WO2021040197A1 - Independent microgrid system and inverter device - Google Patents

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WO2021040197A1
WO2021040197A1 PCT/KR2020/007121 KR2020007121W WO2021040197A1 WO 2021040197 A1 WO2021040197 A1 WO 2021040197A1 KR 2020007121 W KR2020007121 W KR 2020007121W WO 2021040197 A1 WO2021040197 A1 WO 2021040197A1
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power
sub
reactor
transformer
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PCT/KR2020/007121
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정상민
손의권
최기영
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효성중공업 주식회사
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    • Y04S10/14Energy storage units

Definitions

  • the conventional PCS inverter control method and structure of a general energy storage device is for a system with a low burden on the entire system, so it is not suitable for a microgrid for islands where the burden of the energy storage device (ESS) is high. Did.
  • An object of the present invention is to provide a system and device structure for controlling an inverter of a PCS of an energy storage device (ESS) suitable for a microgrid for islands where the power burden of the energy storage device (ESS) is high.
  • ESS energy storage device
  • AC power is supplied to the local system, and the generated power is converted into an inverter.
  • a generator for supplying to the local system via a transformer for insulation without using; Energy storage means for providing insufficient power to the local system and storing remaining power;
  • a main inverter block for supplying the power stored in the energy storage means to the local grid as AC power through a first transformer means in a normal state;
  • a sub-inverter block for supplying the power stored in the energy storage means to the local grid as AC power through a second transformer means when the main inverter block is stopped.
  • the main inverter block includes: a main inverter converting DC power output from the energy storage means into AC power; A first reactor connected between the output terminal of the main inverter and the input terminal of the first transformer means; And a first capacitor connected to one end of the first reactor and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the first reactor,
  • the sub-inverter block may include a sub-inverter for converting DC power output from the energy storage means into AC power; A second reactor connected between the sub-inverter output terminal and the input terminal of the first transformer means; And a second capacitor connected to one end of the second reactor and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the second reactor.
  • the main inverter block may further include a third reactor connected in parallel with the first capacitor, and the sub-inverter block may further include a fourth reactor connected in parallel with the second capacitor.
  • the generator may further include a renewable energy generation means for supplying unchanged AC power to the local system, generating power from renewable energy such as solar or wind power, and supplying it to the local system.
  • a renewable energy generation means for supplying unchanged AC power to the local system, generating power from renewable energy such as solar or wind power, and supplying it to the local system.
  • An inverter device is an inverter device that converts DC power stored in a battery into AC power and supplies the converted AC power to a grid in a normal state.
  • a control unit controlling a power conversion operation of the main inverter block and the sub inverter block.
  • the main inverter block includes: a main inverter converting DC power output from the battery into AC power; A first reactor connected between the output terminal of the main inverter and the input terminal of the first transformer means; And a first capacitor connected to one end of the first reactor and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the first reactor,
  • the sub-inverter block may include a sub-inverter for converting DC power output from the battery into AC power; A second reactor connected between the sub-inverter output terminal and the input terminal of the first transformer means; And a second capacitor connected to one end of the second reactor and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the second reactor.
  • the main inverter block may further include a third reactor connected in parallel with the first capacitor, and the sub-inverter block may further include a fourth reactor connected in parallel with the second capacitor.
  • the control unit stops the switching operation of the main inverter and starts switching of the sub inverter, but the magnetic flux defined according to the difference between the reference voltage and the actual changed voltage
  • the sub-inverter may be controlled to immediately follow the power of the grid, or to perform a switching operation after being lowered to less than a predetermined reference voltage supplied from the battery to the grid.
  • control unit controls the sub-inverter to immediately follow the power of the system when Be is larger among the values of Be and Bk obtained according to the following equation, and when Bk is larger, a predetermined value supplied from the battery to the system It can be controlled to perform a switching operation after lowering below the reference voltage.
  • Nt number of transformer turns
  • A transformer cross-section
  • T delay time delay
  • ⁇ r nominal frequency
  • ⁇ d natural resonance frequency
  • v r nominal voltage
  • the independent microgrid system or inverter device of the present invention has the advantage of being able to maintain the power supply of the island microgrid to the local system even when an abnormal situation in which the inverter may be stopped occurs.
  • the independent microgrid system or inverter device of the present invention has the advantage that the sub-inverter can immediately follow the rated voltage without the inrush current of the transformer under a specific load capacity when the inverter in use is stopped.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a microgrid system for books to which an inverter device according to the spirit of the present invention can be applied.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of an inverter device and a microgrid configuration according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an experimental waveform diagram showing a grid voltage according to an inverter stop when implemented with the LC filter type inverter device of FIG. 2;
  • FIG. 4 is an experimental waveform diagram showing a load voltage and an inrush current of a transformer when the inverter starts up when implemented with the LC filter type inverter device of FIG.
  • FIG. 5 is a conceptual waveform diagram showing a voltage fluctuation of a microgrid area system when the main inverter is stopped in an ESS single operation mode when implemented as an LC filter type inverter device.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of an inverter device and a microgrid configuration according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A and 7B are conceptual waveform diagrams showing the grid voltage according to the stop of the inverter when implemented as an LCPL filter type inverter device.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a control algorithm block of a sub-inverter for performing the sub-inverter starting method of FIG. 8;
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing a test configuration for verifying the LCPL filter design method and start control method proposed by the present invention.
  • 11A to 11C are experimental waveform diagrams showing experimental results performed under experimental conditions 1, 2, and 3;
  • 13 is an experimental waveform diagram showing that the voltage decreases less and recovers to the rated voltage more quickly under test condition 4;
  • 14 is an experimental waveform diagram showing that under test condition 5, it is started in a soft start method and recovered to a rated voltage.
  • first and second may be used to describe various elements, but the elements may not be limited by terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from another component.
  • a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element.
  • FIG. 1 shows a microgrid system for a book to which an inverter device according to the spirit of the present invention can be applied.
  • three 150kVA diesel generators were being supplied with power, and wind, solar, and ESS may be additionally installed to constitute the illustrated microgrid system.
  • the solar power generation unit 114kW is mainly installed in the home (load), and the wind power generator is installed with two 250kVA units, acting as the main power source together with the diesel generator.
  • the energy storage device may be operated alone or integrated with a diesel generator to control the voltage of the microgrid and supply power.
  • Diesel generator when the SoC of the ESS battery is larger than the Set SoC, which is the SoC set by the microgrid designer to enable the single operation of the energy storage device, and when the amount of renewable energy generation is larger than the minimum SoC and the amount of renewable energy generation is larger than the load. Is stopped, and power is supplied only by the energy stored in the ESS battery and the renewable energy generation device.
  • Set SoC which is the SoC set by the microgrid designer to enable the single operation of the energy storage device
  • the local grid voltage of the microgrid is controlled by the ESS's PCS (more specifically, the inverter), and if an overcurrent occurs or a breakdown occurs in the ESS inverter due to an external accident at this time, and the corresponding inverter stops, the local grid is powered off. This can happen.
  • the ESS's PCS more specifically, the inverter
  • the present invention proposes a standalone microgrid system having a structure in which sub-inverters are installed in parallel as a spare means for the ESS inverter (main inverter) that can be stopped in case of an accident described above.
  • the proposed independent microgrid system may be a fully independent microgrid, which is always separated from the upper system, or a microgrid that is selectively separated from the upper system and operates independently in the local system.
  • the proposed independent microgrid system includes: a generator (20) for supplying unchanged AC power to a local system and supplying the generated power to the local system via a transformer for insulation without an inverter; Energy storage means (60) for providing insufficient power to the local system and storing remaining power; A main inverter block for supplying the power stored in the energy storage means to the local grid as AC power through the first transformer means 110 in a normal state; And a sub-inverter block for supplying the power stored in the energy storage means 60 to the local grid as AC power through a second transformer means 210 when the main inverter block is stopped.
  • the sub-inverter block is parallel to the main inverter block including the transformer device directly connected to the inverter as well as the inverter. It is desirable to install and prepare for power outages.
  • the sub-inverter block according to the idea of the present invention is a preliminary configuration that does not operate normally and operates when an abnormality occurs in the main inverter block, but depending on the implementation, the sub-inverter block is a spare inverter in preparation for future expansion of the battery storage capacity of the ESS. Can be
  • the sub-inverter block may be an inverter for power input/output of a battery that is preliminarily provided in case the load in the connected grid or microgrid increases. In this case, it is used as a spare inverter according to the idea of the present invention at a low load without using a spare battery.
  • FIG. 2 is an inverter device according to an embodiment of the present invention, and shows a circuit diagram of a simplified microgrid configuration under the condition that the independent microgrid for books of FIG. 1 is supplied with power only from renewable energy sources and ESS.
  • the main inverter block 100 shown in FIG. 2 includes a main inverter 120 for converting DC power output from the energy storage means 60 into AC power; A first reactor 142 connected between the output terminal of the main inverter 120 and the input terminal of the first transformer means 110; And a first capacitor 144 connected to one end of the first reactor 142 and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the first reactor 142,
  • the sub-inverter block 200 may include a sub-inverter 220 for converting DC power output from the energy storage means 60 into AC power; A second reactor (242) connected between the output terminal of the sub-inverter 220 and the input terminal of the second transformer means (210); And a second capacitor 244 connected to one end of the second reactor and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the second reactor 242.
  • control unit (not shown) for controlling the power conversion operation of the main inverter block 100 and the sub inverter block 200 may be further included.
  • T delay (Referred to as)
  • FIG. 3 is an experimental waveform of a grid voltage according to an inverter stop when implemented as an LC filter type inverter device.
  • FIG. 4 shows the load voltage and the inrush current of the transformer (transformer) when starting the inverter. Specifically, it shows the experimental waveform of the inrush current according to the load voltage that occurs when the inverter starts when the soft-start function that gradually increases the grid voltage is not used for quick recovery of the grid under a load of 10kW.
  • Vab, Vbc, and Vca are the line voltages of the load
  • Ia_tr, Ib_tr, and Ic_tr are transformer currents.
  • the current protection level of each inverter is 200A, and when the transformer current exceeds 200A, it can be confirmed that the inverter stops.
  • FIG. 5 illustrates voltage fluctuations in the microgrid area system when the main inverter is stopped in the ESS single operation mode when implemented as an LC filter type inverter device.
  • the illustrated main inverter block 100-1 includes: a main inverter 120 for converting DC power output from the battery 60 into AC power; A first reactor 142 connected between the output terminal of the main inverter 120 and the input terminal of the first transformer means 110; And a first capacitor 144 connected to one end of the first reactor 142 and a neutral point or a ground point,
  • the sub-inverter block 200-1 may include a sub-inverter 220 for converting DC power output from the battery 60 into AC power; A second reactor (242) connected between the output terminal of the sub-inverter 220 and the input terminal of the second transformer means (210); And a second capacitor 244 connected to one end of the second reactor 242 and a neutral point or a ground point.
  • the first capacitor 144, the first reactor 142, and the third reactor 146 constitute an LCPL filter for the main inverter 120 and the first transformer unit 110
  • the second The capacitor 244, the second reactor 242 and the fourth reactor 246 constitute an LCPL filter for the sub-inverter 220 and the second transformer means 210.
  • the microgrid system in which the inverter device of this embodiment with the LCPL filter is installed can quickly recover (i.e., immediately follow) the grid voltage without the inrush current of the transformer when the sub-inverter 220 is input due to the stop of the main inverter 120. I can.
  • the difference between the microgrid voltage and the original normal voltage must be reduced during a time delay (T delay). It is suggested to use C
  • the inductor connected in parallel with the capacitor not only prevents the collapse of the local grid voltage when the inverter stops starting, but also provides a function to compensate for reactive power flowing through the capacitor of the inverter in a combined operation with a diesel generator. .
  • FIG. 7A and 7B illustrate voltage fluctuations in the microgrid area system when the main inverter is stopped in the ESS single operation mode when implemented as an LCPL filter (L+C
  • the microgrid can be simplified to an RLC parallel circuit.
  • the RLC circuit voltage having the under-attenuation characteristic is as shown in Equation 2 below, and has an attenuated sinusoidal response characteristic in the form as shown in FIGS. 7A and 7B.
  • the LCPL filter structure serves to suppress a decrease in voltage during a time delay due to the start of the sub-inverter 220.
  • the filter of the voltage source inverter for reducing the switching frequency voltage generally uses an LC filter (in this case of FIG. 2).
