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KR102549305B1 - Microgrid system and method of controlling thereof - Google Patents

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Publication number
KR102549305B1
KR102549305B1 KR1020220045067A KR20220045067A KR102549305B1 KR 102549305 B1 KR102549305 B1 KR 102549305B1 KR 1020220045067 A KR1020220045067 A KR 1020220045067A KR 20220045067 A KR20220045067 A KR 20220045067A KR 102549305 B1 KR102549305 B1 KR 102549305B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
master device
energy storage
power
frequency
slave
Prior art date
Application number
KR1020220045067A
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Korean (ko)
Inventor
정병창
Original Assignee
리얼테크(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

Provided is a microgrid system capable of controlling power quality to be constantly maintained without a power failure in a small-scale power system. The microgrid system comprises: a distributed power supply configured to generate electricity using renewable energy as an energy source; a plurality of energy storage devices connected to the distributed power supply so as to form a microgrid, and configured to store power supplied from the distributed power supply or to output pre-stored power to an outside; and a central controller configured to control the distributed power source and the plurality of energy storage devices, wherein the central controller may set one of the energy storage devices as a master device and the other energy storage devices as slave devices, among the plurality of energy storage devices, and wherein the master device may output a constant voltage and a constant frequency in a normal state, and may change an output frequency in the normal state to another value within a predetermined allowable range when an overload is applied.

Description

마이크로그리드 시스템 및 그 제어 방법{Microgrid system and method of controlling thereof}Microgrid system and its control method {Microgrid system and method of controlling its}

본 발명은 마이크로그리드 시스템 및 그 제어방법에 관련된 것으로, 보다 구체적으로는, 에너지저장장치를 기저전원으로 이용하는 소규모 전력 계통에서, 정전 없이 전력 품질이 일정하게 유지되도록 제어할 수 있는, 마이크로그리드 시스템 및 그 제어 방법에 관련된 것이다.The present invention relates to a microgrid system and a control method thereof, and more specifically, to a microgrid system that can be controlled to maintain constant power quality without power failure in a small-scale power system using an energy storage device as a base power source, and It is related to the control method.

섬이나 산 정상과 같이 대규모 전력망에 연결이 어려운 오지의 경우에는 디젤 발전기와 같은 발전 장치와 부하로 구성된 소규모 전력 계통을 구성한다. 하지만, 최근 들어, 이산화탄소와 같이 온난화를 가속시키는 물질의 배출을 줄이기 위하여 디젤 발전기 대신 재생 에너지를 이용하여 전기를 공급하기도 한다.In remote areas, such as islands or mountain tops, where it is difficult to connect to a large-scale power grid, a small-scale power system consisting of a load and a generating device such as a diesel generator is constructed. However, in recent years, in order to reduce emissions of materials that accelerate global warming, such as carbon dioxide, electricity is supplied using renewable energy instead of diesel generators.

상기 재생 에너지를 이용할 경우, 재생 에너지의 발전량이 부하의 소비 패턴과 일치하지 않기 때문에, 에너지저장장치를 사용하여, 재생 에너지의 발전량이 부하보다 많은 경우에는 충전하고, 부하가 재생 에너지의 발전량보다 많은 경우에는 방전한다.When the renewable energy is used, since the generation amount of the renewable energy does not match the consumption pattern of the load, an energy storage device is used to charge when the generation amount of the renewable energy is greater than the load, and the load is more than the generation amount of the renewable energy. Discharge in case

에너지저장장치를 사용하더라도 재생 에너지 발전량이 부족하거나 에너지저장창지에 고장이 발생한 경우 전기를 공급하기 위하여 디젤 발전기를 계속 사용한다. 즉, 에너지저장장치가 전력 계통의 주파수와 전압을 유지하는 기저전원으로 동작한다.Even if the energy storage device is used, a diesel generator is continuously used to supply electricity when the amount of renewable energy generation is insufficient or the energy storage device is out of order. That is, the energy storage device operates as a base power supply that maintains the frequency and voltage of the power system.

에너지저장장치를 사용하는 종래의 소규모 전력 계통에서, 에너지저장장치의 고장에 대비하여 복수 개의 에너지저장장치를 설치할 수 있다. 그러나 복수 개의 에너지저장장치를 설치해도 1세트의 에너지저장장치만 동작하고 나머지 에너지저장장치는 정지 상태에서 대기한다. 1세트의 에너지저장장치만을 설치할 경우에는 전력변환장치의 고장에 대비하여 복수의 전력변환장치를 사용하기도 하지만, 이 경우에도 1대의 전력변환장치만 동작하고 나머지 전력변환장치는 정지 상태에서 대기한다.In a conventional small-scale power system using an energy storage device, a plurality of energy storage devices may be installed in preparation for failure of the energy storage device. However, even if a plurality of energy storage devices are installed, only one set of energy storage devices operates and the rest of the energy storage devices stand by in a stopped state. In the case of installing only one set of energy storage devices, a plurality of power converters are used in preparation for failure of the power converter, but even in this case, only one power converter operates and the remaining power converters stand by in a stopped state.

에너지저장장치가 기저전원으로 동작하는 소규모 전력 계통에서 에너지저장장치에서 고장이 발생하면 대기중인 다른 에너지저장장치, 전력변환장치 또는 디젤 발전기가 동작하여 일정한 주파수의 전기를 공급할 때까지 최소 수 ms에서 수백 ms가 소요되어 정전으로 연결된다.In a small-scale power system in which the ESS operates as base power, when a failure occurs in an ESS, a minimum of several ms to hundreds of seconds until another energy storage device, power converter, or diesel generator on standby operates to supply electricity at a constant frequency. It takes ms and leads to power failure.

복수의 에너지저장장치 또는 복수의 전력변환장치를 설치해도 동시에 운전하지 않고 1세트 또는 1대만 운전하는 이유는 소수의 전력변환장치가 병렬로 전력을 분담하는 상황에서 1대의 전력변환장치에서 고장이 발생하면 전력 계통의 주파수를 일정하게 유지할 수 없기 때문이다.Even if multiple energy storage devices or multiple power converters are installed, the reason why one set or one unit is operated instead of operating simultaneously is that a failure occurs in one power converter in a situation where a small number of power converters share power in parallel. This is because the frequency of the power system cannot be maintained constant.

소규모 전력 계통에서 에너지저장장치가 종래의 제어 방법을 사용하여 기저전원으로 동작할 때 발생 가능한 문제는 다음과 같다.In a small-scale power system, problems that may occur when an energy storage device operates with base power using a conventional control method are as follows.

첫째, 기저전원으로 동작하는 에너지저장장치를 설치한 이후 예상되는 전력소비 증가까지 반영하여 과도하게 큰 전력변환장치를 처음부터 설치하기 때문에 초기 투자 비용이 높아 경제성이 낮다.First, since an excessively large power conversion device is installed from the beginning by reflecting the expected increase in power consumption after installing an energy storage device operating on base power, the initial investment cost is high and the economic feasibility is low.

둘째, 에너지저장장치에서 고장이 발생할 경우, 순간적인 정전이 발생하기 때문에 전력 공급의 신뢰성이 낮다.Second, when a failure occurs in the energy storage device, the reliability of power supply is low because an instantaneous power outage occurs.

셋째, 장기간 운전한 이후, 배터리의 수명이 감소하여 배터리를 추가로 설치해야 할 경우 전체 배터리를 교체해야 하기 때문에 유지 비용이 과도하게 발생된다.Third, when a battery needs to be additionally installed due to a decrease in battery life after long-term operation, maintenance costs are excessive because the entire battery must be replaced.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 에너지저장장치를 기저전원으로 이용하는 소규모 전력 계통에서, 정전 없이 전력 품질이 일정하게 유지되도록 제어할 수 있는, 마이크로그리드 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 데 있다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide a microgrid system and its control method, which can be controlled so that power quality is constantly maintained without blackout in a small-scale power system using an energy storage device as a base power source. .

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상기 일 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 마이크로그리드 시스템을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention provides a microgrid system.

일 실시 예에 따르면, 상기 마이크로그리드 시스템은, 재생 가능한 에너지를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 분산 전원; 상기 분산 전원과 연결되어 마이크로그리드를 이루되, 상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 기 저장되어 있는 전력을 외부로 출력하는 복수 개의 에너지저장장치; 및 상기 분산 전원 및 복수 개의 에너지저장장치를 제어하는 중앙 제어기를 포함하되, 상기 중앙 제어기는, 상기 복수 개의 에너지저장장치 중에서, 어느 하나의 에너지저장장치는 마스터 장치로 설정하고, 나머지 에너지저장장치는 슬레이브 장치로 설정하며, 상기 마스터 장치는, 정상 상태에서, 일정한 전압 및 일정한 주파수를 출력하다가, 과부하가 인가되면, 상기 정상 상태에서의 출력 주파수를 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경할 수 있다.According to one embodiment, the microgrid system includes a distributed power source that generates power using renewable energy as an energy source; A plurality of energy storage devices that are connected to the distributed power source to form a microgrid, store power supplied from the distributed power source, or output previously stored power to the outside; And a central controller for controlling the distributed power source and a plurality of energy storage devices, wherein the central controller sets one energy storage device as a master device among the plurality of energy storage devices, and the other energy storage devices It is set as a slave device, and the master device outputs a constant voltage and a constant frequency in a normal state, and when an overload is applied, the output frequency in the normal state can be changed to another value within a preset allowable range.

일 실시 예에 따르면, 상기 에너지저장장치는, 충, 방전이 가능한 배터리; 상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 변환하여 상기 배터리를 충전시키거나 상기 배터리에 충전되어 있는 전력을 변환하여 외부로 방전시키는 전력변환장치; 및 상기 배터리에 대한 충전 또는 방전이 이루어지도록, 상기 전력변환장치를 제어하는 장치 제어기를 포함하되, 상기 에너지저장장치가 슬레이브 장치인 경우, 상기 장치 제어기는 상기 마스터 장치의 출력 주파수를 모니터링하여, 상기 마스터 장치의 정상 작동 여부를 확인할 수 있다.According to one embodiment, the energy storage device may include a battery capable of charging and discharging; a power conversion device that converts power supplied from the distributed power source to charge the battery or converts power stored in the battery and discharges it to the outside; and a device controller controlling the power conversion device to charge or discharge the battery, wherein when the energy storage device is a slave device, the device controller monitors an output frequency of the master device, You can check whether the master device is operating normally.

일 실시 예에 따르면, 상기 마스터 장치의 출력 주파수에 대한 모니터링을 통하여, 상기 마스터 장치의 출력 주파수가 다른 값으로 변경된 것으로 확인되는 경우, 상기 슬레이브 장치는, 주파수-유효전력 드룹(droop) 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력을 분담할 수 있다.According to one embodiment, when it is confirmed through monitoring the output frequency of the master device that the output frequency of the master device is changed to another value, the slave device performs frequency-active power droop control. , can share the active power applied to the master device.

일 실시 예에 따르면, 상기 중앙 제어기는, 상기 슬레이브 장치에 대한 주파수-유효전력 드룹 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력이 분담되면, 새로운 유효 전력 기준값을 상기 슬레이브 장치에 지령하여, 상기 마스터 장치의 출력 주파수 변경 값을 정상 상태에서의 출력 주파수 값으로 복귀시킬 수 있다.According to an embodiment, the central controller commands a new active power reference value to the slave device when active power applied to the master device is shared through frequency-active power droop control for the slave device, It is possible to return the output frequency change value of the master device to the output frequency value in a normal state.

일 실시 예에 따르면, 상기 중앙 제어기는, 상기 슬레이브 장치에 대한 우선 순위를 부여하며, 상기 마스터 장치의 출력 주파수가 상기 기 설정된 허용 범위를 벗어난 것으로 모니터링되는 경우, 상기 슬레이브 장치는 상기 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 것으로 인식하여, 상기 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치가 스스로 마스터 장치로 전환될 수 있다.According to one embodiment, the central controller gives priority to the slave device, and when the output frequency of the master device is monitored as out of the predetermined allowable range, the slave device determines that the master device is a microcontroller. Recognized as being separated from the grid, a slave device having a higher priority among the slave devices may be converted into a master device by itself.

일 실시 예에 따르면, 상기 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 상황을 상기 슬레이브 장치가 인식하지 못한 경우, 상기 중앙 제어기는, 상기 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치를 마스터 장치로 전환시키고, 나머지 슬레이브 장치들에 대한 우선 순위를 새롭게 부여할 수 있다.According to an embodiment, when the slave device does not recognize the situation in which the master device is separated from the microgrid, the central controller converts a slave device having a higher priority among the slave devices into a master device, and the remaining slave devices Priorities can be newly assigned to devices.

한편, 본 발명은 마이크로그리드 시스템 제어 방법을 제공한다.Meanwhile, the present invention provides a microgrid system control method.

