)를 구비하고 있고, 무효 전류 제어부(320)는 제4 감산기(322), 제4 비례 적분 제어기(324), 제2 가산기(326)를 구비하고 있다.
상기 정규화기(110)는 해당하는 마이크로 그리드 MG에서 시스템 주파수를 입력받아 정규화된 주파수 편차 Δfi를 출력한다.
그리고, 증폭기(120)는 정규화된 주파수 편차에 비례 상수 ki를 곱하여 정규화된 주파수 편차의 배수를 출력하며 이는 DC 링크 전압 편차에 해당한다.
한편, 전력 제어부(200)는 드롭 주파수 제어부(100)에서 출력되는 DC 링크 전압 편차에 DC 링크 전압 지령을 가산한 전압을 DC 링크 전압이 추종하도록 기준 전류를 생성하여 출력한다.
이때, 유효 전력 제어부(210)는 드룹 주파수 제어부(100)에서 출력되는 DC 링크 전압 편차 ΔVDCi에 DC 링크 전압 지령 V* DCi을 가산하고, DC 링크 전압 VDCi을 감산하여 비례-적분 제어하여 기준 유효 전류 idrefi를 출력한다.
이러한 유효 전력 제어부(210)의 제1 감산기(212)는 드룹 주파수 제어부(100)에서 출력되는 DC 링크 전압 편차에 DC 링크 전압 지령 V* DCi을 가산하고, DC 링크 전압 VDCi를 감산하여 출력한다.
상기 제1 비례 적분 제어기(214)는 상기 제1 감산기(212)의 출력 전압을 비례-적분 제어하여 기준 전류의 기준 유효 전류 idrefi를 생성하여 출력한다.
이와 달리, 무효 전력 제어부(220)는 무효 전력 지령 Q* i을 가산하고, 무효 전력 Qi을 감산하여 비례-적분 제어하여 기준 전류의 기준 무효 전류 iqrefi를 출력한다.
이러한 무효 전력 제어부(220)의 제2 감산기(222)는 무효 전력 지령 Q* i을 가산하고, 무효 전력 Qi를 감산하여 출력한다.
상기 제2 비례 적분 제어기(224)는 상기 제2 감산기(222)의 출력 전압을 비례-적분 제어하여 기준 무효 전류 iqrefi를 생성하여 출력한다.
다음으로, 전류 제어부(300)는 상기 전력 제어부(200)에서 출력되는 기준 전류(idrefi)를 단자 전류(idi)가 추종하도록 변조 신호(udi)를 해당하는 연계 컨버터(20-1~20-n)로 출력한다.
그리고, 전류 제어부(300)의 유효 전류 제어부(310)는 상기 유효 전력 제어부(210)의 유효 기준 전류를 유효 단자 전류가 추종하도록 유효 변조 신호를 해당하는 상기 연계 컨버터(20-1~20-n)로 출력한다.
이와 같은 유효 전류 제어부(310)의 제3 감산기(312)는 유효 전력 제어부(210)에서 출력되는 유효 기준 전류에서 유효 단자 전류를 감산하여 출력한다.
그리고, 유효 전류 제어부(310)의 제3 비례 적분 제어기(314)는 제3 감산기(312)의 출력을 비례-적분 제어하여 출력한다.
다음으로, 유효 전류 제어부(310)의 제1 가산기(316)는 제3 비례 적분 제어기(314)의 출력 전압에 유효 단자 전압을 가산하여 유효 변조 신호를 생성한다.
상기 전류 제어부(300)의 무효 전류 제어부(320)는 무효 전력 제어부(210)의 무효 기준 전류를 무효 단자 전류가 추종하도록 무효 변조 신호를 해당하는 상기 연계 컨버터(20-1~20-n)로 출력한다.
이와 같은 무효 전류 제어부(320)의 제4 감산기(312)는 무효 전력 제어부(220)에서 출력되는 무효 기준 전류에서 무효 단자 전류를 감산하여 출력한다.
그리고, 무효 전류 제어부(320)의 제4 비례 적분 제어기(324)는 제4 감산기(322)의 출력을 비례-적분 제어하여 출력한다.
다음으로, 무효 전류 제어부(320)의 제2 가산기(326)는 제4 비례 적분 제어기(324)의 출력 전압에 무효 단자 전압을 가산하여 무효 변조 신호를 생성한다.
이처럼 전류 제어부(300)는 수학식 6과 수학식 7에서처럼 유효 변조 신호 udi와 무효 변조 신호 uqi를 생성한다.
(수학식 6)
Figure pat00006
(수학식 7)
Figure pat00007
여기에서, kpc는 제3 비례 적분 제어기(314)와 제4 비례 적분 제어기(324)의 비례 상수이고, kic는 제3 비례 적분 제어기(314)와 제4 비례 적분 제어기(324)의 적분 상수이다.
기준 전류의 유효 기준 전류 idrefi 및 무효 기준 전류 iqrefi는 다음과 같이 전력 제어부(200)의 유효 전력 제어부(210)와 무효 전력 제어부(220)에 의해 생성된다.
(수학식 8)
idrefi=kpv(ΔVDCi+V* DCi-VDCi)+kiv∫(ΔVDCi+V* DCi-VDCi)dt
(수학식 9)
Figure pat00008
여기에서, kpv는 제1 비례 적분 제어기(214)의 비례 상수이고, kiv는 제1 비례 적분 제어기(214)의 적분 상수이다.
그리고, kp는 제2 비례 적분 제어기(224)의 비례 상수이고, ki는 제2 비례 적분 제어기(224)의 적분 상수이다.
제안된 드롭 주파수 제어기는 수학식 10과 같이 DC 링크 전압의 변동을 유발한다.
