KR20240006885A - Apparatus and Method for implementing virtual synchronizer having current control characteristics - Google Patents

Apparatus and Method for implementing virtual synchronizer having current control characteristics Download PDF

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KR20240006885A
KR20240006885A KR1020220083715A KR20220083715A KR20240006885A KR 20240006885 A KR20240006885 A KR 20240006885A KR 1020220083715 A KR1020220083715 A KR 1020220083715A KR 20220083715 A KR20220083715 A KR 20220083715A KR 20240006885 A KR20240006885 A KR 20240006885A
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박용순
이경규
류호선
문주영
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한국전력공사
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Abstract

가상 동기기가 기본적으로 전압원의 속성을 띠어 가상적인 관성을 제공하면서도, 출력 전류에 대한 제어성을 갖추도록 하는 가상 동기기 구현 장치가 개시된다. 상기 가상 동긱기 구현 장치는, 지령 명령(f,V)을 입력받아 축 지령 명령()을 생성하는 제어기, 상태 방정식을 이용하여 상기 축 지령 명령()을 최종 전압 지령()으로 변환하는 가상 동기기, 및 상기 최종 전압 지령()에 따라 전력을 변환하여 그리드에 공급하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for implementing a virtual synchronous device is disclosed, in which a virtual synchronous device basically has the properties of a voltage source to provide virtual inertia and controllability of output current. The virtual synchronous machine implementation device receives a command command (f, V) and an axis command command ( ), the axis command command ( ) to the final voltage command ( ), and the final voltage command ( ) and includes an inverter that converts power and supplies it to the grid.

Description

전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 장치 및 방법{Apparatus and Method for implementing virtual synchronizer having current control characteristics}Apparatus and Method for implementing virtual synchronizer having current control characteristics}

본 발명은 가상 동기기 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 장치 및 방법에 대한 것이다.The present invention relates to virtual synchronous technology, and more specifically to an apparatus and method for implementing a virtual synchronous device with current controllability.

재래식 동기기에서는 기계적인 회전이 전자기적인 변환을 거쳐 전압으로 생성되기 때문에, 재래식 동기기는 전류원보다는 전압원으로서 전력계통에 연결되어 각종 기능을 수행한다. In a conventional synchronous machine, mechanical rotation is generated into voltage through electromagnetic conversion, so the conventional synchronous machine is connected to the power system as a voltage source rather than a current source and performs various functions.

가상 동기기는 전력 변환 장치인 인버터를 이용해 기존 재래식 동기기의 동작을 모사하는 것으로서, 가상 동기기의 인버터도 전압원으로서의 동작을 모사하도록 제어된다. The virtual synchronous machine uses an inverter, a power conversion device, to simulate the operation of an existing conventional synchronous machine, and the inverter of the virtual synchronous machine is also controlled to mimic the operation as a voltage source.

재래식 동기기는 전자기적인 변환으로 생성되는 전압으로부터 구리 권선을 통해 전력을 계통에 전달하지만, 가상 동기기에서는 계통으로 흐르는 출력 전류가 구리 권선 외에도 스위칭 동작을 수행하는 전력 반도체를 통과하게 되어있다. Conventional synchronizers transmit power to the grid through copper windings from the voltage generated by electromagnetic conversion, but in virtual synchronizers, the output current flowing into the grid passes through a power semiconductor that performs a switching operation in addition to the copper windings.

과도 상태에서 정격의 수배 이상 전류가 흐를 수 있는 구리 권선과 달리, 전력 반도체는 정해진 정격 이상의 전류가 흐를 경우 영구적인 손상이 발생한다. 일반적인 전압원은 출력하는 전압은 외부 조건에 상관없이 잘 유지하지만 출력 전류의 크기에 대한 제어성을 갖지 못한다. Unlike copper windings, where a current several times higher than the rated value can flow in a transient state, permanent damage occurs in power semiconductors when a current exceeding the specified rating flows. A general voltage source maintains the output voltage well regardless of external conditions, but does not have control over the size of the output current.

특히, 기존의 가상 동기기 방법들은 주파수와 전압 또는 유효 및 무효전력을 가상동기기의 상위 제어기로 궤환하고, 그 상위 제어기의 출력으로서 인버터가 출력해야 하는 전압 벡터의 크기와 위상을 곧바로 결정하는 방식이 주류를 이룬다.In particular, the existing virtual synchronous methods mainly return frequency and voltage or active and reactive power to the upper controller of the virtual synchronous machine, and immediately determine the size and phase of the voltage vector that the inverter should output as the output of the upper controller. achieves

따라서 전압원으로서 설계된 가상 동기기에 사용되는 전력 반도체는 전류 제어성 미확보에 따른 파손 가능성이 존재한다는 문제점이 있다. Therefore, the power semiconductor used in a virtual synchronous device designed as a voltage source has a problem in that there is a possibility of damage due to lack of current control.

또한, 인버터의 출력 전류에 대한 제어성은 일반적으로 출력 전류의 직접적인 궤환(feedback) 제어을 통해 달성 가능하지만, 가상 동기기는 기존 동기기를 모사하기 위해 기본적으로 전압원의 속성을 가져야 한다. In addition, controllability of the inverter's output current can generally be achieved through direct feedback control of the output current, but the virtual synchronizer must basically have the properties of a voltage source to simulate the existing synchronizer.

따라서 가상 동기기에서는 출력 전류를 직접적으로 궤환제어하지 않고 간접적인 전류 제어를 구현할 수 있어야 한다.Therefore, in a virtual synchronous machine, it must be possible to implement indirect current control without direct feedback control of the output current.

1. 대한민국 특허공개번호 제10-2021-0096656호1. Republic of Korea Patent Publication No. 10-2021-0096656

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 가상 동기기가 기본적으로 전압원의 속성을 띠어 가상적인 관성을 제공하면서도, 출력 전류에 대한 제어성을 갖추도록 하는 가상 동기기 구현 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was proposed to solve the problems caused by the above background technology, and is an apparatus and method for implementing a virtual synchronizer that basically has the properties of a voltage source to provide virtual inertia and controllability of the output current. The purpose is to provide.

