KR102578329B1 - 가상 동기식 발전기 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

가상 동기식 발전기 디바이스(110)가 개시된다. 디바이스는 인버터(212), 전력 제어부(275), 전력 예비부(264), 전력 지점 추적 제어부(253), 및 가상 관성 제어부(242)를 구비하는 인버터 컨트롤러(231)를 포함한다. 전력 예비부는 예비될 전력의 양을 결정하고 전력의 결정된 양을 나타내는 신호를 전력 지점 추적 컨트롤러로 전송한다. 전력 지점 추적 컨트롤러는 MPP 미만인 전력 지점을 결정하고, 결정된 전력 지점을 나타내는 신호를 전력 제어부로 제공한다. 관성 제어부는 가상 관성을 결정하고 가상 관성을 나타내는 신호를 전력 제어부로 제공한다. 전력 제어부는 전력 지점 추적 신호 및 관성 커맨드 신호에 기초하여 인버터에 전력 제어 신호를 제공한다.

Description

가상 동기식 발전기 시스템 및 방법
본 발명의 실시형태는 일반적으로 전력 발전기(power generator)에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 가상 동기식 발전기(virtual synchronous generator)를 활용하는 전력 발전기에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안 그리드 연계형(grid-connected) 광기전(photovoltaic; PV) 전력 발전 시스템(power generation system)의 사용이 증가하고 있다. PV 전력 발전의 증가하는 활용에서의 한 가지 문제점은, 종래의 전력 시스템에 의해 제공되는 예비 용량(reserve capacity), 또는 회전 관성(rotational inertia)이 결과적으로 감소될 수도 있고, 시스템 불안정성의 위험이 증가될 수도 있다는 것이다.
종래의 발전기(예컨대, 화석 연료 발전기)는 터빈을 구동하기 위해 가스의 온도 및 압력을 증가시킨다. 회전 터빈은 샤프트 또는 로터에 의해 교류 발전기(alternator)에 커플링되어 그와 함께 AC 전기를 생성하는데, 교류 발전기의 회전 속도는 그리드 주파수에 대해 직접적으로 비례한다(즉, 동기식이다).
그러한 종래의 동기식 발전기는, 회전하는 터빈의 질량에 기인하여, 높은 관성을 가지고 동작하고, 따라서, 그리드에 대한 어떠한 교란(disturbance)도 관성에 반하여 작동해야만 한다. 동기식 발전기와 관련되는 이 관성은, 예를 들면, 그것이, 교란의 경우에, 그리드 오퍼레이터(grid operator)가 부하 차단 또는 백업 시스템으로의 전환과 같은 조치를 취할 시간을 제공하기 때문에, 바람직하다. 추가적으로, 동기식 발전기와 관련되는 관성은 시스템의 과도 안정성(transient stability)(즉, 송전 설비 상의 장애, 발전의 손실, 또는 큰 부하의 손실과 같은 교란에 노출되는 경우 동기성을 유지하는 전력 시스템의 능력)을 증가시킨다.
동기식 발전기와는 대조적으로, PV 태양 광 발전기는 그리드 주파수에 대해 비동기식이다. 더 대조적으로, PV 발전기는, PV 모듈의 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 전압 소스 컨버터 또는 인버터를 통해 전력 그리드(power grid)에 통상적으로 연결된다. 통상적인 인버터 기반의 광기전(PV) 발전소(power station)가 회전 엘리먼트를 가지지 않으며, 일반적으로 종래의 최대 전력 지점 추적(maximum power point tracking; MPPT) 제어 전략(예컨대, 종래의 증분 컨덕턴스 타입(incremental-conductance type) MPPT) 하에서 동작하기 때문에, 그들은 전력 그리드를 안정화시키기 위한 충분한 운동 또는 전위 에너지를 제공할 수 없다. 결과적으로, 부하 변경 또는 다른 방해의 경우에, 종래의 PV 기반의 전력 시스템에서의 주파수 변경은 더 빨라질 것이고 동기식 발전기 기반의 전력 시스템보다 덜 안정적인 그리드로 나타날 것이다.
시스템 관성의 감소 없이 그리드 연계형 전력 시스템에서 PV 및 다른 DC 측 전력 공급부(power supply)의 사용을 가능하게 하기 위해, 가상 동기식 발전기(virtual synchronous generator; VSG) 기술이 활용될 수도 있다. 몇몇 공지된 종래의 VSG는, 인버터 출력으로부터 전류/전압 피드백을 사용하는 것 및 적절한 게이팅 신호 및 주파수 제어를 생성하고 그에 의해 시스템의 "가상 관성(virtual inertia)"을 정의하는 것에 의해, 그리드 연계형 인버터가 동기식 발전기의 관성을 시뮬레이팅하는 것을 허용한다. 예를 들면, 몇몇 공지된 VSG는 주파수 제어의 적용을 통해 가상 관성을 정의한다.
그러한 주파수 제어는, 시스템의 관성 응답을 수정하는 것에 의해(즉, 가상 관성을 추가하는 것에 의해), 예를 들면, 기본 주파수에서 뿐만 아니라 에너지 저장 시스템을 통과하는 전력 흐름에서 변동을 최소화하도록 분산형 발전기 또는 인버터의 전력 전자기기 인터페이스(power electronic interface)를 제어하는 것에 의해 통상적으로 구현된다.
주파수 이벤트 또는 교란 이후의 전력 시스템에서의 주파수 변동은 다음의 수학식에 의해 근사될 수 있는데:
Figure 112021075581463-pct00001
여기서, Pgen은 발전된 전력이고, Pload는 손실을 포함한 전력 수요이고, J는 전체 시스템 관성이고, wg는 시스템 주파수이다. 전력 시스템의 관성 상수(H)는 시스템에서의 연결된 발전기의 피상 전력(apparent power)(Sg)으로 정규화되는 운동 에너지이다:
Figure 112021075581463-pct00002
그러면, 수학식 (2)는 다음과 같이 작성될 수 있다:
Figure 112021075581463-pct00003
수학식 (4)는 다음과 같이 각도 주파수(angular frequency)(rad/s) 대신 주파수(Hz)의 항으로 또한 표현될 수 있는데:
Figure 112021075581463-pct00004
여기서 df/dt는 시스템의 주파수의 변화율(rate of change of frequency; ROCOF)이다. 종래의 그리드 연결형 PV 시스템의 감소된 관성과 함께, 시스템의 ROCOF는 증가되는데, 이것은 동일한 시간 프레임에서 시스템의 주파수에서 더 큰 변화를 야기한다.
