KR20140098431A

KR20140098431A - 독립형 dc 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20140098431A
Application number: KR1020130011073A
Authority: KR
Inventors: 한병문; 이지헌
Original assignee: 명지대학교 산학협력단
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-08-08
Also published as: KR101431047B1

Abstract

본 발명은 독립형(stand-alone) 마이크로그리드(micro-grid)를 위한 협조적 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 에너지 저장장치의 충전 상태(SOC)와 그리드 전압을 고려하여 에너지 저장장치와 분산 전원이 서로 협조적으로 동작하도록 하여 마이크로그리드의 전력 균형을 효과적으로 제어한다. 구체적으로 에너지 저장장치는 드룹 제어 방식을 사용하여 충전 상태에 따라 정상 모드와 저전력 모드로 구분되어 동작하며 정상 모드에서도 그리드 전압에 따라 감당 전력을 다르게 제어함으로써 에너지 저장장치의 수명을 늘리면서도 그리드 전력을 효율적으로 제어한다. 분산 전원은 그리드 전압에 따라 동작 모드를 달리하여 에너지 저장장치가 그리드 전력을 효과적으로 제어하도록 보조한다.

Description

독립형 DC 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹 제어 장치 및 방법 {Coordinated Droop Control Apparatus and the Method for Stand-alone DC Micro-grid}

본 발명은 독립형(stand-alnoe) 마이크로그리드(micro-grid) 전력망의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 풍력, 태양광, 엔진 발전기 등의 분산전원과 배터리 등의 에너지 저장장치 간의 협조적(coordinated) 제어 알고리즘을 사용하여 마이크로그리드 전력망을 효과적으로 제어하기 위한 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 스마트그리드의 대두와 함께 국내외적으로 도서지방이나 오지에서는 풍력, 태양광 등의 분산전원과 에너지 저장장치를 이용하여 기존 전력망과 독립된 형태의 마이크로그리드 전력망이 많이 사용되고 있으나, 고장이 많고 낮은 신뢰성으로 인해 빈번한 유지보수가 필요한 문제가 있다.

마이크로그리드 전력망은 연계방식과 제어방법에 따라 분류할 수 있다. 연계방식에 따라 분류하면, 구성요소들을 교류로 연결한 AC 마이크로그리드와 직류로 연결한 DC 마이크로그리드로 구분할 수 있다. AC 마이크로그리드는 기존의 배전망을 그대로 활용하는 장점이 있으나, 동기화, 안정도, 무효전력 문제를 야기한다. 반면 DC 마이크로그리드는 동기화, 안정도, 무효전력에 대한 문제가 없고, 각 전원에서 생산되는 전력을 연계함에 있어 2단계 전력변환이 필요 없어 시스템의 손실과 비용이 낮은 장점이 있다. 특히 최근 사용이 급증하고 있는 디지털 부하는 대부분 직류전원을 필요로 하므로 DC 마이크로그리드의 경우 더 효율적이라는 장점이 있어, 최근 DC 마이크로그리드에 대한 관심이 집중되고 있다.

제어 방법에 따른 분류로는, 먼저 중앙제어기를 두고 구성요소들의 전력량을 실시간으로 측정하여 시스템을 운용하는 방식이 있다. 이 방식은 전력량을 측정하기 위한 센서와 측정된 데이터를 중앙제어기로 전송하는 통신망을 필요로 한다. 고속 통신망을 사용하여 중앙에서 각 기기들의 정보를 신속하게 전달받아 제어함으로써 전력망의 원활한 운용이 가능하다는 장점이 있지만, 풍력 발전, 태양광 발전 등의 분산전원을 사용하는 경우 풍량이나 태양 광량 등에 대한 기후 예측 알고리즘이 필요하고 통신에 대한 의존도가 높다는 단점이 있다. 또한, 이 방식은 운용 알고리즘이 전력거래에 의존하게 되어 상위 계통의 전력 균형 유지에 집중하므로 계통연계 마이크로그리드에 적합하다.

다른 제어 방식으로는 마이크로그리드 전력망의 각각의 요소(분산전원, 에너지 저장장치 등)에 연계된 각각의 컨버터가 연계된 요소에 대한 제어를 독자적으로 수행하는 자율제어방식이 있다. 이 방식은 연계되는 각 요소가 어느정도 독립적으로 자신의 동작을 스스로 제어하면서도 전체적으로 마이크로그리드 전력망의 원활한 운용을 꾀하는 방식이다. 이 방식에 의하면 고가의 통신시스템을 요구하지 않으며 가벼운 운영 알고리즘으로 자율적 수요관리가 가능하지만, 기기간의 상태전달이 안되므로 에너지 저장장치에 과도한 부담을 주어 수명이 급격히 떨어질 수 있고 분산전원의 효율적인 운용이 어려우며 각 요소 간에 순환전류가 흐를 수 있다는 단점이 있다. 그러나 이 자율제어방식은 고속 통신망이 필요하지 않고 기후 예측 알고리즘 및 복잡한 제어 알고리즘을 사용할 필요가 없다는 장점이 있으므로 계통과 분리되어 운영되는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드 전력망에 적용이 적합하다. 독립형 마이크로그리드는 기존 전력망과 단절되어 독립적으로 운영되므로 운영 시에 전력균형을 유지하는 것이 가장 중요한 요소이자 신뢰도를 결정짓는 기술이 된다.

이와 같이 자율제어방식을 독립형 마이크로그리드에 적용할 경우 고속 통신망, 기후 예측 알고리즘 및 복잡한 중앙 제어 알고리즘이 필요없다는 장점이 있으나 순환전류의 발생과 에너지 저장장치의 과도한 사용에 의한 수명 저하 등의 문제가 발생할 수 있으므로, 자율제어방식을 기반으로 하여 독립형 DC 마이크로그리드 전력망을 제어하는 경우 마이크로그리드 전력망의 전력 균형에 의한 신뢰도 향상, 전력요소 간의 순환전류의 억제 및 에너지 저장장치의 수명 향상 등을 위한 제어 방법이 요구된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 자율제어방식으로 제어하면서도 순환전류의 억제, 에너지 저장장치의 수명 향상 및 전력망 전체의 신뢰도 향상 등이 가능한 독립형 마이크로그리드 전력망의 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 적어도 하나 이상의 분산 전원과 에너지 저장장치를 포함하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 장치는, 상기 에너지 저장장치의 제어기의 전압 기준값(Vdroop)이 아래의 [수학식 1]에 의해 설정되는 드룹 제어 방식으로 제어되어 상기 에너지 저장장치가 상기 마이크로그리드로 전력을 공급하거나 전력을 수용하여 상기 마이크로그리드의 전력 균형을 조절하도록 하는 에너지 저장장치의 드룹 제어기; 상기 분산 전원은 마이크로그리드로 전력을 공급하되, 그리드 전압에 따라 상기 분산 전원으로부터 상기 마이크로그리드로 공급되는 전력이 조절되도록 하여 상기 에너지 저장장치가 상기 마이크로그리드의 전력 균형을 제어하는데 협조적으로 동작하는 분산 전원의 협조 제어기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]

