KR20200073039A - System and Method for Controlling Virtual Multi Slack Droop Based on Power Sensitivity Analysis - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력 계통 운용에 관한 것으로, 구체적으로 재생에너지의 투입량이 높은 전력계통에서 다수의 발전기가 함께 슬랙 발전기로 동작하여 계통의 안정도를 향상시키도록 한 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the operation of a power system, and specifically, a device for power sensitivity-based virtual multi-slack droop control in which a plurality of generators operate together as a slack generator in a power system having a high amount of renewable energy input to improve the stability of the system. And methods.
최근 스마트그리드의 대두와 함께 국내외적으로 도서지방이나 오지에서는 풍력, 태양광 등의 분산전원과 에너지 저장장치를 이용하여 기존 전력망과 독립된 형태의 마이크로그리드 전력망이 많이 사용되고 있다.Recently, with the rise of smart grids, domestic and foreign islands and remote areas have used microgrid power grids independent of the existing power grids by using distributed power sources such as wind power and solar power and energy storage devices.
특히, 신재생에너지 발전기를 결합한 독립형 마이크로그리드의 연구가 활발하게 진행되고 있다.In particular, research on independent microgrids that combine renewable energy generators is actively being conducted.
이러한 독립형 마이크로그리드는 기존 전력망과 단절되어 있기 때문에 운영 시에 전력 균형을 유지하는 것이 가장 중요한 요소이자 신뢰도와 안정도를 결정짓는 기술이다.Since this stand-alone microgrid is disconnected from the existing power grid, maintaining power balance during operation is the most important factor and the technology that determines reliability and stability.
따라서, 안정도 향상을 위해 독립형 마이크로그리드 시스템에서는 분산 전원들과 에너지 저장 장치가 각각 자율적으로 제어를 수행하는 드룹(Droop) 제어 방법을 적용한다.Therefore, in order to improve stability, in a stand-alone microgrid system, a droop control method in which distributed power sources and energy storage devices independently control each other is applied.
종래 기술의 드룹 제어 방식은 주파수 변동에 특정 드룹 계수를 곱하여 유효전력 출력을 결정하고, 전압 변동에 특정 드룹 계수를 곱하여 무효전력 출력을 결정하였다.In the prior art droop control method, the active power output is determined by multiplying the frequency variation by a specific droop coefficient, and the reactive power output is determined by multiplying the voltage variation by a specific droop coefficient.
그러나 종래 기술에서는 재생에너지의 컨버터가 일정한 드룹계수에 의해 유효 및 무효전력 제어를 수행하여 계통의 상시 변동을 전혀 반영할 수 없는 문제가 있다.However, in the prior art, the converter of renewable energy performs effective and reactive power control with a constant droop coefficient, so that there is a problem that it is impossible to reflect the constant fluctuation of the system at all.
특히, 전력계통은 유효전력-위상 및 무효전력-전압이 물리적으로 연관되나, 컨버터는 유효전력-직류전압 및 무효전력-교류전압의 물리적 관계가 있어서, 유효전력과 무효전력의 상호의존성이 기존의 발전기보다 강하다.In particular, in the power system, active power-phase and reactive power-voltage are physically related, but the converter has a physical relationship between active power-DC voltage and reactive power-AC voltage, so that the interdependence of active power and reactive power is existing. Stronger than generator.
종래 기술에서는 전력계통의 특성을 고려하고 기존 발전기의 물리적 특성을 모사하여 컨버터를 제어하는 기술이 존재하나, 이는 컨버터 자체의 강한 장점인 빠른 응답성과 일정한 주파수 유지 능력을 없애는 부작용이 존재한다.In the prior art, there is a technique for controlling the converter by considering the characteristics of the power system and simulating the physical characteristics of the existing generator, but this has the side effect of eliminating the strong response of the converter itself and the ability to maintain a constant frequency.
따라서, 전력계통 이벤트에 신속하게 대처하지 못하고 전압 및 주파수를 충분히 안정화하지 못하는 경우가 많다.Therefore, it is often impossible to quickly cope with a power system event and fail to sufficiently stabilize voltage and frequency.
또한, 정밀한 드룹계수 산정이 필요하여, 신규 발전기 투입 등 토폴로지 변동뿐 아니라 부하와 발전량 변동 등에 따라 새로운 드룹계수를 산정해야 하며, 그렇지 않으면 시스템이 불안정해지는 문제가 발생한다.In addition, it is necessary to accurately calculate the droop coefficient, and it is necessary to calculate the new droop coefficient according to load and power generation fluctuations as well as topology changes such as input of a new generator, otherwise the system becomes unstable.
최근의 기술 중 GPS 시각동기화를 이용한 멀티슬랙 제어기술이 있는데, 현재까지 이론적으로 가장 강력하게 계통을 안정화시키고 응답성능이 우수하나, 서로 다른 컨버터의 전기적 거리가 매우 가까운 경우 측정 및 제어 오차에 의한 조류불안정 문제가 발생할 수 있어 일정 이상의 전기적 거리를 필요로 하는 문제가 있다.Among the recent technologies, there is a multi-slack control technology using GPS time synchronization. Until now, the system has been most powerfully stabilized and has excellent response performance. However, when the electrical distances of different converters are very close, currents due to measurement and control errors An instability problem may occur, and there is a problem that requires a certain electrical distance.
따라서, 부하 변동에 대해 가장 최적화된 발전기 조합 응답이 이루어지며, 일상적인 계통 변화에서는 계통해석 반복의 필요가 없도록 하여 연산 시스템 자원을 최소화할 수 있는 새로운 전력 계통 운용에 관한 기술의 개발이 요구되고 있다.Therefore, the most optimized generator combination response to load fluctuation is achieved, and there is a need to develop a technique for operating a new power system that can minimize computational system resources by eliminating the need for repetition of system analysis in routine system changes. .
본 발명은 종래 기술의 전력 계통 운용 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 재생에너지의 투입량이 높은 전력계통에서 다수의 발전기가 함께 슬랙 발전기로 동작하여 계통의 안정도를 향상시키도록 한 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art power system operation technology, a power sensitivity-based virtual multi to improve the stability of the system by operating a plurality of generators together as a slack generator in a power system with a high input of renewable energy It is an object to provide an apparatus and method for controlling a slack droop.
본 발명은 부하 변동에 대해 가장 최적화된 발전기 조합 응답이 이루어지며, 일상적인 계통 변화에서는 계통해석 반복의 필요가 없도록 하여 연산 시스템 자원을 최소화할 수 있는 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides the most optimized generator combination response to load fluctuations, and the apparatus for power-sensitive virtual multislack droop control capable of minimizing computational system resources by eliminating the need for repetition of system analysis in routine system changes and The purpose is to provide a method.
본 발명은 계통의 큰 이벤트에 대해 여러 발전기가 함께 응동하여 단일 발전기 용량을 크게 상회하는 이벤트에 대해서도 안정적인 계통 운영 능력을 확보할 수 있도록 한 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides an apparatus and method for power sensitivity-based virtual multi-slack droop control that enables a stable system operation capability for an event that greatly exceeds a single generator capacity by multiple generators reacting together for a large event in the system. There is a purpose.
