KR20200037372A - 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템 및 제어 방법을 공개하는 바, 공공의 교류 전압 제어기와 각 컨버터 독립의 전류 제어기가 포함되고, 교류 전압 제어기에는 유효 전류, 무효 전류와 시스템 전압 위상 참조값을 생성하고 또한 통신을 통하여 각 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 전류 제어기로 전송하여 컨버터 제어 신호로 하며, 각 컨버터의 출력 유효 및 무효 전류는 상응한 전류 참조값을 따르고, 병렬 연결 컨버터 시스템이 공동으로 교류 버스 전압의 진폭과 주파수를 제어하는 제어 목표를 구현한다. 해당 방법과 시스템은 신뢰성이 높고, 다수의 컨버터의 동기화를 효과적으로 확보할 수 있다.

Description

병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템 및 제어 방법
본 발명은 전력 시스템 연성 직류 전송 기술 분야에 관한 것으로서, 특히 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
연성 직류 전송 기술은 더욱 효과적으로 넓은 범위의 신 에너지 그리드 연결을 구현할 수 있고, 신 에너지의 고효율 수집, 유연한 전송 및 분산 소모를 확보할 수 있다. 고전압 대용량 연성 직류 시스템을 통하여 신 에너지를 수집할 때, 신뢰성을 향상시키는 각도로부터, 일반적으로 다수의 컨버터가 병렬 연결되고, 하나의 컨버터에 고장이 발생한 후 기타 컨버터가 일부 전력을 전환 부담하도록 하여 전력 손실을 감소시킨다. 비교적 흔한 양극 토폴로지에 있어서, 전압 소스형 컨버터가 동일하거나 또는 연결된 교류 버스 상에 병렬 연결된다.
연성 직류 전력망이 신 에너지 아일랜딩 시스템에 접속될 때, 컨버터는 응당 아일랜딩 그리드를 위하여 안정적인 교류 전압을 제공하여야 하며, 이때 연성 직류 시스템의 총 전력은 신 에너지 아일랜딩 시스템이 결정한다. 다수의 컨버터가 신 에너지가 포함된 아일랜딩 시스템에 병렬 연결 접속될 때, 아일랜딩 그리드로 안정적인 교류 전압을 공급하는 것을 고려하는 외, 또한 다수의 컨버터 간의 협력 제어를 고려하여야 하는 바, 예를 들면 어떻게 정상 시 다수의 컨버터가 균형적인 전력을 전송할 것인지, 또는 설정된 비례에 따라 전력을 전송할 것인지 및 컨버터 과부하 시 컨버터의 최대 전력을 제한하는 등이다.
다수의 컨버터를 병렬 연결시켜 대용량 신 에너지를 아일랜딩 접속 방법을 통하여 송출하는 것을 구현하는 것은, 다중 컨버터 병렬 연결 아일랜딩 제어 방법과 시스템을 사용하여, 다수의 컨버터에 대한 협력 제어를 구현하여야 한다.
본 발명은 병렬 연결 컨버터 시스템의 아일랜딩 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 바, 해당 방법은 공공의 교류 전압 제어기를 사용하여 다수의 컨버터의 전류 제어 참조 신호를 생성하여, 아일랜딩 그리드 교류 전압 제어 및 다수의 병렬 연결 컨버터 간 전력 할당 및 전력 제어를 구현한다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 기술 방안은 하기와 같다.
병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법에서, 상기 병렬 연결 컨버터 시스템에는 적어도 두 개의 병렬 연결된 전압 소스형 컨버터가 포함되고, 이러한 컨버터는 동일하거나 연결된 교류 버스 상에 연결되며, 상기 병렬 연결 컨버터 시스템에는 적어도 아일랜딩 제어 모드에서 작동하는 하나의 컨버터가 포함되고, 상기 제어 방법에는,
1) 주파수 참조값 F ref 에 의하여 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 를 계산하는 단계;
2) 교류 버스 상의 버스 전압을 채집하는 단계;
3) 채집된 버스 전압을 처리하여 유효 전류 참조값 I dref 와 무효 전류 참조값 I qref 를 취득하는 바, 상기 유효 전류 참조값 I dref 와 무효 전류 참조값 I qref 는 버스 전압 유효값 참조값과 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 가 유일하게 결정하는 단계;
4) 유효 전류 참조값 I dref , 무효 전류 참조값 I qref 와 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 를 컨버터 제어 신호로 하여 각 아일랜딩 제어 모드의 컨버터로 출력하는 단계;
5) 임의의 아일랜딩 제어 모드의 컨버터에 대하여, 수신된 제어 신호에 의하여, 해당 컨버터의 유효 전류가 유효 전류 참조값 I dref 를 따르도록 하고 또한 무효 전류가 무효 전류 참조값 I qref 를 따르도록 제어하는 단계;가 포함되고,
상기 아일랜딩 제어 모드의 컨버터는 교류 버스 전압의 진폭과 주파수를 제어하는 것을 제어 목표로 한다.
