KR20090074318A - Solar power generation system and method for the compenasation of harmonics and the prevention of islanding operation thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 계통연계 분산형 전원 시스템의 기본 구성도이다.1 is a basic configuration of a general grid-distributed distributed power system.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 일실시예를 보인 도이다.2 is a view showing an embodiment of a photovoltaic power generation system according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 일실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating an embodiment of a photovoltaic power generation system according to the present invention.
도 4는 고조파 보상기능 및 단독운전 방지기능 추가시에 계통전류의 변화를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing changes in grid current when the harmonics compensation function and the single operation prevention function are added.
도 5는 상용 계통측의 전원공급이 중단된 상태에서 태양광 발전 시스템의 단독 운전시에 시간와 주파수와의 상관관계를 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing a correlation between time and frequency in a single operation of a photovoltaic system in a state in which power supply to a commercial grid is stopped.
도 6은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템에서 고조파 보상 및 단독 운전 방지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 6 is a flowchart illustrating a harmonic compensation and a stand alone operation prevention method in a photovoltaic power generation system according to the present invention.
도면의 주요부분의 대한 부호 설명Explanation of Signs of Major Parts of Drawings
10 : 태양전지 어레이 20 : 3상 인버터10: solar cell array 20: three-phase inverter
30 : 상용전력 공급부 40 : 부하30: commercial power supply unit 40: load
50, 51 : 제 1 및 제 2 LC 병렬 필터 50, 51: first and second LC parallel filter
60, 61, 62 : 제 1 내지 제 3 검출센서60, 61, 62: first to third detection sensors
70 : 전력 제어부 80, 81, 82 : 제 1 내지 제 3 전력 차단 장치70:
본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 특히 고조파 보상을 하면서 태양광 발전 시스템의 단독 운전을 방지할 수 있는 기능을 갖는 태양광 발전 시스템 및 그의 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photovoltaic power generation system, and more particularly, to a photovoltaic power generation system and a method having a function capable of preventing single operation of a photovoltaic power generation system while performing harmonic compensation.
태양광 발전 시스템은 태양 에너지를 이용하여 전력을 발전시키는 시스템이다. 이러한 태양광 발전 시스템에는 태양광 발전 시스템 단독으로만 운전하는 독립형 발전 시스템과, 태양광 발전 시스템과 상용전력 계통과 연계하여 운전하는 계통연계형 발전 시스템 두 종류가 존재하고 있다. 요즘 주로 계통연계형 발전 시스템이 채택되고 있는 추세이다. 도 1은 일반적인 계통연계형 발전 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도이다. The photovoltaic power generation system is a system for generating electric power using solar energy. There are two types of solar power generation systems, a standalone power generation system that operates solely with a solar power generation system, and a grid-connected power generation system that operates in conjunction with a solar power generation system and a commercial power system. Nowadays, grid-connected power generation systems are being adopted. 1 is a view showing a schematic configuration of a typical grid-connected power generation system.
도 1과 같은 계통연계형 발전 시스템의 전력 계통에 있어서는 구성상 증가 추세에 있는 비선형 부하들과 다량의 저용량의 전력 변환 장치등은 발전 및 송.배전시에 전력 품질에 무시할 수 없을 정도로 상당한 영향을 미치고 있다. 왜냐하면 전력 변환 장치로 부터 발생되는 고조파 성분이 전력 계통상의 전압을 왜곡시켜 결 과적으로 전력 계통상의 전력 품질을 저하시키기 때문이다. 그래서 이러한 전력 계통상의 전력 품질 저하를 방지하기 위하여 고조파 보상 기능을 추가하여 태양에너지를 전력으로 발전시키는 태양광 발전 시스템이 개발되어 왔었다. In the power system of the grid-connected power generation system as shown in FIG. 1, nonlinear loads and a large amount of low-capacity power converters, which are increasing in construction, have a considerable impact on power quality during generation and transmission and distribution. Is going crazy. This is because the harmonics generated from the power converter distort the voltage on the power system, resulting in poor power quality on the power system. Therefore, in order to prevent the power quality deterioration on the power system, a solar power generation system has been developed that adds harmonic compensation to generate solar energy into electric power.