본 발명은 부하와 발전기 사이의 전력 민감도를 기반으로 최적의 드룹계수를 실시간 제공하여 다수의 컨버터 발전기가 가상의 슬랙모선으로 동작하게 하고, 가상의 슬랙모선은 기존의 GPS 시각동기화 기반의 물리적 멀티슬랙 사이에 존재하여 계통 안정성과 응답성을 높일 수 있도록 한 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides the optimum droop coefficient based on the power sensitivity between the load and the generator in real time, allowing multiple converter generators to operate as a virtual slack bus, and the virtual slack bus is a physical multislack based on the existing GPS time synchronization. The purpose of the present invention is to provide an apparatus and method for power-sensitive virtual multi-slack droop control that exists in between to increase system stability and responsiveness.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치는 분산 전원들의 동기화 데이터를 수집하는 동기화 데이터 수집부;운전점 변동이 큰 경우에 멀티슬랙 조류 계산을 하는 멀티 슬랙 조류 계산부 및 부하와 발전기 사이의 전력 민감도 산출을 하는 전력 민감도 산출부;부하와 발전기 사이의 전력 민감도를 기반으로 최적의 드룹계수를 실시간 제공하여 모든 발전기 간의 전력 배분을 가능하게 하며, 모선 전압의 크기와 위상 각을 간접적으로 제어하는 가상 멀티 슬랙으로 작동할 수 있도록 제어하는 가상 멀티슬랙 드룹 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A device for power-sensitivity-based virtual multislack droop control according to the present invention for achieving the above object is a synchronization data collection unit for collecting synchronization data of distributed power sources; performing multislack tide calculation when operation point fluctuation is large Multi-slack tidal current calculation unit and power sensitivity calculation unit that calculates power sensitivity between load and generator; provides optimal droop coefficient based on power sensitivity between load and generator in real time to enable power distribution between all generators, busbar It characterized in that it comprises; a virtual multi-slack droop control unit for controlling to operate as a virtual multi-slack to indirectly control the magnitude and phase angle of the voltage.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 방법은 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위하여 분산 전원들의 동기화 데이터 수집을 하는 단계;이전에 계산된 전력 민감도를 기반으로 적응적 드룹 제어를 하여 VMS 발전을 하는 단계;운전점 변동이 있는지를 판단하여, 미리 정의된 동작 전압 또는 위상 범위를 위반하는 경우 멀티슬랙 조류 계산을 하고, 부하와 발전기 사이의 전력 민감도 산출을 하는 단계;부하와 발전기 사이의 전력 민감도를 기반으로 최적의 드룹계수를 실시간 제공하여 모든 발전기 간의 전력 배분을 가능하게 하며, 모선 전압의 크기와 위상 각을 간접적으로 제어하는 가상 멀티 슬랙으로 작동 할 수 있도록 제어하는 단계;이전에 계산된 전력 민감도를 기반으로 한 1 차 제어에 의해 야기된 편차를 보상하기 위한 2차 제어로서 VMS 발전을 재구성하는 단계;재계산된 전력 민감도(S)를 VMS 드룹 제어를 위한 새로운 작동 조건으로 업데이트하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for power-sensitization-based virtual multislack droop control according to the present invention for achieving another object comprises: collecting synchronization data of distributed power sources for power-sensitivity-based virtual multislack droop control; based on previously calculated power sensitivity VMS power generation by adaptive droop control; determining whether there is a change in operating point, calculating multi-slack current when violating predefined operating voltage or phase range, and calculating power sensitivity between load and generator Step; it provides the optimal droop coefficient based on the power sensitivity between the load and the generator in real time to enable power distribution between all generators, and can operate as a virtual multi-slack that indirectly controls the size and phase angle of the bus voltage. Control; reconfiguring VMS power generation as secondary control to compensate for deviations caused by primary control based on previously calculated power sensitivity; recalculating power sensitivity ( S ) to VMS droop control It characterized in that it comprises a; updating to a new operating condition for.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.The apparatus and method for power-sensitive virtual multi-slack droop control according to the present invention as described above has the following effects.
첫째, 재생에너지의 투입량이 높은 전력계통에서 다수의 발전기가 함께 슬랙 발전기로 동작하여 계통의 안정도를 향상시키도록 한다.First, in a power system having a high input of renewable energy, a plurality of generators work together as a slack generator to improve the stability of the system.
둘째, 부하 변동에 대해 가장 최적화된 발전기 조합 응답이 이루어지며, 일상적인 계통 변화에서는 계통해석 반복의 필요가 없도록 하여 연산 시스템 자원을 최소화할 수 있도록 한다.Second, it is possible to minimize the computational system resources by eliminating the need to repeat the system analysis in routine system changes, and the most optimized generator combination response to load fluctuations.
셋째, 계통의 큰 이벤트에 대해 여러 발전기가 함께 응동하여 단일 발전기 용량을 크게 상회하는 이벤트에 대해서도 안정적인 계통 운영 능력을 확보할 수 있도록 한다.Third, it is possible to secure a stable system operation capability even for an event that greatly exceeds a single generator capacity by several generators reacting together for a large event in the system.
넷째, 부하와 발전기 사이의 전력 민감도를 기반으로 최적의 드룹계수를 실시간 제공하여 다수의 컨버터 발전기가 가상의 슬랙모선으로 동작하게 하고, 가상의 슬랙모선은 기존의 GPS 시각동기화 기반의 물리적 멀티슬랙 사이에 존재하여 계통 안정성과 응답성을 높일 수 있다.Fourth, based on the power sensitivity between the load and the generator, the optimal droop coefficient is provided in real time, allowing multiple converter generators to operate as virtual slack buses, and the virtual slack bus between physical multislack based on existing GPS time synchronization. It can exist to increase system stability and responsiveness.
도 1은 본 발명에 따른 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 방법을 나타낸 플로우 차트
도 3은 전력 민감도 분석을 기반으로 한 VMS 드룹 제어를 나타낸 플로우 차트
도 4는 재생에너지의 투입량이 높은 독립형 마이크로 그리드 및 VMS 드룹 제어 구현을 위한 일 예를 나타낸 구성도
도 5는 재생에너지의 투입량이 높은 독립형 마이크로 그리드의 총 부하 변화를 나타낸 것으로, (a)유효 전력 (b)무효 전력
도 6은 (a)디젤, CBG1, CBG3 (b)CBG2, CBG4, CBG5, CBG6의 VMS 드룹 제어가 없는 디젤 발전기 및 CBG의 유효 전력 반응을 나타낸 그래프
도 7은 (a)디젤, CBG1 (b)CBG1, CBG2, CBG4, CBG5, CBG6의 VMS 드룹 제어가 없는 디젤 발전기 및 CBG의 무효 전력 반응을 나타낸 그래프
도 8은 (a)디젤, CBG1, CBG3 (b)CBG2, CBG4, CBG5, CBG6의 디젤 발전기 및 CBG의 VMS 드룹 제어에 대한 유효 전력 반응을 나타낸 그래프
도 9는 (a)디젤, CBG3 (b)CBG1, CBG2, CBG4, CBG5, CBG6의 디젤 발전기 및 CBG의 VMS 드룹 제어에 대한 무효 전력 반응을 나타낸 그래프
도 10은 "D"섬의 모선에서 CBG와 전력 변화 사이의 관계에 관한 전력 민감도 히트 맵
도 11은 (a)VMS 드룹 제어가 없는 (b)VMS 드룹 제어가 있는 디젤 발전기 및 CBG의 모선 전압 크기 응답 특성을 나타낸 그래프
도 12는 (a)VMS 드룹 제어가 없는 (b)VMS 드룹 제어가 있는 디젤 발전기 및 CBG의 모선 위상 응답 특성을 나타낸 그래프
도 13(a)와 (b)는 마이크로 그리드의 유효 및 반응 전력 손실과 VMS 드룹 제어를 나타낸 그래프
도 14는 재생 에너지의 간헐성에 의한 CBG3 및 CBG4로부터의 전력 변화를 나타낸 그래프
도 15 및 도 16은 VMS 드룹 제어가 없는 디젤 발전기 및 나머지 CBG의 유효 및 무효 전력 응답 특성 그래프
도 17은 전력 민감도 히트 맵
도 18(a)와 19(a)는 각각 VMS 드룹 제어가 없는 크기와 위상 각 응답을 나타낸 그래프
도 18(b)와 도 19(b)는 나머지 CBG의 VMS 드룹 제어에 의해 전압 특성을 나타낸 그래프1 is a configuration diagram of a device for power-sensitive virtual multi-slack droop control according to the present invention
Figure 2 is a flow chart showing a method for power-sensitive virtual multi-slack droop control according to the present invention
3 is a flow chart showing VMS droop control based on power sensitivity analysis.
