WO2024010161A1 - 무효전력보상장치 - Google Patents

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WO2024010161A1
WO2024010161A1 PCT/KR2023/000596 KR2023000596W WO2024010161A1 WO 2024010161 A1 WO2024010161 A1 WO 2024010161A1 KR 2023000596 W KR2023000596 W KR 2023000596W WO 2024010161 A1 WO2024010161 A1 WO 2024010161A1
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WO
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reactive power
voltage
compensation device
statcom
power
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PCT/KR2023/000596
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이윤민
박기우
윤선재
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엘에스일렉트릭 주식회사
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Publication date
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    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • H02J3/1857—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters wherein such bridge converter is a multilevel converter
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    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/22—Flexible AC transmission systems [FACTS] or power factor or reactive power compensating or correcting units

Definitions

  • This disclosure relates to a reactive power compensation device and a method of operating the same. More specifically, the present disclosure seeks to provide P-statcom and its operating method.
  • the flexible AC transmission system is an operation technology that increases the flexibility of the power system by introducing power electronic control technology to the AC power system.
  • This flexible transmission system can maximize the facility utilization rate of transmission lines, increase transmission capacity, and minimize voltage fluctuations.
  • the flexible transmission system can control transmission power using semiconductor switching devices for power.
  • Flexible transmission systems include SVC (Static Var Compensator) using thyristors and voltage-type MMC STATCOM (Modular Multi-level Converter STATCOM) using IGBT.
  • SVC Static Var Compensator
  • MMC STATCOM Modular Multi-level Converter STATCOM
  • MMC STATCOM was developed to be suitable for high-power facilities such as HVDC (ultra-high voltage direct current transmission). Accordingly, equipment suitable for small-capacity reactive power compensation is required.
  • HVDC ultra-high voltage direct current transmission
  • the present disclosure seeks to provide a reactive power compensation device that can be directly connected to a low-voltage system.
  • the present disclosure seeks to provide a reactive power compensation device capable of power factor control and grid voltage compensation through reactive power injection.
  • the present disclosure seeks to provide a reactive power compensation device suitable for low-voltage, small-capacity reactive power compensation through the fusion of large-capacity reactive power compensation equipment system technology and power conversion technology.
  • the present disclosure seeks to provide a reactive power compensation device consisting of a panel type.
  • the present disclosure seeks to provide a reactive power compensation device in which unit PEBB (Power Electronic Building Block) is configured in parallel by applying modularity.
  • PEBB Power Electronic Building Block
  • the reactive power compensation device includes a plurality of power conversion devices connected in parallel and a STATCOM controller that measures the power factor of the output point of the system and performs power factor control so that the measured power factor reaches the target power factor. It can be included.
  • the STATCOM controller After calculating the reactive power, the STATCOM controller obtains a compensation reactive power value required for the measured power factor to reach the target power factor based on the calculated reactive power, the measured power factor, and the target power factor, Reactive power corresponding to the compensated reactive power value may be supplied to the reactive power compensation device.
  • the STATCOM controller may supply reactive power to the reactive power compensation device when the voltage of the system changes beyond a preset rated voltage range.
  • the STATCOM controller may have a reactive power injection value set in advance according to the fluctuating voltage value.
  • the STATCOM controller can supply positive reactive power to the reactive power compensation device.
  • the STATCOM controller can supply negative reactive power to the reactive power compensation device.
  • the STATCOM controller may supply reactive power corresponding to the maximum reactive power injection value to the reactive power compensation device.
  • the STATCOM controller may supply reactive power corresponding to the minimum reactive power injection value to the reactive power compensation device.
  • the STATCOM controller may not perform voltage compensation when the voltage of the system is within a preset rated voltage range, and may perform the voltage compensation when a voltage change occurs where the voltage of the system is outside the preset rated voltage range.
  • the STATCOM controller can perform harmonic compensation by measuring harmonics at the output point of the transformer that converts the output of the system.
  • the modular pep can be applied to buildings and small factories.
  • the performance of the reactive power compensation device can be secured through power factor correction and voltage compensation.
