KR20200005989A - 단독운전 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 분산형 전원으로부터의 전력을 전력 계통에 연계하여 부하로 공급하는 인버터에서 출력된 출력 전압 및 전력 계통에서 출력된 계통 전압에서 주파수 및 위상을 검출하는 검출부, 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 단독운전 상태를 판단하는 판단부, 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 계통 전압의 위상 변경 값을 산출하고, 산출된 위상 변경값에 따라 전향보상 전압을 생성하는 전향보상 전압 생성부 및 인버터에 대한 전류 제어기의 출력 전압과 전향보상 전압에 기초하여 인버터의 출력 전압을 결정하고, 단독운전 상태로 판단된 경우 분산형 전원과 전력 계통을 차단하는 제어부를 포함하는 단독운전 검출 장치 및 방법을 제공한다. 본 개시에 의하면, 단독운전의 검출 시 발생할 수 있는 전력 품질의 저하를 최소화하고 보다 신속하게 단독운전을 검출할 수 있다.

Description

단독운전 검출 장치 및 방법 {ANTI-ISLANDING DETECTION APPARATUS AND METHOD THEREOF}
본 개시는 분산형 전원의 단독운전을 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
전력 소비량 증대 및 전력산업의 구조개편 등, 전기 에너지 분야의 변화와 요구에 대응하기 위하여 국내외적으로 신에너지 전원, 예를 들면, 태양광 발전, 풍력 발전, 연료전지 발전, 소형열병합 발전, 가스터빈발전, 디젤발전, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS) 등과 같은 분산형 전원(distributed generation)에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 분산형 전원이 경제성을 가지려면 기존의 전력 공급 체계의 전력 계통과 연계되어 운전되어야 한다.
전력 계통에 연결된 분산형 전원은 계통의 전원이 전력 계통망과 연결되어 있는지 여부를 판단해야 한다. 분산형 전원의 단독운전은 전력 계통망의 사고 또는 계통 전원의 사고 등으로 전력 계통망에 계통 전원이 분리된 조건에서 분산형 전원이 계속 전력을 공급하는 경우를 의미한다. 분산형 전원이 단독운전 조건에서 동작하는 경우, 선로 보수 작업 시 감전 사고의 위험이 있을 수 있고, 전압 또는 주파수가 허용 범위를 넘어 전기설비에 오동작 및 수명저하 등 좋지 않은 영향을 미칠 우려가 있고, 단독운전이 지속되면 연계 선로의 복구조작이 지연되어 전력 계통의 불안정 상태가 지속될 수 있으며, 기존의 전력 계통이 재투입되는 경우 비동기 투입될 수 있어 분산형 전원측에 피해가 발생될 수 있다.
또한, 분리되었던 전력 계통의 전원이 다시 계통과 연결되는 과정에서 분산형 전원은 반드시 전력 계통과 분리되어 있어야 한다. 따라서, 단독운전 상황이 발생했을 때, 분산형 전원이 지속적으로 계통에 전력을 공급해야 한다는 특별한 경우가 아니라면, 분산형 전원은 가능한 빨리 단독운전 조건을 판별하여 전원 공급을 중단할 필요가 있다. 이를 위해서 분산형 전원은 단독운전 검출 방법을 반드시 구비하고 있어야 한다.
종래의 분산형 전원의 단독운전 검출 방법의 경우, 단독운전 상황에서 계통 임피던스를 추정하여 단독운전을 판단하는 방법, 높은 주파수의 신호를 계통에 인가하여 계통 임피던스를 판단하는 방법, 유효전력 혹은 무효전력을 변화시켜 계통 전압의 크기 및 주파수 변화를 보고 단독운전 조건을 판단하는 방법 등이 있다. 종래의 방법들 중 유효전력 혹은 무효전력을 인가하는 방법은 기본적으로 계통의 전력 품질을 저하시키게 된다. 또한, 계통 전원의 주파수가 공칭주파수는 아니지만 허용 범위에 들어와 있는 경우에도 지속적으로 무효 전력을 인가하게 되므로, 불필요한 손실이 발생하게 된다.
특히, 무효전력 혹은 유효전력을 인가해서 계통 전압의 주파수 혹은 계통 전압의 크기를 변경시키는 방법은 인가되는 전력의 크기에 따라 단독운전을 판단할 수 없는 비 감지 영역(Non-Detection Zone; NDZ)이 존재할 수 있다. 비 감지 영역을 줄이기 위해서는 인가하는 무효전력 혹은 유효전력의 크기를 증가시켜야 하는데, 이는 계통의 전력 품질을 더욱 저하시키고 인버터의 제어 시스템을 주파수의 변화에 불안정하게 만들 수 있다. 반대로 인가되는 무효전력 혹은 유효전력의 크기를 감소시키면, 비 감지 영역이 증가할 수 있다.
따라서, 계통 품질의 저하를 최소화하면서 비감지 영역을 줄일 수 있는 분산형 전원의 단독운전을 검출하는 방법에 대한 요구가 증대되고 있다.
전술한 배경에서 본 개시는 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 위상을 변경한 전향보상 전압을 생성하고, 생성된 전향보상 전압을 이용하여 인버터의 출력 전압을 결정할 수 있는 단독운전 검출 장치 및 방법을 제안하고자 한다.