여기서, V_DROOP은 전압 제어 기준값, V_Rate 는 정격 전압, Rv는 등가 저항, I_ES 는 에너지 저장장치의 출력 전류이다.

또한, 본 발명에 따른 적어도 하나 이상의 분산 전원과 에너지 저장장치를 포함하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 방법은, 상기 에너지 저장장치는 전압 기준값(Vdroop)이 아래의 [수학식 1]에 의해 설정되는 드룹 제어 방식으로 제어되어 상기 에너지 저장장치가 상기 마이크로그리드로 전력을 공급하거나 전력을 수용하여 상기 마이크로그리드의 전력 균형을 조절하도록 제어되고; 상기 분산 전원은 상기 마이크로그리드로 전력을 공급하되, 그리드 전압에 따라 상기 분산 전원으로부터 상기 마이크로그리드로 공급되는 전력이 조절되도록 하여 상기 에너지 저장장치가 상기 마이크로그리드의 전력 균형을 제어하는데 협조적으로 동작하도록 제어되는; 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]

여기서, V_DROOP 은 전압 제어 기준값, V_Rate 는 정격 전압, Rv는 등가 저항, I_ES 는 에너지 저장장치의 출력 전류이다.

본 발명에 따른 독립형 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹 제어 방법에 의하면 전력망을 구성하는 요소 간의 순환 전류가 억제되고, 에너지 저장장치의 과도한 사용을 제한하여 수명을 향상시키며, 마이크로그리드 전력망의 전체적인 운용의 신뢰도를 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형(stand-alone) 마이크로그리드(micro-grid) 전력망의 개념도
도 2는 에너지 저장장치의 드룹(droop) 제어기의 블록도
도 3은 에너지 저장장치의 드룹 제어 방법을 예시적으로 설명하기 위한 드룹 곡선 그래프
도 4는 에너지 저장장치와 분산전원들 사이의 협조적 제어 개념도
도 5는 충전 상태와 그리드 전압에 따른 배터리의 동작 흐름도

본 발명은 하기의 설명에 의하여 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 실시예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형(stand-alone) 마이크로그리드(micro-grid) 전력망의 개념도이다. 본 발명에 따른 독립형 마이크로그리드 전력망은 에너지 저장장치(ES: energy storage, 110), 전력을 소모하는 부하(Load, 210), 풍력발전기(WG: wind generator, 310), 태양광 어레이(PV: photovoltaic array, 410), 엔진 발전기(EG: engine generator, 510) 등의 전력 요소를 필요에 따라 선택적으로 포함한다. 전력 요소는 각각의 전력변환용 컨버터(120, 220, 320, 420, 520)를 구비하여 각 전력 요소와 DC 그리드 사이의 필요한 전력 변환을 수행한다.

에너지 저장장치의 드룹 제어기(130)는 드룹(droop) 제어 기법을 활용하여 에너지 저장장치(110)와 DC 그리드 사이의 전력 흐름을 제어하여 DC 그리드의 전체적인 전력 균형을 조절한다. 또한 풍력 발전기, 태양광 어레이, 엔진 발전기 등의 분산 전원(DS: distributed source)은 각각의 협조 제어기(330, 430, 530)를 구비하여 에너지 저장장치를 보조하여 마이크로그리드의 전력 요소들 사이의 전력 균형을 효과적으로 조절하도록 협조적 제어를 수행한다. 각 협조 제어기(330, 430, 530) 및 드룹 제어기(130)는 본 발명에 따라 마이크로그리드의 전체적인 전력 균형을 위한 협조적 제어를 수행하기도 하지만 각 전력변환 컨버터의 통상적인 제어 기능을 담당하는 역할도 한다.

도 1의 풍력 발전기(WG: wind generator, 310)는 풍력을 이용하여 전력을 생산하고 이를 DC 마이크로그리드로 공급하는 역할을 수행한다. 통상적인 풍력 발전기는 회전기를 기반으로 하는 발전장치로서 출력이 교류이므로, 풍력 발전기(310)에 연계된 전력변환 컨버터(320)에서 교류를 직류로 변환하여 DC 그리드로 공급한다. 풍력 발전기는 풍속에 따라 출력이 가변되는데 주어진 기후 상황에서 최대의 출력을 얻을 수 있도록 통상적으로 최대 출력점을 추적하는 방식을 사용한다.

이를 위해 풍력 발전기(310)에 연계된 전력변환 컨버터(320)는 풍속에 따라 변동하는 풍력 발전기의 출력을 최대로 얻기 위하여 MPPT(maximum power point tracking) 제어를 수행하면서 풍력 발전기의 교류 전력을 직류로 변환하여 DC 그리드에 공급할 수 있다. 풍력 발전기로는 DC 그리드에 연결하기 용이하며 가용범위가 넓은 PMSG(permanent magnet synchronous generator)를 사용하는 것이 바람직하다. 풍력 발전기의 각속도가 일정하도록 전류제어를 하면 블레이드의 출력 계수가 최대가 되므로 기계적 출력을 최대로 할 수 있다. 풍력 발전기의 제어기인 WG 협조 제어기(330)에서는 DC 그리드 전압(Vdc)을 상시 측정하여 DC 그리드 전압에 따라 운전 모드를 선택하여 풍력 발전기를 제어함으로써 본 발명에 따른 협조 제어를 수행하게 되는데 이에 대해서는 후술하기로 한다.