또한 계통연계형 발전 시스템에서, 태양광 발전 시스템 단독으로만 운전되는 단독 운전을 방지할 수 있는 방법이 연구되어 왔었다. 이는 단독 운전시에 전력 계통 공사 인력에 대한 안전, 재폐로 계전기의 재폐로 시에 기기 손상등의 문제를 일으킬 수 있는 소지가 다분하여 반드시 단독 운전을 검출하여 단독 운전을 차단시켜야만 했기 때문이다. 여기서 단독 운전이란 전력 계통 측의 전원 공급이 중단된 상태에서 전력 계통 연계 태양광 발전 시스템이 홀로 운전되는 것을 말한다. In addition, in the grid-connected power generation system, a method for preventing single operation that is operated only by the solar power generation system has been studied. This is because the safety of the power system construction personnel during the sole operation, re-closing and re-closing of the relay may cause problems such as damage to the equipment, because it is necessary to detect the single operation and block the single operation. In this case, the single operation means that the power grid-linked photovoltaic power generation system is operated alone in a state where power supply to the power system is stopped.
그런데 태양광 발전 시스템의 단독 운전시에 부하에서 사용되는 유.무효 전력( Pload + jQload )이 계통연계형 발전 시스템에서 공급되는 유.무효 전력( PPV + jQpv + )과 거의 일치하면 전력 계통 연계점에서 양측의 전력의 전압과 주파수가 동일하게 유지되므로 다양한 계전기들로 태양광 발전 시스템의 단독 운전을 검출할 수 없는 문제가 있었다. 여기서 다양한 계전기들이란 과전압 계전기( over voltage Relay ), 부족전압 계전기( under voltage Relay ), 과주파수 계전기( over frequency Relay ), 및 부족주파수 계전기( under frequency Relay )를 말한다. 과전압 계전기는 설정된 기준전압이상의 전압을 검출하는 기기이고 부족전압 계전기는 설정된 기준전압이하의 전압을 검출하는 기기이다. 그리고 과주파수 계전기는 설정된 기준주파수(60HZ)이상의 주파수를 검출하는 기기이고 부족주파수 계전기는 설정된 기준주파수이하의 주파수를 검출하는 기기이다. However, the active and reactive power (P load + jQ load ) used in the load during the operation of the solar power generation system alone is supplied by the grid-connected power generation system (P PV + jQ pv + ), The voltage and frequency of the power on both sides are kept the same at the power system connection point, so that various operations of the solar power generation system cannot be detected by various relays. Here, the various relays refer to an over voltage relay, an under voltage relay, an over frequency relay, and an under frequency relay. An overvoltage relay is a device that detects a voltage above the set reference voltage and an undervoltage relay is a device that detects a voltage below the set reference voltage. The overfrequency relay is a device for detecting a frequency above the set reference frequency (60HZ) and the underfrequency relay is a device for detecting a frequency below the set reference frequency.
이러한 태양광 발전 시스템에서 단독 운전을 방지할 수 있는 방법에는 수동적인 방법과 능동적인 방법이 있으나, 이러한 태양광 발전 시스템에서 수동적인 방법에서는 계통분리시 계측된 값의 변화가 작을 경우에 단독 운전 판정을 하지 못하는 불검출 영역이 존재한다. 또한 능동적인 방법에서는 계통에 미소 외란신호를 주입하게 됨으로써 계통이 불안정하게 되어 전력 품질 저하 및 전류 왜곡을 일으킬 수 있는 요인이 존재하고 있었다. There are passive and active methods to prevent single operation in such a photovoltaic power generation system. However, in the passive method in such a photovoltaic power generation system, single operation is determined when the measured value change is small when the system is separated. There is an undetectable area that cannot. In addition, the active method injects a micro disturbance signal into the system, which causes the system to become unstable, causing power quality degradation and current distortion.
따라서 본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 상기와 같은 태양광 발전 시스템에서 단독 운전시에 부하전류를 검출하여서 그 부하전류의 고조파 성분을 증가시켜서 주파수의 증가를 유도하고 그 증가된 주파수를 과주파수 계전기로 검출함으로써 전력품질을 저하시키지 않으면서도 단독 운전을 방지할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공하는 것이 제 1 목적이다. Therefore, in order to solve the above problems, the present invention detects a load current during single operation in the above photovoltaic power generation system, increases the harmonic content of the load current, induces an increase in frequency, and increases the frequency overfrequency. It is a first object to provide a photovoltaic power generation system capable of preventing single operation without degrading power quality by detecting with a relay.
