KR20220126897A - Dvr phase angle control and bess charge/discharge control system in connection with photo voltaics - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a system for phase angle control on a solar power-connected dynamic voltage compensator and charge/discharge control on a battery energy storage system. More specifically, the system can enable bi-directional power transmission by charging active power generated by a phase angle control (PAC) technique into a battery or discharging an amount of active power required for the system from the battery when a voltage sag occurs in the distribution system, while being able to compensate for voltage fluctuations and reactive power by charging active battery generated from sunlight through linkage with the sunlight, into the battery or supplying the active power to the distribution system in accordance with circumstances. Therefore, the present invention is capable of increasing energy efficiency.

Description

태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템 {DVR PHASE ANGLE CONTROL AND BESS CHARGE/DISCHARGE CONTROL SYSTEM IN CONNECTION WITH PHOTO VOLTAICS}{DVR PHASE ANGLE CONTROL AND BESS CHARGE/DISCHARGE CONTROL SYSTEM IN CONNECTION WITH PHOTO VOLTAICS}

본 발명은 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PAC(Phase Angle Control)기법에 의해 발생한 유효전력을 배터리에 충전하거나 배전계통의 순간전압강하(Voltage Sag)가 발생할 경우 계통에 필요한 만큼의 유효전력을 배터리에서 방전하는 등 양방향 전력전달이 가능하게 함과 동시에, 태양광을 연계하여 태양광에서 발생한 유효전력을 상황에 따라 배터리에 충전하거나, 배전계통에 유효전력을 공급하도록 하여 전압변동과 무효전력에 대한 보상이 가능한 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a phase angle control of a solar-linked dynamic voltage compensator and a charge/discharge control system for a battery energy storage system, and more particularly, to a battery by charging active power generated by the PAC (Phase Angle Control) technique to a battery or to a power distribution system. In the event of a voltage sag, it enables two-way power transfer, such as discharging the amount of active power required for the system from the battery, and at the same time, by linking the sunlight, the active power generated from the sunlight is transferred to the battery according to the situation. It relates to a phase angle control and a battery energy storage system charge/discharge control system of a solar-linked dynamic voltage compensator capable of compensating for voltage fluctuations and reactive power by charging or supplying active power to a distribution system.

본 발명은 한국전력공사의 2018년 착수 사외공모 기초연구(거점대학연구) 사업에 의해 지원되었다.(과제번호 : R18XA04)The present invention was supported by Korea Electric Power Corporation's 2018 external open public basic research (base university research) project. (Project No.: R18XA04)

근래 전력품질에 민감한 비선형 부하의 증가로 인한 전력품질저하 문제가 이슈되고 있다. Recently, the problem of power quality degradation due to an increase in non-linear loads sensitive to power quality has become an issue.

또한, 배전계통은 태양광, 풍력발전 등 분산전원의 확산으로 인한 전력품질 저하 문제와 더불어 배전단 전압 레벨의 상승으로 인한 역조류 현상이 발생하는 문제가 있다. In addition, in the distribution system, there is a problem in that a reverse current phenomenon occurs due to an increase in the voltage level at the distribution end as well as a problem of deterioration in power quality due to the spread of distributed power such as solar power and wind power generation.

따라서, 단순 전압 보상뿐만 아닌 전력품질 향상 필요성이 증가하고 있다.Accordingly, the need for power quality improvement as well as simple voltage compensation is increasing.

배전선로의 직렬형 전력품질 보상기기 중 동적전압보상기(Dynamic Voltage Restorer : DVR)는 배전선로에 직렬로 연결된 변압기를 통해 계통에 순간전압강하(Voltage Sag), 순간전압상승(Voltage Swell), 과 같은 전압변동(Voltage Fluctuation)이 발생할 경우 부하전압을 안정적으로 공급하기 위한 보상기기로, 주입변압기(Injection Transformer)를 통해 보상전압을 주입하여 전압보상 수행할 수 있다.Among the series-type power quality compensators for distribution lines, the Dynamic Voltage Restorer (DVR) is a system that uses a transformer connected in series to the distribution line to provide a system with voltage sag and voltage rise. As a compensator for stably supplying a load voltage when a voltage fluctuation occurs, voltage compensation can be performed by injecting a compensation voltage through an injection transformer.

DVR(Dynamic Voltage Restorer)은 배전계통의 순간전압강하(Voltage Sag), 순간전압상승(Voltage Swell) 등의 전압 변동에 대한 보상만 수행한다. 따라서 계통의 무효전력 보상, 역률개선 및 전류 고조파 문제를 해결하기 위해서는 병렬형 보상기기와 결합하여 사용해야 한다. The DVR (Dynamic Voltage Restorer) only compensates for voltage fluctuations such as voltage sag and voltage swell in the distribution system. Therefore, in order to solve the problem of reactive power compensation, power factor improvement and current harmonics of the system, it should be used in combination with a parallel compensator.

하지만 이러한 결합형 보상기기의 경우 상대적으로 제어가 복잡하고 부피가 커진다는 단점을 갖는다. However, in the case of such a combined compensator, the control is relatively complicated and the volume is large.

또한, DVR 단일기기만으로 전력품질을 보상하기 위해서는 별도의 직류전원이 필수적으로 요구된다.In addition, in order to compensate the power quality with only a single DVR device, a separate DC power supply is essential.

DVR의 다양한 제어기법 중 DVR의 위상각 제어(Phase Angle Control : PAC) 기법은 DVR 단일기기만 이용하여 전압 보상과 무효전력 보상을 동시에 수행할 수 있게 하는 기법이다. Among various control methods of DVR, phase angle control (PAC) technique of DVR is a technique that allows voltage compensation and reactive power compensation to be simultaneously performed using only a single DVR device.

하지만, PAC를 적용할 경우 계통에서 DVR 쪽으로 유효전력이 발생하게 되고, 이는 DVR에서 소모된다.However, when PAC is applied, active power is generated from the system toward the DVR, which is consumed by the DVR.

PAC기법의 원리는 계통 전압과 부하 전류의 위상을 동상이 되도록 DVR에서 임의의 크기와 위상을 갖는 보상전압을 주입해주어 무효전력 성분을 제거하는 기법이다. The principle of the PAC method is to remove the reactive power component by injecting a compensation voltage having an arbitrary size and phase from the DVR so that the phase of the grid voltage and the load current is in phase.

DVR은 이러한 배전단의 전압 레벨을 조정하여 역조류 현상을 억제하는데 활용할 수 있지만, 단일기기로써 DVR은 전압보상만을 수행하기 때문에 비효율적이므로 PAC 기법을 적용하여 전압변동과 무효전력에 대한 보상을 동시에 수행하여 계통의 전압보상과 역률을 개선할 수 있다. The DVR can be used to suppress the reverse current phenomenon by adjusting the voltage level of the distribution stage, but as a single device, the DVR is inefficient because it only performs voltage compensation. This can improve the voltage compensation and power factor of the system.