또한, 본 발명은 출력 전류를 직접적으로 궤환제어하지 않고 간접적인 전류 제어를 구현할 수 있는 가상 동기기 구현 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for implementing a virtual synchronizer that can implement indirect current control without direct feedback control of the output current.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 가상 동기기가 기본적으로 전압원의 속성을 띠어 가상적인 관성을 제공하면서도, 출력 전류에 대한 제어성을 갖추도록 하는 가상 동기기 구현 장치를 제공한다.In order to achieve the problems presented above, the present invention provides a device for implementing a virtual synchronizer that basically has the properties of a voltage source to provide virtual inertia and controllability of output current.

상기 가상 동기기 구현 장치는,The virtual synchronizer implementation device,

지령 명령(f,V)을 입력받아 축 지령 명령()을 생성하는 제어기;Receives the command command (f, V) and gives the axis command command ( ) a controller that generates;

상태 방정식을 이용하여 상기 축 지령 명령()을 최종 전압 지령()으로 변환하는 가상 동기기; 및Using the state equation, the axis command command ( ) to the final voltage command ( ) to a virtual synchronizer; and

상기 최종 전압 지령()에 따라 전력을 변환하여 그리드에 공급하는 인버터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The final voltage command ( ) and an inverter that converts power and supplies it to the grid.

이때, 상기 지령 명령(f,V)의 지령 전압(V)과 지령 주파수(f)를 상기 가상 동기기의 동기 좌표계 d축과 q축의 전류에 대한 지령으로 전달받는 방식을 취하여 전류 제어적인 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.At this time, a method of receiving the command voltage (V) and command frequency (f) of the command command (f, V) as a command for the current of the d-axis and q-axis of the synchronization coordinate system of the virtual synchronous machine has current control characteristics. It is characterized by

또한, 상기 가상 동기기는 수학식으로 표현되는 기계적인 부분 및 수학식으로 표현되는 전기기기적인 부분으로 이루어지는 VSM(Virtual Synchronous Machine) 모델을 이용하되, 상기 전기기기적인 부분은 상기 상태 방정식을 기반으로 하는 상태 추정기를 이용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the virtual synchronous machine uses a VSM (Virtual Synchronous Machine) model consisting of a mechanical part expressed in a mathematical equation and an electrical part expressed in a mathematical equation, and the electrical part is based on the state equation. It is characterized by using a state estimator.

또한, 상기 상태 추정기는 전류 지령(y*)을 내부 상태변수(x)와의 비교에 이용함으로써 상기 내부 상태변수의 과도적인 변화를 예상하는 것을 특징으로 한다.In addition, the state estimator is characterized by predicting transient changes in the internal state variable by using the current command (y * ) for comparison with the internal state variable (x).

또한, 상기 상태 방정식은 수학식 (여기서, ω는 가상동기기 각주파수,

Figure pat00006
는 가상동기기의 쇄교자속, Rg는 필터의 권선저항, Lg는 필터의 권선인덕턴스, Rm은 가상적인 권선저항, Lm은 가상적인 권선인덕턴스, id는 d축 전류, iq는 q축 전류, vd는 d축 전압, vq는 q축 전압이고,
Figure pat00007
, u
Figure pat00008
,
Figure pat00009
,
Figure pat00010
이다) 및 수학식 (여기서, y는 실제 측정값이고,
Figure pat00012
이다)으로 정의되는 것을 특징으로 한다.Additionally, the state equation is Equation (where ω is the virtual synchronous angular frequency,
Figure pat00006
is the flux linkage of the virtual synchronous machine, R g is the winding resistance of the filter, Lg is the winding inductance of the filter, Rm is the virtual winding resistance, Lm is the virtual winding inductance, i d is the d-axis current, and i q is the q-axis current. , v d is the d-axis voltage, v q is the q-axis voltage,
Figure pat00007
, u
Figure pat00008
,
Figure pat00009
,
Figure pat00010
) and the equation (where y is the actual measurement value,
Figure pat00012
It is characterized by being defined as).

또한, 상기 상태 추정기는 수학식 (여기서, "^"는 추정값을 의미하며, id는 i축 전류이고, iq는 q축 전류이고, Rs = Rg + Rm, Ls = Lg + Lm이다. 또한, k1 내지 k4는 계수 행렬이고, vd는 d축 전압이고, vq는 q축 전압이고, λf는 가상 동기기의 쇄교자속이다.)으로 정의되는 것을 특징으로 한다.Additionally, the state estimator is calculated using the equation (Here, "^" means an estimated value, i d is the i-axis current, i q is the q-axis current, R s = R g + R m , L s = L g + L m . Also, k 1 to k 4 are coefficient matrices, v d is the d-axis voltage, v q is the q-axis voltage, and λ f is the flux linkage of the virtual synchronous machine.

또는, 상기 상태 추정기는 수학식 (여기서, s는 라플라스 연산자이고, ωn은 k1 내지 k4를 통해 적용되는 상태 추정기의 대역폭이다)으로 정의되는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the state estimator can be calculated using the equation (Here, s is the Laplace operator, and ω n is the bandwidth of the state estimator applied through k 1 to k 4 ).

또한, 상기 상태 추정기의 추정 d-q축 전류()는 전류 지령()에 대해서, 상기 상태 방정식과 상기 계수 행렬(k1 ~ k4)에 의해 결정되는 반응성으로 추종하는 형태로 변화되는 것을 특징으로 한다.In addition, the estimated dq-axis current of the state estimator ( ) is the current command ( ), it is characterized in that it changes to a form that follows the reactivity determined by the state equation and the coefficient matrix (k 1 to k 4 ).

또한, 상기 VSM 모델에서 결정되는 전기적 회전 각도(θ)에 의해 d-q축 전압 지령()이 상기 인버터(130)에 입력되는 상기 최종 전압 지령()으로 변환되는 것을 특징으로 한다.In addition, the dq-axis voltage command ( ) is the final voltage command input to the inverter 130 ( ) is characterized in that it is converted to ).

또한, 상기 d-q축 전압 지령()은 수학식 으로 정의되는 것을 특징으로 한다.In addition, the dq-axis voltage command ( ) is the mathematical expression It is characterized by being defined as.

