KR20230039209A - 태양광 발전기의 출력 제어를 이용한 주파수 조정 시스템 - Google Patents

태양광 발전기의 출력 제어를 이용한 주파수 조정 시스템 Download PDF

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KR20230039209A KR1020210122227A KR20210122227A KR20230039209A KR 20230039209 A KR20230039209 A KR 20230039209A KR 1020210122227 A KR1020210122227 A KR 1020210122227A KR 20210122227 A KR20210122227 A KR 20210122227A KR 20230039209 A KR20230039209 A KR 20230039209A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 조정 시스템은 주파수 드룹 제어 및 주파수 변동률 제어를 기반으로 제1 주파수 조정을 수행함으로써 전력 계통 주파수 측정값이 목표 주파수 범위 내로 진입하기 위한 제1 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 제1 주파수 조정 모듈; 목표 전력 계통 주파수 회복률을 지정하고, 지정된 상기 목표 전력 계통 주파수 회복률을 기반으로 제2 주파수 조정을 수행함으로써 제2 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 제2 주파수 조정 모듈; 및 상기 제1 출력 지령값 또는 상기 제2 출력 지령값에 따라 태양광 발전기의 출력을 증가시키도록 구성되는 발전기 출력 제어 모듈을 포함한다.

Description

태양광 발전기의 출력 제어를 이용한 주파수 조정 시스템{FREQUENCY ADJUSTMENT SYSTEM OF PHOTOVOLTAIC GENERATER USING OUTPUT POWER CONTROL}
본 발명은 태양광 발전기의 출력 제어를 이용한 주파수 조정 시스템에 관한 것이다.
태양광 발전기를 포함하는 전력 계통의 경우, 전력 계통의 정상 운전 상황에서도 일사량 변화로 인한 전력의 초과 공급 등의 이유로 주파수 변동이 크게 일어날 수 있다.
이러한 주파수 변동이 발생할 경우, 전력 계통의 타 발전기의 발전량 조절이나 태양광 발전기를 보호하기 위한 분리 동작 등이 요구되며, 이는 안정적인 전력 공급에 해가 된다.
이에 따라 전력 계통을 안정적으로 운영하기 위하여, 태양광 발전기의 비중이 높은 전력 계통에서는 태양광 발전기에 대한 최대 전력점 추종 제어(Maximum Power Point Tracking, MPPT)를 실시하지 않고, 전력 계통의 운영자의 제어에 따라 일정한 전력을 출력하도록 하는 출력 제어가 필요하게 된다.
기존에 주로 사용되는 태양광 발전기의 주파수 제어 방식의 경우, ESS(Energy Storage System)를 이용한 DC 링크 전압의 가상 관성 제어(Virtual Inertia Control, VIC), 주파수 드룹 제어(Frequency Droop Control, FDC) 및 주파수 변동률 제어(Rate Of Change Of Frequency, ROCOF) 등이 있다.
하지만 이러한 기존 방식들은 태양광 발전기에 이벤트(일사량 변화로 인한 전력의 초과 공급)가 발생할 경우, 이벤트 발생 후 주파수가 급격히 변동하는 순간의 1차 주파수 조정(제1 주파수 조정)에만 기여할 뿐, 주파수가 안정화된 이후의 2차 주파수 조정(제2 주파수 조정)에는 기여하지 않는다는 단점을 갖고 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2020-0144410
본 발명의 일 실시예는 제1 주파수 조정 이후의 안정화된 주파수가 AGC(Automatic Generation Control) 동작 범위에 도달하지 못하는 경우, 목표 전력 계통 주파수 회복률을 기반으로 태양광 발전기에서 일정량의 출력(
Figure pat00001
)을 일정 시간(
Figure pat00002
)동안 증가시켰다가 원래 출력으로 감소시키는 제2 주파수 조정을 통해 주파수가 AGC 동작 범위 내에 돌아갈 수 있도록 추가적인 주파수 조정이 가능한, 태양광 발전기의 출력 제어를 이용한 주파수 조정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 조정 시스템은 주파수 드룹 제어 및 주파수 변동률 제어를 기반으로 제1 주파수 조정을 수행함으로써 전력 계통 주파수 측정값이 목표 주파수 범위 내로 진입하기 위한 제1 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 제1 주파수 조정 모듈; 목표 전력 계통 주파수 회복률을 지정하고, 지정된 상기 목표 전력 계통 주파수 회복률을 기반으로 제2 주파수 조정을 수행함으로써 제2 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 제2 주파수 조정 모듈; 및 상기 제1 출력 지령값 또는 상기 제2 출력 지령값에 따라 태양광 발전기의 출력을 증가시키도록 구성되는 발전기 출력 제어 모듈을 포함한다.