  • the resonant frequency of the LC filter is generally determined to be about 1/5 to 1/10 of the switching frequency, and the combination of the LC filter satisfying this is infinite. Accordingly, the combination of the LC filter may be determined differently depending on the installation site environmental condition or application.
  • the inductor of the LC filter can be determined by limiting the current ripple and the magnitude of the fundamental wave voltage drop, and the capacitor can be determined by suppressing voltage fluctuations due to load fluctuations and limiting capacitive reactive power.
  • the LCPL filter (L+C
  • the voltage In the frequency band of several kHz, it becomes negligibly large, so it can be equivalent to an LC filter and can be designed similarly to the LC filter design.
  • the voltage must be designed to have the attenuation characteristics of a non-powered RLC parallel circuit in a specific load range during a time delay (T delay ) after the main inverter stops.
  • T delay time delay
  • the load range in which the magnetic flux of the transformer is not saturated must be calculated.
  • the reactive power of the LC parallel circuit must be considered.
  • the magnetic flux margin B e of the transformer is B s -B r .
  • Equation 4 defines a magnetic flux offset B k generated due to a difference between an original reference voltage (reference voltage) and a microgrid voltage during a time delay (T delay).
  • N T is the number of turns of the transformer and A is the cross-sectional area of the transformer.
  • Equation 6 is a reactive power equation of C T
  • C T is the total capacitance
  • L T is the total inductance.
  • Equation 8 Under the under-attenuation response condition, the relationship of Equation 8 below holds.
  • Equation 10 When w d and ⁇ r are the same, C T is the same as in Equation 10 below, and if the expression of ⁇ is substituted, it is as Equation 11 below.
  • ⁇ 0 can be obtained through Equation 8, L T is 1/( ⁇ 0 2 C T ), L 2 is L T ⁇ N.
  • L 1 is 1/( ⁇ f 2 C 1 ).
  • the voltage of the microgrid is reduced, which is sized according to the designed LCPL filter (L+C
  • the starting method of the sub-inverter may be determined based on the sensed microgrid voltage during a time delay (T delay).
  • the control unit of the inverter device stops the switching operation of the main inverter and starts switching of the sub inverter
  • the sub-inverter is controlled to immediately follow the power of the grid, or the main inverter is controlled according to a magnetic flux offset defined according to a difference between a reference voltage and an actual fluctuated voltage. Through this, it is possible to control to perform a switching operation after the power supplied to the local grid is sufficiently lowered (a value close to zero).
  • the sub-inverter When the difference between the change in magnetic flux density according to the reference (reference) voltage and the change in magnetic flux density according to the reduced microgrid voltage is less than the transformer magnetic flux margin, the sub-inverter immediately estimates the reference voltage to ensure the stability of the continuous side of local load supply. can do.
  • the sub-inverter performs a soft start only after the microgrid voltage is reduced to less than the minimum voltage. This is to prevent the occurrence of inrush current due to magnetic flux offset.
  • a method of changing the reference voltage itself so that the transformer inrush current does not occur can be considered, but it is not desirable in terms of increasing voltage fluctuations in the local load.
  • control unit of the inverter device the control unit of the inverter device
  • Equations 4 and B e described above are If Be is greater among the values of Be and Bk obtained according to the relationship B s -B r , the sub-inverter is controlled to immediately follow the power of the grid, and if Bk is greater, it is less than the predetermined reference voltage supplied from the battery to the grid. It is controlled to perform the switching operation after being lowered to.
  • Nt number of transformer turns
  • A transformer cross-sectional area
  • T delay time delay
  • ⁇ r nominal frequency
  • ⁇ d natural resonance frequency
  • v r nominal voltage
  • time constant
  • B s saturation magnetic flux density of the transformer
  • B r It is the magnetic flux density of the transformer at the nominal voltage.
  • the sub-inverter estimates the phase of the microgrid voltage in the standby state, and when receiving a stop signal from the main inverter, it has a fixed reference phase from the estimated phase before the time delay (T delay).
  • the test was configured with a 480kW DC power supply, two 100kW three-phase inverters, and a 100kW load device.
  • the stop signal transmission of the main inverter used hard wiring and a circuit was constructed with a relay.
  • Time delay (T delay ) occurs within about 5ms.
  • the inverter parameters are shown in Table 1 and Table 2 below, and the LCPL filter (L+C
  • test conditions depend on the load power and the stop point of the main inverter. For each test condition, a test was conducted in which the PWM of the main inverter was stopped and the sub inverter controlled the voltage. The test results were divided into seamless transfer and soft start. Seamless transfer is a case where the voltage is immediately followed by a reference voltage, and soft start is a method of gradually recovering the voltage within several tens of ms after the microgrid voltage decreases below the reference voltage close to zero. Means.
  • the experimental conditions according to the load, the stop position of the system and the voltage control method are shown in Table 4 below.
  • 11B and 11C show similar characteristics as the case where the main inverter is stopped at 45 degrees and 90 degrees of Vab.
  • Vab waveforms which are the results of experiments performed under test conditions 1, 2, and 3, and the rated voltage without power failure within 1 cycle from the time when the PWM of the main inverter is stopped. Show recovery.
  • main inverter block 110 first transformer means
  • the present invention relates to an independent microgrid system and an inverter device that can be applied to remote areas such as island areas, and can be used in the field of microgrid systems.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

An independent microgrid system of the present invention is always or selectively separated from an upper grid to operate independently in a local grid and may comprise: a generator for supplying alternating current power to the local grid and supplying generated power to the local grid via a transformer for insulation without an inverter; an energy storage means for providing power to the local grid when there is insufficient power available and storing remaining power; a main inverter block for supplying, to the local grid through a first transformer means in a normal state, the power stored in the energy storage means as alternating current power; and a sub inverter block for, when the main inverter block stops, supplying, to the local grid through a second transformer means, the power stored in the energy storage means as alternating current power.

Description

독립 마이크로그리드 시스템 및 인버터 장치Independent microgrid system and inverter device
본 발명은 도서 지역 등 이격지에 적용될 수 있는 독립 마이크로그리드 시스템 및 인버터 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an independent microgrid system and an inverter device that can be applied to remote areas such as island areas.
최근에 화석에너지를 감소시키기 위하여 태양광, 풍력, 수소에너지 등 신재생 에너지(Renewable energy)의 사용이 급속히 증가되고 있다. Recently, in order to reduce fossil energy, the use of renewable energy such as solar power, wind power, and hydrogen energy is rapidly increasing.
신재생 에너지(Renewable energy)는 기술력과 경제성의 향상으로 2017년 전세계 1차 에너지 소비의 10%를 차지하였다. 파리협정과 더불어 각국의 renewable energy 지원정책이 지속될 전망이며 2040년에는 그 비중은 17%로 증가할 것으로 전망된다. 특히, 풍력과 태양광은 지속적인 가격절감으로 그리드 패리티(grid parity) 달성 지역이 확대되고 있으며, 여기에 에너지 저장 시스템(energy storage system(ESS))과 통합 운영을 통해 발전 지속성이 보다 향상되고 있다. 이러한 신재생에너지 기술의 발달은 기존 중앙발전 방식에서 다수의 신재생에너지를 통한 분산발전 방식을 촉진시켰으며 소규모 지역 계통을 위한 마이크로그리드로의 확대 적용과 활발한 연구들이 가능하게 되었다.Renewable energy accounted for 10% of the world's primary energy consumption in 2017 due to the improvement of technology and economics. Along with the Paris Agreement, each country's policies to support renewable energy are expected to continue, and the proportion is expected to increase to 17% by 2040. In particular, the region achieving grid parity is expanding due to continuous price reductions for wind and solar power, and the sustainability of power generation is further improved through integrated operation with an energy storage system (ESS). The development of new and renewable energy technologies has promoted a distributed generation method through a number of new and renewable energies from the existing central power generation method, and expanded application and active research to microgrids for small-scale local systems have become possible.
기술적이나 경제적인 이유로 기존 계통에 연결되기 어려운 도서 지역은 오래 전부터 디젤 발전소를 통해 전력을 공급받고 있었다. 디젤 발전은 높은 연료비, 연료의 이송, 저장 및 관리, CO2 배출 등의 문제점을 가지고 있다. 상술한 문제점들을 보완하기 위해 풍력과 태양광 등 신재생 에너지 발전 장치와, 에너지 저장 장치(ESS)를 통합한 도서용 마이크로그리드(island microgrid) 시스템이 제안되었다. 상기 도서용 마이크로그리드 시스템은 상당 기간을 상위 계통과 차단되어 운영되는 반 독립적인 지역 계통을 마이크로그리드이다.Islands, where it is difficult to connect to the existing system due to technical or economic reasons, have long been supplied with power through diesel power plants. Diesel power generation has problems such as high fuel cost, fuel transport, storage and management, and CO2 emission. In order to compensate for the above-described problems, an island microgrid system incorporating an energy storage device (ESS) and a renewable energy generation device such as wind and solar power has been proposed. The island microgrid system is a semi-independent local system that operates after being cut off from the upper system for a considerable period of time.
그런데, 종래의 일반적인 에너지 저장 장치(ESS)의 PCS의 인버터 제어 방법 및 그 구조는 전체 계통에 대한 부담이 낮은 시스템을 위한 것이어서, 에너지 저장 장치(ESS)의 부담이 높은 도서용 마이크로그리드에는 적합하지 않았다. However, the conventional PCS inverter control method and structure of a general energy storage device (ESS) is for a system with a low burden on the entire system, so it is not suitable for a microgrid for islands where the burden of the energy storage device (ESS) is high. Did.
본 발명은 에너지 저장 장치(ESS)의 전력 부담이 높은 도서용 마이크로그리드에 적합한 에너지 저장 장치(ESS)의 PCS의 인버터를 제어하는 시스템 및 장치 구조를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a system and device structure for controlling an inverter of a PCS of an energy storage device (ESS) suitable for a microgrid for islands where the power burden of the energy storage device (ESS) is high.
본 발명은 인버터가 정지할 수 있는 비정상 상황이 발생하여도, 도서용 마이크로그리드의 지역 계통으로의 전력 공급을 유지할 수 있는 독립 마이크로그리드 시스템 또는 인버터 장치를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide an independent microgrid system or inverter device capable of maintaining power supply to a local system of a microgrid for islands even when an abnormal situation in which the inverter may be stopped occurs.
본 발명의 일 측면에 따른 독립 마이크로그리드 시스템은, 상시 또는 선택적으로 상위 계통에서 분리되어 지역 계통에서 독립 운전하는 독립 마이크로그리드 시스템에 있어서, 상기 지역 계통에 교류 전력을 공급하며, 생성된 전력을 인버터 없이 절연을 위한 트랜스포머를 경유해 상기 지역 계통에 공급하는 발전기; 상기 지역 계통에 부족한 전력을 제공하고 남는 전력을 저장하는 에너지 저장 수단; 정상 상태에서 제1 트랜스포머 수단을 통해 상기 에너지 저장 수단에 저장된 전력을 교류 전력으로 상기 지역 계통으로 공급하는 메인 인버터 블록; 및 상기 메인 인버터 블록이 정지하면, 제2 트랜스포머 수단을 통해 상기 에너지 저장 수단에 저장된 전력을 교류 전력으로 상기 지역 계통으로 공급하는 서브 인버터 블록을 포함할 수 있다.In the independent microgrid system according to an aspect of the present invention, in an independent microgrid system that is always or selectively separated from an upper system and independently operated in a local system, AC power is supplied to the local system, and the generated power is converted into an inverter. A generator for supplying to the local system via a transformer for insulation without using; Energy storage means for providing insufficient power to the local system and storing remaining power; A main inverter block for supplying the power stored in the energy storage means to the local grid as AC power through a first transformer means in a normal state; And a sub-inverter block for supplying the power stored in the energy storage means to the local grid as AC power through a second transformer means when the main inverter block is stopped.