상기 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법에서, 상기 주파수 참조값 F ref 는 시스템 정격 주파수 F n 이거나, 또는 F ref = F n + K f (P ref -P)이고, 그 중에서 K f 는 비례 계수이고, 값 범위가 -100 내지 100이며, P ref 는 병렬 연결 컨버터 총 유효 전력 참조값이고, P는 실제의 병렬 연결 컨버터 총 유효 전력이다.
상기 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법에서, 4) 단계에서, 상기 컨버터 제어 신호가 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터로 출력되기 전, 유효 전류 참조값 I dref 에 유효 할당 계수 K di 를 곱하여 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 유효 전류 참조값 I drefi 를 취득하고, 무효 전류 참조값 I qref 에 무효 할당 계수 K qi 를 곱하여 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 무효 전류 참조값 I qrefi 를 취득할 수 있는 바, 그 중에서 0≤K di ≤1, 0≤K qi ≤1이고, i의 값 범위는 1 내지 아일랜딩 제어 모드의 컨버터 수량이며, 각 컨버터의 유효 할당 계수 K d 또는 무효 할당 계수 K q 는 같을 수도 있고 다를 수도 있다.
상기 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법에서, 5) 단계에서, 상기 임의의 아일랜딩 제어 모드의 컨버터가 전류 벡터 제어를 사용한다.
상기 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법에서, 상기 각 컨버터 중의 임의의 컨버터가 컨버터의 유효 전력에 대하여 제한을 진행하여야 할 때, 유효 전류 참조값 크기를 유효 전류 제한값 I dlim 보다 작거나 같도록 제한하며; 상기 각 컨버터 중의 임의의 컨버터가 컨버터의 무효 전력에 대하여 제한을 진행하여야 할 때, 무효 전류 참조값 크기를 무효 전류 제한값 I qlim 보다 작거나 같도록 제한하며;
상기 유효 전류 제한값 I dlim 은 하기 두 가지 방안 중의 한 가지에 의하여 생성되는 바, 즉
i) 상기 유효 전류 제한값 I dlim 은 사전 설정값이고, 값 범위가 0 내지 컨버터의 최대 유효 전류이며;
ii) 상기 유효 전류 제한값 I dlim 은 해당 컨버터 유효 전력 제한값과 실제 유효한 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 변조 생성한 것이며;
상기 무효 전류 제한값 I qlim 은 하기 두 가지 방안 중의 한 가지에 의하여 생성되는 바, 즉
i) 상기 무효 전류 제한값 I qlim 은 사전 설정값이고, 값 범위가 0 내지 컨버터의 최대 무효 전류이며;
ii) 상기 무효 전류 제한값 I qlim 은 해당 컨버터 무효 전력 제한값과 실제 무효한 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 변조 생성한 것이다.
병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템에서, 상기 병렬 연결 컨버터 시스템에는 적어도 두 개의 병렬 연결된 전압 소스형 컨버터가 포함되고, 이러한 컨버터는 동일하거나 연결된 교류 버스 상에 연결되며, 상기 제어 시스템은 공공의 교류 전압 제어기와 각 컨버터 독립의 전류 제어기로 구성되고, 상기 교류 전압 제어기에는,
주파수 참조값 F ref 에 의하여 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 를 계산하는 참조 위상 생성 링크;
교류 버스 상의 버스 전압을 채집하는 교류 전압 샘플링 링크;
채집된 버스 전압을 처리하여 유효 전류 참조값 I dref 와 무효 전류 참조값 I qref 를 취득하는 바, 상기 유효 전류 참조값 I dref 와 무효 전류 참조값 I qref 는 버스 전압 유효값 참조값과 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 가 유일하게 결정하는 전류 참조값 계산 링크가 포함되며;
상기 교류 전압 제어기가 유효 전류 참조값 Idref, 무효 전류 참조값 Iqref와 시스템 전압 위상 참조값 θref를 통신을 통하여 각 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 전류 제어기로 전송하여 컨버터 제어 신호로 하여, 각 컨버터가 출력한 유효 전류가 유효 전류 참조값 Idref를 따르도록 하고 또한 무효 전류가 무효 전류 참조값 Iqref를 따르도록 한다.