  • Figure 1 is a diagram illustrating a P-statcom according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 2 is a diagram showing the system configuration of P-STACOM according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 3 is a flowchart illustrating a method of performing power factor control in a P-statcom according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 4 is a diagram for explaining a method of performing voltage compensation in P-statcom according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 5 is an example diagram showing a reactive current output waveform in a P-statcom according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 6 is a circuit diagram designed to verify the performance of P-STACOM according to an embodiment of the present disclosure.
  • Reactive power required by various load devices in the distribution system lowers the power factor of the distribution system, lowering the utilization rate of distribution lines, and the voltage of the distribution system may also change depending on the power demand of the load devices. These power factor drops and voltage fluctuations can reduce the voltage stability of the distribution system, so reactive power compensation may be required to minimize them.
  • SVC Static Var Compensator
  • TSC Thyristor-Switched Capacitor
  • TCR Thyristor-Controlled Reactors
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a P-STACOM according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the system configuration of the P-STACOM according to an embodiment of the present disclosure.
  • the P-Stacom 100 can receive power from the power grid (Grid).
  • the P-statcom 100 may receive power from the power grid as converted power through a transformer (T), but this is only an example and is not limited thereto. That is, the P-statcom 100 may receive power directly from the power grid without going through the transformer (T), or may receive power from the power grid through a configuration other than the transformer (T).
  • P-STATCOM 100 may include an AC circuit breaker (110, ACCB: AC Circuit Breaker), an electromagnetic wave blocking unit 120, a plurality of power conversion devices, and a STATCOM controller 130.
  • AC circuit breaker 110, ACCB: AC Circuit Breaker
  • electromagnetic wave blocking unit 120 a plurality of power conversion devices
  • STATCOM controller 130 a STATCOM controller 130.
  • the AC circuit breaker 110 can block the AC power converted and supplied from the transformer T when it exceeds a preset tolerance.
  • the electromagnetic wave blocking unit 120 can secure EMC (Electromagnetic Compatibility) by blocking electromagnetic waves.
  • EMC Electromagnetic Compatibility
  • the power conversion device may be a PEBB (Power Electronic Building Block).
  • PEBB Power Electronic Building Block
  • PEBB is a Power Electronic Building Block, a type of power conversion system that converts direct current to alternating current or alternating current to direct current. It can be constructed in a modular structure. For example, multiple PEBBs can be connected in parallel as a 3-level NPC type inverter module. Multiple PEBBs can be connected up to 16 units, but this is only an example and is not limited thereto.
  • a plurality of PEBBs are connected in parallel as shown in FIG. 2, which has the advantage of easy maintenance, such as rapid replacement of the broken PEBB when at least one breaks.
  • linked operation can be continued with only the remaining PEBBs, which has the advantage of improving reliability.
  • the P-STATCOM 100 is connected to a low-voltage grid (Grid), and the STATCOM controller 130 can measure the output of the distribution line and perform power factor compensation.
  • Grid low-voltage grid
  • the STATCOM controller 130 can measure the output of point A and perform power factor control (PF Control).
  • the STATCOM controller 130 can control the power factor at point A to a preset target power factor.
  • the STATCOM controller 130 may compensate for reactive power in order to control the power factor to a preset target power factor.
  • Figure 3 is a flowchart illustrating a method of performing power factor control in a P-statcom according to an embodiment of the present disclosure.
  • the STATCOM controller 130 can obtain the measured power factor and target power factor.
  • the measured power factor is the power factor measured by the STATCOM controller 130 for point A.
  • the target power factor may be preset. For example, the target power factor may be set by default or may be set according to user input.
  • the STATCOM controller 130 can calculate reactive power, and at this time, the method of calculating the reactive power is based on known technology, so the description will be omitted.
  • the STATCOM controller 130 may calculate the compensation reactive power value required for the measured power factor to reach the target power factor based on the measured power factor, target power factor, and reactive power.
  • the STATCOM controller 130 may supply reactive power corresponding to the calculated compensated reactive power value to the P-STACOM (100). That is, the STATCOM controller 130 can control the power factor to the target power factor by further outputting the calculated compensated reactive power.