또한, 전류 지령()과 실제 d-q축 전류(id,iq) 및 계통 전압의 관계는 수학식 으로 정의되는 것을 특징으로 한다.Additionally, the current command ( ) and the actual dq-axis current (i d ,i q ) and grid voltage are expressed in the equation It is characterized by being defined as.

또한, 상기 실제 d-q축 전류(id,iq)는 수학식 으로 정의되며, Rg≪ω이면, 이고, 인 것을 특징으로 한다.In addition, the actual dq-axis current (i d , i q ) is expressed by the equation It is defined as, and if Rg≪ω, ego, It is characterized by being.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 제어기가 지령 명령(f,V)을 입력받아 축 지령 명령()을 생성하는 단계; (b) 가상 동기기가 상태 방정식을 이용하여 상기 축 지령 명령()을 최종 전압 지령()으로 변환하는 단계; 및 (c) 인버터가 상기 최종 전압 지령()에 따라 전력을 변환하여 그리드에 공급하는 단계;를 포함하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 방법을 제공한다.On the other hand, in another embodiment of the present invention, (a) the controller receives the command command (f, V) and the axis command command ( ) generating; (b) The virtual synchronizer uses the state equation to command the axis ( ) to the final voltage command ( ) Converting to ; and (c) the inverter receives the final voltage command ( ) and converting power to supply it to the grid.

본 발명에 따르면, 인버터의 필터 제정수 및 계통 전압의 정보가 반영된 상태 방정식을 이용하여, 원하는 전류 지령에 적합한 전압 지령을 계산하여 인버터의 출력을 결정할 수 있다.According to the present invention, the output of the inverter can be determined by calculating a voltage command suitable for the desired current command using a state equation reflecting the filter enumeration number of the inverter and information on the grid voltage.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 전압원의 속성을 띠어 가상적인 관성을 제공하면서도, 출력 전류에 대한 제어성을 갖는 가상 동기기의 구현이 가능하다는 점을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is that it is possible to implement a virtual synchronous machine that has controllability over output current while providing virtual inertia with the properties of a voltage source.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가상 동기기 구현 장치의 구성 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 상태 추정기의 동작 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가상 동기기 동작 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 계통의 주파수 변동시 가상동기기의 전력 공급 반응을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 계통의 주파수 변동시 가상동기기의 전력 공급 반응을 나타내는 그래프이다.Figure 1 is a block diagram of a device for implementing a virtual synchronizer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram of the operation of the state estimator shown in FIG. 1.
Figure 3 is a flowchart showing the virtual synchronizer operation process according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the power supply response of the virtual synchronous machine when the frequency of the power system changes according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the power supply response of the virtual synchronous machine when the frequency of the power system changes according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 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 이해되어야 한다.Since the present invention can be modified in various ways and can have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.When describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may be referred to as a first component without departing from the scope of the present invention. The term “and/or” includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.

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. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. It shouldn't be.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an apparatus and method for implementing a virtual synchronizer with current controllability according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가상 동기기 구현 장치(100)의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 가상 동기기 구현 장치(100)는, 지령 명령(f,V)을 입력받아 축 지령 명령(

Figure pat00030
)을 생성하는 제어기(110), 상태 방정식을 이용하여 축 지령 명령(
Figure pat00031
)을 최종 전압 지령(
Figure pat00032
)으로 변환하는 가상 동기기(120), 최종 전압 지령(
Figure pat00033
)에 따라 전력을 변환하여 그리드(140)에 공급하는 인버터(130), 그리드(140) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, "*"은 지령 변수이다.Figure 1 is a block diagram of a virtual synchronizer implementation device 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the virtual synchronizer implementation device 100 receives a command command (f, V) and generates an axis command command (
Figure pat00030
), a controller 110 that generates an axis command command (
Figure pat00031
) to the final voltage command (
Figure pat00032
), a virtual synchronizer (120) that converts the final voltage command (
Figure pat00033
) may be configured to include an inverter 130, a grid 140, etc. that converts power and supplies it to the grid 140. Here, “*” is a command variable.

제어기(110)는 지령 명령(f,V)을 입력받아 축 지령 명령(

Figure pat00034
)을 생성하는 기능을 수행한다. 지령 명령(f,V)은 지령 주파수(f)와 지령 전압(V)으로 구성된다. 제어기(110)는 지령 전압(V)과 지령 주파수(f)를 가상 동기기(120)의 동기 좌표계 d축과 q축의 전류에 대한 지령으로 전달받는 방식을 취하여 전류 제어적인 특성을 가질 수 있는 구조를 사용한다.The controller 110 receives the command command (f, V) and receives the axis command command (
Figure pat00034
) performs the function of generating. The command command (f, V) consists of a command frequency (f) and a command voltage (V). The controller 110 has a structure that can have current control characteristics by receiving the command voltage (V) and command frequency (f) as commands for the currents of the d-axis and q-axis of the synchronization coordinate system of the virtual synchronous machine 120. use.

가상 동기기(120)는 상태 방정식을 이용하여 축 지령 명령(

Figure pat00035
)을 최종 출력 전압 지령(
Figure pat00036
)으로 변환하는 기능을 수행한다. 가상 동기기(120)는 d-q 전류 지령을 받아 인버터(130)에 대한 전압지령을 생성하는 역할을 한다.The virtual synchronizer 120 uses a state equation to provide an axis command command (
Figure pat00035
) to the final output voltage command (
Figure pat00036
) performs the function of converting to The virtual synchronizer 120 receives the dq current command and serves to generate a voltage command for the inverter 130.

가상 동기기(120)는 VSM(Virtual Synchronous Machine) 모델을 이용하여 가상 동기를 수행한다. VSM model은 두 부분으로 이루어지는데, 먼저 기계적인 부분은 다음의 수식에 기반한다.The virtual synchronizer 120 performs virtual synchronization using a VSM (Virtual Synchronous Machine) model. The VSM model consists of two parts. First, the mechanical part is based on the following formula.