여기서, 상기 메인 인버터 블록은, 상기 에너지 저장 수단에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 메인 인버터; 상기 메인 인버터 출력단과 상기 제1 트랜스포머 수단의 입력단 사이에 연결되는 제1 리액터; 및 상기 제1 리액터와 LC 필터 구성을 형성하기 위해 상기 제1 리액터의 일단과 중성점 또는 접지점에 연결되는 제1 커패시터를 포함하고,Here, the main inverter block includes: a main inverter converting DC power output from the energy storage means into AC power; A first reactor connected between the output terminal of the main inverter and the input terminal of the first transformer means; And a first capacitor connected to one end of the first reactor and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the first reactor,
상기 서브 인버터 블록은, 상기 에너지 저장 수단에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 서브 인버터; 상기 서브 인버터 출력단과 상기 제1 트랜스포머 수단의 입력단 사이에 연결되는 제2 리액터; 및 상기 제2 리액터와 LC 필터 구성을 형성하기 위해 상기 제2 리액터의 일단과 중성점 또는 접지점에 연결되는 제2 커패시터를 포함할 수 있다.The sub-inverter block may include a sub-inverter for converting DC power output from the energy storage means into AC power; A second reactor connected between the sub-inverter output terminal and the input terminal of the first transformer means; And a second capacitor connected to one end of the second reactor and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the second reactor.
여기서, 상기 메인 인버터 블록은 상기 제1 커패시터와 병렬 연결되는 제3 리액터를 더 포함하고, 상기 서브 인버터 블록은 상기 제2 커패시터와 병렬 연결되는 제4 리액터를 더 포함할 수 있다.Here, the main inverter block may further include a third reactor connected in parallel with the first capacitor, and the sub-inverter block may further include a fourth reactor connected in parallel with the second capacitor.
여기서, 상기 발전기는 상기 지역 계통에 변동이 없는 교류 전력을 공급하며, 태양광 또는 풍력 등 신재생에너지로부터 전력을 생산하여 상기 지역 계통으로 공급하는 신재생에너지 발전 수단을 더 포함할 수 있다.Here, the generator may further include a renewable energy generation means for supplying unchanged AC power to the local system, generating power from renewable energy such as solar or wind power, and supplying it to the local system.
본 발명의 다른 측면에 따른 인버터 장치는, 배터리에 저장된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통에 공급하는 인버터 장치에 있어서, 정상 상태에서 제1 트랜스포머 수단을 통해 변환된 교류 전력을 계통으로 공급하는 메인 인버터 블록; 상기 메인 인버터 블록이 정지하면, 제2 트랜스포머 수단을 통해 변환된 교류 전력을 계통으로 공급하는 서브 인버터 블록; 및 상기 메인 인버터 블록 및 상기 서브 인버터 블록의 전력 변환 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.An inverter device according to another aspect of the present invention is an inverter device that converts DC power stored in a battery into AC power and supplies the converted AC power to a grid in a normal state. Inverter block; A sub-inverter block for supplying AC power converted through a second transformer means to a grid when the main inverter block is stopped; And a control unit controlling a power conversion operation of the main inverter block and the sub inverter block.
여기서, 상기 메인 인버터 블록은, 상기 배터리에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 메인 인버터; 상기 메인 인버터 출력단과 상기 제1 트랜스포머 수단의 입력단 사이에 연결되는 제1 리액터; 및 상기 제1 리액터와 LC 필터 구성을 형성하기 위해 상기 제1 리액터의 일단과 중성점 또는 접지점에 연결되는 제1 커패시터를 포함하고,Here, the main inverter block includes: a main inverter converting DC power output from the battery into AC power; A first reactor connected between the output terminal of the main inverter and the input terminal of the first transformer means; And a first capacitor connected to one end of the first reactor and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the first reactor,
상기 서브 인버터 블록은, 상기 배터리에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 서브 인버터; 상기 서브 인버터 출력단과 상기 제1 트랜스포머 수단의 입력단 사이에 연결되는 제2 리액터; 및 상기 제2 리액터와 LC 필터 구성을 형성하기 위해 상기 제2 리액터의 일단과 중성점 또는 접지점에 연결되는 제2 커패시터를 포함할 수 있다.The sub-inverter block may include a sub-inverter for converting DC power output from the battery into AC power; A second reactor connected between the sub-inverter output terminal and the input terminal of the first transformer means; And a second capacitor connected to one end of the second reactor and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the second reactor.
여기서, 상기 메인 인버터 블록은 상기 제1 커패시터와 병렬 연결되는 제3 리액터를 더 포함하고, 상기 서브 인버터 블록은 상기 제2 커패시터와 병렬 연결되는 제4 리액터를 더 포함할 수 있다.Here, the main inverter block may further include a third reactor connected in parallel with the first capacitor, and the sub-inverter block may further include a fourth reactor connected in parallel with the second capacitor.
여기서, 상기 제어부는, 상기 메인 인버터 블록에 이상이 발생되었다고 판단되면, 상기 메인 인버터의 스위칭 동작을 정지시키고, 상기 서브 인버터의 스위칭 개시하되, 레퍼런스 전압과 실제 변동된 전압의 차이에 따라 규정되는 자속 옵셋에 따라, 상기 서브 인버터를 계통의 전력을 바로 추종하도록 제어하거나, 또는 상기 배터리에서 계통으로 공급되는 소정 기준 전압 미만으로 낮춰진 후 스위칭 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.Here, when it is determined that an abnormality has occurred in the main inverter block, the control unit stops the switching operation of the main inverter and starts switching of the sub inverter, but the magnetic flux defined according to the difference between the reference voltage and the actual changed voltage Depending on the offset, the sub-inverter may be controlled to immediately follow the power of the grid, or to perform a switching operation after being lowered to less than a predetermined reference voltage supplied from the battery to the grid.
여기서, 상기 제어부는, 하기 수학식에 따라 구해진 Be값과 Bk값 중 Be가 더 큰 경우 상기 서브 인버터를 계통의 전력을 바로 추종하도록 제어하고, Bk가 더 큰 경우 상기 배터리에서 계통으로 공급되는 소정 기준 전압 미만으로 낮춰진 후 스위칭 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.Here, the control unit controls the sub-inverter to immediately follow the power of the system when Be is larger among the values of Be and Bk obtained according to the following equation, and when Bk is larger, a predetermined value supplied from the battery to the system It can be controlled to perform a switching operation after lowering below the reference voltage.
B e = B s - B r B e = B s -B r
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000001
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000001
(여기서, Nt : 변압기 턴수, A : 변압기 단면적, T delay : 시간 지연,(Where, Nt: number of transformer turns, A: transformer cross-section, T delay : time delay,
ω r, : 공칭 주파수, ω d : 자연공진주파수, v r : 공칭전압,ω r ,: nominal frequency, ω d : natural resonance frequency, v r : nominal voltage,
α : 시상수, B s : 변압기의 포화자속 밀도, B r : 공칭전압에서의 변압기 자속밀도) α: time constant, B s : saturation magnetic flux density of transformer, B r : Transformer magnetic flux density at nominal voltage)
상기 구성에 따른 본 발명의 독립 마이크로그리드 시스템 또는 인버터 장치를 실시하면, 에너지 저장 장치(ESS)의 부담이 높은 도서용 마이크로그리드에 적합한 에너지 저장 장치(ESS)의 PCS 인버터를 동작시키는 이점이 있다.If the independent microgrid system or inverter device of the present invention according to the above configuration is implemented, there is an advantage of operating a PCS inverter of an energy storage device (ESS) suitable for a microgrid for islands where the burden of the energy storage device (ESS) is high.
본 발명의 독립 마이크로그리드 시스템 또는 인버터 장치는, 인버터가 정지할 수 있는 비정상 상황이 발생하여도, 도서용 마이크로그리드의 지역 계통으로의 전력 공급을 유지할 수 있는 이점이 있다.The independent microgrid system or inverter device of the present invention has the advantage of being able to maintain the power supply of the island microgrid to the local system even when an abnormal situation in which the inverter may be stopped occurs.
본 발명의 독립 마이크로그리드 시스템 또는 인버터 장치는, 사용 중이던 인버터가 정지 시 특정 부하용량 이하에서는 서브 인버터가 변압기의 돌입전류 없이 정격 전압을 바로 추종할 수 있는 이점이 있다.The independent microgrid system or inverter device of the present invention has the advantage that the sub-inverter can immediately follow the rated voltage without the inrush current of the transformer under a specific load capacity when the inverter in use is stopped.
본 발명의 독립 마이크로그리드 시스템 또는 인버터 장치는, 돌입 전류를 우회를 위해 수~수십 사이클의 정전이 발생하는 기존 기술 대비, 정전 없이 1사이클 이내에 계통의 복구가 가능한 이점이 있다.The independent microgrid system or inverter device of the present invention has the advantage of being able to recover the system within one cycle without a power outage, compared to the conventional technology in which a power outage of several to several tens of cycles occurs to bypass the inrush current.
본 발명의 독립 마이크로그리드 시스템 또는 인버터 장치는, 저렴한 비용으로 높은 안정성을 요하는 독립형 마이크로그리드를 실시할 수 있는 이점이 있다.The independent microgrid system or inverter device of the present invention has the advantage of implementing the independent microgrid requiring high stability at low cost.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 인버터 장치가 적용될 수 있는 도서용 마이크로그리드 시스템을 도시한 개념도.1 is a conceptual diagram showing a microgrid system for books to which an inverter device according to the spirit of the present invention can be applied.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치와 마이크로그리드 구성에 대한 회로도. 2 is a circuit diagram of an inverter device and a microgrid configuration according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 LC 필터 타입 인버터 장치로 구현된 경우, 인버터 정지에 따른 계통전압을 도시한 실험 파형도. 3 is an experimental waveform diagram showing a grid voltage according to an inverter stop when implemented with the LC filter type inverter device of FIG. 2;
도 4는 도 2의 LC 필터 타입 인버터 장치로 구현된 경우, 인버터 기동시 부하전압 및 변압기의 돌입 전류를 도시한 실험 파형도.4 is an experimental waveform diagram showing a load voltage and an inrush current of a transformer when the inverter starts up when implemented with the LC filter type inverter device of FIG.
도 5는 LC 필터 타입 인버터 장치로 구현된 경우, ESS 단독운전 모드에서 메인 인버터가 정지될 때, 마이크로그리드 지역 계통의 전압 변동을 도시한 개념 파형도.5 is a conceptual waveform diagram showing a voltage fluctuation of a microgrid area system when the main inverter is stopped in an ESS single operation mode when implemented as an LC filter type inverter device.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 장치와 마이크로그리드 구성에 대한 회로도. 6 is a circuit diagram of an inverter device and a microgrid configuration according to another embodiment of the present invention.
도 7a 및 7b는 LCPL 필터 타입 인버터 장치로 구현된 경우, 인버터 정지에 따른 계통 전압을 도시한 개념 파형도. 7A and 7B are conceptual waveform diagrams showing the grid voltage according to the stop of the inverter when implemented as an LCPL filter type inverter device.
도 8은 본 발명의 사상에 따른 전력 변환 제어에 따라 서브 인버터가 기동하는 방식을 도시한 흐름도.8 is a flowchart illustrating a method of starting a sub-inverter according to power conversion control according to the spirit of the present invention.
도 9는 도 8의 서브 인버터 기동 방식을 수행하기 위한 서브 인버터의 제어 알고리즘 블록을 도시한 블록도.9 is a block diagram showing a control algorithm block of a sub-inverter for performing the sub-inverter starting method of FIG. 8;
도 10은 본 발명이 제안한 LCPL 필터 설계 방안과 기동 제어 방식을 검증하기 위한 시험 구성을 도시한 개념도.10 is a conceptual diagram showing a test configuration for verifying the LCPL filter design method and start control method proposed by the present invention.
도 11a 내지 11c는 실험 조건 1, 2, 3에서 수행된 실험 결과를 나타낸 실험 파형도.11A to 11C are experimental waveform diagrams showing experimental results performed under experimental conditions 1, 2, and 3;
도 12는 실험 조건(test condition) 1, 2, 3에서 수행된 실험 결과인 각각의 Vab 파형을 비교하기 위해 함께 표시한 파형도.12 is a waveform diagram displayed together to compare respective Vab waveforms, which are experimental results performed under test conditions 1, 2, and 3;
도 13은 시험 조건 4에서 전압 감소가 적고 보다 빠르게 정격 전압으로 회복되는 것을 나타낸 실험 파형도.13 is an experimental waveform diagram showing that the voltage decreases less and recovers to the rated voltage more quickly under test condition 4;
도 14는 시험 조건 5에서 소프트 스타트(soft start) 방식으로 기동되어 정격 전압으로 회복되는 것을 나타낸 실험 파형도.14 is an experimental waveform diagram showing that under test condition 5, it is started in a soft start method and recovered to a rated voltage.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. Hereinafter, a specific embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 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. In describing the present invention, terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements may not be limited by terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.When a component is connected to or is referred to as being connected to another component, it can be understood that it is directly connected to or may be connected to the other component, but other components may exist in the middle. .
