WO2023200201A1 - 마이크로그리드 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

마이크로그리드 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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WO2023200201A1
WO2023200201A1 PCT/KR2023/004806 KR2023004806W WO2023200201A1 WO 2023200201 A1 WO2023200201 A1 WO 2023200201A1 KR 2023004806 W KR2023004806 W KR 2023004806W WO 2023200201 A1 WO2023200201 A1 WO 2023200201A1
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WO
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master device
energy storage
frequency
slave
power
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/004806
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English (en)
French (fr)
Inventor
정병창
Original Assignee
리얼테크(주)
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers

Definitions

  • the present invention relates to a microgrid system and its control method, and more specifically, to a microgrid system that can be controlled to maintain constant power quality without power outages in a small-scale power system using an energy storage device as a base power source, and It is related to the control method.
  • a small-scale power system is constructed consisting of power generation devices such as diesel generators and loads.
  • power generation devices such as diesel generators and loads.
  • electricity has been supplied using renewable energy instead of diesel generators.
  • an energy storage device is used to charge when the generation amount of renewable energy is greater than the load, and when the load is greater than the generation amount of renewable energy. In this case, discharge.
  • the energy storage device operates as a base power source that maintains the frequency and voltage of the power system.
  • multiple energy storage devices can be installed in preparation for failure of the energy storage devices.
  • multiple energy storage devices can be installed in preparation for failure of the energy storage devices.
  • multiple power conversion devices may be used in preparation for failure of the power conversion device, but even in this case, only one power conversion device operates and the remaining power conversion devices stand by in a stopped state.
  • the standby energy storage device, power converter, or diesel generator operates for at least several milliseconds to hundreds of seconds until electricity at a certain frequency is supplied. It takes ms and leads to a power outage.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a microgrid system and a control method thereof that can be controlled to maintain constant power quality without power outages in a small-scale power system using an energy storage device as a base power source. .
  • the present invention provides a microgrid system.
  • the microgrid system includes a distributed power source that produces electricity using renewable energy as an energy source; A plurality of energy storage devices that are connected to the distributed power source to form a microgrid, and that store power supplied from the distributed power source or output previously stored power to the outside; and a central controller that controls the distributed power source and a plurality of energy storage devices, wherein the central controller sets one energy storage device among the plurality of energy storage devices as a master device, and the remaining energy storage devices are set as a master device. It is set as a slave device, and the master device outputs a constant voltage and a constant frequency in a normal state, but when an overload is applied, the master device can change the output frequency in the normal state to another value within a preset allowable range.
  • the energy storage device includes a battery capable of charging and discharging; a power conversion device that converts the power supplied from the distributed power source to charge the battery or converts the power charged in the battery to discharge it to the outside; And a device controller that controls the power conversion device to charge or discharge the battery, wherein when the energy storage device is a slave device, the device controller monitors the output frequency of the master device, You can check whether the master device is operating normally.
  • the slave device through monitoring the output frequency of the master device, when it is confirmed that the output frequency of the master device has changed to a different value, the slave device operates through frequency-active power droop control. , the active power applied to the master device can be shared.
  • the central controller when the active power applied to the master device is divided through frequency-active power droop control for the slave device, the central controller commands a new active power reference value to the slave device, The output frequency change value of the master device can be returned to the output frequency value in the normal state.
  • the central controller grants priority to the slave device, and when the output frequency of the master device is monitored as being outside the preset allowable range, the slave device determines that the master device is a micro Recognized as being separated from the grid, a slave device with a higher priority among the slave devices may switch itself to a master device.
  • the central controller switches a slave device with a higher priority among the slave devices to the master device, and the remaining slave devices New priorities can be given to devices.
  • the present invention provides a microgrid system control method.
  • the microgrid system control method is connected to a distributed power source that produces power using renewable energy as an energy source and the distributed power source to form a microgrid, and stores power supplied from the distributed power source.
  • a method of controlling a microgrid system including a plurality of energy storage devices that output pre-stored power to the outside one energy storage device among the plurality of energy storage devices is set as a master device, Setting the remaining energy storage devices as slave devices; In a normal state, a constant voltage and a certain frequency are output from the master device, but when an overload is applied, changing the output frequency in the normal state to another value within a preset allowable range; and monitoring the output frequency of the master device through the slave device to confirm whether the master device is operating normally, and if it is confirmed that the output frequency of the master device has changed to a different value, the slave device Through frequency-active power droop control for the device, the active power applied to the master device can be shared.
  • a distributed power source that produces electricity using renewable energy as an energy source
  • a plurality of energy storage devices that are connected to the distributed power source to form a microgrid, and that store power supplied from the distributed power source or output previously stored power to the outside
  • a central controller that controls the distributed power source and a plurality of energy storage devices, wherein the central controller sets one energy storage device among the plurality of energy storage devices as a master device, and the remaining energy storage devices are set as a master device. It is set as a slave device, and the master device outputs a constant voltage and a constant frequency in a normal state, but when an overload is applied, the master device can change the output frequency in the normal state to another value within a preset allowable range.
  • a microgrid system and its control method that can be controlled to maintain constant power quality without power outages in a small power system using an energy storage device as a base power source can be provided.
  • a plurality of energy storage devices are used and failures occurring in the operating energy storage devices are quickly detected and responded to, so it is possible to prevent power outages in small-scale power systems by using the energy storage devices as a base power source. Through this, electricity with excellent power quality can be supplied.
  • a small capacity renewable energy source and an energy storage device are installed in accordance with the power demand at the beginning of installing the energy storage device, and thereafter, If the load increases, additional renewable energy sources and energy storage devices can be installed.
  • economic feasibility can be secured by reducing the initial investment cost.
  • Figure 1 is a configuration diagram for explaining a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an energy storage device of a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a flowchart showing the master-slave control process of the central controller for a plurality of energy storage devices in a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a control block diagram for the master mode of the master device in the microgrid system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a control block diagram for the slave mode of a slave device in a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a reference diagram for explaining the relationship between frequency setting values.
  • Figure 7 is a diagram for explaining switching the operation mode of a slave device when a failure occurs in the master device in a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a simulation model configuration diagram for verifying a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a simulation model circuit diagram of Figure 8.
  • Figure 10 is a diagram showing the initial startup of the simulation model.
  • Figure 11 is a simulation result when the nominal frequency is maintained even when an overload is applied to the master device.
  • Figure 12 is a simulation result when the frequency is shifted when an overload is applied to the master device.
  • Figure 13 is a simulation result of Comparative Example 1.
  • Figure 14 is a simulation result of Example 1.
  • Figure 15 is a simulation result of Comparative Example 2 and Example 2.
  • Figure 16 is a simulation result of Comparative Example 3.
  • Figure 17 is a simulation result of Example 3.
  • Figure 18 shows simulation results of Example 4.
  • Figure 19 is a flowchart showing a microgrid system control method according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. Additionally, in this specification, 'and/or' is used to mean including at least one of the components listed before and after.
  • connection is used to mean both indirectly connecting and directly connecting a plurality of components.
  • Figure 1 is a configuration diagram for explaining a microgrid system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a block diagram showing an energy storage device of a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
  • the microgrid system 100 is for supplying power to consumers in remote areas where it is difficult to connect to a large-scale power grid, such as an island or mountain top. It is a small-scale power grid system.
  • the microgrid system 100 includes a distributed power source 110, an energy storage system (ESS) 120, and a central controller 130. can do.
  • each of the distributed power source 110 and the energy storage device 120 is electrically connected to the consumer side through a distribution line, and a circuit breaker and a transformer may be installed on the distribution line.
  • the distributed power source 110 and the energy storage device 120 may be connected to the central controller 130 through the low-speed communication network 131.
  • the distributed power source 110 is a power generation facility that produces electricity using renewable energy as an energy source.
  • the renewable energy may be, for example, wind power and solar energy.
  • the distributed power source 110 may be equipped with a wind power generator and a solar power generator.
  • the operation of the distributed power source 110 may be controlled by the central controller 130 that is connected to communication through the low-speed communication network 131.
  • a wind generator and a solar power generator are illustrated as the distributed power source 110, but this is only an example, and the distributed power source 110 may include only a wind generator and only a solar power generator. It could be. Additionally, the distributed power source 110 may include a geothermal generator in addition to a wind power generator or a solar power generator.
  • one or two or more generators may be provided, which may be determined depending on the possibility of obtaining renewable energy at the site where the microgrid system 100 is installed, the capacity of each generator, and the size of the load they will handle. there is.
  • This distributed power source 110 has a characteristic that its output varies depending on the effects of weather or seasons.
  • the microgrid system 100 may further include an emergency power generation facility 140.
  • the emergency power generation facility 140 may be a power generation facility that produces electricity using fossil fuel as an energy source.
  • the emergency power generation facility 140 may be equipped with a diesel generator.
  • the diesel generator uses diesel as an energy source and, together with the distributed power source 110 and the energy storage device 120, can be responsible for supplying power to a plurality of loads, for example, consumers.
  • This emergency power generation facility 140 may be connected to the central controller 130 through a low-speed communication network 131.
  • the emergency power generation facility 140 controls the central controller 130 when the power generation amount of the distributed power source 110, which produces electricity using renewable energy as an energy source, is insufficient or a serious problem occurs with the energy storage device 120. It can be driven accordingly.
  • a diesel generator is illustrated as an emergency power generation facility 140 using fossil fuel as an energy source, but it is not limited thereto.
  • a power generation facility using coal as a fuel is an emergency power generation facility ( 140), of course, it can be provided.
  • the energy storage device 120 is connected to the distributed power source 110 to form a microgrid.
  • the energy storage device 120 is a device that stores power supplied from the distributed power source 110 or outputs previously stored power to the outside.
  • the energy storage device 120 receives surplus power from the distributed power source 110 and stores it, and when the load is greater than the power generation amount of the distributed power source 110, the energy storage device 120 stores it.
  • the power is output to the load, for example, the customer.
  • the consumer may refer to a power consumer who consumes power, such as an ordinary home or factory.
  • this energy storage device 120 may include a battery 121, a power conversion device 122, and a device controller 123.
  • the battery 121 may be provided as a secondary battery capable of charging and discharging.
  • the power conversion device 122 converts the power supplied from the distributed power source 110 to charge the battery 121, or the load is converted to the distributed power source 110. ), the power charged in the battery 121 can be converted and discharged to the outside.
  • the device controller 123 can control the power conversion device 122 to charge or discharge the battery 121. That is, the device controller 123 may output a switching signal to the power conversion device 122 so that the battery 121 can be charged or discharged.
  • microgrid system 100 may be provided with a plurality of energy storage devices 120.
  • three energy storage devices 120 consisting of a first energy storage device 120a, a second energy storage device 120b, and a third energy storage device 120c are illustrated, but this is an example. Additionally, only two energy storage devices 120 may be provided, or four or more may be provided. However, for master-slave control described later, it may be desirable to have at least three energy storage devices 120.
  • any one of the first energy storage device 120a, the second energy storage device 120b, and the third energy storage device 120c is a master device (master device) by the central controller 130. unit).