추가적으로, 종래의 PV 시스템은, 태양 광 패널에 떨어지는 햇빛의 양 및 부하의 전기적 특성 둘 모두에 의존하는 태양 전지로부터 전력 전달 효율성을 향상시키기 위해 MPPT를 활용한다. 햇빛의 양이 변함에 따라, 가장 높은 전력 전달 효율성을 제공하는 부하 특성이 변하고, 그 결과, 전력 전달을 가장 높은 효율성에서 유지하기 위해 부하 특성이 변할 때 시스템의 효율성은 최적화된다. 이 부하 특성은 최대 전력 지점(maximum power point; MPP)으로 칭해지고, MPPT 제어는 이 최대 전력 지점을 결정하고 최대 전력 출력을 제공하기 위해 부하 특성을 MPP에서 유지한다. 종래의 MPPT 제어는, 임의의 주어진 환경 조건에서의 최대 전력을 획득하기 위해, 태양 광 모듈로부터 출력 전력(I-V 곡선)을 샘플링하는 것 및 계산된 저항(즉, 부하)을 적용하는 것에 의해 (예를 들면, 마이크로컨트롤러 사용하여) 동작한다. MPPT 디바이스는, 전력 그리드, 배터리, 또는 모터를 비롯한, 다양한 부하를 구동하기 위한 전압 또는 전류 변환, 필터링, 및 조정을 제공하는 전력 컨버터 시스템에 통상적으로 통합된다. MPP에서의 전력(Pmpp)은 MPP 전압(Vmpp)과 MPP 전류(Impp)의 곱이다.
예를 들면, 통상적인 MPPT 컨트롤러는 증분 컨덕턴스 방법(incremental conductance method)을 활용할 수도 있는데, 여기서 MPPT 컨트롤러는 전압 변화의 영향을 예측하기 위해 PV 어레이 전류 및 전압에서의 증분 변화를 측정한다. 이것은 전압(dP/dV)에 대한 전력에서의 변화의 부호를 계산하기 위해 광기전 어레이의 증분 컨덕턴스(dI/dV)를 사용한다. MPP는 어레이 컨덕턴스(I/V)에 대한 증분 컨덕턴스(IΔ/VΔ)의 비교에 의해 결정된다. 이들 둘이 동일한 경우(I/V = IΔ/VΔ), 출력 전압은 MPP 전압이다. 증분 컨덕턴스 방법은 최대 전력 지점에서 dP/dV = 0이다는 것, 및 P = IV이다는 관찰에 기초한다. PV 어레이의 전류는 전압의 함수로서 표현될 수 있다: P = I(V)V. 따라서, dP/dV = VdI/dV + I(V)이다. 이것을 제로와 동일하게 설정하면 다음의 것을 산출한다: dI/dV = -I(V)/V. 따라서, 최대 전력 지점은, 증분 컨덕턴스가 순간 컨덕턴스의 음의 값과 동일한 경우 달성된다.
PV 전력 공급부가 차선의(sub-optimal) 출력(즉, 최대 전력 추적이 아님)에서 동작하는 경우, 종래의 VSG 제어 방법은 시스템 주파수 조정(예를 들면, 1차 주파수 조정(primary frequency regulation))에 기여할 수 있다. 예를 들면, 이것은, 전력 제한 및/또는 주파수 드룹(frequency droop)(이것은 주파수 조정을 위한 주파수 데드 밴드(frequency dead-band)를 가질 수도 있음)을 적용하는 것에 의해 행해질 수도 있다. 그러나 최대 전력 지점 추적(MPPT)이 수행될 때까지, 최대 전력이 통상적으로 알려지지 않기 때문에, 전력 제한은 최적이 아니다. 추가적으로, 주파수 기반의 드룹은, 측정에서 필터링을 가질 수도 있고, 따라서, 데드 밴드가 PV 인버터로부터 비응답성을 야기할 수도 있는 것에 추가하여, 주파수 이벤트에서 약간의 지연을 야기할 수도 있는 (예를 들면, 로컬의 또는 상위 레벨 컨트롤러로부터의) 주파수 측정에 기초한다. 이들 요인은 PV 인버터로 하여금, 가장 필요로 될 때, 시스템 관성에 효과적으로 기여하지 못하게 한다. 따라서, 그리드에 전력을 제공하기 위해 PV 전력 공급부를 전통적인 VSG에 직접적으로 연결하는 것은 어렵다.
종래의 태양 광 인버터 컨트롤러는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하고 통상적으로 MPPT 알고리즘을 적용하여 PV 패널로부터 이용 가능한 최대 전력 출력을 결정한다. PV 패널이 이용 가능한 햇빛의 양은 시간이 지남에 따라 변하며, 가장 높은 전력 전송 효율성을 가능하게 하는 부하 특성도 마찬가지로 변화한다는 것이 널리 공지되어 있다. 그러한 경우, 전력 전송을 최고 효율성에서 유지하기 위해, 부하 특성이 변경될 때 시스템의 효율성은 최적화된다. PV 패널로부터 전달되는 전력은, I-V 곡선의 도함수(즉, 기울기)(dI/dV)가 I/V 비율과 동일하고 반대인 경우(여기서 dP/dV = 0) 최적화된다. 이것은 최대 전력 지점(MPP)으로서 공지되어 있고 곡선의 "무릎(knee)"에 대응한다. MPPT 디바이스 및 시스템은 MPP를 결정하고 MPP에서 부하 특성을 유지하도록 구성된다. 예를 들면, 많은 종래의 MPPT 시스템은 PV 패널 전기 출력의 전기 출력(예를 들면, I-V 곡선)을 샘플링하고 대응하는 저항(부하)을 적용하여 주어진 환경 조건에 대한 최대 전력을 획득한다. MPP에서의 전력(Pmpp)은 MPP 전압(Vmpp)과 MPP 전류(Impp)의 곱이다. MPPT 디바이스는, 다양한 부하를 구동하기 위한 전압 또는 전류 변환, 필터링, 및 조정을 추가적으로 제공하는 전력 컨버터에 통상적으로 통합된다.
상기에서 논의되는 바와 같이, 이 접근법은, 예를 들면, 과소 주파수(under-frequency) 이벤트와 같은 우발 상황(contingency)의 경우에, PV 시스템에 대한 제로의 이용 가능한 관성으로 나타난다. 따라서, PV 시스템은 그리드 주파수에서의 소망되지 않는 저하의 경우에 제공될 예비 전력(reserve power)의 미리 결정된 양을 예비하는(reserve) 것이 바람직하다. 그러나, PV 시스템에서 주어진 시점에 이용 가능한 최대 전력이 미리 확실하게 알려지지 않기 때문에, 최대 전력의 소정의 백분율에 기초하여 전력의 특정한 양을 예비하는 것은 어려웠다. 예를 들면, PV 인버터를 실행하기 위해 보수적인 고정된 전력 제한에 의존하는 것은 큰 전력 손실을 초래할 수도 있고 따라서 경제적으로 실현 가능하지 않다. 대안적으로, 예상 또는 예측된 최대 전력 레벨에 의존하는 것은, 구현할 값비싼 하드웨어 및 더 복잡한 소프트웨어를 필요로 한다.