그러나, DVR 시스템의 구성은 PAC기법을 적용할 경우 전압변동 보상과 함께 계통의 무효전력 보상이 가능하지만 보상과정에서 생성되는 유효전력은 소모되며 단독운전 시 별도의 직류전원이 필요하다는 단점이 있다. However, when the PAC method is applied to the configuration of the DVR system, it is possible to compensate the system reactive power along with voltage fluctuation compensation, but the active power generated in the compensation process is consumed and a separate DC power source is required for independent operation.

즉, 기존 DVR 시스템은 계통의 전압변동을 보상하기 위하여 별도의 직류전원을 필요로 하고, PAC 기법을 적용할 경우 DVR 배전계통의 무효전력과 전압을 동시에 보상이 가능하지만 유효전력이 발생하게 되어 DVR에서 소모되는 문제가 있다.In other words, the existing DVR system requires a separate DC power supply to compensate for the voltage fluctuation of the system, and when the PAC method is applied, the reactive power and voltage of the DVR distribution system can be compensated at the same time, but active power is generated. There is a problem with consumption.

한국등록특허 [10-0974079]에서는 동적 전압보상 시스템 및 그 동적 전압보상 방법이 개시되어 있다.Korean Patent Registration [10-0974079] discloses a dynamic voltage compensation system and a dynamic voltage compensation method thereof.

한국등록특허 [10-0974079](등록일자: 2010년07월29일)Korean Patent Registration [10-0974079] (Registration Date: July 29, 2010)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 PAC(Phase Angle Control)기법에 의해 발생한 유효전력을 배터리에 충전하거나 배전계통의 순간전압강하(Voltage Sag)가 발생할 경우 계통에 필요한 만큼의 유효전력을 배터리에서 방전하는 등 양방향 전력전달이 가능하게 함과 동시에, 태양광을 연계하여 태양광에서 발생한 유효전력을 상황에 따라 배터리에 충전하거나, 배전계통에 유효전력을 공급하도록 하여 전압변동과 무효전력에 대한 보상이 가능한 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템을 제공하는 것이다.Therefore, the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to charge the battery with active power generated by the PAC (Phase Angle Control) technique or to reduce the instantaneous voltage drop of the distribution system (Voltage Sag) In the event of a power outage, it enables two-way power transfer, such as discharging the amount of active power required for the system from the battery, and at the same time, by linking the sunlight, the active power generated from the sunlight can be charged to the battery or effective for the distribution system depending on the situation. To provide a phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of a solar-linked dynamic voltage compensator capable of compensating for voltage fluctuations and reactive power by supplying power.

본 발명의 실 시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The purpose of the embodiments of the present invention is not limited to the above-mentioned purpose, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. .

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템은, 배전선로에 직렬로 연결된 선로변압기(100); 상기 선로변압기(100)에 연결되어 상기 배전선로의 전압변동과 무효전력에 대한 보상을 수행하는 동적전압보상기(200); 상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210) 양단에 연결되어, 양방향 전력전달을 수행하는 컨버터부(300); 상기 컨버터(300)에 연결되어, 충전 또는 방전되는 배터리부(400); 및 상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210) 양단에 연결된 태양광발전부(500); 를 포함하며, 계통 상태에 따라 측정 또는 산출된 값들을 이용해 상기 배터리부(400) 전류의 방향을 결정하며, 이를 근거로 상기 배터리부(400) 전류의 충방전을 결정하는 것을 특징으로 한다.A phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of a solar-linked dynamic voltage compensator according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a line transformer 100 connected in series to a distribution line; a dynamic voltage compensator 200 connected to the line transformer 100 to compensate for voltage fluctuations and reactive power of the distribution line; a converter unit 300 connected to both ends of the DC-Like capacitor 210 of the dynamic voltage compensator 200 to perform bidirectional power transfer; a battery unit 400 connected to the converter 300 to be charged or discharged; and a photovoltaic unit 500 connected to both ends of the DC-Like capacitor 210 of the dynamic voltage compensator 200 ; It includes, and determines the direction of the current of the battery unit 400 using the measured or calculated values according to the system state, and determines the charge/discharge of the current of the battery unit 400 based on this.

또한, 상기 컨버터부(300)는 상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210) 양단에 일측이 연결되며, 4 개의 브리지 스위칭(bridge switching) 소자로 풀브리지(Full Bridge) 회로를 형성한 제1전원회로(310); 상기 배터리부(400)에 타측이 연결되며, 4 개의 브리지 스위칭(bridge switching) 소자로 풀브리지(Full Bridge) 회로를 형성한 제2전원회로(320); 일측이 상기 제1전원회로(310)와 연결되고, 타측이 상기 제2전원회로(320)와 연결된 컨버터변압기(330);를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, one end of the converter unit 300 is connected to both ends of the DC-Like capacitor 210 of the dynamic voltage compensator 200 , and a full bridge circuit is formed with four bridge switching devices. a first power circuit 310; a second power circuit 320 having the other end connected to the battery unit 400 and forming a full bridge circuit with four bridge switching elements; and a converter transformer 330 having one end connected to the first power circuit 310 and the other end connected to the second power circuit 320 .

또, 상기 컨버터부(300)는 상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210) 전압제어기의 출력에 태양광 전류와 DVR 전류를 전향 보상하는 방식으로 배터리의 전류 지령치를 생성한하고, 전류제어기의 출력은 상기 컨버터부(300)의 스위칭 소자에 대한 동작신호의 위상차 지령

Figure pat00001
을 생성하도록 설계된 제어기에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.In addition, the converter unit 300 generates a current command value of the battery in such a way that the solar current and the DVR current are forwardly compensated for the output of the DC-Like capacitor 210 voltage controller of the dynamic voltage compensator 200, The output of the current controller is a phase difference command of the operation signal to the switching element of the converter unit 300 .
Figure pat00001
characterized by being controlled by a controller designed to generate

또한, 상기 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템은 상기 동적전압보상기(200)의 PAC(Phase Angle Control)를 통해 발생 또는 계통에 공급되는 유효전력(

Figure pat00002
)과 상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210)(
Figure pat00003
)을 이용하여, 산출된 동적전압보상기(200) 전류(
Figure pat00004
) 그리고 태양광발전부(500) 출력전류(
Figure pat00005
)를 근거로 배터리 전류의 방향을 결정하며, 배터리 전류의 충방전을 결정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the phase angle control of the solar-linked dynamic voltage compensator and the battery energy storage system charge/discharge control system generate or supply active power to the system through the PAC (Phase Angle Control) of the dynamic voltage compensator 200 (
Figure pat00002
) and the DC-Like capacitor 210 of the dynamic voltage compensator 200 (
Figure pat00003
), the calculated dynamic voltage compensator 200 current (
Figure pat00004
) and the solar power generation unit 500 output current (
Figure pat00005
) to determine the direction of the battery current, and to determine the charge/discharge of the battery current.