일 실시 예에 따르면, 상기 마이크로그리드 시스템 제어 방법은, 재생 가능한 에너지를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 분산 전원 및 상기 분산 전원과 연결되어 마이크로그리드를 이루되, 상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 기 저장되어 있는 전력을 외부로 출력하는 복수 개의 에너지저장장치를 포함하는 마이크로그리드 시스템을 제어하는 방법으로, 상기 복수 개의 에너지저장장치 중에서, 어느 하나의 에너지저장장치는 마스터 장치로 설정하고, 나머지 에너지저장장치는 슬레이브 장치로 설정하는 단계; 정상 상태에서는 상기 마스터 장치에서 일정한 전압 및 일정한 주파수가 출력되다가, 과부하가 인가되면, 상기 정상 상태에서의 출력 주파수가 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경되도록 하는 단계; 및 상기 슬레이브 장치를 통하여, 상기 마스터 장치의 출력 주파수를 모니터링하여, 상기 마스터 장치의 정상 작동 여부를 확인하는 단계를 포함하되, 상기 마스터 장치의 출력 주파수가 다른 값으로 변경된 것으로 확인되는 경우, 상기 슬레이브 장치에 대한 주파수-유효전력 드룹(droop) 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력을 분담할 수 있다.According to an embodiment, the microgrid system control method includes a distributed power source that generates power using renewable energy as an energy source and a microgrid connected to the distributed power source to form a microgrid, and stores power supplied from the distributed power source Alternatively, as a method of controlling a microgrid system including a plurality of energy storage devices that output previously stored power to the outside, any one energy storage device among the plurality of energy storage devices is set as a master device, Setting the remaining energy storage devices as slave devices; In a normal state, a constant voltage and a constant frequency are output from the master device, and when an overload is applied, the step of changing the output frequency in the normal state to another value within a preset allowable range; And monitoring the output frequency of the master device through the slave device to check whether the master device is normally operating, but when it is confirmed that the output frequency of the master device is changed to another value, the slave device Through frequency-active power droop control for devices, active power applied to the master device may be shared.

본 발명의 실시 예에 따르면, 재생 가능한 에너지를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 분산 전원; 상기 분산 전원과 연결되어 마이크로그리드를 이루되, 상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 기 저장되어 있는 전력을 외부로 출력하는 복수 개의 에너지저장장치; 및 상기 분산 전원 및 복수 개의 에너지저장장치를 제어하는 중앙 제어기를 포함하되, 상기 중앙 제어기는, 상기 복수 개의 에너지저장장치 중에서, 어느 하나의 에너지저장장치는 마스터 장치로 설정하고, 나머지 에너지저장장치는 슬레이브 장치로 설정하며, 상기 마스터 장치는, 정상 상태에서, 일정한 전압 및 일정한 주파수를 출력하다가, 과부하가 인가되면, 상기 정상 상태에서의 출력 주파수를 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a distributed power source for generating power using renewable energy as an energy source; A plurality of energy storage devices that are connected to the distributed power source to form a microgrid, store power supplied from the distributed power source, or output previously stored power to the outside; And a central controller for controlling the distributed power source and a plurality of energy storage devices, wherein the central controller sets one energy storage device as a master device among the plurality of energy storage devices, and the other energy storage devices It is set as a slave device, and the master device outputs a constant voltage and a constant frequency in a normal state, and when an overload is applied, the output frequency in the normal state can be changed to another value within a preset allowable range.

이에 따라, 에너지저장장치를 기저전원으로 이용하는 소규모 전력 계통에서, 정전 없이 전력 품질이 일정하게 유지되도록 제어할 수 있는, 마이크로그리드 시스템 및 그 제어 방법이 제공될 수 있다.Accordingly, in a small-scale power system using an energy storage device as a base power source, a microgrid system and a control method thereof capable of controlling power quality to be constantly maintained without blackout can be provided.

즉, 본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 에너지저장장치를 이용하고 동작중인 에너지저장장치에서 발생되는 고장을 빠르게 검출하여 대응하기 때문에 에너지저장장치를 기저전원으로 이용하여 소규모 전력 계통에서 정전을 예방할 수 있으며, 이를 통하여, 전력 품질이 우수한 전기를 공급할 수 있다.That is, according to an embodiment of the present invention, since a plurality of energy storage devices are used and failures occurring in the operating energy storage device are quickly detected and responded to, it is possible to prevent blackouts in a small-scale power system by using the energy storage device as a base power source. Through this, it is possible to supply electricity with excellent power quality.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 에너지저장장치를 동시에 운전할 수 있기 때문에, 에너지저장장치를 설치하는 초기에는 전력 수요에 맞춰서 작은 용량의 재생 에너지원과 에너지저장장치를 설치하고, 이후, 부하가 증가하면 재생 에너지원과 에너지저장장치를 추가로 설치할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, since a plurality of energy storage devices can be operated simultaneously, a small capacity renewable energy source and energy storage device are installed in accordance with power demand in the initial stage of installing the energy storage device, and then, Additional renewable energy sources and energy storage can be installed as the load increases.

즉, 본 발명의 실시 예에 따르면, 초기 투자 비용을 줄여서 경제성을 확보할 수 있다.That is, according to an embodiment of the present invention, it is possible to secure economic feasibility by reducing the initial investment cost.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템의 에너지저장장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 복수 개의 에너지저장장치에 대한 중앙 제어기의 마스터-슬레이브 제어 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 마스터 장치의 마스터 모드를 위한 제어 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 슬레이브 장치의 슬레이브 모드를 위한 제어 블록도이다.
도 6은 주파수 설정값 사이의 관계를 설명하기 위한 참고도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 마스터 장치에 고장이 발생한 경우, 슬레이브 장치의 운전 모드 전환을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템을 검증하기 위한 시뮬레이션 모델 구성도이다.
도 9는 도 8의 시뮬레이션 모델 회로도이다.
도 10은 시뮬레이션 모델의 초기 기동을 보여주는 도면이다.
도 11은 마스터 장치에 과부하가 인가되어도 공칭 주파수가 유지되는 경우의 시뮬레이션 결과이다.
도 12는 마스터 장치에 과부하 인가 시 주파수가 이동되는 경우의 시뮬레이션 결과이다.
도 13은 비교 예1의 시뮬레이션 결과이다.
도 14는 실시 예1의 시뮬레이션 결과이다.
도 15는 비교 예2 실시 예2의 시뮬레이션 결과이다.
도 16은 비교 예3의 시뮬레이션 결과이다.
도 17은 실시 예3의 시뮬레이션 결과이다.
도 18은 실시 예4의 시뮬레이션 결과이다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
1 is a configuration diagram for explaining a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing an energy storage device of a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a master-slave control process of a central controller for a plurality of energy storage devices in a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
4 is a control block diagram for a master mode of a master device in a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
5 is a control block diagram for a slave mode of a slave device in a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
6 is a reference diagram for explaining the relationship between frequency setting values.
7 is a diagram for explaining operation mode conversion of a slave device when a failure occurs in a master device in a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
8 is a configuration diagram of a simulation model for verifying a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
9 is a simulation model circuit diagram of FIG. 8 .
10 is a diagram showing an initial startup of a simulation model.
11 is a simulation result when the nominal frequency is maintained even when an overload is applied to the master device.
12 is a simulation result when the frequency is moved when an overload is applied to the master device.
13 is a simulation result of Comparative Example 1.
14 is a simulation result of Example 1.
15 is a simulation result of Comparative Example 2 Example 2.
16 is a simulation result of Comparative Example 3.
17 is a simulation result of Example 3.
18 is a simulation result of Example 4.
19 is a flowchart illustrating a microgrid system control method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete, and the spirit of the present invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be directly formed on the other element or a third element may be interposed therebetween. Also, in the drawings, shapes and sizes are exaggerated for effective description of technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, although terms such as first, second, and third are used to describe various elements in various embodiments of the present specification, these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, what is referred to as a first element in one embodiment may be referred to as a second element in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiments. In addition, in this specification, 'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.In the specification, expressions in the singular number include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In addition, the terms "comprise" or "having" are intended to designate that the features, numbers, steps, components, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features, numbers, steps, or components. It should not be construed as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. In addition, in this specification, "connection" is used to mean both indirectly and directly connecting a plurality of components.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템을 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템의 에너지저장장치를 나타낸 블록도이다.1 is a configuration diagram for explaining a microgrid system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing an energy storage device of a microgrid system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템(100)은, 예를 들어, 섬이나 산 정상과 같이 대규모 전력망에 연결이 어려운 오지에서 수용가 측에 전력을 공급하기 위한 소규모 전력 계통 시스템이다.As shown in FIG. 1, the microgrid system 100 according to an embodiment of the present invention is for supplying power to consumers in remote areas where it is difficult to connect to a large-scale power grid, such as an island or a mountain top. It is a small power grid system.

이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템(100)은, 분산 전원(110), 에너지저장장치(energy storage system; ESS)(120) 및 중앙 제어기(central controller)(130)를 포함할 수 있다. 이때, 분산 전원(110)과 에너지저장장치(120) 각각은, 수용가 측과 배전선을 통하여 전기적으로 연결되며, 상기 배전선에는 차단기와 변압기가 설치될 수 있다.To this end, the microgrid system 100 according to an embodiment of the present invention includes a distributed power source 110, an energy storage system (ESS) 120 and a central controller 130 can do. At this time, each of the distributed power source 110 and the energy storage device 120 is electrically connected to the consumer side through a distribution line, and a circuit breaker and a transformer may be installed in the distribution line.

그리고 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 분산 전원(110)과 에너지저장장치(120)는 저속 통신망(131)을 통하여 중앙 제어기(130)와 통신 연결될 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the distributed power source 110 and the energy storage device 120 may be communicatively connected to the central controller 130 through a low-speed communication network 131.

상기 분산 전원(110)은 재생 가능한 에너지를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 발전 설비이다. 여기서, 상기 재생 가능한 에너지는 예를 들어, 풍력 및 태양광일 수 있다. 이에 따라, 상기 분산 전원(110)은 풍력 발전기와 태양광 발전기로 구비될 수 있다.The distributed power source 110 is a power generation facility that generates power using renewable energy as an energy source. Here, the renewable energy may be, for example, wind power and sunlight. Accordingly, the distributed power source 110 may include a wind power generator and a solar power generator.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 분산 전원(110)은 저속 통신망(131)을 통하여 통신 연결되어 있는 중앙 제어기(130)에 의하여 운전이 제어될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the operation of the distributed power source 110 may be controlled by the central controller 130 connected through a low-speed communication network 131 in communication.

본 발명의 일 실시 예에서는 분산 전원(110)으로 풍력 발전기와 태양광 발전기를 예시하였으나, 이는 일례일 뿐, 분산 전원(110)으로는 풍력 발전기만이 구비될 수 있고, 태양광 발전기만이 구비될 수도 있다. 또한, 분산 전원(110)으로는 풍력 발전기나 태양광 발전기 외에도 지열 발전기가 더 구비될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a wind power generator and a solar power generator have been exemplified as the distributed power source 110, but this is only an example, and only a wind power generator can be provided as the distributed power source 110, and only a solar power generator is provided. It could be. In addition, a geothermal generator may be further provided as the distributed power source 110 in addition to a wind power generator or a solar power generator.

이때, 각 발전기는 1대 또는 2대 이상 구비될 수 있는데, 이는, 마이크로그리드 시스템(100)이 설치되는 현장에서의 재생 에너지 획득 가능성, 각 발전기의 용량 및 이들이 담당할 부하의 크기 등에 따라서 결정될 수 있다.At this time, each generator may be provided with one or two or more, which may be determined according to the possibility of obtaining renewable energy at the site where the microgrid system 100 is installed, the capacity of each generator, and the size of the load they will be responsible for. there is.

이러한 분산 전원(110)은 날씨나 계절 등의 영향에 따라서 출력이 변동되는 특성이 있다. 이를 보완하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템(100)은 비상 발전 설비(140)를 더 포함할 수 있다.The distributed power source 110 has a characteristic in which output varies depending on weather, season, and the like. To compensate for this, the microgrid system 100 according to an embodiment of the present invention may further include an emergency power generation facility 140.

상기 비상 발전 설비(140)는 화석 연료를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 발전 설비일 수 있다. 예를 들어, 상기 비상 발전 설비(140)는 디젤 발전기로 구비될 수 있다. 디젤 발전기는 경유를 에너지원으로 하며, 분산 전원(110) 및 에너지저장장치(120)와 함께 복수의 부하, 예를 들어, 수용가 측에 대한 전력 공급을 담당할 수 있다.The emergency power generation facility 140 may be a power generation facility that generates power using fossil fuel as an energy source. For example, the emergency power generation facility 140 may be equipped with a diesel generator. The diesel generator uses diesel as an energy source, and together with the distributed power source 110 and the energy storage device 120 may be responsible for supplying power to a plurality of loads, for example, a customer side.