  • the first energy storage device 120a may be set as the master device by the central controller 130. Accordingly, the remaining second energy storage device 120b and third energy storage device 120c may be set as slave units.
  • the first energy storage device 120a which is set as a master device, can output a constant voltage and a constant voltage constant frequency (CVCF) in a normal state.
  • CVCF constant voltage constant frequency
  • the size of the overload borne by the first energy storage device 120a set as the master device in the transient state and the duration of the transient state are determined.
  • the output frequency in the normal state can be changed to another value within a preset allowable range.
  • the device controller 123 of each of the second energy storage device 120b and the third energy storage device 120c set as a slave device is configured to control the first energy storage device 120a set as a master device.
  • the output frequency of can be constantly monitored.
  • the device controller 123 of each of the second energy storage device 120b and the third energy storage device 120c, which are set as slave devices checks whether the first energy storage device 120a, which is set as the master device, is operating normally. You can.
  • the second energy storage device 120b and the third energy storage device 120c are set as slave devices ( If it is confirmed that the output frequency of 120a) has changed to a different value, the active power applied to the master device can be shared through frequency-active power droop control.
  • the slave device can constantly monitor the output frequency to check whether the master device is operating normally, and when an abnormality occurs in the frequency, droop can be immediately controlled. Accordingly, communication delay and resulting power outage, which conventionally occurred between the central controller and slave devices, can be prevented.
  • the second energy storage device 120b and the third energy storage device 120c which are set as slave devices, may be given priority by the central controller 130.
  • the priority refers to the priority to be switched to the master device, which will be explained in more detail below.
  • the central controller 130 may be connected to a distributed power source 110 provided as a wind power generator and a solar power generator through a low-speed communication network 131. Additionally, the central controller 130 may be connected to the first energy storage device 120a, the second energy storage device 120b, and the third energy storage device 120c through the low-speed communication network 131. In addition, the central controller 130 may be connected to emergency power generation equipment 140 equipped with a diesel generator through the low-speed communication network 131.
  • the central controller 130 can individually control at least one distributed power source 110, a plurality of energy storage devices 120, and at least one emergency power generation facility 140. there is.
  • the central controller 130 sets one energy storage device 120 as a master device to be operated in master mode among the plurality of energy storage devices 120, and stores the remaining energy storage devices.
  • Device 120 can be set as a slave device operated in slave mode.
  • the central controller 130 can set the energy storage device 120 to be operated as a master device by combining the charging status of the battery 121 and various state data of the plurality of energy storage devices 120. For example, the central controller 130 may set the energy storage device 120 with the highest charging rate of the battery 121 among the plurality of energy storage devices 120 as the master device.
  • the energy storage device 120 which is set as a master device by the central controller 130, outputs a constant voltage and a constant frequency in a normal state, but when an overload is applied, the output frequency in the normal state is set to a preset value. It can be changed to another value within the allowable range.
  • the slave device that has confirmed that the output frequency of the master device has changed to a different value is connected to the master device through frequency-active power droop control.
  • the applied active power is shared, and the central controller 130 can return the change value of the output frequency of the master device to the output frequency value in the normal state.
  • the central controller 130 sets one of the plurality of energy storage devices 120 as the master device, thereby determining the priority for the energy storage device 120 set as the slave device. can be given.
  • slave devices when at least two or more slave devices monitor that the output frequency of the master device is outside a preset allowable range, they may recognize that the master device is separated from the microgrid.
  • a slave device with a higher priority among slave devices may voluntarily switch to the master device.
  • the highest priority slave device may monitor the output frequency of the master device and, if the output frequency of the master device is monitored as being outside a preset acceptable range, may switch itself to the master device. there is.
  • the central controller 130 may switch a slave device with a higher priority among the slave devices to the master device.
  • the central controller 130 may give new priorities to the remaining slave devices.
  • Figure 3 is a flowchart showing the master-slave control process of the central controller for a plurality of energy storage devices in a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
  • the central controller can begin inspection of the microgrid system (S1).
  • a monitoring start signal for the microgrid can be transmitted from the central controller to a plurality of energy storage devices (ESS Units).
  • ESS Units energy storage devices
  • each of the plurality of energy storage devices can respond to the status (S2).
  • the central controller may output a command to set one energy storage device as a master unit (S3), based on the status information of the plurality of responded energy storage devices.
  • S3 master unit
  • the energy storage device can be set to master mode (S4-1). And the remaining energy storage devices (slave units) are set to slave mode, and priority can be given to each energy storage device (S4-2).
  • the central controller can output a command to start the master mode (S5-1). Accordingly, control of the master device set to master mode can be initiated (S5-2).
  • the central controller can output a command to initiate the slave mode (S5-3). Accordingly, control of slave devices set to slave mode can be initiated (S5-4).
  • the master device set in master mode can be controlled by constant voltage constant frequency (CVCF) (S6-1).
  • CVCF constant voltage constant frequency
  • the master device may be controlled to change the frequency to another value within a preset allowable range.
  • the slave devices set to the slave mode can be operated with power control (S7-1).
  • the high-priority slave device switches its operation mode from slave mode to master mode, and accordingly, is controlled by constant voltage constant frequency (CVCF). It can be (S8).
  • CVCF constant voltage constant frequency
  • the central controller 130 can output a command to give new priorities to the remaining slave devices (S9-1).
  • the priorities of the remaining slave devices are set, and they can be operated with power control (S9-2).
  • Figure 4 is a control block diagram for the master mode of the master device in the microgrid system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a control block diagram of the slave device of the slave device in the microgrid system according to an embodiment of the present invention. This is a control block diagram for the mode.
  • the master mode can output a voltage of a constant frequency.
  • the magnitude of the output voltage may be controlled by a reference value set by the central controller 130 or the power conversion device (122 in FIG. 2) itself, and the magnitude of the output voltage may be kept constant.
  • the master device is used to reduce the size and duration of the overload.
  • the frequency can be shifted from the nominal frequency to another frequency.
  • the device controller of the master device may increase the phase angle ⁇ t of the output voltage by a certain amount and keep the frequency constant.
  • the phase angle compensation value ⁇ can be calculated through the calculation equation 1 below.
  • s is the sign of the master device active power.
  • the sign is (-), and when active power is supplied from the microgrid to the energy storage device, the sign is (+) )am.
  • K ⁇ is a coefficient for calculating the phase angle compensation value. In order to limit the frequency variation range (allowable range), the maximum and minimum values of the phase angle compensation value calculated as in Equation 1 above may be limited.
  • the phase angle of the voltage output from the master device can be calculated using Equation 2 below.
  • ⁇ t-1 is the phase angle in the previous cycle
  • ⁇ s is the phase angle change during one sampling cycle of the device controller.
  • the phase angle change can be calculated using Equation 3 below.
  • f sampling is the sampling frequency in master mode.
  • the voltage phase angle may increase ⁇ s every sampling period to reach the nominal frequency.
  • phase angle compensation value When the sign of the phase angle compensation value is (+), the phase angle increases faster and the frequency becomes higher than the nominal frequency. Conversely, when the sign of the phase angle compensation value is (-), the phase angle increases more slowly and the frequency becomes lower than the nominal frequency.
  • frequency-active power droop control When the frequency in the master device is shifted to a value different from the nominal frequency, in slave mode, frequency-active power droop control is activated, so that the slave devices share some of the active power of the master device that exceeds the nominal power. Thereafter, when the central controller reflects the overload of the master device and commands a new active power reference value to the slave devices, the frequency output from the master device, that is, the frequency of the microgrid, can be restored to the nominal value.
  • active power and reactive power are controlled according to commands from the central controller, and frequency-active power droop and voltage-reactive power droop operate depending on the frequency and voltage size of the microgrid. It can assist active and reactive power controllers.
  • the status of the master device can be checked through frequency. If the frequency of the microgrid is outside the allowable range, the high-priority slave device can determine that the master device is disconnected from the microgrid and switch itself to the master device to keep the frequency constant.
  • the central controller can command an active power reference value to each slave device by considering the power generation amount of the distributed power source, the power demand of the load, and the battery charge status of the energy storage devices.
  • active power can be controlled by adding the active power reference value sent from the central controller and the droop compensation value according to the frequency of the microgrid.
  • the active power of the slave device can be controlled according to the reference value P * calculated through Equation 4 below.
  • P * central is the active power reference value sent from the central controller
  • K active is the frequency-active power droop coefficient
  • f m is the measured frequency of the microgrid.
  • the slave device If the frequency is higher than the set range, that is, at a frequency higher than (f nom + ⁇ f min ), the slave device operates to reduce the active power sent to the microgrid or to increase the active power taken from the microgrid. I do it. Conversely, at frequencies lower than (f nom - ⁇ f min ), it operates in the direction of increasing the active power sent to the microgrid or decreasing the active power taken from the microgrid. Once the active power reference value is determined, the q-axis current reference value I * q is calculated.
  • the frequency of the microgrid remains constant at the nominal frequency because the master device maintains the frequency constant.
  • the frequency may change in three cases.
  • the measured frequency at the slave device may differ from the nominal frequency for a short period of time. In this case, the microgrid's frequency can be restored to the nominal frequency before the device controller of the slave device reacts.
  • the master mode when the master device has to bear transient power exceeding the nominal power due to sudden changes in the active power or load of the distributed power source, the master mode is activated and lowers the frequency within the allowable range. You can raise it or raise it.
  • the master device is separated from the microgrid due to an accident, the frequency will fluctuate.
  • slave mode Another function of slave mode is to measure the frequency of the microgrid to check whether the master device is operating normally. As described above, if the master device is connected to the microgrid and operating, the frequency can be maintained within a certain range from the nominal frequency. However, if the master device is separated from the microgrid, the frequency may vary depending on the situation.
  • the central controller can instruct the high-priority slave device to switch to the master device through communication.
  • the slave device determines that the master device is disconnected from the power grid, and the high-priority slave device can decide to switch to the master device on its own.
  • the frequency measured in the slave device is in the range higher than (f nom - ⁇ f master_low ) and lower than (f nom + ⁇ f master_high ), which is indicated in gray. It can be maintained.
  • the frequency-active power droop control of the slave device can be operated at frequencies lower than (f nom - ⁇ f min ) or higher than (f nom + ⁇ f max ). Even if the frequency-active power droop control of the slave device operates, if the frequency is lower than (f nom - ⁇ f low ) or higher than (f nom + ⁇ f high ), the master device is judged to be separated from the microgrid, and the priority is A higher slave device can switch to a master device and supply a constant frequency.
  • ⁇ f low can be set at least 0.1 Hz lower than ⁇ f master_low .
  • ⁇ f high can be set at least 0.1 Hz higher than ⁇ f master _ high .
  • a slave device with a higher priority among the slave devices switches to a constant voltage constant frequency and operates as a base power source.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating switching the operation mode of a slave device when a failure occurs in the master device in a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
  • a failure occurs in the master device.
  • the frequency deviation remained within the acceptable range.
  • the frequency may appear to fluctuate depending on the measurement location.
  • the frequency continues to lower or increase.
  • the slave device initiates droop control when the frequency deviation is outside the acceptable range. As the frequency is lowered, the slave device increases active power discharge or reduces charge.