4 is a block diagram showing an example for implementing a stand-alone micro grid and VMS droop control with high input of renewable energy
Figure 5 shows the total load change of the independent micro-grid with a high input of renewable energy, (a) active power (b) reactive power
6 is (a) diesel, CBG1, CBG3 (b) CBG2, CBG4, CBG5, graph showing the active power response of the diesel generator and CBG without VMS droop control of CBG6
7 is (a) diesel, CBG1 (b) CBG1, CBG2, CBG4, CBG5, graph showing the reactive power response of the diesel generator and CBG without VMS droop control
Figure 8 is (a) diesel, CBG1, CBG3 (b) CBG2, CBG4, CBG5, CBG6 is a graph showing the active power response to the VMS droop control of the diesel generator and CBG
9 is (a) diesel, CBG3 (b) CBG1, CBG2, CBG4, CBG5, graph showing the reactive power response to the VMS droop control of CBG6 diesel generator and CBG6
10 is a power sensitivity heat map for the relationship between CBG and power change in the busbar of the "D" island.
FIG. 11 is a graph showing the response characteristics of a bus voltage magnitude of (a) a diesel generator without VMS droop control and (b) a VMS droop control and CBG.
12 is (a) VMS droop control without (b) VMS droop control diesel generator and graph showing the busbar phase response characteristics of CBG
13(a) and (b) are graphs showing effective and reactive power loss and VMS droop control of the micro grid.
14 is a graph showing the power change from CBG3 and CBG4 due to intermittent renewable energy.
15 and 16 are graphs of active and reactive power response characteristics of a diesel generator without VMS droop control and the remaining CBGs.
17 is a power sensitivity heat map
18(a) and 19(a) are graphs showing magnitude and phase angle responses without VMS droop control, respectively.
18(b) and 19(b) are graphs showing voltage characteristics by controlling the VMS droop of the remaining CBGs.
이하, 본 발명에 따른 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a detailed description of a preferred embodiment of an apparatus and method for power sensitivity-based virtual multislack droop control according to the present invention.
본 발명에 따른 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Features and advantages of the apparatus and method for power-sensitive virtual multislack droop control according to the present invention will become apparent through detailed description of each embodiment below.
도 1은 본 발명에 따른 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 방법을 나타낸 플로우 차트이다.1 is a configuration diagram of an apparatus for power-sensitive virtual multislack droop control according to the present invention, and FIG. 2 is a flow chart showing a method for power-sensitive virtual multislack droop control according to the present invention.
본 발명에 따른 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치 및 방법은 재생에너지의 투입량이 높은 전력계통에서 다수의 발전기가 함께 슬랙 발전기로 동작하여 계통의 안정도를 향상시키도록 한 것이다.An apparatus and method for power-sensitive virtual multislack droop control according to the present invention is to improve the stability of a system by operating a plurality of generators together as a slack generator in a power system having a high input of renewable energy.
이를 위하여 본 발명은 부하 변동에 대해 가장 최적화된 발전기 조합 응답이 이루어지며, 일상적인 계통 변화에서는 계통해석 반복의 필요가 없도록 하여 연산 시스템 자원을 최소화할 수 있도록 하기 위한 구성을 포함한다.To this end, the present invention includes a configuration for minimizing computational system resources by eliminating the need for repetition of system analysis in a routine system change, where the most optimized generator combination response to load fluctuations is achieved.
본 발명은 부하와 발전기 사이의 전력 민감도를 기반으로 최적의 드룹계수를 실시간 제공하여 다수의 컨버터 발전기가 가상의 슬랙모선으로 동작하게 하고, 가상의 슬랙모선은 기존의 GPS 시각동기화 기반의 물리적 멀티슬랙 사이에 존재하여 계통 안정성과 응답성을 높일 수 있도록 하기 위한 구성을 포함한다.The present invention provides the optimum droop coefficient based on the power sensitivity between the load and the generator in real time, allowing multiple converter generators to operate as a virtual slack bus, and the virtual slack bus is a physical multislack based on the existing GPS time synchronization. Includes a configuration to exist between to increase system stability and responsiveness.
본 발명에 따른 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치는 도 1에서와 같이, 분산 전원1(100a) 내지 분산 전원n(100n)들의 동기화 데이터를 수집하는 동기화 데이터 수집부(300)와, 부하 변동이 있는 경우에 멀티슬랙 조류 계산을 하는 멀티 슬랙 조류 계산부(500) 및 부하와 발전기 사이의 전력 민감도 산출을 하는 전력 민감도 산출부(400)와, 부하와 발전기 사이의 전력 민감도를 기반으로 최적의 드룹계수를 실시간 제공하여 모든 발전기 간의 전력 배분을 가능하게 하여 모선 전압의 크기와 위상 각을 간접적으로 제어하는 가상 멀티 슬랙으로 작동할 수 있도록 제어하는 가상 멀티슬랙 드룹 제어부(200)를 포함한다.The apparatus for power sensitivity-based virtual multislack droop control according to the present invention includes a synchronization
본 발명에 따른 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 방법은 도 2에서와 같이, 분산 전원들의 동기화 데이터 수집을 하고(S201), 이전에 계산된 전력 민감도를 기반으로 적응적 드룹 제어를 하여 VMS 발전을 한다.(S202)The method for power sensitivity-based virtual multislack droop control according to the present invention collects synchronization data of distributed power sources as shown in FIG. 2 (S201), and adaptive droop control based on previously calculated power sensitivity to perform VMS. Develop.(S202)
이어, 부하 변동이 있는지를 판단하여(S203), 미리 정의된 동작 전압 또는 위상 범위를 위반하는 경우 멀티슬랙 조류 계산을 하고, 부하와 발전기 사이의 전력 민감도 산출을 한다.(S204)Subsequently, it is determined whether there is a load variation (S203), and if a predefined operating voltage or phase range is violated, multi-slack current calculation is performed, and power sensitivity between the load and the generator is calculated.
그리고 부하와 발전기 사이의 전력 민감도를 기반으로 최적의 드룹계수를 실시간 제공하여 모든 발전기 간의 전력 배분을 가능하게 하여 모선 전압의 크기와 위상 각을 간접적으로 제어하는 가상 멀티 슬랙으로 작동 할 수 있도록 제어한다.(S205)In addition, it provides the optimal droop coefficient in real time based on the power sensitivity between the load and the generator to enable power distribution between all generators, so that it can operate as a virtual multi-slack that indirectly controls the size and phase angle of the bus voltage. .(S205)
이어, 1 차 제어에 의해 야기된 편차를 보상하기 위한 2차 제어로서 VMS 발전을 재구성한다.(S206)Subsequently, VMS power generation is reconstructed as a secondary control to compensate for the deviation caused by the primary control. (S206)
그리고 재계산된 전력 민감도(S)를 VMS 드룹 제어를 위한 새로운 작동 조건으로 업데이트한다.(S207)Then, the recalculated power sensitivity S is updated with new operating conditions for VMS droop control (S207).