이러한 비상 발전 설비(140)는 저속 통신망(131)을 통하여 중앙 제어기(130)와 통신 연결될 수 있다. 비상 발전 설비(140)는 재생 가능한 에너지를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 분산 전원(110)의 발전량이 부족하거나 에너지저장장치(120)에 심각한 문제가 발생된 경우, 중앙 제어기(130)의 제어에 따라 운전될 수 있다.This emergency power generation facility 140 may be communicatively connected to the central controller 130 through a low-speed communication network 131. The emergency power generation facility 140 controls the central controller 130 when the amount of power generated by the distributed power source 110 that generates power using renewable energy as an energy source is insufficient or when a serious problem occurs in the energy storage device 120. can be driven according to

본 발명의 일 실시 예에서는 화석 연료를 에너지원으로 하는 비상 발전 설비(140)로 디젤 발전기를 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 석탄을 연료로 사용하는 발전 설비가 비상 발전 설비(140)로 구비될 수 있음은 물론이다.In one embodiment of the present invention, a diesel generator is exemplified as the emergency power generation facility 140 using fossil fuel as an energy source, but is not limited thereto. For example, a power generation facility using coal as a fuel is an emergency power generation facility ( 140), of course.

에너지저장장치(120)는 분산 전원(110)과 연결되어 마이크로그리드를 이룬다. 상기 에너지저장장치(120)는 분산 전원(110)으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 기 저장되어 있는 전력을 외부로 출력하는 장치이다.The energy storage device 120 is connected to the distributed power source 110 to form a microgrid. The energy storage device 120 is a device that stores power supplied from the distributed power source 110 or outputs previously stored power to the outside.

즉, 에너지저장장치(120)는 분산 전원(110)의 발전량이 부하보다 많은 경우, 분산 전원(110)으로부터 잉여 전력을 공급 받아 저장하고, 부하가 분산 전원(110)의 발전량보다 많은 경우, 저장되어 있는 전력을 부하, 예를 들어, 수용가 측으로 출력한다. 여기서, 수용가는 일반 가정이나 공장 등과 같이 전력을 소비하는 전력 소비자를 의미할 수 있다.That is, the energy storage device 120 receives and stores surplus power from the distributed power source 110 when the amount of power generated by the distributed power source 110 is greater than the load, and stores the surplus power when the load is greater than the amount of power generated by the distributed power source 110. The current power is output to a load, for example, a consumer side. Here, the customer may mean a power consumer who consumes power, such as a general household or a factory.

도 2를 참조하면, 이러한 에너지저장장치(120)는 배터리(121), 전력변환장치(122) 및 장치 제어기(123)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the energy storage device 120 may include a battery 121, a power conversion device 122, and a device controller 123.

상기 배터리(121)는 충, 방전이 가능한 2차 전지로 구비될 수 있다. 또한, 상기 전력변환장치(122)는 분산 전원(110)의 발전량이 부하보다 많은 경우, 분산 전원(110)으로부터 공급되는 전력을 변환하여 배터리(121)를 충전시키거나, 부하가 분산 전원(110)의 발전량보다 많은 경우, 배터리(121)에 충전되어 있는 전력을 변환하여 외부로 방전시킬 수 있다.The battery 121 may be provided as a secondary battery capable of charging and discharging. In addition, the power converter 122 converts the power supplied from the distributed power source 110 to charge the battery 121 when the amount of power generated by the distributed power source 110 is greater than the load, or the load is distributed to the distributed power source 110. ), the electric power charged in the battery 121 may be converted and discharged to the outside.

상기 장치 제어기(123)는 배터리(121)에 대한 충전 또는 방전이 이루어지도록, 전력변환장치(122)를 제어할 수 있다. 즉, 장치 제어기(123)는 배터리(121)에 대한 충전 또는 방전이 이루어지도록, 전력변환장치(122)에 스위칭 신호를 출력할 수 있다.The device controller 123 may control the power converter 122 to charge or discharge the battery 121 . That is, the device controller 123 may output a switching signal to the power conversion device 122 so that the battery 121 is charged or discharged.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템(100)은 복수 개의 에너지저장장치(120)를 구비할 수 있다.Meanwhile, the microgrid system 100 according to an embodiment of the present invention may include a plurality of energy storage devices 120.

본 발명의 일 실시 예에서는 제1 에너지저장장치(120a), 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c)로 이루어진 3개의 에너지저장장치(120)를 예시하였으나, 이는 일례일 뿐, 에너지저장장치(120)는 2개만 구비될 수도 있고, 4개 이상 구비될 수도 있다. 다만, 후술되는 마스터-슬레이브 제어를 위하여, 에너지저장장치(120)는 적어도 3개 이상 구비되는 것이 바람직할 수 있다.In one embodiment of the present invention, three energy storage devices 120 composed of a first energy storage device 120a, a second energy storage device 120b, and a third energy storage device 120c have been exemplified, but this is an example. Only two energy storage devices 120 may be provided, or four or more may be provided. However, for master-slave control to be described later, it may be preferable that at least three energy storage devices 120 are provided.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 에너지저장장치(120a), 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c) 중 어느 하나는 중앙 제어기(130)에 의하여 마스터 장치(master unit)로 설정될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, any one of the first energy storage device 120a, the second energy storage device 120b, and the third energy storage device 120c is a master device by the central controller 130. unit) can be set.

예를 들어, 제1 에너지저장장치(120a)가 중앙 제어기(130)에 의하여 마스터 장치로 설정될 수 있다. 이에, 나머지 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c)는 슬레이브 장치들(slave units)로 설정될 수 있다.For example, the first energy storage device 120a may be set as a master device by the central controller 130 . Accordingly, the second energy storage device 120b and the third energy storage device 120c may be set as slave units.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 마스터 장치로 설정된 제1 에너지저장장치(120a)는, 정상 상태에서, 일정한 전압 및 일정한 주파수(constant voltage constant frequency; CVCF)를 출력할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first energy storage device 120a set as a master device may output a constant voltage and constant frequency (CVCF) in a steady state.

이 상태에서, 마스터 장치로 설정된 제1 에너지저장장치(120a)에 과부하가 인가되면, 과도 상태에서 마스터 장치로 설정된 제1 에너지저장장치(120a)에서 부담하는 과부하의 크기와 과도 상태의 지속 시간을 줄이기 위하여, 정상 상태에서의 출력 주파수를 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경할 수 있다.In this state, when an overload is applied to the first energy storage device 120a set as the master device, the magnitude of the overload borne by the first energy storage device 120a set as the master device in the transient state and the duration of the transient state In order to reduce, the output frequency in a normal state may be changed to another value within a predetermined allowable range.

한편, 종래의 마스터-슬레이브 제어에서는 마스터 장치에 이상이 발생된 경우, 중앙 제어기에서 별도로 슬레이브 장치에 작동 명령을 내리는데, 이 경우, 중앙 제어기와 슬레이브 장치 간의 물리적인 통신 거리로 인하여, 통신 딜레이가 발생되고, 이러한 통신 딜레이는 정전을 유발하게 된다.On the other hand, in the conventional master-slave control, when an error occurs in the master device, the central controller separately issues an operation command to the slave device. In this case, communication delay occurs due to the physical communication distance between the central controller and the slave device. And this communication delay causes a power outage.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 슬레이브 장치로 설정된 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c) 각각의 장치 제어기(123)는 마스터 장치로 설정된 제1 에너지저장장치(120a)의 출력 주파수를 항시적으로 모니터링할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the device controller 123 of each of the second energy storage device 120b and the third energy storage device 120c set as a slave device is configured as a first energy storage device 120a set as a master device. The output frequency of can be constantly monitored.

이를 통하여, 슬레이브 장치로 설정된 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c) 각각의 장치 제어기(123)는 마스터 장치로 설정된 제1 에너지저장장치(120a)의 정상 작동 여부를 확인할 수 있다.Through this, each device controller 123 of the second energy storage device 120b and the third energy storage device 120c set as a slave device checks whether the first energy storage device 120a set as a master device is normally operating. can

슬레이브 장치로 설정된 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c)는, 마스터 장치로 설정된 제1 에너지저장장치(120a)의 출력 주파수를 모니터링하는 과정에서, 제1 에너지저장장치(120a)의 출력 주파수가 다른 값으로 변경된 것으로 확인되는 경우, 주파수-유효전력 드룹(droop) 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력을 분담할 수 있다.In the process of monitoring the output frequency of the first energy storage device 120a set as a master device, the second energy storage device 120b and the third energy storage device 120c set as slave devices ( When it is confirmed that the output frequency of 120a) is changed to another value, the active power applied to the master device may be shared through frequency-active power droop control.

이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 슬레이브 장치가 항시적으로 출력 주파수를 모니터링하면서 마스터 장치의 정상 작동 여부를 확인하고, 주파수에 이상 발생 시, 즉각적으로 드룹 제어될 수 있다. 이에 따라, 종래에 중앙 제어기와 슬레이브 장치 간 발생되던 통신 딜레이 및 이로 인한 정전 발생은 방지될 수 있다.As such, according to an embodiment of the present invention, the slave device can check whether the master device is normally operating while constantly monitoring the output frequency, and when an abnormality occurs in the frequency, the droop can be controlled immediately. Accordingly, it is possible to prevent communication delays and resulting power outages that have conventionally occurred between the central controller and the slave devices.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 슬레이브 장치로 설정된 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c)는 중앙 제어기(130)에 의하여, 우선 순위가 부여될 수 있다. 여기서, 상기 우선 순위는 마스터 장치로 전환될 우선 순위를 의미하는데, 이에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the second energy storage device 120b and the third energy storage device 120c set as slave devices may be given priority by the central controller 130. Here, the priority means the priority to be switched to the master device, which will be described in more detail below.

다시 도 1을 참조하면, 중앙 제어기(130)는 저속 통신망(131)을 통하여, 풍력 발전기 및 태양광 발전기로 구비되는 분산 전원(110)과 통신 연결될 수 있다. 또한, 중앙 제어기(130)는 저속 통신망(131)을 통하여, 제1 에너지저장장치(120a), 제2 에너지저장장치(120b) 및 제3 에너지저장장치(120c)와 통신 연결될 수 있다. 그리고 중앙 제어기(130)는 저속 통신망(131)을 통하여, 디젤 발전기로 구비되는 비상 발전 설비(140)와도 통신 연결될 수 있다.Referring back to FIG. 1 , the central controller 130 may be communicatively connected to the distributed power source 110 provided by the wind power generator and the solar power generator through the low-speed communication network 131 . In addition, the central controller 130 may be communicatively connected to the first energy storage device 120a, the second energy storage device 120b, and the third energy storage device 120c through the low-speed communication network 131. In addition, the central controller 130 may also communicate with the emergency power generation facility 140 provided as a diesel generator through the low-speed communication network 131.

이를 통하여, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 중앙 제어기(130)는 적어도 하나의 분산 전원(110), 복수 개의 에너지저장장치(120) 및 적어도 하나의 비상 발전 설비(140)를 개별 제어할 수 있다.Through this, according to an embodiment of the present invention, the central controller 130 can individually control at least one distributed power source 110, a plurality of energy storage devices 120, and at least one emergency power generation facility 140. there is.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 중앙 제어기(130)는, 복수 개의 에너지저장장치(120) 중에서, 어느 하나의 에너지저장장치(120)는 마스터 모드로 운전되는 마스터 장치로 설정하고, 나머지 에너지저장장치(120)는 슬레이브 모드로 운전되는 슬레이브 장치로 설정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the central controller 130 sets any one energy storage device 120 as a master device operated in master mode among a plurality of energy storage devices 120, and stores the remaining energy. Device 120 can be configured as a slave device operating in slave mode.

상기 중앙 제어기(130)는 복수 개의 에너지저장장치(120)의 배터리(121) 충전 상태 및 각종 상태 데이터를 종합하여, 마스터 장치로 운전될 에너지저장장치(120)를 설정할 수 있다. 예를 들어, 중앙 제어기(130)는 복수 개의 에너지저장장치(120) 중에서 배터리(121)의 충전율이 가장 높은 에너지저장장치(120)를 마스터 장치로 설정할 수 있다.The central controller 130 may set the energy storage device 120 to be operated as a master device by integrating the state of charge of the batteries 121 of the plurality of energy storage devices 120 and various state data. For example, the central controller 130 may set the energy storage device 120 having the highest charging rate of the battery 121 among the plurality of energy storage devices 120 as the master device.

이와 같이, 중앙 제어기(130)에 의하여, 마스터 장치로 설정된 에너지저장장치(120)는, 정상 상태에서, 일정한 전압 및 일정한 주파수를 출력하다가, 과부하가 인가되면, 정상 상태에서의 출력 주파수를 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경할 수 있다.In this way, the energy storage device 120 set as the master device by the central controller 130 outputs a constant voltage and a constant frequency in a normal state, and then, when an overload is applied, the output frequency in the normal state is set in advance. It can be changed to another value within the permissible range.