도 1의 태양광 어레이(PV, photovoltaic array, 410)는 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 통상적인 태양광 어레이를 사용할 수 있다. 태양광 어레이에 연결된 전력변환 컨버터(420)는 태양광 어레이의 출력을 변환하여 DC 그리드에 공급하는 역할을 하는데, 일사량과 온도에 의해 출력이 변동하는 태양전지로부터 항상 최대 출력을 얻기 위해서 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어를 수행하는 것이 바람직하다. 일반적으로 태양광 어레이의 개방상태의 전압레벨이 그리드 전압에 비해 낮기 때문에 태양광 전력변환 컨버터(420)는 전압을 높일 수 있는 승압 기능을 가진 DC-DC 컨버터를 사용함이 바람직하다. 승압용 DC-DC 컨버터의 일예로 부스트 컨버터를 사용할 수 있다. MPPT 제어 방법을 사용하는 경우 출력에는 특정 주파수의 리플이 포함되므로 이 전류 리플을 저감하기 위하여 3상 인터리브 부스트 DC-DC 컨버터(3-phase interleaved Boost DC-DC converter)를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, MPPT 제어 기법 중에서도 Perturbation & Observation 기법을 사용하면 구현이 용이하면서도 안정적으로 제어가 가능하다는 장점이 있다. 태양광 협조 제어기(430)에서는 풍력 발전기의 협조 제어기(330)와 마찬가지로 DC 그리드 전압을 상시 측정하여 컨버터의 운전 모드를 결정함으로써 협조 제어를 수행하게 되는데 이에 대해서는 후술하기로 한다.

도 1의 엔진 발전기(EG: engine generator, 510)는 연계된 협조 제어기(530)로부터 DC 그리드 전압에 따른 전력 지령을 인가받고 그에 따라 적절한 전력을 DC 그리드로 공급하는 역할을 수행한다. 엔진 발전기의 전력변환 컨버터(520)는 교류인 엔진 발전기 출력을 직류로 변환하여 그리드로 공급한다. 엔진 발전기의 출력을 조절하는 방법으로는 각속도 제어 방식을 사용하는 것이 바람직하다. 엔진 발전기의 EG 협조 제어기(530)는 본 발명의 협조 제어 알고리즘에 따라 그리드 전력망의 전력 균형을 위해 엔진 발전기의 출력을 제어하는 역할을 수행하게 되는데 이에 대해서도 후술하기로 한다.

도 1의 부하(load, 210)는 전력을 소비하는 전력 요소로서 마이크로그리드로부터 전력을 공급받아 소비하는 구성이다. 부하와 그리드 사이에 구비된 전력변환 컨버터(220)는 직류인 그리드 전압을 부하에서 요구하는 적절한 형태의 전원으로 변환하여 부하에 전력을 공급한다. 일반적으로 부하에는 교류부하와 직류부하가 있을 수 있다. 교류부하에 전력을 공급하기 위해서는 직류인 그리드 전압을 교류로 변환하는 직류/교류 인버터를 통해 부하가 요규하는 교류로 변환하여 공급한다. 예를 들어, 가정용 부하인 경우 부하용 전력변환 컨버터(220)가 일반 가정에서 사용하는 단상 220V 교류로 변환하여 공급할 수 있다. 디지털 부하 등의 직류부하의 경우는 직류그리드에 DC-DC 컨버터를 통하여 직류 전압 레벨을 변환하여 공급할 수 있다. 이와 같이 독립형 DC 마이크로그리드의 경우 교류 변환 과정 없이 직류 전원을 요구하는 디지털 부하에 전압 레벨만 변환하여 공급이 가능하므로 손실, 비용, 크기의 절감이 가능하다는 장점이 있다.

다음으로 도 1의 에너지 저장장치(ES: energy storage, 110)와 그 관련 구성에 대해 설명한다. 앞서 설명한 바와 같이 풍력 발전기, 태양광 어레이 및 엔진 발전기 등은 전력을 공급하기 위한 분산된 전원이고 부하는 전력을 소비하기 위한 구성이다. 이들 분산전원에서 생성되는 전력과 부하가 소비하는 전력 사이에 균형이 맞지 않는 경우 에너지 저장장치(110)가 전력을 수용하거나 공급하면서 마이크로그리드 전력망의 전력 균형을 맞추게 된다. 에너지 저장장치의 대표적인 예로 배터리, 연료 전지 등을 들 수 있다.

에너지 저장장치(110)에 연결된 전력변환 컨버터(120)는 마이크로그리드와 에너지 저장장치 사이에서 양방향 전력 변환 및 전력 전달 기능을 수행하면서 그리드의 전력을 제어한다. 에너지 저장장치는 그리드로부터 전력을 공급받아 저장하기도 하고 저장된 전력를 그리드로 공급하기도 하여야 하므로, 전력변환 컨버터(120)는 그리드와 에너지 저장장치 사이에서 양방향으로 전력을 전달할 수 있는 양방향 DC-DC 컨버터가 사용되는 것이 바람직하다. 특히 에너지 저장장치에 주로 사용되는 배터리는 유입되는 전류에 고조파 함유율이 낮을 것이 요구되고 충·방전시의 전류리플이 배터리의 수명에 영향을 주므로 전류리플 저감을 위해 양방향 3상 인터리브 DC-DC 컨버터(Bidirectional 3-phase Interleaved DC-DC converter)를 사용하는 것이 바람직하다.

에너지 저장장치의 전력변환 컨버터(120)에는 본 발명에 따른 드룹(droop) 제어 기법이 사용되어 순환전류를 억제하면서 그리드의 전력 균형을 조절한다.

다음으로 본 발명에 따른 독립형 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 방법에 대해 설명한다.

독립형 마이크로그리드는 기존 전력망과 단절되어 있기 때문에 운영 시에 전력 균형을 유지하는 것이 가장 중요한 요소이자 신뢰도를 결정짓는 기술이다. 본 발명에 따른 협조적 드룹(Droop) 제어 방법에서는 분산전원들과 에너지 저장장치(대표적으로 배터리가 사용되므로 이하에서는 "배터리"로 지칭하나 배터리 외의 다른 저장장치가 사용될 수도 있다)가 각각 자율적으로 제어를 수행하면서도 그리드 전압에 따라 협조적으로 동작하여 전체적인 전력균형을 유지하는 방법을 사용한다.