  • the STATCOM controller 130 may perform voltage compensation to inject reactive power even when a voltage change that exceeds a preset voltage range occurs.
  • the STATCOM controller 130 may measure the voltage at point A and perform voltage compensation by injecting reactive power when the measured voltage exceeds a preset voltage range.
  • Figure 4 is a diagram for explaining a method of performing voltage compensation in P-statcom according to an embodiment of the present disclosure.
  • a rated voltage range may be preset in the P-statcom 100.
  • the rated voltage range may be a second voltage value (V2) to a third voltage value (V3).
  • the STATCOM controller 130 measures the voltage at point A, that is, the grid voltage, and can inject reactive power when the measured grid voltage changes beyond a preset rated voltage range. Meanwhile, the reactive power injection value according to the variable voltage value may be set in advance, and may be like the graph shown in FIG. 4.
  • the STATCOM controller 130 determines the voltage value measured according to the preset first graph (G1).
  • a reactive power injection value (Qa) mapped to (Va) may be obtained, and reactive power corresponding to the obtained reactive power injection value (Qa) may be supplied.
  • the STATCOM controller 130 may supply reactive power corresponding to the maximum reactive power injection value (Q1). That is, when the voltage of the system changes below the preset lower limit voltage value (V1), the STATCOM controller 130 transfers the reactive power corresponding to the maximum reactive power injection value (Q1) to the P-STACOM (100). can be supplied.
  • the STATCOM controller 130 measures the measured voltage according to the preset second graph (G2).
  • a reactive power injection value (Qb) mapped to a voltage value (Vb) may be obtained, and reactive power corresponding to the obtained reactive power injection value (Qb) may be supplied.
  • the STATCOM controller 130 may supply reactive power corresponding to the minimum reactive power injection value (Q2). That is, when the voltage of the system changes beyond the preset upper limit voltage value (V4), the STATCOM controller 130 transfers the reactive power corresponding to the minimum reactive power injection value (Q2) to the P-STACOM (100). can be supplied.
  • V1 can be -8 [%]
  • V2 can be -5 [%]
  • V3 can be 5 [%]
  • V4 can be 8 [%]
  • Q1 can be 100 [%]
  • Q2 can be -100 [%].
  • this is only an example, it is reasonable that it is not limited thereto.
  • Figure 5 is an example diagram showing a reactive current output waveform in a P-statcom according to an embodiment of the present disclosure.
  • the example of FIG. 5 may represent a reactive current output waveform when the grid voltage is -8 [%] compared to the rated voltage and the measured grid voltage is the first voltage value (V1) in FIG. 4.
  • the dynamic response speed of the P-statcom according to the present disclosure is about 16 ms, and can output reactive power within one grid cycle. However, the response time can be adjusted according to settings in consideration of the field grid.
  • the STATCOM controller 130 can determine whether a problem occurs in the grid voltage during power factor control.
  • the STATCOM controller 130 may detect that a problem has occurred when a voltage change in the grid voltage outside the preset rated voltage range occurs.
  • the STATCOM controller 130 may stop power factor control and start supplying reactive power for voltage compensation.
  • the STATCOM controller 130 can increase the grid voltage to the rated voltage by injecting positive reactive power.
  • the STATCOM controller 130 can lower the grid voltage to the rated voltage by injecting negative reactive power. That is, the STATCOM controller 130 can compensate for the voltage by injecting reactive power according to the voltage of the control point (point A) through voltage compensation (Volt var Control).
  • Figure 6 is a circuit diagram designed to verify the performance of P-STACOM according to an embodiment of the present disclosure.
  • the above-described P-STACOM 100 may further perform harmonic compensation.
  • the STATCOM controller 130 may obtain point B, that is, the output voltage of the transformer (T), and perform harmonic compensation of the output voltage of the transformer (T).
  • the STATCOM controller 130 may perform harmonic compensation by obtaining the ratio of harmonics (5th and 7th) from the output voltage of the transformer (T).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

본 개시의 실시 예에 따른 무효전력보상장치는 병렬 연결되는 복수개의 전력변환장치 및 상기 계통의 출력 지점의 역률을 측정하고, 측정된 역률이 목표 역률에 도달하도록 역률 제어를 수행하는 스태콤 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

무효전력보상장치
본 개시는 무효전력보상장치 및 그에 동작 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 개시는 P-스태콤 및 그의 동작 방법을 제공하고자 한다.