이때, 전술한 바와 같이, 마스터 장치의 출력 주파수에 대한 모니터링을 통하여, 마스터 장치의 출력 주파수가 다른 값으로 변경된 것으로 확인한 슬레이브 장치는, 주파수-유효전력 드룹(droop) 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력을 분담하며, 이에, 중앙 제어기(130)는 마스터 장치의 출력 주파수 변경 값을 정상 상태에서의 출력 주파수 값으로 복귀시킬 수 있다.At this time, as described above, through monitoring of the output frequency of the master device, the slave device that has confirmed that the output frequency of the master device has changed to a different value is transmitted to the master device through frequency-active power droop control. It shares the applied active power, and thus, the central controller 130 may return the output frequency change value of the master device to the output frequency value in a normal state.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 중앙 제어기(130)는 복수 개의 에너지저장장치(120) 중에서 어느 하나를 마스터 장치로 설정함에 따라, 슬레이브 장치로 설정된 에너지저장장치(120)에 대한 우선 순위를 부여할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, as the central controller 130 sets any one of the plurality of energy storage devices 120 as the master device, priority is given to the energy storage device 120 set as the slave device. can be granted.

이에 따라, 적어도 둘 이상의 슬레이브 장치는 마스터 장치의 출력 주파수가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 것으로 모니터링되는 경우, 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 것으로 인식할 수 있다.Accordingly, at least two or more slave devices may recognize that the master device is separated from the microgrid when it is monitored that the output frequency of the master device is out of a preset allowable range.

이에, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치가 스스로 마스터 장치로 전환될 수 있다.Accordingly, according to an embodiment of the present invention, a slave device having a higher priority among slave devices may be converted into a master device by itself.

다른 실시 예에 따르면, 우선 순위가 가장 높은 슬레이브 장치가, 마스터 장치의 출력 주파수를 모니터링할 수 있고, 마스터 장치의 출력 주파수가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 것으로 모니터링되는 경우, 스스로 마스터 장치로 전환될 수 있다.According to another embodiment, a slave device with the highest priority may monitor the output frequency of the master device, and if the output frequency of the master device is monitored to be out of a preset tolerance range, it may switch itself to the master device. there is.

한편, 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 상황을 슬레이브 장치가 인식하지 못한 경우, 중앙 제어기(130)는, 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치를 마스터 장치로 전환시킬 수 있다.On the other hand, when the slave device does not recognize the situation in which the master device is separated from the microgrid, the central controller 130 may convert a slave device having a high priority among the slave devices into a master device.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 중앙 제어기(130)는, 나머지 슬레이브 장치들에 대한 우선 순위를 새롭게 부여할 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the central controller 130 may newly assign priorities to the remaining slave devices.

이하, 도 3을 참조하여, 복수 개의 에너지저장장치에 대한 중앙 제어기의 마스터-슬레이브 제어 과정을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to FIG. 3, a master-slave control process of a central controller for a plurality of energy storage devices will be described in more detail.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 복수 개의 에너지저장장치에 대한 중앙 제어기의 마스터-슬레이브 제어 과정을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a master-slave control process of a central controller for a plurality of energy storage devices in a microgrid system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 중앙 제어기(central controller)는 마이크로그리드 시스템에 대한 점검을 시작할 수 있다(S1).Referring to FIG. 3, the central controller may start checking the microgrid system (S1).

즉, 중앙 제어기로부터 마이크로그리드에 대한 모니터링 시작 신호가 복수 개의 에너지저장장치(ESS Units)에 전달될 수 있다.That is, a monitoring start signal for the microgrid from the central controller can be transmitted to a plurality of energy storage devices (ESS Units).

이에, 복수 개의 에너지저장장치는 각각, 상태에 대한 응답을 할 수 있다(S2).Accordingly, each of the plurality of energy storage devices may respond to the state (S2).

중앙 제어기는 응답된 복수 개의 에너지저장장치의 상태 정보에 기반하여, 어느 하나의 에너지저장장치를 마스터 장치(Master unit)로 설정하는 명령을 출력할 수 있다(S3).The central controller may output a command to set any one energy storage device as a master unit based on the state information of the plurality of energy storage devices that have been responded (S3).

이에, 해당 에너지저장장치는 마스터 모드로 세팅될 수 있다(S4-1). 그리고 나머지 에너지저장장치(slave units)는 슬레이브 모드로 세팅되고, 각 에너지저장장치 별 우선 순위가 부여될 수 있다(S4-2).Accordingly, the energy storage device may be set to the master mode (S4-1). In addition, the remaining energy storage devices (slave units) may be set to a slave mode, and priorities may be assigned to each energy storage device (S4-2).

한편, 중앙 제어기는 마스터 모드를 개시하는 명령을 출력할 수 있다(S5-1). 이에, 마스터 모드로 세팅된 마스터 장치에 대한 제어가 개시될 수 있다(S5-2).Meanwhile, the central controller may output a command for starting the master mode (S5-1). Accordingly, control of the master device set to the master mode may be initiated (S5-2).

또한, 중앙 제어기는 슬레이브 모드를 개시하는 명령을 출력할 수 있다(S5-3). 이에, 슬레이브 모드로 세팅된 슬레이브 장치들에 대한 제어가 개시될 수 있다(S5-4).Also, the central controller may output a command to initiate the slave mode (S5-3). Accordingly, control of the slave devices set to the slave mode may be initiated (S5-4).

여기서, 마스터 모드로 세팅된 마스터 장치는 정전압 정주파수(CVCF)로 제어될 수 있다(S6-1). 예를 들어, 마스터 장치에 과부하가 인가되는 경우, 마스터 장치는 주파수를 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경하도록 제어될 수 있다.Here, the master device set to the master mode can be controlled by constant voltage constant frequency (CVCF) (S6-1). For example, when an overload is applied to the master device, the master device may be controlled to change the frequency to another value within a predetermined allowable range.

이때, 마스터 모드로 세팅된 마스터 장치에 대한 정전압 정주파수(CVCF) 제어에 이상이 발생되면(S6-2), 예를 들어, 전류가 허용 범위를 벗어난 경우, 상기 마스터 모드로 세팅된 마스터 장치는 마이크로그리드에서 분리될 수 있다(S6-3).At this time, if an error occurs in the constant voltage constant frequency (CVCF) control for the master device set to the master mode (S6-2), for example, if the current is out of the allowable range, the master device set to the master mode It can be separated from the microgrid (S6-3).

한편, 슬레이브 모드로 세팅된 슬레이브 장치들에 대한 제어가 개시되면(S5-4), 상기 슬레이브 모드로 세팅된 슬레이브 장치들은 전력 제어로 운전될 수 있다(S7-1).Meanwhile, when control of the slave devices set to the slave mode starts (S5-4), the slave devices set to the slave mode can be operated by power control (S7-1).

이때, 마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리된 것으로 확인되면(S7-2), 우선 순위가 높은 슬레이브 장치가 슬레이브 모드에서 마스터 모드로 운전 모드가 스스로 전환되고, 이에 따라, 정전압 정주파수(CVCF)로 제어될 수 있다(S8).At this time, if it is confirmed that the master device is separated from the microgrid (S7-2), the slave device with a high priority automatically switches the operation mode from slave mode to master mode, and accordingly, it is controlled by constant voltage constant frequency (CVCF). It can be (S8).

이에, 중앙 제어기(130)는 나머지 슬레이브 장치들에 대한 우선 순위를 새롭게 부여하는 명령을 출력할 수 있다(S9-1).Accordingly, the central controller 130 may output a command for newly assigning priorities to the remaining slave devices (S9-1).

이에, 나머지 슬레이브 장치들의 우선 순위가 세팅되며, 전력 제어로 운전될 수 있다(S9-2).Accordingly, priorities of the remaining slave devices are set, and operation can be performed by power control (S9-2).

한편, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 마스터 장치의 마스터 모드를 위한 제어 블록도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 슬레이브 장치의 슬레이브 모드를 위한 제어 블록도이다.Meanwhile, FIG. 4 is a control block diagram for a master mode of a master device in a microgrid system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a control block diagram of a slave device in a microgrid system according to an embodiment of the present invention. This is the control block diagram for the mode.

먼저, 도 4를 참조하면, 마스터 모드는 일정한 주파수의 전압을 출력할 수 있다. 이때, 마스터 모드에서는 중앙 제어기(130) 또는 전력변환장치(도 2의 122) 자체에서 설정한 기준값으로 출력 전압의 크기를 제어할 수도 있고, 출력 전압의 크기를 일정하게 유지할 수도 있다.First, referring to FIG. 4 , the master mode may output a voltage of a constant frequency. At this time, in the master mode, the size of the output voltage may be controlled with a reference value set by the central controller 130 or the power converter itself (122 in FIG. 2), or the size of the output voltage may be kept constant.

다른 장치의 출력이나 부하가 급격하게 변동하여 마스터 장치에 과부하가 인가되는 종래의 마스터-슬레이브 제어 방법과는 다르게, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 마스터 장치는 과부하의 크기와 지속 시간을 줄이기 위하여 주파수를 공칭 주파수에서 다른 주파수로 이동시킬 수 있다.Unlike the conventional master-slave control method in which an overload is applied to the master device due to a sudden change in output or load of another device, according to an embodiment of the present invention, the master device reduces the magnitude and duration of the overload. The frequency can be shifted from the nominal frequency to another frequency.

정상 상태에서, 마스터 장치의 장치 제어기(도 2의 123)는 출력 전압의 위상각 θt을 일정한 크기로 증가시키고, 주파수를 일정하게 유지할 수 있다. 하지만, 마스터 장치 유효 전력 Pmaster의 절대값이 공칭 전력보다 높아지면, 하기의 계산식 1을 통하여, 위상각 보상값

Figure 112022038905902-pat00001
을 계산할 수 있다.In a normal state, the device controller (123 in FIG. 2 ) of the master device may increase the phase angle θ t of the output voltage by a constant size and keep the frequency constant. However, if the absolute value of the master device active power P master is higher than the nominal power, the phase angle compensation value through Equation 1 below
Figure 112022038905902-pat00001
can be calculated.

[계산식 1][Calculation 1]

Figure 112022038905902-pat00002
Figure 112022038905902-pat00002

여기서, 상기 s는 마스터 장치 유효 전력의 부호로, 유효 전력이 에너지저장장치에서 마이크로그리드로 공급될 때 부호는 (-)이고, 유효 전력이 마이크로그리드에서 에너지저장장치로 공급될 때 부호는 (+)이다. 또한, Kθ는 위상각 보상값을 계산하기 위한 계수이다. 주파수 변동 범위(허용 범위)를 제한하기 위하여, 상기 계산식 1과 같이 계산된 위상각 보상값의 최대값과 최소값이 제한될 수 있다.Here, s is the sign of the active power of the master device. When active power is supplied from the energy storage device to the microgrid, the sign is (-), and when active power is supplied from the microgrid to the energy storage device, the sign is (+ )am. Also, K θ is a coefficient for calculating the phase angle compensation value. In order to limit the frequency variation range (allowable range), the maximum and minimum values of the phase angle compensation value calculated as in Equation 1 above may be limited.

마스터 장치에서 출력하는 전압의 위상각은 하기의 계산식 2를 통하여 계산될 수 있다.The phase angle of the voltage output from the master device can be calculated through Equation 2 below.

[계산식 2][Calculation 2]

Figure 112022038905902-pat00003
Figure 112022038905902-pat00003

여기서, 상기 θt-1는 이전 주기에서의 위상각이며, θs는 장치 제어기의 1 샘플링 주기 동안의 위상각 변화량으로, 상기 위상각 변화량은 하기의 계산식 3을 통하여 계산될 수 있다.Here, θ t−1 is the phase angle in the previous period, θ s is the amount of phase angle change during one sampling period of the device controller, and the amount of phase angle change can be calculated through Equation 3 below.

[계산식 3][Calculation 3]

Figure 112022038905902-pat00004
Figure 112022038905902-pat00004

여기서, 상기 fsampling는 마스터 모드에서의 샘플링 주파수이다.Here, f sampling is a sampling frequency in master mode.

만약, 위상각 보상값이 0이라면, 전압 위상각은 매 샘플링 주기마다 θs 증가하여 공칭 주파수가 될 수 있다.If the phase angle compensation value is 0, the voltage phase angle may increase by θ s at every sampling period to become a nominal frequency.