최대 전력 지점에서, 다음의 수학식이 성립한다는 것이 널리 공지되어 있다:
Figure 112021075581463-pct00005
추가적으로, 유닛화에 따른 동적 컨덕턴스(per-unitized dynamic conductance; PDC)가 다음과 같이 정의되는 경우:
Figure 112021075581463-pct00006
그러면, 최대 전력 지점(MPP)에서, PDC는 -1과 동일하다. 따라서, 아주 다양한 PV 패널 제조자 및 PV 전지 기술(예를 들면, 모노 실리콘(mono-si), 폴리 실리콘(poly-si), CdTe)이 있지만, 대부분의 패널의 PDC는 큰 전력 범위에 걸쳐 유사하다. 추가적으로, 주어진 전력 범위에서, 예를 들면, 최대 전력의 50 %-100 %에서, 대부분의 패널의 PDC 및 PV 전력은 대략적으로 선형적인 관계를 갖는다.
따라서, 인버터가 비동기식 전력 시스템의 가상 관성을 더욱 효과적으로 제어하는 것을 가능하게 하기 위한 향상된 시스템 및 방법을 갖는 것이 바람직할 것이다.
한 실시형태에서, 전력 시스템을 동작시키기 위한 방법이 개시된다. 방법은, 인버터에 의해 DC 전력 신호를 수신하는 것 및 인버터 컨트롤러를 사용하여 인버터의 전력 출력을 제어하는 것을 포함하는데, 여기서 인버터 컨트롤러는 전력 제어부, 전력 예비부(power reserve portion), 전력 지점 추적 제어부(power point tracking control portion), 및 가상 관성 제어부(virtual inertia control portion)를 포함한다. 방법은, 전력 예비부를 사용하여, 전력 지점 추적 제어부에 의해 예비될 전력의 양을 결정하는 단계, 예비될 전력의 결정된 양을 나타내는 전력 예비 신호를, 전력 예비부로부터 전력 지점 추적 컨트롤러로 제공하는 단계, 전력 지점 추적 컨트롤러에 의해 최대 전력 지점 미만인 전력 지점을 결정하는 단계, 결정된 전력 지점을 나타내는 전력 지점 추적 신호를 전력 제어부로 제공하는 단계, 관성 제어부를 사용하여 가상 관성을 결정하는 단계, 결정된 가상 관성을 나타내는 관성 커맨드 신호를 전력 제어부로 제공하는 단계, 및 전력 제어 신호를 전력 제어부로부터 인버터로 제공하는 단계를 더 포함한다. 제어 신호는 전력 지점 추적 신호 및 관성 커맨드 신호에 적어도 부분적으로 기초한다. 방법은 전력 제어 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 인버터를 동작시키는 것을 또한 포함한다.
본 발명은, 첨부의 도면을 참조로, 비제한적인 실시형태의 하기의 설명의 판독으로부터 더 잘 이해될 것인데, 이하의 첨부의 도면에서:
도 1a는 한 실시형태에 따른 VSG를 활용하는 전력 시스템의 개략도이다;
도 1b는 대안적인 실시형태에 따른 VSG를 활용하는 전력 시스템의 개략도이다;
도 1c는 다른 대안적인 실시형태에 따른 VSG를 활용하는 전력 시스템의 개략도이다;
도 2는 태양 광 전원(solar power source)에 대한 전압-전류 곡선을 예시한다;
도 3은 태양 광 전원에 대한 전압-전력 곡선을 예시한다;
도 4는 한 실시형태에 따른 인버터 컨트롤러의 개략도이다; 그리고
도 5는 한 실시형태에 따른 방법의 흐름도이다.
하기에서는, 예시적인 실시형태에 대한 상세한 참조가 이루어질 것인데, 예시적인 실시형태의 예는 첨부의 도면에서 예시된다. 가능한 곳에서는 어디서든, 도면 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조 문자는, 반복적인 설명이 없는, 동일한 또는 유사한 부분을 가리킨다.
본원에서 개시되는 실시형태가 주로 PV 전력 발전 시스템 및 방법과 관련하여 설명되지만, 본 발명의 실시형태는 본원에서의 교시로부터 이익을 얻는 다른 장치, 시스템, 및/또는 방법에 적용 가능할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
본원에서 설명되는 바와 같은 실시형태는, 인버터와 신호 통신하는 DC 버스에 커플링되는, PV 패널과 같은 전력 발전 시스템 및 그리드와 같은 부하에 대한 연결을 위해, 인버터 제어 방법을 활용하는 인버터 제어 시스템을 포함한다.
이제 도 1을 참조하면, 예시적인 전력 발전 시스템(101)의 개략도가 도시되어 있다. 하나의 실시형태에서, 전력 발전 시스템(101)은 DC 전압 출력(140)을 제공하는 전원(102)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, DC 전압(140)을 수신하고 제어하기 위해 DC 대 DC 컨버터(112)가 전원(102)에 커플링될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 전원(102)은 교류 전류(도시되지 않음)를 제공할 수도 있는데, 교류 전류는, 그 다음, AC 대 DC 컨버터(도시되지 않음)에 의해 직류 전류로 변환된다.
전원(102)은, 예를 들면, 광기전(PV) 발전기 또는 풍력 터빈 발전기와 같은 재생 가능한 전원을 포함할 수도 있다. 실시형태에서, 전원(102)은 적어도 하나의 PV 패널(103)을 포함할 수도 있다. 예시된 실시형태에서 묘사되는 바와 같이, 전력 발전 시스템(101)은, DC 전압(140)을 수신하도록 배열되는, 커패시터와 같은 임시 에너지 저장 디바이스를 갖는 DC 링크(130)를 또한 포함할 수도 있다.
전력 발전 시스템(101)은, 전기 부하 또는 전력 그리드(105)에 대한 연결을 위해 구성되며 한 실시형태에 따른 관성 컨트롤러(242)를 포함하는 가상 동기식 발전기(VSG)(110)를 포함한다. 전원(102)은 최대 전력 지점(MPP) 미만인 전력 한계에서, 즉, 전원(102)의 전류 및 전압의 출력 값이 전력 출력이 MPP 미만인 전력 출력으로 귀결되는 곳에서 실질적으로 동작된다.
전원(102)은 VSG(110)에 전기적으로 커플링된다. 본원에서 설명되는 바와 같이, VSG(110)는 직류 전류(direct current; DC) 전압(140)을, 전기 그리드(105)에 공급되는 교류 전류(alternating current; AC) 출력 신호(205)로 변환하도록 구성된다. VSG(110)는 인버터(212)와 같은 전력 컨버터를 포함한다. DC 전압(140)은 DC 버스(109)로 제공될 수도 있다. DC 버스(109)는 전도성 라인을 통해 인버터(212)에 커플링되어 그것에 DC 전압(140)을 제공한다. 다른 실시형태에서, DC 전압(140)은 인버터(212)에 직접적으로 제공된다. 인버터(212)는 DC 전압(140)을 AC 전압으로 변환하도록 그리고 출력 신호(205)를 그리드(105)로 제공하도록 구성된다.