Figure pat00037
Figure pat00037

여기서, Tm은 상위 제어기에 의해 결정되는 가상적인 기계 입력이고, ωm은 가상 동기기의 기계적 회전속도이고, ωm은 가상 동기기의 회전각으로 ωm의 적분으로부터 얻을 수 있다. 또한, J는 관성상수, B는 마찰계수, Te는 부하 토크, θm은 단순히 wm의 적분이다. Here, T m is a virtual machine input determined by the upper controller, ω m is the mechanical rotation speed of the virtual synchronous machine, and ω m is the rotation angle of the virtual synchronous machine, which can be obtained from the integration of ω m . In addition, J is the inertia constant, B is the friction coefficient, T e is the load torque, θ m is simply the integral of w m .

Tm은 동기기의 q축 전류 지령(

Figure pat00038
)에 대해 다음의 관계를 갖는다.T m is the synchronous q-axis current command (
Figure pat00038
) has the following relationship.

Figure pat00039
Figure pat00039

여기서, PP는 가상 동기기의 극수와 관계된 것으로서, 편의상 1로 가정하면 기계적인 속도(w m ) 및 각도(θ m )는 전기적인 속도(w) 및 각도(θ)와 일치하게 된다.

Figure pat00040
는 가상 동기기의 쇄교자속입니다. Here, PP is related to the number of poles of the virtual synchronous machine, and if assumed to be 1 for convenience, the mechanical speed ( w m ) and angle ( θ m ) coincide with the electrical speed ( w ) and angle ( θ ).
Figure pat00040
is the flux linkage of the virtual synchronizer.

동기기의 d축 전류지령(

Figure pat00041
)의 경우는 무효 전력 제어가 필요한 경우 0이 아닌 값으로 조정될 수 있으며, 특별한 요구가 없으면 0으로 제어할 수 있다.Synchronous machine d-axis current command (
Figure pat00041
) can be adjusted to a value other than 0 if reactive power control is necessary, and can be controlled to 0 if there is no special request.

VSM 모델의 전기기기적인 부분은 계통전압에 대해서 다음의 수식으로 설명될 수 있다.The electrical part of the VSM model can be explained with the following equation for grid voltage.

여기서, ω는 가상동기기의 전기 각속도,

Figure pat00043
는 q축 자속,
Figure pat00044
는 d축 자속, Rg는 필터 저항, Lg는 필터 인덕턴스, Rm은 가상 동기기 저항, id는 d축 전류, iq는 q축 전류, vd는 d축 전압, vq는 q축 전압이다. Here, ω is the electric angular velocity of the virtual synchronous machine,
Figure pat00043
is the q-axis magnetic flux,
Figure pat00044
is the d-axis magnetic flux, R g is the filter resistance, Lg is the filter inductance, Rm is the virtual synchronous resistance, i d is the d-axis current, i q is the q-axis current, v d is the d-axis voltage, and v q is the q-axis voltage. .

위 수학식을 상태 방정식의 형태로 변환하면 다음과 같다.Converting the above equation into the form of a state equation is as follows.

여기서, "

Figure pat00046
"는 미분 표시이고,
Figure pat00047
, u는
Figure pat00048
,
Figure pat00049
,
Figure pat00050
이다.here, "
Figure pat00046
" is the differential notation,
Figure pat00047
, u
Figure pat00048
,
Figure pat00049
,
Figure pat00050
am.

여기서, y는 실제 측정값이고,

Figure pat00052
이다.where y is the actual measurement value,
Figure pat00052
am.

위 수학식 4 및 5를 기반하여 상태 추정기(state-estimator)를 구성하면 다음과 같다.Constructing a state-estimator based on Equations 4 and 5 above is as follows.

여기서, "^"는 추정값을 의미하며,id는 i축 전류이고, iq는 q축 전류이고, Rs = Rg + Rm, Ls = Lg + Lm이다. 또한, k1 내지 k4는 계수 행렬이고, vd는 d축 전압이고, vq는 q축 전압이고, λf는 가상 동기기의 쇄교자속이다.Here, "^" means an estimated value, i d is the i-axis current, i q is the q-axis current, R s = R g + R m , L s = L g + L m . Additionally, k 1 to k 4 are coefficient matrices, v d is the d-axis voltage, v q is the q-axis voltage, and λ f is the flux linkage of the virtual synchronous machine.

인버터(130)는 최종 출력 전압 지령()에 따라 전력을 변환하여 그리드(140)에 공급하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 전력 반도체가 쌍으로 각 상마다 나란히 연결된다. The inverter 130 receives the final output voltage command ( ) and performs the function of converting power and supplying it to the grid 140. For this purpose, pairs of power semiconductors are connected side by side for each phase.

전력 반도체는 FET(Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET), IGBT(Insulated Gate Bipolar Mode Transistor), 파워 정류 다이오드 등과 같은 반도체 스위칭 소자, 사이리스터, GTO(Gate Turn-Off) 사이리스터, TRIAC(Triode for alternating current), SCR(Silicon Controlled Rectifier) 등이 사용될 수 있다.Power semiconductors include semiconductor switching devices such as FET (Field Effect Transistor), MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), IGBT (Insulated Gate Bipolar Mode Transistor), power rectifier diode, thyristor, GTO (Gate Turn-Off) thyristor, and TRIAC (Triode). for alternating current), SCR (Silicon Controlled Rectifier), etc. may be used.

그리드(140)는 송전계통 및 배전계통으로 구성되는 송배전계통 (Transmission and Distribution Systems)으로서, 발전 설비에서 생산된 전력을 직접 소비하는 수용가까지 유통 배분하는 설비들의 결합이다. 따라서, 송전선, 배전선, 변전소 및 이들과 밀접한 관계를 갖는 각종 보호 장치, 제어 장치, 조정 장치(차단기, 피뢰기, 보호 계전 시스템, 전압 조정용 콘덴서) 등이 구성된다.The grid 140 is a transmission and distribution system consisting of a transmission system and a distribution system, and is a combination of facilities that distribute and distribute power produced from power generation facilities to consumers who directly consume it. Accordingly, transmission lines, distribution lines, substations, and various protective devices, control devices, and adjustment devices (breakers, lightning arresters, protective relay systems, and capacitors for voltage regulation) that are closely related to them are constructed.