위상각 보상값의 부호가 (+)인 경우에는 위상각이 더 빠르게 증가하고, 주파수는 공칭 주파수보다 높게 된다. 반대로, 위상각 보상값의 부호가 (-)인 경우에는 위상각이 더 느리게 증가하고 주파수는 공칭 주파수보다 낮게 된다.When the sign of the phase angle compensation value is (+), the phase angle increases faster and the frequency becomes higher than the nominal frequency. Conversely, when the sign of the phase angle compensation value is (-), the phase angle increases more slowly and the frequency becomes lower than the nominal frequency.

마스터 장치에서 주파수를 공칭 주파수와 다른 값으로 이동시키면, 슬레이브 모드에서, 주파수-유효전력 드룹 제어가 작동하여, 공칭 전력을 초과한 마스터 장치의 유효 전력 일부를 슬레이브 장치들이 분담한다. 이후, 중앙 제어기에서 마스터 장치의 과부하를 반영하여, 새로운 유효 전력 기준값을 슬레이브 장치에 지령하면, 마스터 장치에서 출력되는 주파수, 즉, 마이크로그리드의 주파수는 공칭 값으로 회복될 수 있다.When the master device shifts the frequency to a value different from the nominal frequency, in slave mode, frequency-active power droop control is activated so that the slave devices share a portion of the master device's active power that exceeds the nominal power. Then, when the central controller reflects the overload of the master device and commands a new active power reference value to the slave device, the frequency output from the master device, that is, the frequency of the microgrid, can be restored to the nominal value.

다음으로, 도 5를 참조하면, 슬레이브 모드에서는 중앙 제어기의 지령에 따라서 유효 전력과 무효 전력을 제어하고, 마이크로그리드의 주파수와 전압 크기에 따라서 주파수-유효전력 드룹과 전압-무효전력 드룹이 동작하여 유효 전력과 무효 전력 제어기를 보조할 수 있다.Next, referring to FIG. 5, in the slave mode, active power and reactive power are controlled according to the command of the central controller, and frequency-active power droop and voltage-reactive power droop operate according to the frequency and voltage size of the microgrid. It can assist the active power and reactive power controller.

또한, 슬레이브 모드에서는 주파수를 통하여 마스터 장치의 상태를 점검할 수 있다. 마이크로그리드의 주파수가 허용 범위를 벗어나면, 우선 순위가 높은 슬레이브 장치는, 마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리된 것으로 판단하고 스스로 마스터 장치로 전환하여 주파수를 일정하게 유지할 수 있다.In addition, in the slave mode, the state of the master device can be checked through frequency. If the frequency of the microgrid is out of the permissible range, the slave device with higher priority may determine that the master device is separated from the microgrid and switch itself to the master device to maintain the frequency constant.

슬레이브 장치에서 마이크로그리드로 유효 전력을 공급할 때, 즉, 배터리 방전을 통하여, 마이크로그리드로 유효 전력이 공급될 때, 유효 전력의 부호는 (+)이다. 중앙 제어기는 분산 전원의 발전량, 부하의 전력 수요, 그리고 에너지저장장치들의 배터리 충전 상태를 고려하여 각각의 슬레이브 장치에 유효 전력 기준값을 지령할 수 있다.When active power is supplied from the slave device to the microgrid, that is, when active power is supplied to the microgrid through battery discharge, the sign of the active power is (+). The central controller may command an active power reference value to each slave device in consideration of the amount of power generated by the distributed power source, the power demand of the load, and the state of charge of the batteries of the energy storage devices.

중앙 제어기에서 유효 전력 기준 값을 지령하면, 슬레이브 모드에서는 중앙 제어기에서 보내온 유효 전력 기준값과 마이크로그리드의 주파수에 따른 드룹 보상값을 합산하여 유효 전력을 제어할 수 있다. 슬레이브 모드에서는 하기의 계산식 4를 통하여 계산된 기준값 P*에 따라서 슬레이브 장치의 유효 전력을 제어할 수 있다.If the central controller commands the active power reference value, in the slave mode, the active power can be controlled by adding the active power reference value sent from the central controller and the droop compensation value according to the frequency of the microgrid. In the slave mode, the active power of the slave device may be controlled according to the reference value P * calculated through Equation 4 below.

[계산식 4][Calculation 4]

Figure 112022038905902-pat00005
Figure 112022038905902-pat00005

여기서, 상기 P* central은 중앙 제어기에서 보내온 유효 전력 기준값이며, Kactive는 주파수-유효전력 드룹 계수이고, fm는 측정한 마이크로그리드의 주파수이다.Here, P * central is the active power reference value sent from the central controller, K active is the frequency-active power droop coefficient, and f m is the measured frequency of the microgrid.

만약, 주파수가 설정 범위 보다 높다면, 즉, (fnom+Δfmin)보다 높은 주파수에서, 슬레이브 장치는 마이크로그리드로 보내는 유효 전력을 감소시키거나 마이크로그리드에서 가져오는 유효 전력을 증가시키는 방향으로 작동하게 된다. 반대로, (fnom-Δfmin)보다 낮은 주파수에서는 마이크로그리드로 보내는 유효 전력을 증가시키거나 마이크로그리드에서 가져오는 유효 전력을 감소시키는 방향으로 작동하게 된다. 유효 전력 기준값이 결정되면, q축 전류 기준값 I* q를 계산한다.If the frequency is higher than the set range, i.e. at a frequency higher than (f nom +Δf min ), the slave device operates in a direction that reduces the active power sent to the microgrid or increases the active power taken from the microgrid. will do Conversely, at frequencies lower than (f nom -Δf min ), the active power sent to the microgrid increases or the active power taken from the microgrid decreases. When the active power reference value is determined, the q-axis current reference value I * q is calculated.

정상적인 조건이라면, 마스터 장치가 주파수를 일정하게 유지하기 때문에 마이크로그리드의 주파수가 공칭 주파수로 일정하게 유지된다. 그러나 3가지의 경우에 주파수가 변동될 수 있다.Under normal conditions, the frequency of the microgrid is kept constant at the nominal frequency because the master device keeps the frequency constant. However, the frequency may vary in three cases.

첫번째, 부하 또는 분산 전원의 유효 전력이 급변하는 경우, 슬레이브 장치에서 측정된 주파수가 짧은 시간 동안 공칭 주파수와 달라질 수 있다. 이 경우에는 슬레이브 장치의 장치 제어기가 반응하기 전에 마이크로그리드의 주파수가 공칭 주파수로 회복될 수 있다. 두번째, 마스터 모드에서 설명한 것과 같이, 분산 전원의 유효 전력 또는 부하의 급격한 변동에 의하여 마스터 장치가 공칭 전력을 초과하는 과도 전력을 부담해야 할 경우, 마스터 모드가 작동되어, 허용 범위 내에서 주파수를 낮추거나 높일 수 있다. 세번째, 마스터 장치가 사고에 의해서 마이크로그리드에서 분리된 경우, 주파수가 변동하게 된다.First, when the active power of a load or distributed power source changes rapidly, a frequency measured in a slave device may differ from a nominal frequency for a short period of time. In this case, the frequency of the microgrid can be restored to the nominal frequency before the device controller of the slave device reacts. Second, as described in the master mode, when the master device has to bear transient power exceeding the nominal power due to rapid fluctuations in the active power or load of the distributed power source, the master mode operates to lower the frequency within the allowable range. or can be raised. Third, when the master device is separated from the microgrid by accident, the frequency fluctuates.

슬레이브 모드의 또 다른 기능은 마이크로그리드의 주파수를 측정하여 마스터 장치가 정상적으로 동작하는지 여부를 확인하는 것이다. 전술한 바와 같이, 마스터 장치가 마이크로그리드에 연결되어 운전되고 있다면, 주파수는 공칭 주파수에서 일정한 범위 이내로 유지될 수 있다. 그러나 마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리되면, 상황에 따라 주파수가 변동될 수 있다.Another function of the slave mode is to check whether the master device is operating normally by measuring the frequency of the microgrid. As described above, if the master device is connected to the microgrid and operated, the frequency may be maintained within a certain range from the nominal frequency. However, if the master device is separated from the microgrid, the frequency may fluctuate depending on circumstances.

마스터 장치가 부담하던 유효 전력이 크지 않고 슬레이브 장치의 드룹 제어가 충분히 보상 한다면, 마이크로그리드의 주파수가 허용 범위 이내를 유지하여, 슬레이브 장치는 마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리된 것으로 판단하지 못할 수 있다. 이런 경우에는 중앙 제어기에서 통신을 통하여 우선 순위가 높은 슬레이브 장치에 마스터 장치로의 전환을 지령할 수 있다.If the active power burdened by the master device is not large and the droop control of the slave device sufficiently compensates, the frequency of the microgrid remains within the allowable range, and the slave device may not determine that the master device is separated from the microgrid. In this case, the central controller may command a slave device having a high priority to switch to a master device through communication.

마스터 장치에서 부담하던 유효 전력이 크거나 슬레이브 장치의 드룹 제어가 충분히 보상하지 못했다면, 마이크로그리드의 주파수는 허용 범위를 벗어날 수 있다. 이런 경우, 슬레이브 장치는 마스터 장치가 전력망에서 분리된 것으로 판단하고, 우선 순위가 높은 슬레이브 장치가 스스로 마스터 장치로의 전환을 결정할 수 있다.If the active power borne by the master device is large or if the droop control of the slave device does not sufficiently compensate, the frequency of the microgrid may be outside the allowable range. In this case, the slave device may determine that the master device is disconnected from the power grid, and the slave device having a higher priority may decide to switch to the master device itself.

한편, 도 6을 참조하면, 마스터 장치가 마이크로그리드에 연결되어 있다면, 슬레이브 장치에서 측정된 주파수는 회색으로 표시되어 있는 (fnom-Δfmaster_low)보다 높고 (fnom+Δfmaster_high)보다 낮은 범위를 유지할 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 6, if the master device is connected to the microgrid, the frequency measured in the slave device is higher than (f nom -Δf master_low ) and lower than (f nom +Δf master_high ), which is displayed in gray. can keep

슬레이브 장치의 주파수-유효전력 드룹 제어는 (fnom-Δfmin)보다 낮거나 (fnom+Δfmax)보다 높은 주파수에서 작동될 수 있다. 슬레이브 장치의 주파수-유효전력 드룹 제어가 작동해도 주파수가 (fnom-Δflow)보다 낮거나 (fnom+Δfhigh)보다 높아지면, 마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리된 것으로 판단하여, 우선 순위가 높은 슬레이브 장치가 마스터 장치로 전환되어 일정한 주파수를 공급할 수 있다.The frequency-active power droop control of the slave device may operate at a frequency lower than (f nom -Δf min ) or higher than (f nom +Δf max ). Even if the frequency-active power droop control of the slave device operates, if the frequency is lower than (f nom -Δf low ) or higher than (f nom +Δf high ), it is determined that the master device is separated from the microgrid, and priority is given to it. A high slave device can be turned into a master device to supply a constant frequency.

각 에너지저장장치의 장치 제어기에서 사용하는 클럭 소자의 정밀도를 고려하여 Δflow는 Δfmaster_low보다 0.1㎐ 이상 낮게 설정할 수 있다. 동일하게 Δfhigh는 Δfmaster_high보다 0.1㎐ 이상 높게 설정할 수 있다.Δf low may be set to be 0.1 Hz or more lower than Δf master_low in consideration of the accuracy of a clock device used in a device controller of each energy storage device. Similarly, Δf high can be set higher than Δf master_high by 0.1 Hz or more.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 마스터 장치에서 고장이 발생되면, 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치가 정전압 정주파수로 전환되어 기저 전원으로 작동하게 된다.According to an embodiment of the present invention, when a failure occurs in the master device, a slave device having a higher priority among slave devices is converted to a constant voltage and constant frequency and operates with base power.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템에서, 마스터 장치에 고장이 발생한 경우, 슬레이브 장치의 운전 모드 전환을 설명하기 위한 도면으로, 도 7을 참조하면, 마스터 장치에서 고장이 발생되기 이전에는 주파수 편차가 허용 범위를 유지한다. 이때, 마스터 장치에 고장이 발생되지 않았어도 측정 위치에 따라서 주파수가 흔들리는 것처럼 보일 수 있다. 그러나 마스터 장치에서 고장이 발생된 경우, 주파수는 계속 낮아지거나 높아진다.7 is a diagram for explaining operation mode conversion of a slave device when a failure occurs in a master device in a microgrid system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, a failure occurs in a master device. Previously, the frequency deviation remains within an acceptable range. At this time, even if a failure does not occur in the master device, the frequency may appear to fluctuate depending on the measurement location. However, in the event of a failure in the master device, the frequency continues to go lower or higher.

슬레이브 장치는, 주파수 편차가 허용 범위를 벗어날 경우, 드룹 제어를 시작한다. 주파수가 낮아지면, 슬레이브 장치는 유효 전력 방전량을 증가시키거나 충전량을 감소시킨다.The slave device starts droop control when the frequency deviation is out of the allowable range. When the frequency is lowered, the slave device increases the effective power discharge amount or decreases the charge amount.