상기 제2 주파수 조정 모듈은: 상기 제1 주파수 조정에도 불구하고 기 설정된 시간이 경과한 뒤의 전력 계통 주파수 측정값인 안정화 주파수가 목표 주파수 범위 내로 진입하지 못한 경우, 목표 전력 계통 주파수 회복률을 지정하고, 지정된 상기 목표 전력 계통 주파수 회복률을 기반으로 제2 주파수 조정을 수행함으로써 상기 전력 계통 주파수 측정값이 상기 목표 주파수 범위 내로 진입하기 위한 제2 출력 지령값을 산출하고, 상기 발전기 출력 제어 모듈은: 상기 제2 출력 지령값에 따라 태양광 발전기의 출력을 기 설정된 시간동안 증가시켰다가 원래 출력으로 감소시키도록 구성될 수 있다.
상기 제1 주파수 조정 모듈은: 주파수 드룹 제어 이득값, 전력 계통 주파수 측정값 및 정격 주파수를 기반으로 주파수 드룹 제어 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 주파수 드룹 제어 출력 지령값 산출부; 주파수 변동률 제어 이득값, 전력 계통 주파수 측정값 및 전력 계통 주파수 측정값 회복률을 기반으로 주파수 변동률 제어 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 주파수 변동률 제어 출력 지령값 산출부; 및 출력 제어값, 주파수 드룹 제어 출력 지령값 및 주파수 변동률 제어 출력 지령값을 기반으로 제1 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 제1 출력 지령값 산출부를 포함할 수 있다.
상기 제2 주파수 조정 모듈은: 목표 전력 계통 주파수 회복률을 지정하고, 지정된 상기 목표 전력 계통 주파수 회복률, 전력 계통 전체 관성 상수 및 정격 주파수에서의 태양광 발전기의 각속도
Figure pat00003
를 기반으로 전력 계통 전체 필요 출력을 산출하도록 구성되는 전력 계통 전체 필요 출력 산출부; 전력 계통 전체 필요 출력, 전력 계통 전체 설비 용량 및 태양광 발전기 용량을 기반으로 추가 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 추가 출력 지령값 산출부; 및 상기 제1 출력 지령값 및 상기 추가 출력 지령값을 기반으로 제2 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 제2 출력 지령값 산출부를 포함할 수 있다.
상기 주파수 드룹 제어 출력 지령값 산출부는: 아래 [수식 1]을 통해 주파수 드룹 제어 출력 지령값을 산출하고, [수식 1]
Figure pat00004
,
Figure pat00005
은 주파수 드룹 제어 출력 지령값이고,
Figure pat00006
은 주파수 드룹 제어 이득값이고,
Figure pat00007
는 전력 계통 주파수 측정값이고,
Figure pat00008
는 정격 주파수일 수 있다.
상기 주파수 변동률 제어 출력 지령값 산출부는: 아래 [수식 2]를 통해 주파수 변동률 제어 출력 지령값을 산출하고, [수식 2]
Figure pat00009
,
Figure pat00010
는 주파수 변동률 제어 출력 지령값이고,
Figure pat00011
는 주파수 변동률 제어 이득값이고,
Figure pat00012
는 전력 계통 주파수 측정값이고,
Figure pat00013
는 전력 계통 주파수 측정값 회복률일 수 있다.