  • the slave device determines that the master device has been disconnected from the microgrid due to a failure, and is converted to a master device operating in master mode. Afterwards, the central controller can operate the standby energy storage device as a slave device or operate another power generation source.
  • Figure 8 is a simulation model configuration diagram for verifying a microgrid system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 9 is a simulation model circuit diagram of Figure 8.
  • ESS1 Three sets of 100 kW-class energy storage devices were used, and were designated in order as ESS1, ESS2, and ESS3.
  • ESS1 is designated as the master device, starts operation, and is disconnected from the power grid 2.8 seconds later.
  • ESS2 and ESS3 are designated as slave devices, with ESS2 having the highest priority.
  • the load was simplified into a purely resistive load and a constant load. Two sets of single-phase loads and one set of three-phase loads were used as rectifying loads, and a total of five sets of resistive loads were used. Loads are connected to or disconnected from the grid at preset times.
  • the nominal voltage of the energy storage device is 380V, and the nominal voltage of the distribution network is 6.4kV.
  • the leakage impedance of the transformer is 6.5%, and the wiring line has a dominant resistance component.
  • the distributed power source consists of energy storage devices ESS1, ESS2, and ESS3, and the constant current source is indicated by CS.
  • the energy storage device controller was implemented as a DLL file, and the sampling frequency was 10 kHz and the PWM frequency was 5 kHz.
  • the central controller of the microgrid was not implemented separately, and the active power reference value was set in a pattern for each device. At this time, the reactive power was set to 0.
  • Figure 10 shows the initial startup of the simulation model.
  • the active power supplied to the microgrid from the three sets of energy storage devices is P ESS1 , P ESS2 , and P ESS3 , respectively
  • the active power supplied from the constant current source is Pcs
  • the power converted to direct current from the purifier is Pcs.
  • the active power of the load consuming is P rect1 , P rect2 , and P rect3 , respectively
  • the active power of the resistive load consuming AC power is P Rd1 , P Rd2 , P Rd3 , P Rd4 , and P Rd5 , respectively.
  • the master device ESS1 starts operating and supplies voltage V ab_ESS1 to the microgrid. Even if the master device supplies a constant frequency, the frequency in each device slightly changes the moment the load or power generation changes.
  • the current (l a_ESS1 , l a_ESS2 , l a - _ESS3 ) supplied to the microgrid from each energy storage device varies depending on the load of the microgrid and the operation of each device.
  • the current of the slave device is determined according to the respective active power and reactive power standards, but the current l a_ESS1 of the master device is determined according to the active power and reactive power, and respective demand and supply in the microgrid, so it may occur when the load changes suddenly or when a different power source is used. When the output changes, it fluctuates rapidly.
  • the current (l DL1 , l DL2 ) flowing through the two sets of distribution impedances of the microgrid is determined according to the status of the load of the energy storage device.
  • Figure 11 is a simulation result when the nominal frequency is maintained even when an overload is applied to the master device
  • Figure 12 is a simulation result when the frequency is shifted when an overload is applied to the master device.
  • the low-frequency trip level is set to 57 Hz, the lower limit of the frequency at which the slave device starts droop control ( ⁇ f min ) is 0.1 Hz, and the lower limit of the frequency of the master device ( ⁇ f master_low ) is 59.1 Hz.
  • the active power of the master device before disconnection of the resistive load Rd5 in 3.2 seconds is approximately 145 kW.
  • the effective power of the master device before the resistive load Rd5 is disconnected is approximately 128.5 kW.
  • the overload of the master device has been improved by shifting the frequency. If the lower frequency limit is lowered or the droop coefficient of the slave device is increased, the active power borne by the slave device increases, which can further improve the overload of the master device.
  • the overload condition of the master device is resolved and the frequency is restored to the nominal frequency.
  • the simulation compared cases where the slave device converted to the master device and when it did not.
  • ESS1 As soon as the master device (ESS1) is disconnected from the system, a simulation was performed based on the active power of the high-priority slave device (ESS2), the droop coefficient settings of the slave devices (ESS2, ESS3), and whether ESS2 was converted to the master device. , Simulation conditions and results are shown in Table 1 below.
  • ESS2 a high-priority slave device, maintained droop control after ESS1, the master device, was separated from the microgrid, transient ripple or power outage occurred depending on the size of the droop coefficient.
  • Comparative Example 1 simulated a case where the droop coefficient was low, ESS2 was discharging 60 kW, ESS1 was disconnected from the power grid, and ESS2 maintained droop control.
  • the frequency stabilizes at about 59.2 Hz before 3 seconds and 58.2 Hz after load Rd4 is connected to the power grid at 3 seconds.
  • the active power reference value sent from the central controller to ESS2 and ESS3 must be increased.
  • Example 1 simulated the case where ESS1 was disconnected from the power grid and ESS2 was converted to a master device in a situation where the droop coefficient was low and ESS2 was discharging 60 kW.
  • Example 1 the same as Comparative Example 1, when ESS1 is disconnected from the power grid at 2.8 seconds, the frequency is lowered, and droop control of ESS2 and ESS3 is activated to increase the output of active power. However, in 3 seconds, when the load Rd4 is connected to the power grid and the frequency drops below 59 Hz, ESS2 switches to the master device and maintains the frequency at the nominal frequency.
  • Comparative Example 2 simulated a case where the droop coefficient was high and ESS2 was discharging 60 kW, ESS1 was disconnected from the power grid, and ESS2 continued to maintain droop control.
  • Example 2 simulated the case where ESS1 was disconnected from the power grid and ESS2 was converted to a master device in a situation where the droop coefficient was high and ESS2 was discharging 60 kW.
  • Comparative Example 3 simulated a case where the droop coefficient was low, ESS2 was discharging 10 kW, ESS1 was disconnected from the power grid, and ESS2 maintained droop control.
  • the microgrid goes into a power outage.
  • the fact that the frequency appears to have recovered to 60 Hz is due to the operation of the ESS2 and ESS3 controller PLLs after stopping due to a trip.
  • Example 3 simulated the case where ESS1 was disconnected from the power grid and ESS2 was converted to a master device in a situation where the droop coefficient was low and ESS2 was discharging 10 kW.
  • Example 3 when ESS1 is disconnected from the power grid at 2.8 seconds, the frequency is lowered and droop control of ESS2 and ESS3 is activated. However, the frequency continues to lower, and ESS2, which determines that ESS1 is disconnected from the power grid, is converted to the master device. When ESS2 switches to the master device, the microgrid quickly stabilizes because it controls the frequency consistently.
  • Example 4 simulated the case where ESS1 was disconnected from the power grid and ESS2 was converted to a master device in a situation where the droop coefficient was low and ESS2 was charging 60 kW.
  • Example 4 when ESS1 is disconnected from the power grid at 2.8 seconds, the frequency is lowered and droop control of ESS2 and ESS3 is activated, reducing the charging amount of ESS2 and increasing the power generation amount of ESS3.
  • the frequency continues to drop, and eventually it goes out of the allowable range and ESS2 switches to the master device.
  • ESS2 switches to the master device, ESS2 automatically switches from charging to discharging and controls the frequency consistently. Because ESS2 was charging, the frequency drop was larger than in other cases.
  • FIG. 19 a microgrid system control method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 19.
  • the reference numerals of each component refer to FIGS. 1 and 2.
  • Figure 19 is a flowchart showing a microgrid system control method according to an embodiment of the present invention.
  • the microgrid system control method may include steps S110 to S130.
  • one energy storage device 120 can be set as a master device, and the remaining energy storage devices 120 can be set as slave devices.
  • the master device and slave device can be set based on the charging status and various data of the plurality of energy storage devices 120.
  • the energy storage device 120 with the highest charging rate of the battery 121 can be set as the master device.
  • step S110 priority can be given to the slave device. If the master device is disconnected from the microgrid, the slave device with the highest priority can switch to the master device.
  • step S120 a constant voltage and a certain frequency are output from the master device, and when an overload is applied, the output frequency in the normal state can be changed to another value within a preset allowable range. Through this, the size of the overload borne by the master device and the duration of the transient state can be reduced.
  • step S130 the output frequency of the master device can be monitored through the slave device. Through this, it is possible to check whether the master device is operating normally in step S130.
  • step S130 if it is confirmed that the output frequency of the master device has changed to a different value, the active power applied to the master device can be shared through frequency-active power droop control for the slave device.
  • step S130 when the active power applied to the master device is shared through frequency-active power droop control for the slave device, the output frequency change value of the master device can be returned to the output frequency value in the normal state.
  • the slave devices may recognize that the master device is separated from the microgrid. Accordingly, a high-priority slave device can switch itself to a master device.
  • the highest priority slave device can monitor the output frequency of the master device, and if the master device's output frequency is monitored as being outside the preset tolerance range, the master device is recognized as disconnected from the microgrid and , can turn itself into a master device.
  • step S130 if the slave device does not recognize the situation in which the master device is separated from the microgrid, the slave device with high priority among the slave devices can be converted to the master device.
  • step S130 new priorities can be given to the remaining slave devices.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

마이크로그리드 시스템이 제공된다. 상기 마이크로그리드 시스템은, 재생 가능한 에너지를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 분산 전원; 상기 분산 전원과 연결되어 마이크로그리드를 이루되, 상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 기 저장되어 있는 전력을 외부로 출력하는 복수 개의 에너지저장장치; 및 상기 분산 전원 및 복수 개의 에너지저장장치를 제어하는 중앙 제어기를 포함하되, 상기 중앙 제어기는, 상기 복수 개의 에너지저장장치 중에서, 어느 하나의 에너지저장장치는 마스터 장치로 설정하고, 나머지 에너지저장장치는 슬레이브 장치로 설정하며, 상기 마스터 장치는, 정상 상태에서, 일정한 전압 및 일정한 주파수를 출력하다가, 과부하가 인가되면, 상기 정상 상태에서의 출력 주파수를 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경할 수 있다.

Description

마이크로그리드 시스템 및 그 제어 방법
본 발명은 마이크로그리드 시스템 및 그 제어방법에 관련된 것으로, 보다 구체적으로는, 에너지저장장치를 기저전원으로 이용하는 소규모 전력 계통에서, 정전 없이 전력 품질이 일정하게 유지되도록 제어할 수 있는, 마이크로그리드 시스템 및 그 제어 방법에 관련된 것이다.
섬이나 산 정상과 같이 대규모 전력망에 연결이 어려운 오지의 경우에는 디젤 발전기와 같은 발전 장치와 부하로 구성된 소규모 전력 계통을 구성한다. 하지만, 최근 들어, 이산화탄소와 같이 온난화를 가속시키는 물질의 배출을 줄이기 위하여 디젤 발전기 대신 재생 에너지를 이용하여 전기를 공급하기도 한다.
상기 재생 에너지를 이용할 경우, 재생 에너지의 발전량이 부하의 소비 패턴과 일치하지 않기 때문에, 에너지저장장치를 사용하여, 재생 에너지의 발전량이 부하보다 많은 경우에는 충전하고, 부하가 재생 에너지의 발전량보다 많은 경우에는 방전한다.