전술한 과제를 해결하기 위해서 안출된 본 개시는 분산형 전원이 전력 계통에서 분리된 단독운전 상태를 검출하는 단독운전 검출 장치에 있어서, 분산형 전원으로부터의 전력을 전력 계통에 연계하여 부하로 공급하는 인버터에서 출력된 출력 전압 및 전력 계통에서 출력된 계통 전압에서 주파수 및 위상을 검출하는 검출부, 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 단독운전 상태를 판단하는 판단부, 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 계통 전압의 위상 변경 값을 산출하고, 산출된 위상 변경값에 따라 전향보상 전압을 생성하는 전향보상 전압 생성부 및 인버터에 대한 전류 제어기의 출력 전압과 전향보상 전압에 기초하여 인버터의 출력 전압을 결정하고, 단독운전 상태로 판단된 경우 분산형 전원과 전력 계통을 차단하는 제어부를 포함하는 단독운전 검출 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 개시는 분산형 전원이 전력 계통에서 분리된 단독운전 상태를 검출하는 단독운전 검출 방법에 있어서, 분산형 전원으로부터의 전력을 전력 계통에 연계하여 부하로 공급하는 인버터에서 출력된 출력 전압 및 전력 계통에서 출력된 계통 전압에서 주파수 및 위상을 검출하는 단계, 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 계통 전압의 위상 변경 값을 산출하고, 산출된 위상 변경값에 따라 전향보상 전압을 생성하는 단계, 인버터에 대한 전류 제어기의 출력 전압과 전향보상 전압에 기초하여 인버터의 출력 전압을 결정하는 단계, 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 단독운전 상태를 판단하는 단계 및 단독운전 상태로 판단되면 분산형 전원과 전력 계통을 차단하는 단계를 포함하는 단독운전 검출 방법을 제공할 수 있다.
본 개시에 따르면, 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 위상을 변경한 전향보상 전압을 생성하고, 생성된 전향보상 전압을 이용하여 인버터의 출력 전압을 결정함으로써, 단독운전의 검출 시 발생할 수 있는 전력 품질의 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 개시에 따르면, 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 위상을 변경한 전향보상 전압을 생성하고, 생성된 전향보상 전압을 이용하여 인버터의 출력 전압을 결정함으로써, 단독운전을 보다 신속하게 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 개시에 따르면, 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 위상을 변경한 전향보상 전압을 생성하고, 생성된 전향보상 전압을 이용하여 인버터의 출력 전압을 결정함으로써, 무효 전력의 주입량이 전류 제어기에 의해서 제한되지 않으므로 단독운전의 검출이 어려운 부하 조건에서도 보다 용이하게 단독운전을 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 단독운전 검출 장치를 포함한 전력 시스템에 대한 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 단독운전 검출 장치의 블록도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 3상 계통 연계 시스템에서 단독운전 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 단상 계통 연계 시스템에서 단독운전 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 단독운전 검출 장치의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 단상 계통 연계 시스템에서 단독운전 검출 장치의 구현을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 단독운전 검출 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 개시에 있어서, "분산형 전원"은 예를 들면 태양전지, 연료전지, 축전지 등의 직류 전력을 출력하는 직류 전원, 교류 전력을 출력하는 교류 전원 또는 각종 발전기에 의해 발전된 교류 전력을 직류 전력으로 변환해 출력하는 장치 등을 의미한다. 또한, "전력 계통"은 각종 발전소에서 전력 변환 장치까지를 연결하는 배선 계통을 의미한다. 또한, "단독운전"은 전력 계통망의 사고 또는 계통 전원의 사고 등으로 전력 계통망에 계통 전원이 분리된 조건에서 분산형 전원이 계속 전력을 공급하는 경우를 의미한다.
이하에서는, 관련 도면을 참조하여 본 개시의 실시예들에 따른 단독운전 검출 장치 및 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 단독운전 검출 장치를 포함한 전력 시스템에 대한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 분산형 전원과 관련된 전력 시스템은 분산형 전원(20), 전류 제어기(21), 인버터(22), 전력 계통(30), 부하(40) 및 단독운전 검출 장치(100)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들은 분산형 전원과 관련된 전력 시스템을 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 개시에서 설명되는 분산형 전원과 관련된 전력 시스템은 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
분산형 전원(20)은 전력 계통(30)과 연계하여 부하(40)에 전력을 공급할 수 있다. 분산형 전원(20)에서 출력되는 전력을 부하로 공급하기 위하여 전류 제어기(21)는 전류 제어 신호를 생성하여 인버터(22)로 전송할 수 있다. 이를 위하여, 전류 제어기(21)는 분산형 전원의 정격 출력에 따라 전류 지령을 생성하여 전력을 제어하는 전력 제어부로부터 전류 지령을 수신할 수 있다. 전류 제어기(21)는 피드백된 인버터 출력 전류가 수신된 전류 지령과 같아지도록 제어하고, 인버터 출력 교류 전압 지령(PWM 전압)을 생성할 수 있다. 이 경우, 전력을 전달하기 위한 전류 지령을 결정하는데 있어서 계통 전압 정보가 이용되며, 이에 따라 계통 전압 정보를 획득하는 전압 검출기가 더 포함될 수 있다. 인버터(22)는 전류 제어 신호에 따라 부하로 전력을 전달하기 위해서 계통 전류를 제어할 수 있다.
단독운전 검출 장치(100)는 분산형 전원(20)으로부터 전력을 공급받는 인버터(22)의 단독운전 여부를 검출할 수 있다. 종래의 단독운전 검출방법은 대략적으로 아래와 같이 구분될 수 있다. 일 예로, 단독운전 상황이 발생하게 되면 계통 임피던스가 급격히 변하는 특성을 이용하여, 측정된 계통 임피던스에 따라 단독운전 여부가 판단될 수 있다. 계통 임피던스를 추정하기 위해서, 유효 전력 혹은 무효 전력에 변화를 가하고, 이에 대한 반응으로 계통 임피던스가 산출될 수 있다. 이 경우, 다양한 형태의 전력 변화를 인가할 수 있으며, 역상분 전류의 인가도 적용될 수 있다. 그러나 이러한 방법은 계통 전원이 계통에 연계되어 있는 정상상태의 임피던스를 우선 판단해야 하며, 단독운전 조건에서의 임피던스 변화량을 판단하는 사전 정보가 필요하게 된다. 또한, 계통 임피던스를 추정하기 위해 인가하는 유효 전력의 변화량 혹은 무효 전력의 변화량은 계통의 전력 품질 저하를 야기하게 된다.