상기 제1 출력 지령값 산출부는: 아래 [수식 3]을 통해 제1 출력 지령값을 산출하고, [수식 3]
Figure pat00014
,
Figure pat00015
는 제1 출력 지령값이고,
Figure pat00016
는 출력 제어값이고,
Figure pat00017
는 주파수 드룹 제어 출력 지령값이고,
Figure pat00018
는 주파수 변동률 제어 출력 지령값일 수 있다.
상기 전력 계통 전체 필요 출력 산출부는: 아래 [수식 4]를 통해 전력 계통 전체 필요 출력을 산출하고, [수식 4]
Figure pat00019
,
Figure pat00020
는 전력 계통 전체 필요 출력이고,
Figure pat00021
는 전력 계통 전체 관성 상수이고,
Figure pat00022
는 정격 주파수에서의 태양광 발전기의 각속도이고,
Figure pat00023
는 목표 전력 계통 주파수 회복률일 수 있다.
상기 추가 출력 지령값 산출부는: 아래 [수식 5]를 통해 추가 출력 지령값을 산출하고, [수식 5]
Figure pat00024
,
Figure pat00025
는 추가 출력 지령값이고,
Figure pat00026
는 전력 계통 전체 필요 출력이고,
Figure pat00027
는 전력 계통 전체 설비 용량이고,
Figure pat00028
는 태양광 발전기 용량일 수 있다.
상기 제2 출력 지령값 산출부는: 아래 [수식 6]을 통해 제2 출력 지령값을 산출하고, [수식 6]
Figure pat00029
,
Figure pat00030
는 제2 출력 지령값이고,
Figure pat00031
는 제1 출력 지령값이고,
Figure pat00032
는 추가 출력 지령값일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전기의 출력 제어를 이용한 주파수 조정 시스템은, 제1 주파수 조정 이후의 안정화된 주파수가 AGC(Automatic Generation Control) 동작 범위에 도달하지 못하는 경우, 목표 전력 계통 주파수 회복률을 기반으로 태양광 발전기에서 일정량의 출력(
Figure pat00033
)을 일정 시간(
Figure pat00034
)동안 증가시켰다가 원래 출력으로 감소시키는 제2 주파수 조정을 통해 주파수가 AGC 동작 범위 내에 돌아갈 수 있도록 추가적인 주파수 조정을 할 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 태양광 발전기의 P-V 곡선을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 주파수 조정 모듈(100)에 대한 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 주파수 조정 모듈(200) 및 발전기 출력 제어 모듈(300)을 통한 제2 주파수 조정 과정에서 시간에 따라 태양광 발전기의 출력을 제어하는 모습을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 주파수 조정 모듈(100) 및 제2 주파수 조정 모듈(200)에 대한 블록 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 조정 시스템(10)이 적용된 태양광 발전기의 출력을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 조정 시스템(10)이 적용된 태양광 발전기의 주파수를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다.
일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
한편, 본 명세서 전체에서 사용되는 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다.
그렇지만 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.
구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 더 분리될 수 있다.
이하, 본 명세서의 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 일반적인 태양광 발전기의 P-V 곡선을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 태양광 발전기의 출력 제어는 최대전력점(Maximum Power Point, MPP)의 왼쪽 점(Left-Power Reserved Point, L-PRP) 또는 오른쪽 점(Right-Power Reserved Point, R-PRP)으로 전압을 제어함으로써 이루어진다.
이때 태양광 발전기는 최대 전력값
Figure pat00035
과 출력 제어값
Figure pat00036
의 차이만큼의 예비력을 가지게 되며, 해당 예비력을 이용하여 주파수 조정에 참여함으로써 전력 계통의 안전 운영에 기여할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 조정 시스템(10)은 태양광 발전기와 함께 전력 계통에 포함되며, 태양광 발전기에서 발생한 이벤트(예를 들어, 일사량 변화로 인한 전력의 초과 공급)로 인해 전력 계통의 주파수가 불안정해질 태양광 발전기의 출력을 제어함으로써 주파수를 안정시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 조정 시스템(10)은 제1 주파수 조정 모듈(100), 제2 주파수 조정 모듈(200) 및 발전기 출력 제어 모듈(300)을 포함할 수 있다.