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. The terms used in the present specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다. In the present specification, terms such as include or include are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification, and one or more other features or numbers, It may be understood that the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts, or combinations thereof, is not preliminarily excluded.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.In addition, shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 인버터 장치가 적용될 수 있는 도서용 마이크로그리드 시스템을 도시한다.1 shows a microgrid system for a book to which an inverter device according to the spirit of the present invention can be applied.
예컨대, 150kVA 디젤 발전기(diesel generator) 3대로 전력이 공급되고 있었으며 풍력, 태양광, ESS를 추가로 설치하여 도시한 마이크로그리드 시스템을 구성할 수 있다. 태양광 발전 장치 114kW은 주로 가정(부하)에 설치되었으며 풍력 발전기는 250kVA 2기가 설치되어, 디젤 발전기와 함께 주 발전원 역할을 한다. For example, three 150kVA diesel generators were being supplied with power, and wind, solar, and ESS may be additionally installed to constitute the illustrated microgrid system. The solar power generation unit 114kW is mainly installed in the home (load), and the wind power generator is installed with two 250kVA units, acting as the main power source together with the diesel generator.
설치된 풍력 발전기는 설치 지역의 교류(AC) 계통에 직접 연결이 가능한 농형 유도 발전기(squirrel-cage induction generators)가 적용될 수 있다. 이는 별도의 인버터를 경유하지 않고, 단지 절연 변압기만을 개재하여 직접 지역 계통에 연결하는데, 이는 제어가 간단하고 시스템의 하드웨어를 최소화할 수 있는 경제적으로 유리한 장점을 가지고 있다.Installed wind power generators can be applied with squirrel-cage induction generators that can be directly connected to the AC system in the installation area. This does not go through a separate inverter, but directly connects to the local system through only an isolation transformer, which has an economical advantage that control is simple and the hardware of the system can be minimized.
그러나, 디젤 발전 전력이 인버터없이 계통과 직접 연계되기 때문에 기동 시에 돌입전류와 과도전류에 의해 큰 전압 변동이 발생될 수 있다. 이러한 순간 변동성이 큰 농형 풍력 발전기의 영향을 제거하고 마이크로그리드의 지역 계통 전압과 상관없이 독립적으로 운전가능 하도록 도시한 바와 같이, 각각 인버터를 구비하는 풍력발전기와 ESS는 백투백(back to back)으로 구성한다. However, since diesel power generation is directly connected to the grid without an inverter, large voltage fluctuations may occur due to inrush current and transient current during startup. As shown in the figure so that the influence of the squirrel cage wind generator with high instantaneous variability is eliminated and can be operated independently regardless of the local grid voltage of the microgrid, the wind turbine generator and ESS each equipped with an inverter are configured back to back. do.
상기 에너지 저장 장치(ESS)는 마이크로그리드의 전압을 제어하고 전력을 공급하도록 디젤 발전기와 통합 운전 또는 단독으로 운전될 수 있다.The energy storage device (ESS) may be operated alone or integrated with a diesel generator to control the voltage of the microgrid and supply power.
도시한 도서용 마이크로그리드 시스템에서, 신재생 에너지 발전 장치의 발전량, ESS 배터리 충전 상태(SoC), 부하에 따른 디젤 발전기와 에너지 저장 장치(ESS)의 운전 조합을 나타내면 하기 표 1과 같다.In the illustrated island microgrid system, the power generation amount of the renewable energy generation device, the state of charge of the ESS battery (SoC), and operation combinations of the diesel generator and the energy storage device (ESS) according to the load are shown in Table 1 below.
[표 1][Table 1]
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마이크로그리드 설계자가 에너지 저장 장치의 단독운전이 가능하도록 설정한 SoC인 세팅(Set) SoC 보다 ESS 배터리의 SoC가 더 큰 경우와, 최소 SoC 보다 크면서 신재생 에너지 발전량이 부하 보다 큰 경우에 디젤 발전기는 정지하고, ESS 배터리에 저장된 에너지와 신재생 에너지 발전 장치 만으로 전력을 공급하게 된다. Diesel generator when the SoC of the ESS battery is larger than the Set SoC, which is the SoC set by the microgrid designer to enable the single operation of the energy storage device, and when the amount of renewable energy generation is larger than the minimum SoC and the amount of renewable energy generation is larger than the load. Is stopped, and power is supplied only by the energy stored in the ESS battery and the renewable energy generation device.
이 경우, 마이크로그리드의 지역 계통 전압은 ESS의 PCS(보다 구체적으로 인버터)가 제어하며, 만약 이때 외부 사고에 의해 ESS 인버터에 과전류가 발생하거나 고장이 발생하여, 해당 인버터가 정지하면 지역 계통에 정전이 발생할 수 있다. In this case, the local grid voltage of the microgrid is controlled by the ESS's PCS (more specifically, the inverter), and if an overcurrent occurs or a breakdown occurs in the ESS inverter due to an external accident at this time, and the corresponding inverter stops, the local grid is powered off. This can happen.
본 발명에서는 이에 대한 대비책으로 상술한 사고시 정지할 수 있는 ESS 인버터(메인 인버터)에 대한 예비 수단으로서 서브 인버터를 병렬로 설치하는 구조의 독립형 마이크로그리드 시스템을 제안한다. As a countermeasure against this, the present invention proposes a standalone microgrid system having a structure in which sub-inverters are installed in parallel as a spare means for the ESS inverter (main inverter) that can be stopped in case of an accident described above.
제안하는 독립 마이크로그리드 시스템은 항상 상위 계통과 분리된 상시 완전 독립형 마이크로그리드이거나, 선택적으로 상위 계통에서 분리되어 지역 계통에서 독립 운전하는 마이크로그리드일 수 있다.The proposed independent microgrid system may be a fully independent microgrid, which is always separated from the upper system, or a microgrid that is selectively separated from the upper system and operates independently in the local system.
상기 제안한 독립 마이크로그리드 시스템은, 지역 계통에 변동이 없는 교류 전력을 공급하며, 생성된 전력을 인버터 없이 절연을 위한 트랜스포머를 경유해 상기 지역 계통에 공급하는 발전기(20); 상기 지역 계통에 부족한 전력을 제공하고 남는 전력을 저장하는 에너지 저장 수단(60); 정상 상태에서 제1 트랜스포머 수단(110)을 통해 상기 에너지 저장 수단에 저장된 전력을 교류 전력으로 상기 지역 계통으로 공급하는 메인 인버터 블록; 및 상기 메인 인버터 블록이 정지하면, 제2 트랜스포머 수단(210)을 통해 상기 에너지 저장 수단(60)에 저장된 전력을 교류 전력으로 상기 지역 계통으로 공급하는 서브 인버터 블록을 포함한다.The proposed independent microgrid system includes: a generator (20) for supplying unchanged AC power to a local system and supplying the generated power to the local system via a transformer for insulation without an inverter; Energy storage means (60) for providing insufficient power to the local system and storing remaining power; A main inverter block for supplying the power stored in the energy storage means to the local grid as AC power through the first transformer means 110 in a normal state; And a sub-inverter block for supplying the power stored in the energy storage means 60 to the local grid as AC power through a second transformer means 210 when the main inverter block is stopped.
그런데, 메인 인버터(120)에 고장이 발생하는 상황에서는 이에 바로 연결된 트랜스포머 부분의 정상 동작 여부를 보장할 수 없는 바, 인버터 뿐만 아니라 이와 바로 연결된 트랜스포머 장치를 포함한 메인 인버터 블록에 서브 인버터 블록을 병렬로 설치하여 정전에 대비하는 것이 바람직하다.However, in a situation in which a failure occurs in the main inverter 120, it is not possible to guarantee the normal operation of the transformer part directly connected thereto. As a result, the sub-inverter block is parallel to the main inverter block including the transformer device directly connected to the inverter as well as the inverter. It is desirable to install and prepare for power outages.
본 발명의 사상에 따른 서브 인버터 블록은 평상시는 동작하지 않고, 메인 인버터 블록에 이상이 발생하면 동작하는 예비 구성이지만, 구현에 따라, 서브 인버터 블록은 향후 ESS의 배터리 저장 용량 확장을 대비한 예비 인버터일 수 있다. The sub-inverter block according to the idea of the present invention is a preliminary configuration that does not operate normally and operates when an abnormality occurs in the main inverter block, but depending on the implementation, the sub-inverter block is a spare inverter in preparation for future expansion of the battery storage capacity of the ESS. Can be
또는, 구현에 따라, 서브 인버터 블록은 연결된 계통이나 마이크로그리드 내 부하가 증대될 경우를 대비하여 예비적으로 구비된 배터리의 전력 입/출력을 위한 인버터일 수 있다. 이 경우, 예비 배터리를 사용하지 않는 낮은 부하에서 본 발명의 사상에 따른 예비 인버터로 사용되는 것이다.Alternatively, depending on the implementation, the sub-inverter block may be an inverter for power input/output of a battery that is preliminarily provided in case the load in the connected grid or microgrid increases. In this case, it is used as a spare inverter according to the idea of the present invention at a low load without using a spare battery.
도시한 도서용 마이크로그리드는 비상시 상위 계통으로부터 보조적으로 전력을 공급받을 수도 있지만, 주로 태양광 또는 풍력 등 신재생에너지로부터 전력을 생산하여 상기 지역 계통으로 공급하는 신재생에너지 발전 수단을 통해 외부와 독립하여 전력을 공급하는 것을 지향한다. 이를 위해 도시한 바와 같이 신재생에너지 발전 수단으로서, 풍력 발전 수단(40) 및 태양광 발전 수단(80)이 지역 계통에 주된 전력을 공급한다. 그런데, 신재생에너지 발전 수단은 날씨에 따라 전력 변동이 존재하는 바, 이를 보완하기 위해 에너지 저장 장치(ESS)(60) 및 상기 지역 계통에 변동이 없는 안정적인 교류 전력을 공급하는 발전기(도면에서는 디젤 발전기)(20)를 구비한다.The illustrated island microgrid may be supplied with auxiliary power from the upper system in case of emergency, but it is independent from the outside through a renewable energy generation means that mainly produces power from renewable energy such as solar or wind power and supplies it to the local system. It aims to supply power. To this end, as a renewable energy generation means as shown, the wind power generation means 40 and the solar power generation means 80 supply main power to the local system. However, in the renewable energy generation means, power fluctuations exist according to the weather, and in order to compensate for this, an energy storage device (ESS) 60 and a generator supplying stable AC power without fluctuations to the local system (diesel in the drawing Generator) (20) is provided.
상술한 사상에 따라, 도 1에 도시한 메인 인버터 연결 구조 및 서브 인버터의 연결 구조를 도 2에 나타내었다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치로서, 도 1의 도서용 독립 마이크로그리드가 신재생 에너지원들과 ESS 만으로 전력이 공급되는 조건에서 간소화된 마이크로그리드 구성에 대한 회로도를 보여준다.In accordance with the above-described idea, the main inverter connection structure and the sub-inverter connection structure shown in FIG. 1 are shown in FIG. 2. 2 is an inverter device according to an embodiment of the present invention, and shows a circuit diagram of a simplified microgrid configuration under the condition that the independent microgrid for books of FIG. 1 is supplied with power only from renewable energy sources and ESS.
한편, 도 2에 도시하지 않은 풍력 발전기는 ESS와 백투백(back to back)으로 구성되어, 마이크로그리드 전압에 직접적으로 영향을 미치지 않으므로, 실질적으로 ESS 단독 운전과 동일하여 도 2의 구성에서 제외하였다.On the other hand, the wind power generator not shown in FIG. 2 is composed of ESS and back to back, and does not directly affect the microgrid voltage, so it is substantially the same as the ESS single operation and is excluded from the configuration of FIG. 2.