다른 일 예로, 높은 주파수의 신호를 계통에 인가하여 계통 임피던스를 측정하고 이에 따라 단독운전 여부가 판단될 수 있다. 이에 따르면 계통 주파수보다 높은 주파수를 인가하기 때문에 계통의 기본파 주파수의 전력 맥동은 존재하지 않는다. 그러나 계통에 흐르는 전류에 고조파 성분이 늘어나기 때문에 전력 품질이 저하될 수 있다. 뿐만 아니라, 계통의 정상상태 임피던스와 단독운전 조건에서의 임피던스를 구분하는 기준이 사전에 정의되어야 할 필요가 있다.
다른 일 예로, 유효전력 또는 무효전력의 변화에 따른 계통 전압의 크기 및 주파수 변화에 기초하여 단독운전 여부가 판단될 수 있다. 계통에 전원이 연결되어 있는 정상상태에서는, 분산형 전원에서 유효전력 혹은 무효전력을 가변하여도 계통 전압의 주파수 및 크기의 변화는 거의 발생하지 않는다. 그러나 단독운전 조건에서는, 유효전력 혹은 무효전력이 부하로 흡수되기 때문에, 분산발전에서 가변시킨 유효전력 혹은 무효전력은 계통 전압의 크기와 주파수에 직접적인 영향을 미친다. 따라서, 적절한 유효전력 혹은 무효전력을 계통 전압의 주파수 혹은 크기를 기준으로 정궤환(positive feedback)시키면, 계통 전압의 크기 및 주파수가 계통 전압 허용 범위를 벗어나게 되어, 단독운전 여부가 판단될 수 있게 된다.
그러나, 유효전력 또는 무효전력을 인가하는 경우, 계통의 전력 품질을 저하시키게 된다. 또한, 계통 전원의 주파수가 정확히 공칭주파수(nominal frequency)는 아니지만 계통 전압의 허용 범위 내인 경우에도 지속적으로 무효 전력을 인가하게 되므로, 불필요한 손실이 발생하게 된다.
또한, 유효전력 또는 무효전력을 인가하여 계통 전압의 주파수 혹은 계통 전압의 크기를 변경시키는 방법은 인가되는 전력의 크기에 따라 단독운전 여부를 판단할 수 없는 비 감지 영역(Non-Detection Zone; NDZ)이 존재하게 된다. 비 감지 영역을 줄이기 위해서는 인가하는 무효전력 또는 유효전력의 크기를 증가시켜야 하는데, 이는 계통의 전력 품질을 더욱 저하시키고 인버터의 제어 시스템을 주파수의 변화에 불안정하게 만들게 된다. 반대로, 계통의 전력 품질 저하를 최소화 하고 제어의 안정성을 높이기 위해서 인가되는 무효전력 또는 유효전력의 크기를 감소시키면, 비 감지 영역이 증가하게 된다.
본 개시에 따른 일 실시예에 따르면, 전류 제어 성능을 향상하기 위해 이용되는 전향보상 전압을 이용하여 단독운전 여부가 판단될 수 있다. 즉, 계통 연계형 인버터는 계통으로 전력을 전달하기 위하여 계통 전류를 제어하며, 전력을 전달하기 위한 전류 지령을 결정하는데 있어서 계통 전압 정보를 이용한다. 계통 연계형 인버터는 계통 전압 정보를 이용하여 계통 전원의 위상각을 판단하고, 측정된 전압을 전향 보상하여 전류 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
일 예에 따라, 단독운전 검출 장치(100)는 전향보상하는 전압의 위상을 계통 전압의 주파수에 따라 가변하여 단독운전 상태를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 단독운전 검출 장치(100)는 인버터가 전류를 제어하기 위해 사용하는 전향보상 전압의 위상을 계통 전압의 주파수에 따라 수정하고, 정궤환(positive feedback)하여 인버터의 출력 전압을 결정하는데 반영할 수 있다.
전향보상 전압의 위상의 수정은 측정된 계통 전압의 주파수가 공칭 주파수보다 커지면 계통 전압보다 진상 위상을 가진 전압으로 전향 보상하고, 측정된 주파수가 공칭 주파수보다 낮을 때는 계통 전압보다 지상 위상을 가진 전압으로 전향 보상하도록 수행된다. 즉, 전향보상 전압의 위상을 주파수에 대해서 변경하여 단독운전 조건에서 계통 전압의 주파수가 허용 범위 밖으로 벗어나게 함으로써, 단독운전 여부가 판단될 수 있다.
이에 따르면, 무효전력 또는 유효전력의 크기가 제한되지 않기 때문에 비 감지 영역을 제거할 수 있다. 또한, 계통에 전원이 연결된 정상운전 상태에서, 계통 전압의 주파수가 공칭 주파수와 정확히 같지는 않지만 허용 범위에 있는 경우, 인가되는 전향보상 전압의 위상이 급격히 변하지 않으므로, 전류 제어기에 의해서 그 맥동이 제어되며, 전류 제어기에 의한 추가적인 무효전력 또는 유효전력이 발생되지 않는다. 따라서, 정상운전 상태에서 전력 품질이 저하되지 않고, 불필요한 무효전력을 발생시키지 않기 때문에 단독운전 검출을 위해 별도의 손실이 발생하지 않게 된다.
일 예에 따라, 분산형 전원과 관련된 전력 시스템은 분산형 전원과 전력 계통 사이에 차단부(150)를 더 포함할 수 있다. 일 예에 따라, 차단부는 전자 개폐기로서 릴레이 등으로 구현될 수 있다. 분산형 전원이 단독운전 상태인 것으로 판단되면, 단독운전 검출 장치(100)는 분산형 전원과 전력 계통을 차단하도록 하는 제어 신호를 차단부(150)로 전송할 수 있다. 또는, 분산형 전원이 단독운전 상태인 것으로 판단되면, 단독운전 검출 장치(100)는 인버터의 출력 전압을 결정하는 교류 전압 지령의 전송을 중단할 수 있다. 이에 따라, 단독운전 상태의 검출 시, 분산형 전원을 전력 계통에서 분리할 수 있다.