제1 주파수 조정 모듈(100)과 발전기 출력 제어 모듈(300)은 제1 주파수 조정(1차 주파수 조정)을 수행할 수 있다.
제1 주파수 조정(1차 주파수 조정)에 관해 보다 상세히 말하면, 제1 주파수 조정 모듈(100)은 주파수 드룹 제어 및 주파수 변동률 제어를 기반으로 전력 계통 주파수 측정값
Figure pat00037
이 목표 주파수 범위 내로 진입하기 위한 제1 출력 지령값
Figure pat00038
을 산출하도록 구성될 수 있다.
이때, 목표 주파수 범위는 정격 주파수
Figure pat00039
로부터
Figure pat00040
에 해당하는 주파수일 수 있으며, 예를 들어 정격 주파수
Figure pat00041
가 60[Hz]일 경우 목표 주파수 범위는 59.8[Hz] 내지 60.2[Hz]일 수 있다.
제1 출력 지령값
Figure pat00042
산출 이후, 발전기 출력 제어 모듈(300)은 제1 출력 지령값
Figure pat00043
만큼 태양광 발전기의 출력을 기 설정된 시간 동안 증가시켰다가 원래 출력으로 감소시키도록 구성될 수 있다.
통상적으로 태양광 발전기에 이벤트가 발생할 경우 수행되는 제1 주파수 조정에 의해 전력 계통 주파수 측정값
Figure pat00044
은 목표 주파수 범위 내로 회복되게 되며, 전력 계통 주파수 측정값
Figure pat00045
이 목표 주파수 범위 내로 회복되면 자동 발전 제어(Automatic Generation Control, AGC)에 의해 전력 계통 주파수 측정값
Figure pat00046
은 정격 주파수
Figure pat00047
로 복귀할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 주파수 조정 모듈(100)에 대한 블록 다이어그램이다.
도 2를 참조하면, 제1 주파수 조정 모듈(100)은 주파수 드룹 제어 출력 지령값 산출부(110), 주파수 변동률 제어 출력 지령값 산출부(120) 및 제1 출력 지령값 산출부(130)를 포함할 수 있다.
이벤트 발생 시 제1 주파수 조정 모듈(100)은 주파수 드룹 제어와 주파수 변동률 제어를 혼합한 형태로 이루어질 수 있다.
주파수 드룹 제어의 경우 이벤트 발생에 따라 전력 계통 주파수 측정값
Figure pat00048
이 최저 주파수에 도달하는 시점에 가장 효과적으로 동작하며, 이때 주파수 변동률 제어 출력 지령값
Figure pat00049
은 가장 작아지게 된다.
주파수 변동률 제어의 경우 이벤트 발생에 따라 전력 계통 주파수 측정값
Figure pat00050
이 가장 급격하게 하락하는 순간(변동률이 가장 큰 순간)에 가장 효과적으로 동작하며, 이때 주파수 드룹 제어 출력 지령값
Figure pat00051
은 서서히 커지게 된다.
따라서, 제1 주파수 조정 모듈(100)은 주파수 드룹 제어와 주파수 변동률 제어, 두 가지 방식을 함께 사용함으로써 서로 간의 단점을 상호 보완할 수 있다.
주파수 드룹 제어 출력 지령값 산출부(110)는 주파수 드룹 제어 이득값
Figure pat00052
, 전력 계통 주파수 측정값
Figure pat00053
및 정격 주파수
Figure pat00054
를 기반으로 주파수 드룹 제어 출력 지령값
Figure pat00055
을 산출하도록 구성될 수 있다.
보다 상세히 말하면, 주파수 드룹 제어 출력 지령값 산출부(110)는 아래 [수식 1]을 통해 주파수 드룹 제어 출력 지령값
Figure pat00056
을 산출할 수 있다.