도 2에 도시한 상기 메인 인버터 블록(100)은, 상기 에너지 저장 수단(60)에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 메인 인버터(120); 상기 메인 인버터(120) 출력단과 상기 제1 트랜스포머 수단(110)의 입력단 사이에 연결되는 제1 리액터(142); 및 상기 제1 리액터(142)와 LC 필터 구성을 형성하기 위해 상기 제1 리액터(142)의 일단과 중성점 또는 접지점에 연결되는 제1 커패시터(144)를 포함하고,The main inverter block 100 shown in FIG. 2 includes a main inverter 120 for converting DC power output from the energy storage means 60 into AC power; A first reactor 142 connected between the output terminal of the main inverter 120 and the input terminal of the first transformer means 110; And a first capacitor 144 connected to one end of the first reactor 142 and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the first reactor 142,
상기 서브 인버터 블록(200)은, 상기 에너지 저장 수단(60)에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 서브 인버터(220); 상기 서브 인버터(220) 출력단과 상기 제2 트랜스포머 수단(210)의 입력단 사이에 연결되는 제2 리액터(242); 및 상기 제2 리액터(242)와 LC 필터 구성을 형성하기 위해 상기 제2 리액터의 일단과 중성점 또는 접지점에 연결되는 제2 커패시터(244)를 포함할 수 있다.The sub-inverter block 200 may include a sub-inverter 220 for converting DC power output from the energy storage means 60 into AC power; A second reactor (242) connected between the output terminal of the sub-inverter 220 and the input terminal of the second transformer means (210); And a second capacitor 244 connected to one end of the second reactor and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the second reactor 242.
한편, 상기 메인 인버터 블록(100) 및 상기 서브 인버터 블록(200)의 전력 변환 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, a control unit (not shown) for controlling the power conversion operation of the main inverter block 100 and the sub inverter block 200 may be further included.
여기서, 상기 메인 인버터(120) 및 서브 인버터(220)는 스위칭 트랜지스터들에 의해 직류 전력으로부터 교류 전력을 생성하는 구조임이 일반적이며, 이 경우 상기 제어부는 상기 스위칭 트랜지스터들의 각 게이트(또는 베이스) 단자에 PWM 펄스를 인가하여 전력 변환 동작을 제어할 수 있다.Here, the main inverter 120 and the sub-inverter 220 are generally structured to generate AC power from DC power by switching transistors. In this case, the controller is connected to each gate (or base) terminal of the switching transistors. The power conversion operation can be controlled by applying a PWM pulse.
도시한 구성의 인버터 장치는, 메인 인버터(120)가 전력을 공급하고 서브 인버터가 대기하고 있는 상황에서 메인 인버터(120)가 정지하게 되면 마이크로그리드의 지역 계통 전압은 서브 인버터(220)에 의해 신속하게 제어(추종)될 수 있다.In the inverter device of the illustrated configuration, when the main inverter 120 is stopped while the main inverter 120 supplies power and the sub inverter is waiting, the local grid voltage of the microgrid is rapidly reduced by the sub inverter 220. Can be controlled (followed) accordingly.
이러한 동작을 위해, 메인 인버터(120)의 정지 신호를 서브 인버터(220)에 전송하여, 서브 인버터(220)가 가동되도록 대응하는 것이 계통전압 유지에 효과적이다. 정보를 전달하기 위한 방법은 통신 또는 유선(예: hard wiring)이 사용될 수 있다. 그런데, 전달 방식에 따른 신호 전송의 시간 지연(T delay 로 칭함)이 발생된다.For this operation, it is effective to maintain the grid voltage by transmitting a stop signal of the main inverter 120 to the sub-inverter 220 to respond so that the sub-inverter 220 is operated. Communication or wired (eg hard wiring) can be used as a method for transferring information. By the way, the time delay of signal transmission according to the transmission method (T delay (Referred to as) occurs.
도시한 바와 같은 LC 필터 구조를 가진 메인 인버터 블록(100)에 이상이 발생하여, 메인 인버터(120)의 스위칭 트랜지스터에 가해지는 PWM(pulse width modulation)이 정지하게 되며, 이에 따라 마이크로그리드는 메인 인버터(120)의 LC 필터 커패시터와 부하 저항의 병렬 회로로 간략화 될 수 있다. 전원이 없는 RC 병렬 회로의 전압은 하기 수학식 1과 같이 음의 지수함수로 표현될 수 있다. 여기서 C는 인버터의 필터 커패시터이며, R은 부하저항을 의미한다.An abnormality occurs in the main inverter block 100 having the LC filter structure as shown, and the PWM (pulse width modulation) applied to the switching transistor of the main inverter 120 is stopped. Accordingly, the microgrid is used as the main inverter. It can be simplified with a parallel circuit of 120 LC filter capacitors and load resistors. The voltage of the RC parallel circuit without power can be expressed as a negative exponential function as shown in Equation 1 below. Here, C is the filter capacitor of the inverter, and R is the load resistance.
[수학식 1][Equation 1]
v(t) = v oe -t/ RC v(t) = v o e -t/ RC
상기 수학식과 같이, 계통의 전압은 RC 필터 회로의 감쇠와 같이 동작하는데, 자세한 동작을 구체적인 실험 파형으로 예시하면 도 3과 같다. 즉, 도 3은 LC 필터 타입 인버터 장치로 구현된 경우, 인버터 정지에 따른 계통전압의 실험 파형이다. As shown in the above equation, the voltage of the system operates as attenuation of the RC filter circuit, and the detailed operation is illustrated in FIG. That is, FIG. 3 is an experimental waveform of a grid voltage according to an inverter stop when implemented as an LC filter type inverter device.
도시한 바와 같이, 3상 전압 중 하나의 상 전압이 0인 지점에서 메인 인버터(120)가 정지한 경우 0전압은 그대로 유지되며 나머지 두 개의 상은 크기는 같고 부호가 반대인 전압에서 음의 지수 형태로 감소하여 0으로 수렴한다. 여기서 Vab, Vbc 및 Vca는 부하의 선간 전압이다.As shown, when the main inverter 120 stops at a point where one of the three phase voltages is zero, the zero voltage is maintained as it is, and the other two phases are in negative exponential form at voltages having the same magnitude and opposite signs. Decreases to and converges to zero. Where Vab, Vbc, and Vca are the line voltages of the load.
메인 인버터(120)의 정지를 서브 인버터(220)가 인지하고 동작하는 과정은 필연적으로 시간의 지연(T delay)이 발생될 수 있다. 이러한 시간 지연에 의해 실제의 계통 전압과 서브 인버터 출력 전압이 큰 차이를 보이는 경우 변압기의 자속에 옵셋(offset)이 발생하여 자속 포화 현상에 의한 돌입전류가 야기 될 수 있다. 이 돌입전류는 각 인버터의 정격전류의 수배이상 발생될 수 있기 때문에 서브 인버터 투입시 과전류 보호 동작을 야기시킬 수 있다. 상기 과전류 보호 동작에 의해 마이크로그리드의 지역 계통의 정전 상태는 악화될 수 있다. A time delay (T delay ) may inevitably occur in the process of the sub-inverter 220 recognizes and operates the stop of the main inverter 120. If there is a large difference between the actual grid voltage and the sub-inverter output voltage due to such a time delay, an offset may occur in the magnetic flux of the transformer, resulting in an inrush current due to the flux saturation. Since this inrush current can be generated several times more than the rated current of each inverter, it may cause overcurrent protection operation when the sub-inverter is turned on. Due to the overcurrent protection operation, the power failure state of the local system of the microgrid may be deteriorated.
도 4는 인버터 기동시 부하전압 및 변압기(트랜스포머)의 돌입 전류를 도시한다. 구체적으로, 10kW의 부하 상황에서 계통의 빠른 복구를 위해, 계통전압을 서서히 증가시키는 소프트 스타트(soft-start) 기능을 사용하지 않는 경우 인버터 기동시 발생하는 부하전압에 따른 돌입전류의 실험 파형을 보여준다. 여기서, Vab, Vbc 및 Vca는 부하의 선간 전압이며 Ia_tr, Ib_tr, Ic_tr은 변압기 전류이다. 각 인버터의 전류보호 레벨은 200A이며 변압기 전류가 200A를 초과하면, 인버터는 정지되는 것을 확인할 수 있다.4 shows the load voltage and the inrush current of the transformer (transformer) when starting the inverter. Specifically, it shows the experimental waveform of the inrush current according to the load voltage that occurs when the inverter starts when the soft-start function that gradually increases the grid voltage is not used for quick recovery of the grid under a load of 10kW. . Here, Vab, Vbc, and Vca are the line voltages of the load, and Ia_tr, Ib_tr, and Ic_tr are transformer currents. The current protection level of each inverter is 200A, and when the transformer current exceeds 200A, it can be confirmed that the inverter stops.
도 5는 LC 필터 타입 인버터 장치로 구현된 경우, ESS 단독운전 모드에서 메인 인버터가 정지될 때, 마이크로그리드 지역 계통의 전압 변동을 도시한다.5 illustrates voltage fluctuations in the microgrid area system when the main inverter is stopped in the ESS single operation mode when implemented as an LC filter type inverter device.
도시한 전압 파형에 대한 현상은 서브 인버터가 시간 지연(T delay) 이후에 메인 인버터(120)의 정지를 인지하고 전압을 레퍼런스 전압(reference voltage)으로 제어시 시간 지연(T delay) 동안 마이크로그리드 전압과 원래의 레퍼런스 전압(reference voltage)의 차이인 F에 의해 발생된다. F에 해당하는 자속 옵셋(offset)이 변압기에 발생하며 자속이 포화되어 돌입전류를 발생시킬 수 있다.The phenomenon of the illustrated voltage waveform is the microgrid voltage during a time delay (T delay ) when the sub-inverter recognizes the stop of the main inverter 120 after a time delay (T delay) and controls the voltage as a reference voltage. It is caused by F, which is the difference between the and the original reference voltage. A magnetic flux offset corresponding to F occurs in the transformer, and the magnetic flux is saturated and may generate an inrush current.
상기 자속 포화에 따른 돌입전류 때문에, 상기 제어부는 메인 인버터 블록(100) 및 상기 서브 인버터 블록(200)의 전력 변환시, 소프트 스타트 방식으로 서브 인버터 블록(200)을 운전할 수 있다. Due to the inrush current due to the magnetic flux saturation, the controller may operate the sub-inverter block 200 in a soft start method when power is converted between the main inverter block 100 and the sub-inverter block 200.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 장치로서, 메인 인버터(120)와 서브 인버터(220) 간의 동작 전환 시 계통의 급변을 억제하기 위한 LCPL 필터(필터)를 구비하는 인버터 구조를 제안한다. 6 is an inverter device according to another embodiment of the present invention, and proposes an inverter structure including an LCPL filter (filter) for suppressing sudden changes in the system when the operation is switched between the main inverter 120 and the sub inverter 220. .
도시한 인버터 장치는, 배터리(60)에 저장된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통에 공급한다.The illustrated inverter device converts DC power stored in the battery 60 into AC power and supplies it to the grid.
도시한 인버터 장치는, 정상 상태에서 제1 트랜스포머 수단(110)을 통해 변환된 교류 전력을 계통으로 공급하는 메인 인버터 블록(100-1); 상기 메인 인버터 블록(100-1)이 정지하면, 제2 트랜스포머 수단(210)을 통해 변환된 교류 전력을 계통으로 공급하는 서브 인버터 블록(200-1); 상기 메인 인버터 블록(100-1) 및 상기 서브 인버터 블록(200-1)의 전력 변환 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.The illustrated inverter device includes: a main inverter block 100-1 for supplying the converted AC power to the grid through the first transformer unit 110 in a normal state; When the main inverter block (100-1) is stopped, the sub-inverter block (200-1) for supplying the converted AC power to the grid through the second transformer means (210); A control unit (not shown) for controlling the power conversion operation of the main inverter block 100-1 and the sub inverter block 200-1 may be included.
도시한 상기 메인 인버터 블록(100-1)은, 상기 배터리(60)에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 메인 인버터(120); 상기 메인 인버터(120) 출력단과 상기 제1 트랜스포머 수단(110)의 입력단 사이에 연결되는 제1 리액터(142); 및 상기 제1 리액터(142)의 일단과 중성점 또는 접지점에 연결되는 제1 커패시터(144)를 포함하고,The illustrated main inverter block 100-1 includes: a main inverter 120 for converting DC power output from the battery 60 into AC power; A first reactor 142 connected between the output terminal of the main inverter 120 and the input terminal of the first transformer means 110; And a first capacitor 144 connected to one end of the first reactor 142 and a neutral point or a ground point,
상기 서브 인버터 블록(200-1)은, 상기 배터리(60)에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 서브 인버터(220); 상기 서브 인버터(220) 출력단과 상기 제2 트랜스포머 수단(210)의 입력단 사이에 연결되는 제2 리액터(242); 및 상기 제2 리액터(242)의 일단과 중성점 또는 접지점에 연결되는 제2 커패시터(244)를 포함할 수 있다.The sub-inverter block 200-1 may include a sub-inverter 220 for converting DC power output from the battery 60 into AC power; A second reactor (242) connected between the output terminal of the sub-inverter 220 and the input terminal of the second transformer means (210); And a second capacitor 244 connected to one end of the second reactor 242 and a neutral point or a ground point.