에너지저장장치를 사용하더라도 재생 에너지 발전량이 부족하거나 에너지저장창지에 고장이 발생한 경우 전기를 공급하기 위하여 디젤 발전기를 계속 사용한다. 즉, 에너지저장장치가 전력 계통의 주파수와 전압을 유지하는 기저전원으로 동작한다.
에너지저장장치를 사용하는 종래의 소규모 전력 계통에서, 에너지저장장치의 고장에 대비하여 복수 개의 에너지저장장치를 설치할 수 있다. 그러나 복수 개의 에너지저장장치를 설치해도 1세트의 에너지저장장치만 동작하고 나머지 에너지저장장치는 정지 상태에서 대기한다. 1세트의 에너지저장장치만을 설치할 경우에는 전력변환장치의 고장에 대비하여 복수의 전력변환장치를 사용하기도 하지만, 이 경우에도 1대의 전력변환장치만 동작하고 나머지 전력변환장치는 정지 상태에서 대기한다.
에너지저장장치가 기저전원으로 동작하는 소규모 전력 계통에서 에너지저장장치에서 고장이 발생하면 대기중인 다른 에너지저장장치, 전력변환장치 또는 디젤 발전기가 동작하여 일정한 주파수의 전기를 공급할 때까지 최소 수 ms에서 수백 ms가 소요되어 정전으로 연결된다.
복수의 에너지저장장치 또는 복수의 전력변환장치를 설치해도 동시에 운전하지 않고 1세트 또는 1대만 운전하는 이유는 소수의 전력변환장치가 병렬로 전력을 분담하는 상황에서 1대의 전력변환장치에서 고장이 발생하면 전력 계통의 주파수를 일정하게 유지할 수 없기 때문이다.
소규모 전력 계통에서 에너지저장장치가 종래의 제어 방법을 사용하여 기저전원으로 동작할 때 발생 가능한 문제는 다음과 같다.
첫째, 기저전원으로 동작하는 에너지저장장치를 설치한 이후 예상되는 전력소비 증가까지 반영하여 과도하게 큰 전력변환장치를 처음부터 설치하기 때문에 초기 투자 비용이 높아 경제성이 낮다.
둘째, 에너지저장장치에서 고장이 발생할 경우, 순간적인 정전이 발생하기 때문에 전력 공급의 신뢰성이 낮다.
셋째, 장기간 운전한 이후, 배터리의 수명이 감소하여 배터리를 추가로 설치해야 할 경우 전체 배터리를 교체해야 하기 때문에 유지 비용이 과도하게 발생된다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 에너지저장장치를 기저전원으로 이용하는 소규모 전력 계통에서, 정전 없이 전력 품질이 일정하게 유지되도록 제어할 수 있는, 마이크로그리드 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 일 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 마이크로그리드 시스템을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 마이크로그리드 시스템은, 재생 가능한 에너지를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 분산 전원; 상기 분산 전원과 연결되어 마이크로그리드를 이루되, 상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 기 저장되어 있는 전력을 외부로 출력하는 복수 개의 에너지저장장치; 및 상기 분산 전원 및 복수 개의 에너지저장장치를 제어하는 중앙 제어기를 포함하되, 상기 중앙 제어기는, 상기 복수 개의 에너지저장장치 중에서, 어느 하나의 에너지저장장치는 마스터 장치로 설정하고, 나머지 에너지저장장치는 슬레이브 장치로 설정하며, 상기 마스터 장치는, 정상 상태에서, 일정한 전압 및 일정한 주파수를 출력하다가, 과부하가 인가되면, 상기 정상 상태에서의 출력 주파수를 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 에너지저장장치는, 충, 방전이 가능한 배터리; 상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 변환하여 상기 배터리를 충전시키거나 상기 배터리에 충전되어 있는 전력을 변환하여 외부로 방전시키는 전력변환장치; 및 상기 배터리에 대한 충전 또는 방전이 이루어지도록, 상기 전력변환장치를 제어하는 장치 제어기를 포함하되, 상기 에너지저장장치가 슬레이브 장치인 경우, 상기 장치 제어기는 상기 마스터 장치의 출력 주파수를 모니터링하여, 상기 마스터 장치의 정상 작동 여부를 확인할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 마스터 장치의 출력 주파수에 대한 모니터링을 통하여, 상기 마스터 장치의 출력 주파수가 다른 값으로 변경된 것으로 확인되는 경우, 상기 슬레이브 장치는, 주파수-유효전력 드룹(droop) 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력을 분담할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 중앙 제어기는, 상기 슬레이브 장치에 대한 주파수-유효전력 드룹 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력이 분담되면, 새로운 유효 전력 기준값을 상기 슬레이브 장치에 지령하여, 상기 마스터 장치의 출력 주파수 변경 값을 정상 상태에서의 출력 주파수 값으로 복귀시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 중앙 제어기는, 상기 슬레이브 장치에 대한 우선 순위를 부여하며, 상기 마스터 장치의 출력 주파수가 상기 기 설정된 허용 범위를 벗어난 것으로 모니터링되는 경우, 상기 슬레이브 장치는 상기 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 것으로 인식하여, 상기 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치가 스스로 마스터 장치로 전환될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 상황을 상기 슬레이브 장치가 인식하지 못한 경우, 상기 중앙 제어기는, 상기 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치를 마스터 장치로 전환시키고, 나머지 슬레이브 장치들에 대한 우선 순위를 새롭게 부여할 수 있다.
한편, 본 발명은 마이크로그리드 시스템 제어 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 마이크로그리드 시스템 제어 방법은, 재생 가능한 에너지를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 분산 전원 및 상기 분산 전원과 연결되어 마이크로그리드를 이루되, 상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 기 저장되어 있는 전력을 외부로 출력하는 복수 개의 에너지저장장치를 포함하는 마이크로그리드 시스템을 제어하는 방법으로, 상기 복수 개의 에너지저장장치 중에서, 어느 하나의 에너지저장장치는 마스터 장치로 설정하고, 나머지 에너지저장장치는 슬레이브 장치로 설정하는 단계; 정상 상태에서는 상기 마스터 장치에서 일정한 전압 및 일정한 주파수가 출력되다가, 과부하가 인가되면, 상기 정상 상태에서의 출력 주파수가 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경되도록 하는 단계; 및 상기 슬레이브 장치를 통하여, 상기 마스터 장치의 출력 주파수를 모니터링하여, 상기 마스터 장치의 정상 작동 여부를 확인하는 단계를 포함하되, 상기 마스터 장치의 출력 주파수가 다른 값으로 변경된 것으로 확인되는 경우, 상기 슬레이브 장치에 대한 주파수-유효전력 드룹(droop) 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력을 분담할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 재생 가능한 에너지를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 분산 전원; 상기 분산 전원과 연결되어 마이크로그리드를 이루되, 상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 기 저장되어 있는 전력을 외부로 출력하는 복수 개의 에너지저장장치; 및 상기 분산 전원 및 복수 개의 에너지저장장치를 제어하는 중앙 제어기를 포함하되, 상기 중앙 제어기는, 상기 복수 개의 에너지저장장치 중에서, 어느 하나의 에너지저장장치는 마스터 장치로 설정하고, 나머지 에너지저장장치는 슬레이브 장치로 설정하며, 상기 마스터 장치는, 정상 상태에서, 일정한 전압 및 일정한 주파수를 출력하다가, 과부하가 인가되면, 상기 정상 상태에서의 출력 주파수를 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경할 수 있다.
이에 따라, 에너지저장장치를 기저전원으로 이용하는 소규모 전력 계통에서, 정전 없이 전력 품질이 일정하게 유지되도록 제어할 수 있는, 마이크로그리드 시스템 및 그 제어 방법이 제공될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 에너지저장장치를 이용하고 동작중인 에너지저장장치에서 발생되는 고장을 빠르게 검출하여 대응하기 때문에 에너지저장장치를 기저전원으로 이용하여 소규모 전력 계통에서 정전을 예방할 수 있으며, 이를 통하여, 전력 품질이 우수한 전기를 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 에너지저장장치를 동시에 운전할 수 있기 때문에, 에너지저장장치를 설치하는 초기에는 전력 수요에 맞춰서 작은 용량의 재생 에너지원과 에너지저장장치를 설치하고, 이후, 부하가 증가하면 재생 에너지원과 에너지저장장치를 추가로 설치할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따르면, 초기 투자 비용을 줄여서 경제성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템의 에너지저장장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 복수 개의 에너지저장장치에 대한 중앙 제어기의 마스터-슬레이브 제어 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 마스터 장치의 마스터 모드를 위한 제어 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 슬레이브 장치의 슬레이브 모드를 위한 제어 블록도이다.
도 6은 주파수 설정값 사이의 관계를 설명하기 위한 참고도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 마스터 장치에 고장이 발생한 경우, 슬레이브 장치의 운전 모드 전환을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템을 검증하기 위한 시뮬레이션 모델 구성도이다.
도 9는 도 8의 시뮬레이션 모델 회로도이다.
도 10은 시뮬레이션 모델의 초기 기동을 보여주는 도면이다.
도 11은 마스터 장치에 과부하가 인가되어도 공칭 주파수가 유지되는 경우의 시뮬레이션 결과이다.
도 12는 마스터 장치에 과부하 인가 시 주파수가 이동되는 경우의 시뮬레이션 결과이다.
도 13은 비교 예1의 시뮬레이션 결과이다.
도 14는 실시 예1의 시뮬레이션 결과이다.
도 15는 비교 예2 실시 예2의 시뮬레이션 결과이다.
도 16은 비교 예3의 시뮬레이션 결과이다.
도 17은 실시 예3의 시뮬레이션 결과이다.
도 18은 실시 예4의 시뮬레이션 결과이다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템을 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템의 에너지저장장치를 나타낸 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템(100)은, 예를 들어, 섬이나 산 정상과 같이 대규모 전력망에 연결이 어려운 오지에서 수용가 측에 전력을 공급하기 위한 소규모 전력 계통 시스템이다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템(100)은, 분산 전원(110), 에너지저장장치(energy storage system; ESS)(120) 및 중앙 제어기(central controller)(130)를 포함할 수 있다. 이때, 분산 전원(110)과 에너지저장장치(120) 각각은, 수용가 측과 배전선을 통하여 전기적으로 연결되며, 상기 배전선에는 차단기와 변압기가 설치될 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 분산 전원(110)과 에너지저장장치(120)는 저속 통신망(131)을 통하여 중앙 제어기(130)와 통신 연결될 수 있다.
상기 분산 전원(110)은 재생 가능한 에너지를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 발전 설비이다. 여기서, 상기 재생 가능한 에너지는 예를 들어, 풍력 및 태양광일 수 있다. 이에 따라, 상기 분산 전원(110)은 풍력 발전기와 태양광 발전기로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 분산 전원(110)은 저속 통신망(131)을 통하여 통신 연결되어 있는 중앙 제어기(130)에 의하여 운전이 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서는 분산 전원(110)으로 풍력 발전기와 태양광 발전기를 예시하였으나, 이는 일례일 뿐, 분산 전원(110)으로는 풍력 발전기만이 구비될 수 있고, 태양광 발전기만이 구비될 수도 있다. 또한, 분산 전원(110)으로는 풍력 발전기나 태양광 발전기 외에도 지열 발전기가 더 구비될 수 있다.