도 2는 도 1에 도시된 상태 추정기의 동작 개념도이다. 일반적으로 상태 추정기는 실제 측정값(y)을 이용하여 측정할 수 없는 내부 상태변수를 추정(

Figure pat00055
)하는데 사용된다. 또한, 본래 상태 추정기는 상태 방정식에 따라 추정된 출력이 실제 출력을 추종하도록 함으로써 입출력 간 미분 변화를 포함한 과도상태의 변화까지 모사할 수 있다.FIG. 2 is a conceptual diagram of the operation of the state estimator shown in FIG. 1. In general, the state estimator estimates internal state variables that cannot be measured using the actual measured value (y) (
Figure pat00055
) is used to. In addition, the original state estimator can even simulate changes in transient states, including differential changes between input and output, by allowing the output estimated according to the state equation to follow the actual output.

그러나, 본 발명의 일실시예서는 실제 측정값 대신 전류 지령(y*)을 내부 상태변수와의 비교에 이용한다. 또한, 실제 측정값 대신 지령값을 사용함으로써, 추정된 출력이 지령값을 추종하는 과정의 내부 상태변수의 과도적인 변화를 예상할 수 있다.However, in one embodiment of the present invention, the current command (y * ) is used for comparison with the internal state variable instead of the actual measured value. Additionally, by using the command value instead of the actual measured value, transient changes in the internal state variables during the process where the estimated output follows the command value can be expected.

도 2를 참조하면, 그 결과 상태 추정기의 추정된 d-q 전류(

Figure pat00056
)는 전류 지령(
Figure pat00057
)에 대해서, 상태 방정식과 수학식 6의 k1 ~ k4에 의해 수식 A(위에 메모 참조)와 같이 가상동기기 및 계통의 특성을 반영하여 추종하는 반응성을 갖게 된다.Referring to Figure 2, the resulting estimated dq current of the state estimator (
Figure pat00056
) is the current command (
Figure pat00057
), the state equation and k 1 ~ k 4 of Equation 6 have a responsiveness that reflects and follows the characteristics of the virtual synchronous machine and system as in Equation A (see note above).

수학식 6의 우변을 적분하면 추정된 d-q 전류를 계산할 수 있다.By integrating the right side of Equation 6, the estimated d-q current can be calculated.

수학식 1에서 좌변의 자속전압(

Figure pat00058
)을 정하면 계통 전압과 임피던스의 관계에 의해서 실제 d-q 전류가 정해지므로, 추정된 추정 d-q축 전류(
Figure pat00059
)로 자속전압의 추정값(
Figure pat00060
)을 구해 인터버터(130)의 최종 출력 전압 지령(
Figure pat00061
)으로 활용한다. 즉, 인버터(130)에 입력되는 d-q축 전압 지령(
Figure pat00062
)은 다음과 같다.In Equation 1, the magnetic flux voltage on the left side (
Figure pat00058
), the actual dq current is determined by the relationship between grid voltage and impedance, so the estimated dq axis current (
Figure pat00059
), the estimated value of magnetic flux voltage (
Figure pat00060
) is obtained to obtain the final output voltage command of the inverter 130 (
Figure pat00061
) is used. That is, the dq-axis voltage command input to the inverter 130 (
Figure pat00062
)Is as follows.

VSM 모델에서 결정되는 θm에 의해 d-q 전압 지령을 abc 좌표계의 최종 출력 전압 지령(

Figure pat00064
)으로 변환하여 인버터(130)의 스위칭 동작을 결정하게 된다.The dq voltage command is converted to the final output voltage command of the abc coordinate system by θ m determined in the VSM model (
Figure pat00064
) to determine the switching operation of the inverter 130.

한편, 수학식 6에서 미분을 라플라스 연산자인 s로 바꾸고 k1 ~ k4을 구체화할 경우, 등가적으로 다음식과 같이 표현할 수 있다.Meanwhile, if the derivative in Equation 6 is replaced with the Laplace operator, s, and k 1 to k 4 are specified, it can be equivalently expressed as the following equation.

여기서, s는 라플라스 연산자이고, ωn은 k1 ~ k4를 통해 조정되는 상태추정기의 대역폭이다.Here, s is the Laplace operator, and ω n is the bandwidth of the state estimator adjusted through k 1 to k 4 .

위 수학식 8에서는 수학식 6과 다르게, 추정된 추정 추정 d-q축 전류(

Figure pat00066
)는 계통 전압 및 전류 지령에 대해 저역 통과 필터를 통과시킨 값이 되는 것을 알 수 있다. In Equation 8 above, unlike Equation 6, the estimated estimated dq-axis current (
Figure pat00066
) can be seen to be the value of the system voltage and current commands passed through a low-pass filter.

본 발명에서 핵심이 되는 추정된 추정 d-q축 전류(

Figure pat00067
)에 대한 추정은 수학식 6에 기반해서 적분을 통해 구현할 수도 있고, 수학식 8에 기반해서 필터 형태로 구현할 수 있다.The estimated dq-axis current (
Figure pat00067
) can be implemented through integration based on Equation 6, or in the form of a filter based on Equation 8.

수학식 8을 통해 구한 전압 지령이 인버터를 통해 인가될 경우, 전류 지령(

Figure pat00068
)과 실제 d-q축 전류(id,iq) 및 계통 전압의 관계는 다음과 같이 설명될 수 있다.When the voltage command obtained through Equation 8 is applied through the inverter, the current command (
Figure pat00068
) and the actual dq-axis current (i d ,i q ) and grid voltage can be explained as follows.

여기서 전류 지령(

Figure pat00070
)과 실제 d-q축 전류(id,iq) 사이의 관계에 대해서만 관계를 정리하면 다음과 같다.Here, the current command (
Figure pat00070
) and the actual dq-axis current (i d , i q ) can be summarized as follows.

최종값 정리를 적용하면, 실제 d-q축 전류는 다음과 같다.Applying the final value theorem, the actual d-q axis current is as follows.