유연송전시스템 또는 신전력 송전 시스템(FACTS, Flexible AC Transmission System)은 교류 전력 계통에 전력 전자 제어 기술을 도입하여, 전력 계통의 유연성을 증대시키는 운영 기술이다. 이러한 유연송전시스템은 송전 선로의 설비 이용률을 극대화하고, 송전 용량을 증대시키며, 전압 변동을 최소화할 수 있다.
구체적으로, 유연송전시스템은 전력용 반도체 스위칭 소자를 이용하여 송전 전력을 제어할 수 있다. 유연송전시스템은 싸이리스터를 이용하는 SVC(Static Var Compensator)와 IGBT를 적용한 전압형 MMC 스태콤(Modular Multi-level Converter STATCOM) 등이 있다.
한편, MMC 스태콤은 HVDC(초고압직류송전) 등과 같이 대전력설비에 적합하게 개발되었다. 이에, 소용량 무효전력 보상에 적합한 설비가 요구된다.
본 개시는 저압 계통에 직접 연계 가능한 무효전력보상장치를 제공하고자 한다.
본 개시는 무효 전력 주입을 통한 역률제어 및 계통 전압 보상이 가능한 무효전력보상장치를 제공하고자 한다.
본 개시는 대용량 무효전력 보상 설비시스템 기술과 전력변환 기술의 융합을 통해 저압, 소용량 무효전력 보상에 적합한 무효전력보상장치를 제공하고자 한다.
본 개시는 패널 타입(Panel type)으로 구성된 무효전력보상장치를 제공하고자 한다.
본 개시는 모듈화를 적용하여 단위 PEBB(Power Electronic Building Block)을 병렬 구성한 무효전력보상장치를 제공하고자 한다.
본 개시의 실시 예에 따른 무효전력보상장치는 병렬 연결되는 복수개의 전력변환장치 및 상기 계통의 출력 지점의 역률을 측정하고, 측정된 역률이 목표 역률에 도달하도록 역률 제어를 수행하는 스태콤 컨트롤러를 포함할 수 있다.
스태콤 컨트롤러는 무효 전력을 산출한 후 산출된 무효 전력, 상기 측정된 역률 및 상기 목표 역률에 기초하여, 상기 측정된 역률이 상기 목표 역률에 도달하기 위해 요구되는 보상 무효 전력 값을 획득하고, 상기 보상 무효 전력 값에 해당하는 무효 전력을 상기 무효전력보상장치로 공급할 수 있다.
스태콤 컨트롤러는 상기 계통의 전압이 기설정된 정격 전압 범위를 벗어나는 전압 변동이 발생 시 무효 전력을 상기 무효전력보상장치로 공급할 수 있다.
스태콤 컨트롤러에는 상기 전압 변동의 발생 시 변동 전압 값에 따른 무효 전력 주입 값이 미리 설정되어 있을 수 있다.
스태콤 컨트롤러는 상기 계통의 전압이 정격 전압 범위 보다 하강하면, 양의 무효 전력을 상기 무효전력보상장치로 공급할 수 있다.
스태콤 컨트롤러는 상기 계통의 전압이 정격 전압 범위 보다 상승하면, 음의 무효 전력을 상기 무효전력보상장치로 공급할 수 있다.
스태콤 컨트롤러는 상기 계통의 전압이 기설정된 하한 전압 값 미만으로 전압 변동 발생 시, 최대 무효 전력 주입 값에 해당하는 무효 전력을 상기 무효전력보상장치로 공급할 수 있다.
스태콤 컨트롤러는 상기 계통의 전압이 기설정된 상한 전압 값 이상으로 전압 변동 발생 시, 최소 무효 전력 주입 값에 해당하는 무효 전력을 상기 무효전력보상장치로 공급할 수 있다.