본 발명은 전력 민감도 분석을 기반으로 가상 멀티 슬랙(VMS;Virtual Multi-Slack) 드룹 제어를 위한 것으로, 이는 CBG(Converter Based Generators)를 포함한 모든 발전기가 CBG 간의 전력 배분을 가능하게 하여 모선 전압의 크기와 위상 각을 간접적으로 제어하는 가상 멀티 슬랙(물리적 슬랙을 위한 하나의 발전기)으로 작동 할 수 있도록 한다.The present invention is for virtual multi-slack (VMS) droop control based on power sensitivity analysis, which enables all generators, including converter based generators (CBG), to distribute power between CBGs, so that the size of the bus voltage is And to operate as a virtual multi-slack (one generator for physical slack) that indirectly controls the phase angle.
결과적으로 실제 및 가상 슬랙은 부하를 효과적으로 공유하고 전력 불균형을 해결한다.As a result, real and virtual slack effectively share loads and resolve power imbalances.
본 발명에 따른 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치 및 방법에 의해 VMS 드룹 제어를 구현하기 위해 VMS 전력 흐름 분석 및 VMS 전력 흐름 분석을 통한 계층적 제어 아키텍처가 구현될 수 있다.A hierarchical control architecture through VMS power flow analysis and VMS power flow analysis can be implemented to implement VMS droop control by an apparatus and method for power sensitivity-based virtual multislack droop control according to the present invention.
국부적 안정성을 위한 기본 제어는 전력 민감도 분석에 기초하여 미리 계산된 VMS 드룹 제어에 의해 달성된다.Basic control for local stability is achieved by pre-computed VMS droop control based on power sensitivity analysis.
또한, VMS 전력 흐름은 1차 제어에 의해 야기된 편차뿐만 아니라 장기간의 동작을 제어할 수 있고, VMS 전력 흐름 분석은 재생에너지의 투입량이 높은 마이크로 그리드의 전력 흐름을 효과적으로 해결할 수 있다.In addition, the VMS power flow can control not only the deviation caused by the primary control, but also long-term operation, and the VMS power flow analysis can effectively solve the power flow of the micro grid with a high input of renewable energy.
CBG간에 전력을 적응적으로 할당하여 VMS 드룹 제어를 가능하게 하는 전력 민감도를 도출한다.Power sensitivity is derived to enable VMS droop control by adaptively allocating power between CBGs.
본 발명에 따른 VMS 전력 흐름 분석은 모선 유형을 물리적 슬랙(physical slack), 가상 슬랙(virtual slack), 전압 제어(voltage controlled) 및 부하 모선(load buses)로 분류한다.VMS power flow analysis according to the present invention categorizes the busbar type into physical slack, virtual slack, voltage controlled and load buses.
물리적 슬랙 모선는 기존 전력 흐름 분석의 슬랙 모선와 동일하고, 가상 슬랙 모선는 기본적으로 전압 제어 모선 또는 유효 전력(P) 및 무효 전력(Q) 제어 모선(CBG 용)일 수 있다.The physical slack busbar is the same as the slack busbar of the conventional power flow analysis, and the virtual slack busbar can be basically a voltage control busbar or active power (P) and reactive power (Q) control busbar (for CBG).
그러나 발전과 부하 소비의 차이를 이상적으로 보상한다면 슬랙 모선로 작동 할 수 있고, 전압 제어 및 부하 모선는 기존의 전력 흐름 분석과 동일하다.However, if you ideally compensate for the difference between power generation and load consumption, it can operate as a slack busbar, and the voltage control and load busbar are the same as the conventional power flow analysis.
결과적으로 실제 및 가상 슬랙 모선는 적절한 제어와 함께 전력 불균형을 해결한다.As a result, real and virtual slack busbars solve power imbalance with proper control.
n 모선 시스템의 전력 흐름 분석을 위해, 전력 불일치는 다음과 같이 정의할 수 있다.For power flow analysis of the bus system, the power mismatch can be defined as follows.
여기서, Pi와 Qi는 각각 모선 i에서 유효 전력과 무효 전력으로 계획된다.Here, P i and Q i are planned to be active power and reactive power on the bus bar i, respectively.
수학식 1과 수학식 2의 오른쪽에 있는 두 번째 항은 각각 모선 i에서의 유효 전력과 무효 전력이다.The second term to the right of
|Vi|와 δi는 모선 i에서의 전압의 크기 및 위상 각이다.|V i | and δ i are the magnitude and phase angle of the voltage at busbar i.
또한, |Yij|와 θij는 각각 모선 i와 모선 j 사이의 Ybus 요소의 크기(magnitude)와 각(angle)이다.Further, |Y ij | and θ ij are the magnitude and angle of the Y bus element between busbar i and busbar j, respectively.
Ybus는 노달 어드미턴스 행렬(nodal admittance matrix)이다.Y bus is a nodal admittance matrix.
고차 항을 무시하고 테일러 전개로 수학식 1 및 수학식 2를 전개하면 본 발명에 따른 VMS 전력 흐름 분석을 도출하는 초기 선형 방정식은 다음과 같이 정의된다.The initial linear equation that derives the VMS power flow analysis according to the present invention is defined as follows when
여기서, 
아래첨자 n과 m은 전체 모선와 슬랙 모선 (m - 1 개의 가상 슬랙과 하나의 물리적 슬랙)의 수를 각각 나타낸다.Subscripts n and m indicate the total number of busbars and slack busbars (m-1 virtual slack and one physical slack), respectively.
자코비안 행렬(
더 자세한 설명을 위한 
여기서, 
그런 다음 가상 슬랙 모선의 전력 불일치를 발전 및 부하 불일치로 구분할 수 있다.Then, the power mismatch of the virtual slack bus can be divided into power generation and load mismatch.
따라서, 가상 슬랙 모선의 전력 및 전압 불일치는 다음과 같이 다시 정의할 수 있다.Therefore, the power and voltage mismatch of the virtual slack busbar can be redefined as follows.
여기서, 아래 첨자, GBG 및 Load는 각각 가상 슬랙 모선에서 발전 및 부하 소비를 나타낸다.Here, the subscripts, GBG and Load indicate power generation and load consumption in the virtual slack bus, respectively.
이는 수학식 6 및 수학식 7에서와 같이 정의된다.It is defined as in
위 첨자와 아래 첨자는 각각 수학식 4의 서브 행렬 수와 원소를 나타낸다.The superscript and subscript indicate the number and elements of sub-matrix of
가상 슬랙 모선는 수학식 5의 왼쪽 항에서 제로 불일치를 야기하는 전압 및 위상 각을 이상적으로 지정한다.The virtual slack busbar ideally specifies the voltage and phase angles that cause zero mismatch in the left term of equation (5).
수학식 5는 다음과 같이 재배열될 수 있다.
전력 흐름 방정식은 수렴 후 시스템 상태를 나타낸 것이다.The power flow equation represents the system state after convergence.