여기서, Rg≪ωLg이면,

Figure pat00073
이고,
Figure pat00074
가 되어 실제 전류는 전류 지령을 추종하게 된다. 즉, 제안하는 발명의 경우, 직접적으로 실제 전류를 측정하지 않고도 지령 전류를 추종하는 제어가 가능함을 알 수 있다.Here, if Rg≪ωLg,
Figure pat00073
ego,
Figure pat00074
The actual current follows the current command. That is, in the case of the proposed invention, it can be seen that control that follows the command current is possible without directly measuring the actual current.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가상 동기기 동작 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 제어기(110)가 지령 명령을 입력받아 동기 좌표계의 d축과 q축의 전류에 대한 지령으로 축 지령 명령()을 생성한다(단계 S310,S320).Figure 3 is a flowchart showing the virtual synchronizer operation process according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the controller 110 receives a command command and generates an axis command command ( ) is generated (steps S310, S320).

이후, 상태 추정기를 이용하여 출력이 직접적으로 실제 전류를 측정하지 않고도 지령 전류를 추종하도록 추정값을 계산한다(단계 S330).Afterwards, the state estimator is used to calculate an estimated value so that the output follows the command current without directly measuring the actual current (step S330).

이후, 추정값을 최종 전압 지령()을 변환하여 인버터(130)에 입력함으로써 그리드(140)에 전력을 공급한다(단계 S340).Afterwards, the estimated value is converted into the final voltage command ( ) is converted and input to the inverter 130 to supply power to the grid 140 (step S340).

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 계통의 주파수 변동시 가상 동기기의 전력 공급 반응을 나타내는 그래프이다. 도 4를 참조하면, d축 전류와 주파수의 그래프(410)에서 실제 계통 주파수(411) 및 가상 동기기 주파수(412)가 도시된다.Figure 4 is a graph showing the power supply response of the virtual synchronizer when the frequency of the power system changes according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 4, the actual grid frequency 411 and the virtual synchronous frequency 412 are shown in a graph 410 of d-axis current and frequency.

q축 전류와 전류의 그래프(420)에서 d축 전류 지령(421) 및 실제 d축 전류(422)가 도시된다.In the q-axis current and current graph 420, the d-axis current command 421 and the actual d-axis current 422 are shown.

또한, 시간과 전류의 그래프(430)에서 q축 전류 지령(431) 및 실제 q축 전류(432)가 도시된다.Additionally, the q-axis current command 431 and the actual q-axis current 432 are shown in the graph 430 of time and current.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 계통의 주파수 변동시 가상 동기기의 전력 공급 반응을 나타내는 그래프이다. 도 5를 참조하면, 토크(torque)와 주파수의 그래프(510)에서 실제 계통 주파수(511) 및 가상 동기기 주파수(512)가 도시된다. 여기서, Te는 계통 연결에 의해 발생하는 가상 동기기의 부하토크이다.Figure 5 is a graph showing the power supply response of the virtual synchronizer when the frequency of the power system changes according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the actual grid frequency 511 and the virtual synchronizer frequency 512 are shown in a graph 510 of torque and frequency. Here, Te is the load torque of the virtual synchronous machine generated by grid connection.

관성력(inertial power)과 뉴턴 미터(Nm)의 그래프(520)에서 가상동기기 기계입력 토크(522), 가상 동기기 실제 전기적인 토크(523), 가상 관성에 의한 출력 토크분(521)이 도시된다.In the graph 520 of inertial power and Newton meters (Nm), the virtual synchronous machine input torque 522, the virtual synchronous actual electric torque 523, and the output torque due to virtual inertia 521 are shown.

또한, 시간과 전력[W]의 그래프(530)에서 가상 관성에 의해 공급되는 전력(531)이 도시된다.Additionally, in a graph 530 of time and power [W], power 531 supplied by virtual inertia is shown.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 계통 주파수가 급변하는 과도 상태에서는 인버터(130)가 전류원보다는 전압원으로 반응하게 되어, 실제 d-q축 전류가 지령에서 다소 벗어나 가상 관성을 제공하는 역할을 한다. As shown in Figures 4 and 5, in a transient state where the grid frequency changes rapidly, the inverter 130 responds as a voltage source rather than a current source, so that the actual d-q axis current deviates somewhat from the command and serves to provide virtual inertia.

이렇게 전압원 속성이 필요한 과도상태를 제외하면, 정상상태에서는 가상 동기기의 전류 지령에 따라 실제 d-q축 전류가 변화하는 것을 알 수 있다.Excluding transient states that require voltage source properties, it can be seen that in the normal state, the actual d-q axis current changes according to the current command of the virtual synchronizer.

또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 마이크로프로세서, 프로세서, CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 (명령) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. Additionally, the steps of the method or algorithm described in relation to the embodiments disclosed herein are implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means such as a microprocessor, processor, CPU (Central Processing Unit), etc., and are computer readable. Can be recorded on any available medium. The computer-readable medium may include program (instruction) codes, data files, data structures, etc., singly or in combination.

상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM: Read Only Memory), 램(RAM: Random Access Memory), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다. The program (instruction) code recorded on the medium may be specially designed and constructed for the present invention, or may be known and usable by those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROM, DVD, Blu-ray, and ROM (Read Only Memory). ), RAM (Random Access Memory), flash memory, etc. may include specially configured semiconductor memory elements to store and execute program (instruction) codes.