그러나 드룹 제어를 해도 주파수가 허용 범위를 벗어날 경우, 슬레이브 장치는 마스터 장치가 고장으로 마이크로그리드에서 분리된 것으로 판단하여, 마스터 모드로 작동되는 마스터 장치로 전환된다. 이후, 중앙 제어기는 대기중인 에너지저장징치를 슬레이브 장치로 작동시키거나 다른 발전원을 작동시킬 수 있다.However, if the frequency is out of the allowable range even with droop control, the slave device determines that the master device has been separated from the microgrid due to a failure, and is converted into a master device operating in master mode. Then, the central controller can operate the standby energy storage device as a slave device or operate another power source.

한편, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템을 검증하기 위한 시뮬레이션 모델 구성도이고, 도 9는 도 8의 시뮬레이션 모델 회로도이다.Meanwhile, FIG. 8 is a configuration diagram of a simulation model for verifying a microgrid system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a circuit diagram of the simulation model of FIG. 8 .

도 8 및 도 9를 참조하면, 시뮬레이션 기간을 단축하기 위하여, 시뮬레이션 모델에는 디젤 발전기, 태양광 발전 그리고 풍력 발전은 포함되지 않았다. 전력 계통에 연계되어 출력을 제어하는 장치들은 전류원과 같아서, 시뮬레이션 모델에 3상 정전류원 lcs 1세트를 사용하였다.Referring to FIGS. 8 and 9 , in order to shorten the simulation period, a diesel generator, photovoltaic power generation, and wind power generation were not included in the simulation model. Devices that control output in connection with the power system are the same as current sources, so one set of three-phase constant current source lcs was used in the simulation model.

100㎾급 에너지저장장치 3세트를 사용하였고, 순서대로 ESS1, ESS2, ESS3으로 표시하였다. ESS1이 마스터 장치로 지정되어 운전을 시작하고 2.8초 이후에 전력망에서 분리된다. ESS2와 ESS3은 슬레이브 장치로 지정되며, ESS2가 높은 우선 순위를 갖는다.Three sets of 100 kW energy storage devices were used, and they were marked as ESS1, ESS2, and ESS3 in order. ESS1 is designated as the master device and starts operating, and is disconnected from the power grid after 2.8 seconds. ESS2 and ESS3 are designated as slave devices, and ESS2 has a higher priority.

부하는 순수 저항성 부하와 정류성 부하로 단순화하였다. 정류성 부하는 단상 부하 2세트와 3상 부하 1세트, 저항성 부하는 총 5세트를 사용하였다. 부하는 사전에 설정된 시간에 전력망에 연결되거나 분리된다.The load is simplified into a pure resistive load and a rectifying load. Two sets of single-phase loads and one set of three-phase loads were used as rectifying loads, and a total of five sets of resistive loads were used. Loads are connected or disconnected from the power grid at preset times.

에너지저장장치의 공칭 전압은 380V이며, 배전망의 공칭 전압은 6.4㎸이다. 변압기의 누설 임피던스는 6.5%이고, 배선 선로는 저항 성분이 우세하다.The nominal voltage of the energy storage device is 380V, and the nominal voltage of the distribution network is 6.4 kV. The leakage impedance of the transformer is 6.5%, and the wiring line has a dominant resistance component.

분산 전원은 에너지저장장치들 ESS1, ESS2, ESS3으로 구성되며 정전류원은 CS로 표시하였다. 에너지저장장치 제어기는 DLL 파일로 구현하였으며, 샘플링 주파수는 10㎑, PWM 주파수는 5㎑이다. 마이크로그리드의 중앙 제어기는 별도로 구현하기 않았고, 유효 전력 기준값은 각 장치별로 패턴을 지정하였다. 이때, 무효 전력은 0으로 설정하였다.The distributed power source is composed of energy storage devices ESS1, ESS2, and ESS3, and the constant current source is indicated by CS. The energy storage device controller was implemented as a DLL file, and the sampling frequency was 10 kHz and the PWM frequency was 5 kHz. The central controller of the microgrid was not separately implemented, and the active power reference value was designated as a pattern for each device. At this time, the reactive power was set to 0.

도 10은 시뮬레이션 모델의 초기 기동을 보여준다. 도 10을 참조하면, 3세트의 에너지저장장치에서 마이크로그리드에 공급하는 유효 전력은 각각, PESS1, PESS2, PESS3, 정전류원에서 공급하는 유효 전력은 Pcs, 정유기에서 직류로 변환된 전력을 소비하는 부하의 유효 전력은 각각, Prect1, Prect2, Prect3, 교류 전력을 소비하는 저항 부하의 유효 전력은 각각, PRd1, PRd2, PRd3, PRd4, PRd5이다.10 shows the initial startup of the simulation model. Referring to FIG. 10, active power supplied to the microgrid from three sets of energy storage devices is P ESS1 , P ESS2 , P ESS3 , active power supplied from the constant current source is Pcs, and power converted to DC from the rectifier The active power of the load consuming P rect1 , P rect2 , P rect3 , and the active power of the resistive load consuming AC power are respectively P Rd1 , P Rd2 , P Rd3 , P Rd4 , and P Rd5 .

마스터 장치 ESS1이 동작을 시작하여 전압 Vab_ESS1을 마이크로그리드에 공급한다. 마스터 장치에서 일정한 주파수를 공급해도, 각각의 장치에서는 부하 또는 발전량이 변동하는 순간 주파수가 미세하게 달라진다.The master device ESS1 starts operating and supplies the voltage V ab_ESS1 to the microgrid. Even if a constant frequency is supplied from the master device, the frequency varies slightly at the moment the load or generation amount fluctuates in each device.

각각의 에너지저장장치에서 마이크로그리드에 공급하는 전류(la_ESS1, la_ESS2, la-_ESS3)는 마이크로그리드의 부하와 각 장치의 동작에 따라 달라진다. 슬레이브 장치는 각각의 유효 전력과 무효 전력 기준에 따라서 전류가 결정되지만, 마스터 장치의 전류 la_ESS1는 마이크로그리드에서 유효 전력과 무효 전력, 각각의 수요와 공급에 따라서 결정되기 때문에 부하가 급변하거나 다른 전원의 출력이 달라지면 급격하게 변동된다. 마이크로그리드의 배전 임피던스 2세트에 흐르는 전류(lDL1, lDL2)는 에너지저장장치의 부하의 상태에 따라서 결정된다.The current (l a_ESS1 , l a_ESS2 , l a - _ESS3 ) supplied to the microgrid from each ESS varies depending on the load of the microgrid and the operation of each device. The current of the slave device is determined according to the standards of active power and reactive power, but the current l a_ESS1 of the master device is determined according to the demand and supply of active and reactive power in the microgrid. When the output of is changed, it fluctuates rapidly. The current (l DL1 , l DL2 ) flowing through the 2 sets of distribution impedance of the microgrid is determined according to the state of the load of the energy storage device.

본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템을 검증하기 위하여 마스터 장치의 주파수 이동에 대하여 시뮬레이션을 진행하였다.In order to verify the microgrid system according to an embodiment of the present invention, a simulation was performed for the frequency movement of the master device.

도 11은 마스터 장치에 과부하가 인가되어도 공칭 주파수가 유지되는 경우의 시뮬레이션 결과이고, 도 12는 마스터 장치에 과부하 인가 시 주파수가 이동되는 경우의 시뮬레이션 결과이다.11 is a simulation result when the nominal frequency is maintained even when an overload is applied to the master device, and FIG. 12 is a simulation result when the frequency is shifted when an overload is applied to the master device.

저주파수 트립 레벨을 57㎐로 설정하고, 슬레이브 장치가 드룹 제어를 시작하는 주파수의 하한값(Δfmin)은 0.1㎐, 마스터 장치의 주파수 하한값(Δfmaster_low)은 59.1㎐이다. 공칭 주파수를 유지하는 경우, 3.2초에 저항 부하 Rd5가 분리되기 전에 마스터 장치의 유효 전력은 대략 145㎾이다. 주파수를 이동하는 경우, 저항 부하 Rd5가 분리되기 전에 마스터 장치의 유효 전력은 대략 128.5㎾이다.The low frequency trip level is set to 57 Hz, the lower limit of the frequency at which the slave device starts droop control (Δf min ) is 0.1 Hz, and the lower limit of the frequency of the master device (Δf master_low ) is 59.1 Hz. When maintaining the nominal frequency, the effective power of the master unit is approximately 145 kW before the resistive load Rd5 disconnects at 3.2 seconds. When shifting the frequency, the effective power of the master device before the resistive load Rd5 is disconnected is approximately 128.5 kW.

즉, 주파수 이동에 의해서 마스터 장치의 과부하가 개선된 것을 확인할 수 있다. 주파수 하한값을 더 낮추거나 슬레이브 장치의 드룹 계수를 높인다면, 슬레이브 장치에서 부담하는 유효 전력이 증가하여 마스터 장치의 과부하를 더욱 개선할 수 있다. 부하가 감소되거나 중앙 제어기에서 슬레이브 장치에 새로운 전력 기준값을 지령하여 유효 전력이 증가하게 되면, 마스터 장치의 과부하 상태가 해결되고, 주파수는 공칭 주파수로 회복된다.That is, it can be confirmed that the overload of the master device is improved by the frequency shift. If the lower frequency limit is further lowered or the droop coefficient of the slave device is increased, the active power borne by the slave device increases, thereby further reducing overload of the master device. When the load is reduced or the active power is increased by commanding a new power reference value to the slave device from the central controller, the overload condition of the master device is resolved and the frequency is restored to the nominal frequency.

마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리된 이후, 시뮬레이션은 슬레이브 장치가 마스터 장치로 전환되는 경우와 전환되지 않는 경우를 비교하였다.After the master device is separated from the microgrid, the simulation compares the case where the slave device is converted to the master device and the case where it is not.

마스터 장치(ESS1)가 계통에서 분리되는 순간 우선 순위가 높은 슬레이브 장치(ESS2)의 유효 전력, 슬레이브 장치(ESS2, ESS3)의 드룹 계수 설정, ESS2의 마스터 장치로 전환 여부를 조건으로 시뮬레이션을 수행하였으며, 시뮬레이션 조건과 결과는 아래 표 1에 나타내었다.At the moment when the master device (ESS1) is separated from the grid, the simulation was performed under the conditions of the active power of the slave device (ESS2) with high priority, the droop coefficient setting of the slave devices (ESS2, ESS3), and whether or not to switch to the master device of ESS2. , simulation conditions and results are shown in Table 1 below.

ESS2ESS2 드룹 계수droop coefficient 제어control CaseCase 과도 상태transient

60㎾ 방전


60kW Discharge

낮음

lowness
드룹 제어 유지Maintain droop control Case1Case1 안정stability
모드 전환switch mode Case2Case2 안정stability
높음

height
드룹 제어 유지Maintain droop control Case3Case3 리플 발생Ripple generation
모드 전환switch mode Case4Case4 리플 발생Ripple generation

10㎾ 방전


10kW discharge

낮음

lowness
드룹 제어 유지Maintain droop control Case5Case5 정전blackout
모드 전환switch mode Case6Case6 안정stability
높음

height
드룹 제어 유지Maintain droop control Case7Case7 리플 발생Ripple generation
모드 전환switch mode Case8Case8 안정stability

60㎾ 충전


60kW charging

낮음

lowness
드룹 제어 유지Maintain droop control Case9Case9 정전blackout
모드 전환switch mode Case10Case10 안정stability
높음

height
드룹 제어 유지Maintain droop control Case11Case11 정전blackout
모드 전환switch mode Case12Case12 안정stability

마스터 장치인 ESS1이 마이크로그리드에서 분리된 후 우선 순위가 높은 슬레이브 장치인 ESS2가 드룹 제어를 유지하면, 드룹 계수의 크기에 따라서 과도 상태 리플이 발생되거나 정전이 발생되었다.After ESS1, the master device, was separated from the microgrid, when ESS2, a slave device with a high priority, maintained droop control, transient ripple or power failure occurred depending on the size of the droop coefficient.

그러나 마스터 장치인 ESS1이 마이크로그리드에서 분리된 후 우선 순위가 높은 슬레이브 장치인 ESS2가 마스터 장치로 전환된 경우에는 대부분 안정적으로 동작하였으며, 슬레이브 장치의 드룹 계수가 높은 일부 경우에 과도 상태 리플이 발생되었다. 즉, 마스터 장치인 ESS1이 마이크로그리드에서 분리된 후 우선 순위가 높은 슬레이브 장치인 ESS2가 마스터 장치로 전환된 경우에는 낮은 드룹 계수를 사용한다면 주파수를 안정적으로 유지할 수 있었다.However, when ESS1, the master device, was separated from the microgrid and ESS2, a slave device with high priority, was switched to the master device, most of them operated stably, and transient ripples occurred in some cases where the droop coefficient of the slave device was high. . That is, when ESS1, the master device, was separated from the microgrid and ESS2, a slave device with a high priority, was switched to the master device, the frequency could be stably maintained if a low droop coefficient was used.