스태콤 컨트롤러는 상기 계통의 전압이 기설정된 정격 전압 범위인 경우 전압 보상을 수행하지 않고, 상기 계통의 전압이 기설정된 정격 전압 범위를 벗어나는 전압 변동 발생시 상기 전압 보상을 수행할 수 있다.
스태콤 컨트롤러는 상기 계통의 출력을 변환하는 변압기의 출력 지점의 고조파를 측정하여 고조파 보상을 수행할 수 있다.
본 개시에 따르면, 모듈형 펩을 적용함에 따라 확장 및 유지 보수가 용이하고, 신뢰성과 가격 경쟁력이 확보되는 이점이 있다.
본 개시에 따르면, 모듈형 펩을 적용함에 따라 빌딩 및 소규모 공장에 적용 가능한 이점이 있다.
본 개시에 따르면, 역률 보상 및 전압 보상을 통해 무효전력보상장치의 성능을 확보할 수 있다.
본 개시에 따르면, 저압 계통에 연계하여 배전 선로의 전압 및 역률 보상을 통해 실제 계통에 활용 가능한 무효전력보상장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 P-스태콤이 도시된 도면이다.
도 2은 본 개시의 실시 예에 따른 P-스태콤의 시스템 구성이 도시된 도면이다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 P-스태콤에서 역률 제어를 수행하는 방법이 도시된 순서도이다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 P-스태콤에서 전압 보상을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 P-스태콤에서 무효 전류 출력 파형이 도시된 예시 도면이다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 P-스태콤의 성능 검증을 위해 설계한 회로도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
배전 계통의 다양한 부하장치에서 요구되는 무효 전력은 배전 계통의 역률을 떨어뜨려 배전 선로의 이용률을 저하시키며, 부하 장치의 전력 수요량에 따라 배전 계통의 전압 또한 변동될 수 있다. 이러한 역률 저하와 전압 변동은 배전 계통의 전압 안정도를 떨어뜨릴 수 있으므로 이를 최소화하기위한 무효전력 보상이 요구될 수 있다.
2MVar급 이하의 무효전력 보상에는 주로 SVC(Static Var Compensator) 또는 TSC(Thyristor-Switched Capacitor)와 TCR(Thyristor-Controlled Reactors)등이 사용되었으며 이들은 가격이 싸고 신뢰성이 높다는 장점이 있지만, 수동소자를 사용한 스텝 보상 방식으로 선형 보상이 불가하고 전압 보상 속도가 느린 단점이 있다.
반면에, 인버터를 사용한 무효전력 보상은 선형 보상이 가능하며 전압 보상 속도가 빠르다는 장점이 있다. 이에, 본 개시는 무효전력보상장치로, 인버터를 활용한 패널 타입(Panel type)의 스태콤을 제공하고자 하며, 이를 이하 P-스태콤(P-STATCOM)이라고 명명한다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 P-스태콤이 도시된 도면이고, 도 2은 본 개시의 실시 예에 따른 P-스태콤의 시스템 구성이 도시된 도면이다.
도 2를 참고하면, P-스태콤(100)은 전력망(Grid)으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 일 실시 예에 따르면, P-스태콤(100)은 전력망으로부터 전력을 변압기(T, transformer)를 통해 변환된 전력으로 공급받을 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하므로 이에 제한되지 않음이 타당하다. 즉, P-스태콤(100)은 변압기(T)를 통하지 않고 전력망으로부터 직접 전력을 공급받을 수도 있고, 전력망으로부터 전력을 변압기(T)가 아닌 다른 구성을 통해 공급받을 수도 있다.
P-스태콤(100)은 AC 차단기(110, ACCB:AC Circuit Breaker), 전자파 차단부(120), 복수개의 전력변환장치 및 스태콤 컨트롤러(130)를 포함할 수 있다.
AC 차단기(110)는 변압기(T)에서 변환되어 공급되는 AC 전력이 기설정된 허용치 이상일 경우 차단할 수 있다.
전자파 차단부(120)는 전자파를 차단하여 EMC(Electromagnetic Compatibility)를 확보할 수 있다.
전력변환장치는 펩(PEBB: Power Electronic Building Block)일 수 있다.