도 1a 내지 도 1c의 예시된 실시형태에서 도시되는 바와 같이, VSG(110)는 DC-DC 컨버터(112)를 포함할 수도 있다. 전원(102)은 전원(102)의 DC 전력 출력을 DC-DC 컨버터(112)로 제공하기 위해 VSG(110)에 전기적으로 커플링된다. 예를 들면, 실시형태에서, 전원(102) 출력은, DC-DC 컨버터(112)에 의한 제2 DC 전압(142)으로의 변환을 위해, DC-DC 컨버터(112)로 제공되는 제1 DC 전압(140)에 있다. 도 1c에서 묘사되는 바와 같은 다른 실시형태는 DC-DC 컨버터(112)를 생략할 수도 있다.
예를 들면, 한 실시형태에서, 고주파수 DC 대 DC 컨버터(112)는 PV 모듈(103)로부터 출력되는 제1 DC 전압(140)을 고주파수 AC 전압으로 변환하도록, 그 다음, 고주파수 AC 전압을 정류하여 다시 제2 DC 전압(142)으로 낮추도록 배열될 수도 있다. 제2 DC 전압(142)은 전도성 라인을 통해 DC 버스(109)로 제공된다. DC 버스(109)는 인버터(212)에 전기적으로 커플링되어 그것에 제2 DC 전압(142)을 제공할 수도 있다. 추가적인 PV 패널(103), 및/또는 전력 저장 디바이스(도시되지 않음)는 마찬가지로, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, DC 버스(109)에 커플링되는 각각의 제2 DC 전압 출력(142)을 각각 구비하는 각각의 DC-DC 컨버터(도시되지 않음)에 병렬로 커플링될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
다양한 실시형태에서, 인버터(212)는 단일 스테이지 인버터(212)일 수도 있다. 다른 실시형태에서, 인버터(212)는 2 스테이지 인버터(212)와 같은 다중 스테이지 인버터(212)일 수도 있다. 예를 들면, 하나의 실시형태에서, 인버터(212)는, 예를 들면, 종래의 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM) 방법을 사용하여, 완전히 제어되고 조정되는 일련의 반도체 전력 스위치(213)를 포함하는 3 상 2 레벨 토폴로지(three-phase two-level topology)를 갖는다. 반도체 전력 스위치(213)는, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor; IGBT), 게이트 통신 사이리스터(Gate Communicated Thyristor; GCT), 및 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; MOSFET)와 같은 임의의 적절한 디바이스를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 전력 컨버터(212)는 5 레벨 컨버터와 같은 다른 다중 레벨 컨버터를 포함한다.
VSG(110)는 인버터(212) AC 출력 신호(205)를 제어하기 위해 인버터(212)와 신호 통신하는 인버터 제어부(231)를 포함한다. 도 1a 내지 도 1c의 예시된 실시형태에서, 인버터(212)는 전기 시스템(101)에 대한 전압 소스로서 기능하는데, 여기서 인버터 컨트롤러(231)는 인버터(212)의 출력 신호(205)의 주파수 및 진폭을 제어한다. 인버터 컨트롤러(231)는, 그리드(105)로 제공될 조정된 AC 전압 출력 신호(205)를 생성하기 위해, 인버터(212) 반도체 스위치(213)의 턴온 또는 턴 오프 액션을 제어하기 위한 제어 신호(218)를 제공한다.
한 실시형태에 따르면, 인버터 컨트롤러(231)는, 레귤레이터(regulator) 또는 전력 제어부(275), 전력 예비부(264), 전력 지점 추적(power point tracking; PPT) 제어부(253), 및 가상 관성 제어부(242)를 포함하는데, 이들은 협력하여 인버터(212)를 제어하기 위한 제어 신호(218)를 생성한다. 몇몇 실시형태에서, 인버터 컨트롤러(231)는 또한, 인버터(212)를 제어하기 위한 제어 신호(218)를 생성하기 위해, 외부 컨트롤러(716)(예컨대, 중앙 집중식 또는 플랜트 레벨 컨트롤러(716))에 추가로 응답할 수도 있다. 인버터 제어부(231)는 종래의 유효 전력(active power) 및 무효 전력(reactive power) 제어 회로(도시되지 않음)를 포함할 수도 있다. 실시형태에서, 유효 전력 제어 회로는 가상 관성 제어부(242)를 포함할 수도 있다.
인버터(212) 동작은, 인버터 제어부(231)로부터 수신되는 입력 제어 신호(218)에 적어도 부분적으로 기초하여 제어된다. 인버터 제어부(231)는, 수신된 DC 전압(140, 142)을 AC 전압 출력(205)으로 변환하도록 인버터(212)의 동작을 제어하기 위해 PWM 제어 신호의 형태로 제어 신호(218)를 제공할 수도 있다. 예를 들면, 도 1a 내지 도 1c에서 묘사되는 실시형태에서, 전력 제어부(275)는, 인버터(212)에 대한 입력 제어 신호(218)로서 저주파수 사인파 출력을 생성하도록 구성되는 높은 스위칭 주파수 SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation; 정현파 펄스 폭 변조) 스테이지(도시되지 않음)를 포함하는 변조기부(modulator portion; 214)를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 인버터 컨트롤러(231)는 높은 주파수(예를 들면, 50 kHz)에서 ON 상태와 OFF 상태 사이에서 인버터(212)의 전력 MOSFET와 같은 스위치(213)를 빠르게 토글하도록 배열되는 온보드 마이크로컨트롤러(도시되지 않음)를 포함한다. 전력 MOSFET는, DC 신호를 하나 이상의 승압 변압기(step-up transformer)(도시되지 않음)로 제공하여 더 높은 전압 신호를 생성하기 위해, 저전압 DC 소스(예컨대, PV 패널, 배터리, 또는 DC 버스(109))를 사용할 수도 있다. 승압 변압기(도시되지 않음)의 출력은 (예를 들면, 커패시터를 사용하여) 필터링될 수도 있다. 이 더 높은 전압 DC 신호는, 그 다음, 수정된 사인파 신호를 생성하기 위해 마이크로컨트롤러에 의해 추가적인 전력 MOSFET(도시되지 않음)를 사용하여 추가적으로 펄스화될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 예를 들면, 인버터(212)의 DC 입력 스테이지는, 정류된 사인파 출력으로 변조될 수도 있고, 소망되는 사인파 출력(205)을 제공하기 위해 저주파수 스위치식 스테이지(low-frequency switched stage)가 후속될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 인버터 제어부(231)는 인버터(212)와 일체로 배열된다. 다른 실시형태에서, 인버터 제어부(231)는 인버터(212)로부터 떨어져 배치된다.