예를 들어, 물리적 시스템이 정상 상태에 있을 때 수학식 3에서 모든 편차는 제로이다.For example, in
반대로 물리적 시스템의 부하 변화는 전압의 크기와 위상 각을 변화시킨다.Conversely, changes in the load of the physical system change the magnitude and phase angle of the voltage.
수학식 3의 부하 편차는 기존의 전력 흐름 분석에서도 동일한 결과를 유도한다.The load deviation of
본 발명에 따른 VMS 드룹 제어에서, 수학식 8은 부하 변화에 대응하는 1차 제어를 위한 CBG의 적절한 할당을 제공한다.In the VMS droop control according to the present invention,
즉, 1차 제어는 수학식 8을 기반으로 로컬 전력 균형에 대한 가상 슬랙 사이의 적절한 부하 공유를 결정한다.That is, the primary control determines an appropriate load sharing between virtual slack for local power balance based on Equation (8).
이 관계에 기초하여, 전력 감도 행렬 
여기서, 서브 행렬 
따라서 S의 각 요소는 개별 발전기와 부하 사이에서 드룹 커브(droop curve)의 역할을 한다.Thus, each element of S acts as a droop curve between the individual generator and the load.
여기서, 각 드룹 커브는 시스템 조건에 따라 적응적으로 결정된다.Here, each droop curve is adaptively determined according to system conditions.
마지막으로, VMS 전력 흐름 분석은 수학식 10에 의해 수행된다.Finally, VMS power flow analysis is performed by Equation (10).
여기서, 
본 발명에 따른 VMS 드룹 제어 및 전력 흐름 분석은 도 3에서와 같은 방법으로 구현된다.VMS droop control and power flow analysis according to the present invention is implemented in the same way as in FIG. 3.
도 3은 본 발명에 따른 VMS 드룹 제어 및 전력 흐름 분석의 계층적 제어 과정을 나타낸 것이다.3 shows a hierarchical control process of VMS droop control and power flow analysis according to the present invention.
측정된 전력은 물리적 및 가상 슬랙이 아닌 비 슬랙(non-slack) 발전 및 순수 부하의 벡터 합인 순 부하이다.The measured power is the net load, which is the vector sum of non-slack power generation and pure load, not physical and virtual slack.
그런 다음, VMS 발전은 적응적 드룹 제어에 대해 이전에 계산된 전력 민감도를 기반으로 쉽게 결정된다. 그러므로 VMS 드룹 제어는 발전기 간의 전력 균형과 적절한 공유를 통해 독립형 마이크로그리드를 위한 1차로 작동할 수 있다.The VMS evolution is then easily determined based on the previously calculated power sensitivity for adaptive droop control. Therefore, VMS droop control can act primarily as a stand-alone microgrid with power sharing and proper sharing between generators.
VMS 드룹 제어가 마이크로그리드 특성을 고려하여 미리 정의된 동작 전압 또는 위상 범위를 위반하는 경우, VMS 전력 흐름 분석은 1 차 제어에 의해 야기된 편차를 보상하기 위한 2차 제어로서 VMS 발전을 재구성한다.If the VMS droop control violates a predefined operating voltage or phase range taking into account the microgrid characteristics, the VMS power flow analysis reconstructs the VMS evolution as a secondary control to compensate for the deviation caused by the primary control.
특히, 재계산된 전력 민감도(S)는 VMS 드룹 제어를 위한 새로운 작동 조건으로 업데이트된다.In particular, the recalculated power sensitivity S is updated with new operating conditions for VMS droop control.
결과적으로, 전력 민감도에 기반한 VMS 드룹 제어는 독립형 마이크로그리드에서 작은 부하 변화가 발생할 때 VMS 발전 간에 적절한 전력 할당을 가능하게 한다.As a result, VMS droop control based on power sensitivity enables proper power allocation between VMS generations when small load changes occur in a standalone microgrid.
또한, VMS 드룹 제어가 동작 전압 또는 위상 범위를 유지하는 한 미리 계산된 전력 민감도로 적절한 전력 분배가 이루어지기 때문에 계산 작업을 줄일 수 있다.In addition, as long as the VMS droop control maintains the operating voltage or phase range, proper power distribution is achieved with pre-computed power sensitivity, thereby reducing computational work.
본 발명에 따른 VMS 전력 흐름 분석과 VMS 드룹 제어는 표 1에 나와있는 것처럼 특성에 따라 서로 보완한다.VMS power flow analysis and VMS droop control according to the present invention complement each other according to characteristics as shown in Table 1.
본 발명에 따른 VMS 드룹 제어의 주요 이점은 시스템 전압이 안정화되도록 CBG 사이의 적절한 부하 공유에 의한 정확한 전력 균형이다.The main advantage of VMS droop control according to the present invention is accurate power balance by proper load sharing between CBGs so that the system voltage is stabilized.
이를 검증하기 위해 도 5에서와 같이 갑작스러운 전력 불일치를 적용하기 위해 몇 가지 부하 변화를 시뮬레이션하면 다음과 같다.To verify this, several load changes are simulated to apply a sudden power mismatch as in FIG. 5 as follows.
도 4는 재생에너지의 투입량이 높은 독립형 마이크로 그리드 및 VMS 드룹 제어 구현을 위한 일 예를 나타낸 구성도이고, 도 5는 재생에너지의 투입량이 높은 독립형 마이크로 그리드의 총 부하 변화를 나타낸 것으로, (a)유효 전력 (b)무효 전력이다.4 is a block diagram showing an example for implementing a stand-alone micro grid and VMS droop control with high input of renewable energy, and FIG. 5 shows a total load change of a stand-alone micro grid with high input of renewable energy, (a) Active power (b) It is reactive power.
표 2에서와 같이, 초기 유효 및 반응 부하의 총 합은 1770kW 및 177.6kVAR로 각각 설정된다.As in Table 2, the sum of the initial effective and reactive loads is set to 1770 kW and 177.6 kVAR, respectively.
그런 다음 도 5(a)와 같이 매 5 초마다 2.5 초에서 22.5 초 사이에 각 부하가 증가한다.Then, as shown in Fig. 5(a), each load increases every 2.5 seconds to 22.5 seconds every 5 seconds.
다음으로 부하는 27.5 초에서 47.5 초로 5 초마다 다시 감소한다.Next, the load decreases again every 5 seconds from 27.5 seconds to 47.5 seconds.
도 6 및 도 7에 도시 된 바와 같이, 독립형 마이크로 그리드의 생성 및 총 부하 요구는 VMS 드롭 제어가 없는 유일한 디젤 발전기(즉, 단일 슬랙)에 의해 균형을 이룬다.As shown in Figures 6 and 7, the generation and total load requirements of the stand-alone micro-grid are balanced by the only diesel generator (ie single slack) without VMS drop control.
이 시스템에서 재생에너지의 투입량이 높더라도 이것은 동일하다. 즉, 모든 CBG는 부하 변동에 관계없이 일정한 전력을 생성한다.This is the same even if the input of renewable energy is high in this system. That is, all CBGs generate constant power regardless of load fluctuations.
반대로, 도 8 및 도 9에서와 같이, VMS 드룹 제어 시스템은 모든 CBG를 가상 멀티 슬랙 발전기로 사용하여 전력 균형을 맞춘다.Conversely, as in FIGS. 8 and 9, the VMS droop control system uses all CBGs as virtual multi-slack generators to balance power.
VMS 드룹 제어 시스템은 전력 민감도에 기반하여 가상 슬랙 동작에 필요한 전력을 적응적으로 할당한다.The VMS droop control system adaptively allocates power required for virtual slack operation based on power sensitivity.