상기 교류 전압 제어기의 구성은 하기 두 가지 방안 중의 한 가지를 사용하는 바, 즉
i) 상기 교류 전압 제어기와 컨버터의 전류 제어기가 동일한 제어 장치에 구성되며;
ii) 상기 교류 전압 제어기와 컨버터의 전류 제어기가 다른 제어 장치에 구성되는 것이며;
다수의 제어 장치 중에 교류 전압 제어기를 구성할 때, 동일한 시각에, 모든 컨버터의 전류 제어기는 설정된 우선순위에 따라 단지 그 중의 한 교류 전압 제어기가 출력한 컨버터 제어 신호를 사용한다.
상기 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템에서, 상기 교류 전압 제어기는 비례 적분 제어기, 슬라이딩 모드 제어기, 속시 제어기 및 비선형 제어기 중의 하나를 사용하고, 상기 전류 제어기는 비례 적분 제어기, 슬라이딩 모드 제어기, 속시 제어기 및 비선형 제어기 중의 하나를 사용한다.
상기 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템에서, 교류 전압 제어기에는 또한 전력 할당 링크가 포함되는 바, 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터에 대하여, 유효 전류 참조값 I dref 에 유효 할당 계수 K di 를 곱하여 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 유효 전류 참조값 I drefi 를 취득하고, 무효 전류 참조값 I qref 에 무효 할당 계수 K qi 를 곱하여 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 무효 전류 참조값 I qrefi 를 취득할 수 있는 바, 그 중에서 0≤K di ≤1, 0≤K qi ≤1이고, i의 값 범위는 1 내지 아일랜딩 제어 모드의 컨버터 수량이며, 각 컨버터의 유효 할당 계수 K d 또는 무효 할당 계수 K q 는 같을 수도 있고 다를 수도 있다.
상기 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템에서, 상기 컨버터의 전류 제어기에는 전력 제한 링크가 포함되는 바, 유효 전류 참조값 크기를 유효 전류 제한값 I dlim 보다 작거나 같도록 제한하며; 무효 전류 참조값 크기를 무효 전류 제한값 I qlim 보다 작거나 같도록 제한하며;
상기 유효 전류 제한값 I dlim 은 하기 두 가지 방안 중의 한 가지에 의하여 생성되는 바, 즉
i) 상기 유효 전류 제한값 I dlim 은 사전 설정값이고, 값 범위가 0 내지 컨버터의 최대 유효 전류이며;
ii) 상기 유효 전류 제한값 I dlim 은 해당 컨버터 유효 전력 제한값과 실제 유효한 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 변조 생성한 것이며;
상기 무효 전류 제한값 I qlim 은 하기 두 가지 방안 중의 한 가지에 의하여 생성되는 바, 즉
i) 상기 무효 전류 제한값 I qlim 은 사전 설정값이고, 값 범위가 0 내지 컨버터의 최대 무효 전류이며;
ii) 상기 무효 전류 제한값 I qlim 은 해당 컨버터 무효 전력 제한값과 실제 무효한 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 변조 생성한 것이다.
상기 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템에서, 교류 전압 제어기와 전류 제어기가 동일한 제어 장치에 존재할 때, 백플레인 버스를 통하여 참조 신호를 전송하며; 다른 장치에 존재할 때 표준 프로토콜을 통하여 통신하는 바, 상기 표준 프로토콜은 IEC60044-8, 이더넷, TDM 중의 하나이다.
상기 방안을 사용한 후, 본 발명의 유익한 효과는 하기와 같다.
(1) 본 발명에서 제공하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법과 시스템에서, 상위 계층 교류 전압 제어기와 다수의 하위 계층 컨버터의 전류 제어기가 배합하고, 기능 상에서 디커플링되어, 객체 지향 설계 요구를 만족시키고, 신뢰성이 높다.
(2) 본 발명에서 제공하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법과 시스템에서, 시스템 전압 위상이 공공의 상위 계층 교류 전압 제어기가 생성하여, 다수의 컨버터의 동기화를 효과적으로 확보할 수 있다.