또한 본 발명은 평상시에는 복수의 LC병렬필터와 복수의 전압.전류검출센서를 이용하여 계통전류의 고조파 성분을 감소시켜 고조파 보상 기능을 갖는 태양광 발전 시스템을 제공하는 것이 제 2 목적이다. Another object of the present invention is to provide a photovoltaic power generation system having a harmonic compensation function by reducing a harmonic component of a grid current by using a plurality of LC parallel filters and a plurality of voltage and current detection sensors.
특히 본 발명은 태양광 발전 시스템에서, 검출된 부하전류를 이용하여 고조파 보상 및 단독 운전 방지 방법을 제공하는 것이 제 3 목적이다. In particular, it is a third object of the present invention to provide a harmonic compensation and an independent operation prevention method using a detected load current in a solar power generation system.
상술한 제 1 및 2 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 태양전지 어레이(10), 3상 인버터(20), 부하(40), 제 1 및 제 2 LC병렬필 터(50) (51), 제 1 및 제 2 검출센서(60) (61), 신호조절회로(71) 및 디지탈 신호 처리 모듈(72)를 갖는 전력제어부(70)등을 포함하고 있는 종래의 태양광 발전 시스템에서, 제 3 검출센서(62)를 더 구비하여 제 3 검출센서(62)에서 검출된 계통전류와 2 검출센서(61)에서 검출된 3상 인버터 출력전류와의 합전류인 부하전류를 전력제어부(70)의 디지탈 신호 처리 모듈(72)에서 dq변환하고 필터링처리를 한 후에 이를 역dq변환함으로써 부하전류로 부터 고조파 성분을 추출함으로써 고조파 보상기능과 단독운전 방지기능을 수행가능하도록 구성되어 있다.The solar power generation system according to the present invention for achieving the above-described first and second objects is a
또한, 디지탈 신호 처리 모듈(72)에서의 필터링처리는 dq변환된 성분에서 직류성분만 남게한다. Further, the filtering processing in the digital
더우기, 디지탈 신호 처리 모듈(72)는 고주파 성분을 추출하기 위하여 필터링처리후에 dq변환성분으로부터 필터링된 직류성분을 감산한다. Furthermore, the digital
특히, 디지탈 신호 처리 모듈(72)는 dq변환성분의 q축 값에 대하여 dq변환성분으로부터 필터링처리한 직류성분을 감산한다.In particular, the digital
상술한 제 3 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고조파 보상 및 단독 운전 방지 방법은 태양전지 어레이(10), 3상 인버터(20), 부하(40), 제 1 및 제 2 LC병렬필터(50) (51), 제 1 내지 제 3 검출센서(60)(61)(62), 신호조절회로(71), 및 디지탈 신호 처리 모듈(72)를 갖는 전력 제어부(70)를 포함한 태양광 발전 시스템에서, 제 3 검출센서(62)에 의하여 계통전류를 검출하고 제 2 검출센서(60)에 의하여 3상인버터출력전류를 검출하는 단계(S1)와, 복수의 가산기들을 이용하여 검출된 계통전류와 3상인버터출력전류를 가산하여 부하전류를 검출하는 단계(S2)와, 부하 전류를 검출한 후에 검출된 부하전류를 dq변환하는 단계(S3)와, dq변환된 전류를 필터링하고 감산처리하는 단계(S4)와, 고조파 성분을 추출하기 위하여 단계 S4의 감산 결과치인 고조파 성분을 역dq변환하는 단계(S5)와, 단계 S5에서 추출된 고조파 성분에 의하여 고조파를 보상하기 위한 전류 지령치를 생성하는 단계(S6)를 포함한다.Harmonic compensation and single operation prevention method according to the present invention for achieving the above-described third object is a