이때, 각 발전기는 1대 또는 2대 이상 구비될 수 있는데, 이는, 마이크로그리드 시스템(100)이 설치되는 현장에서의 재생 에너지 획득 가능성, 각 발전기의 용량 및 이들이 담당할 부하의 크기 등에 따라서 결정될 수 있다.
이러한 분산 전원(110)은 날씨나 계절 등의 영향에 따라서 출력이 변동되는 특성이 있다. 이를 보완하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템(100)은 비상 발전 설비(140)를 더 포함할 수 있다.
상기 비상 발전 설비(140)는 화석 연료를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 발전 설비일 수 있다. 예를 들어, 상기 비상 발전 설비(140)는 디젤 발전기로 구비될 수 있다. 디젤 발전기는 경유를 에너지원으로 하며, 분산 전원(110) 및 에너지저장장치(120)와 함께 복수의 부하, 예를 들어, 수용가 측에 대한 전력 공급을 담당할 수 있다.
이러한 비상 발전 설비(140)는 저속 통신망(131)을 통하여 중앙 제어기(130)와 통신 연결될 수 있다. 비상 발전 설비(140)는 재생 가능한 에너지를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 분산 전원(110)의 발전량이 부족하거나 에너지저장장치(120)에 심각한 문제가 발생된 경우, 중앙 제어기(130)의 제어에 따라 운전될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서는 화석 연료를 에너지원으로 하는 비상 발전 설비(140)로 디젤 발전기를 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 석탄을 연료로 사용하는 발전 설비가 비상 발전 설비(140)로 구비될 수 있음은 물론이다.
에너지저장장치(120)는 분산 전원(110)과 연결되어 마이크로그리드를 이룬다. 상기 에너지저장장치(120)는 분산 전원(110)으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 기 저장되어 있는 전력을 외부로 출력하는 장치이다.
즉, 에너지저장장치(120)는 분산 전원(110)의 발전량이 부하보다 많은 경우, 분산 전원(110)으로부터 잉여 전력을 공급 받아 저장하고, 부하가 분산 전원(110)의 발전량보다 많은 경우, 저장되어 있는 전력을 부하, 예를 들어, 수용가 측으로 출력한다. 여기서, 수용가는 일반 가정이나 공장 등과 같이 전력을 소비하는 전력 소비자를 의미할 수 있다.
도 2를 참조하면, 이러한 에너지저장장치(120)는 배터리(121), 전력변환장치(122) 및 장치 제어기(123)를 포함할 수 있다.
상기 배터리(121)는 충, 방전이 가능한 2차 전지로 구비될 수 있다. 또한, 상기 전력변환장치(122)는 분산 전원(110)의 발전량이 부하보다 많은 경우, 분산 전원(110)으로부터 공급되는 전력을 변환하여 배터리(121)를 충전시키거나, 부하가 분산 전원(110)의 발전량보다 많은 경우, 배터리(121)에 충전되어 있는 전력을 변환하여 외부로 방전시킬 수 있다.
상기 장치 제어기(123)는 배터리(121)에 대한 충전 또는 방전이 이루어지도록, 전력변환장치(122)를 제어할 수 있다. 즉, 장치 제어기(123)는 배터리(121)에 대한 충전 또는 방전이 이루어지도록, 전력변환장치(122)에 스위칭 신호를 출력할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템(100)은 복수 개의 에너지저장장치(120)를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서는 제1 에너지저장장치(120a), 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c)로 이루어진 3개의 에너지저장장치(120)를 예시하였으나, 이는 일례일 뿐, 에너지저장장치(120)는 2개만 구비될 수도 있고, 4개 이상 구비될 수도 있다. 다만, 후술되는 마스터-슬레이브 제어를 위하여, 에너지저장장치(120)는 적어도 3개 이상 구비되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 에너지저장장치(120a), 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c) 중 어느 하나는 중앙 제어기(130)에 의하여 마스터 장치(master unit)로 설정될 수 있다.
예를 들어, 제1 에너지저장장치(120a)가 중앙 제어기(130)에 의하여 마스터 장치로 설정될 수 있다. 이에, 나머지 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c)는 슬레이브 장치들(slave units)로 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 마스터 장치로 설정된 제1 에너지저장장치(120a)는, 정상 상태에서, 일정한 전압 및 일정한 주파수(constant voltage constant frequency; CVCF)를 출력할 수 있다.
이 상태에서, 마스터 장치로 설정된 제1 에너지저장장치(120a)에 과부하가 인가되면, 과도 상태에서 마스터 장치로 설정된 제1 에너지저장장치(120a)에서 부담하는 과부하의 크기와 과도 상태의 지속 시간을 줄이기 위하여, 정상 상태에서의 출력 주파수를 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경할 수 있다.
한편, 종래의 마스터-슬레이브 제어에서는 마스터 장치에 이상이 발생된 경우, 중앙 제어기에서 별도로 슬레이브 장치에 작동 명령을 내리는데, 이 경우, 중앙 제어기와 슬레이브 장치 간의 물리적인 통신 거리로 인하여, 통신 딜레이가 발생되고, 이러한 통신 딜레이는 정전을 유발하게 된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 슬레이브 장치로 설정된 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c) 각각의 장치 제어기(123)는 마스터 장치로 설정된 제1 에너지저장장치(120a)의 출력 주파수를 항시적으로 모니터링할 수 있다.
이를 통하여, 슬레이브 장치로 설정된 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c) 각각의 장치 제어기(123)는 마스터 장치로 설정된 제1 에너지저장장치(120a)의 정상 작동 여부를 확인할 수 있다.
슬레이브 장치로 설정된 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c)는, 마스터 장치로 설정된 제1 에너지저장장치(120a)의 출력 주파수를 모니터링하는 과정에서, 제1 에너지저장장치(120a)의 출력 주파수가 다른 값으로 변경된 것으로 확인되는 경우, 주파수-유효전력 드룹(droop) 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력을 분담할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 슬레이브 장치가 항시적으로 출력 주파수를 모니터링하면서 마스터 장치의 정상 작동 여부를 확인하고, 주파수에 이상 발생 시, 즉각적으로 드룹 제어될 수 있다. 이에 따라, 종래에 중앙 제어기와 슬레이브 장치 간 발생되던 통신 딜레이 및 이로 인한 정전 발생은 방지될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 슬레이브 장치로 설정된 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c)는 중앙 제어기(130)에 의하여, 우선 순위가 부여될 수 있다. 여기서, 상기 우선 순위는 마스터 장치로 전환될 우선 순위를 의미하는데, 이에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
다시 도 1을 참조하면, 중앙 제어기(130)는 저속 통신망(131)을 통하여, 풍력 발전기 및 태양광 발전기로 구비되는 분산 전원(110)과 통신 연결될 수 있다. 또한, 중앙 제어기(130)는 저속 통신망(131)을 통하여, 제1 에너지저장장치(120a), 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c)와 통신 연결될 수 있다. 그리고 중앙 제어기(130)는 저속 통신망(131)을 통하여, 디젤 발전기로 구비되는 비상 발전 설비(140)와도 통신 연결될 수 있다.
이를 통하여, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 중앙 제어기(130)는 적어도 하나의 분산 전원(110), 복수 개의 에너지저장장치(120) 및 적어도 하나의 비상 발전 설비(140)를 개별 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 중앙 제어기(130)는, 복수 개의 에너지저장장치(120) 중에서, 어느 하나의 에너지저장장치(120)는 마스터 모드로 운전되는 마스터 장치로 설정하고, 나머지 에너지저장장치(120)는 슬레이브 모드로 운전되는 슬레이브 장치로 설정할 수 있다.
상기 중앙 제어기(130)는 복수 개의 에너지저장장치(120)의 배터리(121) 충전 상태 및 각종 상태 데이터를 종합하여, 마스터 장치로 운전될 에너지저장장치(120)를 설정할 수 있다. 예를 들어, 중앙 제어기(130)는 복수 개의 에너지저장장치(120) 중에서 배터리(121)의 충전율이 가장 높은 에너지저장장치(120)를 마스터 장치로 설정할 수 있다.
이와 같이, 중앙 제어기(130)에 의하여, 마스터 장치로 설정된 에너지저장장치(120)는, 정상 상태에서, 일정한 전압 및 일정한 주파수를 출력하다가, 과부하가 인가되면, 정상 상태에서의 출력 주파수를 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경할 수 있다.
이때, 전술한 바와 같이, 마스터 장치의 출력 주파수에 대한 모니터링을 통하여, 마스터 장치의 출력 주파수가 다른 값으로 변경된 것으로 확인한 슬레이브 장치는, 주파수-유효전력 드룹(droop) 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력을 분담하며, 이에, 중앙 제어기(130)는 마스터 장치의 출력 주파수 변경 값을 정상 상태에서의 출력 주파수 값으로 복귀시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 중앙 제어기(130)는 복수 개의 에너지저장장치(120) 중에서 어느 하나를 마스터 장치로 설정함에 따라, 슬레이브 장치로 설정된 에너지저장장치(120)에 대한 우선 순위를 부여할 수 있다.
이에 따라, 적어도 둘 이상의 슬레이브 장치는 마스터 장치의 출력 주파수가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 것으로 모니터링되는 경우, 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 것으로 인식할 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치가 스스로 마스터 장치로 전환될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 우선 순위가 가장 높은 슬레이브 장치가, 마스터 장치의 출력 주파수를 모니터링할 수 있고, 마스터 장치의 출력 주파수가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 것으로 모니터링되는 경우, 스스로 마스터 장치로 전환될 수 있다.
한편, 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 상황을 슬레이브 장치가 인식하지 못한 경우, 중앙 제어기(130)는, 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치를 마스터 장치로 전환시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 중앙 제어기(130)는, 나머지 슬레이브 장치들에 대한 우선 순위를 새롭게 부여할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여, 복수 개의 에너지저장장치에 대한 중앙 제어기의 마스터-슬레이브 제어 과정을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 복수 개의 에너지저장장치에 대한 중앙 제어기의 마스터-슬레이브 제어 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 중앙 제어기(central controller)는 마이크로그리드 시스템에 대한 점검을 시작할 수 있다(S1).
즉, 중앙 제어기로부터 마이크로그리드에 대한 모니터링 시작 신호가 복수 개의 에너지저장장치(ESS Units)에 전달될 수 있다.
이에, 복수 개의 에너지저장장치는 각각, 상태에 대한 응답을 할 수 있다(S2).
중앙 제어기는 응답된 복수 개의 에너지저장장치의 상태 정보에 기반하여, 어느 하나의 에너지저장장치를 마스터 장치(Master unit)로 설정하는 명령을 출력할 수 있다(S3).
이에, 해당 에너지저장장치는 마스터 모드로 세팅될 수 있다(S4-1). 그리고 나머지 에너지저장장치(slave units)는 슬레이브 모드로 세팅되고, 각 에너지저장장치 별 우선 순위가 부여될 수 있다(S4-2).