이를 위해 배터리에서는 드룹 제어 방법을 사용하여 순환 전류를 억제하면서 그리드 전압을 조절하되, 배터리의 충전상태(SOC: stae of charge)에 따른 운전 영역을 설정하여 배터리의 보호도 고려한다. 분산 전원들은 그리드 전압에 따른 협조 운영 영역을 설정하여 그리드 전압에 따라 동작 모드를 선택함으로써 배터리가 전력을 조절하는데 협조적으로 운영되도록 한다. 이러한 협조적 제어 방법에 의하여 마이크로그리드 전체의 운용 신뢰도와 안정성을 높일 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 협조적 드룹 제어 방법에 대해 구체적으로 설명하기 위해, 먼저 도 2 및 도 3을 통해 그리드의 전력을 제어하는 배터리용 드룹 제어기(130)의 드룹 제어 방법에 대해 설명하고, 도 4 및 도 5를 통해 본 발명에 따라 각 전력 요소가 그리드의 전력 균형을 위해 어떻게 협조적으로 동작하는지에 설명한다.

참고로 도 2 내지 도 5 및 관련 설명에서는 설명의 편의상 각 요소의 동작 모드를 결정하기 위한 그리드 전압값에 대해 ±5%, ±3%, ±1% 등의 값을 사용하고, 배터리의 충전 상태에 대해 55% ~ 85%, 그리드 전압의 정격값에 대해 400V, 배터리의 충방전 전력에 대해 100%, 70%, 10% 등의 값을 사용하는 것으로 예시하였으나, 이러한 값들은 일 실시예로서 본 발명에 따른 효과를 극대화할 수 있는 값으로 예시한 것이다. 하지만 설계 여건에 따라 이와는 다른 값이 사용될 수도 있음은 물론이다.

또한, 도 2 내지 도 5 및 관련 설명에서 그리드 전압의 5%라는 기재는 그리드 정격 전압의 5% 상승값(즉, 정격 전압의 105%), 그리드 전압의 -5%라는 기재는 정격 전압의 5% 감소값(즉, 정격 전압의 95%)를 의미한다. ±3%, ±1% 등의 기재도 동일한 방식으로 이해할 수 있다.

본 발명의 독립형 마이크로그리드에서는 각 기기 간에 정보를 송수신하지 않는 자율제어 방식을 사용한다. 자율제어 방식을 사용하면 2대 이상의 전력변환기에서 각각 직류 그리드의 전압(Vdc)을 제어하도록 설정하게 된다. 복수의 구성요소가 동일한 노드의 전압을 제어 하는 경우 센서의 오차, 제어기의 오차, 선로 임피던스에 의해서 출력 전압에 차이가 발생하게 되면 순환전류가 필연적으로 발생하게 된다. 순환전류는 교류의 무효전력과 유사하여 시스템 전체의 손실과 직결되는 부분이며, 연계되는 기기에 여러 가지 악영향을 줄 수 있기 때문에 순환전류를 억제하기 위한 제어 방법이 반드시 필요하다.

순환 전류는 전압원으로 동작하는 각 분산 전원들의 출력 전압의 차이로 인해 발생하는 것이므로, 순환 전류를 쉽게 저감하는 방법은 각 분산 전원의 출력단과 DC 그리드 사이에 실제 저항을 삽입하는 것이다. 그러나 이 방법은 손실, 비용, 크기 측면에서 비현실적이다.

따라서 본 발명에서는 도 2와 같이 드룹 제어기(130)의 출력 전압을 제어하는 전압 제어기(131)에 출력 전류(I_ES)를 피드백하여 전압 기준값(V_DROOP)을 변경하는 피드백 루프를 추가하였다(드룹 제어). 즉, 출력 DC 전류인 I_ES를 검출하여 이득 Rv(132)를 곱한 다음 그 결과를 출력 전압 목표값인 V_rate에서 감하여 수정된 전압 목표값인 V_DROOP을 생성한다. 이 수정된 목표값인 V_DROOP과 실제 그리드 전압인 Vdc의 차이가 비례적분(PI) 등의 보상기(compensator, 133)를 거쳐 전류 기준값(I_{ES_REF})이 생성되고, 실제 출력 전류가 이 전류 기준값을 추종하도록 제어함으로써 그리드 전압(Vdc)이 수정된 전압 기준값(V_DROOP)을 추종하게 된다.

이와 같은 제어기의 기능에 의해 출력 전압인 그리드 전압(Vdc)은 V_DROOP를 추종하게 될 것이므로 그리드 전압은 아래 [수학식 1]과 같이 표현할 수 있다.

[수학식 1]

여기서, Rv는 출력단에 저항이 존재하는 것과 같은 등가저항의 역할을 한다. 즉, 출력 전류(I_ES)가 증가할수록 저항(Rv)의 전압 강하(Rv·I_ES)에 해당하는 전압만큼 감소하여 출력 전압(Vdc)이 형성되게 된다. 이와 같이 실제로는 저항이 존재하지 않아도 저항이 존재하는 것같이 출력 전압이 형성되므로 다른 컨버터들과의 출력 전압의 차이에 의해 발생하는 순환전류는 등가저항 Rv에 의해 억제가 가능함을 알 수 있다.

배터리 에너지 저장장치의 출력 전류 최대값(I_MAX)에 따른 전압 변동(△V_dc)의 크기로부터 [수학식 2]와 같이 등가저항(Rv)을 구할 수 있고, 배터리의 동작 전력(P_Batt)을 변수로 등가저항을 계산하면 [수학식 3]과 같은 결과를 얻을 수 있다. 즉, 배터리의 동작 전력값과 그 때의 전압 변동값을 설정하면 등가저항을 구할 수 있게 된다.

[수학식 2]

[수학식 3]

여기서, Rv는 등가저항이고, △V_dc는 등가 저항에 의한 출력 전압 변동치이며, I_ES는 출력 전류이고, V_dcmin은 출력 전압의 최저값이며, P_Batt는 배터리의 동작 전력이다.

도 3은 전류(I_ES)에 따른 DC 그리드 전압 변동을 나타내는 드룹(Droop) 곡선 및 배터리 에너지 저장장치와 분산전원들의 협조제어에 대한 개념도를 나타낸다. 드룹(Droop) 곡선은 DC 그리드의 전압과 배터리 충전 상태(SOC)에 따라 도 3과 같이 세 영역으로 분류된다.