아울러, 상기 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템은 계통 정상상태 또는 배전계통의 순간전압상승(Voltage Swell)이 발생 시, 배터리에 충전되는 전류는 PAC(Phase Angle Control)에 의해 발생한 유효전력에 의해 산출된 전류

Figure pat00006
와 상기 태양광발전부(500) 출력전류
Figure pat00007
를 더한 값이 되도록 제어하며, 배전계통의 순간전압강하(Voltage Sag) 발생 시 상기 동적전압보상기(200)에서 계통으로 공급하는 유효전력이 상기 태양광발전부(500)에서 출력되는 값보다 작을 경우, 태양광에서 발생한 전력이 상기 동적전압보상기(200)을 통해 계통에 공급되고
Figure pat00008
만큼의 전류가 배터리로 충전되도록 제어하고, 배전계통의 순간전압강하(Voltage Sag)가 발생하고 상기 동적전압보상기(200)에서 계통으로 공급하여야 할 전력이 태양광 출력 전력 보다 클 경우, 태양광 전류와 함께 배터리에서
Figure pat00009
만큼의 전류가 방전되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the phase angle control of the solar-linked dynamic voltage compensator and the battery energy storage system charge/discharge control system generate a system steady state or a voltage swell of the distribution system, the current charged to the battery is PAC (Phase Current calculated by active power generated by angle control)
Figure pat00006
and the photovoltaic unit 500 output current
Figure pat00007
is controlled to be the sum of , and when an instantaneous voltage sag of the distribution system occurs, the active power supplied from the dynamic voltage compensator 200 to the grid is smaller than the value output from the photovoltaic unit 500. , power generated from sunlight is supplied to the system through the dynamic voltage compensator 200 and
Figure pat00008
When the amount of current is controlled to be charged into the battery, a voltage sag of the distribution system occurs and the power to be supplied from the dynamic voltage compensator 200 to the system is greater than the solar output power, the solar current from the battery with
Figure pat00009
It is characterized in that it is controlled so that the amount of current is discharged.

본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템에 의하면, 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210) 단에 DAB(Dual Active Bridge) 컨버터와 배터리, 그리고 태양광을 연계하고, 계통 상태에 따라 측정 또는 산출된 값들을 이용해 배터리 전류의 충방전을 결정함에 따라, 기존 PAC를 적용한 DVR에서 소모되었던 유효전력을 DAB 컨버터를 이용해 배터리에 충전할 수 있도록 하여 에너지 효율을 높이는 효과가 있으며, 별도의 직류전원이 필요하지 않고 DVR 단일기기만으로 무효전력보상 및 전압보상이 가능한 효과가 있다.According to the phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of the solar-linked dynamic voltage compensator according to an embodiment of the present invention, the DC-Like capacitor 210 terminal of the dynamic voltage compensator 200 is connected to the DAB (Dual Active) Bridge) The converter, battery, and solar power are connected, and the charge/discharge of the battery current is determined using the measured or calculated values according to the system status. It has the effect of increasing energy efficiency by allowing the battery to be charged, and it is effective to compensate for reactive power and voltage with only a single DVR device without the need for a separate DC power supply.

아울러, 향후 전기차 보급 확산에 맞춰 배터리 대신 EV충전소 등 다양한 마이크로 그리드 유틸리티 연계에 응용할 수 있는 효과가 있다.In addition, in line with the spread of electric vehicles in the future, it has the effect of being applied to various micro-grid utilities such as EV charging stations instead of batteries.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템의 개념도.
도 2는 도 1의 컨버터부의 세부 개념도.
도 3은 도 1의 DC-Link 전압 제어기 및 배터리 충방전 전류 제어기 설계의 개념도.
도 4는 도 1의 계통 상태에 따른 배터리 충방전 해석의 개념도.
도 5는 계통 정상상태일 경우 PAC를 통한 보상전압 및 위상각을 보여주는 벡터도.
도 6은 전압변동 시 보상전압 및 위상각 PAC를 통한 보상전압 및 위상각을 보여주는 벡터도.
도 7은 도 1의 계통 상태에 따른 전류 흐름을 보여주는 개념도.1 is a conceptual diagram of a phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of a solar-linked dynamic voltage compensator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed conceptual view of the converter unit of FIG. 1 ;
3 is a conceptual diagram of the design of the DC-Link voltage controller and the battery charge/discharge current controller of FIG. 1 .
4 is a conceptual diagram of a battery charging/discharging analysis according to the system state of FIG. 1 .
5 is a vector diagram showing a compensation voltage and a phase angle through the PAC when the system is in a steady state.
6 is a vector diagram showing a compensation voltage and a phase angle through a compensation voltage and a phase angle PAC when the voltage is changed.
7 is a conceptual diagram showing a current flow according to the system state of FIG. 1 .

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, process, operation, component, part, or combination thereof described in the specification is present, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, processes, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. In addition, if there is no other definition in the technical and scientific terms used, it has the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily obscure will be omitted. The drawings introduced below are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms. Also, like reference numerals refer to like elements throughout. It should be noted that the same components in the drawings are denoted by the same reference numerals wherever possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템의 개념도이고, 도 2는 도 1의 컨버터부의 세부 개념도이며, 도 3은 도 1의 DC-Link 전압 제어기 및 배터리 충방전 전류 제어기 설계의 개념도이고, 도 4는 도 1의 계통 상태에 따른 배터리 충방전 해석의 개념도이며, 도 5는 계통 정상상태일 경우 PAC를 통한 보상전압 및 위상각을 보여주는 벡터도이고, 도 6은 전압변동 시 보상전압 및 위상각 PAC를 통한 보상전압 및 위상각을 보여주는 벡터도이며, 도 7은 도 1의 계통 상태에 따른 전류 흐름을 보여주는 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of a solar-linked dynamic voltage compensator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a detailed conceptual diagram of the converter unit of FIG. 1, and FIG. 3 is FIG. 1 is a conceptual diagram of DC-Link voltage controller and battery charge/discharge current controller design, FIG. 4 is a conceptual diagram of battery charge/discharge analysis according to the system state of FIG. 1, and FIG. 5 is a compensation voltage through PAC and It is a vector diagram showing a phase angle, FIG. 6 is a vector diagram showing a compensation voltage and a phase angle through a compensation voltage and a phase angle PAC when a voltage is changed, and FIG. 7 is a conceptual diagram showing a current flow according to the system state of FIG. 1 .

설명에 앞서, 본 명세서( 및 특허청구범위)에서 사용되는 용어에 대해 간단히 설명하도록 한다.Before the description, terms used in the present specification (and claims) will be briefly described.