도 1에서는 전류 제어기, 단독운전 검출 장치 및 인버터를 서로 구분하여 도시하였으나, 이는 일 예로서, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 일 예에 따라, 전류 제어기, 단독운전 검출 장치 및 인버터는 하나의 장치에 포함되도록 구현될 수 있다.
이에 따르면, 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 위상을 변경한 전향보상 전압을 생성하고, 생성된 전향보상 전압을 이용하여 인버터의 출력 전압을 결정함으로써, 단독운전의 검출 시 발생할 수 있는 전력 품질의 저하를 최소화할 수 있다. 또한, 단독운전을 보다 신속하게 검출할 수 있으며, 단독운전의 검출이 어려운 부하 조건에서도 보다 용이하게 단독운전을 검출할 수 있다.
이하에서는, 관련 도면을 참조하여, 본 개시의 일 실시예에 따른 단독운전 검출 장치(100) 및 단독운전 검출 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 단독운전 검출 장치의 블록도이다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 3상 계통 연계 시스템에서 단독운전 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 단상 계통 연계 시스템에서 단독운전 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 5 및 도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 단독운전 검출 장치의 성능을 설명하기 위한 도면이다. 도 7 및 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 단상 계통 연계 시스템에서 단독운전 검출 장치의 구현을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 단독운전 검출 장치(100)는 분산형 전원으로부터의 전력을 전력 계통에 연계하여 부하로 공급하는 인버터에서 출력된 출력 전압 및 전력 계통에서 출력된 계통 전압에서 주파수 및 위상을 검출하는 검출부(110), 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 계통 전압의 위상 변경 값을 산출하고, 산출된 위상 변경값에 따라 전향보상 전압을 생성하는 전향보상 전압 생성부(120), 인버터에 대한 전류 제어기의 출력 전압과 전향보상 전압에 기초하여 인버터의 출력 전압을 결정하고, 단독운전 상태로 판단되면 분산형 전원과 전력 계통을 차단하는 제어부(130) 및 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 단독운전 상태를 판단하는 판단부(140)를 포함할 수 있다.
검출부(110)는 인버터에서 출력된 출력 전압 및 전력 계통에서 출력된 계통 전압에서 주파수 및 위상을 검출할 수 있다. 검출부(110)는 검출된 주파수 및 위상 정보를 전향보상 전압 생성부(120) 및 판단부(140)로 전송할 수 있다. 또한, 도 2에는 도시되지 않았으나, 검출부(110)는 검출된 주파수 및 위상 정보를 전향보상 등을 위하여 전류 제어기로도 전송할 수 있다.
전향보상 전압 생성부(120)는 검출부(110)로부터 검출된 주파수 정보를 수신할 수 있다. 전향보상 전압 생성부(120)는 검출된 주파수 정보와 계통 전압의 공칭 주파수 사이의 주파수 편차를 산출할 수 있다. 전향보상 전압 생성부(120)는 수학식 1을 이용하여, 주파수 편차가 양의 값인 경우에는 양의 위상각을 산출하고, 음의 값인 경우에는 음의 위상각을 산출할 수 있다. 즉, 전향보상 전압 생성부(120)는 계통 전압에서 검출된 주파수가 정상상태의 주파수보다 높은 경우 진상 위상을 갖도록 계통 전압의 위상 변경 값을 산출하고, 계통 전압에서 검출된 주파수가 정상상태의 주파수보다 낮은 경우 지상 위상을 갖도록 계통 전압의 위상 변경 값을 산출할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, fo는 계통 전압의 공칭 주파수, fo,max는 계통 전압 주파수의 허용 최댓값, fo,min은 계통 전압 주파수의 허용 최솟값, f는 측정된 계통 전압 주파수, θm은 전향보상 전압의 위상 가변 최댓값을 의미하며, 전향보상 전압의 위상 가변 최댓값의 범위는 수학식 2와 같다. 다만, 이는 일 예로서, 수학식 2의 최대 범위는 한정되는 것이 아니며, 필요에 따라 다르게 설정될 수 있다.
Figure pat00002
전향보상 전압 생성부(120)는 산출된 위상각에 따라, 측정된 인버터 출력 전압의 위상을 이동시켜 전향보상 전압을 생성할 수 있다. 전향보상 전압 생성부(120)는 위상을 수정하여 생성한 전향보상 전압을 제어부(130)로 출력할 수 있다.
제어부(130)는 인버터에 대한 전류 제어기의 출력 전압과 전향보상 전압에 기초하여 인버터의 출력 전압을 결정할 수 있다. 제어부(130)는 전류 제어기로부터 수신된 인버터 출력 교류 전압 지령과 전향보상 전압 생성부(120)으로부터 수신된 전향보상 전압을 더하여 인버터 출력 교류 전압 지령을 생성할 수 있다. 위상이 변경된 전향보상 전압이 반영되어, 주파수 편차가 양인 경우 위상이 앞선 교류 전압이 출력되어 무효 전력이 주입될 수 있다. 또한, 주파수 편차가 음인 경우 위상이 뒤진 교류 전압이 출력되어 무효 전력이 주입될 수 있다. 무효 전력의 주입에 따라, 계통 전압의 주파수는 공칭 주파수보다 낮았던 경우에는 더 낮게, 공칭 주파수보다 높았던 경우에는 더 높게 변경될 수 있다.
판단부(140)는 계통 전압에서 검출된 주파수가 소정의 허용 범위를 벗어나는 경우 단독운전 상태로 판단할 수 있다. 전술한 것과 같이, 분산형 전원이 단독운전 상태라면, 위상이 변경된 전향보상 전압을 반영하여 인버터의 출력 전압이 조정되는 경우 계통 전압의 주파수는 불안정하게 되어 소정의 허용 범위를 넘게 된다. 여기서, 소정의 허용 범위는 공칭 주파수를 기준으로 일정 범위 안에서는 정상 상태로 인정되는 주파수의 범위를 의미한다. 일 예에 따라, 소정의 허용 범위는 공칭 주파수가 60Hz인 경우, 59.3Hz에서 60.5Hz까지로 설정될 수 있다. 다만, 이는 일 예로서, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다르게 설정될 수 있다.