A 영역은 DC 그리드 전압이 일정 범위(예로는 정격 전압의 -5% ∼ -3% 및 3% ~ 5%)인 경우 배터리를 최대 전력(예로는 100%)으로 사용하여 그리드 전력을 제어하는 영역이며, 이때의 등가저항(R_V _{_100%})은 [수학식 4]와 같은 방식으로 계산할 수 있다. 정격 전압의 +3%이상 영역에서는 잉여전력이 많이 유입되므로 분산전원의 출력을 감소시키며 정격 전압의 -3% 이하는 DC 그리드에 전력이 부족한 영역이므로 출력 조절이 가능한 엔진 발전기의 출력을 증가시켜 전력균형을 유지하도록 한다.

B 영역은 DC 그리드 전압이 정격 전압의 -3% ~ 3% 구간으로서, 배터리가 정상 전력(예로는 70%)으로 그리드 전력을 제어하는 구간이고 평상시 운전하는 영역이다. 배터리의 수명을 늘리기 위해 평상시에는 배터리 충·방전 전력을 최대 전력이 아니라 정상 전력(예로는 70%)만 사용하도록 배터리를 관리하며 이때의 등가저항(R_{V_70%})은 [수학식 5]와 같이 구할 수 있다.

C 영역은 배터리의 과충전·과방전 보호 영역으로서 충전 상태(SOC)가 정해진 운용 범위를 초과하게 되면 배터리를 충·방전 하는 전력량을 급격히 줄여주어 배터리를 보호하도록 한다. 이때의 동작 전력은 최소 전력(예로는 10% 전력)이며 계산되는 등가저항(R_{V_10%})의 예는 [수학식 6]과 같다.

도 3에서 보듯이 각 영역마다 드룹(droop)곡선의 기울기가 변하게 되는데 이는 배터리의 감당 전력이 달라지면서 드룹(droop)곡선을 형성하는 등가저항(Rv)이 변하기 때문이다.

[수학식 4]

[수학식 5]

[수학식 6]

여기서 [수학식 4] ~ [수학식 6]에서 사용된 값들은 그리드 전압, 그리드 전압의 변동값 및 배터리의 용량 등에 대해 예를 들어 계산된 값이므로, 그리드 상황 및 배터리의 종류 등에 따라 값이 달라질 수 있음은 물론이다.

이와 같이 배터리의 충전 상태(SOC) 및 그리드 전압에 따라 배터리의 동작 전력을 3단계로 구분하여 드룹 제어기(130)의 등가저항(Rv)을 변경함으로써 배터리에 과도한 부담을 주지 않으면서도 배터리가 그리드의 전력 균형 제어 기능을 수행하게 할 수 있다.

도 4는 독립형 마이크로그리드를 구성하는 전력 요소들인 풍력 발전기(WG), 태양광 발전기(PV), 엔진 발전기(EG) 및 에너지 저장장치(ES)의 협조적 제어 알고리즘을 나타낸다.

먼저 풍력 발전기(WG)와 태양광 발전기(PV)는 그리드 전압(Vdc)에 따라 2가지의 동작 모드를 가진다. 그리드 전압이 일정 영역(도 4를 예로 들면 정격 전압의 -5% ~ 5% 범위) 이내인 경우에는 풍력 발전기와 태양광 발전기는 MPPT 제어 방법에 의하여 최대의 전력을 얻을 수 있도록 동작한다(최대 전력 모드). 그리드 전압이 정격 전압의 5% 이상으로 높아지게 되면 배터리의 전력 수용 능력을 넘어서는 에너지가 그리드로 공급되고 있다는 것이므로 풍력 발전기와 태양광 발전기는 전력 생산을 중단하고 대기 모드로 동작한다. 대기 모드에서 동작 중 그리드 전압이 정격 전압의 일정값(예로는 -3%) 이하로 낮아지게 되면 그리드로 공급되는 전력이 부족하다는 것이므로 풍력 발전기와 태양광 발전기를 다시 가동하여 최대 전력 생산 모드로 전환한다. 이와 같이 풍력 발전기(WG)와 태양광 발전기(PV)는 그리드 전압이 일정 범위 이내인 경우 최대 전력 모드로 동작하고 그리드 전압이 일정값 이상으로 높아지는 경우 대기 모드로 동작하게 된다.

엔진 발전기(EG)는 출력을 조절할 수 있는 분산전원으로서 DC 그리드의 전압에 따라 3가지 상태(3-state)로 협조 제어를 수행한다. 구체적으로 설명하면, DC 그리드의 전압이 일정 영역(예로는 -3% ∼ 3%)에서는 정상 모드로 동작하여 부하가 요구하는 전력을 공급하도록 제어된다. 엔진 발전기는 정상 모드에서 정해진 일정한 전력을 공급하도록 제어될 수도 있고 부하의 전력 요구에 맞추어 공급 전력을 가변하도록 제어될 수도 있다. 일정한 전력을 공급하는 경우에는 엔진 발전기가 최고의 효율을 가지는 전력을 생산하는 조건에서 동작할 수 있으므로 연료 효율을 높일 수 있다는 장점이 있고, 부하의 전력 요구에 맞추어 공급 전력을 가변하는 경우에는 배터리의 전력 균형 제어 기능을 분담하여 그리드의 전력 균형을 좀 더 효율적으로 제어할 수 있다는 장점이 있다.

엔진 발전기가 정상 모드에서 동작하던 중 그리드 전압이 정격 전압의 3%(즉, 정격 전압의 103%) 이상 높아지게 되면 전력 공급이 충분하다는 것이므로 엔진 발전기는 최소 전력 모드로 전환하여 동작함으로써 전력 균형에 협조하고 또한 연료 소비도 줄인다. 최소 전력 모드에서 동작 중 그리드 전압이 정격 전압의 1%(즉, 정격 전압의 101%) 이하로 낮아지면 다시 정상 모드로 전환한다. 정상 모드에서 동작 하던 중 그리드 전압이 정격 전압의 -3%(즉 정격 전압의 97%) 이하로 낮아지게 되면 그리드로 공급되는 전력이 부족하다는 것이므로 엔진 발전기는 최대 전력 모드로 동작함으로써 그리드로의 전력 공급을 늘려준다. 최대 전력 모드에서 동작하던 중 그리드 전압이 정격 전압의 -1%(즉 정격 전압의 99%) 이상으로 높아지게 되면 그리드로 공급되는 전력이 크다는 것이므로 다시 정상 모드로 전환하여 동작한다. 이와 같이 엔진 발전기는 그리드 전압에 따라 3가지 상태 중의 하나로 동작하여 배터리가 전력 균형을 조절하는데 협조적으로 동작하면서도 그리드의 전력에 여유가 있는 상태에서는 출력을 최소로 낮추어 줌으로써 연료소비를 줄이도록 한다.