(수학식 10)
Figure pat00009
제안된 드롭 주파수 제어기는 인접한 MG와 전력을 교환하기 위해 DC 링크 전압의 작은 편차를 기반으로 한다. 시스템 주파수 fi와 단자 DC 링크 전압 vDCi와 같은 로컬 정보가 제안된 제어기에 사용되기 때문에 통신 네트워크 없이 자율적인 전력 공유를 달성할 수 있다.
<실험 결과>
전력 공학 연구는 개발된 제어 장치를 테스트하기 위해 HIL 시뮬레이션을 널리 사용했다. 실시간 디지털 시뮬레이터(OP5600)는 물리적 플랜트 대신 MMG 시스템을 에뮬레이션하는 데 사용된다. 디지털 신호 프로세서(DSP) TMS-320F-28335에 구현된 제안된 제어기는 OP5600으로 쉽게 테스트 할 수 있다. MMG 시스템의 MG1에 대한 DSP와 OP5600 사이의 I/O 교환 신호가 도 6에 나와 있다.
DSP는 측정된 3 상 전압 및 전류, 측정된 DC 커패시터 전압과 같은 OP5600에서 아날로그 신호를 수신한다. DSP에 의해 생성된 PWM 신호는 OP5600의 IC1로 전송된다. MMG 시스템에서 다른 MG의 구성은 동일하다. MMG 시스템의 전반적인 실험 설정이 도 7에 나와있다.
본 발명에서 MMG 시스템은 OP5600에서 모델링되었지만 제안된 주파수 제어는 DSP 플랫폼에서 실행되었다.
DSP TMS-320F-28335를 갖춘 신속 제어 프로토 타이핑 플랫폼(OP8665)은 3 개의 MG로 구성된 3 개의 변환기(IC1, IC2 및 IC3)를 실행할 수 있다. 세 대의 컴퓨터는 DSP 기반의 세 제어기를 구현하는 데 사용된다. 각각의 MG 시스템은 기존의 MG 시스템을 사용하는 ESS로 구성된다.
주파수 특성의 차이로 인해 서로 다른 드롭 이득으로 주파수 제어를 줄인다. ESS의 드롭 제어기는 RT-Lab 환경에서 구현된다.
제안된 드롭 주파수 제어와 기존 P/f 드롭 제어 간의 비교가 이 절에서 설명된다. 종래의 P/f 제어를 갖는 MMG 시스템에서, IC1은 DC 라인 전압 조정을 담당하는 반면, 다른 IC는 종래의 P/f 드롭 제어를 담당한다. 전통적인 P/f 드롭 제어의 상세한 제어 스킴(scheme)은 [28]에서 찾을 수 있다.
A. 감도 분석의 검증
HIL 시스템에서 IC1 만 시뮬레이션되고 민감도 분석을 검증하기 위해 제안된 제어가 DSP에서 실행된다.
도 8은 드롭 이득 k1이 0에서 20으로 변경되었을 때의 실험 결과를 보여준다. 이 도면에는 3 상 전류와 DC 커패시터 전압이 표시되어 있다.
DC 커패시터 전압은 드롭 이득 k1이 0, 5, 10 및 15 일 때 안정적으로 조정된다.
그러나 DC 커패시터 전압은 드롭 이득 k1이 20으로 증가할 때 제어할 수 없다. 단일 IC1에 대한 실험 결과가 민감도 분석과 일치함을 관찰할 수 있다.
B. 부하 변화 고려
제안된 제어의 유효성을 검증하기 위해 3 개의 DSP를 사용하여 IC1, IC2 및 IC3의 세 제어기를 구현한다. 3 개의 DSP와 인터페이스 할 수 있는 실시간 시뮬레이터(OP5600)는 MMG 시스템을 시뮬레이션하는 데 사용된다.
결과적으로 각 개별 MG의 부하가 변경되어 제안된 주파수 제어의 동적 성능을 테스트한다. 3 개의 IC의 드롭 이득 k1, k2 및 k3은 각각 15, 10 및 5와 같다고 가정한다.
제안된 주파수 제어 및 종래의 P/f 제어의 경우에 주파수 조절의 성능은 도 9 및 도 10에 도시된다.
처음에는 MG1의 40kW 부하가 갑자기 증가하여 MG1의 주파수가 감소한다. 둘째, MG2의 40kW 부하가 차단되어 MG2의 주파수가 증가한다. 마지막으로 MG3의 40kW 부하가 MG3에 연결되어 MG3 주파수가 감소한다.
제안된 드롭 주파수 제어기가 적용될 때 MMG 시스템의 주파수 편차가 훨씬 작다는 것을 알 수 있다. 정상 상태 조건에서 제안된 방법을 사용할 때 MG1의 최대 주파수 편차 제어는 0.06 Hz인 반면, 이 편차는 종래의 P/f 제어의 경우 0.13 Hz와 동일하다.
MG1은 ±0.2 Hz의 범위에서 가장 높은 주파수 품질을 요구하고 MG3는 ±0.6 Hz의 범위에서 최저 주파수 품질을 요구한다. 도 9로부터, MG1의 주파수 편차는 작지만 MG3의 주파수 편차는 가장 크다는 것을 알 수 있다. MG1은 제안된 드롭 주파수 제어가 적용될 때 항상 고품질의 주파수로 유지된다.
인접한 MG는 방해받은 MG를 지원할 수 있다. MG1 주파수 편차는 제안된 드 롭 주파수 제어기가 사용될 때 개선된다. 교란 중에 인접한 MG에 작은 주파수 편차가 존재할 수 있지만, 인접한 MG의 주파수 변화는 여전히 허용 가능한 변동 범위에 있다. 점차적으로 독립형 MG를 상호 연결함으로써 외란 중 인접한 MG의 주파수 편차를 크게 줄일 수 있다.