Figure pat00010
: 전원 전압
Figure pat00010
: power supply voltage

Figure pat00011
: 부하 전압
Figure pat00011
: load voltage

Figure pat00012
: 보상 후 부하 전압
Figure pat00012
: load voltage after compensation

Figure pat00013
: DC-Link 커패시터 전압
Figure pat00013
: DC-Link capacitor voltage

Figure pat00014
: DVR 주입 전압의 크기
Figure pat00014
: Size of DVR injection voltage

Figure pat00015
: 부하 전류
Figure pat00015
: load current

Figure pat00016
: 보상 후 부하 전류
Figure pat00016
: load current after compensation

Figure pat00017
: 태양광 출력전류
Figure pat00017
: Solar output current

Figure pat00018
: DAB 컨버터 출력 전류(Battery 전류)
Figure pat00018
: DAB converter output current (Battery current)

Figure pat00019
: 전원전압 부하전류 위상차
Figure pat00019
: Power voltage load current phase difference

Figure pat00020
: PAC에 의해 발생 또는 계통에 공급되는 유효전력
Figure pat00020
: Active power generated by PAC or supplied to the grid

Figure pat00021
: DVR 보상 무효전력
Figure pat00021
: DVR compensation reactive power

Figure pat00022
: DAB 컨버터 1차측 switching signal
Figure pat00022
: DAB converter primary side switching signal

Figure pat00023
: DAB 컨버터 2차측 switching signal
Figure pat00023
: DAB converter secondary side switching signal

Figure pat00024
: DVR 주입 전압의 위상각
Figure pat00024
: Phase angle of DVR injection voltage

Figure pat00025
: DAB 컨버터 1,2차측 전압 위상차
Figure pat00025
: DAB converter 1st and 2nd voltage phase difference

기본적인 용어를 정리하였으나, 설명에 필요한 모든 용어를 정리한 것은 아니며, 상기에 정의된 용어 이외에 새로이 등장되는 용어들은 추후 설명하도록 한다. Although basic terms are summarized, not all terms necessary for explanation are summarized, and new terms other than those defined above will be described later.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템은 선로변압기(100), 동적전압보상기(200), 컨버터부(300), 배터리부(400) 및 태양광발전부(500)를 포함하며, 계통 상태에 따라 측정 또는 산출된 값들을 이용해 상기 배터리부(400) 전류의 방향을 결정하며, 이를 근거로 상기 배터리부(400) 전류의 충방전을 결정하는 것을 특징으로 한다.1, the phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of the solar-linked dynamic voltage compensator according to an embodiment of the present invention is a line transformer 100, a dynamic voltage compensator 200, a converter It includes the unit 300, the battery unit 400, and the photovoltaic unit 500, and determines the direction of the current of the battery unit 400 using measured or calculated values according to the system state, and based on this, the It is characterized in that the charge/discharge of the battery unit 400 current is determined.

선로변압기(100)는 배전선로에 직렬로 연결된다.The line transformer 100 is connected in series to the distribution line.

상기 선로변압기(100)는 배전선로에 직렬로 연결된 변압기로, 일측 코일이 상기 배전선로에 직렬로 연결된다. The line transformer 100 is a transformer connected in series to a distribution line, and one coil is connected in series to the distribution line.

동적전압보상기(200)는 상기 선로변압기(100)에 연결되어 상기 배전선로의 전압변동과 무효전력에 대한 보상을 수행하며, DVR(Dynamic Voltage Restorer)이라고도 한다.The dynamic voltage compensator 200 is connected to the line transformer 100 to compensate for voltage fluctuations and reactive power of the distribution line, and is also referred to as a DVR (Dynamic Voltage Restorer).

상기 동적전압보상기(200)는 상기 선로변압기(100)의 타측 코일에 연결된다.The dynamic voltage compensator 200 is connected to the other coil of the line transformer 100 .

컨버터부(300)는 상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210) 양단에 연결되어, 양방향 전력전달을 수행한다.The converter unit 300 is connected to both ends of the DC-Like capacitor 210 of the dynamic voltage compensator 200 to perform bidirectional power transfer.

배터리부(400)는 상기 컨버터(300)에 연결되어, 충전 또는 방전된다.The battery unit 400 is connected to the converter 300 to be charged or discharged.

상기 배터리부(400)는 배터리에너지저장시스템(BESS)사용할 수 있다.The battery unit 400 may use a battery energy storage system (BESS).

태양광발전부(500)는 상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210) 양단에 연결된다.The photovoltaic unit 500 is connected to both ends of the DC-Like capacitor 210 of the dynamic voltage compensator 200 .

상기 태양광발전부(500)는 태양광을 이용하여 전기를 생산한다.The photovoltaic unit 500 generates electricity using sunlight.

본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템은 상기 동적전압보상기(200) 단일기기만을 이용해 계통(배전선로)에 무효전력 공급과 동시에 전압보상을 시행한다. 이때 계통의 상태에 따라 유효전력은 상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210)에 연계된 상기 컨버터부(300)를 통해 상기 배터리부(400)에 충방전되어, 상기 동적전압보상기(200)를 통해 계통과 상기 배터리부(400) 간의 양방향 전력전달을 가능하게 한다. The phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of the solar-linked dynamic voltage compensator according to an embodiment of the present invention supplies reactive power to the grid (distribution line) using only the dynamic voltage compensator 200 single device and at the same time Perform voltage compensation. At this time, according to the state of the system, active power is charged and discharged to the battery unit 400 through the converter unit 300 connected to the DC-Like capacitor 210 of the dynamic voltage compensator 200, and the dynamic voltage compensator Bidirectional power transfer between the system and the battery unit 400 is enabled through 200 .

동적전압보상기(200)에 PAC(Phase Angle Control) 기법을 적용하면 전압보상 및 무효전력 보상이 동시에 가능하지만, 계통에서 동적전압보상기(200)측으로 유효전력이 발생한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템은 이처럼 소모되는 유효전력을 활용하기 위해 상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210)단에 컨버터부(300)와 배터리부(400), 그리고 태양광발전부(500)를 연계하여 구성하였다. When the PAC (Phase Angle Control) technique is applied to the dynamic voltage compensator 200, voltage compensation and reactive power compensation are possible at the same time, but active power is generated from the grid to the dynamic voltage compensator 200 side. The phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of the solar-linked dynamic voltage compensator according to an embodiment of the present invention is a DC-Like capacitor ( 210), the converter unit 300, the battery unit 400, and the photovoltaic unit 500 are connected in connection.

이와 같은 구성은 PAC기법에 의해 발생한 유효전력을 배터리에 충전하거나 반대로 순간전압강하(Voltage Sag)가 발생할 경우 계통에 필요한 만큼의 유효전력을 배터리에서 방전하는 등 양방향 전력전달이 가능하게 한다. Such a configuration enables bi-directional power transfer, such as charging the active power generated by the PAC technique to the battery or discharging the active power required for the system from the battery when an instantaneous voltage sag occurs.