다음으로 에너지 저장장치인 배터리의 제어에 대해 설명한다. 배터리의 과도한 충전 혹은 방전은 배터리 수명에 악영향을 미치므로 배터리의 경우에는 그리드 전압 뿐만 아니라 배터리의 충전 상태(SOC: stae of charge)도 고려하여 제어한다.

도 4를 참고하면, 배터리의 충전 상태(SOC) 영역 중에서 최대값(MAX)과 최소값(MIN) 까지 사용하는 것은 수명에 나쁜 영향을 줄 수 있으므로 최대값과 최소값에 여유를 두어 Low ~ High 영역(예로는 충전 상태가 55% ~ 85%)에서 정상 모드로 운전하도록 한다. 이 정상 모드에서는 DC 그리드 전압에 따라 70% 또는 100% 전력 제어를 수행한다. 배터리의 충전 상태(SOC)가 정해진 HIGH를 초과하거나 LOW보다 내려가게 되면 배터리 드룹 제어부의 등가저항을 조절하여 배터리 감당 용량을 10%로 변환시켜 주는 저전력 모드로 동작한다. 저전력 모드에서 배터리 충전 상태가 다시 정상 영역으로 진입하게 되면 다시 정상 모드로 동작한다. 도 4에서는 저전력 모드에서 정상 모드로 진입하는 기준값으로 High의 5% 감소값(즉, High 값의 95%)과 Low의 5% 상승값 (즉, Low 값의 105%)을 사용하였고, 이는 정상 모드와 저전력 모드 사이에서의 빈번한 전환을 방지하기 위해 히스테리시스 기능을 부여한 것이다.

도 5는 배터리의 충전 상태(SOC) 뿐만 아니라 그리드 전압도 고려한 배터리의 동작을 설명하는 도면이다. 본 발명에서는 배터리의 보호를 위해 배터리의 충전 상태가 일정 범위 이내인 경우를 정상 영역(예시적으로 55%∼85% 범위)으로 설정하고 정상 전력(예로는 70% 혹은 100%)으로 그리드 전력 관리를 수행한다. 배터리의 충전 상태가 정상 영역인 경우에는 그리드 전압에 따라 그리드 전압이 정격값의 일정 범위 이내(예로는 -3% ~ +3%)인 경우 70%의 전력으로, 그리드 전압이 정격값의 일정 범위를 벗어난 경우에는 100%의 전력으로 제어한다. 즉, 배터리의 충전 상태가 정상 영역인 경우에도 평상시(그리드 전압이 적정 범위 이내인 경우)에는 100%의 전력 능력을 사용하지 않다가 그리드 전압이 적정 범위를 벗어나면 100%의 전력으로 그리드 전압을 제어하도록 하여 배터리의 수명을 연장하고자 하는 것이다.

배터리 충전 상태가 상한값(예로는 85%)을 넘어서면 과충전 상태이다. 이 경우 그리드 전압을 고려하여, 그리드 전압이 정격보다 높아 배터리가 계속 충전되는 경우에는 저전력(예로는 10% 전력)으로 제어하고, 그리드 전압이 정격보다 낮아져 배터리가 방전하는 경우에는 정상 전력으로 그리드 전력관리를 수행한다.

배터리 충전 상태가 하한값(예로는 55%) 이하로 낮아지면 과방전 상태이다. 이 경우 그리드 전압을 고려하여, 그리드 전압이 정격보다 작으면 배터리가 계속 방전하는 상태이므로 저전력(예로는 10% 전력)으로 제어하고 그리드 전압이 정격보다 높아 배터리를 충전하는 경우 정상 전력으로 전력관리 시퀀스로 동작한다.

이와 같이 배터리의 충전 상태(SOC)와 그리드 전압 양자를 고려하여 배터리를 제어함으로써 배터리의 부담을 줄이면서도 그리드 전력 균형을 맞출 수 있는 효과가 있다. 여기서, 배터리의 충전 전력을 100%, 70%, 10% 등으로 제어하는 것은 앞서 설명한 바와 같이 배터리용 드룹 제어기(130)의 출력단의 등가저항(Rv)를 변경하는 방법으로 수행된다. 배터리의 충전 상태의 기준값, 그리드 전압의 기준값 및 배터리의 전력으로 예시된 값들은 본 발명에 따른 배터리 보호 및 그리드 전력 제어의 효과가 최대로 나타날 수 있는 값들로 선정한 것이기는 하지만 배터리의 종류, 그리드 망의 특성 등에 따라 다른 값들을 사용할 수도 있음은 물론이다.

지금까지 분산전원들(풍력 발전기, 태양광 어레이 및/또는 엔진 발전기)과 배터리의 동작에 대해 개별적으로 설명하였고, 이하에서는 그리드 전력의 제어를 위한 협조적인 동작 관점에서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.

배터리의 충전 상태가 정상이고 그리드 전압이 일정 범위(도 4 및 도 5의 예에서는 ±3%) 이내인 경우 배터리는 70%의 전력 감당 능력을 사용하여(도 5의 예) 마이크로그리드로 전력을 공급하거나 전력을 수용하면서 마이크로그리드의 전력 균형을 조절하는 주 제어기 역할을 담당한다.