[수식 1]
Figure pat00057
주파수 변동률 제어 출력 지령값 산출부(120)는 주파수 변동률 제어 이득값
Figure pat00058
, 전력 계통 주파수 측정값
Figure pat00059
및 전력 계통 주파수 측정값 회복률
Figure pat00060
을 기반으로 주파수 변동률 제어 출력 지령값
Figure pat00061
을 산출하도록 구성될 수 있다.
보다 상세히 말하면, 주파수 변동률 제어 출력 지령값 산출부(120)는 아래 [수식 2]를 통해 주파수 변동률 제어 출력 지령값
Figure pat00062
을 산출할 수 있다.
[수식 2]
Figure pat00063
제1 출력 지령값 산출부(130)는 출력 제어값
Figure pat00064
, 주파수 드룹 제어 출력 지령값
Figure pat00065
및 주파수 변동률 제어 출력 지령값
Figure pat00066
을 기반으로 제1 출력 지령값
Figure pat00067
을 산출하도록 구성될 수 있다.
보다 상세히 말하면, 제1 출력 지령값 산출부(130)는 아래 [수식 3]을 통해 제1 출력 지령값
Figure pat00068
을 산출할 수 있다.
[수식 3]
Figure pat00069
제1 주파수 조정 모듈(100)에 의해 제1 출력 지령값
Figure pat00070
이 산출되면, 발전기 출력 제어 모듈(300)은 산출된 제1 출력 지령값
Figure pat00071
만큼 태양광 발전기의 출력을 변화시킴으로써 전력 계통 주파수 측정값
Figure pat00072
이 목표 주파수 범위 내로 진입하도록 할 수 있다.
하지만 경우에 따라 제1 주파수 조정(1차 주파수 조정)에도 불구하고 전력 계통 주파수 측정값
Figure pat00073
이 목표 주파수 범위 내로 진입하지 않을 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 조정 시스템(10)은 제2 주파수 조정 모듈(200) 및 발전기 출력 제어 모듈(300)을 통해 추가적인 주파수 조정인 제2 주파수 조정(2차 주파수 조정)을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 주파수 조정 모듈(200) 및 발전기 출력 제어 모듈(300)을 통한 제2 주파수 조정 과정에서 시간에 따라 태양광 발전기의 출력을 제어하는 모습을 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 주파수 조정 모듈(100) 및 제2 주파수 조정 모듈(200)에 대한 블록 다이어그램이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제2 주파수 조정 모듈(200)은 전력 계통 전체 필요 출력 산출부(210), 추가 출력 지령값 산출부(220) 및 제2 출력 지령값 산출부(230)를 포함할 수 있다.
제2 주파수 조정 모듈(200)과 발전기 출력 제어 모듈(300)은 제2 주파수 조정(2차 주파수 조정)을 수행할 수 있다.
제2 주파수 조정(2차 주파수 조정)에 관해 보다 상세히 말하면, 제2 주파수 조정 모듈(200)은 제1 주파수 조정에도 불구하고 기 설정된 시간이 경과한 뒤의 전력 계통 주파수 측정값
Figure pat00074
인 안정화 주파수
Figure pat00075
가 목표 주파수 범위 내로 진입하지 못한 경우, 목표 전력 계통 주파수 회복률
Figure pat00076
을 지정하고, 지정된 목표 전력 계통 주파수 회복률
Figure pat00077
을 기반으로 전력 계통 주파수 측정값
Figure pat00078
이 목표 주파수 범위 내로 진입하기 위한 제2 출력 지령값
Figure pat00079
을 산출하도록 구성될 수 있다.
이때, 제2 출력 지령값
Figure pat00080
은 제1 출력 지령값
Figure pat00081
에 추가 출력 지령값
Figure pat00082
을 더한 값일 수 있다.