인버터 제어부(231)로부터 인버터(212)에 의해 수신되는 제어 신호(218)는, 예비 전력의 계산된 또는 결정된 양, 계산된 또는 결정된 가상 관성, 전력 지점 추적 값, 및 그리드의 상태와 같은 하나 이상의 인자에 적어도 기초할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 하나의 실시형태에 따른 인버터 제어부(231)는, 적분기(도시되지 않음), 검출기(도시되지 않음), 전압 레귤레이터(도시되지 않음), 적분기(도시되지 않음), 변조기(214), 및 인버터(212)에 대한 PWM 제어 신호(218)를 생성하도록 집합적으로 구성되는 다양한 합산 엘리먼트와 같은 종래의 엘리먼트를 포함할 수도 있는 전력 제어부(275)를 포함한다. 그러나, 종래의 인버터 제어 방법과는 대조적으로, 그리고 본원에서 더욱 상세하게 논의되는 바와 같이, 전력 제어부(275)의 출력 신호(218)는, 추가적으로, 관성 제어부(242)로부터 수신되는 관성 커맨드 신호(248), 및 전원의 최대 전력 지점(MPP) 미만인 전력 지점 추적 출력 신호(Ppp)에 적어도 부분적으로 기초한다.
실시형태에서, 가상 관성 제어부(242)는 전력 제어부(275)와 신호 통신하도록 배열된다. 가상 관성 제어부(242)는 가상 관성(248)의 양을 계산하거나 또는 결정한다. 한 실시형태에서, 가상 관성 제어부(242)는, 그리드(105) 우발 상황 이벤트 동안 이용 가능하게 될 미리 결정된 또는 소망되는 가상 관성, 및 관성 제어부(242)에 대한 신호 입력에 적어도 부분적으로 기초하여 가상 관성(248)을 계산하거나 또는 결정한다. 실시형태에서, 관성 제어부(242)에 대한 신호 입력은, DC 버스(109)로부터 수신되는 제1 기준 신호(119), 그리드(105)의 상태(예를 들면, 전압, 전류, 주파수, 전력, 부하, 또는 다른 상태)를 나타내는 그리드(105)로부터 수신되는 제2 기준 신호(115), 및 인버터(212)로부터 수신되는 제3 기준 신호와 같은 하나 이상의 기준 신호를 포함할 수도 있다. 가상 관성 제어부(242)는, 결정된 또는 계산된 가상 관성(248)을 나타내는 관성 커맨드 신호(248a)를 전력 제어부(275)로 제공한다.
예를 들면, 도 1b에서 예시되는 바와 같이, 가상 관성 제어부(242)는, DC 버스(109) 상의 전압을 나타내는 DC 기준 신호(119)와 같은, 관성 제어부(242)로 제공되는 제1 입력 신호에 부분적으로 기초하여 가상 관성(248)의 양을 결정할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 도 1c에서 묘사되는 바와 같이, 가상 관성 제어부(242)는, 관성 제어부(242)로 제공되는 미리 결정된 외부 변수(예를 들면, 주파수의 변화율(ROCOF) 또는 그리드(105)의 상태를 나타내는 다른 측정된 변수)를 나타내는 제2 기준 입력 신호(115)에 부분적으로 기초하여 가상 관성(248)의 양을 결정할 수도 있다. 여전히 다른 실시형태에서, 도 1a 내지 도 1c에서 예시되는 바와 같이, 가상 관성 제어부(242)는 (예를 들면, 인버터(212)로부터 수신되는) 그리드 주파수를 나타내는 제3 입력 기준 신호(117)에 부분적으로 기초하여 가상 관성(248)의 양을 결정할 수도 있다. 여전히 다른 실시형태에서, 도 1a에서 묘사되는 바와 같이, 가상 관성 제어부(242)는, 관성 제어부(242)로 제공되는 제1, 제2 및 제3 입력 기준 신호(119, 115, 117)의 조합에 적어도 부분적으로 기초하여 가상 관성(248)의 양을 결정할 수도 있다.
실시형태에서, 관성 제어부(242)는, 예를 들면, 단순 이득 또는 레귤레이터 프로세싱 블록과 같은 종래의 프로세싱 블록(도시되지 않음)을 사용하여 가상 관성(248)을 결정할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 프로세싱 블록은 입력 및 출력에 대한 방향 제어 또는 제한을 각각 포함할 수도 있다.
가상 관성(248)의 미리 결정된 또는 계산된 양은 VSG(110)의 전부하 출력(full load output)과 관련하여 정의될 수도 있다. 실시형태에서, 관성 제어부(242)는, 결정된 가상 관성(248)(예를 들면, VSG(110)의 정격에 종속되는, PV 패널(103)의 최대 전위 출력의 20 %)을 나타내는 관성 커맨드 신호(248a)를 전력 제어부(275)로 제공한다. 다양한 실시형태에서, 이 관성 신호(248a)는 가상 관성(248)의 미리 결정되고 고정된 양을 나타낸다. 가상 관성(248)의 고정된 양은 룩업 테이블에 저장될 수도 있거나 또는 미리 결정된 알고리즘을 사용하여 계산될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 가상 관성(248)의 결정된 양은, VSG로부터 원격에 있는 플랜트 컨트롤러와 같은 외부의 또는 중앙 집중식 컨트롤러(716)에 의해 가상 관성 제어부(242)로 제공되는 제어 신호(713)에 적어도 부분적으로 기초할 수도 있다.
다른 실시형태에서, 가상 관성(248)의 결정된 양을 나타내는 관성 커맨드 신호(248a)는 가상 관성(248)의 동적 가변 양을 나타낸다. 예를 들면, 그러한 실시형태에서, 가상 관성 제어부(242)로부터 전력 제어부(275)로의 가상 관성 커맨드 신호(248a)는, VSG(110)의 전부하 출력과 관련하여 가변적인 가상 관성(248)의 양을 나타낸다. 소정의 실시형태에서, 가상 관성(248)의 가변 양은, 외부 컨트롤러(716)에 의해 결정되며 그로부터 가상 관성 제어부(242)로 제공되는 미리 결정된 시스템 관성 추정 함수를 나타낼 수도 있는 제어 신호(713)에 적어도 부분적으로 기초한다.
도 1a 내지 도 1c의 예시된 실시형태에서, VSG(110)는 전력 지점 추적(PPT) 제어부(253)를 포함한다. 전원이 실질적으로 최대 전력 지점에서 작동하는 것을 보장하도록 통상적으로 구성되는 종래의 전력 시스템과는 대조적으로, 본원에서 설명되는 바와 같은 실시형태는 MPPT를 결정하지 않으면서 동작하도록 구성되고 종래에 결정된 MPP 미만인 전력 지점에서 동작하도록 구성된다.