여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Here, examples of program (instruction) code include not only machine language code such as that created by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

100: 가상 동기기 구현 장치
110: 제어기
120: 가상 동기기
130: 인버터
140: 그리드100: Virtual synchronous implementation device
110: controller
120: virtual synchronizer
130: inverter
140: grid

Claims (16)

지령 명령(f,V)을 입력받아 축 지령 명령()을 생성하는 제어기(110);
상태 방정식을 이용하여 상기 축 지령 명령()을 최종 전압 지령()으로 변환하는 가상 동기기(120); 및
상기 최종 전압 지령()에 따라 전력을 변환하여 그리드(140)에 공급하는 인버터(130);를 포함하며,
상기 지령 명령(f,V)의 지령 전압(V)과 지령 주파수(f)를 상기 가상 동기기(120)의 동기 좌표계 d축과 q축의 전류에 대한 지령으로 전달받는 방식을 취하여 전류 제어적인 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 장치.
Receives the command command (f, V) and gives the axis command command ( ) a controller 110 that generates;
Using the state equation, the axis command command ( ) to the final voltage command ( ), a virtual synchronizer (120) that converts to; and
The final voltage command ( ) includes an inverter 130 that converts power according to and supplies it to the grid 140,
Current control characteristics are achieved by receiving the command voltage (V) and command frequency (f) of the command command (f, V) as commands for the current of the d-axis and q-axis of the synchronization coordinate system of the virtual synchronous machine 120. A device for implementing a virtual synchronous device having current controllability.
 제 1 항에 있어서,
상기 가상 동기기(120)는 수학식으로 표현되는 기계적인 부분 및 수학식으로 표현되는 전기기기적인 부분으로 이루어지는 VSM(Virtual Synchronous Machine) 모델을 이용하되, 상기 전기기기적인 부분은 상기 상태 방정식을 기반으로 하는 상태 추정기를 이용하는 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 장치.
According to claim 1,
The virtual synchronous machine 120 uses a VSM (Virtual Synchronous Machine) model consisting of a mechanical part expressed in a mathematical equation and an electrical part expressed in a mathematical equation, and the electrical part is based on the state equation. A device for implementing a virtual synchronous device with current controllability, characterized by using a state estimator.
 제 2 항에 있어서,
상기 상태 추정기는 전류 지령(y*)을 내부 상태변수(x)와의 비교에 이용함으로써 상기 내부 상태변수의 과도적인 변화를 예상하는 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 장치.
According to claim 2,
The state estimator is a device for implementing a virtual synchronous device with current controllability, characterized in that the state estimator predicts transient changes in the internal state variable by using the current command (y * ) for comparison with the internal state variable (x).
 제 3 항에 있어서,
상기 상태 방정식은 수학식 (여기서, ω는 가상동기기 각주파수,
Figure pat00082
는 가상동기기의 쇄교자속, Rg는 필터의 권선저항, Lg는 필터의 권선인덕턴스, Rm은 가상적인 권선저항, Lm은 가상적인 권선인덕턴스, id는 d축 전류, iq는 q축 전류, vd는 d축 전압, vq는 q축 전압이고,
Figure pat00083
,
Figure pat00084
,
Figure pat00085
,
Figure pat00086
이고, "
Figure pat00087
"는 미분 표현이다) 및 수학식 (여기서, y는 실제 측정값이고,
Figure pat00089
이다)으로 정의되는 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 장치.
According to claim 3,
The equation of state is Equation (where ω is the virtual synchronous angular frequency,
Figure pat00082
is the flux linkage of the virtual synchronous machine, R g is the winding resistance of the filter, Lg is the winding inductance of the filter, Rm is the virtual winding resistance, Lm is the virtual winding inductance, i d is the d-axis current, and i q is the q-axis current. , v d is the d-axis voltage, v q is the q-axis voltage,
Figure pat00083
,
Figure pat00084
,
Figure pat00085
,
Figure pat00086
ego, "
Figure pat00087
" is a differential expression) and the equation (where y is the actual measurement value,
Figure pat00089
A device for implementing a virtual synchronous device with current controllability, characterized in that it is defined as:
 제 4 항에 있어서,
상기 상태 추정기는 수학식 (여기서, "^"는 추정값을 의미하며, id는 i축 전류이고, iq는 q축 전류이고, Rs = Rg + Rm, Ls = Lg + Lm이다. 또한, k1 내지 k4는 계수 행렬이고, vd는 d축 전압이고, vq는 q축 전압이고, λf는 가상 동기기의 쇄교자속이다.) 또는 수학식 (여기서, s는 라플라스 연산자이고, ωn은 k1 내지 k4를 통해 적용되는 상태 추정기의 대역폭이다)으로 정의되는 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 장치.
According to claim 4,
The state estimator is calculated using the equation (Here, "^" means an estimated value, i d is the i-axis current, i q is the q-axis current, R s = R g + R m , L s = L g + L m . Also, k 1 to k 4 are coefficient matrices, v d is the d-axis voltage, v q is the q-axis voltage, and λ f is the flux linkage of the virtual synchronous machine.) or Equation (where s is the Laplace operator, and ω n is the bandwidth of the state estimator applied through k 1 to k 4 ). A device for implementing a virtual synchronous device with current controllability, characterized in that it is defined as:
 제 5 항에 있어서,
상기 상태 추정기의 추정 d-q축 전류()는 전류 지령()에 대해서, 상기 상태 방정식과 상기 계수 행렬(k1 ~ k4)에 의해 결정되는 반응성으로 추종하는 형태로 변화되는 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 장치.
According to claim 5,
The estimated dq-axis current of the state estimator ( ) is the current command ( ), a device for implementing a virtual synchronous device with current controllability, characterized in that it changes to a form that follows the state equation and the coefficient matrix (k 1 to k 4 ) with a reactivity determined by the state equation and the coefficient matrix (k 1 to k 4 ).
 제 6 항에 있어서,
상기 VSM 모델에서 결정되는 기계적 회전 각도(θm)에 의해 d-q축 전압 지령()이 상기 인버터(130)에 입력되는 상기 최종 전압 지령()으로 변환되는 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 장치.
According to claim 6,
dq- axis voltage command ( ) is the final voltage command input to the inverter 130 ( ) A virtual synchronous implementation device with current controllability, characterized in that it is converted to ).
 제 7 항에 있어서,
상기 d-q축 전압 지령()은 수학식 으로 정의되는 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 장치.
According to claim 7,