또한, 태양광발전부(500)을 연계하여 태양광발전부(500)에서 발생한 유효전력을 상황에 따라 배터리부(400)에 충전하거나, 동적전압보상기(200)를 통해 계통으로 유효전력을 공급하도록 시스템을 구성하였다. 이로 인해 동적전압보상기(200) 작동에 필요한 별도의 직류전원은 배터리부(400)와 태양광발전부(500)로 대체 되어 동적전압보상기(200) 단일기기만으로도 전압변동과 무효전력에 대한 보상이 가능해진다.In addition, in connection with the photovoltaic unit 500, the active power generated from the photovoltaic unit 500 is charged to the battery unit 400 depending on the situation, or the active power is supplied to the system through the dynamic voltage compensator 200. The system was configured to do so. Due to this, the separate DC power required for the operation of the dynamic voltage compensator 200 is replaced by the battery unit 400 and the photovoltaic unit 500, so that compensation for voltage fluctuations and reactive power can be achieved only with a single device of the dynamic voltage compensator 200. it becomes possible

즉, 종래에 단일기기로써의 동적전압보상기(200)는 별도의 직류전원이 필요하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템은 계통 전력품질 보상기기인 동적전압보상기(200)에 배터리부(400)와 태양광발전부(500)를 연계함으로써, 태양광발전부(500)에의해 발생한 유효전력을 배터리부(400)에 충전하거나 동적전압보상기(200)가 계통 전압을 보상할 때 필요한 유효전력을 공급할 수 있도록 하였다. That is, conventionally, the dynamic voltage compensator 200 as a single device requires a separate DC power source, but the phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of the solar-linked dynamic voltage compensator according to an embodiment of the present invention By linking the battery unit 400 and the photovoltaic unit 500 to the dynamic voltage compensator 200, which is a system power quality compensator, the active power generated by the photovoltaic unit 500 is transferred to the battery unit 400. When charging or the dynamic voltage compensator 200 compensates the grid voltage, it is possible to supply the necessary active power.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템의 컨버터부(300)는 제1전원회로(310), 제2전원회로(320) 및 컨버터변압기(330)를 포함할 수 있다.2, the converter unit 300 of the phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of the solar-linked dynamic voltage compensator according to an embodiment of the present invention includes a first power circuit 310, It may include a second power circuit 320 and a converter transformer 330 .

상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210) 양단에 일측이 연결되며, 4 개의 브리지 스위칭(bridge switching) 소자로 풀브리지(Full Bridge) 회로를 형성한다.One end is connected to both ends of the DC-Like capacitor 210 of the dynamic voltage compensator 200, and a full bridge circuit is formed by four bridge switching devices.

제2전원회로(320)는 상기 배터리부(400)에 타측이 연결되며, 4 개의 브리지 스위칭(bridge switching) 소자로 풀브리지(Full Bridge) 회로를 형성한다.The second power circuit 320 has the other end connected to the battery unit 400, and forms a full bridge circuit with four bridge switching devices.

컨버터변압기(330)는 일측이 상기 제1전원회로(310)와 연결되고, 타측이 상기 제2전원회로(320)와 연결된다.One side of the converter transformer 330 is connected to the first power circuit 310 and the other side is connected to the second power circuit 320 .

즉, 양단의 풀브리지(Full Bridge) 컨버터 사이에 고주파변압기가 접속된 구성이다. That is, the high-frequency transformer is connected between the full-bridge converters at both ends.

도 2를 예로 설명하면, 변압기 기준으로 좌측의 1차측 전압과 우측의 2차측 전압의 위상 차이에 따라 전력전달 방향이 결정되어 양방향 전력전달을 수행한다. Referring to FIG. 2 as an example, the power transfer direction is determined according to the phase difference between the left primary voltage and the right secondary voltage based on the transformer to perform bidirectional power transfer.

한편, 컨버터부(300)는 고주파변압기를 사용하기 때문에 절연 특성이 우수하며, ZVS와 같은 소프트 스위칭이 가능하여 스위칭에 대한 손실을 줄일 수 있는 장점이 있다. On the other hand, since the converter unit 300 uses a high-frequency transformer, it has excellent insulation characteristics, and it is possible to perform soft switching such as ZVS, thereby reducing switching losses.

다시 말해, 배터리 충방전을 제어하기 위한 절연형 양방향 DC-DC 컨버터인 DAB(Dual Active Bridge) 컨버터를 통하여 전력전달 수행할 수 있다.In other words, power transfer may be performed through a DAB (Dual Active Bridge) converter, which is an insulated bidirectional DC-DC converter for controlling battery charging and discharging.

위상천이변조방식 (PSM, Phase-Shift-Modulation)을 이용하면 DAB 컨버터의 1차측 전압과 2차측 전압의 위상차를 이용한 양방향 전력전달이 가능하다.If the phase shift modulation method (PSM, Phase-Shift-Modulation) is used, it is possible to transmit power in both directions using the phase difference between the primary side voltage and the secondary side voltage of the DAB converter.

본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템은 태양광발전부(500)를 연계하고, 태양광발전부(500)에서 발생한 전력을 이용해 계통의 상태에 따라 동적전압보상기(200)를 통해 유효전력을 공급하거나 배터리부(400)에 충전하도록 하여, 동적전압보상기(200)에서 필요로 하는 별도의 직류전원을 대체함과 동시에, PAC기법에 의해 발생한 유효전력이 소모되지 않도록 배터리부(400)를 연계하여 유효전력을 배터리부(400)에 충전시키거나, 계통 전압변동이 발생할 경우 전압보상에 필요한 만큼의 유효전력을 배터리부(400)에서 방전시키도록 구성하였다. The phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of the solar-linked dynamic voltage compensator according to an embodiment of the present invention connects the photovoltaic unit 500 and generates power from the photovoltaic unit 500 Depending on the state of the system, active power is supplied through the dynamic voltage compensator 200 or the battery unit 400 is charged, replacing the separate DC power required by the dynamic voltage compensator 200, and at the same time, the PAC In order to prevent the active power generated by the technique from being consumed, the battery unit 400 is connected to charge the active power to the battery unit 400, or when a system voltage change occurs, the battery unit 400 uses as much active power as necessary for voltage compensation. ) was configured to discharge in

이와 같은 양방향 전력전달을 수행하기 위해서 절연형 양방향 DC-DC 컨버터인 DAB(Dual Active Bridge)컨버터를 DVR의 DC-Link 커패시터단과 연계하는 것이 바람직하다. In order to perform such bidirectional power transfer, it is preferable to link a DAB (Dual Active Bridge) converter, which is an insulated bidirectional DC-DC converter, with the DC-Link capacitor stage of the DVR.