구체적으로, VSG(110)의 PPT 제어부(253)는 (예를 들면, 종래의 증분 컨덕턴스 계산을 사용하는) 종래의 MPPT 제어와 유사하게 동작하도록 배열되지만, 그러나, 대신, 패널(103)의 최대 이용 가능한 전력(MPP) 미만인 전력의 미리 결정된 또는 계산된 양을 나타내는 PPT 신호(Ppp) 출력을 제공하도록 구성되고, 그에 의해, PV 시스템에 증가된 가상 관성을 제공한다. PPT 제어부(253)는 전력 제어부(275)와 신호 통신하도록 커플링되고 전력 지점 추적 출력 신호(Ppp)를 그것으로 제공한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 도 2의 전류-전압 곡선(V-I 곡선)(281)은 소정의 동작 조건 하에서의 전원(102)의 전압-전류 특성을 예시하고, 도 3의 전력-전압 곡선(P-V 곡선)은 동일한 조건 하에서의 전원(102)의 대응하는 전력 특성을 예시한다. V-I 곡선에서의 전압은 PV 패널(103)의 출력 단자가 함께 단락될 때 단락 전류(Oshort)에서 거의 제로이다. 출력 전압이 증가함에 따라, V-I 곡선(281)의 전류 값은, 개방 회로 전압 출력(V 개방)에서 제로 전류를 향해 급격히 하강하는 무릎 지점(knee point)(Im, Vm)에 도달될 때까지 실질적으로 일정한 레벨을 유지한다.
도 3을 참조하면, 소정의 실시형태에서, P-V 곡선(381)은 V-I 곡선(281)을 따라 각각의 지점에서 전압을 곱한 전류이다. P-V 곡선(381)은, MPP로서 공지되어 있는 도 2의 V-I 곡선의 무릎 지점에 대응하는 최대 전력(Pmpp)을 갖는다.
소정의 실시형태에 따르면, 전력 예비부(264)은 PPT 제어부(253)와 신호 통신한다. 전력 예비 신호(Prpp)는 전력 예비부(264)로부터 출력되고 PPT 제어부(253)에 대한 입력으로서 제공된다. PPT부는 패널(103)의 최대 이용 가능한 전력(MPP) 미만인 전력 추적 지점을 결정하고 결정된 전력 지점을 나타내는 PPT 신호(Ppp) 출력을 전력 제어부(275)로 제공한다. 전력 예비 모듈(264)로부터의 입력 신호(Prpp)를 통합하는 것에 의해, PPT 제어부(253)는 70 % 내지 100 %와 같은 사전 정의된 선형 범위 내에서 최대 전력의 미리 결정된 백분율에서 최대 또는 부분 전력 추출 중 어느 하나를 가능하게 할 수 있다.
한 실시형태에서, 전력 예비 모듈(264)은 DC 소스(102)의 최대 전력 전위(Pmpp)에 대한 예비 전력의 양(Prpp)을 계산하거나 또는 결정한다. 몇몇 실시형태에서, 최대 전력 전위는 PV 전원의 최대 전력 출력일 수도 있거나, 또는 종래의 MPPT 방법을 사용하여 결정될 바와 같은 최대 전력 지점일 수도 있다. 계산된 예비 전력량(Prpp)은 종래의 최대 전력 지점(Pmpp) 미만인 최적의 추적 지점을 결정하기 위해 전력 지점 추적 제어부(253)에 의해 사용된다.
예를 들면, 전력 예비 모듈(264)은, 우발 상황 조건 하에서 예비된 전력을 그리드(105)로 제공한다는 것을 기대하여, 일반적인 동작 조건 하에서 그리드(105)로부터 보류될(즉, 예비로 유지될) 이용 가능한 전력의 양(Prpp)을 결정한다. 예비 전력의 결정된 양(Prpp)은 룩업 테이블에서 저장되는 미리 결정된 값에 적어도 부분적으로 기초할 수도 있고, 및/또는 알고리즘을 실행하는 것에 의할 수도 있다.
실시형태에서, 예비된 전력의 양(Prpp)은, 예비 전력의 양과 표준화된 또는 정규화된 동적 컨덕턴스 사이의 미리 결정된 관계 또는 매핑에 기초하여 전력 예비 모듈(264)에 의해 결정된다. 이러한 방식으로, MPP를 계산할 필요 없이 예비된 전력의 양(Prpp)이 결정된다. 예를 들면, 실시형태에서, 예비된 전력의 양(Prpp)은 미리 결정된 값 또는 예비 전력의 양, 및 (예를 들면, 룩업 테이블 방법에 의해) 계산되는 대응하는 표준화된 동적 컨덕턴스에 기초하여 결정될 수도 있다.
실시형태에서, 인버터 제어부(231)의 전력 제어부(275)는 관성 제어부(242) 및 전력 예비 모듈(264) 둘 모두를 포함할 수도 있다. 또한, 예비 전력 신호(Prpp) 및 전력 지점 추적 출력 신호(Ppp)를 수신하는 것 외에도, 다양한 실시형태에서, 전력 컨트롤러(275)는 커맨드 신호(Pcmd)를 추가적으로 수신할 수도 있다. 예를 들면, 전력 커맨드 신호(Pcmd)는 중앙 집중식 컨트롤러(716) 또는 다른 감시 컨트롤러로부터의 스케줄링된 전력 커맨드, 예컨대 외부 또는 원격 분배 시스템 오퍼레이터(distribution system operator; DSO) 또는 송신 시스템 오퍼레이터(transmission system operator; TSO)로부터의 커맨드 신호일 수도 있다. 다른 실시형태에서, Pcmd 신호는 전력 지점 추적 출력 신호(Ppp)의 레벨에 기초하여 조정될 수도 있다.
실시형태에서, 전력 컨트롤러(275)는 전력 피드백 신호(Pfeedback)를 더 수신할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 인버터 제어부(231)는 폐루프 전력 제어를 가지며 AC 전력으로부터의 측정된 전력 신호를 전력 피드백 신호(Pfeedback)로서 사용한다. 가상 관성 제어부(242)로부터의 관성 커맨드 신호(248)는 전력 피드백 신호(Pfeedback)에 또한 추가될 수도 있다.
다른 실시형태에서, 전력 피드백 신호(Pfeedback)는 혼합된 신호를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 전력 피드백 신호(Pfeedback)는 DC 버스(109)로부터의 측정된 전력 신호(119) 및 그리드(105)로부터의 기준 신호(115) 둘 모두를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 혼합된 전력 피드백 신호(Pfeedback)는 그리드 신호(115) 및 DC 버스(109)로부터의 측정된 전력 신호의 평균 값을 포함할 수도 있다. 전력 컨트롤러(275)는 신호(Pfeedback)를 사용하여 내부 주파수 신호(w)를 생성할 수도 있다. 소정의 실시형태에서, 내부 주파수 신호(w)는 전기 그리드(105)의 주파수와는 상이하다. 적분기(도시되지 않음)를 사용하여 내부 주파수 신호(w)를 적분하는 것에 의해 위상 각도 신호(도시되지 않음)가 생성될 수도 있다.