그리드 전압이 일정 범위보다 높아지게 되면 배터리가 수용하는 전력 이상으로 그리드로 공급되는 전력이 크다는 것이므로 배터리는 100% 전력 감당 능력으로 전환하여 그리드 전력을 수용하는 동시에 엔진 발전기는 최소 출력으로 전환하여 배터리가 전력 균형을 제어하는데 협조한다. 그래도 그리드 전압이 계속 상승하여 정격의 5% 이상으로 상승하면 풍력 발전기 또는 태양광 어레이도 대기 상태로 전환하면서 전력 공급을 중단하여 배터리의 전력 제어 기능에 협조한다. 여기서 엔진 발전기를 풍력 발전기나 태양광 어레이보다 먼저 최소 출력으로 전환하는 이유는 엔진 발전기는 연료를 소비하여 전력을 생산하는 요소이므로 연료 소비를 절감하기 위해서이다. 그리드 전압이 정상으로 돌아오면 배터리는 다시 70%의 전력 감당 능력으로 전력을 조절하고 분산전원들도 정상적인 동작으로 전환한다. 여기서 분산전원들이 정상 동작 모드로 전환하는 조건에 대해 도 4에 적절한 예를 도시하였으나(풍력 발전기와 태양광 어레이는 그리드 전압이 정격 전압의 -3% 이하로 감소, 엔진 발전기는 정격 전압의 1% 이하로 감소) 이와는 다른 조건이 적용될 수도 있다.

배터리의 충전 상태가 정상일 때 그리드 전압이 정격 전압의 -3% 이하로 낮아지게 되면 그리드 전력이 부족하다는 것이므로 배터리는 100%의 전력 감당 능력으로 전환하여 그리드로 전력을 공급하는 동시에 엔진 발전기도 최대 출력으로 전환하여 배터리의 전력 균형 기능을 보조한다. 이 경우 전력이 부족한 상태이므로 풍력 발전기와 태양광 어레이는 계속 최대 전력 모드를 유지한다. 그리드 전압이 정상적인 범위로 상승하면 배터리와 엔진 발전기는 다시 정상 동작 모드로 전환한다.

배터리의 충전 상태가 정상 범위를 벗어난 경우에는 충전 모드인지 방전 모드인지에 따라 동작이 달라진다(도 5 참조). 배터리의 충전 상태가 정상 범위보다 높은 경우에 충전 모드(그리드 전압이 정격 전압 이상)이거나 배터리의 충전 상태가 정상 범위 이하로 낮아진 경우에 방전 모드(그리드 전압이 정격 전압 이하)이면 배터리의 과충전 혹은 과방전 상태이므로 배터리의 충방전 전력을 10%로 줄여주면서 배터리를 보호한다. 이 경우 배터리의 그리드 전력 균형 조절 능력이 감소하므로 앞서 설명한 바와 같은 분산 전원들의 그리드 전압에 따른 모드 전환 기능에 의해 보조적으로 그리드 전력을 조절하게 된다. 한편 배터리의 충전 상태가 정상 범위를 벗어난 경우에도 과충전에서 계속 충전되거나 혹은 과방전에서 계속 방전되는 경우가 아니면(즉, 충전 상태가 정상 범위보다 높아도 그리드 전압이 정격보다 낮아 방전하는 경우이거나, 충전 상태가 정상 범위보다 낮아도 그리드 전압이 정격보다 높아 충전되는 경우) 배터리는 충전 상태가 정상 범위인 경우와 동일하게 동작하게 된다.

이와 같이 배터리가 정상 충전 상태일 때는 그리드 전력을 주로 제어하는 역할을 담당하게 하고 분산전원들은 그리드 전압을 검출하여 배터리의 그리드 전력 제어에 협조적으로 동작하게 하고, 배터리가 정상 충전 범위를 벗어난 경우에는 배터리의 전력 조절 부담을 줄여주고 분산전원들로 하여금 그리드 전력을 조절하게 함으로써, 배터리와 분산전원들 사이의 제어를 위한 상호간의 정보 전달이나 중앙 제어기가 없는 상태에서도 간단한 제어 방법으로 그리드 전력을 효과적으로 제어할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 독립형 마이크로그리드에서 배터리의 충전 상태(SOC)와 그리드 전압을 기준으로 배터리와 분산 전원들의 동작을 협조적으로 제어함으로써 배터리의 부담을 줄이고 마이크로그리드의 전력 균형을 효율적으로 제어할 수 있다. 특히 배터리의 경우, 충전 상태와 그리드 전압에 따라 드룹 제어기의 등가 저항을 3단계로 조절하여 배터리의 감당 전력을 조절해 줌으로써 배터리의 과도한 부담을 줄이고 시스템의 신뢰도를 높이는 효과가 있다.

이상 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

110 : 에너지 저장장치(배터리)
120 : 에너지 저장장치용 전력변환 컨버터
130 : ES 드룹 제어기
131 : ES 드룹 제어기의 전압 제어기 132 : 등가저항
133 : 전압 제어기의 PI 보상기 210 : 부하
220 : 부하용 전력변환 컨버터 310 : 풍력 발전기(WG)
320 : 풍력 발전기용 전력변환 컨버터 330 : WG 협조 제어기
410 : 태양광 어레이(PV) 420 : 태양광용 전력변환 컨버터
430 : PV 협조 제어기 510 : 엔진 발전기(EG)
520 : 엔진 발전기용 전력변환 컨버터 530 : EG 협조 제어기

Claims

적어도 하나 이상의 분산 전원과 에너지 저장장치를 포함하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 장치로서,
상기 에너지 저장장치의 제어기의 전압 기준값(Vdroop)이 아래의 [수학식 1]에 의해 설정되는 드룹 제어 방식으로 제어되어 상기 에너지 저장장치가 상기 마이크로그리드로 전력을 공급하거나 전력을 수용하여 상기 마이크로그리드의 전력 균형을 조절하도록 하는 에너지 저장장치의 드룹 제어기;
상기 분산 전원은 마이크로그리드로 전력을 공급하되, 그리드 전압에 따라 상기 분산 전원으로부터 상기 마이크로그리드로 공급되는 전력이 조절되도록 하여 상기 에너지 저장장치가 상기 마이크로그리드의 전력 균형을 제어하는데 협조적으로 동작하는 분산 전원의 협조 제어기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 장치.
[수학식 1]