부하 변화에 따른 3 개의 IC의 DC 커패시터 전압의 교란이 도 11에 나타나 있다. IC1의 드롭 제어를 위한 드롭 이득 k1은 15의 값이 가장 높으므로 DC 커패시터 전압이 가장 많이 떨어진다.
그러나 DC 커패시터 전압의 편차는 여전히 허용 범위(4V)에 있고 컨버터 시스템은 여전히 안정적이다.
제안된 드롭 주파수 제어기를 사용함으로써 인접한 MG들 간의 전류 공유가 도 12에 도시되고 대응 전력 공유가 도 13에 도시된다. 전력의 양의 값은 인접 MG로부터의 수신 전력을 나타낸다. 첫 번째 시나리오에서는 MG1의 40kW 부하가 연결된다. 제안된 제어로 인하여, MG1은 인접한 2 개의 MG로부터 20kW를 수신하고, 이는 도 15에 도시된 바와 같이 ESS 전력의 감소를 초래한다. 종래의 P/f 드롭 제어가 적용될 때(도 14 및 도 16) IC1는 DC 라인 전압 조정을 담당하기 때문에 제 1 시나리오에서 각 MG 사이의 전력 공유를 가능하게 한다.
ESS1은 도 16과 같이 5 초에서 부하 변화를 보상하기 위해 40kW를 생성한다. 10 초에 MG2 시스템에서 부하가 분리되면 MG2에서 잉여 전력이 MG1로 전달된다.
마지막으로, MG1은 40kW 부하가 MG3에 연결될 때 MG3의 부족 전력으로 인해 15 초에 MG3에 전원을 전달한다. MG1만이 인접한 MG의 교란을 지원할 수 있는 반면에, 2 개의 인접한 MG는 종래의 P/f가 사용될 때 서로를 지원하지 않는다는 것을 알 수 있다.
따라서 대용량의 IC1을 설계해야한다. IC1은 종래의 P/f 드롭 제어를 사용하여 MMG 시스템에서 중요한 역할을 한다. 이와 대조적으로, 제안된 제어를 갖는 MMG 시스템에서, 각 IC의 역할은 똑같이 중요하다. 제안된 드롭 주파수 제어가 적용될 때 모든 MG는 교란 중에 서로를 지원할 수 있다.
제안된 제어를 갖는 MMG 시스템의 ESS는 종래의 P/f 제어를 이용하는 경우보다 작은 전력을 공급할 수 있다. 제안된 주파수 제어를 갖는 인접한 MG들의 에너지 저장은 효과적으로 공유될 수 있음을 알 수 있다.
인접한 MG의 에너지 저장량을 공유할 수 있기 때문에 각 MG의 ESS 등급을 줄일 수 있다. RES의 보급은 각 MG 사이의 에너지 보존 교환으로 인해 증가 될 수 있다.
C. 풍력 발전 고려
MG1 및 MG2 시스템은 풍력 발전의 보급을 제한할 수 있는 고품질 주파수를 필요로 한다.
이 절에서는 풍력 발전기가 MG1 및 MG2 시스템에 포함된 경우 제안된 제어기의 제어 성능을 보여준다. 유도 발전기를 기반으로 한 풍력 발전기는 단순화를 위해 사용된다.
도 17은 MG1 및 MG2 시스템의 풍속 및 풍력 출력을 보여준다. 두 MG의 풍속은 다르다고 가정한다.
제안된 제어 및 종래의 P/f 제어를 갖는 MMG 시스템의 MG 주파수는 도 18에 도시된다.
풍력 출력의 변동은 MG1과 MG2 시스템의 주파수 편차 편차를 유발한다. MG1 및 MG2 시스템의 풍력 발전으로 인해 MG3 주파수가 약간 진동한다. MG 주파수에 약간의 변동이 있지만, 제안된 드롭 주파수 제어기가 적용될 때 주파수 편차는 더 작다. 제안된 제어기를 사용할 때 MG 주파수의 작은 변동 때문에 풍력 발전의 보급은 증가될 수 있다.
MG 주파수의 변동은 도 19에 도시된 바와 같이 DC 링크 전압의 편차를 야기한다. 3 개의 IC의 단자 전압이 상이하기 때문에,도 20에 도시된 바와 같이, 3 개의 MG 사이의 전력 분배는 자율적으로 달성될 수 있다.
IC2에서 DC 링크 전압의 편차가 더 크므로 MG3 시스템에서 다른 MG로 전달되는 전력이 발생한다. 3 개의 IC의 DC 링크 전압은 변동하지만 전압 편차는 허용 범위 내에 있다.
D. DC 라인 전압에 대한 드랍 이득의 영향
본 발명은 주파수 특성이 다른 다중 마이크로 그리드 시스템의 아키텍처를 제시한다. 드롭 주파수 제어기는 MMG 시스템의 주파수 제어 성능을 개선하기 위해 제안된다. 제안된 드롭 주파수 제어기는 각 MG의 주파수 편차를 줄일 수 있음을 보여 준다. 각 MG의 부하 변화에 대한 ESS 전력은 인접 MG로부터의 전력 공유 능력으로 인해 감소 될 수 있다. 그러나 문제는 각 MG 시스템에 대해 제안된 주파수 제어기의 드롭 이득을 선택하는 방법이다.
도 21 및 도 22는 3 개의 IC의 3 개의 드롭 이득이 각각 5 및 15 일 때 각 MG의 주파수 편차를 도시한다. 제안된 제어의 더 큰 드롭 이득이 선택되면, MG의 더 작은 주파수 편차가 달성된다는 것을 알 수 있다. 그러나 주파수와 DC 커패시터 전압 간에는 트레이드 오프가 있다. 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 더 높은 드롭 이득이 선택될수록, 더 높은 DC 커패시터 전압이 떨어진다.