전력 제어부(275)는 내부 주파수 신호(w)를 생성하기 위해 임의의 수의 공지된 기술을 또한 사용할 수도 있다. 예를 들면, 도 5에서 묘사되는 바와 같이, 전력 제어부(275)는 통상적인 비례 적분(proportional-integral; PI) 컨트롤러(271)를 포함할 수도 있고 내부 주파수 신호(w)를 생성하기 위한 드룹 루프(도시되지 않음)를 포함할 수도 있다. 드룹 루프는 내부 주파수 신호(w)를 주파수 베이스 신호(wref)와 비교하기 위한 비교기(도시되지 않음)를 포함할 수도 있고, 그들의 차이를 사용하여 전력 불균형을 제한할 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 전력 제어부(275)는 인버터 제어부(231)의 전압 레귤레이터부(도시되지 않음)에 출력 신호(도시되지 않음)를 제공할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 전력 제어부(275)의 출력 신호는 인버터 제어부(231)의 변조기(214)로 제공되고 그에 의해 입력 제어 신호(218)를 인버터(212)로 제공할 수도 있다.
도 5를 참조하면, 본원에서 설명되는 바와 같은 VSG(110)는 한 실시형태에서 방법 단계를 실행하기 위해 활용될 수도 있다. 예를 들면, PV 전력 시스템(101)은 VSG(110)를 사용하여 동작될 수도 있다. 단계(501)에서, DC 전력 신호(142)는 인버터(212)에 의해 수신된다. 단계(502)에서, 인버터(212)의 전력 출력은 인버터 컨트롤러(231)를 사용하여 제어되는데, 여기서 인버터 컨트롤러(231)는 전력 제어부(275), 전력 예비부(264), 전력 지점 추적 제어부(253), 및 가상 관성 제어부(242)를 포함한다. 단계(503)에서, 전력 지점 추적 제어부(253)에 의해 예비될 전력의 양은 전력 예비부(264)를 사용하여 결정된다. 단계(504)에서, 예비될 전력의 결정된 양을 나타내는 전력 예비 신호(Prpp)가 전력 예비부(264)로부터 전력 지점 추적 컨트롤러(253)로 제공된다. 단계(506)에서, 최대 전력 지점(MPP) 미만인 전력 지점(Ppp)은 전력 지점 추적 컨트롤러에 의해 결정된다. 단계(507)에서, 전력 지점을 나타내는 전력 지점 추적 신호(Ppp)가 전력 제어부(275)로 제공된다. 단계(508)에서, 가상 관성 제어부(242)는 가상 관성을 결정하고, 단계(509)에서, 결정된 가상 관성을 나타내는 관성 커맨드 신호(248)를 전력 제어부(275)로 제공한다. 단계(510)에서, 전력 제어 신호(218)가 전력 제어부(275)로부터 인버터(212)로 제공되는데, 여기서 제어 신호는 전력 지점 추적 신호(Ppp) 및 관성 커맨드 신호(248)에 적어도 부분적으로 기초한다. 단계(511)에서, 인버터(212)는 전력 제어 신호(218)에 적어도 부분적으로 기초하여 동작된다. 인버터(212)의 출력은 그리드(105)로 제공된다.
본원에서 설명되는 재료의 치수 및 타입이 다양한 실시형태의 파라미터를 정의하기 위해 의도되지만, 그들은 결코 제한하는 것이 아니며 단지 예시적인 실시형태에 불과하다. 상기의 설명의 재검토시, 많은 다른 실시형태가 기술 분야의 숙련된 자에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는, 첨부된 청구범위의 자격이 부여되는 등가의 전체적인 범위와 함께, 첨부된 청구범위를 참조하여 결정된다. 첨부된 청구범위에서, 용어 "포함하는(including)" 및 "~는데(in which)"는 각각의 용어 "포함하는(comprising)" 및 "~는데(wherein)"의 평문 영어의 등가물로서 사용된다. 또한, 하기의 청구범위에서, "제1", "제2", "제3", "상위(upper)", "하위(lower)", "위(above)", "아래(below)", 등등과 같은 용어는 단지 라벨로서 사용되며, 그들의 대상물에 수치적 또는 위치적 요건을 부과하도록 의도되지는 않는다. 게다가, 다음의 청구범위의 제한은, 그러한 청구항 제한이 추가적인 구조가 없는 기능의 진술이 후속되는 어구 "~하기 위한 수단(means for)"을 명시적으로 사용하지 않는 한 그리고 사용할 때까지, 기능식 수단(means-plus-function) 형식으로 작성되지 않으며 그와 같이 해석되도록 의도되지 않는다.
이 작성된 설명은, 최상의 모드를 비롯한, 본 발명의 여러 가지 실시형태를 개시하기 위해, 그리고 또한 기술 분야의 숙련된 자가, 임의의 디바이스 또는 시스템을 만들고 사용하는 것 및 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 비롯하여, 본 발명의 실시형태를 실시하는 것을 가능하게 하기 위해, 예를 사용한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 정의되며, 기술 분야에서 숙련된 자 중 한 명이 떠올리는 다른 예를 포함할 수도 있다. 그러한 다른 예는, 그들이 청구범위의 글자 그대로의 언어(literal language)와 다르지 않은 구조적 엘리먼트를 갖는 경우, 또는 그들이 청구범위의 글자 그대로의 언어와는 비실체적 차이를 갖는 등가의 구조적 엘리먼트를 포함하는 경우, 청구범위의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 단수형으로 언급되는 그리고 단어 "한(a)" 또는 "한(an)"과 함께 진행되는 엘리먼트 또는 단계는, 배제가 명시적으로 언급되지 않는 한, 상기 엘리먼트 또는 단계의 복수형을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 더구나, 본 발명의 "하나의 실시형태"에 대한 언급은, 열거된 피쳐를 또한 통합하는 추가적인 실시형태의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지는 않는다. 또한, 명시적으로 반대로 언급되지 않는 한, 특정한 속성을 구비하는 엘리먼트 또는 복수의 엘리먼트를 "포함하는(comprising)", 포함하는(including), 또는 "구비하는(having)" 실시형태는, 그 속성을 구비하지 않는 추가적인 이러한 엘리먼트를 포함할 수도 있다.
본원에서 수반되는 본 발명의 취지와 범위를 벗어나지 않으면서, 상기 설명된 발명에서 소정의 변경이 이루어질 수도 있기 때문에, 첨부의 도면에서 도시되는 상기 설명의 주제(subject matter)의 전체는, 단지 본원의 발명적 개념을 예시하는 예로서 해석되어야 하고 본 발명을 제한하는 것으로서 간주되지 않아야 한다는 것이 의도된다.