이하, 첨부된 도면들에 의거하여 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 구성에 의하여 동작되는 작용을 상세히 설명한다. Hereinafter, the operation of the solar power generation system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 일실시예를 보인 도 2에서, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 두개의 기준 전류를 가진다. 하나의 전류는 최대 전력점 추적 제어( maximum power point tracking control )를 통해 최대 전력을 계통에 보내주기 위한 기준 전류이고 다른 하나의 전류는 고조파 보상 기능 및 단독 운전 방지 기능을 통한 기준 전류을 위한 기준 전류이다. 최대 전력점 추적 제어를 통한 기준 전류와 고조파 보상 기능 및 단독 운동 방지 기능을 통한 기준 전류를 더한다. 합쳐진 기준 전류가 전류 제어기(도시하지않음)를 통하여 출력된다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 병렬 접속된 제 1 인덕터(L1)와 제 1 캐패시터(C1)로 구성되는 제 1 LC병렬 필터(50)의 후단에 결합되는 제 1 검출센서(60)는 최대 전력점 추적 제어를 위한 태양에너지의 전압 및 전류를 검출하기 위한 센서이다. 제 1 검출센서(60)는 태양에너지의 전류를 검출하기 위한 제 1 전류센서(CT1)과 태양에너지의 전압을 검출하기 위한 제 1 전압센서(PT1)를 포함하고 있다. 제 1 전류센 서(CT1)과 제 1 전압센서(PT1)는 상호 병렬로 접속되어 있다. 그리고 제 1 검출센서(60)의 제 1 전압센서(PT1)의 후단과 제 2 LC병렬 필터(51)의 전단 사이에는 3상 인버터(20)에 결합되어 있다. 제 2 LC병렬 필터(51)는 상호 병렬 접속되는 제 2 내지 제 4 인덕터(L21), (L22), (L23)와 제 2 내지 제 4 캐패시터(C21), (C22), (C23)로 이루어진다. 제 1 및 2 LC병렬 필터(50), (51)는 각각 태양전지 어레이(10) 및 3상 인버터(20)로 부터 출력되는 고조파 성분을 감소시키는 역할을 한다. 제 2 검출센서(61)는 제 2 LC병렬 필터(51)의 후단에 결합되어 있다. 제 2 검출센서(61)는 제 2 내지 제 4 전류센서(CT21), (CT22), (CT23)와 제 2 내지 제 4 전압센서(PT21), (PT22), (PT23)를 포함한다. 제 2 내지 제 4 전류센서(CT21), (CT22), (CT23)와 제 2 내지 제 4 전압센서(PT21), (PT22), (PT23)는 상호 병렬 결합되어 있다. 제 2 내지 제 4 전류센서(CT21), (CT22), (CT23)는 제 2 LC병렬 필터(51)로 부터 출력되는 전류를 검출하는 역할을 하고 제 2 내지 제 4 전압센서(PT21), (PT22), (PT23)는 제 2 LC병렬 필터(51)의 출력 양단에 걸린 전압을 검출하는 역할을 한다. 제 3 검출센서(62)는 제 2 검출센서(61)의 후단과 상용전력 공급부(30)사이에 결합되어 있다. 상용전력 공급부(30)는 복수의 상용전력 공급원들로 이루어져 있다. 제 3 검출센서(62)는 제 5 내지 7 전류센서(CT31), (CT32), (CT33)으로 이루어져 있다. 제 3 검출센서(62)의 제 5 내지 7 전류센서(CT31), (CT32), (CT33)는 각각 상용전력 공급부(30)의 복수의 상용전력 공급원들과 일대일 대응되어 결합되어 있다. 그리고 제 3 검출센서(62)의 제 5 내지 7 전류센서(CT31), (CT32), (CT33)는 제 2 검출센서(61)의 제 2 내지 제 4 전류센 서(CT21), (CT22), (CT23)및 제 2 내지 제 4 전압센서(PT21), (PT22), (PT23)과 일대일 대응되어 결합되어 있다. 제 2 내지 제 7 전류센서(CT21), (CT22), (CT23), (CT31), (CT32), (CT33)는 고조파 보상기능 및 단독 운전 방지기능을 하기 위한 전류를 검출하는센서이고 제 2 내지 제 4 전압센서(PT21), (PT22), (PT23)는 상용전력 공급부(30)의 복수의 상용전력 공급원들과 동기시키기 위한 전압을 검출하는 센서이다. 부하(40)는 복수의 부하선들을 통하여 제 2 검출센서(61)와 제 3 검출센서(62)사이에 결합되어 있다. 제 1 공통절점(a)는 제 2 검출센서(61)의 제 2 전류센서(CT21)의 타단과, 제 2 검출센서(61)의 제 2 전압센서(PT21)의 한단과, 부하(40)의 복수의 부하선들중 어느 한선과 공통접속되는 점이다. 제 2 공통절점(b)는 제 2 검출센서(61)의 제 3 전류센서(CT22)의 타단과, 제 2 검출센서(61)의 제 3 전압센서(PT22)의 한단과, 부하(40)의 복수의 부하선들중 다른 한선과 공통접속되는 점이다. 