The dq-axis voltage command ( ) is the mathematical expression A virtual synchronous implementation device with current controllability, characterized in that defined as.
 제 5 항에 있어서,
전류 지령()과 실제 d-q축 전류(id,iq) 및 계통 전압의 관계는 수학식 으로 정의되는 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 장치.
According to claim 5,
Current command ( ) and the actual dq-axis current (i d ,i q ) and grid voltage are expressed in the equation A virtual synchronous implementation device with current controllability, characterized in that defined as.
 제 9 항에 있어서,
상기 실제 d-q축 전류(id,iq)는 수학식 으로 정의되며, Rg≪ω이면, 이고, 인 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 장치.
According to clause 9,
The actual dq-axis current (i d ,i q ) is expressed by the equation It is defined as, and if Rg≪ω, ego, A device for implementing a virtual synchronous device with current controllability, characterized in that:
 (a) 제어기(110)가 지령 명령(f,V)을 입력받아 축 지령 명령()을 생성하는 단계;
(b) 가상 동기기(120)가 상태 방정식을 이용하여 상기 축 지령 명령()을 최종 전압 지령()으로 변환하는 단계; 및
(c) 인버터(130)가 상기 최종 전압 지령()에 따라 전력을 변환하여 그리드(140)에 공급하는 단계;를 포함하며,
상기 지령 명령(f,V)의 지령 전압(V)과 지령 주파수(f)를 상기 가상 동기기(120)의 동기 좌표계 d축과 q축의 전류에 대한 지령으로 전달받는 방식을 취하여 전류 제어적인 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 방법.
(a) The controller 110 receives the command command (f, V) and receives the axis command command ( ) generating;
(b) The virtual synchronizer 120 uses the state equation to command the axis ( ) to the final voltage command ( ) Converting to ; and
(c) The inverter 130 receives the final voltage command ( ) Converting power according to and supplying it to the grid 140,
Current control characteristics are achieved by receiving the command voltage (V) and command frequency (f) of the command command (f, V) as commands for the current of the d-axis and q-axis of the synchronization coordinate system of the virtual synchronous machine 120. A method of implementing a virtual synchronizer with current controllability, characterized in that it has.
 제 11 항에 있어서,
상기 가상 동기기(120)는 수학식으로 표현되는 기계적인 부분 및 수학식으로 표현되는 전기기기적인 부분으로 이루어지는 VSM(Virtual Synchronous Machine) 모델을 이용하되, 상기 전기기기적인 부분은 상기 상태 방정식을 기반으로 하는 상태 추정기를 이용하는 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 방법.
According to claim 11,
The virtual synchronous machine 120 uses a VSM (Virtual Synchronous Machine) model consisting of a mechanical part expressed in a mathematical equation and an electrical part expressed in a mathematical equation, and the electrical part is based on the state equation. A method of implementing a virtual synchronizer with current controllability, characterized by using a state estimator that
 제 12 항에 있어서,
상기 상태 추정기는 전류 지령(y*)을 내부 상태변수(x)와의 비교에 이용함으로써 상기 내부 상태변수의 과도적인 변화를 예상하는 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 방법.
According to claim 12,
A method of implementing a virtual synchronizer with current controllability, wherein the state estimator predicts transient changes in the internal state variable by using the current command (y * ) for comparison with the internal state variable (x).
 제 13 항에 있어서,
상기 상태 방정식은 수학식 (여기서, ω는 가상동기기 각주파수,
Figure pat00108
는 가상동기기의 쇄교자속, Rg는 필터의 권선저항, Lg는 필터의 권선인덕턴스, Rm은 가상적인 권선저항, Lm은 가상적인 권선인덕턴스, id는 d축 전류, iq는 q축 전류, vd는 d축 전압, vq는 q축 전압이고,
Figure pat00109
,
Figure pat00110
,
Figure pat00111
, B는
Figure pat00112
이고, "
Figure pat00113
"는 미분 표현이다) 및 수학식 (여기서, y는 실제 측정값이고,
Figure pat00115
이다)으로 정의되는 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 방법.
According to claim 13,
The equation of state is Equation (where ω is the virtual synchronous angular frequency,
Figure pat00108
is the flux linkage of the virtual synchronous machine, R g is the winding resistance of the filter, Lg is the winding inductance of the filter, Rm is the virtual winding resistance, Lm is the virtual winding inductance, i d is the d-axis current, and i q is the q-axis current. , v d is the d-axis voltage, v q is the q-axis voltage,
Figure pat00109
,
Figure pat00110
,
Figure pat00111
, B is
Figure pat00112
ego, "
Figure pat00113
" is a differential expression) and the equation (where y is the actual measurement value,
Figure pat00115
A method of implementing a virtual synchronizer with current controllability, characterized in that it is defined as:
 제 14 항에 있어서,
상기 상태 추정기는 수학식 (여기서, "^"는 추정값을 의미하며, id는 i축 전류이고, iq는 q축 전류이고, Rs = Rg + Rm, Ls = Lg + Lm이다. 또한, k1 내지 k4는 계수 행렬이고, vd는 d축 전압이고, vq는 q축 전압이고, λf는 가상 동기기의 쇄교자속이다.) 또는 수학식 (여기서, s는 라플라스 연산자이고, ωn은 k1 내지 k4를 통해 적용되는 상태 추정기의 대역폭이다)으로 정의되는 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 방법.
According to claim 14,
The state estimator is calculated using the equation (Here, "^" means an estimated value, i d is the i-axis current, i q is the q-axis current, R s = R g + R m , L s = L g + L m . Also, k 1 to k 4 are coefficient matrices, v d is the d-axis voltage, v q is the q-axis voltage, and λ f is the flux linkage of the virtual synchronous machine.) or Equation (where s is the Laplace operator, and ω n is the bandwidth of the state estimator applied through k 1 to k 4 ). A method of implementing a virtual synchronizer with current controllability, characterized in that it is defined as:
 제 15 항에 있어서,
상기 상태 추정기의 추정 d-q축 전류()는 전류 지령()에 대해서, 상기 상태 방정식과 상기 계수 행렬(k1 ~ k4)에 의해 결정되는 반응성으로 추종하는 형태로 변화되는 것을 특징으로 하는 전류 제어성을 갖는 가상 동기기 구현 방법.
According to claim 15,
The estimated dq-axis current of the state estimator ( ) is the current command ( ), a method of implementing a virtual synchronous device with current controllability, characterized in that it changes to a form that follows the state equation and the coefficient matrix (k 1 to k 4 ) with a reactivity determined by the state equation and the coefficient matrix (k 1 to k 4 ).
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