CBG와 모선의 전력 변화 사이의 관계에 대한 전력 민감도 히트 맵은 도 10에서와 같다. 시스템 상태에 따라 수학식 9에 의해 전력 민감도 행렬의 명확한 그래픽 표현을 제공한다.The power sensitivity heat map for the relationship between the CBG and the power change of the busbar is as in FIG. 10.
전력 민감도의 다른 강도는 다른 색상과 숫자로 주어진다.Different intensities of power sensitivity are given in different colors and numbers.
예를 들어, 어두운 갈색과 흰색은 각각 1로 가장 높은 감도를, 0으로 감도를 제로를 나타낸다.For example, dark brown and white each have the highest sensitivity of 1, and zero of sensitivity.
도 10에서 보면, CBG가 설치되어 있는 모선 2, 5, 16, 22, 27, 31의 전력 변화는 1의 높은 민감도인 각 CBG에 의해 지배적으로 제어된다.(어두운 갈색)In FIG. 10, the power change of the
이것은 CBG가 제안된 VMS 드룹 제어로 모선 전압의 크기와 각도를 지정함으로써 가상 슬랙으로 작동하기 때문이다.This is because CBG acts as a virtual slack by specifying the magnitude and angle of the bus voltage with the proposed VMS droop control.
반대로, CBG가 연결되지 않은 다른 모선의 전력 변화는 도 10에서와 같이 CBG 간의 감도 강도를 기반으로 여러 CBG에 의해 균형을 이룬다.Conversely, the power change of the other bus bar not connected to the CBG is balanced by several CBGs based on the intensity of sensitivity between the CBGs as shown in FIG. 10.
예를 들어, 도 4의 모선 (37)에서의 전력 변화는 CBG2, CBG3 및 CBG6으로부터의 발전에 의해 제어될 수 있다.For example, the power change in busbar 37 in FIG. 4 can be controlled by power generation from CBG2, CBG3 and CBG6.
전력 민감도는 도 10에서와 같이 CBG2와 CBG3의 경우 청색(각각 세기 0.1571과 0.2548)과 CBG6의 경우 황록색(강도 0.6058)으로 표시된다.As shown in FIG. 10, the power sensitivity is displayed in blue (intensity 0.1571 and 0.2548, respectively) for CBG2 and CBG3 and yellow-green (intensity 0.6058) for CBG6.
또한, 도 5 및 도 8의 결과에서와 같이, 모선 37에서 17.5 초(도 5 참조)의 부하가 1.90 MW에서 1.94 MW로 변하는 것은 전력 민감도에 따라 CBG2, CBG3 및 CBG6 (도 8 참조)로부터의 전력 생산에 의해 균형을 이룬다.In addition, as in the results of Figs. 5 and 8, the load of 17.5 seconds (see Fig. 5) on the busbar from 1.90 MW to 1.94 MW varies from CBG2, CBG3 and CBG6 (see Fig. 8) depending on the power sensitivity. Balanced by electricity production.
결과적으로, 제안된 VMS 드룹 제어는 도 8(a) 및 도 9(a)에서와 같이, 전력 밸런싱을 위한 디젤 발전기의 부담을 줄인다.As a result, the proposed VMS droop control reduces the burden of the diesel generator for power balancing, as in FIGS. 8(a) and 9(a).
바꾸어 말하면, VMS 드룹 제어는 부하 변동에 대해 독립형 마이크로그리드에서 보다 높은 재생에너지의 투입을 가능하게 한다.In other words, VMS droop control allows for the input of higher renewable energy in a stand-alone microgrid for load fluctuations.
제안된 VMS 드룹 제어는 도 11 및 도 12에서와 같이 CBG 간의 적절한 전력 공유가 이루어지도록 하여 전압 프로파일(크기 및 위상 각)을 향상시킨다.The proposed VMS droop control improves the voltage profile (magnitude and phase angle) by ensuring proper power sharing between CBGs as shown in FIGS. 11 and 12.
도 11(a) 및 도 12(a)에서와 같이 VMS 드룹 제어가 없는 경우에는 전압의 크기 및 위상 각은 각각 최대 0.01 pu 및 0.5도만큼 변한다.When there is no VMS droop control as in FIGS. 11(a) and 12(a), the magnitude and phase angle of the voltage are changed by up to 0.01 pu and 0.5 degrees, respectively.
이것은 디젤 발전기가 슬랙으로 작동하기 때문이다.This is because the diesel generator works as a slack.
그러나 이러한 변화는 CBG의 VMS 작동으로 인해 전압 및 각도 안정도가 개선되어 VMS 드룹 제어에 의해 제거된다.However, these changes are eliminated by the VMS droop control due to improved voltage and angular stability due to CBG's VMS operation.
증가된 전압의 크기 및 위상 각 응답은 도 11(b) 및 도 12(b)에 각각 도시되어있다.The magnitude and phase angle responses of the increased voltage are shown in FIGS. 11(b) and 12(b), respectively.
또한, VMS 드룹 제어는 도 13에 도시 된 바와 같이 전력 손실을 감소시킬 수있다. 분배 라인의 정상적인 조건에서 전압과 위상 각 차이가 클수록 더 큰 전류로 인해 전력 손실이 발생한다.In addition, VMS droop control can reduce power loss as shown in Figure 13. Under normal conditions of the distribution line, the greater the voltage and phase angle difference, the greater the current, resulting in power loss.
도 13(a)와 (b)는 마이크로 그리드의 유효 및 반응 전력 손실과 VMS 드룹 제어를 나타낸 것이다.13(a) and 13(b) show the effective and reactive power loss and VMS droop control of the micro grid.
전력 생성의 변화에 관하여 설명하면 다음과 같다.The changes in power generation are as follows.
재생에너지의 투입량이 높은 독립형 마이크로 그리드의 신뢰성있는 작동을 위해서는 신 재생 에너지로 인한 CBG의 전력 변동을 적절하게 관리해야 한다.For reliable operation of a stand-alone microgrid with a high input of renewable energy, it is necessary to properly manage power fluctuations of CBG due to renewable energy.
신 재생 에너지 자원의 불확실성은 마이크로 그리드가 대용량 전력 시스템에 연결된 경우 주 전력망의 예비 전력으로 처리할 수 있다.The uncertainty of renewable energy resources can be handled as reserve power in the main power grid when the microgrid is connected to a large capacity power system.
대조적으로, 재생에너지의 투입량이 높은 독립형 마이크로 그리드는 예비 전력이 제한적이다.In contrast, a stand-alone microgrid with a high input of renewable energy has limited reserve power.
결과적으로, RI-ESS는 재생에너지의 투입량이 높은 독립형 마이크로 그리드의 신뢰성있는 작동에 필수적이다.As a result, RI-ESS is essential for reliable operation of a stand-alone microgrid with a high input of renewable energy.
RI-ESS는 각 재생 가능 CBG의 간헐성(intermittency)을 완화시킨다.RI-ESS alleviates the intermittency of each renewable CBG.
그럼에도 불구하고 CBG는 신 재생 에너지가 충분한 전력을 생산하지 못하면 출력 전력을 줄여야 한다.Nevertheless, CBG must reduce output power if renewable energy does not produce enough power.
이 경우, CBG는 일정한 전력 제어 모드로 동작할 수 있다.In this case, the CBG can operate in a constant power control mode.
VMS 드룹 제어는 CBG와 함께 검증되어 전력을 변화시킨다.VMS droop control is verified with CBG to change power.