또한, 도시한 상기 메인 인버터 블록(100-1)은 상기 제1 커패시터(144)와 병렬 연결되는 제3 리액터(146)를 더 포함하고, 상기 서브 인버터 블록(200-1)은 상기 제2 커패시터(244)와 병렬 연결되는 제4 리액터(246)를 더 포함한다. In addition, the illustrated main inverter block 100-1 further includes a third reactor 146 connected in parallel with the first capacitor 144, and the sub inverter block 200-1 is the second capacitor It further includes a fourth reactor 246 connected in parallel with the 244.
이에 따라 상기 제1 커패시터(144), 제1 리액터(142) 및 제3 리액터(146)는 상기 메인 인버터(120)와 상기 제1 트랜스포머 수단(110)을 위한 LCPL 필터를 구성하고, 상기 제2 커패시터(244), 제2 리액터(242) 및 제4 리액터(246)는 상기 서브 인버터(220)와 상기 제2 트랜스포머 수단(210)을 위한 LCPL 필터를 구성한다. Accordingly, the first capacitor 144, the first reactor 142, and the third reactor 146 constitute an LCPL filter for the main inverter 120 and the first transformer unit 110, and the second The capacitor 244, the second reactor 242 and the fourth reactor 246 constitute an LCPL filter for the sub-inverter 220 and the second transformer means 210.
상기 LCPL 필터를 구비한 본 실시예의 인버터 장치가 설치된 마이크로그리드 시스템은, 메인 인버터(120) 정지에 따른 서브 인버터(220) 투입시 변압기의 돌입전류 없이 계통전압을 빠르게 복구(즉, 즉시 추종)할 수 있다.The microgrid system in which the inverter device of this embodiment with the LCPL filter is installed can quickly recover (i.e., immediately follow) the grid voltage without the inrush current of the transformer when the sub-inverter 220 is input due to the stop of the main inverter 120. I can.
돌입전류없이 마이크로그리드 전압을 원래의 전압으로 신속하게 제어하기 위해선 시간 지연(T delay) 동안 마이크로그리드 전압과 원래의 정상 전압의 차이를 감소시켜야 하며, 이를 위해 도시한 LCPL 필터(다르게 표현하여 L+C||L 필터)의 사용을 제안한다. LCPL 필터에서 커패시터와 병렬 연결된 인덕터는 인버터의 기동이 멈출 시에 지역 계통 전압의 무너짐을 막아줄 뿐만 아니라, 디젤 발전기와의 복합운전 상황에서 인버터의 커패시터에 흐르는 무효전력을 보상하기 위한 기능도 부여한다. In order to quickly control the microgrid voltage to the original voltage without inrush current, the difference between the microgrid voltage and the original normal voltage must be reduced during a time delay (T delay). It is suggested to use C||L filter). In the LCPL filter, the inductor connected in parallel with the capacitor not only prevents the collapse of the local grid voltage when the inverter stops starting, but also provides a function to compensate for reactive power flowing through the capacitor of the inverter in a combined operation with a diesel generator. .
도 7a 및 7b는 LCPL 필터(L+C||L 필터) 타입 인버터 장치로 구현된 경우, ESS 단독운전 모드에서 메인 인버터가 정지될 때, 마이크로그리드 지역 계통의 전압 변동을 도시한다.7A and 7B illustrate voltage fluctuations in the microgrid area system when the main inverter is stopped in the ESS single operation mode when implemented as an LCPL filter (L+C||L filter) type inverter device.
LCPL 필터를 가진 메인 인버터(120)가 정지한 경우의 마이크로그리드는 RLC 병렬 회로로 간략화 될 수 있다. 과소 감쇠 특성을 갖는 RLC 회로 전압은 하기 수학식 2와 같으며, 도 7a 및 7b에 도시한 바와 같은 형태의 감쇠된 정현파 응답 특성을 갖게 된다.When the main inverter 120 with the LCPL filter is stopped, the microgrid can be simplified to an RLC parallel circuit. The RLC circuit voltage having the under-attenuation characteristic is as shown in Equation 2 below, and has an attenuated sinusoidal response characteristic in the form as shown in FIGS. 7A and 7B.
[수학식 2][Equation 2]
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000003
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000003
도시한 바와 같이, 시간 지연(T delay) 동안 RLC 병렬회로의 전압 응답 파형과 같이, RC병렬회로의 전압응답(도 5에 도시함) 대비 F의 면적이 감소되며, 부하 저항(R)이 클수록 F의 면적은 보다 감소시키게 된다. 따라서, LCPL 필터 구조는 서브 인버터(220) 기동에 따른 시간 지연 동안 전압의 감소를 억제하는 역할을 수행하게 된다.As shown, as shown in the voltage response waveform of the RLC parallel circuit during the time delay (T delay ), the area of F is reduced compared to the voltage response of the RC parallel circuit (shown in Fig. 5), and the larger the load resistance (R) is The area of F is further reduced. Accordingly, the LCPL filter structure serves to suppress a decrease in voltage during a time delay due to the start of the sub-inverter 220.
다음, 메인 인버터(120) 정지에 따른 서브 인버터(220) 투입시 변압기의 돌입전류 없이 계통전압을 빠르게 복구하는데 최적화된 LCPL 필터(L+C||L 필터)의 설계 방안을 제시한다. 변압기 포화자속 밀도를 고려하여 LCPL 필터(L+C||L 필터) 설계에 따라 변압기의 돌입전류 없이 운전 가능한 부하 용량을 결정한다. 부하는 평형이고 저항 부하로 근사화 가능한 경우가 고려되었다.Next, a design method of an LCPL filter (L+C||L filter) optimized to quickly recover the grid voltage without the inrush current of the transformer when the sub-inverter 220 is input due to the stop of the main inverter 120 is presented. Considering the transformer saturation magnetic flux density, determine the load capacity that can be operated without the inrush current of the transformer according to the design of the LCPL filter (L+C||L filter). The case where the load is balanced and can be approximated by a resistive load was considered.
스위칭 주파수 전압을 저감하기 위한 전압원 인버터(voltage source inverter)의 필터는 일반적으로 LC 필터를 사용한다(도 2이 경우). LC 필터의 공진 주파수는 일반적으로 스위칭 주파수의 1/5 ~ 1/10 정도로 결정하며 이를 만족하는 LC 필터 조합은 무한하다. 이에 따라, 설치 사이트 환경 조건이나 어플리케이션에 따라 LC 필터의 조합은 다르게 결정될 수 있다. LC 필터의 인덕터는 전류 리플 제한, 기본파 전압강하 크기에 의해서 결정될 수 있으며, 커패시터는 부하변동에 따른 전압변동 억제, 커패시티브(Capacitive) 무효전력 제한 등에 의해 결정될 수 있다.The filter of the voltage source inverter for reducing the switching frequency voltage generally uses an LC filter (in this case of FIG. 2). The resonant frequency of the LC filter is generally determined to be about 1/5 to 1/10 of the switching frequency, and the combination of the LC filter satisfying this is infinite. Accordingly, the combination of the LC filter may be determined differently depending on the installation site environmental condition or application. The inductor of the LC filter can be determined by limiting the current ripple and the magnitude of the fundamental wave voltage drop, and the capacitor can be determined by suppressing voltage fluctuations due to load fluctuations and limiting capacitive reactive power.
LCPL 필터(L+C||L 필터)는 스위칭 주파수 전압 저감 측면에서 필터 커패시터(상술한 제1/제2 커패시터)와 병렬로 연결된 인덕터(상술한 제3/제4 인덕터)의 임피던스가 커패시터 대비 수kHz의 주파수 대역에서는 무시할 수 있을 정도로 커지기 때문에 LC 필터로 등가화 될 수 있어 LC 필터 설계와 유사하게 설계될 수 있다. 추가적으로 메인 인버터가 정지한 후 시간 지연(T delay) 동안 전압이 일시적으로 특정 부하범위에서 전원이 없는 RLC 병렬회로의 감쇠특성을 갖도록 설계되어야 한다. 또한, 이에 따른 전압 변동 후 서브 인버터 운전하여 정상 전압으로 회복 시 변압기 자속이 포화되지 않는 부하 범위를 계산해야 한다. 또한 LC병렬 회로의 무효전력도 고려되어야 한다. In terms of reducing the switching frequency voltage, the LCPL filter (L+C||L filter) has the impedance of the filter capacitor (the first and second capacitors described above) and the inductor connected in parallel (the third and fourth inductors described above) compared to the capacitor. In the frequency band of several kHz, it becomes negligibly large, so it can be equivalent to an LC filter and can be designed similarly to the LC filter design. In addition, the voltage must be designed to have the attenuation characteristics of a non-powered RLC parallel circuit in a specific load range during a time delay (T delay ) after the main inverter stops. In addition, when the sub-inverter is operated after the voltage fluctuation accordingly to recover to the normal voltage, the load range in which the magnetic flux of the transformer is not saturated must be calculated. Also, the reactive power of the LC parallel circuit must be considered.
상술한 고려 사항들을 반영한 설계 절차는 다음과 같다.The design procedure reflecting the above considerations is as follows.
1. LC 필터의 컷오프(Cut-off) 주파수를 결정한다. 1. Determine the cut-off frequency of the LC filter.
전원이 없는 RLC 병렬회로의 특정방정식은 하기 수학식 3과 같다.The specific equation of the RLC parallel circuit without power is shown in Equation 3 below.
[수학식 3][Equation 3]
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000004
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L 1C 1 필터의 컷오프(Cut-off) 주파수 ω 0를 결정하는데, 여기서,
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000005
이다.
Determine the cut-off frequency ω 0 of the L 1 C 1 filter, where
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000005
to be.
과소감쇠 응답을 갖기 위해서 α < ω 0 조건을 만족해야 한다. 과소감쇠 응답을 가진 경우 전압은 상기 수학식 2와 같으며, 자연공진주파수 ω d
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000006
이다.
In order to have an under-attenuation response, the condition α <ω 0 must be satisfied. In case of having an under-attenuation response, the voltage is the same as in Equation 2 above, and the natural resonance frequency ω d is
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000006
to be.
2. 변압기의 포화자속 밀도 B s, 공칭전압 v r, 공칭 주파수 ω r, 공칭전압에서의 변압기 자속밀도 B r을 결정한다.2. Determine the transformer's saturation magnetic flux density B s , the nominal voltage v r , the nominal frequency ω r , and the transformer magnetic flux density B r at the nominal voltage.
3. 시간 지연(T delay)을 결정한다.3. Determine the time delay (T delay ).
4. 변압기 자속 여유분 B e는 B s - B r이다.4. The magnetic flux margin B e of the transformer is B s -B r .
5. 자연공진주파수 ω d를 공칭주파수로 결정한다.5. Determine the natural resonance frequency ω d as the nominal frequency.
6. 하기 수학식 4로부터 α, B k를 결정한다. 하기 수학식 4는 시간 지연(T delay) 동안 원래의 레퍼런스 전압(기준 전압)과 마이크로그리드 전압의 차이로 인해 발생하는 자속 오프셋 B k를 정의한다.6. Determine α and B k from Equation 4 below. Equation 4 below defines a magnetic flux offset B k generated due to a difference between an original reference voltage (reference voltage) and a microgrid voltage during a time delay (T delay).
[수학식 4][Equation 4]
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000007
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여기서, N T는 변압기 턴수, A는 변압기 단면적이다.Here, N T is the number of turns of the transformer and A is the cross-sectional area of the transformer.
7. 디젤 발전기와 인버터가 복합 운전하는 상황에서 공칭 주파수에서의 역률 제한값을 결정한다. 정해진 역률 PF로부터 무효전력 Q를 하기 수학식 5를 이용하여 구한다. 여기서, P d는 디젤 발전기 한상의 정격전력이다.7. Determine the power factor limit at the nominal frequency in the situation where the diesel generator and inverter are operated in combination. Reactive power Q is obtained from the determined power factor PF using Equation 5 below. Here, P d is the rated power of one phase of the diesel generator.