한편, 중앙 제어기는 마스터 모드를 개시하는 명령을 출력할 수 있다(S5-1). 이에, 마스터 모드로 세팅된 마스터 장치에 대한 제어가 개시될 수 있다(S5-2).
또한, 중앙 제어기는 슬레이브 모드를 개시하는 명령을 출력할 수 있다(S5-3). 이에, 슬레이브 모드로 세팅된 슬레이브 장치들에 대한 제어가 개시될 수 있다(S5-4).
여기서, 마스터 모드로 세팅된 마스터 장치는 정전압 정주파수(CVCF)로 제어될 수 있다(S6-1). 예를 들어, 마스터 장치에 과부하가 인가되는 경우, 마스터 장치는 주파수를 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경하도록 제어될 수 있다.
이때, 마스터 모드로 세팅된 마스터 장치에 대한 정전압 정주파수(CVCF) 제어에 이상이 발생되면(S6-2), 예를 들어, 전류가 허용 범위를 벗어난 경우, 상기 마스터 모드로 세팅된 마스터 장치는 마이크로그리드에서 분리될 수 있다(S6-3).
한편, 슬레이브 모드로 세팅된 슬레이브 장치들에 대한 제어가 개시되면(S5-4), 상기 슬레이브 모드로 세팅된 슬레이브 장치들은 전력 제어로 운전될 수 있다(S7-1).
이때, 마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리된 것으로 확인되면(S7-2), 우선 순위가 높은 슬레이브 장치가 슬레이브 모드에서 마스터 모드로 운전 모드가 스스로 전환되고, 이에 따라, 정전압 정주파수(CVCF)로 제어될 수 있다(S8).
이에, 중앙 제어기(130)는 나머지 슬레이브 장치들에 대한 우선 순위를 새롭게 부여하는 명령을 출력할 수 있다(S9-1).
이에, 나머지 슬레이브 장치들의 우선 순위가 세팅되며, 전력 제어로 운전될 수 있다(S9-2).
한편, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 마스터 장치의 마스터 모드를 위한 제어 블록도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 슬레이브 장치의 슬레이브 모드를 위한 제어 블록도이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 마스터 모드는 일정한 주파수의 전압을 출력할 수 있다. 이때, 마스터 모드에서는 중앙 제어기(130) 또는 전력변환장치(도 2의 122) 자체에서 설정한 기준값으로 출력 전압의 크기를 제어할 수도 있고, 출력 전압의 크기를 일정하게 유지할 수도 있다.
다른 장치의 출력이나 부하가 급격하게 변동하여 마스터 장치에 과부하가 인가되는 종래의 마스터-슬레이브 제어 방법과는 다르게, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 마스터 장치는 과부하의 크기와 지속 시간을 줄이기 위하여 주파수를 공칭 주파수에서 다른 주파수로 이동시킬 수 있다.
정상 상태에서, 마스터 장치의 장치 제어기(도 2의 123)는 출력 전압의 위상각 θt을 일정한 크기로 증가시키고, 주파수를 일정하게 유지할 수 있다. 하지만, 마스터 장치 유효 전력 Pmaster의 절대값이 공칭 전력보다 높아지면, 하기의 계산식 1을 통하여, 위상각 보상값 △θ을 계산할 수 있다.
계산식 1
Figure PCTKR2023004806-appb-img-000001
여기서, 상기 s는 마스터 장치 유효 전력의 부호로, 유효 전력이 에너지저장장치에서 마이크로그리드로 공급될 때 부호는 (-)이고, 유효 전력이 마이크로그리드에서 에너지저장장치로 공급될 때 부호는 (+)이다. 또한, Kθ는 위상각 보상값을 계산하기 위한 계수이다. 주파수 변동 범위(허용 범위)를 제한하기 위하여, 상기 계산식 1과 같이 계산된 위상각 보상값의 최대값과 최소값이 제한될 수 있다.
마스터 장치에서 출력하는 전압의 위상각은 하기의 계산식 2를 통하여 계산될 수 있다.
계산식 2
Figure PCTKR2023004806-appb-img-000002
여기서, 상기 θt-1는 이전 주기에서의 위상각이며, θs는 장치 제어기의 1 샘플링 주기 동안의 위상각 변화량으로, 상기 위상각 변화량은 하기의 계산식 3을 통하여 계산될 수 있다.
계산식 3
Figure PCTKR2023004806-appb-img-000003
여기서, 상기 fsampling는 마스터 모드에서의 샘플링 주파수이다.
만약, 위상각 보상값이 0이라면, 전압 위상각은 매 샘플링 주기마다 θs 증가하여 공칭 주파수가 될 수 있다.
위상각 보상값의 부호가 (+)인 경우에는 위상각이 더 빠르게 증가하고, 주파수는 공칭 주파수보다 높게 된다. 반대로, 위상각 보상값의 부호가 (-)인 경우에는 위상각이 더 느리게 증가하고 주파수는 공칭 주파수보다 낮게 된다.
마스터 장치에서 주파수를 공칭 주파수와 다른 값으로 이동시키면, 슬레이브 모드에서, 주파수-유효전력 드룹 제어가 작동하여, 공칭 전력을 초과한 마스터 장치의 유효 전력 일부를 슬레이브 장치들이 분담한다. 이후, 중앙 제어기에서 마스터 장치의 과부하를 반영하여, 새로운 유효 전력 기준값을 슬레이브 장치에 지령하면, 마스터 장치에서 출력되는 주파수, 즉, 마이크로그리드의 주파수는 공칭 값으로 회복될 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 슬레이브 모드에서는 중앙 제어기의 지령에 따라서 유효 전력과 무효 전력을 제어하고, 마이크로그리드의 주파수와 전압 크기에 따라서 주파수-유효전력 드룹과 전압-무효전력 드룹이 동작하여 유효 전력과 무효 전력 제어기를 보조할 수 있다.
또한, 슬레이브 모드에서는 주파수를 통하여 마스터 장치의 상태를 점검할 수 있다. 마이크로그리드의 주파수가 허용 범위를 벗어나면, 우선 순위가 높은 슬레이브 장치는, 마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리된 것으로 판단하고 스스로 마스터 장치로 전환하여 주파수를 일정하게 유지할 수 있다.
슬레이브 장치에서 마이크로그리드로 유효 전력을 공급할 때, 즉, 배터리 방전을 통하여, 마이크로그리드로 유효 전력이 공급될 때, 유효 전력의 부호는 (+)이다. 중앙 제어기는 분산 전원의 발전량, 부하의 전력 수요, 그리고 에너지저장장치들의 배터리 충전 상태를 고려하여 각각의 슬레이브 장치에 유효 전력 기준값을 지령할 수 있다.
중앙 제어기에서 유효 전력 기준 값을 지령하면, 슬레이브 모드에서는 중앙 제어기에서 보내온 유효 전력 기준값과 마이크로그리드의 주파수에 따른 드룹 보상값을 합산하여 유효 전력을 제어할 수 있다. 슬레이브 모드에서는 하기의 계산식 4를 통하여 계산된 기준값 P*에 따라서 슬레이브 장치의 유효 전력을 제어할 수 있다.
계산식 4
Figure PCTKR2023004806-appb-img-000004
여기서, 상기 P* central은 중앙 제어기에서 보내온 유효 전력 기준값이며, Kactive는 주파수-유효전력 드룹 계수이고, fm는 측정한 마이크로그리드의 주파수이다.
만약, 주파수가 설정 범위 보다 높다면, 즉, (fnom+Δfmin)보다 높은 주파수에서, 슬레이브 장치는 마이크로그리드로 보내는 유효 전력을 감소시키거나 마이크로그리드에서 가져오는 유효 전력을 증가시키는 방향으로 작동하게 된다. 반대로, (fnom-Δfmin)보다 낮은 주파수에서는 마이크로그리드로 보내는 유효 전력을 증가시키거나 마이크로그리드에서 가져오는 유효 전력을 감소시키는 방향으로 작동하게 된다. 유효 전력 기준값이 결정되면, q축 전류 기준값 I* q를 계산한다.
정상적인 조건이라면, 마스터 장치가 주파수를 일정하게 유지하기 때문에 마이크로그리드의 주파수가 공칭 주파수로 일정하게 유지된다. 그러나 3가지의 경우에 주파수가 변동될 수 있다.
첫번째, 부하 또는 분산 전원의 유효 전력이 급변하는 경우, 슬레이브 장치에서 측정된 주파수가 짧은 시간 동안 공칭 주파수와 달라질 수 있다. 이 경우에는 슬레이브 장치의 장치 제어기가 반응하기 전에 마이크로그리드의 주파수가 공칭 주파수로 회복될 수 있다. 두번째, 마스터 모드에서 설명한 것과 같이, 분산 전원의 유효 전력 또는 부하의 급격한 변동에 의하여 마스터 장치가 공칭 전력을 초과하는 과도 전력을 부담해야 할 경우, 마스터 모드가 작동되어, 허용 범위 내에서 주파수를 낮추거나 높일 수 있다. 세번째, 마스터 장치가 사고에 의해서 마이크로그리드에서 분리된 경우, 주파수가 변동하게 된다.
슬레이브 모드의 또 다른 기능은 마이크로그리드의 주파수를 측정하여 마스터 장치가 정상적으로 동작하는지 여부를 확인하는 것이다. 전술한 바와 같이, 마스터 장치가 마이크로그리드에 연결되어 운전되고 있다면, 주파수는 공칭 주파수에서 일정한 범위 이내로 유지될 수 있다. 그러나 마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리되면, 상황에 따라 주파수가 변동될 수 있다.
마스터 장치가 부담하던 유효 전력이 크지 않고 슬레이브 장치의 드룹 제어가 충분히 보상 한다면, 마이크로그리드의 주파수가 허용 범위 이내를 유지하여, 슬레이브 장치는 마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리된 것으로 판단하지 못할 수 있다. 이런 경우에는 중앙 제어기에서 통신을 통하여 우선 순위가 높은 슬레이브 장치에 마스터 장치로의 전환을 지령할 수 있다.
마스터 장치에서 부담하던 유효 전력이 크거나 슬레이브 장치의 드룹 제어가 충분히 보상하지 못했다면, 마이크로그리드의 주파수는 허용 범위를 벗어날 수 있다. 이런 경우, 슬레이브 장치는 마스터 장치가 전력망에서 분리된 것으로 판단하고, 우선 순위가 높은 슬레이브 장치가 스스로 마스터 장치로의 전환을 결정할 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 마스터 장치가 마이크로그리드에 연결되어 있다면, 슬레이브 장치에서 측정된 주파수는 회색으로 표시되어 있는 (fnom-Δfmaster_low)보다 높고 (fnom+Δfmaster_high)보다 낮은 범위를 유지할 수 있다.
슬레이브 장치의 주파수-유효전력 드룹 제어는 (fnom-Δfmin)보다 낮거나 (fnom+Δfmax)보다 높은 주파수에서 작동될 수 있다. 슬레이브 장치의 주파수-유효전력 드룹 제어가 작동해도 주파수가 (fnom-Δflow)보다 낮거나 (fnom+Δfhigh)보다 높아지면, 마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리된 것으로 판단하여, 우선 순위가 높은 슬레이브 장치가 마스터 장치로 전환되어 일정한 주파수를 공급할 수 있다.