본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템의 컨버터부(300)는 상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210) 전압제어기의 출력에 태양광 전류와 DVR 전류를 전향 보상하는 방식으로 배터리의 전류 지령치를 생성하고, 전류제어기의 출력은 상기 컨버터부(300)의 스위칭 소자에 대한 동작신호의 위상차 지령

Figure pat00026
을 생성하도록 설계된 제어기에 의해 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.The converter unit 300 of the phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of the solar-linked dynamic voltage compensator according to an embodiment of the present invention is the DC-Like capacitor 210 voltage of the dynamic voltage compensator 200 A current command value of the battery is generated in a way that forward compensation of the solar current and the DVR current is applied to the output of the controller, and the output of the current controller is a phase difference command of the operation signal for the switching element of the converter unit 300 .
Figure pat00026
It may be characterized in that it is controlled by a controller designed to generate

DAB 컨버터를 이용해 전력전달을 수행하기 위해서는 DAB 컨버터의 1,2차측 전압에 위상차를 발생시켜야 한다. 위상차에 대한 지령은 도 3과 같이 설계한 제어기의 출력을 통해 얻을 수 있다. In order to perform power transfer using the DAB converter, a phase difference must be generated in the primary and secondary voltages of the DAB converter. The command for the phase difference can be obtained through the output of the controller designed as shown in FIG. 3 .

이에 따라 DAB의 1차측과 2차측 전압은 서로

Figure pat00027
만큼의 위상차가 발생하여 전력전달을 수행할 수 있다.Accordingly, the primary and secondary voltages of the DAB are
Figure pat00027
A phase difference may be generated to perform power transmission.

즉, 배터리 전류 지령을 이용하여 위상지령 생성 후 DAB 컨버터 동작신호 생성할 수 있다.That is, it is possible to generate the DAB converter operation signal after generating the phase command using the battery current command.

본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템은 계통 전력품질 보상기기인 동적전압보상기(200)에 태양광발전부(500)과 배터리부(400)를 연계한 시스템을 구성하였고, 계통 상태별 전력전달에 대한 해석을 수행하였다. 이를 통해 태양광발전부(500) 출력전력, 동적전압보상기(200) 발생 또는 소모 유효전력에 따라 DVR 전압제어기와 배터리 충방전 전류제어기를 상기 와 같이 설계하였다. The phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of the solar-linked dynamic voltage compensator according to an embodiment of the present invention includes the photovoltaic unit 500 and the battery in the dynamic voltage compensator 200, which is a system power quality compensator. A system in connection with the unit 400 was constructed, and the analysis of power transmission for each system state was performed. Through this, the DVR voltage controller and the battery charge/discharge current controller were designed as described above according to the output power of the photovoltaic power generation unit 500 and the active power generated or consumed by the dynamic voltage compensator 200 .

이에 따라 계통 정상상태 또는 순간전압상승(Voltage Swell) 발생 시에는 태양광발전부(500) 또는 동적전압보상기(200)에서 발생하는 유효전력을 컨버터부(300)를 통하여 배터리부(400)에 충전하고, 순간전압강하(Voltage Sag) 발생시에는 태양광발전부(500) 발생전력과 동적전압보상기(200)에서 전원으로 공급하는 유효전력량에 따라 배터리부(400)에 전력을 충전하거나 방전하게 된다. Accordingly, when the system is in a steady state or a voltage swell occurs, the active power generated from the photovoltaic power generation unit 500 or the dynamic voltage compensator 200 is charged to the battery unit 400 through the converter unit 300 . And, when an instantaneous voltage drop (Voltage Sag) occurs, power is charged or discharged in the battery unit 400 according to the power generated by the photovoltaic power generation unit 500 and the amount of active power supplied as power from the dynamic voltage compensator 200 .

본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템은 상기 동적전압보상기(200)의 PAC(Phase Angle Control)를 통해 발생 또는 계통에 공급되는 유효전력(

Figure pat00028
)과 상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210)(
Figure pat00029
)을 이용하여, 산출된 동적전압보상기(200) 전류(
Figure pat00030
) 그리고 태양광발전부(500) 출력전류(
Figure pat00031
)를 근거로 배터리 전류의 방향을 결정하며, 배터리 전류의 충방전을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.The phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of the solar-linked dynamic voltage compensator according to an embodiment of the present invention is generated or supplied to the system through the PAC (Phase Angle Control) of the dynamic voltage compensator 200. active power (
Figure pat00028
) and the DC-Like capacitor 210 of the dynamic voltage compensator 200 (
Figure pat00029
), the calculated dynamic voltage compensator 200 current (
Figure pat00030
) and the solar power generation unit 500 output current (
Figure pat00031
) to determine the direction of the battery current, and to determine the charge/discharge of the battery current.

도 4를 예로 설명하면, 전원 전압(

Figure pat00032
), 부하 전압(
Figure pat00033
), DC-Link 커패시터 전압(
Figure pat00034
), 부하 전류(
Figure pat00035
) 등을 근거로 동적전압보상기(200) 전류(
Figure pat00036
)값을 산출하고, 동적전압보상기(200) 전류(
Figure pat00037
)값이 양수 이면 배터리부(400)를 충전시키고, 동적전압보상기(200) 전류(
Figure pat00038
)값이 음수 이고 태양광 출력전류(
Figure pat00039
)값이 동적전압보상기(200) 전류(
Figure pat00040
)값 보다 크면 배터리부(400)를 충전시키고, 동적전압보상기(200) 전류(
Figure pat00041
)값이 음수 이고 태양광 출력전류(
Figure pat00042
)값이 동적전압보상기(200) 전류(
Figure pat00043
)값 보다 크면 배터리부(400)를 방전시킬 수 있다.4 as an example, the power supply voltage (
Figure pat00032
), load voltage (
Figure pat00033
), DC-Link capacitor voltage (
Figure pat00034
), load current (
Figure pat00035
) based on the dynamic voltage compensator 200 current (
Figure pat00036
) to calculate the value, and the dynamic voltage compensator 200
Figure pat00037
) when the value is positive, the battery unit 400 is charged, and the dynamic voltage compensator 200 current (
Figure pat00038
) is negative and the solar output current (
Figure pat00039
) value of the dynamic voltage compensator 200 current (
Figure pat00040
), the battery unit 400 is charged, and the dynamic voltage compensator 200 current (
Figure pat00041
) is negative and the solar output current (
Figure pat00042
) value of the dynamic voltage compensator 200 current (
Figure pat00043
) value, the battery unit 400 may be discharged.

즉, 동적전압보상기(200)의 발생 또는 소모되는 유효전류와 태양광 출력전류를 이용하여 배터리부(400) 충방전 전류가 결정되며, 이를통한 직관적 해석이 가능하다.That is, the charging/discharging current of the battery unit 400 is determined using the effective current generated or consumed by the dynamic voltage compensator 200 and the solar output current, and intuitive analysis is possible through this.