즉, 부하는 변하지 않고 CBG는 재생 가능 에너지의 불확실성을 가정하여 변경된다.That is, the load is unchanged and the CBG is changed assuming the uncertainty of renewable energy.
재생 에너지의 간헐성에 의한 CBG3 및 CBG4로부터의 전력 변화가 도 14에 도시되어 있다.The power change from CBG3 and CBG4 due to intermittent renewable energy is shown in FIG. 14.
CBG4는 10 초 동안 출력을 증가시킨다. CBG4의 RI-ESS는 CBG4에서 발생하는 전력을 재생 가능 에너지의 일시적인 증가로 인해 증가된다.CBG4 increases power for 10 seconds. CBG4's RI-ESS increases the power generated by CBG4 due to the temporary increase in renewable energy.
이와 유사하게, CBG3는 10 초 동안 발생 전력을 감소시킨다. CBG3에 대한 RI-ESS가 완전히 방전되고 CBG3의 재생 가능 에너지 또한 일시적으로 감소하기 때문이다.Similarly, CBG3 reduces the generated power for 10 seconds. This is because the RI-ESS for CBG3 is completely discharged and the renewable energy of CBG3 is also temporarily reduced.
VMS 드룹 제어가 없는 디젤 발전기 및 나머지 CBG의 유효 및 무효 전력 응답은 도 15 및 도 16에서와 같다.The active and reactive power responses of the diesel generator without VMS droop control and the remaining CBGs are as in FIGS. 15 and 16.
제안된 VMS 드룹 제어없이 재생 에너지의 간헐성으로 인해 CBG3 및 CBG4에서 유일한 디젤 발전기 응답 전력 변화가 관찰된다.Due to the intermittence of renewable energy without the proposed VMS droop control, only the diesel generator response power change is observed in CBG3 and CBG4.
대조적으로, 다른 CBG는 발전량을 적절하게 제어하는 반면 디젤 발전기는 VMS 드룹 제어가 적용될 때 거의 일정한 전력을 계속 제공한다.In contrast, while other CBGs adequately control power generation, diesel generators continue to provide nearly constant power when VMS droop control is applied.
CBG가 재생 가능 에너지의 불확실성으로 인해 출력 전력을 변경할 때, 이들은 출력(즉, 네거티브 부하)으로 분류되어 VMS 전력 흐름을 해결할 수 있다.When CBG changes output power due to uncertainty in renewable energy, they can be classified as output (ie negative load) to solve the VMS power flow.
다시 말해, CBG3와 CBG4의 발전량 변화는 각각 모선 16과 22에서 네거티브 부하 변화로 간주된다.In other words, the change in power generation of CBG3 and CBG4 is considered to be a negative load change on busbars 16 and 22, respectively.
이에 대응하는 전력 민감도 히트 맵이 도 17에 도시된다.The corresponding power sensitivity heat map is shown in FIG. 17.
모든 CBG가 VMS 드룹 제어를 사용하는 도 10과는 달리 CBG3와 CBG4는 재생 에너지의 간헐성으로 인해 제안된 VMS 드룹 제어에 참여할 수 없기 때문에 도 17의 전력 민감도가 변경된다.Unlike FIG. 10 in which all CBGs use VMS droop control, the power sensitivity of FIG. 17 is changed because CBG3 and CBG4 cannot participate in the proposed VMS droop control due to intermittent renewable energy.
즉, 도 10에서 모선(10)에서 모선(17)로의 부하 변화는 주로 CBG3에 의해 시안(cyan)에서 적색으로 제어된다. CBG2와 CBG6는 CBG3보다 파란색의 세기가 낮다.That is, in FIG. 10, the load change from the
그러나 CBG3가 VMS 드룹 제어에 의해 작동되지 않으면 CBG2 및 CBG6의 모선 (10)에서 (17)로의 부하 변화에 대한 전력 민감도의 세기는 도 17에 도시된 바와 같이 황록색 (CBG2의 경우) 및 시안(CBG6의 경우)의 색으로 증가한다.However, if CBG3 is not operated by VMS droop control, the intensity of power sensitivity to the load change from CBG2 and CBG6 to the
상기한 바와 같이, CBG3에서의 전력 변화는 모선 (16)에서 네거티브 부하로 간주된다.As noted above, the power change in CBG3 is considered a negative load on busbar 16.
따라서 CBG2와 CBG6에 의해 제어된다.Therefore, it is controlled by CBG2 and CBG6.
도 14 및 도 16에 도시된 바와 같이, 모선 (16)에서 7.5 초(도 14 참조)의 CBG3의 600kW에서 500kW로의 전력 변화는 전력 민감도에 따른 CBG2 및 CBG6 (도 14 참조)로부터의 전력 생성에 의해 처리된다.14 and 16, the power change from 600kW to 500kW of CBG3 of 7.5 seconds (see FIG. 14) on the busbar 16 is based on the power sensitivity to generate power from CBG2 and CBG6 (see FIG. 14). Is handled by
정리하면, 일부 CBG가 VMS 드룹 제어에 참여하지 않더라도 재계산된 전력 민감도를 기반으로 제안된 VMS 드룹 제어로 다른 CBG가 충분히 담당할 수 있다.In summary, even if some CBGs do not participate in VMS droop control, other CBGs can take full responsibility for the proposed VMS droop control based on the recalculated power sensitivity.
도 18(a)와 19(a)는 각각 VMS 드룹 제어가 없는 크기와 위상 각 응답을 보여준다.18(a) and 19(a) show magnitude and phase angle responses without VMS droop control, respectively.
모선 (16) 및 모선 (27)(도 18(a) 및 도 19(a)의 갈색 및 시안)과 같은 급전선의 단부에서 전압의 크기 및 위상 각은 CBG3 및 CBG4의 전력 변화에 따라 변경된다.The magnitude and phase angle of the voltage at the ends of the feeders such as busbars 16 and busbars 27 (brown and cyan in Figs. 18(a) and 19(a)) changes according to the power change of CBG3 and CBG4.
다른 한편, 도 18(b) 및 도 19(b)에서와 같이, 나머지 CBG는 VMS 드룹 제어에 의해 전압을 일정하게 유지한다. On the other hand, as in FIGS. 18(b) and 19(b), the remaining CBGs maintain the voltage constant by VMS droop control.
결과적으로 모선 (16)과 모선 (27)의 전압을 일정하게 유지한다. As a result, the voltages of the busbar 16 and the busbar 27 are kept constant.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치 및 방법은 부하와 발전기 사이의 전력 민감도를 기반으로 최적의 드룹계수를 실시간 제공하여 다수의 컨버터 발전기가 가상의 슬랙모선으로 동작하게 하고, 가상의 슬랙모선은 기존의 GPS 시각동기화 기반의 물리적 멀티슬랙 사이에 존재하여 계통 안정성과 응답성을 높일 수 있도록 한 것이다.The apparatus and method for power sensitivity-based virtual multislack droop control according to the present invention described above provides an optimal droop coefficient based on power sensitivity between a load and a generator in real time, so that multiple converter generators operate as virtual slack buses In addition, a virtual slack bus exists between physical multi-slack based on the existing GPS time synchronization so as to increase system stability and responsiveness.