[수학식 5][Equation 5]
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000008
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8. w d, Q, α, v r, ω r로 요구되는 마이크로그리드의 총 커패시턴스를 구한다. 하기 수학식 6은 C T||L T의 무효전력 식이며 하기 수학식 7로 정리될 수 있다. 여기서, C T는 전체 Capacitance이고, L T는 전체 인덕턴스이다.8. Find the total capacitance of the microgrid required by w d , Q, α, v r and ω r. Equation 6 below is a reactive power equation of C T ||L T and can be summarized as Equation 7 below. Here, C T is the total capacitance and L T is the total inductance.
[수학식 6][Equation 6]
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000009
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[수학식 7][Equation 7]
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000010
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과소감쇠응답 조건에서는 하기 수학식 8의 관계가 성립한다.Under the under-attenuation response condition, the relationship of Equation 8 below holds.
[수학식 8][Equation 8]
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000011
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상기 수학식 7과 수학식 8로부터 하기 수학식 9를 유도할 수 있다.Equation 9 below can be derived from Equation 7 and Equation 8.
[수학식 9][Equation 9]
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000012
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w d와 ω r이 같은 경우 C T는 하기 수학식 10과 같고, α의 식을 대입하면 하기 수학식 11과 같다.When w d and ω r are the same, C T is the same as in Equation 10 below, and if the expression of α is substituted, it is as Equation 11 below.
[수학식 10][Equation 10]
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000013
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[수학식 11][Equation 11]
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000014
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9. C T를 인버터의 개수(N)으로 나누어 각 인버터의 C1 값을 구한다.9. Divide C T by the number of inverters (N) to get the C1 value of each inverter.
10. C T와 α로 R을 계산한다.10. Calculate R from C T and α.
11. ω 0는 상기 수학식 8을 통해서 구할 수 있으며, L T는 1/(ω 0 2C T), L 2는 L T × N이다.11. ω 0 can be obtained through Equation 8, L T is 1/(ω 0 2 C T ), L 2 is L T × N.
12. L 1은 1/(ω f 2C 1) 이다.12. L 1 is 1/(ω f 2 C 1 ).
다음, 메인 인버터가 정지된 상황에서 서브 인버터가 기동하는 방식을 살펴본다. Next, look at how the sub-inverter starts when the main inverter is stopped.
메인 인버터가 정지하고 시간 지연(T delay) 동안에 마이크로그리드의 전압은 감소되는데, 이는 설계된 LCPL 필터(L+C||L 필터)와 부하에 따라 그 크기가 결정된다. 서브 인버터는 시간 지연(T delay) 동안의 센싱된 마이크로그리드 전압을 바탕으로 그 기동방식이 결정될 수 있다.When the main inverter is stopped and the time delay (T delay ), the voltage of the microgrid is reduced, which is sized according to the designed LCPL filter (L+C||L filter) and the load. The starting method of the sub-inverter may be determined based on the sensed microgrid voltage during a time delay (T delay).
이를 위해, 상기 인버터 장치의 상기 제어부는, 상기 메인 인버터 블록에 이상이 발생되었다고 판단되면, 상기 메인 인버터의 스위칭 동작을 정지시키고, 상기 서브 인버터의 스위칭 개시하되,To this end, when it is determined that an abnormality has occurred in the main inverter block, the control unit of the inverter device stops the switching operation of the main inverter and starts switching of the sub inverter,
상기 제1 트랜스포머 수단의 잔류 자속의 정도에 따라, 레퍼런스 전압과 실제 변동된 전압의 차이에 따라 규정되는 자속 옵셋에 따라, 상기 서브 인버터를 계통의 전력을 바로 추종하도록 제어하거나, 또는 상기 메인 인버터를 통해 지역 계통으로 공급되는 전력이 충분히 낮춰진(0에 가까운 값) 후 스위칭 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.Depending on the degree of the residual magnetic flux of the first transformer means, the sub-inverter is controlled to immediately follow the power of the grid, or the main inverter is controlled according to a magnetic flux offset defined according to a difference between a reference voltage and an actual fluctuated voltage. Through this, it is possible to control to perform a switching operation after the power supplied to the local grid is sufficiently lowered (a value close to zero).
도 8은 상술한 제어부의 전력 변환 제어에 따라 서브 인버터가 기동하는 방식을 도시한 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a method of starting a sub-inverter according to the power conversion control of the control unit described above.
레퍼런스(기준) 전압에 따른 자속밀도 변화량과 감소된 마이크로그리드 전압에 따른 자속밀도 변화량의 차이가 변압기 자속 여유분 보다 작을 경우 서브 인버터는 레퍼런스 전압을 바로 추정하여, 지역 부하 공급의 연속적 측면의 안정성을 확보할 수 있다.When the difference between the change in magnetic flux density according to the reference (reference) voltage and the change in magnetic flux density according to the reduced microgrid voltage is less than the transformer magnetic flux margin, the sub-inverter immediately estimates the reference voltage to ensure the stability of the continuous side of local load supply. can do.
반면, 그 외의 경우에는 마이크로그리드 전압이 최소전압 이하로 감소된 후, 비로소 서브 인버터는 소프트 스타트(soft start)를 수행한다. 이는 자속 옵셋에 의한 돌입 전류 발생을 방지하기 위함이다. 물론 레퍼런스 전압 자체를 변압기 돌입전류가 발생하지 않도록 변경하는 방법도 고려해 볼 수 있지만, 지역 부하에 전압 변동이 커지는 면에서 바람직하지 않다.On the other hand, in other cases, the sub-inverter performs a soft start only after the microgrid voltage is reduced to less than the minimum voltage. This is to prevent the occurrence of inrush current due to magnetic flux offset. Of course, a method of changing the reference voltage itself so that the transformer inrush current does not occur can be considered, but it is not desirable in terms of increasing voltage fluctuations in the local load.
도시한 흐름도에 따르면, 상기 인버터 장치의 상기 제어부는,According to the illustrated flowchart, the control unit of the inverter device,
상술한 수학식 4 및 B e B s - B r 관계에 따라 구해진 Be값과 Bk값 중 Be가 더 큰 경우 상기 서브 인버터를 계통의 전력을 바로 추종하도록 제어하고, Bk가 더 큰 경우 상기 배터리에서 계통으로 공급되는 소정 기준 전압 미만으로 낮춰진 후 스위칭 동작을 수행하도록 제어한다. 여기서, Nt : 변압기 턴수, A : 변압기 단면적, T delay : 시간 지연, ω r, : 공칭 주파수, ω d : 자연공진주파수, v r : 공칭전압, α : 시상수, B s : 변압기의 포화자속 밀도, B r : 공칭전압에서의 변압기 자속밀도이다. Equations 4 and B e described above are If Be is greater among the values of Be and Bk obtained according to the relationship B s -B r , the sub-inverter is controlled to immediately follow the power of the grid, and if Bk is greater, it is less than the predetermined reference voltage supplied from the battery to the grid. It is controlled to perform the switching operation after being lowered to. Here, Nt: number of transformer turns, A: transformer cross-sectional area, T delay : time delay, ω r ,: nominal frequency, ω d : natural resonance frequency, v r : nominal voltage, α: time constant, B s : saturation magnetic flux density of the transformer , B r : It is the magnetic flux density of the transformer at the nominal voltage.
서브 인버터는 대기 상태에서 마이크로그리드 전압의 위상을 추정하고 있으며 메인 인버터로부터 정지 신호를 받으면 시간 지연(T delay) 이전에 추정한 위상에서부터 고정된 레퍼런스 위상를 갖는다. The sub-inverter estimates the phase of the microgrid voltage in the standby state, and when receiving a stop signal from the main inverter, it has a fixed reference phase from the estimated phase before the time delay (T delay).
도 9는 도 8의 서브 인버터 기동 방식을 수행하기 위한 서브 인버터의 제어 알고리즘 블록을 도시한다. 도면에서 전압 제어기는 전압의 크기만을 피드백 제어하며, 위상은 시작 위상만을 계산하고 레퍼런스 위상을 그대로 생성함을 알 수 있다.9 is a block diagram of a control algorithm of a sub-inverter for performing the sub-inverter starting method of FIG. 8. In the drawing, it can be seen that the voltage controller feedback controls only the magnitude of the voltage, and the phase calculates only the start phase and generates the reference phase as it is.
도 10은 제안한 LCPL 필터(L+C||L 필터) 설계 방안과 기동 제어 방식을 검증하기 위한 시험 구성을 도시한다.10 shows a test configuration for verifying the proposed LCPL filter (L+C||L filter) design method and start control method.
480kW DC 파워 서플라이, 100kW 3상 인버터 2대, 100kW 부하장치로 시험을 구성하였다. 메인 인버터의 정지(stop) 신호 전달은 하드 와이어링(hard wiring)을 이용하였으며 릴레이로 회로를 구성하였다. 시간 지연(T delay)은 약 5ms이내로 발생한다. 여기서, 인버터 파라미터는 상기 표 1 및 하기 표 2와 같으며, 시험 조건인 LCPL 필터(L+C||L 필터) 파라미터는 하기 표 3과 같다. The test was configured with a 480kW DC power supply, two 100kW three-phase inverters, and a 100kW load device. The stop signal transmission of the main inverter used hard wiring and a circuit was constructed with a relay. Time delay (T delay ) occurs within about 5ms. Here, the inverter parameters are shown in Table 1 and Table 2 below, and the LCPL filter (L+C||L filter) parameters as test conditions are shown in Table 3 below.
[표 2][Table 2]
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000015
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[표 3][Table 3]
Figure PCTKR2020007121-appb-img-000016
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시험조건은 부하 전력(load power), 메인 인버터의 정지 지점(Stop point)에 따라 달라진다. 각 시험조건 마다 메인 인버터의 PWM이 정지하고 서브 인버터가 전압을 제어하는 시험을 실시하였다. 시험결과는 심리스 전송(seamless transfer), 소프트 스타트(soft start)로 구분하였다. 심리스 전송(seamless transfer)은 레퍼런스 전압으로 즉시 추종토록 제어하는 경우이며, 소프트 스타트(soft start)는 마이크로그리드 전압이 거의 0에 가까운 기준 전압 이하로 감소한 후 수십ms 이내 서서히 전압을 회복하는 방식의 기동을 의미한다. 부하, 계통의 정지위치 및 전압제어 방식에 따른 실험 조건은 하기 표 4에 나타난 바와 같다.The test conditions depend on the load power and the stop point of the main inverter. For each test condition, a test was conducted in which the PWM of the main inverter was stopped and the sub inverter controlled the voltage. The test results were divided into seamless transfer and soft start. Seamless transfer is a case where the voltage is immediately followed by a reference voltage, and soft start is a method of gradually recovering the voltage within several tens of ms after the microgrid voltage decreases below the reference voltage close to zero. Means. The experimental conditions according to the load, the stop position of the system and the voltage control method are shown in Table 4 below.
[표 4][Table 4]
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도 11a 내지 11c는 상기 표 4의 실험 조건(test condition) 1, 2, 3에서 수행된 실험 결과를 보여준다. 메인 인버터의 PWM 정지 시 3상 부하의 선간 전압은 과소감쇠특성을 보인다. 도 11a는 Vab의 위상 0도에서 메인 인버터가 정지된 경우로 서브 인버터가 약 5ms이후에 동작하여 정전 없이 정격 전압으로 빠르게 회복되는 것을 볼 수 있다. 11A to 11C show the results of experiments performed under test conditions 1, 2, and 3 of Table 4 above. When the PWM of the main inverter is stopped, the line voltage of the three-phase load shows an under-attenuation characteristic. 11A is a case where the main inverter is stopped at a phase 0 degree of Vab, and it can be seen that the sub-inverter operates after about 5 ms and quickly recovers to the rated voltage without a power outage.
도 11b 및 11c는 메인 인버터가 Vab의 45도, 90도에서 정지된 경우로서 마찬가지로 유사한 특성을 보인다. 11B and 11C show similar characteristics as the case where the main inverter is stopped at 45 degrees and 90 degrees of Vab.