판단부(140)는 검출된 주파수가 소정의 허용 범위를 넘는 경우, 분산형 전원이 단독운전 상태인 것으로 판단하고, 이에 대한 정보를 제어부(130)로 전송할 수 있다. 이 경우, 일 예에 따라, 분산형 전원과 전력 계통 사이에 차단부(150)가 구비된 경우, 제어부(130)는 분산형 전원과 전력 계통을 차단하도록 하는 제어 신호를 차단부(150)로 전송할 수 있다. 다른 일 예에 따라, 제어부(130)는 인버터의 출력 전압을 결정하는 교류 전압 지령의 전송을 중단하도록 설정될 수 있다. 이에 따라, 인버터는 정지되거나 전력 계통과 차단될 수 있다.
이에 따르면, 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 위상을 변경한 전향보상 전압을 생성하고, 생성된 전향보상 전압을 이용하여 인버터의 출력 전압을 결정함으로써, 단독운전의 검출 시 발생할 수 있는 전력 품질의 저하를 최소화할 수 있다. 또한, 단독운전을 보다 신속하게 검출할 수 있으며, 단독운전의 검출이 어려운 부하 조건에서도 보다 용이하게 단독운전을 검출할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 3상 계통 연계 시스템에서 단독운전 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 계통 연계 인버터 혹은 인버터에서 계통으로 전력을 전달하기 위해서, 전류를 제어하기 위한 일반적인 구조가 도시되어 있다.
전력 제어부(PQ calculation)는 분산형 전원(20)의 정격 출력에 따라 전류 지령을 생성하여 전력을 제어할 수 있다. 도 3에서는 편의상, 전력 제어부를 도면 부호 20으로 표시하였다. 전류 제어기(Current Controller, 21)는 전력 제어부(20)로부터 전류 지령을 수신할 수 있다. 전류 제어기(21)는 피드백된 인버터 출력 전류가 수신된 전류 지령과 같아지도록 제어하고, 인버터 출력 교류 전압 지령(PWM 전압)을 생성할 수 있다.
일 예에 따라, 단독운전 검출 장치(100)의 검출부(110)는 위상고정루프(Phase Locked Loop; PLL)로 구현될 수 있다. 인버터(22)에서 출력된 전압의 주파수 및 위상은 단독운전 검출 장치(100)의 위상고정루프를 통하여 검출될 수 있다.
또한, 단독운전 검출 장치(100)의 전향보상 전압 생성부(120)는 위상 생성기(θv Generator)와 위상 시프트기(Phase Shifter)로 구현될 수 있다. 위상 생성기는 검출된 주파수와 공칭 주파수 간의 주파수 편차에 기초하여 수정할 위상 값을 산출할 수 있다. 위상 시프트기는 산출된 위상 값을 이용하여, 위상이 변경된 전향보상 전압을 생성할 수 있다.
단독운전 검출 장치(100)의 제어부(130)는 전류 제어기(21)로부터의 전압 지령과 위상 시프트기로부터의 전향보상 전압을 더하여 인버터 출력 교류 전압 지령을 생성할 수 있다. 인버터(22)는 인버터 출력 교류 전압 지령에 따른 전압을 출력할 수 있다. 전력 계통(30)이 분리되지 않은 정상운전 상태인 경우, 위상이 변경된 전향보상 전압의 반영에 따라 공급되는 무효 전력이 전력 계통(30)에서 흡수되므로, 계통 전압의 주파수는 허용 범위 내에서 유지될 수 있다. 이와 달리, 전력 계통(30)이 분리된 단독운전 상태인 경우, 위상이 변경된 전향보상 전압의 반영에 따라 공급되는 무효 전력이 부하(40)에서 흡수되므로, 계통 전압의 주파수는 불안정해져서 허용 범위 밖의 값이 나타날 수 있다. 이에 따라, 전술한 것과 같이, 분산형 전원이 차단될 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 단상 계통 연계 시스템에서 단독운전 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 단상 계통 연계 시스템에서 전향보상 전압의 위상 변경을 통한 단독운전 검출 방법의 일반적인 구조가 도시되어 있다. 도 3에서 전술한 3상 계통 연계 시스템과 동일하게, 단상 계통의 경우에도, 측정된 계통 전압을 사용하여 계통 전압의 주파수를 측정하고, 측정된 주파수를 기준으로 전향보상 전압의 위상을 변경시켜 전류 제어기의 출력 전압과 전향보상 전압을 합하여 인버터의 출력 전압을 결정할 수 있다. 이 경우, 3상 계통 연계 시스템에 대하여 전술한 내용은, 기술적 사상에 모순되지 않는 한, 단상 계통 연계 시스템에도 실질적으로 동일하게 적용되므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
전술한 본 개시에 따르면, 단독운전 검출을 위해 발생할 수 있는 전력 품질 저하를 최소화 시키면서, 단독운전 검출이 불가능한 영역인 비 감지 영역(NDZ)이 발생하지 않을 수 있다. 따라서, 비교적 단독운전 검출이 어려운 Quality Factor가 매우 큰 부하 조건에서도 단독운전 검출이 가능할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 단독운전 검출 장치의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 단독운전 검출이 어려운 Quality Factor가 10인 조건에서 단독운전을 검출하는 실험에 따른 그래프가 도시되어 있다. Quality Factor가 10인 조건은 기존의 무효 전력 혹은 유효 전력을 주입하는 단독운전 검출 방법으로는 매우 검출하기 어려운 조건이며, 이를 검출하기 위해서는 무효 전력 혹은 유효 전력을 상당히 많이 인가해야 하므로, 정상상태에서 계통 전력의 품질이 매우 저하되고 검출 시간이 매우 길어질 수 있다. 그러나 본 개시에 따르면 정상동작 상태에서 전력 품질의 저하가 전혀 발생하지 않으며, 단독운전 조건에서도 보다 신속하게 단독운전 검출이 가능할 수 있다.