도 4는 PAC를 적용한 동적전압보상기(200)과 태양광발전부(500), 배터리부(400)를 연계한 시스템의 계통상태에 따른 전력전달에 대한 해석이다. (단, 선로손실은 무시한다) 4 is an analysis of power transmission according to the system state of a system in which the dynamic voltage compensator 200 to which PAC is applied, the photovoltaic power generation unit 500, and the battery unit 400 are connected. (However, line loss is ignored)

무효전력 보상을 위한 동적전압보상기(200)의 보상전압의 크기와 위상은 도 5에 도시된 벡터도 해석을 통해 구할 수 있다.The magnitude and phase of the compensation voltage of the dynamic voltage compensator 200 for reactive power compensation can be obtained by analyzing the vector diagram shown in FIG. 5 .

Figure pat00044
,
Figure pat00045
은 각각 보상 전 θ 만큼의 위상차를 갖는 부하 전압과 부하 전류를 나타내고,
Figure pat00046
은 무효전력을 보상하기 위해 계통에 주입되는 DVR 보상전압이다. PAC 기법은 계통 전압
Figure pat00047
과 부하 전류
Figure pat00048
을 동상으로 만들어 무효전력 성분을 제거하는 기법이다. 따라서 계통전압
Figure pat00049
과 동상인 부하전류
Figure pat00050
를 생성하기 위해 부하전압
Figure pat00051
을 θ 만큼의 위상을 이동시켜
Figure pat00052
에 위치되도록 보상전압
Figure pat00053
을 계통전압
Figure pat00054
에 인가해 주어야 한다. 도 5와 같이 계통에 전압변동이 없는 경우를 포함하여 도 6과 같이 계통에 순간전압강하(Voltage Sag), 순간전압상승(Voltage Swell) 발생 시 무효전력 보상과 함께 전압변동에 대한 보상이 이루어져야 한다.
Figure pat00044
,
Figure pat00045
represents the load voltage and load current each having a phase difference as much as θ before compensation,
Figure pat00046
is the DVR compensation voltage injected into the system to compensate for reactive power. The PAC technique is the grid voltage
Figure pat00047
overload current
Figure pat00048
This is a technique to remove reactive power components by making them into phase. Therefore, the grid voltage
Figure pat00049
load current in phase with
Figure pat00050
load voltage to generate
Figure pat00051
by shifting the phase by θ
Figure pat00052
compensation voltage to be located at
Figure pat00053
to the grid voltage
Figure pat00054
should be authorized to In the case of instantaneous voltage sag or voltage swell in the system as shown in FIG. 6, including the case where there is no voltage change in the system as in FIG. 5, compensation for voltage fluctuations should be made along with reactive power compensation. .

이때 동적전압보상기(200) 보상전압의 크기는 항상 다음 식(1)과 같고 계통 정상상태와 순간전압상승(Voltage Swell) 시 보상위상각은 다음 식(2), 순간전압강하(Voltage Sag) 시 보상 위상각은 다음 식(3)과 같이 정리된다.At this time, the magnitude of the compensation voltage of the dynamic voltage compensator 200 is always the same as the following equation (1), and the compensation phase angle during the system steady state and instantaneous voltage rise (voltage swell) is the following equation (2), and in the instantaneous voltage sag The compensation phase angle is arranged as in Equation (3) below.

Figure pat00055
Figure pat00056
(식1)
Figure pat00057
Figure pat00058
(식2)
Figure pat00055
Figure pat00056
(Formula 1)
Figure pat00057
Figure pat00058
(Formula 2)

Figure pat00059
Figure pat00060
(식3)
Figure pat00059
Figure pat00060
(Formula 3)

동적전압보상기(200)가 계통에 보상하는 무효전력과, 발생되는 유효전력은 각각 다음 (식4), (식5)와 같다. The reactive power and the generated active power that the dynamic voltage compensator 200 compensates for to the system are as follows (Equation 4) and (Equation 5), respectively.

Figure pat00061
(식4)
Figure pat00061
(Formula 4)

Figure pat00062
(식5)
Figure pat00062
(Formula 5)

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템은 7, the phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of the solar-linked dynamic voltage compensator according to an embodiment of the present invention is

도 7의 (a)와 같이, 계통 정상상태 또는 배전계통의 순간전압상승(Voltage Swell)이 발생 시, 배터리에 충전되는 전류는 PAC(Phase Angle Control)에 의해 발생한 유효전력에 의해 산출된 전류

Figure pat00063
와 상기 태양광발전부(500) 출력전류
Figure pat00064
를 더한 값이 되도록 제어하며, As shown in (a) of FIG. 7 , when the system is in a steady state or when a voltage swell of the distribution system occurs, the current charged in the battery is the current calculated by the active power generated by the PAC (Phase Angle Control).
Figure pat00063
and the photovoltaic unit 500 output current
Figure pat00064
is controlled to be the sum of

도 7의 (b)와 같이, 배전계통의 순간전압강하(Voltage Sag) 발생 시 상기 동적전압보상기(200)에서 계통으로 공급하는 유효전력이 상기 태양광발전부(500)에서 출력되는 값보다 작을 경우, 태양광에서 발생한 전력이 상기 동적전압보상기(200)을 통해 계통에 공급되고

Figure pat00065
만큼의 전류가 배터리로 충전되도록 제어하고As shown in (b) of Figure 7, when the instantaneous voltage drop (Voltage Sag) of the distribution system occurs, the active power supplied from the dynamic voltage compensator 200 to the system is smaller than the value output from the photovoltaic unit 500. In this case, the power generated from sunlight is supplied to the system through the dynamic voltage compensator 200 and
Figure pat00065
Control the amount of current to be charged to the battery and

도 7의 (c)와 같이, 배전계통의 순간전압강하(Voltage Sag)가 발생하고 상기 동적전압보상기(200)에서 계통으로 공급하여야 할 전력이 태양광 출력 전력 보다 클 경우, 태양광 전류와 함께 배터리에서

Figure pat00066
만큼의 전류가 방전되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in (c) of Figure 7, when the instantaneous voltage drop (Voltage Sag) of the distribution system occurs and the power to be supplied from the dynamic voltage compensator 200 to the system is greater than the solar output power, together with the solar current from the battery
Figure pat00066
It may be characterized in that it is controlled to discharge as much current as possible.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.