MG1 시스템은 가장 높은 주파수 품질을 요구하는 반면, MG3 시스템은 최저 주파수 품질을 필요로 한다는 점에 유의해야한다. 따라서, 작은 주파수 편차는 MG1 시스템에 바람직하다.
MG1 시스템은 제안된 제어기가 채택되지 않은 경우 주파수 편차를 줄이기 위해 많은 양의 에너지를 준비해야한다.
제안된 제어기가 MMG 시스템에 적용될 때, 인접한 MG들로부터의 에너지 보유는 MG1 시스템과 교환되어 주파수 제어 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 MG3 시스템에는 저품질 주파수가 필요하기 때문에 MG3 시스템의 큰 주파수 편차가 허용될 수 있다.
제안된 드롭 주파수 제어기를 사용하는 독립형 MMG 시스템에 대한 제안 사항은 다음과 같다.
1) 고품질의 주파수를 가진 MG만이 주파수 제어를 위한 높은 드롭 이득을 선택해야 한다.
높은 드롭 이득으로 인해, 인접한 MG들로부터의 많은 에너지 보유량은 주파수를 신속하게 복구하는데 사용될 수 있다.
2) 최저 드롭 이득은 이 MG가 광범위한 주파수 변동을 허용할 수 있기 때문에 가장 낮은 주파수 품질을 요구하는 MG에 적합하다.
< 결론>
직류 라인 연결 기반의 독립형 MMG 시스템이 본 발명에서 제안되었다.
각 MG 시스템은 AC / DC 연계 컨버터를 통해 공통 DC 라인에 연결된다.
제안된 프레임 워크는 BTB 컨버터의 사용에 비해 연계 컨버터의 수를 줄여 MMG 시스템의 비용 절감을 가져온다.
드롭 주파수 제어기는 독립형 MMG 시스템에서 상이한 주파수 품질을 유지하기 위해 제안되었다.
인접한 MG의 에너지 보유량은 각 MG 시스템의 주파수 조절을 향상시키기 위해 효과적으로 공유될 수 있다는 것이 입증되었다. 결과적으로 재생 가능한 에너지 자원의 보급은 큰 에너지 저장 장치의 설치 없이 증가될 수 있다. 제안된 드롭 주파수 제어기는 DSP에서 간단하게 구현될 수 있다. 제안된 방법이 DC 라인 전압의 발진을 일으키지만, DC 라인 전압의 변동은 작고 여전히 허용 가능한 편차 범위에 있다.
또한, 안정성 분석은 제안된 제어기의 드롭 이득이 적절히 선택되면 컨버터 시스템의 안정성이 보장될 수 있음을 보여 주었다. 더 많은 독립형 MG를 상호 연결함으로써 외란시 각 MG의 주파수 편차가 크게 개선될 수 있다.
본 발명은 주로 1 차 및 2 차 제어 수준에 중점을 두지만 3 차 제어 수준은 MMG 시스템의 운영 비용을 최적화하기 위해 쉽게 조정될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10-1~10-n : 마이크로 그리드 20-1~20-n : 연계 컨버터
21 : 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 브리지 22 : DC 링크 커패시터
23 : 필터
30-1~30-n : 드롭 주파수 제어기 100 : 드롭 주파수 제어부
110 : 정규화기 120 : 증폭기
200 : 전력 제어부 210 : 유효 전력 제어부
212 : 제1 감산기 214 : 제1 비례 적분 제어기
220 : 무효 전력 제어부 222 : 제2 감산기
224 : 제2 비례 적분 제어기 300 : 전류 제어부
310 : 유효 전류 제어부 312 : 제3 감산기
314 : 제3 비례 적분 제어기 316 : 제1 가산기
320 : 무효 전류 제어부 322 : 제4 감산기
324 : 제4 비례 적분 제어기 326 : 제2 가산기

Claims (19)

  1. 다수의 마이크로 그리드;
    각각의 상기 마이크로 그리드와 공통 DC 라인 사이에 위치하여 교류를 직류로 변환하는 다수의 연계 컨버터; 및
    각각의 상기 연계 컨버터를 제어하여 공통 DC 라인의 해당하는 DC 링크 전압의 변화와 해당하는 상기 마이크로 그리드의 시스템 주파수가 비례하도록 하는 다수의 드롭 주파수 제어기를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템.
  2. 청구항 1항에 있어서,
    상기 마이크로 그리드는 동기 발전기(Synchronous generator, SG), 에너지 저장 시스템(Energy storage system, ESS) 및 로컬 부하로 구성되는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템.
  3. 청구항 1항에 있어서,
    상기 연계 컨버터는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 브리지, DC 링크 커패시터 및 인덕터(inductor) L과 저항 R을 구비한 필터로 구성되는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템.
  4. 청구항 1항에 있어서,
    상기 드롭 주파수 제어기는 해당하는 상기 마이크로 그리드에서 시스템 주파수를 입력받아 정규화된 주파수 편차를 산출하여 DC 링크 전압 편차를 출력하는 드롭 주파수 제어부;
    상기 드롭 주파수 제어부에서 출력되는 DC 링크 전압 편차에 DC 링크 전압 지령을 가산한 전압을 DC 링크 전압이 추종하도록 기준 전류를 생성하는 전력 제어부; 및
    상기 전력 제어부에서 출력되는 기준 전류를 단자 전류가 추종하도록 변조 신호를 해당하는 상기 연계 컨버터로 출력하는 전류 제어부를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템.
  5. 청구항 4항에 있어서,
    상기 드롭 주파수 제어부는
    해당하는 상기 마이크로 그리드에서 시스템 주파수를 입력받아 정규화된 주파수 편차를 산출하여 출력하는 정규화기; 및
    상기 정규화기에서 정규화된 주파수 편차에 비례 상수를 곱하여 정규화된 주파수 편차의 배수인 DC 링크 전압 편차를 출력하는 증폭기를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템.