펩(PEBB)은 Power Electronic Building Block으로, 직류를 교류로 혹은 교류를 직류로 변환해주는 전력 변환 시스템의 일종으로, 모듈형 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 복수의 PEBB는 3-레벨 NPC 타입의 인버터 모듈로 병렬 연결될 수 있다. 복수의 PEBB는 최대 16대까지 연결될 수 있으나, 이는 예시에 불과하며 이에 제한되지 않는다.
복수의 PEBB는 도 2에 도시된 바와 같이 병렬 연결되어 있는 바, 적어도 하나가 고장난 경우 고장난 PEBB의 신속한 교체가 가능하는 등 유지 보수가 용이한 이점이 있다. 또한, 복수의 PEBB 중 적어도 하나에 고장이 발생하더라도, 나머지 PEBB만으로 연계 운전을 지속할 수 있어, 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.
한편, P-스태콤(100)은 저압 계통(Grid)에 연계되며, 스태콤 컨트롤러(130)는 배전 선로 측의 출력을 측정하고, 역률 보상을 수행할 수 있다.
구체적으로, 스태콤 컨트롤러(130)는 A 지점의 출력을 측정하여 역률 제어(PF Control)를 수행할 수 있다. 스태콤 컨트롤러(130)는 A 지점의 역률을 기설정된 목표 역률로 제어할 수 있다. 스태콤 컨트롤러(130)는 역률을 기설정된 목표 역률로 제어하기 위해, 무효 전력을 보상할 수 있다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 P-스태콤에서 역률 제어를 수행하는 방법이 도시된 순서도이다.
스태콤 컨트롤러(130)는 측정 역률과 목표 역률을 획득할 수 있다. 측정 역률은 스태콤 컨트롤러(130)가 A 지점에 대해 측정한 역률이다. 목표 역률은 기설정되어 있을 수 있다. 예를 들어, 목표 역률은 디폴트로 설정되어 있거나, 사용자 입력에 따라 설정될 수 있다.
그리고, 스태콤 컨트롤러(130)는 무효 전력을 계산할 수 있고, 이 때 무효 전력을 계산하는 방법은 공지의 기술에 의하는 바, 해당 설명은 생략하기로 한다. 스태콤 컨트롤러(130)는 측정 역률, 목표 역률 및 무효 전력에 기초하여 측정 역률이 목표 역률에 도달하기 위해 요구되는 보상 무효 전력 값을 산출할 수 있다. 스태콤 컨트롤러(130)는 산출된 보상 무효 전력 값에 해당하는 무효 전력을 P-스태콤(100)으로 공급할 수 있다. 즉, 스태콤 컨트롤러(130)는 산출된 보상 무효 전력을 더 출력함으로써 역률을 목표 역률로 제어할 수 있다.
또한, 스태콤 컨트롤러(130)는 기설정된 전압 범위를 초과하는 전압 변동이 발생한 경우에도, 무효 전력을 주입하는 전압 보상을 수행할 수 있다.
스태콤 컨트롤러(130)는 A 지점의 전압을 측정하고, 측정된 전압이 기설정된 전압 범위를 초과할 경우 무효 전력을 주입하는 전압 보상을 수행할 수 있다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 P-스태콤에서 전압 보상을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, P-스태콤(100)에는 정격 전압 범위가 미리 설정될 수 있고, 예를 들어 정격 전압 범위는 제2 전압 값(V2) 내지 제3 전압 값(V3)일 수 있다.
스태콤 컨트롤러(130)는 A 지점의 전압, 즉 계통 전압을 측정하고, 측정된 계통 전압이 기설정된 정격 전압 범위를 벗어나는 전압 변동이 발생할 경우 무효 전력을 주입할 수 있다. 한편, 변동 전압 값에 따른 무효 전력 주입 값은 미리 설정될 수 있고, 이는 도 4에 도시된 그래프와 같을 수 있다.
스태콤 컨트롤러(130)는 측정된 전압이 제1 전압 값(V1)과 제2 전압 값(V2) 사이에 해당하는 값(Va)인 경우 기설정된 제1 그래프(G1)에 따라 측정된 전압 값(Va)에 매핑된 무효 전력 주입 값(Qa)을 획득하고, 획득된 무효 전력 주입 값(Qa)에 해당하는 무효 전력을 공급할 수 있다.