도 5의 경우, 종래의 무효전력을 공급하는 위상 변화 단독운전 검출 방법인 Slip-Mode frequency Shift(SMS) Islanding Detection Method(IDM)를 이용한 경우이다. 또한, 도 6의 경우, 본 개시에 따른 단독운전 검출 방법을 적용한 경우이다.
이를 위하여, 실험 과정은 공지의 IEEE 1547의 단독 운전 검출 테스트 과정에 따라 진행하였다. RLC Bank의 공진 주파수는 계통 전압의 공칭 주파수에 맞추고, 인버터에서 RLC Bank의 정격 전력을 공급하도록 제어된다. 이렇게 되면, RLC Bank에서 소모하는 전력을 모두 인버터에서 공급하기 때문에 계통에서 RLC Bank로 흐르는 전류는 매우 작게 된다. 이때, RLC Bank와 계통 전원과 연결되는 Disconnector를 개방하면 단독운전 조건이 모의된다. 이러한 조건에서 인버터가 단독운전 검출 여부를 판단하게 된다.
도 5를 참조하면, 종래의 SMS IDM을 적용하여 단독운전 검출 실험을 수행한 결과 그래프가 도시되어 있다. 도 5의 상단은 인버터에서 추정한 계통 주파수가 도시되어 있고, 하단은 출력 상전류가 도시되어 있다. 도시된 것과 같이, 계통 전원은 약 300ms에 차단되며, SMS IDM은 주파수에 따라 무효전류를 인가하게 된다. 계통 전원이 차단된 시점부터 무효 전류가 인가됨에 따라 계통 주파수가 증가하게 된다. 계통 차단 후 약 300ms 이후 계통 주파수는 허용 범위인 60.5Hz를 초과하게 되며, 이 시점에 단독운전으로 판단된다. 이에 따라, 분산형 전원이 차단되므로 인버터에서의 출력 상전류는 0으로 나타나게 된다.
이에 비하여, 도 6을 참조하면, 본 개시에 따른 전향보상 전압의 위상 변화를 이용한 단독운전 검출 기법의 단독운전 검출 실험을 수행한 결과 그래프가 도시되어 있다. 도시된 것과 같이, 계통 전원은 약 410ms에 차단되며, 계통이 분리된 시점에 추정된 계통 주파수가 변화되면, 전향보상 전압의 위상이 앞서도록 변경되게 된다. 전향보상 전압의 위상 변화로 인하여 무효 전류가 증가하게 되고, 이로 인해 계통 주파수가 증가한다. 증가된 계통 주파수로 전향보상 전압의 위상은 더 앞서게 되는 정궤환(positive feedback)이 발생하고, 이로 인해서 계통 주파수가 허용된 범위를 벗어나게 되어 단독운전을 검출하게 된다. 계통 차단 후 약 130ms 이후 계통 주파수는 허용 범위인 60.5Hz를 초과하게 되며, 이 시점에 단독운전으로 판단된다. 따라서 동일한 조건에서, 본 개시에 따른 방법이 SMS IDM보다 2배 이상 빠르게 단독운전을 검출할 수 있다는 것이 실험으로 증명되었다.
이상에서는 Quality Factor가 10인 경우에 대하여 설명하였으나, 이는 일 예로서, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 개시에 따른 단독운전 검출 방법은 Quality Factor가 1, 5 등과 같이 다른 경우에도, 전술한 것과 같이, 기존의 방법에 대하여 보다 빠르게 단독운전이 검출되었다.
도 7 및 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 단상 계통 연계 시스템에서 단독운전 검출 장치의 구현을 설명하기 위한 도면이다.
도 7에는 일 예에 따른, 단상 계통연계 시스템에서 정지 좌표계 전류 제어기를 사용하는 구조에 대한 구체적인 구현 예가 도시되어 있다. 이 경우, 단상 계통 전압의 주파수와 위상을 판단하기 위해서 PLL이 사용될 수 있다. 단상 시스템의 경우, 수직 성분의 전압을 생성하기 위하여 Second Order Generalized Integrator(SOGI)가 사용될 수 있다. 마찬가지로, 측정된 주파수에 대해서 전향보상 전압의 위상을 변경해야 하는 위상값을 생성하여 측정된 전압의 위상을 이동하여 전향보상하게 된다. 이후의 구체적인 동작은 전술한 내용과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 8에는 일 예에 따른, 동기 좌표계에서 계통 전류를 제어하는 동기 좌표계 전류 제어기를 사용한 구조에서 제안한 방법을 적용하는 예가 도시되어 있다. 이 경우, 계통 전압의 주파수를 측정하기 위해서 PLL을 사용하였고 수직 성분의 전압을 생성하기 위하여 SOGI를 사용하였고, 주파수에 따라 전향보상 전압의 위상 지연각을 설정하였다.
계통 연계형 인버터는 계통으로 전력을 전달하기 위해서 계통 전류를 제어하며, 전력을 전달하기 위한 전류 지령을 결정하는데 있어서 계통 전압 정보가 필수적이다. 계통 전압은 계통 전원의 위상각을 판단하고, 측정된 전압을 전향 보상하여 전류 제어 성능을 향상시킬 수 있다. 반면, 전향보상하는 전압의 위상을 계통 전압의 주파수에 따라 가변함으로써, 단독운전을 검출할 수도 있다. 전향보상 전압의 가변하는 위상(θv)은 수학식 3과 같다.
