마이크로그리드에서 에너지저장시스템 용 비상전원 기능을 갖는 계통연계 인버터의 제어기법 :Control Schemes of Grid-connected Inverter with Function of Emergency Power Supply for ESS in Micro-grid

박성열

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박성열 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 최세완

발행연도: 2021

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이용수13

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2021

마이크로그리드에서 에너지저장시스템 용 비상전원 기능을 갖는 계통연계 인버터의 제어기법

박성열 전기정보공학과 2021.01 학위논문

2016

마이크로그리드에서 에너지 저장시스템을 위한 무순단 절체 기능을 갖는 계통연계형 인버터의 병렬운전 제어기법

박성열 , 김주하 , 정아진 외 1명 전력전자학회논문지 2016.06 학술저널

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마이크로그리드에서 에너지저장시스템용 계통연계 인버터는 계통사고 시 비상전원 역할을 수행할 수 있어야 하며 전압 변동에 민감한 중요부하에 안정적인 전압을 지속적으로 공급할 수 있어야 한다. 여기서 인버터는 계통사고 시에도 자동적이고 끊김없는 모드전환기법이 중요한 역할을 하며, 또한 단독운전을 신속하게 검출 할 수 있는 단독운전 검출 기법이 필수적으로 요구된다.
본 논문에서는 중요부하를 갖는 계통연계 형 인버터의 모드전환 기법을 제안한다. 제안하는 모드전환 기법은 리미터를 이용하여 계통연계 운전을 위한 전류 제어기와 독립 운전을 위한 전압 제어기를 하나의 제어기로 통합하였으며, 제어기가 이중 구조로 구성되어 계통연계 시에는 내부 전류 제어기만 동작하고, 단독운전 시 자동으로 외부 전압 제어기가 활성화되어 동작한다. 따라서 제안하는 모드전환 기법 기반 인버터는 모든 계통 조건에서 중요부하에 항상 안정적인 전압을 공급할 수 있고 모드전환 시 발생하는 과도상태도 줄일 수 있다. 또한 본 논문에서는 인버터가 용량의 확장성으로 모듈화 되는 것을 고려하여 Droop 제어 기반 병렬 인버터에 적용할 수 있는 모드전환 기법도 추가적으로 제안하였다.
본 논문에서는 모드전환 기법을 소개하기에 앞서서 모드전환 기법 기반 계통연계 인버터에 필수적으로 요구되는 단독운전 검출 기법도 제안하였다. 기존 단독운전 검출 기법들은 단독운전 시 전압의 크기와 주파수가 NDZ을 벗어나도록 유도하여 단독운전을 검출한다. 하지만 모드전환 기법 기반 인버터에서는 단독운전이 발생하더라도 항상 전압이 NDZ내에서 동작하기 때문에 기존 단독운전 검출기법을 적용하기 어렵다. 따라서 제안하는 무효전력 P&O 단독운전 검출 기법은 인버터 출력에 작은 무효 전력 변동분을발생시키고, 출력 무효전력을 측정하여 무효전력이 지령치를 잘 추종하고 있는지를 확인하여 무효 전력 불일치가 되면 단독운전으로 판단한다. 그래서 제안된 방법을 사용하면 모드전환 기법 기반 인버터는 단독운전 시 중요 부하에 과도상태를 발생시키지 않고 고품질 전력을 공급하면서도 단독운전을 신속하게 검출 할 수 있다.
끝으로 본 논문에서 제안하는 제어 기법을 검증하기 위해 1kW 3상 인버터 시작품 2대 를 제작하여 실험하였고, 이것을 통해서 제안하는 제어 기법의 타당성을 증명하였다.

In the micro-grid, the grid-connected inverter for the energy storage system must be able to perform the role of emergency power in the grid fault and must be able to continuously supply stable voltage to critical loads sensitive to voltage fluctuations. In this case, an automatic and seamless mode transfer method plays an important role when the grid fault occurs, and an anti-islanding method that can quickly detect unintentional islanding is required.
In this paper, we propose a mode transfer method for grid-connected inverters with critical loads. The proposed method integrates a current control loop for grid-connected mode and a voltage control loop for stand-alone mode into one controller using limiters. The controller is composed of a dual loop structure, so only the internal current controller operates during grid-connected mode. When the islanding occurs, the outer voltage control loop is automatically activated and operated. Therefore, when the islanding occurs, the proposed inverter based on the proposed mode transfer method can supply a stable voltage to critical loads and can reduce transients that occur during mode transfers. In addition, in this paper, a mode transfer method that can be applied to the droop control-based parallel inverter is additionally proposed, considering that the inverter is modularized due to its capacity expansion.
In this paper, before introducing the mode transfer method, an anti-islanding method that is essential for the grid-connected inverter was also proposed. Conventional anti-islanding methods detect the islanding by inducing the magnitude and frequency of voltage to deviate from NDZ during the islanding. However, in an inverter based on the mode transfer method, it is difficult to apply the conventional anti-islanding methods because the voltage always operates within the NDZ even if the islanding occurs. Therefore, the proposed reactive power P&O islanding detection method generates a small variation in reactive power in the inverter output, measures the output reactive power to check whether the reactive power is well following the command value, and determines that the reactive power is inconsistent with unintentional islanding. So, if the proposed method is used, the inverter based on the mode transfer method can quickly detect the islanding while supplying high-quality power without generating a transient state to the critical loads during islanding mode.
Finally, two prototypes of 1kW 3-phase inverters were manufactured and tested in order to verify the proposed methods in this paper, and the validity of the proposed methods was verified through this.

#계통연계 인버터 #모드전환 #병렬운전 #Droop 제어

I. 서 론 1
1. 연구의 배경 1
2. 연구의 목적 3
3. 논문의 구성 6
II. 무효전력 P&O 단독운전 검출기법 7
1. 모드전환기법 기반 인버터의 단독운전 검출 이슈 7
2. 제안하는 단독운전 검출 기법 9
3. 모의 실험 13
4. 실험 결과 19
III. 모드전환 기법 25
1. 단독운전 시 과도상태 분석 25
2. 제안하는 모드전환 기법 27
3. 제안하는 모드전환기법 동작원리 31
4. 운전 모드 35
5. 모의 실험 36
6. 실험 결과 44
IV. 병렬 인버터의 모드전환 기법 49
1. 제안하는 모드전환 기법 48
2. 제안하는 병렬인버터의 모드전환기법 49
3. 제안하는 병렬인버터의 모드전환기법 동작원리 52
4. 운전 모드 57
5. 모의 실험 60
6. 실험 결과 67
V. 결 론 72
참고문헌 73
영문초록(Abstract) 80

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