비교 예1Comparison example 1

비교 예1은 드룹 계수가 낮고, ESS2가 60㎾를 방전하는 상황에서 ESS1이 전력망에서 분리되고, ESS2가 드룹 제어를 유지하는 경우에 대하여 시뮬레이션 하였다.Comparative Example 1 simulated the case where ESS1 is disconnected from the power grid and ESS2 maintains droop control in a situation where the droop coefficient is low and ESS2 discharges 60 kW.

도 13을 참조하면, 비교 예1의 경우, 2.8초에 ESS1이 전력망에서 분리되면 주파수가 낮아지고, ESS2와 ESS3의 드룹 제어가 작동되어 유효 전력의 출력을 증가시킨다.Referring to FIG. 13 , in Comparative Example 1, when ESS1 is disconnected from the power grid at 2.8 seconds, the frequency is lowered, and droop control of ESS2 and ESS3 is operated to increase the output of active power.

주파수는 3초 이전에 약 59.2㎐, 3초에 부하 Rd4가 전력망에 연결된 이후에는 58.2㎐ 정도로 안정된다. 주파수를 공칭 주파수로 회복하기 위해서는 중앙 제어기에서 ESS2와 ESS3으로 보내는 유효 전력 기준값을 증가시켜야 한다.The frequency stabilizes at about 59.2 Hz before 3 seconds and at about 58.2 Hz after load Rd4 is connected to the power grid at 3 seconds. In order to restore the frequency to the nominal frequency, the active power reference value sent from the central controller to ESS2 and ESS3 must be increased.

실시 예1Example 1

실시 예1은 드룹 계수가 낮고, ESS2가 60㎾를 방전하는 상황에서 ESS1이 전력망에서 분리되고, ESS2가 마스터 장치로 전환되는 경우에 대하여 시뮬레이션 하였다.Example 1 simulated the case where ESS1 is disconnected from the power grid and ESS2 is switched to a master device in a situation where the droop coefficient is low and ESS2 discharges 60 kW.

도 14를 참조하면, 실시 예1은 비교 예1과 동일하게 2.8초에 ESS1이 전력망에서 분리되면, 주파수가 낮아지고, ESS2와 ESS3의 드룹 제어가 작동되어 유효 전력의 출력을 증가시킨다. 그러나 3초에 부하 Rd4가 전력망에 연결되어 주파수가 59㎐ 이하로 내려가면 ESS2가 마스터 장치로 전환되어 주파수를 공칭 주파수로 유지한다.Referring to FIG. 14 , in Example 1, like Comparative Example 1, when ESS1 is disconnected from the power grid at 2.8 seconds, the frequency is lowered and the droop control of ESS2 and ESS3 is operated to increase the output of active power. However, at 3 seconds, when the load Rd4 is connected to the power grid and the frequency drops below 59 Hz, ESS2 switches to the master device and keeps the frequency at the nominal frequency.

단, ESS2가 마스터 장치로 전환된 이후 과부하 상태가 되기 때문에 마이크로그리드의 주파수를 59.1㎐로 이동시켜 과부하 상태를 완화시킨다.However, since ESS2 is overloaded after being converted into a master device, the microgrid frequency is moved to 59.1 Hz to mitigate the overload condition.

비교 예2Comparative Example 2

비교 예2는 드룹 계수가 높고, ESS2가 60㎾를 방전하는 상황에서 ESS1이 전력망에서 분리되고, ESS2가 드룹 제어를 계속 유지하는 경우에 대하여 시뮬레이션 하였다.Comparative Example 2 simulated the case where ESS1 is disconnected from the power grid and ESS2 continues to maintain droop control in a situation where the droop coefficient is high and ESS2 discharges 60 kW.

실시 예2Example 2

실시 예2는 드룹 계수가 높고, ESS2가 60㎾를 방전하는 상황에서 ESS1이 전력망에서 분리되고, ESS2가 마스터 장치로 전환되는 경우에 대하여 시뮬레이션 하였다.Example 2 simulated the case where ESS1 is disconnected from the power grid and ESS2 is switched to a master device in a situation where the droop coefficient is high and ESS2 discharges 60 kW.

도 15를 참조하면, 비교 예2와 실시 예2의 경우, 2.8초에 ESS1이 전력망에서 분리되면, 주파수가 낮아지고, ESS2와 ESS3의 드룹 제어가 유효 전력의 출력을 증가시킨다. 이때, 비교 예2와 실시 예2의 경우, 드룹 계수가 높기 때문에 비교 예1에 비하여 주파수 강하폭은 낮지만 과도 상태에서 리플이 발생된다. 3초에 Rd4가 연결되어도 주파수가 59.4㎐ 이상으로 유지되기 때문에 ESS2는 마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리된 것으로 판단하지 못하고 슬레이브 모드 상태를 유지한다. 이때는 중앙 제어기에서 ESS2에 마스터 모드로의 전환을 지령해야 한다.Referring to FIG. 15 , in Comparative Example 2 and Example 2, when ESS1 is disconnected from the power grid at 2.8 seconds, the frequency is lowered, and the droop control of ESS2 and ESS3 increases the output of active power. In this case, in the case of Comparative Example 2 and Example 2, since the droop coefficient is high, the frequency drop width is lower than that of Comparative Example 1, but ripple is generated in a transient state. Even if Rd4 is connected at 3 seconds, since the frequency remains above 59.4 Hz, ESS2 does not determine that the master device is separated from the microgrid and maintains the slave mode. In this case, the central controller must command ESS2 to switch to master mode.

비교 예3Comparison Example 3

비교 예3은 드룹 계수가 낮고, ESS2가 10㎾를 방전하는 상황에서 ESS1이 전력망에서 분리되고, ESS2가 드룹 제어를 유지하는 경우에 대하여 시뮬레이션 하였다.Comparative Example 3 simulated the case where ESS1 is disconnected from the power grid and ESS2 maintains droop control in a situation where the droop coefficient is low and ESS2 discharges 10 kW.

도 16을 참조하면, 비교 예3의 경우, 2.8초에 ESS1이 전력망에서 분리되면 주파수가 낮아지고, ESS2와 ESS3의 드룹 제어가 작동된다. 그러나 드룹 계수가 낮게 설정된 ESS2와 ESS3이 빠르게 반응할 수 없기 때문에 ESS2와 ESS3은 전압 이상 또는 주파수 이상으로 정지하게 된다.Referring to FIG. 16 , in Comparative Example 3, when ESS1 is disconnected from the power grid at 2.8 seconds, the frequency is lowered and droop control of ESS2 and ESS3 is operated. However, since ESS2 and ESS3 with low droop coefficients cannot respond quickly, ESS2 and ESS3 stop due to voltage or frequency abnormalities.

즉, 마이크로그리드는 정전 상태가 된다. 주파수가 다시 60㎐로 회복된 것처럼 보이는 것은 트립으로 정지한 이후 ESS2와 ESS3 제어기 PLL의 동작에 의한 것이다.That is, the microgrid becomes a power outage state. The fact that the frequency seems to have recovered to 60 Hz is due to the operation of the ESS2 and ESS3 controller PLLs after the trip stop.

실시 예3Example 3

실시 예3은 드룹 계수가 낮고, ESS2가 10㎾를 방전하는 상황에서 ESS1이 전력망에서 분리되고, ESS2가 마스터 장치로 전환되는 경우에 대하여 시뮬레이션 하였다.Example 3 simulated the case where ESS1 is disconnected from the power grid and ESS2 is switched to a master device in a situation where the droop coefficient is low and ESS2 discharges 10 kW.

도 17을 참조하면, 실시 예3은 2.8초에 ESS1이 전력망에서 분리되면, 주파수가 낮아지고, ESS2와 ESS3의 드룹 제어가 작동된다. 그러나 주파수는 계속 낮아지고, ESS1이 전력망에서 분리된 것으로 판단한 ESS2가 마스터 장치로 전환된다. ESS2가 마스터 장치로 전환되면, 주파수를 일정하게 제어하기 때문에 마이크로그리드는 빠르게 안정된다.Referring to FIG. 17, in Example 3, when ESS1 is disconnected from the power grid at 2.8 seconds, the frequency is lowered and droop control of ESS2 and ESS3 is activated. However, the frequency continues to decrease, and ESS2, which determines that ESS1 is disconnected from the power grid, switches to the master device. When ESS2 is converted into a master device, the microgrid is quickly stabilized because it controls the frequency constantly.

3초 이후에 Rd4가 전력망에 연결되면 순간적으로 ESS2의 출력이 공칭 전력보다 더 높게 되기 때문에, ESS2에서 주파수를 이동시킨다.If Rd4 is connected to the power grid after 3 seconds, the output of ESS2 momentarily becomes higher than the nominal power, so the frequency is shifted from ESS2.

실시 예4Example 4

실시 예4는 드룹 계수가 낮고, ESS2가 60㎾를 충전하는 상황에서 ESS1이 전력망에서 분리되고, ESS2가 마스터 장치로 전환되는 경우에 대하여 시뮬레이션 하였다.Example 4 simulated the case where ESS1 is disconnected from the power grid and ESS2 is switched to a master device in a situation where the droop coefficient is low and ESS2 charges 60 kW.

도 18을 참조하면, 실시 예4는 2.8초에 ESS1이 전력망에서 분리되면, 주파수는 낮아지고, ESS2와 ESS3의 드룹 제어가 작동되어, ESS2의 충전량은 감소시키고 ESS3의 발전량은 증가시킨다.Referring to FIG. 18, in Example 4, when ESS1 is disconnected from the power grid at 2.8 seconds, the frequency is lowered and the droop control of ESS2 and ESS3 is operated, reducing the amount of charge in ESS2 and increasing the amount of power generated in ESS3.

그러나 주파수는 계속 낮아지고, 결국, 허용 범위를 벗어나서 ESS2가 마스터 장치로 전환된다. ESS2가 마스터 장치로 전환되면, ESS2는 충전에서 방전으로 자동으로 전환되어 주파수를 일정하게 제어한다. ESS2가 충전하는 상황이었기 때문에 다른 경우보다 주파수의 강하폭이 더 크다.However, the frequency continues to drop, eventually out of acceptable range and ESS2 switches to the master device. When ESS2 is converted into a master device, ESS2 automatically switches from charging to discharging to constantly control the frequency. Since ESS2 was charging, the drop in frequency was larger than in other cases.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템 제어 방법에 대하여 도 19를 참조하여 설명하기로 한다. 여기서, 각 구성들의 도면 부호는 도 1 및 도 2를 참조한다.Hereinafter, a microgrid system control method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 19 . Here, reference numerals of each component refer to FIGS. 1 and 2 .

도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.19 is a flowchart illustrating a microgrid system control method according to an embodiment of the present invention.

도 19를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템 제어 방법은 S110 단계 내지 S130 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 19 , the microgrid system control method according to an embodiment of the present invention may include steps S110 to S130.

S110 단계Step S110

상기 S110 단계에서는 복수 개의 에너지저장장치(120) 중에서, 어느 하나의 에너지저장장치(120)는 마스터 장치로 설정하고, 나머지 에너지저장장치(120)는 슬레이브 장치로 설정할 수 있다.In step S110, one energy storage device 120 among the plurality of energy storage devices 120 may be set as a master device, and the remaining energy storage devices 120 may be set as slave devices.

이때, 상기 S110 단계에서는 복수 개의 에너지저장장치(120)의 충전 상태 및 각종 데이터에 기반하여, 마스터 장치 및 슬레이브 장치를 설정할 수 있다. 예를 들어, S110 단계에서는 배터리(121)의 충전율이 가장 높은 에너지저장장치(120)를 마스터 장치로 설정할 수 있다.At this time, in step S110, a master device and a slave device may be set based on the state of charge of the plurality of energy storage devices 120 and various data. For example, in step S110, the energy storage device 120 having the highest charging rate of the battery 121 may be set as the master device.

한편, S110 단계에서는 슬레이브 장치에 대한 우선 순위를 부여할 수 있다. 마스터 장치가 마이크로그리드에서 분리되는 경우, 우선 순위가 가장 높은 슬레이브 장치가 마스터 장치로 전환될 수 있다.Meanwhile, in step S110, priority may be given to the slave device. When the master device is separated from the microgrid, the slave device with the highest priority can be switched to the master device.