Figure pat00003
이때, θm은 가변하는 위상값인 θv의 최댓값으로 설계된다. f는 측정된 계통 전압의 주파수이며, fg는 계통 전압의 공칭 주파수이다. 도 8은 동기 좌표계 상에서 PI 제어기를 사용한 단상 계통 연계형 컨버터의 전류 제어 블록도이다. 측정된 계통 전압을 입력으로 받은 PLL은 계통의 주파수와 위상을 추출한다. PLL의 입력 신호는 Dual Second Order Generalized Integrator(Dual-SOGI)를 통하여 계통 전압과 계통 전압보다 90도 앞서는 전압을 합성하여 사용된다. 유효 전류는 d축에 위치하고 무효 전류는 q축에 위치하도록 계통 위상각이 결정된다. 일반적으로 전류 제어를 위한 전향 보상 전압은 측정된 계통 전압을 그대로 사용하지만, 본 개시에 따른 전향보상 전압의 위상을 사용하는 단독운전 검출 방법은 계통 주파수에 따라 계통 전압의 위상을 가변하여 전향 보상하도록 구현된다.
PLL을 통해 얻어진 계통 전압의 위상 θ에 θv를 더한 새로운 위상 θff로 전향보상 전압이 합성될 수 있다. 전향보상 전압은 아래의 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 산출될 수 있다.
Figure pat00004
Figure pat00005
본 개시에 따르면 측정된 계통 전압의 주파수가 공칭 주파수보다 커지면 계통 전압보다 진상 위상을 가진 전압으로 전향 보상하고, 측정된 주파수가 공칭 주파수보다 낮을 때는 계통 전압보다 지상 위상을 가진 전압으로 전향 보상하게 된다. 계통이 정상 상태일 때 주파수가 허용 범위 안에서 움직이면 θff가 생기게 되어 위상이 달라진 전압을 전향보상하게 되지만 전류 제어기를 통해 틀어진 위상을 제어할 수 있다. 따라서 본 개시에 따르면, 계통 주파수가 허용 범위 안에서 공칭 주파수에 벗어나 있는 상황에서도 무효 전력을 만들어 내지 않는다. 이러한 점에서 기존의 SMS 기법과 비교했을 때 계통 정상 상태에서 좋은 성능을 보일 수 있다.
이에 따르면, 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 위상을 변경한 전향보상 전압을 생성하고, 생성된 전향보상 전압을 이용하여 인버터의 출력 전압을 결정함으로써, 단독운전의 검출 시 발생할 수 있는 전력 품질의 저하를 최소화할 수 있다. 또한, 단독운전을 보다 신속하게 검출할 수 있으며, 단독운전의 검출이 어려운 부하 조건에서도 보다 용이하게 단독운전을 검출할 수 있다.
본 개시에 따른 단독운전 검출 방법은, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 단독운전 검출 장치(100)에서 구현될 수 있다. 이하 필요한 도면들을 참조하여, 본 개시에 따른 단독운전 검출 방법과, 이를 구현하기 위한 단독운전 검출 장치(100)의 동작을 상세히 설명하기로 한다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 단독운전 검출 방법에 대한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 단독운전 검출 장치는 분산형 전원으로부터의 전력을 전력 계통에 연계하여 부하로 공급하는 인버터에서 출력된 출력 전압 및 전력 계통에서 출력된 계통 전압에서 주파수 및 위상을 검출할 수 있다[S110].
다시, 도 9를 참조하면, 단독운전 검출 장치는 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 계통 전압의 위상 변경 값을 산출하고, 산출된 위상 변경값에 따라 전향보상 전압을 생성할 수 있다[S120].
단독운전 검출 장치는 검출된 주파수 정보와 계통 전압의 공칭 주파수 사이의 주파수 편차를 산출할 수 있다. 단독운전 검출 장치는 주파수 편차가 양의 값인 경우에는 양의 위상각을 산출하고, 음의 값인 경우에는 음의 위상각을 산출할 수 있다. 즉, 단독운전 검출 장치는 계통 전압에서 검출된 주파수가 정상상태의 주파수보다 높은 경우 진상 위상을 갖도록 계통 전압의 위상 변경 값을 산출하고, 계통 전압에서 검출된 주파수가 정상상태의 주파수보다 낮은 경우 지상 위상을 갖도록 계통 전압의 위상 변경 값을 산출할 수 있다.
단독운전 검출 장치는 산출된 위상각에 따라, 측정된 인버터 출력 전압의 위상을 이동시켜 전향보상 전압을 생성할 수 있다.
다시, 도 9를 참조하면, 단독운전 검출 장치는 인버터에 대한 전류 제어기의 출력 전압과 전향보상 전압에 기초하여 인버터의 출력 전압을 결정할 수 있다[S130].
단독운전 검출 장치는 인버터에 대한 전류 제어기의 출력 전압과 전향보상 전압에 기초하여 인버터의 출력 전압을 결정할 수 있다. 단독운전 검출 장치는 전류 제어기로부터 수신된 인버터 출력 교류 전압 지령과 전향보상 전압을 더하여 인버터 출력 교류 전압 지령을 생성할 수 있다. 위상이 변경된 전향보상 전압이 반영되어, 주파수 편차가 양인 경우 위상이 앞선 교류 전압이 출력되어 무효 전력이 주입될 수 있다. 또한, 주파수 편차가 음인 경우 위상이 뒤진 교류 전압이 출력되어 무효 전력이 주입될 수 있다. 무효 전력의 주입에 따라, 계통 전압의 주파수는 공칭 주파수보다 낮았던 경우에는 더 낮게, 공칭 주파수보다 높았던 경우에는 더 높게 변경될 수 있다.
다시, 도 9를 참조하면, 단독운전 검출 장치는 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 단독운전 상태를 판단할 수 있다[S140].
단독운전 검출 장치는 계통 전압에서 검출된 주파수가 소정의 허용 범위를 벗어나는 경우 단독운전 상태로 판단할 수 있다. 전술한 것과 같이, 분산형 전원이 단독운전 상태라면, 위상이 변경된 전향보상 전압을 반영하여 인버터의 출력 전압이 조정되는 경우 계통 전압의 주파수는 불안정하게 되어 소정의 허용 범위를 넘게 된다. 여기서, 소정의 허용 범위는 공칭 주파수를 기준으로 일정 범위 안에서는 정상 상태로 인정되는 주파수의 범위를 의미한다.