제 3 공통절점(c)는 제 2 검출센서(61)의 제 4 전류센서(CT23)의 타단과, 제 2 검출센서(61)의 제 4 전압센서(PT23)의 한단과, 부하(40)의 복수의 부하선들중 또 다른 한선과 공통접속되는 점이다. 전력 제어부(70)는 제 1 내지 제 3 검출센서(60), (61), (62)의 출력신호들을 각각 받아 알고리즘에 따른 신호처리후에 3상 인버터(20)을 제어하기 위하여 펄스폭변조신호를 발생하여 이 변조신호를 3상 인버터(20)에 공급한다. 전력 제어부(70)는 신호조절회로(71), 및 디지탈 신호 처리 모듈(72)를 포함한다. 그리고 디지탈 신호 처리 모듈(72)는 전류제어기(도시하지 않음)을 내장하고 있다. 또한, 제 1 전력 차단 장치(80)는 태양전지 어레이 (10)과 제 1 LC병렬필터(50)사이에 결합되어 있고, 제 2 전력차단장치(81)는 제 2 검출센서(61)과 제 3 검출센서(62)사이에 결합되어 있으며 제 3 전력차단장치(82)는 제 3 검출센서(62)와 상용전력 공급부(30)사이에 결합되어 있다. 2 shows an embodiment of a photovoltaic system according to the invention, the photovoltaic system according to the invention has two reference currents. One current is the reference current for sending the maximum power to the system through the maximum power point tracking control and the other current is the reference current for the reference current with harmonic compensation and anti-single operation. . Add reference current with maximum power point tracking control and harmonic compensation and anti-stationary reference. The combined reference current is output through a current controller (not shown). As shown in FIG. 2, the
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템에서 고조파 보상기능 및 단독 운전 방지기능을 설명하기 위한 과정을 나타내는 도로서, 도 3(a)는 복수의 부하선들을 통하여 제 1 내지 제 3 공통절점(a), (b), (c)로부터 각각 부하(40)으로 흘러들어가는 기준전류를 설명하기 위한 과정을 나타내는 도이고, 도 (b)는 부하(30)으로 흘러들어가는 기준전류로 부터 dq변환(3상2상변환)에 의하여 생성되는 기준전류를 설명하기 위한 과정을 나타내는 도이다. 도 3의 이러한 고조파 보상기능 및 단독 운전 방지기능을 설명하기 위한 과정은 전력 제어부(70)의 디지탈 신호 처리 모듈(72)내에서 계산되어지는 알고리즘이다. 전력 제어부(70)의 디지탈 신호 처리 모듈(72)은 복수의 가산기들(7211), (7212), (7213), (7214), 및 저역통과필터(722)를 포함한다. 3 is a view illustrating a process for explaining a harmonic compensation function and an independent driving prevention function in a photovoltaic power generation system according to the present invention, and FIG. 3 (a) illustrates the first to third common nodes through a plurality of load lines. Figures (a), (b) and (c) show a process for explaining the reference current flowing into the
도 3(a)에서, 제 1 인버터출력전류(ipv_out_a)는 제 2 검출센서(61)의 제 2 전류센서(CT21)으로 부터 검출되는 전류이고 제 2 인버터출력전류(ipv_out_b)는 제 2 검출센서(61)의 제 3 전류센서(CT22)으로 부터 검출되는 전류이며 제 3출력전류(ipv_out_c)는 제 3 전류센서(CT23)으로 부터 검출되는 전류이다. 또한 제 1 계통전류(iutility_a)는 제 3 검출센서(62)의 제 5 전류센서(CT31)으로 부터 검출되는 전류이고 제 2 계통전류(iutility_b)는 제 3 검출센서(62)의 제 6 전류센서(CT32)으로 부터 검출되는 전류이며 제 3 계통전류(iutility_c)는 제 3 검출센서(62)의 제 7 전류센서(CT33)으로 부터 검출되는 전류이다. 