추가 출력 지령값
Figure pat00083
이 작을 경우 전력 계통 주파수 측정값
Figure pat00084
이 정격 주파수
Figure pat00085
에 도달하기까지의 시간이 길어지는 단점이 있으며, 추가 출력 지령값
Figure pat00086
이 크면 빠르게 정격 주파수
Figure pat00087
에 도달할 수 있지만 제2 주파수 조정 이후 태양광 발전기의 출력이 다시 낮아지며 주파수가 크게 재하락할 가능성이 크다.
따라서, 제2 주파수 조정 모듈(200)에서는 목표 전력 계통 주파수 회복률
Figure pat00088
을 지정하고, 지정된 목표 전력 계통 주파수 회복률
Figure pat00089
을 기반으로 추가 출력 지령값
Figure pat00090
을 산출함으로써 위의 단점들을 최소화할 수 있는 제2 출력 지령값
Figure pat00091
을 얻을 수 있다.
전력 계통 전체 필요 출력 산출부(210)는 목표 전력 계통 주파수 회복률
Figure pat00092
을 지정하고, 지정된 목표 전력 계통 주파수 회복률
Figure pat00093
, 전력 계통 전체 관성 상수
Figure pat00094
및 정격 주파수에서의 태양광 발전기의 각속도
Figure pat00095
를 기반으로 전력 계통 전체 필요 출력
Figure pat00096
을 산출하도록 구성될 수 있다.
보다 상세히 말하면, 전력 계통 전체 필요 출력 산출부(210)는 아래 [수식 4]를 통해 전력 계통 전체 필요 출력
Figure pat00097
을 산출할 수 있다.
[수식 4]
Figure pat00098
추가 출력 지령값 산출부(220)는 전력 계통 전체 필요 출력
Figure pat00099
, 전력 계통 전체 설비 용량
Figure pat00100
및 태양광 발전기 용량
Figure pat00101
을 기반으로 추가 출력 지령값
Figure pat00102
을 산출하도록 구성될 수 있다.
보다 상세히 말하면, 추가 출력 지령값 산출부(220)는 아래 [수식 5]를 통해 추가 출력 지령값
Figure pat00103
을 산출할 수 있다.
[수식 5]
Figure pat00104
제2 출력 지령값 산출부(230)는 제1 주파수 조정 모듈(100)을 통해 산출된 제1 출력 지령값
Figure pat00105
과 추가 출력 지령값 산출부(220)를 통해 산출된 추가 출력 지령값
Figure pat00106
을 기반으로 제2 출력 지령값
Figure pat00107
을 산출하도록 구성될 수 있다.
보다 상세히 말하면, 제2 출력 지령값 산출부(230)는 아래 [수식 5]를 통해 제2 출력 지령값
Figure pat00108
을 산출할 수 있다.
[수식 6]
Figure pat00109
제2 주파수 조정 모듈(200)에 의해 제2 출력 지령값
Figure pat00110
이 산출되면, 발전기 출력 제어 모듈(300)은 산출된 제2 출력 지령값
Figure pat00111
만큼 태양광 발전기의 출력을 기 설정된 시간
Figure pat00112
동안 증가시켰다가 원래 출력으로 감소시킴으로써 전력 계통 주파수 측정값
Figure pat00113
이 목표 주파수 범위 내로 진입하도록 할 수 있다.
Figure pat00114
와
Figure pat00115
는 본 발명이 적용되는 전력 계통의 특성에 달라질 수 있음은 자명할 것이다.
또한, 주파수 재하락을 고려하여 목표 주파수 범위는 AGC가 동작하는 최소 주파수보다 조금 더 높게, 예를 들어 AGC가 동작할 수 있는 주파수의 최소 범위가 59.8[Hz]인 경우 이보다 조금 높게 설정하는 것이 바람직할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 조정 시스템(10)이 적용된 태양광 발전기의 출력을 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 조정 시스템(10)이 적용된 태양광 발전기의 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 각각의 그래프에는 일반적인 태양광 발전기의 출력 제어(Reserved)를 수행했을 때, 제1 주파수 조정만을 수행했을 때(Conventional) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 조정 시스템(10)을 적용했을 때(Proposed)의 그래프가 도시되어 있다.