  6. 청구항 4항에 있어서,
    상기 전력 제어부는
    상기 드룹 주파수 제어부에서 출력되는 DC 링크 전압 편차에 DC 링크 전압 지령을 가산하고, DC 링크 전압을 감산하여 비례-적분 제어함으로 기준 유효 전류를 출력하는 유효 전력 제어부; 및
    무효 전력 지령을 가산하고, 무효 전력을 감산하여 비례-적분 제어함으로 기준 무효 전류를 출력하는 무효 전력 제어부를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템.
  7. 청구항 6항에 있어서,
    상기 유효 전력 제어부는
    상기 드룹 주파수 제어부에서 출력되는 DC 링크 전압 편차에 DC 링크 전압 지령을 가산하고, DC 링크 전압을 감산하여 출력하는 제1 감산기; 및
    상기 제1 감산기의 출력 전압을 비례-적분 제어하여 기준 유효 전류를 생성하여 출력하는 제1 비례 적분 제어기를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템.
  8. 청구항 6항에 있어서,
    상기 무효 전력 제어부는
    무효전력 지령을 가산하고, 무효전력을 감산하여 출력하는 제2 감산기; 및
    상기 제2 감산기의 출력 전압을 비례-적분 제어하여 기준 무효 전류를 생성하여 출력하는 제2 비례 적분 제어기를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템.
  9. 청구항 6항에 있어서,
    상기 전류 제어부는
    상기 유효 전력 제어부의 유효 기준 전류를 유효 단자 전류가 추종하도록 유효 변조 신호를 해당하는 상기 연계 컨버터로 출력하는 유효 전류 제어부; 및
    상기 무효 전력 제어부의 무효 기준 전류를 무효 단자 전류가 추종하도록 무효 변조 신호를 해당하는 상기 연계 컨버터로 출력하는 무효 전류 제어부를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템.
  10. 청구항 9항에 있어서,
    상기 유효 전류 제어부는
    상기 유효 전력 제어부에서 출력되는 유효 기준 전류에서 유효 단자 전류를 감산하여 출력하는 제3 감산기;
    상기 제3 감산기의 출력을 비례-적분 제어하여 출력하는 제3 비례 적분 제어기; 및
    상기 제3 비례 적분 제어기의 출력 전압에 유효 단자 전압을 가산하여 유효 변조 신호를 생성하여 해당하는 상기 연계 컨버터로 출력하는 제1 가산기를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템.
  11. 청구항 9항에 있어서,
    상기 무효 전류 제어부는
    상기 무효 전력 제어부에서 출력되는 무효 기준 전류에서 무효 단자 전류를 감산하여 출력하는 제4 감산기;
    상기 제4 감산기의 출력을 비례-적분 제어하여 출력하는 제4 비례 적분 제어기; 및
    상기 제4 비례 적분 제어기의 출력 전압에 무효 단자 전압을 가산하여 무효 변조 신호를 생성하여 해당하는 상기 연계 컨버터로 출력하는 제2 가산기를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템.
  12. 해당하는 마이크로 그리드에서 시스템 주파수를 입력받아 정규화된 주파수 편차를 산출하여 DC 링크 전압 편차를 출력하는 드롭 주파수 제어부;
    상기 드롭 주파수 제어부에서 출력되는 DC 링크 전압 편차에 DC 링크 전압 지령을 가산한 전압을 DC 링크 전압이 추종하도록 기준 전류를 생성하는 전력 제어부; 및
    상기 전력 제어부에서 출력되는 기준 전류를 단자 전류가 추종하도록 변조 신호를 해당하는 연계 컨버터로 출력하는 전류 제어부를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기.
  13. 청구항 12항에 있어서,
    상기 드롭 주파수 제어부는
    해당하는 상기 마이크로 그리드에서 시스템 주파수를 입력받아 정규화된 주파수 편차를 산출하여 출력하는 정규화기; 및
    상기 정규화기에서 정규화된 주파수 편차에 비례 상수를 곱하여 정규화된 주파수 편차의 배수인 DC 링크 전압 편차를 출력하는 증폭기를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기.
  14. 청구항 12항에 있어서,
    상기 전력 제어부는
    상기 드룹 주파수 제어부에서 출력되는 DC 링크 전압 편차에 DC 링크 전압 지령을 가산하고, DC 링크 전압을 감산하여 비례-적분 제어함으로 기준 유효 전류를 출력하는 유효 전력 제어부; 및
    무효 전력 지령을 가산하고, 무효 전력을 감산하여 비례-적분 제어함으로 기준 무효 전류를 출력하는 무효 전력 제어부를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기.
  15. 청구항 14항에 있어서,
    상기 유효 전력 제어부는
    상기 드룹 주파수 제어부에서 출력되는 DC 링크 전압 편차에 DC 링크 전압 지령을 가산하고, DC 링크 전압을 감산하여 출력하는 제1 감산기; 및
    상기 제1 감산기의 출력 전압을 비례-적분 제어하여 기준 유효 전류를 생성하여 출력하는 제1 비례 적분 제어기를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기.
  16. 청구항 14항에 있어서,
    상기 무효 전력 제어부는
    무효 전력 지령을 가산하고, 무효 전력을 감산하여 출력하는 제2 감산기; 및
    상기 제2 감산기의 출력 전압을 비례-적분 제어하여 기준 무효 전류를 생성하여 출력하는 제2 비례 적분 제어기를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기.