여기서, V_DROOP 은 전압 제어 기준값, V_Rate 는 정격 전압, Rv는 등가 저항, I_ES 는 에너지 저장장치의 출력 전류이다.
제1항에 있어서,
상기 분산 전원은 풍력 발전기 또는 태양광 어레이 중의 하나 이상을 포함하고,
상기 풍력 발전기 또는 태양광 어레이는 각각의 협조 제어기를 포함하며,
상기 풍력 발전기의 협조 제어기 또는 태양광 어레이의 협조 제어기는 그리드 전압이 제1 일정 범위 이내인 경우에는 최대 전력 모드로 전력을 공급하고, 그리드 전압이 제1 일정 범위 이상으로 높아지면 대기 모드로 전환하도록 제어하는;
것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 장치
제2항에 있어서,
상기 제1 일정 범위는 정격 전압의 95% ~ 105% 인 것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 장치
제1항에 있어서,
상기 분산 전원은 엔진 발전기와 엔진 발전기용 협조 제어기를 포함하고,
상기 엔진 발전기용 협조 제어기는 그리드 전압이 제2 일정 범위 이내인 경우 정상 모드로 동작하고, 그리드 전압이 제2 일정 범위보다 높아지면 최소 전력 모드로 동작하며, 그리드 전압이 제2 일정 범위보다 낮아지면 최대 전력 모드로 동작하는 3가지 상태를 갖도록 엔진 발전기를 제어하는
것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 장치
제4항에 있어서,
상기 제2 일정 범위는 정격 전압의 97% ~ 103% 범위인 것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 장치
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 충전장치의 드룹 제어기는, 상기 에너지 충전장치의 충전 상태(SOC)가 제3 일정 범위(high ~ low) 이내이면 정상 모드로 동작하고, 충전 상태가 제3 일정 범위를 벗어나면 저전력모드로 동작하도록 제어하는
것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 장치
제6항에 있어서,
상기 에너지 저장장치의 충전 상태의 상기 제3 일정범위는 55% ~ 85% 인 것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 장치
제6항에 있어서,
상기 저전력 모드는 상기 드룹 제어기의 등가 저항값을 정상 모드에서의 등가 저항값보다 크게 함으로써 전류에 대한 상기 전압 제어 기준값(V_droop)의 변동폭을 커지게 하여 에너지 저장장치의 감당 전력을 줄여주는 것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 장치
제6항에 있어서,
상기 에너지 저장장치의 충전 상태가 제3 일정 범위 이내인 정상 모드에서도 그리드 전압에 따라 상기 드룹 제어기의 등가 저항값을 다르게 설정하는
것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 장치
제9항에 있어서,
상기 그리드 전압에 따라 상기 드룹 제어기의 등가 저항값을 다르게 설정하는 것은, 상기 그리드 전압이 제4 일정 범위를 벗어난 경우의 등가 저항값을 제4 일정 범위 이내인 경우의 등가 저항값보다 작게 설정함으로써 상기 그리드 전압이 제4 일정 범위를 벗어난 경우 에너지 저장장치의 전력 감당 능력을 크게 하도록 제어하는
것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 장치
적어도 하나 이상의 분산 전원과 에너지 저장장치를 포함하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 방법으로서,
상기 에너지 저장장치는 전압 기준값(Vdroop)이 아래의 [수학식 1]에 의해 설정되는 드룹 제어 방식으로 제어되어 상기 에너지 저장장치가 상기 마이크로그리드로 전력을 공급하거나 전력을 수용하여 상기 마이크로그리드의 전력 균형을 조절하도록 제어되고,
상기 분산 전원은 상기 마이크로그리드로 전력을 공급하되, 그리드 전압에 따라 상기 분산 전원으로부터 상기 마이크로그리드로 공급되는 전력이 조절되도록 하여 상기 에너지 저장장치가 상기 마이크로그리드의 전력 균형을 제어하는데 협조적으로 동작하도록 제어되는;
것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 방법.
[수학식 1]

여기서, V_DROOP 은 전압 제어 기준값, V_Rate 는 정격 전압, Rv는 등가 저항, I_ES 는 에너지 저장장치의 출력 전류이다.
제11항에 있어서,
상기 분산 전원은 풍력 발전기 또는 태양광 어레이 중의 하나 이상을 포함하고,
상기 풍력 발전기 또는 태양광 어레이는 그리드 전압이 제1 일정 범위 이내인 경우에는 최대 전력 모드로 전력을 공급하고, 그리드 전압이 제1 일정 범위 이상으로 높아지면 대기 모드로 전환하도록 제어되는;
것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 방법
제12항에 있어서,
상기 제1 일정 범위는 정격 전압의 95% ~ 105% 인 것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 방법
제11항에 있어서,
상기 분산 전원은 엔진 발전기를 포함하고,
상기 엔진 발전기는 그리드 전압이 제2 일정 범위 이내인 경우 정상 모드로 동작하고, 그리드 전압이 제2 일정 범위보다 높아지면 최소 전력 모드로 동작하며, 그리드 전압이 제2 일정 범위보다 낮아지면 최대 전력 모드로 동작하는 3가지 상태를 갖도록 제어되는
것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 방법
제14항에 있어서,
상기 제2 일정 범위는 97% ~ 103% 범위인 것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 방법
제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 저장장치는, 상기 에너지 저장장치의 충전 상태(SOC)가 제3 일정 범위(high ~ low) 이내이면 정상 모드로 동작하고, 충전 상태가 제3 일정 범위를 벗어나면 저전력모드로 동작하도록 제어되는
것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 방법
제16항에 있어서,
상기 에너지 저장장치의 충전 상태의 상기 제3 일정범위는 55% ~ 85% 인 것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 방법
제16항에 있어서,
상기 저전력 모드는 상기 드룹 제어기의 등가 저항값을 정상 모드에서의 등가 저항값보다 크게 함으로써 출력 전류에 대한 상기 전압 제어 기준값(V_droop)의 변동폭을 커지게 하여 에너지 저장장치의 감당 전력을 줄여주는 것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 방법
제16항에 있어서,
상기 에너지 저장장치의 충전 상태가 제3 일정 범위 이내인 정상 모드에서 그리드 전압에 따라 상기 드룹 제어기의 등가 저항값을 다르게 설정하는
것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 방법
제19항에 있어서,
상기 그리드 전압에 따라 상기 드룹 제어기의 등가 저항값을 다르게 설정하는 것은, 상기 그리드 전압이 제4 일정 범위를 벗어난 경우의 등가 저항값을 제4 일정 범위 이내인 경우의 등가 저항값보다 작게 설정함으로써 상기 그리드 전압이 제4 일정 범위를 벗어난 경우 에너지 저장장치의 전력 감당 능력을 크게 하는
것을 특징으로 하는 독립형(stand-alone) 마이크로그리드를 위한 협조적 드룹(droop) 제어 방법