각 에너지저장장치의 장치 제어기에서 사용하는 클럭 소자의 정밀도를 고려하여 Δflow는 Δfmaster_low보다 0.1㎐ 이상 낮게 설정할 수 있다. 동일하게 Δfhigh는 Δfmaster_high보다 0.1㎐ 이상 높게 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 마스터 장치에서 고장이 발생되면, 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치가 정전압 정주파수로 전환되어 기저 전원으로 작동하게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 마스터 장치에 고장이 발생한 경우, 슬레이브 장치의 운전 모드 전환을 설명하기 위한 도면으로, 도 7을 참조하면, 마스터 장치에서 고장이 발생되기 이전에는 주파수 편차가 허용 범위를 유지한다. 이때, 마스터 장치에 고장이 발생되지 않았어도 측정 위치에 따라서 주파수가 흔들리는 것처럼 보일 수 있다. 그러나 마스터 장치에서 고장이 발생된 경우, 주파수는 계속 낮아지거나 높아진다.
슬레이브 장치는, 주파수 편차가 허용 범위를 벗어날 경우, 드룹 제어를 시작한다. 주파수가 낮아지면, 슬레이브 장치는 유효 전력 방전량을 증가시키거나 충전량을 감소시킨다.
그러나 드룹 제어를 해도 주파수가 허용 범위를 벗어날 경우, 슬레이브 장치는 마스터 장치가 고장으로 마이크로그리드에서 분리된 것으로 판단하여, 마스터 모드로 작동되는 마스터 장치로 전환된다. 이후, 중앙 제어기는 대기중인 에너지저장징치를 슬레이브 장치로 작동시키거나 다른 발전원을 작동시킬 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템을 검증하기 위한 시뮬레이션 모델 구성도이고, 도 9는 도 8의 시뮬레이션 모델 회로도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 시뮬레이션 기간을 단축하기 위하여, 시뮬레이션 모델에는 디젤 발전기, 태양광 발전 그리고 풍력 발전은 포함되지 않았다. 전력 계통에 연계되어 출력을 제어하는 장치들은 전류원과 같아서, 시뮬레이션 모델에 3상 정전류원 lcs 1세트를 사용하였다.
100㎾급 에너지저장장치 3세트를 사용하였고, 순서대로 ESS1, ESS2, ESS3으로 표시하였다. ESS1이 마스터 장치로 지정되어 운전을 시작하고 2.8초 이후에 전력망에서 분리된다. ESS2와 ESS3은 슬레이브 장치로 지정되며, ESS2가 높은 우선 순위를 갖는다.
부하는 순수 저항성 부하와 정류성 부하로 단순화하였다. 정류성 부하는 단상 부하 2세트와 3상 부하 1세트, 저항성 부하는 총 5세트를 사용하였다. 부하는 사전에 설정된 시간에 전력망에 연결되거나 분리된다.
에너지저장장치의 공칭 전압은 380V이며, 배전망의 공칭 전압은 6.4㎸이다. 변압기의 누설 임피던스는 6.5%이고, 배선 선로는 저항 성분이 우세하다.
분산 전원은 에너지저장장치들 ESS1, ESS2, ESS3으로 구성되며 정전류원은 CS로 표시하였다. 에너지저장장치 제어기는 DLL 파일로 구현하였으며, 샘플링 주파수는 10㎑, PWM 주파수는 5㎑이다. 마이크로그리드의 중앙 제어기는 별도로 구현하기 않았고, 유효 전력 기준값은 각 장치별로 패턴을 지정하였다. 이때, 무효 전력은 0으로 설정하였다.
도 10은 시뮬레이션 모델의 초기 기동을 보여준다. 도 10을 참조하면, 3세트의 에너지저장장치에서 마이크로그리드에 공급하는 유효 전력은 각각, PESS1, PESS2, PESS3, 정전류원에서 공급하는 유효 전력은 Pcs, 정유기에서 직류로 변환된 전력을 소비하는 부하의 유효 전력은 각각, Prect1, Prect2, Prect3, 교류 전력을 소비하는 저항 부하의 유효 전력은 각각, PRd1, PRd2, PRd3, PRd4, PRd5이다.
마스터 장치 ESS1이 동작을 시작하여 전압 Vab_ESS1을 마이크로그리드에 공급한다. 마스터 장치에서 일정한 주파수를 공급해도, 각각의 장치에서는 부하 또는 발전량이 변동하는 순간 주파수가 미세하게 달라진다.
각각의 에너지저장장치에서 마이크로그리드에 공급하는 전류(la_ESS1, la_ESS2, la-_ESS3)는 마이크로그리드의 부하와 각 장치의 동작에 따라 달라진다. 슬레이브 장치는 각각의 유효 전력과 무효 전력 기준에 따라서 전류가 결정되지만, 마스터 장치의 전류 la_ESS1는 마이크로그리드에서 유효 전력과 무효 전력, 각각의 수요와 공급에 따라서 결정되기 때문에 부하가 급변하거나 다른 전원의 출력이 달라지면 급격하게 변동된다. 마이크로그리드의 배전 임피던스 2세트에 흐르는 전류(lDL1, lDL2)는 에너지저장장치의 부하의 상태에 따라서 결정된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템을 검증하기 위하여 마스터 장치의 주파수 이동에 대하여 시뮬레이션을 진행하였다.
도 11은 마스터 장치에 과부하가 인가되어도 공칭 주파수가 유지되는 경우의 시뮬레이션 결과이고, 도 12는 마스터 장치에 과부하 인가 시 주파수가 이동되는 경우의 시뮬레이션 결과이다.
저주파수 트립 레벨을 57㎐로 설정하고, 슬레이브 장치가 드룹 제어를 시작하는 주파수의 하한값(Δfmin)은 0.1㎐, 마스터 장치의 주파수 하한값(Δfmaster_low)은 59.1㎐이다. 공칭 주파수를 유지하는 경우, 3.2초에 저항 부하 Rd5가 분리되기 전에 마스터 장치의 유효 전력은 대략 145㎾이다. 주파수를 이동하는 경우, 저항 부하 Rd5가 분리되기 전에 마스터 장치의 유효 전력은 대략 128.5㎾이다.
즉, 주파수 이동에 의해서 마스터 장치의 과부하가 개선된 것을 확인할 수 있다. 주파수 하한값을 더 낮추거나 슬레이브 장치의 드룹 계수를 높인다면, 슬레이브 장치에서 부담하는 유효 전력이 증가하여 마스터 장치의 과부하를 더욱 개선할 수 있다. 부하가 감소되거나 중앙 제어기에서 슬레이브 장치에 새로운 전력 기준값을 지령하여 유효 전력이 증가하게 되면, 마스터 장치의 과부하 상태가 해결되고, 주파수는 공칭 주파수로 회복된다.
마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리된 이후, 시뮬레이션은 슬레이브 장치가 마스터 장치로 전환되는 경우와 전환되지 않는 경우를 비교하였다.
마스터 장치(ESS1)가 계통에서 분리되는 순간 우선 순위가 높은 슬레이브 장치(ESS2)의 유효 전력, 슬레이브 장치(ESS2, ESS3)의 드룹 계수 설정, ESS2의 마스터 장치로 전환 여부를 조건으로 시뮬레이션을 수행하였으며, 시뮬레이션 조건과 결과는 아래 표 1에 나타내었다.
ESS2 드룹
계수		 제어 Case 과도
상태


60㎾ 방전
낮음		 드룹 제어
유지		 Case1 안정
모드 전환 Case2 안정

높음		 드룹 제어
유지		 Case3 리플 발생
모드 전환 Case4 리플 발생


10㎾ 방전
낮음		 드룹 제어
유지		 Case5 정전
모드 전환 Case6 안정

높음		 드룹 제어
유지		 Case7 리플 발생
모드 전환 Case8 안정


60㎾ 충전
낮음		 드룹 제어
유지		 Case9 정전
모드 전환 Case10 안정

높음		 드룹 제어
유지		 Case11 정전
모드 전환 Case12 안정
마스터 장치인 ESS1이 마이크로그리드에서 분리된 후 우선 순위가 높은 슬레이브 장치인 ESS2가 드룹 제어를 유지하면, 드룹 계수의 크기에 따라서 과도 상태 리플이 발생되거나 정전이 발생되었다.
그러나 마스터 장치인 ESS1이 마이크로그리드에서 분리된 후 우선 순위가 높은 슬레이브 장치인 ESS2가 마스터 장치로 전환된 경우에는 대부분 안정적으로 동작하였으며, 슬레이브 장치의 드룹 계수가 높은 일부 경우에 과도 상태 리플이 발생되었다. 즉, 마스터 장치인 ESS1이 마이크로그리드에서 분리된 후 우선 순위가 높은 슬레이브 장치인 ESS2가 마스터 장치로 전환된 경우에는 낮은 드룹 계수를 사용한다면 주파수를 안정적으로 유지할 수 있었다.
비교 예1
비교 예1은 드룹 계수가 낮고, ESS2가 60㎾를 방전하는 상황에서 ESS1이 전력망에서 분리되고, ESS2가 드룹 제어를 유지하는 경우에 대하여 시뮬레이션 하였다.
도 13을 참조하면, 비교 예1의 경우, 2.8초에 ESS1이 전력망에서 분리되면 주파수가 낮아지고, ESS2와 ESS3의 드룹 제어가 작동되어 유효 전력의 출력을 증가시킨다.
주파수는 3초 이전에 약 59.2㎐, 3초에 부하 Rd4가 전력망에 연결된 이후에는 58.2㎐ 정도로 안정된다. 주파수를 공칭 주파수로 회복하기 위해서는 중앙 제어기에서 ESS2와 ESS3으로 보내는 유효 전력 기준값을 증가시켜야 한다.
실시 예1
실시 예1은 드룹 계수가 낮고, ESS2가 60㎾를 방전하는 상황에서 ESS1이 전력망에서 분리되고, ESS2가 마스터 장치로 전환되는 경우에 대하여 시뮬레이션 하였다.
도 14를 참조하면, 실시 예1은 비교 예1과 동일하게 2.8초에 ESS1이 전력망에서 분리되면, 주파수가 낮아지고, ESS2와 ESS3의 드룹 제어가 작동되어 유효 전력의 출력을 증가시킨다. 그러나 3초에 부하 Rd4가 전력망에 연결되어 주파수가 59㎐ 이하로 내려가면 ESS2가 마스터 장치로 전환되어 주파수를 공칭 주파수로 유지한다.
단, ESS2가 마스터 장치로 전환된 이후 과부하 상태가 되기 때문에 마이크로그리드의 주파수를 59.1㎐로 이동시켜 과부하 상태를 완화시킨다.
비교 예2
비교 예2는 드룹 계수가 높고, ESS2가 60㎾를 방전하는 상황에서 ESS1이 전력망에서 분리되고, ESS2가 드룹 제어를 계속 유지하는 경우에 대하여 시뮬레이션 하였다.