  17. 청구항 14항에 있어서,
    상기 전류 제어부는
    상기 유효 전력 제어부의 유효 기준 전류를 유효 단자 전류가 추종하도록 유효 변조 신호를 해당하는 상기 연계 컨버터로 출력하는 유효 전류 제어부; 및
    상기 무효 전력 제어부의 무효 기준 전류를 무효 단자 전류가 추종하도록 무효 변조 신호를 해당하는 상기 연계 컨버터로 출력하는 무효 전류 제어부를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기.
  18. 청구항 17항에 있어서,
    상기 유효 전류 제어부는
    상기 유효 전력 제어부에서 출력되는 유효 기준 전류에서 유효 단자 전류를 감산하여 출력하는 제3 감산기;
    상기 제3 감산기의 출력을 비례-적분 제어하여 출력하는 제3 비례 적분 제어기; 및
    상기 제3 비례 적분 제어기의 출력 전압에 유효 단자 전압을 가산하여 유효 변조 신호를 생성하여 해당하는 상기 연계 컨버터로 출력하는 제1 가산기를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기.
  19. 청구항 17항에 있어서,
    상기 무효 전류 제어부는
    상기 무효 전력 제어부에서 출력되는 무효 기준 전류에서 무효 단자 전류를 감산하여 출력하는 제4 감산기;
    상기 제4 감산기의 출력을 비례-적분 제어하여 출력하는 제4 비례 적분 제어기; 및
    상기 제4 비례 적분 제어기의 출력 전압에 무효 단자 전압을 가산하여 무효 변조 신호를 생성하여 해당하는 상기 연계 컨버터로 출력하는 제2 가산기를 포함하는 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기.
KR1020180011318A 2018-01-30 2018-01-30 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기 및 이를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템 KR102028134B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180011318A KR102028134B1 (ko) 2018-01-30 2018-01-30 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기 및 이를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템
PCT/KR2018/015695 WO2019151639A1 (ko) 2018-01-30 2018-12-11 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기 및 이를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180011318A KR102028134B1 (ko) 2018-01-30 2018-01-30 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기 및 이를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190092031A true KR20190092031A (ko) 2019-08-07
KR102028134B1 KR102028134B1 (ko) 2019-10-02

Family

ID=67480010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180011318A KR102028134B1 (ko) 2018-01-30 2018-01-30 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기 및 이를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102028134B1 (ko)
WO (1) WO2019151639A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111949041A (zh) * 2020-08-07 2020-11-17 上海航天控制技术研究所 一种适应大不确定性频率的弹性振动抑制方法
CN113644643A (zh) * 2021-07-22 2021-11-12 许继集团有限公司 一种交直流混合微网接口变流器及控制方法
KR102390466B1 (ko) * 2020-11-30 2022-04-22 ㈜한국그리드포밍 그리드 포밍 컨버터 출력 주파수 제어 방법 및 그리드 포밍 컨버터의 제어 장치

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110729713B (zh) * 2019-10-16 2021-05-18 杭州电子科技大学 一种适用于直流微网的二次电压调节方法
CN117762043A (zh) * 2024-02-22 2024-03-26 国网上海能源互联网研究院有限公司 一种柔直互联硬件在环仿真系统及测试方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101426826B1 (ko) 2013-01-31 2014-08-05 명지대학교 산학협력단 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 가변 저항 방식의 드룹 제어 장치 및 방법
KR20140098431A (ko) * 2013-01-31 2014-08-08 명지대학교 산학협력단 독립형 dc 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹 제어 장치 및 방법
KR20160099914A (ko) 2015-02-13 2016-08-23 울산과학기술원 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 dc 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치 및 그것을 이용한 전력 제어 방법
KR101689315B1 (ko) * 2015-07-29 2017-01-02 인천대학교 산학협력단 마이크로그리드의 멀티 주파수 제어 시스템 및 방법
KR101769795B1 (ko) * 2016-11-30 2017-09-05 인천대학교 산학협력단 마이크로그리드에서 와전류 손실 감소를 위한 초전도 전력 저장 시스템 및 그 제어 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101690742B1 (ko) * 2015-08-20 2016-12-28 인천대학교 산학협력단 Btb 컨버터 기반 다수 마이크로그리드의 멀티 주파수 제어 시스템 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101426826B1 (ko) 2013-01-31 2014-08-05 명지대학교 산학협력단 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 가변 저항 방식의 드룹 제어 장치 및 방법
KR20140098431A (ko) * 2013-01-31 2014-08-08 명지대학교 산학협력단 독립형 dc 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹 제어 장치 및 방법
KR20160099914A (ko) 2015-02-13 2016-08-23 울산과학기술원 직류 그리드 시스템에서 스위칭 주파수 변동 방식의 dc 버스 신호를 이용한 전력 제어 장치 및 그것을 이용한 전력 제어 방법
KR101689315B1 (ko) * 2015-07-29 2017-01-02 인천대학교 산학협력단 마이크로그리드의 멀티 주파수 제어 시스템 및 방법
KR101769795B1 (ko) * 2016-11-30 2017-09-05 인천대학교 산학협력단 마이크로그리드에서 와전류 손실 감소를 위한 초전도 전력 저장 시스템 및 그 제어 방법

Non-Patent Citations (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
[1] S. Chanda and A. K. Srivastava, "Defining and Enabling Resiliency of Electric Distribution Systems With Multiple Microgrids,"IEEE Trans. Smart Grid, vol. 7, no. 6, pp. 2859-2868, Nov. 2016.
[10] A. Hussain, V. H. Bui, and H. M. Kim, "A Resilient and Privacy-Preserving Energy Management Strategy for Networked Microgrids," IEEE Trans. Smart Grid, (accepted for publication).
[11] M. Marzband, F. Azarinejadian, M. Savaghebi, and J. M. Guerrero, "An Optimal Energy Management System for Islanded Microgrids Based on Multiperiod Artificial Bee Colony Combined with Markov Chain," IEEE Systems Journal, (accepted for publication).