100: 선로변압기
200: 동적전압보상기
210: DC-Like 커패시터
300: 컨버터부
310: 제1전원회로
320: 제2전원회로
330: 컨버터변압기
400: 배터리부
500: 태양광발전부100: line transformer
200: dynamic voltage compensator
210: DC-Like capacitor
300: converter unit
310: first power circuit
320: second power circuit
330: converter transformer
400: battery unit
500: solar power generation unit

Claims (5)

배전선로에 직렬로 연결된 선로변압기(100);
상기 선로변압기(100)에 연결되어 상기 배전선로의 전압변동과 무효전력에 대한 보상을 수행하는 동적전압보상기(200);
상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210) 양단에 연결되어, 양방향 전력전달을 수행하는 컨버터부(300);
상기 컨버터(300)에 연결되어, 충전 또는 방전되는 배터리부(400); 및
상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210) 양단에 연결된 태양광발전부(500);
를 포함하며,
계통 상태에 따라 측정 또는 산출된 값들을 이용해 상기 배터리부(400) 전류의 방향을 결정하며, 이를 근거로 상기 배터리부(400) 전류의 충방전을 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템.
a line transformer 100 connected in series to a distribution line;
a dynamic voltage compensator 200 connected to the line transformer 100 to compensate for voltage fluctuations and reactive power of the distribution line;
a converter unit 300 connected to both ends of the DC-Like capacitor 210 of the dynamic voltage compensator 200 to perform bidirectional power transfer;
a battery unit 400 connected to the converter 300 to be charged or discharged; and
a photovoltaic unit 500 connected to both ends of the DC-Like capacitor 210 of the dynamic voltage compensator 200;
includes,
Solar-linked dynamic voltage compensator, which determines the direction of the current of the battery unit 400 using measured or calculated values according to the system state, and determines the charge/discharge of the current of the battery unit 400 based on this Phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system.
 제1항에 있어서,
상기 컨버터부(300)는
상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210) 양단에 일측이 연결되며, 4 개의 브리지 스위칭(bridge switching) 소자로 풀브리지(Full Bridge) 회로를 형성한 제1전원회로(310);
상기 배터리부(400)에 타측이 연결되며, 4 개의 브리지 스위칭(bridge switching) 소자로 풀브리지(Full Bridge) 회로를 형성한 제2전원회로(320);
일측이 상기 제1전원회로(310)와 연결되고, 타측이 상기 제2전원회로(320)와 연결된 컨버터변압기(330);
를 포함하는 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템.
According to claim 1,
The converter unit 300 is
a first power circuit 310 having one end connected to both ends of the DC-Like capacitor 210 of the dynamic voltage compensator 200 and forming a full bridge circuit with four bridge switching devices;
a second power circuit 320 having the other end connected to the battery unit 400 and forming a full bridge circuit with four bridge switching elements;
a converter transformer 330 having one end connected to the first power circuit 310 and the other end connected to the second power circuit 320;
Phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of the solar-linked dynamic voltage compensator comprising a.
 제2항에 있어서,
상기 컨버터부(300)는
상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210) 전압제어기의 출력에 태양광 전류와 DVR 전류를 전향 보상하는 방식으로 배터리의 전류 지령치를 생성하고, 전류제어기의 출력은 상기 컨버터부(300)의 스위칭 소자에 대한 동작신호의 위상차 지령
Figure pat00067
을 생성하도록 설계된 제어기에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템.
3. The method of claim 2,
The converter unit 300 is
The output of the DC-Like capacitor 210 voltage controller of the dynamic voltage compensator 200 generates a current command value of the battery in such a way that the solar current and the DVR current are forwardly compensated, and the output of the current controller is the converter unit 300 ) phase difference command of the operation signal to the switching element
Figure pat00067
A phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of a solar-linked dynamic voltage compensator, characterized in that it is controlled by a controller designed to generate a.
 제1항에 있어서,
상기 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템은
상기 동적전압보상기(200)의 PAC(Phase Angle Control)를 통해 발생 또는 계통에 공급되는 유효전력(
Figure pat00068
)과 상기 동적전압보상기(200)의 DC-Like 커패시터(210)(
Figure pat00069
)을 이용하여, 산출된 동적전압보상기(200) 전류(
Figure pat00070
) 그리고 태양광발전부(500) 출력전류(
Figure pat00071
)를 근거로 배터리 전류의 방향을 결정하며, 배터리 전류의 충방전을 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템.
According to claim 1,
Phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of the solar-linked dynamic voltage compensator
Active power generated or supplied to the system through the PAC (Phase Angle Control) of the dynamic voltage compensator 200 (
Figure pat00068
) and the DC-Like capacitor 210 of the dynamic voltage compensator 200 (
Figure pat00069
), the calculated dynamic voltage compensator 200 current (
Figure pat00070
) and the solar power generation unit 500 output current (
Figure pat00071
) to determine the direction of the battery current, and to determine the charge/discharge of the battery current.
 제4항에 있어서,
상기 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템은
계통 정상상태 또는 배전계통의 순간전압상승(Voltage Swell)이 발생 시, 배터리에 충전되는 전류는 PAC(Phase Angle Control)에 의해 발생한 유효전력에 의해 산출된 전류
Figure pat00072
와 상기 태양광발전부(500) 출력전류
Figure pat00073
를 더한 값이 되도록 제어하며,
배전계통의 순간전압강하(Voltage Sag) 발생 시 상기 동적전압보상기(200)에서 계통으로 공급하는 유효전력이 상기 태양광발전부(500)에서 출력되는 값보다 작을 경우, 태양광에서 발생한 전력이 상기 동적전압보상기(200)을 통해 계통에 공급되고
Figure pat00074
만큼의 전류가 배터리로 충전되도록 제어하고,
배전계통의 순간전압강하(Voltage Sag)가 발생하고 상기 동적전압보상기(200)에서 계통으로 공급하여야 할 전력이 태양광 출력 전력 보다 클 경우, 태양광 전류와 함께 배터리에서
Figure pat00075
만큼의 전류가 방전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 연계 동적전압보상기의 위상각 제어 및 배터리에너지저장시스템 충방전 제어 시스템.

5. The method of claim 4,
Phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of the solar-linked dynamic voltage compensator
When the system is in a steady state or when a voltage swell of the distribution system occurs, the current charged to the battery is the current calculated by the active power generated by the PAC (Phase Angle Control).
Figure pat00072
and the photovoltaic unit 500 output current
Figure pat00073
is controlled to be the sum of
When the instantaneous voltage sag of the distribution system occurs, when the active power supplied from the dynamic voltage compensator 200 to the grid is smaller than the value output from the photovoltaic unit 500, the power generated from the sunlight is It is supplied to the system through the dynamic voltage compensator 200 and
Figure pat00074
Control the amount of current to be charged to the battery,
When the instantaneous voltage sag of the distribution system occurs and the power to be supplied from the dynamic voltage compensator 200 to the grid is greater than the solar output power,
Figure pat00075
A phase angle control and battery energy storage system charge/discharge control system of a solar-linked dynamic voltage compensator, characterized in that controlling the amount of current to be discharged.
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