계통 전압의 주파수는 불안정하게 되어 소정의 허용 범위를 넘지 않아 분산형 전원이 단독운전 상태가 아닌 것으로 판단된 경우(S140, No), 단독운전 검출 장치는 단계 S110부터 전술한 과정을 다시 수행할 수 있다.
다시, 도 9를 참조하면, 단독운전 검출 장치는 단독운전 상태로 판단되면 분산형 전원과 전력 계통을 차단할 수 있다[S150].
분산형 전원이 단독운전 상태인 것으로 판단된 경우(S140, Yes), 단독운전 검출 장치는 단독운전 상태로 판단되면 분산형 전원과 전력 계통을 차단할 수 있다. 일 예에 따라, 분산형 전원과 전력 계통 사이에 차단부가 구비된 경우, 단독운전 검출 장치는 분산형 전원과 전력 계통을 차단하도록 하는 제어 신호를 차단부로 전송할 수 있다. 다른 일 예에 따라, 단독운전 검출 장치는 인버터의 출력 전압을 결정하는 교류 전압 지령의 전송을 중단하도록 설정될 수 있다. 이에 따라, 인버터는 정지되거나 전력 계통과 차단될 수 있다.
이에 따르면, 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 위상을 변경한 전향보상 전압을 생성하고, 생성된 전향보상 전압을 이용하여 인버터의 출력 전압을 결정함으로써, 단독운전의 검출 시 발생할 수 있는 전력 품질의 저하를 최소화할 수 있다. 또한, 단독운전을 보다 신속하게 검출할 수 있으며, 단독운전의 검출이 어려운 부하 조건에서도 보다 용이하게 단독운전을 검출할 수 있다.
이상에서, 본 개시의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 개시는 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 개시의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 개시의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 개시의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 개시에 개시된 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
20: 분산형 전원 30: 전력 계통
100: 단독운전 검출 장치

Claims (10)

  1. 분산형 전원이 전력 계통에서 분리된 단독운전 상태를 검출하는 단독운전 검출 장치에 있어서,
    분산형 전원으로부터의 전력을 전력 계통에 연계하여 부하로 공급하는 인버터에서 출력된 출력 전압 및 전력 계통에서 출력된 계통 전압에서 주파수 및 위상을 검출하는 검출부;
    상기 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 단독운전 상태를 판단하는 판단부;
    상기 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 상기 계통 전압의 위상 변경 값을 산출하고, 산출된 위상 변경값에 따라 전향보상 전압을 생성하는 전향보상 전압 생성부; 및
    상기 인버터에 대한 전류 제어기의 출력 전압과 상기 전향보상 전압에 기초하여 상기 인버터의 출력 전압을 결정하고, 단독운전 상태로 판단된 경우 상기 분산형 전원과 상기 전력 계통을 차단하는 제어부;
    를 포함하는 단독운전 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 계통 전압에서 검출된 주파수가 소정의 허용 범위를 벗어나는 경우 단독운전 상태로 판단하는 단독운전 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전향보상 전압 생성부는,
    상기 계통 전압에서 검출된 주파수가 정상상태의 주파수보다 높은 경우 진상 위상을 갖도록 상기 계통 전압의 위상 변경 값을 산출하고, 상기 계통 전압에서 검출된 주파수가 정상상태의 주파수보다 낮은 경우 지상 위상을 갖도록 상기 계통 전압의 위상 변경 값을 산출하는 단독운전 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분산형 전원과 상기 전력 계통 사이에 구비된 차단부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 판단부에서 단독운전 상태로 판단되면 상기 분산형 전원과 상기 전력 계통을 차단하도록 하는 제어 신호를 상기 차단부로 전송하는 단독운전 검출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 판단부에서 단독운전 상태로 판단되면 상기 인버터의 출력 전압을 결정하는 교류 전압 지령의 전송을 중단하는 단독운전 검출 장치.
  6. 분산형 전원이 전력 계통에서 분리된 단독운전 상태를 검출하는 단독운전 검출 방법에 있어서,
    분산형 전원으로부터의 전력을 전력 계통에 연계하여 부하로 공급하는 인버터에서 출력된 출력 전압 및 전력 계통에서 출력된 계통 전압에서 주파수 및 위상을 검출하는 단계;
    상기 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 상기 계통 전압의 위상 변경 값을 산출하고, 산출된 위상 변경값에 따라 전향보상 전압을 생성하는 단계;
    상기 인버터에 대한 전류 제어기의 출력 전압과 상기 전향보상 전압에 기초하여 상기 인버터의 출력 전압을 결정하는 단계;
    상기 계통 전압에서 검출된 주파수에 기초하여 단독운전 상태를 판단하는 단계; 및
    단독운전 상태로 판단되면 상기 분산형 전원과 상기 전력 계통을 차단하는 단계를 포함하는 단독운전 검출 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단독운전 상태를 판단하는 단계는,
    상기 계통 전압에서 검출된 주파수가 소정의 허용 범위를 벗어나는 경우 단독운전 상태로 판단하는 단독운전 검출 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전향보상 전압을 생성하는 단계는,
    상기 계통 전압에서 검출된 주파수가 정상상태의 주파수보다 높은 경우 진상 위상을 갖도록 상기 계통 전압의 위상 변경 값을 산출하고, 상기 계통 전압에서 검출된 주파수가 정상상태의 주파수보다 낮은 경우 지상 위상을 갖도록 상기 계통 전압의 위상 변경 값을 산출하는 단독운전 검출 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 전력 계통을 차단하는 단계는,
    단독운전 상태로 판단되면 상기 분산형 전원과 상기 전력 계통을 차단하도록 하는 제어 신호를 차단부로 전송하는 단독운전 검출 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 전력 계통을 차단하는 단계는,
    단독운전 상태로 판단되면 상기 인버터의 출력 전압을 결정하는 교류 전압 지령의 전송을 중단하는 단독운전 검출 방법.
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