스태콤 컨트롤러(130)는 측정된 전압이 제1 전압 값(V1) 이하인 경우에는 최대 무효 전력 주입 값(Q1)에 해당하는 무효 전력을 공급할 수 있다. 즉, 스태콤 컨트롤러(130)는 계통의 전압이 기 설정된 하한 전압 값(V1) 이하로 전압 변동 발생 시, 최대 무효 전력 주입 값(Q1)에 해당하는 무효 전력을 P-스태콤(100)으로 공급할 수 있다.
마찬가지로, 스태콤 컨트롤러(130)는 측정된 전압이 제3 전압 값(V3)과 제4 전압 값(V4) 사이에 해당하는 값(Vb)인 경우 기 설정된 제2 그래프(G2)에 따라 측정된 전압 값(Vb)에 매핑된 무효 전력 주입 값(Qb)을 획득하고, 획득된 무효 전력 주입 값(Qb)에 해당하는 무효 전력을 공급할 수 있다.
스태콤 컨트롤러(130)는 측정된 전압이 제4 전압 값(V4) 이상인 경우에는 최소 무효 전력 주입 값(Q2)에 해당하는 무효 전력을 공급할 수 있다. 즉, 스태콤 컨트롤러(130)는 계통의 전압이 기 설정된 상한 전압 값(V4) 이상으로 전압 변동 발생 시, 최소 무효 전력 주입 값(Q2)에 해당하는 무효 전력을 P-스태콤(100)으로 공급할 수 있다.
도 4에서 V1은 -8[%], V2는 -5[%], V3는 5[%], V4는 8[%]이고, Q1은 100[%], Q2는 -100[%]일 수 있으나, 이는 예시에 불과하므로 이에 제한되지 않음이 타당하다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 P-스태콤에서 무효 전류 출력 파형이 도시된 예시 도면이다.
도 5의 예시는 계통 전압이 정격 전압 대비 -8[%]인 경우, 측정된 계통 전압이 도 4에서 제1 전압 값(V1)인 경우 무효 전류 출력 파형을 나타낼 수 있다. 본 개시에 따른 P-스태콤의 동적 응답 속도는 약 16ms로, 계통 한 주기 이내에 무효 전력을 출력할 수 있으나, 현장 계통을 고려하여 설정에 따라 응답 시간이 조정될 수 있다.
정리하면, 스태콤 컨트롤러(130)는 역률 제어 중 계통 전압에서 문제 발생 여부를 획득할 수 있다. 스태콤 컨트롤러(130)는 계통 전압이 기설정된 정격 전압 범위를 벗어나는 전압 변동이 발생시 문제 발생한 것으로 감지할 수 있다.
스태콤 컨트롤러(130)는 계통 전압에서 문제 발생 시, 역률 제어를 중단하고 전압 보상을 위한 무효 전력의 공급을 시작할 수 있다. 스태콤 컨트롤러(130)는 계통 전압이 정격 전압 범위 보다 하강하면, (+) 무효 전력을 주입하여 계통 전압을 올려 정격 전압으로 맞출 수 있다. 스태콤 컨트롤러(130)는 계통 전압이 정격 전압 범위 보다 상승하면, (-) 무효 전력을 주입하여 계통 전압을 낮추어 정격 전압으로 맞출 수 있다. 즉, 스태콤 컨트롤러(130)는 전압보상(Volt var Control)을 통해 제어 지점(A 지점)의 전압에 따라 무효 전력을 주입하여 전압을 보상할 수 있다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 P-스태콤의 성능 검증을 위해 설계한 회로도이다.
부하(Load)의 부하량(피상전력/역률) 및 목표 역률을 아래 표 1과 같이 설정 시, P-스태콤(100)의 출력과 그에 따른 최종 역률 측정치가 표 1에 함께 도시되어 있다.