S120 단계S120 step

상기 S120 단계에서는 마스터 장치에서 일정한 전압 및 일정한 주파수가 출력되다가, 과부하가 인가되면, 정상 상태에서의 출력 주파수가 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경되도록 할 수 있다. 이를 통하여, 마스터 장치에서 부담하는 과부하의 크기와 과도 상태의 지속 시간을 줄일 수 있따.In the step S120, a constant voltage and a constant frequency are output from the master device, and when an overload is applied, the output frequency in a normal state may be changed to another value within a predetermined allowable range. Through this, it is possible to reduce the size of the overload and the duration of the transient state borne by the master device.

S130 단계Step S130

상기 S130 단계에서는 슬레이브 장치를 통하여, 마스터 장치의 출력 주파수를 모니터링할 수 있다. 이를 통하여, S130 단계에서는 마스터 장치의 정상 작동 여부를 확인할 수 있다.In step S130, the output frequency of the master device may be monitored through the slave device. Through this, in step S130, it is possible to check whether the master device is normally operating.

S130 단계에서는 마스터 장치의 출력 주파수가 다른 값으로 변경된 것으로 확인되는 경우, 슬레이브 장치에 대한 주파수-유효전력 드룹 제어를 통하여, 마스터 장치에 인가되는 유효 전력을 분담할 수 있다.In step S130, when it is confirmed that the output frequency of the master device is changed to another value, active power applied to the master device may be shared through frequency-active power droop control for the slave device.

또한, S130 단계에서는 슬레이브 장치에 대한 주파수-유효전력 드룹 제어를 통하여, 마스터 장치에 인가되는 유효 전력이 분담되면, 마스터 장치의 출력 주파수 변경 값을 정상 상태에서의 출력 주파수 값으로 복귀시킬 수 있다.In addition, in step S130, when the active power applied to the master device is shared through the frequency-active power droop control for the slave device, the output frequency change value of the master device can be returned to the output frequency value in a normal state.

여기서, 마스터 장치의 출력 주파수가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 것으로 슬레이브 장치들에 의하여 모니터링되는 경우, 슬레이브 장치는 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 것으로 인식할 수 있다. 이에, 우선 순위가 높은 슬레이브 장치는 스스로 마스터 장치로 전환될 수 있다.Here, when the slave devices monitor that the output frequency of the master device is out of the preset tolerance range, the slave device may recognize that the master device is separated from the microgrid. Accordingly, a slave device having a high priority may be converted into a master device by itself.

다른 예로, 우선 순위가 가장 높은 슬레이브 장치가 마스터 장치의 출력 주파수를 모니터링할 수 있으며, 마스터 장치의 출력 주파수가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 것으로 모니터링되는 경우, 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 것으로 인식하여, 스스로 마스터 장치로 전환될 수 있다.As another example, the slave device with the highest priority may monitor the output frequency of the master device, and if the output frequency of the master device is monitored as out of the preset allowable range, the master device is recognized as separated from the microgrid , can be turned into a master device by itself.

한편, S130 단계에서는 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 상황을 슬레이브 장치가 인식하지 못한 경우, 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치를 마스터 장치로 전환시킬 수 있다.Meanwhile, in step S130, when the slave device does not recognize the situation in which the master device is separated from the microgrid, a slave device having a high priority among the slave devices may be converted into a master device.

또한, S130 단계에서는 나머지 슬레이브 장치들에 대한 우선 순위를 새롭게 부여할 수 있다.Also, in step S130, priorities may be newly assigned to the remaining slave devices.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.In the above, the present invention has been described in detail using preferred embodiments, but the scope of the present invention is not limited to specific embodiments, and should be interpreted according to the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

100; 마이크로그리드 시스템
110; 분산 전원
120; 에너지저장장치
120a; 제1 에너지저장장치
120b; 제2 에너지저장장치
120c; 제3 에너지저장장치
121; 배터리
122; 전력변환장치
123; 장치 제어기
130; 중앙 제어기
131; 저속 통신망
140; 비상 발전 설비
100; microgrid system
110; distributed power
120; energy storage device
120a; 1st energy storage device
120b; 2nd energy storage device
120c; 3rd energy storage device
121; battery
122; power converter
123; device controller
130; central controller
131; low speed network
140; emergency power plant

Claims (7)

재생 가능한 에너지를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 분산 전원;
상기 분산 전원과 연결되어 마이크로그리드를 이루되, 상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 기 저장되어 있는 전력을 외부로 출력하는 복수 개의 에너지저장장치; 및
상기 분산 전원 및 복수 개의 에너지저장장치를 제어하는 중앙 제어기;를 포함하되,
상기 중앙 제어기는, 상기 복수 개의 에너지저장장치 중에서, 어느 하나의 에너지저장장치는 마스터 장치로 설정하고, 나머지 에너지저장장치는 슬레이브 장치로 설정하며,
상기 마스터 장치는, 정상 상태에서, 일정한 전압 및 일정한 주파수를 출력하다가, 과부하가 인가되면, 상기 정상 상태에서의 출력 주파수를 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경하되,
상기 에너지저장장치는,
충, 방전이 가능한 배터리;
상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 변환하여 상기 배터리를 충전시키거나 상기 배터리에 충전되어 있는 전력을 변환하여 외부로 방전시키는 전력변환장치; 및
상기 배터리에 대한 충전 또는 방전이 이루어지도록, 상기 전력변환장치를 제어하는 장치 제어기;를 포함하되,
상기 에너지저장장치가 슬레이브 장치인 경우, 상기 장치 제어기는 상기 마스터 장치의 출력 주파수를 모니터링하여, 상기 마스터 장치의 정상 작동 여부를 확인하며,
상기 마스터 장치의 출력 주파수에 대한 모니터링을 통하여, 상기 마스터 장치의 출력 주파수가 다른 값으로 변경된 것으로 확인되는 경우,
상기 슬레이브 장치는, 주파수-유효전력 드룹(droop) 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력을 분담하고,
상기 중앙 제어기는, 상기 슬레이브 장치에 대한 주파수-유효전력 드룹 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력이 분담되면, 새로운 유효 전력 기준값을 상기 슬레이브 장치에 지령하여, 상기 마스터 장치의 출력 주파수 변경 값을 정상 상태에서의 출력 주파수 값으로 복귀시키는, 마이크로그리드 시스템.
Distributed power generating electricity using renewable energy as an energy source;
A plurality of energy storage devices that are connected to the distributed power source to form a microgrid, store power supplied from the distributed power source, or output previously stored power to the outside; and
A central controller for controlling the distributed power source and a plurality of energy storage devices; including,
The central controller sets one energy storage device among the plurality of energy storage devices as a master device and sets the remaining energy storage devices as slave devices,
The master device outputs a constant voltage and a constant frequency in a normal state, and when an overload is applied, the output frequency in the normal state is changed to another value within a preset allowable range,
The energy storage device,
A battery that can be charged and discharged;
a power conversion device that converts power supplied from the distributed power source to charge the battery or converts power stored in the battery and discharges it to the outside; and
A device controller controlling the power conversion device so that the battery is charged or discharged;
When the energy storage device is a slave device, the device controller monitors the output frequency of the master device to determine whether the master device is normally operating,
Through monitoring of the output frequency of the master device, if it is confirmed that the output frequency of the master device has changed to another value,
The slave device shares active power applied to the master device through frequency-active power droop control;
The central controller changes the output frequency of the master device by commanding a new active power reference value to the slave device when the active power applied to the master device is shared through the frequency-active power droop control for the slave devices. The microgrid system, which returns the value to the output frequency value in steady state.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 중앙 제어기는, 상기 슬레이브 장치에 대한 우선 순위를 부여하며,
상기 마스터 장치의 출력 주파수가 상기 기 설정된 허용 범위를 벗어난 것으로 모니터링되는 경우, 상기 슬레이브 장치는 상기 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 것으로 인식하여, 상기 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치가 스스로 마스터 장치로 전환되는, 마이크로그리드 시스템.
According to claim 1,
The central controller gives priority to the slave device,
When the output frequency of the master device is monitored as being out of the preset allowable range, the slave device recognizes that the master device is separated from the microgrid, and the slave device having a higher priority among the slave devices is itself the master device. Transitioning to a microgrid system.
제5 항에 있어서,
상기 마스터 장치가 마이크로그리드로부터 분리된 상황을 상기 슬레이브 장치가 인식하지 못한 경우,
상기 중앙 제어기는, 상기 슬레이브 장치 중에서 우선 순위가 높은 슬레이브 장치를 마스터 장치로 전환시키고, 나머지 슬레이브 장치들에 대한 우선 순위를 새롭게 부여하는, 마이크로그리드 시스템.
According to claim 5,
When the slave device does not recognize the situation in which the master device is separated from the microgrid,
Wherein the central controller converts a slave device having a high priority among the slave devices into a master device and newly assigns priority to the remaining slave devices.
재생 가능한 에너지를 에너지원으로 하여 전력을 생산하는 분산 전원 및 상기 분산 전원과 연결되어 마이크로그리드를 이루되, 상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 기 저장되어 있는 전력을 외부로 출력하는 복수 개의 에너지저장장치를 포함하는 마이크로그리드 시스템을 제어하는 방법으로,
상기 복수 개의 에너지저장장치 중에서, 어느 하나의 에너지저장장치는 마스터 장치로 설정하고, 나머지 에너지저장장치는 슬레이브 장치로 설정하는 단계;
정상 상태에서는 상기 마스터 장치에서 일정한 전압 및 일정한 주파수가 출력되다가, 과부하가 인가되면, 상기 정상 상태에서의 출력 주파수가 기 설정된 허용 범위 내에서 다른 값으로 변경되도록 하는 단계; 및
상기 슬레이브 장치를 통하여, 상기 마스터 장치의 출력 주파수를 모니터링하여, 상기 마스터 장치의 정상 작동 여부를 확인하는 단계;를 포함하되,
상기 마스터 장치의 출력 주파수가 다른 값으로 변경된 것으로 확인되는 경우, 상기 슬레이브 장치에 대한 주파수-유효전력 드룹(droop) 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력을 분담하되,
상기 에너지저장장치는,
충, 방전이 가능한 배터리;
상기 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 변환하여 상기 배터리를 충전시키거나 상기 배터리에 충전되어 있는 전력을 변환하여 외부로 방전시키는 전력변환장치; 및
상기 배터리에 대한 충전 또는 방전이 이루어지도록, 상기 전력변환장치를 제어하는 장치 제어기;를 포함하되,
상기 에너지저장장치가 슬레이브 장치인 경우, 상기 장치 제어기는 상기 마스터 장치의 출력 주파수를 모니터링하여, 상기 마스터 장치의 정상 작동 여부를 확인하며,
상기 마스터 장치의 출력 주파수에 대한 모니터링을 통하여, 상기 마스터 장치의 출력 주파수가 다른 값으로 변경된 것으로 확인되는 경우,
상기 슬레이브 장치는, 주파수-유효전력 드룹(droop) 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력을 분담하고,
상기 분산 전원 및 상기 복수 개의 에너지저장장치를 제어하는 중앙 제어기는, 상기 슬레이브 장치에 대한 주파수-유효전력 드룹 제어를 통하여, 상기 마스터 장치에 인가되는 유효 전력이 분담되면, 새로운 유효 전력 기준값을 상기 슬레이브 장치에 지령하여, 상기 마스터 장치의 출력 주파수 변경 값을 정상 상태에서의 출력 주파수 값으로 복귀시키는, 마이크로그리드 시스템 제어 방법.
A distributed power source that generates power using renewable energy as an energy source and a microgrid connected to the distributed power source to form a microgrid, storing power supplied from the distributed power source, or outputting the previously stored power to the outside. As a method of controlling a microgrid system including an energy storage device,
setting one of the energy storage devices as a master device and setting the remaining energy storage devices as slave devices among the plurality of energy storage devices;
In a normal state, a constant voltage and a constant frequency are output from the master device, and when an overload is applied, the step of changing the output frequency in the normal state to another value within a preset allowable range; and
Monitoring the output frequency of the master device through the slave device to check whether the master device is normally operating; Including,
When it is confirmed that the output frequency of the master device is changed to another value, the active power applied to the master device is shared through frequency-active power droop control for the slave device,
The energy storage device,
A battery that can be charged and discharged;
a power conversion device that converts power supplied from the distributed power source to charge the battery or converts power stored in the battery and discharges it to the outside; and
A device controller for controlling the power conversion device so that the battery is charged or discharged;
When the energy storage device is a slave device, the device controller monitors the output frequency of the master device to determine whether the master device is normally operating,
Through monitoring of the output frequency of the master device, if it is confirmed that the output frequency of the master device is changed to another value,
The slave device shares active power applied to the master device through frequency-active power droop control;
When the active power applied to the master device is shared through the frequency-active power droop control for the slave device, the central controller controlling the distributed power source and the plurality of energy storage devices sets a new active power reference value to the slave device. A microgrid system control method for instructing the device to return the output frequency change value of the master device to the output frequency value in a normal state.
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