실시 예2
실시 예2는 드룹 계수가 높고, ESS2가 60㎾를 방전하는 상황에서 ESS1이 전력망에서 분리되고, ESS2가 마스터 장치로 전환되는 경우에 대하여 시뮬레이션 하였다.
도 15를 참조하면, 비교 예2와 실시 예2의 경우, 2.8초에 ESS1이 전력망에서 분리되면, 주파수가 낮아지고, ESS2와 ESS3의 드룹 제어가 유효 전력의 출력을 증가시킨다. 이때, 비교 예2와 실시 예2의 경우, 드룹 계수가 높기 때문에 비교 예1에 비하여 주파수 강하폭은 낮지만 과도 상태에서 리플이 발생된다. 3초에 Rd4가 연결되어도 주파수가 59.4㎐ 이상으로 유지되기 때문에 ESS2는 마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리된 것으로 판단하지 못하고 슬레이브 모드 상태를 유지한다. 이때는 중앙 제어기에서 ESS2에 마스터 모드로의 전환을 지령해야 한다.
비교 예3
비교 예3은 드룹 계수가 낮고, ESS2가 10㎾를 방전하는 상황에서 ESS1이 전력망에서 분리되고, ESS2가 드룹 제어를 유지하는 경우에 대하여 시뮬레이션 하였다.
도 16을 참조하면, 비교 예3의 경우, 2.8초에 ESS1이 전력망에서 분리되면 주파수가 낮아지고, ESS2와 ESS3의 드룹 제어가 작동된다. 그러나 드룹 계수가 낮게 설정된 ESS2와 ESS3이 빠르게 반응할 수 없기 때문에 ESS2와 ESS3은 전압 이상 또는 주파수 이상으로 정지하게 된다.
즉, 마이크로그리드는 정전 상태가 된다. 주파수가 다시 60㎐로 회복된 것처럼 보이는 것은 트립으로 정지한 이후 ESS2와 ESS3 제어기 PLL의 동작에 의한 것이다.
실시 예3
실시 예3은 드룹 계수가 낮고, ESS2가 10㎾를 방전하는 상황에서 ESS1이 전력망에서 분리되고, ESS2가 마스터 장치로 전환되는 경우에 대하여 시뮬레이션 하였다.
도 17을 참조하면, 실시 예3은 2.8초에 ESS1이 전력망에서 분리되면, 주파수가 낮아지고, ESS2와 ESS3의 드룹 제어가 작동된다. 그러나 주파수는 계속 낮아지고, ESS1이 전력망에서 분리된 것으로 판단한 ESS2가 마스터 장치로 전환된다. ESS2가 마스터 장치로 전환되면, 주파수를 일정하게 제어하기 때문에 마이크로그리드는 빠르게 안정된다.
3초 이후에 Rd4가 전력망에 연결되면 순간적으로 ESS2의 출력이 공칭 전력보다 더 높게 되기 때문에, ESS2에서 주파수를 이동시킨다.
실시 예4
실시 예4는 드룹 계수가 낮고, ESS2가 60㎾를 충전하는 상황에서 ESS1이 전력망에서 분리되고, ESS2가 마스터 장치로 전환되는 경우에 대하여 시뮬레이션 하였다.
도 18을 참조하면, 실시 예4는 2.8초에 ESS1이 전력망에서 분리되면, 주파수는 낮아지고, ESS2와 ESS3의 드룹 제어가 작동되어, ESS2의 충전량은 감소시키고 ESS3의 발전량은 증가시킨다.
그러나 주파수는 계속 낮아지고, 결국, 허용 범위를 벗어나서 ESS2가 마스터 장치로 전환된다. ESS2가 마스터 장치로 전환되면, ESS2는 충전에서 방전으로 자동으로 전환되어 주파수를 일정하게 제어한다. ESS2가 충전하는 상황이었기 때문에 다른 경우보다 주파수의 강하폭이 더 크다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템 제어 방법에 대하여 도 19를 참조하여 설명하기로 한다. 여기서, 각 구성들의 도면 부호는 도 1 및 도 2를 참조한다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템 제어 방법은 S110 단계 내지 S130 단계를 포함할 수 있다.
S110 단계
상기 S110 단계에서는 복수 개의 에너지저장장치(120) 중에서, 어느 하나의 에너지저장장치(120)는 마스터 장치로 설정하고, 나머지 에너지저장장치(120)는 슬레이브 장치로 설정할 수 있다.
이때, 상기 S110 단계에서는 복수 개의 에너지저장장치(120)의 충전 상태 및 각종 데이터에 기반하여, 마스터 장치 및 슬레이브 장치를 설정할 수 있다. 예를 들어, S110 단계에서는 배터리(121)의 충전율이 가장 높은 에너지저장장치(120)를 마스터 장치로 설정할 수 있다.
한편, S110 단계에서는 슬레이브 장치에 대한 우선 순위를 부여할 수 있다. 마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리되는 경우, 우선 순위가 가장 높은 슬레이브 장치가 마스터 장치로 전환될 수 있다.
S120 단계
상기 S120 단계에서는 마스터 장치에서 일정한 전압 및 일정한 주파수가 출력되다가, 과부하가 인가되면, 정상 상태에서의 출력 주파수가 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경되도록 할 수 있다. 이를 통하여, 마스터 장치에서 부담하는 과부하의 크기와 과도 상태의 지속 시간을 줄일 수 있따.
S130 단계
상기 S130 단계에서는 슬레이브 장치를 통하여, 마스터 장치의 출력 주파수를 모니터링할 수 있다. 이를 통하여, S130 단계에서는 마스터 장치의 정상 작동 여부를 확인할 수 있다.
S130 단계에서는 마스터 장치의 출력 주파수가 다른 값으로 변경된 것으로 확인되는 경우, 슬레이브 장치에 대한 주파수-유효전력 드룹 제어를 통하여, 마스터 장치에 인가되는 유효 전력을 분담할 수 있다.
또한, S130 단계에서는 슬레이브 장치에 대한 주파수-유효전력 드룹 제어를 통하여, 마스터 장치에 인가되는 유효 전력이 분담되면, 마스터 장치의 출력 주파수 변경 값을 정상 상태에서의 출력 주파수 값으로 복귀시킬 수 있다.
여기서, 마스터 장치의 출력 주파수가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 것으로 슬레이브 장치들에 의하여 모니터링되는 경우, 슬레이브 장치는 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 것으로 인식할 수 있다. 이에, 우선 순위가 높은 슬레이브 장치는 스스로 마스터 장치로 전환될 수 있다.
다른 예로, 우선 순위가 가장 높은 슬레이브 장치가 마스터 장치의 출력 주파수를 모니터링할 수 있으며, 마스터 장치의 출력 주파수가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 것으로 모니터링되는 경우, 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 것으로 인식하여, 스스로 마스터 장치로 전환될 수 있다.
한편, S130 단계에서는 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 상황을 슬레이브 장치가 인식하지 못한 경우, 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치를 마스터 장치로 전환시킬 수 있다.
또한, S130 단계에서는 나머지 슬레이브 장치들에 대한 우선 순위를 새롭게 부여할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 재생 가능한 에너지를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 분산 전원;
    상기 분산 전원과 연결되어 마이크로그리드를 이루되, 상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 기 저장되어 있는 전력을 외부로 출력하는 복수 개의 에너지저장장치; 및
    상기 분산 전원 및 복수 개의 에너지저장장치를 제어하는 중앙 제어기;를 포함하되,
    상기 중앙 제어기는, 상기 복수 개의 에너지저장장치 중에서, 어느 하나의 에너지저장장치는 마스터 장치로 설정하고, 나머지 에너지저장장치는 슬레이브 장치로 설정하며,
    상기 마스터 장치는, 정상 상태에서, 일정한 전압 및 일정한 주파수를 출력하다가, 과부하가 인가되면, 상기 정상 상태에서의 출력 주파수를 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경하는, 마이크로그리드 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 에너지저장장치는,
    충, 방전이 가능한 배터리;
    상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 변환하여 상기 배터리를 충전시키거나 상기 배터리에 충전되어 있는 전력을 변환하여 외부로 방전시키는 전력변환장치; 및
    상기 배터리에 대한 충전 또는 방전이 이루어지도록, 상기 전력변환장치를 제어하는 장치 제어기;를 포함하되,
    상기 에너지저장장치가 슬레이브 장치인 경우, 상기 장치 제어기는 상기 마스터 장치의 출력 주파수를 모니터링하여, 상기 마스터 장치의 정상 작동 여부를 확인하는, 마이크로그리드 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 마스터 장치의 출력 주파수에 대한 모니터링을 통하여, 상기 마스터 장치의 출력 주파수가 다른 값으로 변경된 것으로 확인되는 경우,
    상기 슬레이브 장치는, 주파수-유효전력 드룹(droop) 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력을 분담하는, 마이크로그리드 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 중앙 제어기는, 상기 슬레이브 장치에 대한 주파수-유효전력 드룹 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력이 분담되면, 새로운 유효 전력 기준값을 상기 슬레이브 장치에 지령하여, 상기 마스터 장치의 출력 주파수 변경 값을 정상 상태에서의 출력 주파수 값으로 복귀시키는, 마이크로그리드 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 중앙 제어기는, 상기 슬레이브 장치에 대한 우선 순위를 부여하며,
    상기 마스터 장치의 출력 주파수가 상기 기 설정된 허용 범위를 벗어난 것으로 모니터링되는 경우, 상기 슬레이브 장치는 상기 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 것으로 인식하여, 상기 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치가 스스로 마스터 장치로 전환되는, 마이크로그리드 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 상황을 상기 슬레이브 장치가 인식하지 못한 경우,
    상기 중앙 제어기는, 상기 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치를 마스터 장치로 전환시키고, 나머지 슬레이브 장치들에 대한 우선 순위를 새롭게 부여하는, 마이크로그리드 시스템.
  7. 재생 가능한 에너지를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 분산 전원 및 상기 분산 전원과 연결되어 마이크로그리드를 이루되, 상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 기 저장되어 있는 전력을 외부로 출력하는 복수 개의 에너지저장장치를 포함하는 마이크로그리드 시스템을 제어하는 방법으로,
    상기 복수 개의 에너지저장장치 중에서, 어느 하나의 에너지저장장치는 마스터 장치로 설정하고, 나머지 에너지저장장치는 슬레이브 장치로 설정하는 단계;
    정상 상태에서는 상기 마스터 장치에서 일정한 전압 및 일정한 주파수가 출력되다가, 과부하가 인가되면, 상기 정상 상태에서의 출력 주파수가 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경되도록 하는 단계; 및
    상기 슬레이브 장치를 통하여, 상기 마스터 장치의 출력 주파수를 모니터링하여, 상기 마스터 장치의 정상 작동 여부를 확인하는 단계;를 포함하되,
    상기 마스터 장치의 출력 주파수가 다른 값으로 변경된 것으로 확인되는 경우, 상기 슬레이브 장치에 대한 주파수-유효전력 드룹(droop) 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력을 분담하는, 마이크로그리드 시스템 제어 방법.
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