No 부하(Load)
피상전력/역률		 목표 역률 P-STATCOM 출력 측정
역률
1 100kVA 0.9 1.0 45.9kVar 0.999
0.95 16.9kVar 0.951
2 200kVA 1.0 90.5kVar 1.0
0.95 33.1kVar 0.948
3 300kVA 1.0 135.9kVar 0.999
0.95 50.2kVar 0.949
4 400kVA 1.0 183.9kVar 0.999
0.95 67.4kVar 0.949
5 500kVA 1.0 229.9kVar 0.999
0.95 83.9kVar 0.950
6 573.5kVA 1.0 249.8kVar 0.999
0.95 96.9kVar 0.948
표 1에 기재된 측정 결과를 통해, 역률 지령 오차 범위 ±0.01 이내로 제어됨을 확인할 수 있다.
한편, 상술한 P-스태콤(100)은 고조파 보상을 더 수행할 수도 있다.
스태콤 컨트롤러(130)는 B 지점, 즉 변압기(T)의 출력 전압을 획득하고, 변압기(T) 출력 전압의 고조파 보상을 수행할 수 있다. 스태콤 컨트롤러(130)는 변압기(T) 출력 전압에서 고조파(5차, 7차)의 비율을 획득하여 고조파 보상을 수행할 수 있다. 본 개시와 같이 고조파 보상을 수행할 경우, 계통의 품질이 향상되는 이점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 계통의 전력을 공급받는 무효전력보상장치에 있어서,
    병렬 연결되는 복수개의 전력변환장치; 및
    상기 계통의 출력 지점의 역률을 측정하고, 측정된 역률이 목표 역률에 도달하도록 역률 제어를 수행하는 스태콤 컨트롤러를 포함하는
    무효전력보상장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스태콤 컨트롤러는
    무효 전력을 산출한 후 산출된 무효 전력, 상기 측정된 역률 및 상기 목표 역률에 기초하여, 상기 측정된 역률이 상기 목표 역률에 도달하기 위해 요구되는 보상 무효 전력 값을 획득하고, 상기 보상 무효 전력 값에 해당하는 무효 전력을 상기 무효전력보상장치로 공급하는
    무효전력보상장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스태콤 컨트롤러는
    상기 계통의 전압이 기설정된 정격 전압 범위를 벗어나는 전압 변동이 발생 시 무효 전력을 상기 무효전력보상장치로 공급하는
    무효전력보상장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 스태콤 컨트롤러에는
    상기 전압 변동의 발생 시 변동 전압 값에 따른 무효 전력 주입 값이 미리 설정되어 있는
    무효전력보상장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 스태콤 컨트롤러는
    상기 계통의 전압이 정격 전압 범위 보다 하강하면, 양의 무효 전력을 상기 무효전력보상장치로 공급하는
    무효전력보상장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 스태콤 컨트롤러는
    상기 계통의 전압이 정격 전압 범위 보다 상승하면, 음의 무효 전력을 상기 무효전력보상장치로 공급하는
    무효전력보상장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 스태콤 컨트롤러는
    상기 계통의 전압이 기설정된 하한 전압 값 미만으로 전압 변동 발생 시, 최대 무효 전력 주입 값에 해당하는 무효 전력을 상기 무효전력보상장치로 공급하는
    무효전력보상장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 스태콤 컨트롤러는
    상기 계통의 전압이 기설정된 상한 전압 값 이상으로 전압 변동 발생 시, 최소 무효 전력 주입 값에 해당하는 무효 전력을 상기 무효전력보상장치로 공급하는
    무효전력보상장치.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 스태콤 컨트롤러는
    상기 계통의 전압이 기설정된 정격 전압 범위인 경우 전압 보상을 수행하지 않고,
    상기 계통의 전압이 기설정된 정격 전압 범위를 벗어나는 전압 변동 발생시 상기 전압 보상을 수행하는
    무효전력보상장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 스태콤 컨트롤러는
    상기 계통의 출력을 변환하는 변압기의 출력 지점의 고조파를 측정하여 고조파 보상을 수행하는
    무효전력보상장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 스태콤 컨트롤러는
    상기 변압기의 출력 전압에서 고조파(5차, 7차)의 비율을 획득하여 상기 고조파 보상을 수행하는
    무효전력보상장치.
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