(3) 본 발명에서 제공하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법과 시스템에서, 병렬 연결 컨버터 간 전력 할당 능력을 구비하여, 수요에 의하여 다수의 병렬 연결 컨버터의 전력 평형 제어 또는 불평형 제어를 구현할 수 있다.
(4) 본 발명에서 제공하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법과 시스템에서, 전력 제한 기능을 구비하여, 전송하는 명령이 컨버터 전력 극한을 초과하는 상황이 발생하는 것을 피한다.
(5) 본 발명에서 제공하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법과 시스템에서, 전력 제한 기능은 전류 제한 명령을 사용하는 방식으로 구현하여, 교류 고장 시 전류 명령에 제한된 후 컨버터가 고정 전류 제어로 전환되어, 교류 시스템 장애 주행 통과를 구현할 수 있다.
도1은 네 개의 컨버터를 포함하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 도면.
도2는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법 흐름도.
도3은 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템 구조도.
도4는 두 개의 컨버터를 포함하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 기능 블럭도.
아래, 첨부된 도면과 구체적인 실시예를 참조하여 본 발명의 기술방안에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
도1은 네 개의 컨버터를 포함하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 도면으로서, 해당 병렬 연결 컨버터 시스템에는 컨버터 C1, 컨버터 C2, 컨버터 C3과 컨버터 C4 네 개의 병렬 연결된 컨버터가 포함되며, 컨버터 C1은 정류 변압기 T1과 입선 스위치 Q1을 통하여 교류 버스 B1에 접속되고, 컨버터 C2는 정류 변압기 T2와 입선 스위치 Q2를 통하여 교류 버스 B1에 접속되며, 컨버터 C3은 정류 변압기 T3과 입선 스위치 Q3을 통하여 교류 버스 B2에 접속되고, 컨버터 C4는 정류 변압기 T4와 입선 스위치 Q4를 통하여 교류 버스 B2에 접속되며, 교류 버스 B1과 교류 버스 B2는 버스 타이 스위치 QM을 통하여 연결되고, 교류 버스 B1과 교류 버스 B2에는 모두 신 에너지 발전 시스템이 포함되는 아일랜딩 교류 시스템이 연결된다.
도2는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법 흐름도로서, 아일랜딩 교류 시스템의 교류 전압 진폭과 주파수의 안정을 유지하기 위하여, 병렬 연결 컨버터가 공동으로 연결되는 교류 버스는 하기의 제어 단계를 사용한다.
101 단계: 주파수 참조값 F ref 에 의하여 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 를 계산하며; 바람직한 구현 방법으로는, θ ref （t）= θ ref （t- Δt）+ 2πF ref Δt이며, 그 중에서 θ ref （t）는 현재 시각의 시스템 전압 위상 참조값이고, θ ref （t-Δt）는 간격 제어 Δt 주기 전의 시스템 전압 위상 참조값이며, 초기에 θ ref （t-Δt）를 0으로 설정할 수 있으며; 그 중에서 F ref 는 두 가지 값 설정 방식이 있는 바, 각각
i)는 시스템 정격 주파수 F n 으로서, 예를 들면 50HZ이며;
ii)는 F ref = Fn + K f (P ref -P)이고, 그 중에서 K f 는 비례 계수이며, 실제 시스템에 의하여 적합한 비례 계수를 취하여야 하고, 값 범위가 -100 내지 100이며, P ref 는 병렬 연결 컨버터 총 유효 전력 참조값이고, P는 실제의 병렬 연결 컨버터 총 유효 전력이다.
102 단계: 교류 버스 상의 버스 전압을 채집하며; 바람직한 구현 방법으로는, 교류 버스 상의 3상 버스 전압을 채집하고, 또한 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 에 의하여 park 변환을 거친 후 버스 전압 d축 요소 U sd 와 버스 전압 q축 요소 U sq 를 취득한다.
103 단계: 채집된 버스 전압을 처리하여 유효 전류 참조값 I dref 와 무효 전류 참조값 I qref 를 취득하며; 바람직한 구현 방법으로는, 버스 전압 d축 요소 U sd 와 버스 전압 유효값 참조값의 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 유효 전류 참조값 I dref 를 생성하고, 버스 전압 q축 요소 U sq 와 0의 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 무효 전류 참조값 I qref 를 생성하기 때문에, 유효 전류 참조값 I dref 와 무효 전류 참조값 I qref 는 실제로 버스 전압 유효값 참조값과 d축과 q축 각도를 결정하는 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 가 유일하게 결정한다.
104 단계: 유효 전류 참조값 I dref , 무효 전류 참조값 I qref 와 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 를 컨버터 제어 신호로 하여 각 아일랜딩 제어 모드의 컨버터로 출력한다. 전력 할당 기능을 구비하여 다수의 컨버터 전력의 전력을 할당하여야 할 때, 출력 전력을 감소시켜야 하는 컨버터에 대하여 1보다 작은 전력 할당 계수를 곱할 수 있는 바, 예를 들면 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터에 대하여, 유효가 기타 컨버터의 0.5이고, 무효가 기타 컨버터의 0.6이기를 원할 때, 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터로 전송된 유효 전류 참조값 I dref 에 유효 할당 계수 K di =0.5를 곱하여 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 유효 전류 참조값 I drefi 를 취득하고, 무효 전류 참조값 I qref 에 무효 할당 계수 K qi =0.6을 곱하여 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 무효 전류 참조값 I qrefi 를 취득할 수 있으며, 기타 컨버터의 유효와 무효 할당 계수는 모두 1이다. 특히 모든 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 유효와 무효 할당 계수가 모두 1일 때, 각 컨버터의 전력은 평형 작동한다.
105 단계: 임의의 아일랜딩 제어 모드의 컨버터에 대하여, 수신된 제어 신호에 의하여, 해당 컨버터의 유효 전류가 유효 전류 참조값 I dref 를 따르도록 하고 또한 무효 전류가 무효 전류 참조값 I qref 를 따르도록 제어한다. 임의의 아일랜딩 제어 모드의 컨버터가 컨버터의 유효 전력에 대하여 제한을 진행하여야 할 때, 유효 전류 참조값 크기를 유효 전류 제한값 I dlim 보다 작거나 같도록 제한하는 바, 즉 [-I dlim , I dlim ] 범위 내이며; 임의의 아일랜딩 제어 모드의 컨버터가 컨버터의 무효 전력에 대하여 제한을 진행하여야 할 때, 무효 전류 참조값 크기를 무효 전류 제한값 I qlim 보다 작거나 같도록 제한하는 바, 즉 [-I qlim , I qlim ] 범위 내이며; 상기 유효 전류 제한값 I dlim 은 하기 두 가지 방안 중의 한 가지에 의하여 생성되는 바, 즉
i) 상기 유효 전류 제한값 I dlim 은 사전 설정값인 바, 예를 들면 컨버터의 최대 유효 전류이며;
ii) 상기 유효 전류 제한값 I dlim 은 해당 컨버터 유효 전력 제한값, 예를 들면 최대 과부하 유효 전력과 실제 유효한 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 변조 생성한 것이며;
상기 무효 전류 제한값 I qlim 은 하기 두 가지 방안 중의 한 가지에 의하여 생성되는 바, 즉
i) 상기 무효 전류 제한값 I qlim 은 사전 설정값인 바, 예를 들면 컨버터의 최대 무효 전류이며;
ii) 상기 무효 전류 제한값 I qlim 은 해당 컨버터 무효 전력 제한값, 예를 들면 전력 구간이 한정한 최대 무효 전력과 실제 무효한 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 변조 생성한 것이다.
아일랜딩 제어 모드를 사용하지 않고 또한 아일랜딩 제어 모드를 사용한 컨버터와 동일한 버스 상에 병렬 연결된 컨버터에 대하여, 유효 유형의 제어는 유효 전력 제어 또는 직류 전압 제어를 사용할 수 있고, 무효 유형 제어는 무효 전력 제어를 사용할 수 있다.
도3은 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템 구조도이다. 공공의 교류 전압 제어기와 전류 제어기1 내지 전류 제어기 N으로 구성되고, N은 병렬 연결 컨버터 시스템 중 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 수량이며, 그 중에서 전류 제어기 i는 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 제어기이고, i의 값은 1 내지 N이며, 각 전류 제어기는 상호 독립적이다. 교류 전압 제어기와 임의의 전류 제어기는 다른 제어 장치에 구성되고, 표준 프로토콜을 사용하는 통신을 통하여, 유효 전류 참조값 I dref , 무효 전류 참조값 I qref 와 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 가 포함되는 제i번째 컨버터의 제어 신호를 대응되는 컨버터의 전류 제어기 i로 전송한다. 교류 전압 제어기는 전류 제어기와 동일한 제어 장치에 구성될 수도 있고, 또한 다수의 제어 장치 중에 다수의 교류 전압 제어기를 구성할 수 있으나, 전환 로직을 설정하여, 동일한 시각에, 모든 컨버터의 전류 제어기는 설정된 우선순위에 따라 단지 그 중의 한 교류 전압 제어기가 출력한 컨버터 제어 신호를 사용하도록 확보하여야 한다.
도4는 두 개의 컨버터를 포함하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 기능 블럭도로서, 그 중에서 교류 전압 제어기에는 참조 위상 생성 링크, 교류 전압 샘플링 링크, 전류 참조값 계산 링크 및 전력 할당 링크가 포함된다. 참조 위상 생성 링크는 주파수 참조값 F ref 에 의하여 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 를 계산하며; 교류 전압 샘플링 링크는 교류 버스 상의 3상 버스 전압을 채집하고, 또한 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 에 의하여 park 변환을 거친 후 버스 전압 d축 요소 U sd 와 버스 전압 q축 요소 U sq 를 취득하며; 전류 참조값 계산 링크는 버스 전압 d축 요소 U sd 와 버스 전압 유효값 참조값의 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 유효 전류 참조값 I dref 를 생성하고, 버스 전압 q축 요소 U sq 와 0의 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 무효 전류 참조값 I qref 를 생성하며, 전류 참조값 계산 링크는 또한 슬라이등 모드 제어기, 속시 제어기 또는 비선형 제어기를 사용할 수 있으며; 전력 할당 링크 중에서 첫번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터에 대하여, 유효 전류 참조값 I dref 에 유효 할당 계수 K d1 을 곱하여 첫번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 유효 전류 참조값 I dref1 을 취득하고, 무효 전류 참조값 I qref 에 무효 할당 계수 K q1 을 곱하여 첫번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 무효 전류 참조값 I qref1 을 취득며, 두번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터에 대하여, 유효 전류 참조값 I dref 에 유효 할당 계수 K d2 를 곱하여 두번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 유효 전류 참조값 I dref2 를 취득하고, 무효 전류 참조값 I qref 에 무효 할당 계수 K q2 를 곱하여 두번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 무효 전류 참조값 I qref2 를 취득며, 그 중에서 0≤K d1 ≤1, 0≤K q1 ≤1, 0≤K d2 ≤1, 0≤K q2 ≤1이고, 두 개의 컨버터가 대칭되게 작동할 때, K d1 = K q1 = K d2 = K q2 =1이며, 이때 전력 할당 링크는 구성하지 않는 것에 상당하다. 두 개의 컨버터에 대응되는 전류 제어기를 구성하는 바, 각각 전류 제어기1과 전류 제어기2이고, 두 개의 전류 제어기는 모두 전력 제한 링크를 구성하며, 제i번째 컨버터(i=1 또는 2)에 대하여, 최대 과부하 유효 전력 P limi 와 실제 유효 P si 의 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 유효 전류 제한값 I dlimi 를 변조 생성하고, 최대 무효 전력 Q limi 와 실제 무효 Q si 의 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 무효 전류 제한값 I qlimi 를 생성하며, 유효 전류 참조값 I drefi 가 [-I dlimi , I dlimi ] 범위를 초과할 때 경계값으로 제한되고, 무효 전류 참조값 I qrefi 가 [-I qlimi , I qlimi ] 범위를 초과할 때 경계값으로 제한된다. 컨버터의 내부 루프 전류 제어는 벡터 제어를 사용하고, 제i번째 컨버터는 전력 제한 링크가 출력하는 유효와 무효 전류 명령 및 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 에 의하여 제어를 진행한다.
상기 실시예는 단지 본 발명의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이로써 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명에 개시된 기술 사상에 따라 기술 방안의 기초 상에서 진행하는 모든 수정은 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다 할 것이다.

Claims (10)

  1. 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법에서, 상기 병렬 연결 컨버터 시스템에는 적어도 두 개의 병렬 연결된 전압 소스형 컨버터가 포함되고, 상기 전압 소스형 컨버터는 동일하거나 연결된 교류 버스 상에 연결되는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 병렬 연결 컨버터 시스템에는 적어도 아일랜딩 제어 모드에서 작동하는 하나의 컨버터가 포함되고, 상기 제어 방법에는,
    1) 주파수 참조값 F ref 에 의하여 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 를 계산하는 단계;
    2) 교류 버스 상의 버스 전압을 채집하는 단계;
    3) 채집된 버스 전압을 처리하여 유효 전류 참조값 I dref 와 무효 전류 참조값 I qref 를 취득하는 바, 상기 유효 전류 참조값 I dref 와 무효 전류 참조값 I qref 는 버스 전압 유효값 참조값과 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 가 결정하는 단계;
    4) 유효 전류 참조값 I dref , 무효 전류 참조값 I qref 와 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 를 컨버터 제어 신호로 하여 각 아일랜딩 제어 모드의 컨버터로 출력하는 단계;
    5) 임의의 아일랜딩 제어 모드의 컨버터에 대하여, 수신된 제어 신호에 의하여, 해당 컨버터의 유효 전류가 유효 전류 참조값 I dref 를 따르도록 하고 또한 무효 전류가 무효 전류 참조값 I qref 를 따르도록 제어하는 단계;가 포함되고,
    상기 아일랜딩 제어 모드의 컨버터는 교류 버스 전압의 진폭과 주파수를 제어하는 것을 제어 목표로 하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주파수 참조값 F ref 는 시스템 정격 주파수 F n 이거나, 또는 F ref = F n + K f (P ref -P)이고, 그 중에서 K f 는 비례 계수이고, 값 범위가 -100 내지 100이며, P ref 는 병렬 연결 컨버터 총 유효 전력 참조값이고, P는 실제의 병렬 연결 컨버터 총 유효 전력인 것을 특징으로 하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 4) 단계에서, 상기 컨버터 제어 신호가 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터로 출력되기 전, 유효 전류 참조값 I dref 에 유효 할당 계수 K di 를 곱하여 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 유효 전류 참조값 I drefi 를 취득하고, 무효 전류 참조값 I qref 에 무효 할당 계수 K qi 를 곱하여 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 무효 전류 참조값 I qrefi 를 취득할 수 있는 바, 그 중에서 0≤K di ≤1, 0≤K qi ≤1이고, i의 값 범위는 1 내지 아일랜딩 제어 모드의 컨버터 수량이며, 각 컨버터의 유효 할당 계수 K d 또는 무효 할당 계수 K q 는 같을 수도 있고 다를 수도 있는 것을 특징으로 하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 5) 단계에서, 상기 임의의 아일랜딩 제어 모드의 컨버터가 전류 벡터 제어를 사용하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 각 컨버터 중의 임의의 컨버터가 컨버터의 유효 전력에 대하여 제한을 진행하여야 할 때, 유효 전류 참조값 크기를 유효 전류 제한값 I dlim 보다 작거나 같도록 제한하며; 상기 각 컨버터 중의 임의의 컨버터가 컨버터의 무효 전력에 대하여 제한을 진행하여야 할 때, 무효 전류 참조값 크기를 무효 전류 제한값 I qlim 보다 작거나 같도록 제한하며;
    상기 유효 전류 제한값 I dlim 은 하기 두 가지 방안 중의 한 가지에 의하여 생성되는 바, 즉
    i) 상기 유효 전류 제한값 I dlim 은 사전 설정값이고, 값 범위가 0 내지 컨버터의 최대 유효 전류이며;
    ii) 상기 유효 전류 제한값 I dlim 은 해당 컨버터 유효 전력 제한값과 실제 유효한 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 변조 생성한 것이며;
    상기 무효 전류 제한값 I qlim 은 하기 두 가지 방안 중의 한 가지에 의하여 생성되는 바, 즉
    i) 상기 무효 전류 제한값 I qlim 은 사전 설정값이고, 값 범위가 0 내지 컨버터의 최대 무효 전류이며;
    ii) 상기 무효 전류 제한값 I qlim 은 해당 컨버터 무효 전력 제한값과 실제 무효한 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 변조 생성한 것인 것을 특징으로 하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 방법.
  6. 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템에서, 상기 병렬 연결 컨버터 시스템에는 적어도 두 개의 병렬 연결된 전압 소스형 컨버터가 포함되고, 이러한 컨버터는 동일하거나 연결된 교류 버스 상에 연결되는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템에 있어서, 상기 제어 시스템은 공공의 교류 전압 제어기와 각 컨버터 독립의 전류 제어기로 구성되고, 상기 교류 전압 제어기에는,
    주파수 참조값 F ref 에 의하여 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 를 계산하는 참조 위상 생성 링크;
    교류 버스 상의 버스 전압을 채집하는 교류 전압 샘플링 링크;
    채집된 버스 전압을 처리하여 유효 전류 참조값 I dref 와 무효 전류 참조값 I qref 를 취득하는 바, 상기 유효 전류 참조값 I dref 와 무효 전류 참조값 I qref 는 버스 전압 유효값 참조값과 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 가 유일하게 결정하는 전류 참조값 계산 링크가 포함되며;
    상기 교류 전압 제어기가 유효 전류 참조값 I dref , 무효 전류 참조값 I qref 와 시스템 전압 위상 참조값 θ ref 를 통신을 통하여 각 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 전류 제어기로 전송하여 컨버터 제어 신호로 하여, 각 컨버터가 출력한 유효 전류가 유효 전류 참조값 I dref 를 따르도록 하고 또한 무효 전류가 무효 전류 참조값 I qref 를 따르도록 하며;
    상기 교류 전압 제어기의 구성은 하기 두 가지 방안 중의 한 가지를 사용하는 바, 즉
    i) 상기 교류 전압 제어기와 컨버터의 전류 제어기가 동일한 제어 장치에 구성되며;
    ii) 상기 교류 전압 제어기와 컨버터의 전류 제어기가 다른 제어 장치에 구성되는 것이며;
    다수의 제어 장치 중에 교류 전압 제어기를 구성할 때, 동일한 시각에, 모든 컨버터의 전류 제어기는 설정된 우선순위에 따라 단지 그 중의 한 교류 전압 제어기가 출력한 컨버터 제어 신호를 사용하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 교류 전압 제어기는 비례 적분 제어기, 슬라이딩 모드 제어기, 속시 제어기 또는 비선형 제어기 중의 하나를 사용하고, 상기 전류 제어기는 비례 적분 제어기, 슬라이딩 모드 제어기, 속시 제어기 또는 비선형 제어기를 사용하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 교류 전압 제어기에는 또한 전력 할당 링크가 포함되는 바, 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터에 대하여, 유효 전류 참조값 I dref 에 유효 할당 계수 K di 를 곱하여 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 유효 전류 참조값 I drefi 를 취득하고, 무효 전류 참조값 I qref 에 무효 할당 계수 K qi 를 곱하여 제i번째 아일랜딩 제어 모드의 컨버터의 무효 전류 참조값 I qrefi 를 취득할 수 있는 바, 그 중에서 0≤K di ≤1, 0≤K qi ≤1이고, i의 값 범위는 1 내지 아일랜딩 제어 모드의 컨버터 수량이며, 각 컨버터의 유효 할당 계수 K d 또는 무효 할당 계수 K q 는 같을 수도 있고 다를 수도 있는 것을 특징으로 하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 상기 컨버터의 전류 제어기에는 전력 제한 링크가 포함되는 바, 유효 전류 참조값 크기를 유효 전류 제한값 I dlim 보다 작거나 같도록 제한하며; 무효 전류 참조값 크기를 무효 전류 제한값 I qlim 보다 작거나 같도록 제한하며;
    상기 유효 전류 제한값 I dlim 은 하기 두 가지 방안 중의 한 가지에 의하여 생성되는 바, 즉
    i) 상기 유효 전류 제한값 I dlim 은 사전 설정값이고, 값 범위가 0 내지 컨버터의 최대 유효 전류이며;
    ii) 상기 유효 전류 제한값 I dlim 은 해당 컨버터 유효 전력 제한값과 실제 유효한 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 변조 생성한 것이며;
    상기 무효 전류 제한값 I qlim 은 하기 두 가지 방안 중의 한 가지에 의하여 생성되는 바, 즉
    i) 상기 무효 전류 제한값 I qlim 은 사전 설정값이고, 값 범위가 0 내지 컨버터의 최대 무효 전류이며;
    ii) 상기 무효 전류 제한값 I qlim 은 해당 컨버터 무효 전력 제한값과 실제 무효한 편차를 이용하여 PI 제어기를 통하여 변조 생성한 것인 것을 특징으로 하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템.
  10. 제6항에 있어서, 교류 전압 제어기와 전류 제어기가 동일한 제어 장치에 존재할 때, 백플레인 버스를 통하여 참조 신호를 전송하며; 다른 장치에 존재할 때 표준 프로토콜을 통하여 통신하는 바, 상기 표준 프로토콜은 IEC60044-8 프로토콜, 이더넷 프로토콜 또는 TDM 프로토콜인 것을 특징으로 하는 병렬 연결 컨버터 시스템의 제어 시스템.
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