[12] J. Wu and X. Guan, "Coordinated Multi-Microgrids Optimal Control Algorithm for Smart Distribution Management System," IEEE Trans. Smart Grid, vol. 4, no. 4, pp. 2174-2181, Dec. 2013.
[13] J. M. Guerrero, J. C. Vasquez, J. Matas, L. G. de Vicuna and M. Castilla, "Hierarchical Control of Droop-Controlled AC and DC Microgrids-A General Approach Toward Standardization," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 58, no. 1, pp. 158-172, Jan. 2011.
[14] M. Marzband, S. S. Ghazimirsaeid, H. Uppal, and T. Fernando. "A Real-Time Evaluation of Energy Management Systems for Smart Hybrid Home Microgrids." Electric Power Systems Research vol. 143, pp. 624-633, 2017.
[15] N. Nikmehr and S. Najafi Ravadanegh, "Optimal Power Dispatch of Multi-Microgrids at Future Smart Distribution Grids," IEEE Trans. Smart Grid, vol. 6, no. 4, pp. 1648-1657, July 2015.
[16] M. Marzband, N. Parhizi, M. Savaghebi and J. M. Guerrero, "Distributed Smart Decision-Making for a Multimicrogrid System Based on a Hier-archical Interactive Architecture," IEEE Trans. Energy Conver., vol. 31, no. 2, pp. 637-648, June 2016.
[17] Z. Xu, P. Yang, Y. Zhang, Z. Zeng, C. Zheng and J. Peng, "Control Devices Development of Multi-Microgrids Based on Hierarchical Structure," IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 10, no. 16, pp. 249-4256, 2016.
[18] M. Marzband, M. Javadi, J. L. Dominguez-Garcia and M. Mirhosseini Moghaddam, "Non-Cooperative Game Theory Based Energy Manage-ment Systems For Energy District In The Retail Market Considering DER Uncertainties," IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 10, no. 12, pp. 2999-3009, 2016.
[19] Z. Wang, B. Chen, J. Wang and J. kim, "Decentralized Energy Management System for Networked Microgrids in Grid-Connected and Islanded Modes," IEEE Trans. Smart Grid, vol. 7, no. 2, pp. 1097-1105, March 2016.
[2] D. E. Olivares et al., "Trends in Microgrid Control,"IEEE Trans. Smart Grid, vol. 5, no. 4, pp. 1905-1919, May 2014.
[20] R. Zamora; A. K. Srivastava, "Multi-Layer Architecture for Voltage and Frequency Control in Networked Microgrids," IEEE Trans. Smart Grid, (accepted for publication).
[21] C. Yuen, A. Oudalov and A. Timbus, "The Provision of Frequency Control Reserves From Multiple Microgrids," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 58, no. 1, pp. 173-183, Jan. 2011.
[22] A. G. Madureira, J. C. Pereira, N. J. Gil, J. A. P. Lopes, G. N. Korres, N. D. Hatziargyriou, "Advanced Control and Management Functionalities for Multi-Microgrids", Eur. Trans. Elect. Power, vol. 21, no. 2, pp. 1159-1177, 2011.
[23] S. A. Arefifar; M. Ordonez; Y. Mohamed, "Voltage and Current Con-trollability in Multi-Microgrid Smart Distribution Systems," IEEE Trans. Smart Grid, (accepted for publication).
[24] M. H. Cintuglu; O. A. Mohammed, "Behavior Modeling and Auction Architecture of Networked Microgrids for Frequency Support," IEEE Trans. Industrial Informatics, (accepted for publication).
[25] A. Kargarian and M. Rahmani, "Multi-Microgrid Energy Systems Oper-ation Incorporating Distribution-Interline Power Flow Controller," Electr. Power Syst. Res., vol. 129, pp. 208-216, 2015.
[26] I. U. Nutkani, P. C. Loh, P. Wang, T. K. Jet, and F. Blaabjerg,"Intertied AC-AC Microgrids with Autonomous Power Import and Export,"In-ternational Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 65, pp. 385-393, 2015.
[27] I. U. Nutkani, P. C. Loh and F. Blaabjerg, "Distributed Operation of Interlinked AC Microgrids with Dynamic Active and Reactive Power Tuning," IEEE Trans. Industry Applications, vol. 49, no. 5, pp. 2188-2196, Sept.-Oct. 2013.
[28] M. Goyal and G. Arindam. "Microgrids Interconnection to Support Mutually During Any Contingency." Sustainable Energy, Grids and Networks vol. 6, pp. 100-108, 2016.
[29] M. Khederzadeh, H. Maleki, and V. Asgharian, "Frequency Control Improvement of two Adjacent Microgrids in Autonomous Mode Using Back To Back Voltage-Sourced Converters,"International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 74, pp. 126-133, 2016.
[3] Y.-S. Kim, E.-S. Kim, and S.-I. Moon, "Frequency and Voltage Control Strategy of Standalone Microgrids With High Penetration of Intermittent Renewable Generation Systems,"IEEE Trans. Power Syst., vol. 31, no. 1 pp. 718-728, Jan. 2016.
[30] I. U. Nutkani, P. C. Loh and F. Blaabjerg, "Power Flow Control of Inter-tied AC Microgrids," IET Power Electronics, vol. 6, no. 7, pp. 1329-1338, August 2013.
[31] M. J. Hossain et al., "Design of Robust Distributed Control for Inter-connected Microgrids,"IEEE Trans. Smart Grid, vol. 7, no. 6, pp. 2724-2735, 2016.
[32] R. Majumder and G. Bag, "Parallel Operation of Converter Interfaced Multiple Microgrids,"International Journal of Electrical Power & En-ergy Systems, vol. 55, pp. 486-496, Feb. 2014.