Claims (20)

  1. 전력 시스템을 동작시키기 위한 방법에 있어서,
    인버터에 의해 DC 전력 신호를 수신하는 단계;
    인버터 컨트롤러 ― 상기 인버터 컨트롤러는 전력 제어부, 전력 예비부(power reserve portion), 전력 지점 추적 제어부(power point tracking control portion), 및 가상 관성 제어부(virtual inertia control portion)를 포함함 ― 를 사용하여 상기 인버터의 전력 출력을 제어하는 단계;
    상기 전력 예비부를 사용하여, 상기 전력 지점 추적 제어부에 의해 예비될(reserved) 전력의 양을 결정하는 단계;
    예비될 전력의 상기 결정된 양을 나타내는 전력 예비 신호를, 상기 전력 예비부로부터 상기 전력 지점 추적 제어부로 제공하는 단계;
    최대 전력 지점 미만인 전력 지점을 상기 전력 지점 추적 제어부에 의해 결정하는 단계;
    상기 결정된 전력 지점을 나타내는 전력 지점 추적 신호를 상기 전력 제어부로 제공하는 단계;
    상기 관성 제어부를 사용하여 가상 관성(virtual inertia)을 결정하는 단계;
    상기 결정된 가상 관성을 나타내는 관성 커맨드 신호를 상기 전력 제어부로 제공하는 단계;
    상기 전력 제어부로부터 상기 인버터로 전력 제어 신호 ― 상기 제어 신호는 상기 전력 지점 추적 신호 및 상기 관성 커맨드 신호에 적어도 부분적으로 기초함 ― 를 제공하는 단계; 및
    상기 전력 제어 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 인버터를 동작시키는 단계
    를 포함하는, 전력 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터를 전원(power source)에 전기적으로 커플링하는 단계를 더 포함하는, 전력 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전원은 광기전(photovoltaic; PV) 발전기를 포함하는 것인, 전력 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 시스템을 전기 부하에 커플링하는 단계를 더 포함하는, 전력 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 관성 제어부를 사용하여 가상 관성을 결정하는 단계는, 가변 양(variable amount)의 가상 관성을 결정하는 단계, 및 고정된 양의 가상 관성을 결정하는 단계 중 하나를 포함하는 것인, 전력 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 가상 관성은 상기 전력 시스템의 전부하 출력(full load output)과 관련하여 결정되는 것인, 전력 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 관성 제어부를 사용하여 가상 관성을 결정하는 단계는 상기 관성 제어부에 대한 신호 입력에 적어도 부분적으로 기초하며, 상기 신호 입력은 DC 버스로부터 수신되는 제1 기준 신호, 상기 부하로부터 수신되는 제2 기준 신호, 및 상기 인버터로부터 수신되는 제3 기준 신호 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 전력 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 관성 제어부를 사용하여 가상 관성을 결정하는 단계는 외부 컨트롤러에 의해 상기 가상 관성 제어부로 제공되는 제어 신호에 적어도 부분적으로 기초하는 것인, 전력 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전력 지점 추적 제어부에 의해 전력 지점을 결정하는 단계는 룩업 테이블에 저장되는 미리 결정된 값에 적어도 부분적으로 기초하는 것인, 전력 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 미리 결정된 값은 상기 전력 시스템의 최대 전력 출력의 백분율인 것인, 전력 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전력 제어부에 의해, 외부 감시 컨트롤러로부터 커맨드 신호를 수신하는 단계를 더 포함하며,
    상기 전력 제어부로부터 상기 인버터로 전력 제어 신호를 제공하는 단계는 또한, 상기 커맨드 신호에 적어도 부분적으로 기초하는 것인, 전력 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  12. 전기 부하에 전력을 공급하기 위한 가상 동기식 발전기(virtual synchronous generator)에 있어서,
    DC 전원으로부터 전력을 수신하도록 구성되는 DC-DC 컨버터;
    상기 DC-DC 컨버터에 커플링되고, 그로부터 DC 신호를 수신하도록 배열되며, 상기 DC 신호를 AC 신호로 변환하도록 구성되는 인버터;
    상기 인버터에 신호 통신하도록 커플링되고, 상기 인버터의 출력을 제어하도록 구성되는 인버터 컨트롤러 ― 상기 인버터 컨트롤러는: 전력 지점 추적 제어부, 전력 예비부, 가상 관성 제어부, 및 전력 제어부를 포함하고, 상기 전력 지점 추적 제어부는 상기 전력 예비부 및 상기 전력 제어부와 신호 통신하도록 커플링됨 ―
    를 포함하며,
    상기 전력 예비부는 예비될 전력의 양을 결정하도록 그리고 예비될 전력의 상기 결정된 양을 나타내는 전력 예비 신호를 상기 전력 지점 추적 제어부로 제공하도록 구성되고;
    상기 전력 지점 추적 제어부는, 상기 DC 전원의 출력에 대한 최대 전력 지점 미만인 전력 지점을 결정하도록, 그리고 상기 결정된 전력 지점을 나타내는 전력 지점 추적 신호를 상기 전력 제어부에 제공하도록 구성되고;
    상기 가상 관성 제어부는 상기 전력 제어부에 신호 통신하도록 커플링되고, 가상 관성을 결정하도록, 그리고 상기 결정된 가상 관성을 나타내는 관성 커맨드 신호를 상기 전력 제어부로 제공하도록 구성되고;
    상기 전력 제어부는 전력 제어 신호를 상기 인버터로 제공하도록 구성되고, 상기 전력 제어 신호는 상기 전력 지점 추적 신호 및 상기 가상 관성 커맨드 신호에 적어도 부분적으로 기초하는 것인, 전기 부하에 전력을 공급하기 위한 가상 동기식 발전기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 인버터의 출력은 전기 부하에 전기적으로 커플링되도록 구성되는 것인, 전기 부하에 전력을 공급하기 위한 가상 동기식 발전기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 가상 관성은 가변 양의 가상 관성 및 고정된 양의 가상 관성 중 하나인 것인, 전기 부하에 전력을 공급하기 위한 가상 동기식 발전기.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 가상 관성은 상기 가상 동기식 발전기의 전부하 출력과 관련하여 결정되는 것인, 전기 부하에 전력을 공급하기 위한 가상 동기식 발전기.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 관성 제어부는, DC 버스로부터 수신되는 제1 기준 신호, 및 상기 부하로부터 수신되는 제2 기준 신호, 및 상기 인버터로부터 수신되는 제3 기준 신호 중 적어도 하나를 포함하는 신호 입력을 수신하도록 구성되는 것인, 전기 부하에 전력을 공급하기 위한 가상 동기식 발전기.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 관성 제어부에 대한 상기 신호 입력은 외부 컨트롤러로부터의 제어 신호를 더 포함하는 것인, 전기 부하에 전력을 공급하기 위한 가상 동기식 발전기.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 전력 지점 추적 제어부는, 룩업 테이블에서 저장되는 미리 결정된 값에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 전력 지점을 결정하도록 구성되는 것인, 전기 부하에 전력을 공급하기 위한 가상 동기식 발전기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 미리 결정된 값은 상기 가상 동기식 발전기의 최대 전력 출력의 백분율인 것인, 전기 부하에 전력을 공급하기 위한 가상 동기식 발전기.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 전력 제어부는 외부 감시 컨트롤러로부터 커맨드 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 전력 제어 신호는 상기 커맨드 신호에 적어도 부분적으로 기초하는 것인, 전기 부하에 전력을 공급하기 위한 가상 동기식 발전기.
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