도 12는 실험 조건(test condition) 1, 2, 3에서 수행된 실험 결과인 각각의 Vab 파형을 비교하기 위해 함께 표시한 것이며, 메인 인버터의 PWM이 정지된 시점부터 1 사이클 내에 정전 없이 정격 전압으로 회복되는 것을 보여준다.12 is displayed together to compare the respective Vab waveforms, which are the results of experiments performed under test conditions 1, 2, and 3, and the rated voltage without power failure within 1 cycle from the time when the PWM of the main inverter is stopped. Show recovery.
도 13은 상기 표 4의 실험 조건 4에 해당한다. 10kW 부하에서 시험한 경우로 앞선 30kW 부하에서의 시험보다 전압감소가 적고 보다 빠르게 정격 전압으로 회복되는 것을 볼 수 있다. 13 corresponds to the experimental condition 4 in Table 4 above. It can be seen that the voltage decrease is less than that of the previous test at the 30kW load and recovers to the rated voltage more quickly.
도 14는 상기 표 4의 실험 조건 5에 해당한다. 80kW 부하에 시험한 경우로 LCPL 필터(L+C||L 필터)는 약 30kW 부하까지만 변압기 돌입전류 없이 정격 전압으로 바로 회복이 가능하게 설계 되었기 때문에 소프트 스타트(soft start) 방식으로 기동된다. 서브 인버터는 부하전압이 일정 전압까지 감소한 다음 운전을 시작하여 수십ms 내에 정격전압에 도달하는 것을 볼 수 있다.14 corresponds to the experimental condition 5 in Table 4 above. When tested on an 80kW load, the LCPL filter (L+C||L filter) is designed to recover directly to the rated voltage without transformer inrush current only up to about 30kW load, so it is started with a soft start method. It can be seen that the sub-inverter reaches the rated voltage within tens of ms by starting operation after the load voltage is reduced to a certain voltage.
5가지 조건에 대한 시험을 통해 메인 인버터 정지 시 서브 인버터가 설계된 LCPL 필터(L+C||L 필터)와 부하 조건에서 정전 없이 정격 전압을 바로 추종하고, 그 외 조건에서는 소프트 스타트 방식으로 기동되는 것을 확인하였다.Through the test for five conditions, when the main inverter is stopped, the LCPL filter (L+C||L filter) designed by the sub inverter and the rated voltage are immediately followed without power failure under load conditions, and in other conditions, it is started with a soft start method. Confirmed.
상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.It should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of explanation and not limitation. In addition, those of ordinary skill in the technical field of the present invention will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
* 부호의 설명* Explanation of the sign
20 : 발전기 60 : 에너지 저장 수단20: generator 60: energy storage means
100, 100-1 : 메인 인버터 블록 110 : 제1 트랜스포머 수단100, 100-1: main inverter block 110: first transformer means
120 : 메인 인버터 142 : 제1 리액터120: main inverter 142: first reactor
144 : 제1 커패시터 146 : 제3 리액터144: first capacitor 146: third reactor
200, 200-1 : 서브 인버터 블록 210 : 제2 트랜스포머 수단200, 200-1: sub-inverter block 210: second transformer means
220 : 서브 인버터 242 : 제2 리액터220: sub inverter 242: second reactor
244 : 제2 커패시터 246 : 제4 리액터244: second capacitor 246: fourth reactor
본 발명은 도서 지역 등 이격지에 적용될 수 있는 독립 마이크로그리드 시스템 및 인버터 장치에 관한 것으로서, 마이크로그리드 시스템 분야에 이용가능하다.The present invention relates to an independent microgrid system and an inverter device that can be applied to remote areas such as island areas, and can be used in the field of microgrid systems.

Claims (9)

  1. 상시 또는 선택적으로 상위 계통에서 분리되어 지역 계통에서 독립 운전하는 독립 마이크로그리드 시스템에 있어서, In an independent microgrid system that is always or selectively separated from the upper system and operates independently from the local system,
    상기 지역 계통에 교류 전력을 공급하며, 생성된 전력을 인버터 없이 절연을 위한 트랜스포머를 경유해 상기 지역 계통에 공급하는 발전기;A generator that supplies AC power to the local system and supplies the generated power to the local system via a transformer for insulation without an inverter;
    상기 지역 계통에 부족한 전력을 제공하고 남는 전력을 저장하는 에너지 저장 수단;Energy storage means for providing insufficient power to the local system and storing remaining power;
    정상 상태에서 제1 트랜스포머 수단을 통해 상기 에너지 저장 수단에 저장된 전력을 교류 전력으로 상기 지역 계통으로 공급하는 메인 인버터 블록; 및A main inverter block for supplying the power stored in the energy storage means to the local grid as AC power through a first transformer means in a normal state; And
    상기 메인 인버터 블록이 정지하면, 제2 트랜스포머 수단을 통해 상기 에너지 저장 수단에 저장된 전력을 교류 전력으로 상기 지역 계통으로 공급하는 서브 인버터 블록 When the main inverter block is stopped, a sub-inverter block for supplying the power stored in the energy storage means to the local grid as AC power through a second transformer means
    을 포함하는 독립 마이크로그리드 시스템.Independent microgrid system comprising a.
  2. 제1항에 있어서, 상기 메인 인버터 블록은,The method of claim 1, wherein the main inverter block,
    상기 에너지 저장 수단에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 메인 인버터;A main inverter converting DC power output from the energy storage means into AC power;
    상기 메인 인버터 출력단과 상기 제1 트랜스포머 수단의 입력단 사이에 연결되는 제1 리액터; 및A first reactor connected between the output terminal of the main inverter and the input terminal of the first transformer means; And
    상기 제1 리액터와 LC 필터 구성을 형성하기 위해 상기 제1 리액터의 일단과 중성점 또는 접지점에 연결되는 제1 커패시터를 포함하고,And a first capacitor connected to one end of the first reactor and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the first reactor,
    상기 서브 인버터 블록은,The sub inverter block,
    상기 에너지 저장 수단에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 서브 인버터;A sub-inverter converting DC power output from the energy storage means into AC power;
    상기 서브 인버터 출력단과 상기 제1 트랜스포머 수단의 입력단 사이에 연결되는 제2 리액터; 및A second reactor connected between the sub-inverter output terminal and the input terminal of the first transformer means; And
    상기 제2 리액터와 LC 필터 구성을 형성하기 위해 상기 제2 리액터의 일단과 중성점 또는 접지점에 연결되는 제2 커패시터A second capacitor connected to one end of the second reactor and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the second reactor
    를 포함하는 독립 마이크로그리드 시스템.Independent microgrid system comprising a.
  3. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 메인 인버터 블록은 상기 제1 커패시터와 병렬 연결되는 제3 리액터를 더 포함하고,The main inverter block further includes a third reactor connected in parallel with the first capacitor,
    상기 서브 인버터 블록은 상기 제2 커패시터와 병렬 연결되는 제4 리액터를 더 포함하는 독립 마이크로그리드 시스템.The sub-inverter block further comprises a fourth reactor connected in parallel with the second capacitor.
  4. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 발전기는 상기 지역 계통에 변동이 없는 교류 전력을 공급하며, The generator supplies unchanged AC power to the local system,
    태양광 또는 풍력 등 신재생에너지로부터 전력을 생산하여 상기 지역 계통으로 공급하는 신재생에너지 발전 수단Renewable energy generation means that produces electric power from renewable energy such as solar or wind power and supplies it to the local system
    을 더 포함하는 독립 마이크로그리드 시스템.Independent microgrid system further comprising a.
  5. 배터리에 저장된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통에 공급하는 인버터 장치에 있어서,In an inverter device that converts DC power stored in a battery into AC power and supplies it to a grid,
    정상 상태에서 제1 트랜스포머 수단을 통해 변환된 교류 전력을 계통으로 공급하는 메인 인버터 블록; A main inverter block for supplying the converted AC power to the grid through the first transformer means in a normal state;
    상기 메인 인버터 블록이 정지하면, 제2 트랜스포머 수단을 통해 변환된 교류 전력을 계통으로 공급하는 서브 인버터 블록; 및A sub-inverter block for supplying AC power converted through a second transformer means to a grid when the main inverter block is stopped; And
    상기 메인 인버터 블록 및 상기 서브 인버터 블록의 전력 변환 동작을 제어하는 제어부A control unit that controls the power conversion operation of the main inverter block and the sub inverter block
    를 포함하는 인버터 장치.Inverter device comprising a.
  6. 제5항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 메인 인버터 블록은,The main inverter block,
    상기 배터리에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 메인 인버터;A main inverter converting DC power output from the battery into AC power;
    상기 메인 인버터 출력단과 상기 제1 트랜스포머 수단의 입력단 사이에 연결되는 제1 리액터; 및A first reactor connected between the output terminal of the main inverter and the input terminal of the first transformer means; And
    상기 제1 리액터와 LC 필터 구성을 형성하기 위해 상기 제1 리액터의 일단과 중성점 또는 접지점에 연결되는 제1 커패시터를 포함하고,And a first capacitor connected to one end of the first reactor and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the first reactor,
    상기 서브 인버터 블록은,The sub inverter block,
    상기 배터리에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 서브 인버터;A sub-inverter converting DC power output from the battery into AC power;
    상기 서브 인버터 출력단과 상기 제1 트랜스포머 수단의 입력단 사이에 연결되는 제2 리액터; 및A second reactor connected between the sub-inverter output terminal and the input terminal of the first transformer means; And
    상기 제2 리액터와 LC 필터 구성을 형성하기 위해 상기 제2 리액터의 일단과 중성점 또는 접지점에 연결되는 제2 커패시터A second capacitor connected to one end of the second reactor and a neutral point or a ground point to form an LC filter configuration with the second reactor
    를 포함하는 인버터 장치.Inverter device comprising a.
  7. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 메인 인버터 블록은 상기 제1 커패시터와 병렬 연결되는 제3 리액터를 더 포함하고,The main inverter block further includes a third reactor connected in parallel with the first capacitor,
    상기 서브 인버터 블록은 상기 제2 커패시터와 병렬 연결되는 제4 리액터를 더 포함하는 인버터 장치.The sub-inverter block further comprises a fourth reactor connected in parallel with the second capacitor.
  8. 제5항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 제어부는,The control unit,
    상기 메인 인버터 블록에 이상이 발생되었다고 판단되면, 상기 메인 인버터의 스위칭 동작을 정지시키고, 상기 서브 인버터의 스위칭을 개시하되,When it is determined that an abnormality has occurred in the main inverter block, stopping the switching operation of the main inverter and starting the switching of the sub inverter,
    레퍼런스 전압과 실제 변동된 전압의 차이에 따라 규정되는 자속 옵셋에 따라, 상기 서브 인버터를 계통의 전력을 바로 추종하도록 제어하거나, 또는 상기 배터리에서 계통으로 공급되는 소정 기준 전압 미만으로 낮춰진 후 스위칭 동작을 수행하도록 제어하는 인버터 장치.According to the magnetic flux offset defined according to the difference between the reference voltage and the actually changed voltage, the sub-inverter is controlled to immediately follow the power of the grid, or the switching operation is lowered to less than a predetermined reference voltage supplied from the battery to the grid. Inverter device that controls to perform.
  9. 제5항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 제어부는,The control unit,
    하기 수학식에 따라 구해진 Be값과 Bk값 중 Be가 더 큰 경우 상기 서브 인버터를 계통의 전력을 바로 추종하도록 제어하고,If Be is larger among the Be value and Bk value obtained according to the following equation, the sub-inverter is controlled to immediately follow the power of the system,
    Bk가 더 큰 경우 상기 배터리에서 계통으로 공급되는 소정 기준 전압 미만으로 낮춰진 후 스위칭 동작을 수행하도록 제어하는 인버터 장치.When Bk is greater, the inverter device controls to perform a switching operation after being lowered to less than a predetermined reference voltage supplied from the battery to the grid.
    B e = B s - B r B e = B s -B r
    Figure PCTKR2020007121-appb-img-000018
    Figure PCTKR2020007121-appb-img-000018
    (여기서, Nt : 변압기 턴수, A : 변압기 단면적, T delay : 시간 지연,(Where, Nt: number of transformer turns, A: transformer cross-section, T delay : time delay,
    ω r, : 공칭 주파수, ω d : 자연공진주파수, v r : 공칭전압,ω r ,: nominal frequency, ω d : natural resonance frequency, v r : nominal voltage,
    α : 시상수, B s : 변압기의 포화자속 밀도, B r : 공칭전압에서의 변압기 자속밀도) α: time constant, B s : saturation magnetic flux density of transformer, B r : Transformer magnetic flux density at nominal voltage)
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