특히, 계통의 큰 이벤트에 대해 여러 발전기가 함께 응동하여 단일 발전기 용량을 크게 상회하는 이벤트에 대해서도 안정적인 계통 운영 능력을 확보할 수 있도록 한 것이다.In particular, it is possible to secure a stable system operation capability even for an event that greatly exceeds a single generator capacity by several generators reacting together for a large event in the system.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention as described above.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the specified embodiments should be considered in terms of explanation rather than limitation, and the scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent range are included in the present invention. Should be interpreted.
100a. 100n. 분산 전원
200. 가상 멀티슬랙 드룹 제어부
300. 동기화 데이터 수집부
400. 전력 민감도 산출부
500. 멀티슬랙 조류 계산부100a. 100n. Distributed power
200. Virtual multi-slack droop control
300. Synchronization data collection unit
400. Power sensitivity calculator
500. Multi-slack tide calculator
Claims (13)
운전점 변동이 큰 경우에 멀티슬랙 조류 계산을 하는 멀티 슬랙 조류 계산부 및 부하와 발전기 사이의 전력 민감도 산출을 하는 전력 민감도 산출부;
부하와 발전기 사이의 전력 민감도를 기반으로 최적의 드룹계수를 실시간 제공하여 모든 발전기 간의 전력 배분을 가능하게 하며, 모선 전압의 크기와 위상 각을 간접적으로 제어하는 가상 멀티 슬랙으로 작동할 수 있도록 제어하는 가상 멀티슬랙 드룹 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치.A synchronization data collection unit collecting synchronization data of distributed power sources;
A multi-slack current calculation unit for calculating multi-slack current when the operating point variation is large, and a power sensitivity calculation unit for calculating power sensitivity between a load and a generator;
Based on the power sensitivity between the load and the generator, the optimal droop coefficient is provided in real time to enable power distribution between all generators, and to operate as a virtual multi-slack that indirectly controls the size and phase angle of the bus voltage. A device for power sensitivity-based virtual multislack droop control, comprising: a virtual multislack droop control unit.
이전에 계산된 전력 민감도를 기반으로 적응적 드룹 제어를 하여 VMS 발전을 하는 1 차 제어에 의해 야기된 편차를 보상하기 위한 2차 제어로서 VMS 발전을 재구성하는 것을 특징으로 하는 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치.According to claim 1, Virtual virtual slack droop control unit,
Power sensitivity-based virtual multislack, characterized by reconstructing VMS power generation as a secondary control for compensating for the deviation caused by the primary control for VMS power generation by adaptive droop control based on the previously calculated power sensitivity. Device for droop control.
모선 유형을 물리적 슬랙(physical slack), 가상 슬랙(virtual slack), 전압 제어(voltage controlled) 및 부하 모선(load buses)으로 분류하고,
가상 슬랙 모선는 전압 제어 모선 또는 유효 전력(P) 및 무효 전력(Q) 제어 모선인 것을 특징으로 하는 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치.According to claim 1, For the VMS power flow analysis for power-sensitive virtual multi-slack droop control,
Classify busbar types into physical slack, virtual slack, voltage controlled and load buses,
The virtual slack bus is a voltage-controlled bus or active power (P) and reactive power (Q) control bus, characterized in that the power sensitivity-based virtual multi-slack droop control device.
전력 불일치를,
여기서, Pi와 Qi는 각각 모선 i에서 유효 전력과 무효 전력으로 계획되고, 오른쪽에 있는 두 번째 항은 각각 모선 i에서의 유효 전력과 무효 전력,
|Vi|와 δi는 모선 i에서의 전압의 크기 및 위상 각, |Yij|와 θij는 각각 모선 i와 모선 j 사이의 Ybus 요소의 크기(magnitude)와 각(angle), Ybus는 노달 어드미턴스 행렬(nodal admittance matrix)인 것을 특징으로 하는 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치.According to claim 4, In the power flow analysis of the n bus system to compensate for the difference in power generation and load consumption,
Power mismatch,
Here, P i and Q i are planned as active power and reactive power on the mother bus i, respectively, and the second term on the right is active power and reactive power on the mother bus i, respectively.
|V i | and δ i are the magnitude and phase angle of the voltage on busbar i, |Y ij | and θ ij are the magnitude and angle of the Y bus element between busbar i and busbar j, Y bus is a nodal admittance matrix (nodal admittance matrix) device for power sensitivity-based virtual multi-slack droop control, characterized in that.
여기서,
here,
여기서,
here,
여기서, 아래 첨자, GBG 및 Load는 각각 가상 슬랙 모선에서 발전 및 부하 소비를 나타내고,
Here, the subscripts, GBG and Load respectively represent power generation and load consumption in the virtual slack busbar,
위 첨자와 아래 첨자는 각각 서브 행렬 수와 원소를 나타내고,
가상 슬랙 모선는 왼쪽 항에서 제로 불일치를 야기하는 전압 및 위상 각을 이상적으로 지정하는 것을 특징으로 하는 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치.The method of claim 8,
The superscript and subscript indicate the number of sub-matrix and elements, respectively.
The virtual slack busbar is a device for power sensitivity-based virtual multislack droop control, characterized by ideally specifying the voltage and phase angles that cause zero mismatch in the left term.
이를 이용하여 부하 변화에 대응하는 1차 제어를 위한 CBG의 적절한 할당을 제공하여 로컬 전력 균형에 대한 가상 슬랙 사이의 적절한 부하 공유를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 장치.10. The method of claim 9, wherein the rearranged power flow equation,
A device for power sensitivity-based virtual multislack droop control characterized by determining appropriate load sharing between virtual slacks for local power balance by providing appropriate allocation of CBGs for primary control in response to load changes using this .
여기서, 서브 행렬
Where sub-matrix
여기서,
here,
이전에 계산된 전력 민감도를 기반으로 적응적 드룹 제어를 하여 VMS 발전을 하는 단계;
운전점 변동이 있는지를 판단하여, 미리 정의된 동작 전압 또는 위상 범위를 위반하는 경우 멀티슬랙 조류 계산을 하고, 부하와 발전기 사이의 전력 민감도 산출을 하는 단계;
부하와 발전기 사이의 전력 민감도를 기반으로 최적의 드룹계수를 실시간 제공하여 모든 발전기 간의 전력 배분을 가능하게 하며, 모선 전압의 크기와 위상 각을 간접적으로 제어하는 가상 멀티 슬랙으로 작동할 수 있도록 제어하는 단계;
이전에 계산된 전력 민감도를 기반으로 한 1 차 제어에 의해 야기된 편차를 보상하기 위한 2차 제어로서 VMS 발전을 재구성하는 단계;
재계산된 전력 민감도(S)를 VMS 드룹 제어를 위한 새로운 작동 조건으로 업데이트하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력민감도 기반 가상 멀티슬랙 드룹 제어를 위한 방법.
Collecting synchronization data of distributed power sources for power sensitivity-based virtual multislack droop control;
Developing VMS by adaptive droop control based on the previously calculated power sensitivity;
Determining whether there is a change in the operating point, calculating a multi-slack current when the predefined operating voltage or phase range is violated, and calculating power sensitivity between the load and the generator;
Based on the power sensitivity between the load and the generator, the optimal droop coefficient is provided in real time to enable power distribution between all generators, and to operate as a virtual multi-slack that indirectly controls the size and phase angle of the bus voltage. step;
Reconstructing VMS power generation as a secondary control to compensate for the deviation caused by the primary control based on the previously calculated power sensitivity;
And updating the recalculated power sensitivity ( S ) to a new operating condition for VMS droop control.
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- 2018-12-13 KR KR1020180161291A patent/KR102223625B1/en active IP Right Grant
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