[33] W. Liu, W. Gu, Y. Xu, Y. Wang, and K. Zhang, "General Distributed Secondary Control for Multi-Microgrids with both PQ-Controlled and Droop-Controlled Distributed Generators,"IET Gener. Transm. Distrib., vol. 11, no. 3, pp. 707-718, 2017.
[34] N. Nikmehr and S. Najafi Ravadanegh, "Reliability Evaluation of Mul-ti-Microgrids Considering Optimal Operation of Small Scale Energy Zones Under Load-Generation Uncertainties,"Int. J. Electr. Power En-ergy Syst., vol. 78, pp. 80-87, 2016.
[35] C. Klumpner, M. Liserre, and F. Blaabjerg, "Improved Control of an Active-front-end Adjustable Speed Drive with a Small dc-Link Capacitor under real grid conditions,"in Proc. IEEE PESC, 2004, pp. 1156-1162.
[36] X. Lu et al., "Hierarchical Control of Parallel AC-DC Converter Inter-faces for Hybrid Microgrids", IEEE Trans. Smart Grid, vol. 5, no. 2, pp. 683-692, Mar. 2014.
[4] J. Suh, D.-H. Yoon, Y.-S. Cho, and G. Jang, "Flexible Frequency Operation Strategy of Power System with High Renewable Penetration,"IEEE Trans. Sustain. Energy, vol. 8, no. 1, pp. 192-199, 2017.
[5] Z. Li, M. Shahidehpour, F. Aminifar, A. Alabdulwahab and Y. Al-Turki, "Networked Microgrids for Enhancing the Power System Resilience," Proceedings of the IEEE, vol. 105, no. 7, pp. 1289-1310, July 2017.
[6] J. M. Guerrero, M. Chandorkar, T. L. Lee and P. C. Loh, "Advanced Control Architectures for Intelligent Microgrids-Part I: Decentralized and Hierarchical Control," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 60, no. 4, pp. 1254-1262, April 2013.
[7] A. Bidram and A. Davoudi, "Hierarchical Structure of Microgrids Control System," IEEE Trans. Smart Grid, vol. 3, no. 4, pp. 1963-1976, Dec. 2012.
[8] T. L. Vandoorn, J. C. Vasquez, J. De Kooning, J. M. Guerrero and L. Vandevelde, "Microgrids: Hierarchical Control and an Overview of the Control and Reserve Management Strategies," IEEE Industrial Elec-tronics Magazine, vol. 7, no. 4, pp. 42-55, Dec. 2013.
[9] V. H. Bui, A. Hussain, and H. M. Kim, "A Multiagent-Based Hierarchical Energy Management Strategy for Multi-Microgrids Considering Adjustable Power and Demand Response," IEEE Trans. Smart Grid, (accepted for publication).

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111949041A (zh) * 2020-08-07 2020-11-17 上海航天控制技术研究所 一种适应大不确定性频率的弹性振动抑制方法
CN111949041B (zh) * 2020-08-07 2023-12-15 上海航天控制技术研究所 一种适应大不确定性频率的弹性振动抑制方法
KR102390466B1 (ko) * 2020-11-30 2022-04-22 ㈜한국그리드포밍 그리드 포밍 컨버터 출력 주파수 제어 방법 및 그리드 포밍 컨버터의 제어 장치
CN113644643A (zh) * 2021-07-22 2021-11-12 许继集团有限公司 一种交直流混合微网接口变流器及控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019151639A1 (ko) 2019-08-08
KR102028134B1 (ko) 2019-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sahoo et al. Control techniques in AC, DC, and hybrid AC–DC microgrid: A review
KR102028134B1 (ko) 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템에서 서로 다른 주파수 품질을 유지하기 위한 드롭 주파수 제어기 및 이를 이용한 독립형 다중 마이크로 그리드 시스템
Nguyen et al. A droop frequency control for maintaining different frequency qualities in a stand-alone multimicrogrid system
Kotra et al. A supervisory power management system for a hybrid microgrid with HESS
Peyghami et al. Decentralized load sharing in a low-voltage direct current microgrid with an adaptive droop approach based on a superimposed frequency
Im et al. Distributed virtual inertia based control of multiple photovoltaic systems in autonomous microgrid
Tang et al. Sliding mode robust control based active-power modulation of multi-terminal HVDC transmissions
Sepehrzad et al. Intelligent energy management and multi-objective power distribution control in hybrid micro-grids based on the advanced fuzzy-PSO method
Peyghami et al. Hierarchical power sharing control in DC microgrids
Tan et al. Control and operation of a DC grid-based wind power generation system in a microgrid
She et al. DC zonal micro-grid architecture and control
Azizi et al. Autonomous and decentralized load sharing and energy management approach for DC microgrids
Sahoo et al. A novel centralized energy management approach for power quality improvement
Xiao et al. Online supervisory voltage control for grid interface of utility-level PV plants
Natesan et al. Power management strategies in microgrid: a survey
Hettiarachchi et al. Review of applications of fuzzy logic in multi-agent-based control system of AC-DC hybrid microgrid
Hosseinimehr et al. Power sharing control of batteries within autonomous microgrids based on their state of charge
Gao et al. Distributed cooperative economic optimization strategy of a regional energy network based on energy cell–tissue architecture
Radwan et al. Bidirectional power management in hybrid AC-DC islanded microgrid system
Qiao et al. Coordinated control for medium voltage DC distribution centers with flexibly interlinked multiple microgrids
Moussavou et al. Microgrid energy management system control strategy
Sayed et al. Supervisory control of a resilient DC microgrid for commercial buildings
Pham et al. Power management in multi-microgrid system based on energy routers
Josep et al. Hierarchical control of power plants with microgrid operation
Tepe et al. A review of control strategies and metaheuristic algorithms used in DC microgrids

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant