KR20210034262A - Voltage control device of renewable energy power system based on p-q characteristic - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a voltage control device of a renewable energy power system based on P-Q characteristics, and more specifically, to the voltage control device of the renewable energy power system based on the P-Q characteristics, wherein linear P-Q characteristic value for each active power section calculated by analyzing a power system in advance is installed in DC power output unit of a renewable energy generator, so that reactive power for active power is calculated, and the power system is analyzed to estimate a polynomial composed of nonlinear Q variation with respect to P, and the reactive power is calculated from the estimated polynomial to determine the calculated reactive power as a reactive power reference value, and a programmable logic controller (PLC) controller converts the DC power into AC power using the determined reactive power reference value to output stable AC power.

Description

P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치{VOLTAGE CONTROL DEVICE OF RENEWABLE ENERGY POWER SYSTEM BASED ON P-Q CHARACTERISTIC}Voltage control device for renewable energy power system based on P-Q characteristics {VOLTAGE CONTROL DEVICE OF RENEWABLE ENERGY POWER SYSTEM BASED ON P-Q CHARACTERISTIC}

본 발명은 P(유효전력)-Q(무효전력) 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 사전 전력 계통 해석에 의한 유효전력 구간별 선형 P-Q 특성 데이터가 재생에너지 발전기의 직류 전원 출력부에 설치되어 유효전력에 대한 무효전력을 산출하거나, 또는 사전 전력 계통 해석에 의해 P에 대한 Q 변동량으로 구성된 비선형 다항식을 추정하고 이 추정된 다항식으로부터 유효전력에 대한 무효전력을 산출하여, 이 산출된 무효전력을 무효전력 기준 값으로 결정하고, PLC(Programmable Logic Controller) 제어기가 이 결정된 무효전력 기준 값을 이용하여 직류전원을 교류전원으로 컨버팅함으로써 안정적인 교류전원을 출력할 수 있도록 하는, P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a voltage control device for a renewable energy power system based on P (active power)-Q (reactive power) characteristics, and in particular, linear PQ characteristic data for each active power section by pre-power system analysis is a direct current power supply of a renewable energy generator. It is installed at the output to calculate reactive power for active power, or by estimating a nonlinear polynomial consisting of Q fluctuations for P by prior power system analysis, and calculating reactive power for active power from this estimated polynomial. PQ characteristics that determine the calculated reactive power as the reactive power reference value, and the PLC (Programmable Logic Controller) controller converts the DC power to the AC power using the determined reactive power reference value so that stable AC power can be output. It relates to a voltage control device of the based renewable energy power system.

최근, 한국에서는 신재생에너지와 관련된 많은 사업이 적극적으로 추진되고 있으며, 발전사업자에게 총발전량에서 일정 비율을 신재생에너지로 공급하도록 의무화하는 제도인 "신재생에너지 의무할당제"(Renewable Energy Portfolio Standard: RPS) 제도와 더불어 산업통상자원부에서 발표한 2017년 "재생에너지 3020 이행계획"에 의해 많은 민간사업자와 투자자들이 관심을 가지게 되었다. RPS 제도의 의무공급자들은 사전에 공지되어 신재생에너지 발전설비를 도입하거나 다른 신재생에너지 발전사업자의 인증서(Renewable Energy Certificate : REC)를 구매하여 의무 할당량을 채워야한다.Recently, many projects related to new and renewable energy are being actively promoted in Korea, and the "Renewable Energy Portfolio Standard" (Renewable Energy Portfolio Standard: In addition to the RPS) system, the 2017 "Renewable Energy 3020 Implementation Plan" announced by the Ministry of Trade, Industry and Energy attracted attention from many private businesses and investors. Compulsory suppliers of the RPS system must be notified in advance to introduce new and renewable energy generation facilities or purchase a Renewable Energy Certificate (REC) from another renewable energy generator to fill the mandatory quota.

또한 재생에너지 3020 이행계획에서 지자체가 부지를 선정하고 민간 사업자에게 공급하면 사업자가 부지를 개발하여 발전하는 방식이다. 이러한 제도와 정부에서 추진하는 계획들에 의하여 신재생에너지에 뛰어드는 사업자들이 많이 늘어나고 그에 대한 수요 역시 높아지고 있다. 하지만, 이러한 수요가 늘어나면서 배전계통에 항상 긍정적인 영향을 끼치는 것은 아니다. 재생에너지 발전기들은 대부분 자연에너지를 사용하여 발전하기 때문에 날씨나 환경에 의해 간헐적 발전 특징을 갖는다. 이에 따라 출력 또한 일정하지 않은 상태로 배전계통에 연계되어 계통 전압이 불안정해질 수 있다.In addition, in the Renewable Energy 3020 Implementation Plan, when local governments select a site and supply it to a private business, the business unit develops and develops the site. Due to these systems and plans promoted by the government, the number of businesses entering into new and renewable energy is increasing, and the demand for it is also increasing. However, as this demand increases, it does not always have a positive effect on the distribution system. Most of the renewable energy generators use natural energy to generate power, so they are characterized by intermittent power generation due to weather or environment. Accordingly, the output is also connected to the distribution system in a non-uniform state, and the system voltage may become unstable.

재생에너지의 확대를 위해서는 재생에너지 연계에 따른 배전계통의 전압 변동을 최소화하는 것이 중요하다. 기존의 방법으로는 교류계통에 병렬로 연결된 직류발전기를 이용하여 무효전력을 교환하는 방식과 증설되는 재생에너지 발전기를 일정한 역률로 제어하는 방법 등이 있다.In order to expand renewable energy, it is important to minimize voltage fluctuations in the distribution system due to the connection of renewable energy. Existing methods include a method of exchanging reactive power using a direct current generator connected in parallel to an AC system, and a method of controlling an extended renewable energy generator with a constant power factor.

그러나 무효전력을 교환하는 방식은 재생에너지 발전기와 같은 직류 발전기가 증설되는 경우에 적용하기가 어려우며, 일정한 역률 제어는 증설되는 재생에너지의 총량이 매우 큰 경우에 전압제어 능력에 한계가 있다.However, the method of exchanging reactive power is difficult to apply when a DC generator such as a renewable energy generator is expanded, and constant power factor control has a limit in voltage control capability when the total amount of renewable energy to be expanded is very large.

따라서 복수의 재생에너지 발전기가 배전계통에 투입되는 경우 각 재생에너지 발전기의 접속점에서의 전압 변동을 최소화함과 아울러 복수의 재생에너지 발전기간 전압 제어의 충돌이 발생하지 않도록 할 필요성이 있었다. Therefore, when a plurality of renewable energy generators are input to the distribution system, there is a need to minimize voltage fluctuations at the connection points of each renewable energy generator and to prevent a voltage control conflict between the plurality of renewable energy generators.

국내 특허 등록 제1132107호(등록일: 2012년 03월 23일)Domestic Patent Registration No. 1132107 (Registration Date: March 23, 2012)

따라서 본 발명은 상기한 점을 고려하여 이루어진 것으로서, 복수의 재생에너지 발전기가 배전계통에 투입되는 경우 각 재생에너지 발전기의 접속점에서의 전압 변동을 최소화함과 아울러 복수의 재생에너지 발전기간 전압 제어의 충돌이 발생하지 않게 할 수 있게 하는, P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention has been made in consideration of the above points, and when a plurality of renewable energy generators are input to the distribution system, voltage fluctuations at the connection points of each renewable energy generator are minimized, and the voltage control conflict between the plurality of renewable energy generators. An object of the present invention is to provide an apparatus for controlling a voltage of a renewable energy power system based on PQ characteristics, which makes it possible to prevent this from occurring.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시형태에 의한 P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치는 사전 전력계통 해석에 의해 유효전력을 구간별로 나누고 각 구간의 P(유효전력)-V(전압) 곡선을 선형화하고, 이 선형화된 P-V 곡선에 Q(무효전력)-V 특성을 적용하여 유효전력 구간별 선형 P-Q 특성을 산출하여 유효전력에 대한 무효전력을 산출하도록 구성된 P-Q 특성 기반 무효전력 산출부; 및 상기 P-Q 특성 기반 무효전력 산출부에 의해 산출된 무효전력을 무효전력 기준값으로 결정하고, 이 결정된 무효전력 기준값을 이용하여 PLC(Programmable Logic Controller) 제어에 의해 직류전원을 교류전원으로 컨버팅 하도록 구성된 P-Q 특성 기반 컨버터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the apparatus for controlling the voltage of the renewable energy power system based on the PQ characteristic according to the embodiment of the present invention divides the active power by section by pre-power system analysis, ) PQ characteristic-based reactive power calculation unit configured to linearize the curve and calculate the reactive power for the active power by calculating the linear PQ characteristic for each active power section by applying the Q (reactive power)-V characteristic to the linearized PV curve. ; And a PQ configured to determine the reactive power calculated by the reactive power calculation unit based on the PQ characteristics as a reactive power reference value, and convert DC power to AC power by PLC (Programmable Logic Controller) control using the determined reactive power reference value. It characterized in that it comprises a; characteristic-based converter.

상기 실시형태에 의한 P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치에 있어서, 상기 P-Q 특성 기반 무효전력 산출부는 다음의 [수학식 7]에 의해 무효전력을 산출할 수 있다.In the apparatus for controlling the voltage of the renewable energy power system based on the P-Q characteristic according to the embodiment, the reactive power calculation unit based on the P-Q characteristic may calculate the reactive power by the following [Equation 7].

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00001
Figure pat00001

[여기서,

Figure pat00002
는 산출된 무효전력을 나타내고,
Figure pat00003
는 구간별 P-Q 드룹(droop)의 역수를 나타내며,
Figure pat00004
는 사전에 결정되지 않은 유효전력값을 나타내며,
Figure pat00005
는 사전에 결정된 유효전력값을 나타내며,
Figure pat00006
는 사전에 결정된 무효전력값을 나타냄][here,
Figure pat00002
Represents the calculated reactive power,
Figure pat00003
Represents the reciprocal of the PQ droop for each section,
Figure pat00004
Represents an active power value that has not been determined in advance,
Figure pat00005
Represents a predetermined active power value,
Figure pat00006
Represents a predetermined reactive power value]

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시형태에 의한 P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치는 사전 전력계통 해석에 의해 취득한 데이터에 칼만필터를 적용하여 비선형의 유효전력에 대한 무효전력 변동량으로 구성된 다항식을 추정하고 이 추정된 다항식으로부터 무효전력을 산출하도록 구성된 칼만필터 기반 무효전력 산출부; 및 상기 칼만필터 기반 무효전력 산출부에 의해 산출된 무효전력을 무효전력 기준값으로 결정하고, 이 결정된 무효전력 기준값을 이용하여 PLC(Programmable Logic Controller) 제어에 의해 직류전원을 교류전원으로 컨버팅 하도록 구성된 칼만필터 기반 컨버터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a voltage control device for a renewable energy power system based on a PQ characteristic according to another embodiment of the present invention applies a Kalman filter to the data acquired by the pre-power system analysis to achieve the amount of reactive power fluctuation for nonlinear active power. A Kalman filter-based reactive power calculator configured to estimate a polynomial consisting of and calculate reactive power from the estimated polynomial; And Kalman configured to convert the DC power to AC power by PLC (Programmable Logic Controller) control by determining the reactive power calculated by the Kalman filter-based reactive power calculation unit as a reactive power reference value, and using the determined reactive power reference value. It characterized in that it comprises a; filter-based converter.

상기 다른 실시형태에 의한 P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치에 있어서, 상기 추정된 다항식은 상기 칼만필터에 대해 입력값으로 유효전력을 대입하고 출력값으로 무효전력을 대입하여 구해지며, 상기 추정된 다항식을 변형하면 다음의 [수학식 11]과 같이 무효전력의 변화량(

Figure pat00007
)이 구해지며,In the voltage control apparatus of the renewable energy power system based on the PQ characteristic according to the other embodiment, the estimated polynomial is obtained by substituting active power as an input value and reactive power as an output value to the Kalman filter, and the estimation If the polynomial is modified, the amount of change in reactive power (
Figure pat00007
) Is obtained,

[수학식 11][Equation 11]

Figure pat00008
Figure pat00008

[여기서,

Figure pat00009
는 전압의 변화량을 나타내고,
Figure pat00010
Figure pat00011
는 유효전력의 변화량을 나타내며,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
,
Figure pat00014
Figure pat00015
는 칼만필터의 상태 변수로, 추정 과정에서 칼만필터의 입력 및 출력 값에 대해 최소의 RMSE(root-mean-squre-error)를 갖는 곡선이 표현되도록 매회 업데이트 되는 값을 나타냄][here,
Figure pat00009
Represents the amount of change in voltage,
Figure pat00010
And
Figure pat00011
Represents the amount of change in active power,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
,
Figure pat00014
And
Figure pat00015
Is the state variable of the Kalman filter, and represents a value that is updated each time so that a curve with the minimum root-mean-squre-error (RMSE) is expressed for the input and output values of the Kalman filter in the estimation process.]

다음의 [수학식 12]에 의해 무효전력(Q)이 구해질 수 있다.Reactive power (Q) can be obtained by the following [Equation 12].

[수학식 12][Equation 12]

Figure pat00016
Figure pat00016

[여기서,

Figure pat00017
는 칼만필터의 i번째 상태 변수를 나타내고,
Figure pat00018
yi제곱을 나타냄][here,
Figure pat00017
Denotes the ith state variable of the Kalman filter,
Figure pat00018
Represents y to the power of i]

상기 다른 실시형태에 의한 P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치에 있어서, 상기 추정된 다항식은 상기 칼만필터에 대해 입력값으로 유효전력을 대입하고 출력값으로 전압을 대입하여 제 1 식을 구하고, 상기 칼만필터에 대해 입력값으로 무효전력을 대입하고 출력값으로 전압을 대입하고 필터링하여 제 2 식을 구한 후, 필터링된 제 1, 2식을 연산함으로써 구해지며, 상기 추정된 다항식을 변형하면 다음의 [수학식 11]와 같이 무효전력의 변화량(

Figure pat00019
)이 구해지며,In the voltage control apparatus for a renewable energy power system based on a PQ characteristic according to the other embodiment, the estimated polynomial is obtained by substituting active power as an input value and a voltage as an output value to the Kalman filter to obtain a first equation, The Kalman filter is obtained by substituting reactive power as an input value and a voltage as an output value, filtering to obtain the second equation, and then calculating the filtered equations 1 and 2, and modifying the estimated polynomial is as follows: As in [Equation 11], the amount of change in reactive power (
Figure pat00019
) Is obtained,

[수학식 11][Equation 11]

Figure pat00020
Figure pat00020

[여기서,

Figure pat00021
는 전압의 변화량을 나타내고,
Figure pat00022
Figure pat00023
는 유효전력의 변화량을 나타내며,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
,
Figure pat00026
Figure pat00027
는 칼만필터의 상태 변수로, 추정 과정에서 칼만필터의 입력 및 출력 값에 대해 최소의 RMSE(root-mean-squre-error)를 갖는 곡선이 표현되도록 매회 업데이트 되는 값을 나타냄][here,
Figure pat00021
Represents the amount of change in voltage,
Figure pat00022
And
Figure pat00023
Represents the amount of change in active power,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
,
Figure pat00026
And
Figure pat00027
Is the state variable of the Kalman filter, and represents a value that is updated each time so that a curve with the minimum root-mean-squre-error (RMSE) is expressed for the input and output values of the Kalman filter in the estimation process.]

다음의 [수학식 12]에 의해 무효전력(Q)이 구해질 수 있다.Reactive power (Q) can be obtained by the following [Equation 12].

[수학식 12][Equation 12]

Figure pat00028
Figure pat00028

[여기서,

Figure pat00029
는 칼만필터의 i번째 상태 변수를 나타내고,
Figure pat00030
yi제곱을 나타냄][here,
Figure pat00029
Denotes the ith state variable of the Kalman filter,
Figure pat00030
Represents y to the power of i]

본 발명의 실시형태들에 의한 P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치에 의하면, 재생에너지 발전기의 직류 전원 출력부에 설치되어 사전 전력 계통 해석 정보에 따라 유효전력 구간별 선형 P-Q 특성을 산출하여 유효전력에 대한 무효전력을 산출하거나, 또는 전력 계통을 해석하여 비선형의 P에 대한 Q 변동량으로 구성된 다항식을 추정하고 이 추정된 다항식으로부터 무효전력을 산출하여, 이 산출된 무효전력을 무효전력 기준 값으로 결정하고, PLC(Programmable Logic Controller) 제어기가 이 결정된 무효전력 기준 값을 이용하여 직류전원을 교류전원으로 컨버팅함으로써 안정적인 교류전원을 출력할 수 있도록 구성됨으로써, 복수의 재생에너지 발전기가 배전계통에 투입되는 경우 각 재생에너지 발전기의 접속점에서의 전압 변동을 최소화함과 아울러 복수의 재생에너지 발전기간 전압 제어의 충돌이 발생하지 않게 할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.According to the voltage control device of the renewable energy power system based on the PQ characteristic according to the embodiments of the present invention, it is installed at the DC power output of the renewable energy generator and calculates the linear PQ characteristic for each active power section according to the pre-power system analysis information. Reactive power is calculated for active power, or the power system is analyzed to estimate a polynomial consisting of the Q fluctuation for P of nonlinearity, and reactive power is calculated from the estimated polynomial, and the calculated reactive power is used as a reference value for reactive power. And the PLC (Programmable Logic Controller) controller converts DC power to AC power using this determined reactive power reference value to output stable AC power, so that a plurality of renewable energy generators are put into the distribution system. In this case, there is an excellent effect of minimizing voltage fluctuations at the connection points of each renewable energy generator and preventing collision of voltage control between a plurality of renewable energy generators.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치에 대한 제어블록도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치에 대한 제어블록도이다.
1 is a control block diagram of an apparatus for controlling a voltage of a renewable energy power system based on a PQ characteristic according to a first embodiment of the present invention.
2 is a control block diagram of an apparatus for controlling a voltage of a renewable energy power system based on a PQ characteristic according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예를 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 실시예를 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적으로 해석되어서는 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 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.In describing the embodiments of the present invention, when it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the present specification. The terms used in the detailed description are merely for describing the embodiments of the present invention and should not be construed as limiting. Unless explicitly used otherwise, expressions in the singular form include the meaning of the plural form. In the present description, expressions such as "comprising" or "feature" are intended to refer to certain features, numbers, steps, actions, elements, some or combination thereof, and one or more It should not be construed as excluding the presence or possibility of other features, numbers, steps, actions, elements, any part or combination thereof.

도면에서 도시된 각 시스템에서, 몇몇 경우에서의 요소는 각각 동일한 참조 번호 또는 상이한 참조 번호를 가져서 표현된 요소가 상이하거나 유사할 수가 있음을 시사할 수 있다. 그러나 요소는 상이한 구현을 가지고 본 명세서에서 보여지거나 기술된 시스템 중 몇몇 또는 전부와 작동할 수 있다. 도면에서 도시된 다양한 요소는 동일하거나 상이할 수 있다. 어느 것이 제1 요소로 지칭되는지 및 어느 것이 제2 요소로 불리는지는 임의적이다.In each of the systems shown in the drawings, the elements in some cases each have the same reference number or a different reference number, suggesting that the elements represented may be different or similar. However, elements may have different implementations and operate with some or all of the systems shown or described herein. The various elements shown in the figures may be the same or different. Which is referred to as the first element and which is referred to as the second element is arbitrary.

본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송', '전달' 또는 '제공'한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 데이터 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것을 포함한다.In the present specification, "transmitting", "transmitting" or "providing" data or signals from one component to another component means that one component directly transmits data or signals to another component, as well as It includes transmitting data or signals to other components through at least one other component.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[제 1 실시예][First Example]

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치에 대한 제어블록도이다.1 is a control block diagram of an apparatus for controlling a voltage of a renewable energy power system based on a P-Q characteristic according to a first embodiment of the present invention.

본 발명의 제 1 실시예에 의한 P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치는 다수의 재생에너지 발전기 각각의 직류전원 출력단과 교류계통 사이에 설치되며, 도 1에 도시된 바와 같이, P-Q 특성 기반 무효전력 산출부(100) 및 P-Q 특성 기반 컨버터(200)를 포함한다.The voltage control device of the renewable energy power system based on the PQ characteristic according to the first embodiment of the present invention is installed between the DC power output terminal and the AC system of each of a plurality of renewable energy generators, and as shown in FIG. 1, based on the PQ characteristic. And a reactive power calculator 100 and a converter 200 based on PQ characteristics.

P-Q 특성 기반 무효전력 산출부(100)는 전력계통에 장착된 직류발전기의 출력부로부터 직류 전원을 입력받아 전력계통을 해석하여서 유효전력을 구간별로 나누고 각 구간의 P(유효전력)-V(전압) 곡선을 선형화하고, 이 선형화된 P-V 곡선에 Q(무효전력)-V 특성을 적용하여 유효전력 구간별 선형 P-Q 특성을 산출하여 유효전력에 대한 무효전력을 산출하는 역할을 한다.The PQ characteristic-based reactive power calculation unit 100 receives DC power from the output of the DC generator installed in the power system, analyzes the power system, divides the active power by section, and divides the active power by section. ) The curve is linearized, and the linear PQ characteristic for each active power section is calculated by applying the Q (reactive power)-V characteristic to the linearized PV curve to calculate the reactive power for the active power.

무효전력 산출과정에 대해 상세히 설명하기로 한다.The process of calculating reactive power will be described in detail.

전력계통의 전압과 유효전력 관계(

Figure pat00031
)는 다음의 [수학식 1]과 같다.The relationship between the voltage of the power system and the active power (
Figure pat00031
) Is as the following [Equation 1].

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00032
Figure pat00032

[여기서,

Figure pat00033
는 모선
Figure pat00034
에 투입된 유효전력을 나타내고,
Figure pat00035
Figure pat00036
는 각각 모선
Figure pat00037
의 전압 및 위상을 나타내며,
Figure pat00038
Figure pat00039
는 각각 모선
Figure pat00040
의 전압 및 위상을 나타내며,
Figure pat00041
Figure pat00042
는 각각 모선
Figure pat00043
에서 바라본 등가 어드미턴스의 크기 및 위상을 나타내며,
Figure pat00044
Figure pat00045
는 각각 모선
Figure pat00046
Figure pat00047
사이의 어드미턴스의 크기 및 위상을 나타냄][here,
Figure pat00033
The mothership
Figure pat00034
Represents the active power input to
Figure pat00035
And
Figure pat00036
Each mothership
Figure pat00037
Represents the voltage and phase of
Figure pat00038
And
Figure pat00039
Each mothership
Figure pat00040
Represents the voltage and phase of
Figure pat00041
And
Figure pat00042
Each mothership
Figure pat00043
It represents the magnitude and phase of the equivalent admittance viewed from
Figure pat00044
And
Figure pat00045
Each mothership
Figure pat00046
Wow
Figure pat00047
Indicate the magnitude and phase of admittance between]

전력계통의 전압과 무효전력 관계(

Figure pat00048
)는 다음의 [수학식 2]와 같다.The relationship between the voltage of the power system and the reactive power (
Figure pat00048
) Is as the following [Equation 2].

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00049
Figure pat00049

[여기서,

Figure pat00050
는 모선
Figure pat00051
에 투입된 무효전력을 나타냄][here,
Figure pat00050
The mothership
Figure pat00051
Represents the reactive power inputted to]

전압 및 위상 변동에 의한 P-V 및 Q-V 관계 변동은 각각 다음의 [수학식 3]과 같이 유도된다.P-V and Q-V relationship fluctuations due to voltage and phase fluctuations are respectively derived as shown in [Equation 3] below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure pat00052
Figure pat00052

전력계통 임피던스의 주요 성분은 인덕턴스이고, 각 모선 간 위상의 차이는 매우 작게 운영되어,

Figure pat00053
Figure pat00054
로 근사화 할 수 있으므로, [수학식 3]은 다음의 근사식인 [수학식 4]로 나타낼 수 있다.The main component of the power system impedance is inductance, and the difference in phase between each bus is very small,
Figure pat00053
And
Figure pat00054
Since it can be approximated by [Equation 3], it can be expressed as [Equation 4], which is the following approximation.

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00055
Figure pat00055

즉, 계통 전압의 변동에 따라 P-V 드룹 특성은 아무런 변화가 없고, Q-V 드룹 특성만 변하게 된다. 마찬가지로, 위상 운전점의 변화에는 P-V 드룹 특성만 영향을 받고, Q-V 드룹특성은 영향을 받지 않는다.That is, according to the fluctuation of the grid voltage, the P-V droop characteristic does not change, and only the Q-V droop characteristic changes. Likewise, only the P-V droop characteristic is affected by the change of the phase operation point, and the Q-V droop characteristic is not.

다음의 [수학식 5]로부터 알 수 있듯이, 유효전력의 투입에는 위상이 영향을 받으나, 전압은 영향을 작게 받는다. 또한, 전압이 일정하게 유지되므로, 재생에너지의 유효전력 투입에 의해 접속점의 위상만이 변동하게 된다. 앞서, 위상의 변동에 의해 P-V 드룹 특성만 영향을 받는다고 하였으므로, Q-V 드룹 특성은 재생에너지의 유효전력투입과 무관하게 일정한 선형 특성을 갖는다. 반면, P-V 드룹 특성은 유효전력의 투입에 따라 변하여, 유효전력의 투입량에 따라 P-V 드룹 특성은 비선형 곡선을 갖는다.As can be seen from the following [Equation 5], the phase is affected by the input of the active power, but the voltage is affected small. In addition, since the voltage is kept constant, only the phase of the connection point is changed by the input of active power of renewable energy. Previously, since it was said that only the P-V droop characteristic is affected by the phase change, the Q-V droop characteristic has a constant linear characteristic regardless of the active power input of renewable energy. On the other hand, the P-V droop characteristic changes according to the input of active power, and the P-V droop characteristic has a nonlinear curve depending on the amount of active power applied.

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00056
Figure pat00056

본 발명의 실시예에서는 유효전력의 투입을 구간별로 나누어 각 구간의 P-V 곡선을 선형화 하고, 여기에 Q-V 특성을 적용하여 각 구간별 선형 P-Q 특성을 산출하여 유효전력 투입량에 대한 무효전력 투입량을 산정한다. 각 P-V 및 Q-V 특성은 재생에너지 투입 전후의 접속점 전압 변동이 없도록 하는 특성이므로, P-Q 특성을 적용하면 재생에너지 투입 전후의 접속점 전압이 일정하게 유지된다. 유효전력 구간은 다음의 [수학식 6]과 같이 정의된다.In an embodiment of the present invention, the input of active power is divided by section, the PV curve of each section is linearized, and the linear PQ characteristic for each section is calculated by applying the QV characteristic to it, and the amount of reactive power input relative to the amount of active power input is calculated. . Each of the P-V and Q-V characteristics prevents fluctuations in the connection point voltage before and after the input of renewable energy, so applying the P-Q characteristic keeps the connection point voltage constant before and after the input of renewable energy. The active power section is defined as the following [Equation 6].

[수학식 6][Equation 6]

Figure pat00057
Figure pat00057

[여기서, I, m, k는 정수임][Here, I, m, k are integers]

예를 들어 최대 재생에너지 투입량이 1MW 일 때, 각 구간을 0.1MW로 한다면, k=10, m=10이 된다.For example, when the maximum amount of renewable energy input is 1MW, if each section is 0.1MW, k=10, m=10.

이때, 무효전력은 다음의 [수학식 7]과 같이 산출된다.At this time, the reactive power is calculated as shown in [Equation 7] below.

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00058
Figure pat00058

[여기서,

Figure pat00059
는 산출된 무효전력을 나타내고,
Figure pat00060
는 구간별 P-Q 드룹(droop)의 역수를 나타내며,
Figure pat00061
는 사전에 결정되지 않은 유효전력값을 나타내며,
Figure pat00062
는 사전에 결정된 유효전력값을 나타내며,
Figure pat00063
는 사전에 결정된 무효전력값을 나타냄][here,
Figure pat00059
Represents the calculated reactive power,
Figure pat00060
Represents the reciprocal of the PQ droop for each section,
Figure pat00061
Represents an active power value that has not been determined in advance,
Figure pat00062
Represents a predetermined active power value,
Figure pat00063
Represents a predetermined reactive power value]

P-Q 특성 기반 컨버터(200)는 P-Q 특성 기반 무효전력 산출부(100)에 의해 산출된 무효전력을 무효전력 기준값으로 결정하며, 이 결정된 무효전력 기준값을 이용하여 PLC(Programmable Logic Controller) 제어에 의해 재생에너지 발전기로부터의 직류전원을 교류전원으로 안정적으로 컨버팅 하는 역할을 한다. PLC 제어에 대한 설명은 당업자에게는 명백한 것이므로 여기서는 생략하기로 한다. The PQ characteristic-based converter 200 determines the reactive power calculated by the PQ characteristic-based reactive power calculation unit 100 as a reactive power reference value, and is reproduced by PLC (Programmable Logic Controller) control using the determined reactive power reference value. It plays a role of stably converting DC power from an energy generator to AC power. The description of PLC control is obvious to those skilled in the art, so it will be omitted here.

위와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 의한 P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치에 의하면, 재생에너지 발전기의 직류 전원 출력부에 설치되어 전력 계통을 해석하고 유효전력 구간별 선형 P-Q 특성을 산출하여 유효전력에 대한 무효전력을 산출하여, 이 산출된 무효전력을 무효전력 기준 값으로 결정하고, P-Q 특성 기반 컨버터가 이 결정된 무효전력 기준 값을 이용하여 직류전원을 교류전원으로 컨버팅함으로써 안정적인 교류전원을 출력할 수 있도록 구성됨으로써, 복수의 재생에너지 발전기가 배전계통에 투입되는 경우 각 재생에너지 발전기의 접속점에서의 전압 변동을 최소화함과 아울러 복수의 재생에너지 발전기간 전압 제어의 충돌이 발생하지 않게 할 수 있다.According to the voltage control device of the renewable energy power system based on the PQ characteristic according to the first embodiment of the present invention configured as above, it is installed at the DC power output of the renewable energy generator to analyze the power system and determine the linear PQ characteristics for each active power section. By calculating the reactive power for the active power, the calculated reactive power is determined as the reactive power reference value, and the PQ characteristic-based converter converts the DC power to the AC power using the determined reactive power reference value. By being configured to output power, when a plurality of renewable energy generators are put into the distribution system, voltage fluctuations at the connection points of each renewable energy generator are minimized, and voltage control conflicts between the plurality of renewable energy generators are prevented. can do.

[제 2 실시예][Second Example]

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치에 대한 제어블록도이다.2 is a control block diagram of an apparatus for controlling a voltage of a renewable energy power system based on a P-Q characteristic according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제 2 실시예에 의한 P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치는 다수의 재생에너지 발전기 각각의 직류전원 출력단과 교류계통 사이에 설치되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 칼만필터 기반 무효전력 산출부(100') 및 칼만필터 기반 컨버터(200')를 포함한다.The voltage control device of the renewable energy power system based on the PQ characteristic according to the second embodiment of the present invention is installed between the DC power output terminal and the AC system of each of a plurality of renewable energy generators, and as shown in FIG. 2, the Kalman filter-based It includes a reactive power calculator 100' and a Kalman filter-based converter 200'.

칼만필터 기반 무효전력 산출부(100')는 전력계통에 장착된 직류발전기의 출력부로부터 직류 전원을 입력받아 전력계통을 해석하고 칼만필터를 이용하여 비선형의 유효전력에 대한 무효전력 변동량으로 구성된 다항식을 추정하고 이 추정된 다항식으로부터 무효전력을 산출하는 역할을 한다.The Kalman filter-based reactive power calculation unit 100 ′ receives DC power from the output unit of the DC generator installed in the power system, analyzes the power system, and uses a Kalman filter to obtain a polynomial consisting of variations in reactive power for nonlinear active power. It is responsible for estimating and calculating reactive power from this estimated polynomial.

무효전력을 산출하는 과정을 상세히 설명하기로 한다.The process of calculating the reactive power will be described in detail.

제 2 실시예는 제 1 실시예와 달리 곡선을 선형화 하지 않고, 곡선 자체를 비선형 다항식으로 추정하여 사용한다. 다항식의 추정은 다양한 방법으로 가능하나 제 2 실시예에서는 칼만필터를 사용하였다.In the second embodiment, unlike the first embodiment, the curve is not linearized, and the curve itself is estimated and used as a nonlinear polynomial. The polynomial can be estimated by various methods, but the Kalman filter was used in the second embodiment.

먼저, 시스템 방정식을 다음의 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.First, the system equation can be expressed as the following [Equation 8].

[수학식 8][Equation 8]

Figure pat00064
Figure pat00064

[여기서,

Figure pat00065
는 (n+1)번째 상태변수를 나타내고,
Figure pat00066
는 시스템방정식을 나타내며,
Figure pat00067
는 n번째 상태변수를 나타내며,
Figure pat00068
는 프로세스노이즈에 대한 공분산값을 나타내며,
Figure pat00069
는 프로세스노이즈를 나타내며,
Figure pat00070
는 초기 상태변수를 나타내며,
Figure pat00071
은 출력값을 나타내며,
Figure pat00072
는 기저함수를 나타내며,
Figure pat00073
은 추정방정식을 나타내며,
Figure pat00074
은 측정오차를 나타냄][here,
Figure pat00065
Represents the (n+1)th state variable,
Figure pat00066
Represents the system equation,
Figure pat00067
Represents the nth state variable,
Figure pat00068
Represents the covariance value for the process noise,
Figure pat00069
Represents the process noise,
Figure pat00070
Represents the initial state variable,
Figure pat00071
Represents the output value,
Figure pat00072
Represents the basis function,
Figure pat00073
Represents the estimation equation,
Figure pat00074
Indicates measurement error]

칼만필터의 측정기반 갱신은 다음의 [수학식 9]와 같다.The measurement-based update of the Kalman filter is as shown in [Equation 9] below.

[수학식 9][Equation 9]

Figure pat00075
Figure pat00075

[여기서,

Figure pat00076
은 칼만게인값을 나타내고,
Figure pat00077
은 공분산값을 나타내며,
Figure pat00078
Figure pat00079
의 변환값을 나타내며,
Figure pat00080
는 튜닝민감도를 나타내며,
Figure pat00081
는 상태추정값을 나타내며,
Figure pat00082
는 측정기반 상태 변수 추정 값를 나타내며,
Figure pat00083
은 유효전력 변화량을 나타냄][here,
Figure pat00076
Represents the Kalman gain value,
Figure pat00077
Represents the covariance value,
Figure pat00078
Is
Figure pat00079
Represents the converted value of,
Figure pat00080
Indicates tuning sensitivity,
Figure pat00081
Represents the state estimate,
Figure pat00082
Represents the estimated value of the measurement-based state variable,
Figure pat00083
Represents the amount of change in active power]

칼만필터의 모델기반 갱신은 다음의 [수학식 10]과 같다.The model-based update of the Kalman filter is as follows [Equation 10].

[수학식 10][Equation 10]

Figure pat00084
Figure pat00084

[여기서,

Figure pat00085
는 모델기반 상태 변수 추정 값을 나타내고,
Figure pat00086
는 모델기반 공분산 추정값 나타내며,
Figure pat00087
Figure pat00088
의공분산을 나타내며,
Figure pat00089
는 프로세스 노이즈의 공분산 전치행렬 나타냄][here,
Figure pat00085
Denotes the model-based state variable estimated value,
Figure pat00086
Represents the model-based covariance estimate,
Figure pat00087
Is
Figure pat00088
Represents the covariance,
Figure pat00089
Represents the covariance transposition matrix of the process noise]

기저함수를

Figure pat00090
로 정의하고, 칼만필터의 출력을
Figure pat00091
로 정의하면, 상태변수 x는 전압 변동에 대한 유효전력과 무효전력 변동량으로 구성된 다항식의 계수를 나타내게 된다. 추정 다항식을 변형하면 다음의 [수학식 11]과 같다.The basis function
Figure pat00090
And the output of the Kalman filter
Figure pat00091
If defined as, the state variable x represents the coefficient of a polynomial consisting of the amount of variation in active power and reactive power for voltage variation. If the estimated polynomial is modified, it is as follows [Equation 11].

[수학식 11][Equation 11]

Figure pat00092
Figure pat00092

[여기서,

Figure pat00093
는 전압의 변화량을 나타내고,
Figure pat00094
Figure pat00095
는 유효전력의 변화량을 나타내며,
Figure pat00096
,
Figure pat00097
,
Figure pat00098
Figure pat00099
는 칼만필터의 상태 변수로, 추정 과정에서 칼만필터의 입력 및 출력 값에 대해 최소의 RMSE(root-mean-squre-error)를 갖는 곡선이 표현되도록 매회 업데이트 되는 값을 나타냄] [here,
Figure pat00093
Represents the amount of change in voltage,
Figure pat00094
And
Figure pat00095
Represents the amount of change in active power,
Figure pat00096
,
Figure pat00097
,
Figure pat00098
And
Figure pat00099
Is the state variable of the Kalman filter, and represents a value that is updated each time so that a curve with the minimum root-mean-squre-error (RMSE) is expressed for the input and output values of the Kalman filter in the estimation process.]

따라서 다음의 [수학식 12]의 방법으로 전압을 일정하게 하는 무효전력을 산출 할 수 있다.Therefore, the reactive power that makes the voltage constant can be calculated by the method of [Equation 12] below.

[수학식 12][Equation 12]

Figure pat00100
Figure pat00100

[여기서,

Figure pat00101
는 칼만필터의 i번째 상태 변수를 나타내고,
Figure pat00102
yi제곱을 나타냄][here,
Figure pat00101
Denotes the ith state variable of the Kalman filter,
Figure pat00102
Represents y to the power of i]

칼만필터 기반 컨버터(200')는 칼만필터 기반 무효전력 산출부(100')에 의해 산출된 무효전력을 무효전력 기준값으로 결정하며, 이 결정된 무효전력 기준값을 이용하여 PLC(Programmable Logic Controller) 제어에 의해 재생에너지 발전기로부터의 직류전원을 교류전원으로 안정적으로 컨버팅 하는 역할을 한다. PLC 제어에 대한 설명은 당업자에게는 명백한 것이므로 여기서는 생략하기로 한다. The Kalman filter-based converter 200 ′ determines the reactive power calculated by the Kalman filter-based reactive power calculation unit 100 ′ as a reactive power reference value, and uses the determined reactive power reference value to control PLC (Programmable Logic Controller). As a result, it plays a role of stably converting DC power from a renewable energy generator to AC power. The description of PLC control is obvious to those skilled in the art, so it will be omitted here.

위와 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 의한 P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치에 의하면, 재생에너지 발전기의 직류 전원 출력부에 설치되어 전력 계통을 해석하고 비선형의 P에 대한 Q 변동량으로 구성된 다항식을 추정하고 이 추정된 다항식으로부터 무효전력을 산출하여, 이 산출된 무효전력을 무효전력 기준 값으로 결정하고, 칼만필터기반 컨버터가 이 결정된 무효전력 기준 값을 이용하여 직류전원을 교류전원으로 컨버팅함으로써 안정적인 교류전원을 출력할 수 있도록 구성됨으로써, 복수의 재생에너지 발전기가 배전계통에 투입되는 경우 각 재생에너지 발전기의 접속점에서의 전압 변동을 최소화함과 아울러 복수의 재생에너지 발전기간 전압 제어의 충돌이 발생하지 않게 할 수 있다.According to the voltage control device of the renewable energy power system based on the PQ characteristic according to the second embodiment of the present invention configured as described above, it is installed at the DC power output of the renewable energy generator to analyze the power system and calculate the Q variation with respect to the nonlinear P. By estimating the configured polynomial and calculating reactive power from the estimated polynomial, the calculated reactive power is determined as the reactive power reference value, and the Kalman filter-based converter uses the determined reactive power reference value to convert DC power into AC power. As it is configured to output stable AC power by converting, when multiple renewable energy generators are input to the distribution system, voltage fluctuations at the connection points of each renewable energy generator are minimized, and voltage control conflicts between multiple renewable energy generators. You can prevent this from happening.

도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.In the drawings and specification, an optimal embodiment has been disclosed, and specific terms are used, but these are used only for the purpose of describing the embodiments of the present invention, and are used to limit the meaning or to limit the scope of the present invention described in the claims. Was not done. Therefore, those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100: P-Q 특성 기반 무효전력 산출부
100': 칼만필터 기반 무효전력 산출부
200: P-Q 특성 기반 컨버터
200': 칼만필터 기반 컨버터
100: PQ characteristic-based reactive power calculation unit
100': Kalman filter-based reactive power calculation unit
200: PQ characteristic based converter
200': Kalman filter-based converter

Claims (5)

사전 전력계통 해석결과에 따라 유효전력을 구간별로 나누고 각 구간의 P(유효전력)-V(전압) 곡선을 선형화하고, 이 선형화된 P-V 곡선에 Q(무효전력)-V 특성을 적용하여 유효전력 구간별 선형 P-Q 특성을 산출하여 유효전력에 대한 무효전력을 산출하도록 구성된 P-Q 특성 기반 무효전력 산출부; 및
전력계통에 장착된 직류발전기의 출력부로부터 직류 전원을 입력받아 상기 P-Q 특성 기반 무효전력 산출부에 의해 산출된 무효전력을 무효전력 기준값으로 결정하고, 이 결정된 무효전력 기준값을 이용하여 PLC(Programmable Logic Controller) 제어에 의해 직류전원을 교류전원으로 컨버팅 하도록 구성된 P-Q 특성 기반 컨버터;를 포함하는, P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치.
According to the result of the pre-power system analysis, the active power is divided by section, the P (active power)-V (voltage) curve of each section is linearized, and the Q (reactive power)-V characteristic is applied to the linearized PV curve to achieve active power. A PQ characteristic-based reactive power calculator configured to calculate a reactive power with respect to the active power by calculating a linear PQ characteristic for each section; And
Reactive power calculated by the PQ characteristic-based reactive power calculation unit is determined as a reactive power reference value by receiving DC power from the output unit of the DC generator installed in the power system, and PLC (Programmable Logic) by using the determined reactive power reference value. Controller) PQ characteristic-based converter configured to convert DC power to AC power by control; including, PQ characteristic-based voltage control device of the renewable energy power system.
제 1 항에 있어서,
상기 P-Q 특성 기반 무효전력 산출부는 다음의 [수학식 7]에 의해 무효전력을 산출하는, P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치.

[수학식 7]
Figure pat00103



[여기서,
Figure pat00104
는 산출된 무효전력을 나타내고,
Figure pat00105
는 구간별 P-Q 드룹(droop)의 역수를 나타내며,
Figure pat00106
는 사전에 결정되지 않은 유효전력값을 나타내며,
Figure pat00107
는 사전에 결정된 유효전력값을 나타내며,
Figure pat00108
는 사전에 결정된 무효전력값을 나타냄]
The method of claim 1,
The PQ characteristic-based reactive power calculation unit calculates the reactive power according to the following [Equation 7], the voltage control device of the PQ characteristic-based renewable energy power system.

[Equation 7]
Figure pat00103



[here,
Figure pat00104
Represents the calculated reactive power,
Figure pat00105
Represents the reciprocal of the PQ droop for each section,
Figure pat00106
Represents an active power value that has not been determined in advance,
Figure pat00107
Represents a predetermined active power value,
Figure pat00108
Represents a predetermined reactive power value]
전력계통에 장착된 직류발전기의 출력부로부터 직류 전원을 입력받아 전력계통을 해석하고 칼만필터를 이용하여 비선형의 유효전력에 대한 무효전력 변동량으로 구성된 다항식을 추정하고 이 추정된 다항식으로부터 무효전력을 산출하도록 구성된 칼만필터 기반 무효전력 산출부; 및
상기 칼만필터 기반 무효전력 산출부에 의해 산출된 무효전력을 무효전력 기준값으로 결정하고, 이 결정된 무효전력 기준값을 이용하여 PLC(Programmable Logic Controller) 제어에 의해 직류전원을 교류전원으로 컨버팅 하도록 구성된 칼만필터 기반 컨버터;를 포함하는, P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치.
The power system is analyzed by receiving DC power from the output of the DC generator installed in the power system, and a polynomial consisting of the amount of reactive power fluctuations for the nonlinear active power is estimated using a Kalman filter, and the reactive power is calculated from the estimated polynomial. Kalman filter-based reactive power calculation unit configured to; And
A Kalman filter configured to determine the reactive power calculated by the Kalman filter-based reactive power calculation unit as a reactive power reference value, and convert DC power to AC power by PLC (Programmable Logic Controller) control using the determined reactive power reference value. A voltage control device of a renewable energy power system based on PQ characteristics, including; a base converter.
제 3 항에 있어서,
상기 추정된 다항식은 상기 칼만필터에 대해 입력값으로 유효전력을 대입하고 출력값으로 무효전력을 대입하여 구해지며,
상기 추정된 다항식을 변형하면 다음의 [수학식 11]과 같이 무효전력의 변화량(
Figure pat00109
)이 구해지며,

[수학식 11]
Figure pat00110

[여기서,
Figure pat00111
는 전압의 변화량을 나타내고,
Figure pat00112
Figure pat00113
는 유효전력의 변화량을 나타내며,
Figure pat00114
,
Figure pat00115
,
Figure pat00116
Figure pat00117
는 칼만필터의 상태 변수로, 추정 과정에서 칼만필터의 입력 및 출력 값에 대해 최소의 RMSE(root-mean-squre-error)를 갖는 곡선이 표현되도록 매회 업데이트 되는 값을 나타냄]

다음의 [수학식 12]에 의해 무효전력(Q)이 구해지는, P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치.

[수학식 12]
Figure pat00118


[여기서,
Figure pat00119
는 칼만필터의 i번째 상태 변수를 나타내고,
Figure pat00120
yi제곱을 나타냄]
The method of claim 3,
The estimated polynomial is obtained by substituting active power as an input value and reactive power as an output value for the Kalman filter,
If the estimated polynomial is modified, the amount of change in reactive power (
Figure pat00109
) Is obtained,

[Equation 11]
Figure pat00110

[here,
Figure pat00111
Represents the amount of change in voltage,
Figure pat00112
And
Figure pat00113
Represents the amount of change in active power,
Figure pat00114
,
Figure pat00115
,
Figure pat00116
And
Figure pat00117
Is the state variable of the Kalman filter, and represents a value that is updated each time so that a curve with the minimum root-mean-squre-error (RMSE) is expressed for the input and output values of the Kalman filter in the estimation process.]

Reactive power (Q) is obtained by the following [Equation 12], the voltage control device of the PQ characteristic-based renewable energy power system.

[Equation 12]
Figure pat00118


[here,
Figure pat00119
Denotes the ith state variable of the Kalman filter,
Figure pat00120
Represents y to the power of i]
제 3 항에 있어서,
상기 추정된 다항식은 상기 칼만필터에 대해 입력값으로 유효전력을 대입하고 출력값으로 전압을 대입하여 제 1 식을 구하고, 상기 칼만필터에 대해 입력값으로 무효전력을 대입하고 출력값으로 전압을 대입하여 필터링하여 제 2 식을 구한 후, 필터링된 제 1, 2식을 연산함으로써 구해지며,
상기 추정된 다항식을 변형하면 다음의 [수학식 11]과 같이 무효전력의 변화량(
Figure pat00121
)이 구해지며,

[수학식 11]
Figure pat00122

[여기서,
Figure pat00123
는 전압의 변화량을 나타내고,
Figure pat00124
Figure pat00125
는 유효전력의 변화량을 나타내며,
Figure pat00126
,
Figure pat00127
,
Figure pat00128
Figure pat00129
는 칼만필터의 상태 변수로, 추정 과정에서 칼만필터의 입력 및 출력 값에 대해 최소의 RMSE(root-mean-squre-error)를 갖는 곡선이 표현되도록 매회 업데이트 되는 값을 나타냄]

다음의 [수학식 12]에 의해 무효전력(Q)이 구해지는, P-Q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치.

[수학식 12]
Figure pat00130


[여기서,
Figure pat00131
는 칼만필터의 i번째 상태 변수를 나타내고,
Figure pat00132
yi제곱을 나타냄]
The method of claim 3,
The estimated polynomial is filtered by substituting active power as an input value for the Kalman filter and voltage as an output value to obtain the first equation, and substituting reactive power as an input value for the Kalman filter and voltage as an output value. After obtaining the second equation, it is obtained by calculating the filtered equations 1 and 2,
If the estimated polynomial is modified, the amount of change in reactive power (
Figure pat00121
) Is obtained,

[Equation 11]
Figure pat00122

[here,
Figure pat00123
Represents the amount of change in voltage,
Figure pat00124
And
Figure pat00125
Represents the amount of change in active power,
Figure pat00126
,
Figure pat00127
,
Figure pat00128
And
Figure pat00129
Is the state variable of the Kalman filter, and represents a value that is updated each time so that a curve with the minimum root-mean-squre-error (RMSE) is expressed for the input and output values of the Kalman filter in the estimation process.]

Reactive power (Q) is obtained by the following [Equation 12], the voltage control device of the PQ characteristic-based renewable energy power system.

[Equation 12]
Figure pat00130


[here,
Figure pat00131
Denotes the ith state variable of the Kalman filter,
Figure pat00132
Represents y to the power of i]
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