각각의 그래프는 동기발전기 총 설비용량이 500[MVA], 부하 총량이 300[MW]인 전력 계통에서 60[MVA]의 태양광 발전기가 90%로 출력 제어를 시행할 때, 40[MW]의 출력을 내보내고 있던 동기발전기가 탈락된 상황을 모의하여 나타낸 것이다.
Conventional 방식의 경우 Reserved 방식과 비교했을 때 비록 주파수가 하락하는 최저점과 안정화 주파수는 개선되었으나, AGC 동작 범위인 59.8[Hz]엔 도달하지 못함에 따라 AGC를 통한 주파수 회복은 이루어질 수 없다.
하지만, 본 발명에 따른 Proposed 방식의 경우 안정화 주파수가 AGC의 동작 범위인 목표 주파수 범위에 도달하지 못한 것을 감지할 경우 제2 주파수 조정을 통해 주파수를 상승시킴으로써 AGC 동작 범위에 들어갈 수 있도록 하였다.
즉, 제2 주파수 조정 모듈(200)을 통해 주파수를 목표 주파수 범위 내로 진입시킴으로써 AGC가 동작하도록 할 수 있다.
이상에서 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 위 실시예는 단지 본 발명의 사상을 설명하기 위한 것으로 이에 한정되지 않는다. 통상의 기술자는 전술한 실시예에 다양한 변형이 가해질 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위의 해석을 통해서만 정해진다.
10 주파수 조정 시스템
100 제1 주파수 조정 모듈
110 주파수 드룹 제어 출력 지령값 산출부
120 주파수 변동률 제어 출력 지령값 산출부
130 제1 출력 지령값 산출부
200 제2 주파수 조정 모듈
210 전력 계통 전체 필요 출력 산출부
220 추가 출력 지령값 산출부
230 제2 출력 지령값 산출부
300 발전기 출력 제어 모듈

Claims (10)

  1. 주파수 드룹 제어 및 주파수 변동률 제어를 기반으로 제1 주파수 조정을 수행함으로써 전력 계통 주파수 측정값이 목표 주파수 범위 내로 진입하기 위한 제1 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 제1 주파수 조정 모듈;
    목표 전력 계통 주파수 회복률을 지정하고, 지정된 상기 목표 전력 계통 주파수 회복률을 기반으로 제2 주파수 조정을 수행함으로써 제2 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 제2 주파수 조정 모듈; 및
    상기 제1 출력 지령값 또는 상기 제2 출력 지령값에 따라 태양광 발전기의 출력을 증가시키도록 구성되는 발전기 출력 제어 모듈을 포함하는, 주파수 조정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 주파수 조정 모듈은:
    상기 제1 주파수 조정에도 불구하고 기 설정된 시간이 경과한 뒤의 전력 계통 주파수 측정값인 안정화 주파수가 목표 주파수 범위 내로 진입하지 못한 경우, 목표 전력 계통 주파수 회복률을 지정하고, 지정된 상기 목표 전력 계통 주파수 회복률을 기반으로 제2 주파수 조정을 수행함으로써 상기 전력 계통 주파수 측정값이 상기 목표 주파수 범위 내로 진입하기 위한 제2 출력 지령값을 산출하고,
    상기 발전기 출력 제어 모듈은:
    상기 제2 출력 지령값에 따라 태양광 발전기의 출력을 기 설정된 시간동안 증가시켰다가 원래 출력으로 감소시키도록 구성되는, 주파수 조정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 주파수 조정 모듈은:
    주파수 드룹 제어 이득값, 전력 계통 주파수 측정값 및 정격 주파수를 기반으로 주파수 드룹 제어 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 주파수 드룹 제어 출력 지령값 산출부;
    주파수 변동률 제어 이득값, 전력 계통 주파수 측정값 및 전력 계통 주파수 측정값 회복률을 기반으로 주파수 변동률 제어 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 주파수 변동률 제어 출력 지령값 산출부; 및
    출력 제어값, 주파수 드룹 제어 출력 지령값 및 주파수 변동률 제어 출력 지령값을 기반으로 제1 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 제1 출력 지령값 산출부를 포함하는, 주파수 조정 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 주파수 조정 모듈은:
    목표 전력 계통 주파수 회복률을 지정하고, 지정된 상기 목표 전력 계통 주파수 회복률, 전력 계통 전체 관성 상수 및 정격 주파수에서의 태양광 발전기의 각속도를 기반으로 전력 계통 전체 필요 출력을 산출하도록 구성되는 전력 계통 전체 필요 출력 산출부;
    전력 계통 전체 필요 출력, 전력 계통 전체 설비 용량 및 태양광 발전기 용량을 기반으로 추가 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 추가 출력 지령값 산출부; 및
    상기 제1 출력 지령값 및 상기 추가 출력 지령값을 기반으로 제2 출력 지령값을 산출하도록 구성되는 제2 출력 지령값 산출부를 포함하는, 주파수 조정 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 주파수 드룹 제어 출력 지령값 산출부는:
    아래 [수식 1]을 통해 주파수 드룹 제어 출력 지령값을 산출하고,
    [수식 1]
    Figure pat00116

    Figure pat00117
    은 주파수 드룹 제어 출력 지령값이고,
    Figure pat00118
    은 주파수 드룹 제어 이득값이고,
    Figure pat00119
    는 전력 계통 주파수 측정값이고,
    Figure pat00120
    는 정격 주파수인, 주파수 조정 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 주파수 변동률 제어 출력 지령값 산출부는:
    아래 [수식 2]를 통해 주파수 변동률 제어 출력 지령값을 산출하고,
    [수식 2]
    Figure pat00121

    Figure pat00122
    는 주파수 변동률 제어 출력 지령값이고,
    Figure pat00123
    는 주파수 변동률 제어 이득값이고,
    Figure pat00124
    는 전력 계통 주파수 측정값이고,
    Figure pat00125
    는 전력 계통 주파수 측정값 회복률인, 주파수 조정 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 출력 지령값 산출부는:
    아래 [수식 3]을 통해 제1 출력 지령값을 산출하고,
    [수식 3]
    Figure pat00126

    Figure pat00127
    는 제1 출력 지령값이고
    Figure pat00128
    는 출력 제어값이고,
    Figure pat00129
    는 주파수 드룹 제어 출력 지령값이고,
    Figure pat00130
    는 주파수 변동률 제어 출력 지령값인, 주파수 조정 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 전력 계통 전체 필요 출력 산출부는:
    아래 [수식 4]를 통해 전력 계통 전체 필요 출력을 산출하고,
    [수식 4]
    Figure pat00131

    Figure pat00132
    는 전력 계통 전체 필요 출력이고,
    Figure pat00133
    는 전력 계통 전체 관성 상수이고,
    Figure pat00134
    는 정격 주파수에서의 태양광 발전기의 각속도이고,
    Figure pat00135
    는 목표 전력 계통 주파수 회복률인, 주파수 조정 시스템.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 추가 출력 지령값 산출부는:
    아래 [수식 5]를 통해 추가 출력 지령값을 산출하고,
    [수식 5]
    Figure pat00136

    Figure pat00137
    는 추가 출력 지령값이고,
    Figure pat00138
    는 전력 계통 전체 필요 출력이고,
    Figure pat00139
    는 전력 계통 전체 설비 용량이고,
    Figure pat00140
    는 태양광 발전기 용량인, 주파수 조정 시스템.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 제2 출력 지령값 산출부는:
    아래 [수식 6]을 통해 제2 출력 지령값을 산출하고,
    [수식 6]
    Figure pat00141

    Figure pat00142
    는 제2 출력 지령값이고,
    Figure pat00143
    는 제1 출력 지령값이고,
    Figure pat00144
    는 추가 출력 지령값인, 주파수 조정 시스템.
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