그리고 제 1 부하전류(iload_a)는 제 1 공통절점(a)로부터 부하(40)으로 흘러들어가는 기준전류로서 제 1 가산기(7211)에 의하여 제 1 인버터출력전류(ipv_out_a)와 제 1 계통전류(iutility_a)와의 합한 전류이고 제 2 부하전류(iload_b)는 제 2 공통절점(b)로부터 부하(40)으로 흘러들어가는 기준전류로서 제 2 가산기(7212)에 의하여 제 2 인버터출력전류(ipv_out_b)와 제 2 계통전류(iutility_b)와의 합한 전류이며 제 3 부하전류(iload_c)는 제 3 공통절점(c)로부터 부하(40)으로 흘러들어가는 기준전류로서 제 3 가산기(7213)에 의하여 제 3 인버터출력전류(ipv_out_c)와 제 3 계통전류(iutility_c)와의 합한 전류이다. 한편 도 3(b)에서 알수 있듯이, 제 1 내지 제 3 부하전류(iload_a), (iload_b), (iload_c)를 각각 dq변환을 하고 dq변환에 의하여 분리된 q축의 전류성분(iq)을 저역통과필터(722)로 필터링한다. 그러면 제 1 내지 제 3 부하전류(iload_a), (iload_b), (iload_c)중에서 직류성분만 남게 된다. 그리고 제 4 가산기(7214)에서는 분리된 q축의 전류성분(iq)에서 저역통과필터(722)를 통과한 직류성분인 전류성분(iq_1pf)를 감산한다. 제 4 가산기(7214)에 의하여 감산된 전류성분(iq_ref)은 안티-아이슬랜딩(anti-islanding)기능을 한다. 감산된 전류성분(iq_ref)을 역dq변환한다. 그러면 역dq변환된 감산된 전류성분(iq_ref)은 안티-아이슬랜딩 기능의 기준전류(Ia_ref), (Ib_ref), (Ic_ref)가 된다. 다시 말하면, 제 1 내지 제 3 부하전류 (iload_a), (iload_b), (iload_c)가 dq변환된 결과에서 저역통과필터(722)를 통과한 전류성분을 감산하여 역dq변환을 하게 되면 고조파 성분이 추출된다. 추출된 고조파 성분은 고조파를 보상하기 위한 전류 지령치가 된다. 그러면 디지탈 신호 처리 모듈(72)내의 전류제어기(도시하지 않음)는 실제로 흐르는 전류를 검출하여 계산한 전류 지령치와 비교하여서 실제 흐르는 전류가 전류지령치가 될 수 있게끔 펄스폭변조신호를 발생시킨다. In FIG. 3A, the first inverter output current i pv_out_a is a current detected from the second current sensor CT21 of the
도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템에서 계통전류의 흐름변화를 시간축상에 나타낸 그래프이다. Figure 4 is a graph showing the flow change of the grid current on the time axis in the solar power generation system according to the present invention.
도 4에서 알 수 있듯이, 일반적으로 계통전류는 정현파 신호이다. 이때의 계통전류에서 3상 인버터(20)로 부터 출력되는 고조파 전류는 식(1)과 같다. As can be seen in Figure 4, in general, the system current is a sinusoidal signal. The harmonic current output from the three-
= 6 c 1 , 여기서 c=1,2,3,.... (1) = 6
따라서 3상 인버터(20)로 부터 출력되는 고조파 성분은 5차, 7차, 11차, 13차, ....등이다. 결과적으로 3상 인버터(20)로 부터 출력되는 전류(iout)는 식(2)와 같이 표현된다.Therefore, the harmonic components output from the three-
iout = I1 + I5 + I7 + I11 +I13 .... (2)i out = I 1 + I 5 + I 7 + I 11 + I 13 .... (2)
일반적으로 저차 고조파 전류의 대부분은 3상 인버터(20)으로 부터 계통의 경부하측으로 흐른다. 결과적으로 도 4에서와 같이 0.1125초정도 경과하게 되면 고조파 성분이 보상된 정현파 신호가 정상적으로 흐르게 된다. 그러나 계통이 차단되었을 경우에 고조파 전류는 부하측으로 흐르기 때문에 부하(40)측으로 흐르는 전류(iload)는 3상 인버터(20)로 부터 출력되는 전류(iout)와 같게 된다. 부하(40)에 흐르는 고조파 전류를 검출하기 위해서는 상술한 바와 같이 부하전류(iload)를 dq변환하면 식(3)과 같다. In general, most of the lower harmonic currents flow from the three-
id = (I5 - I7)+(I11 - I13) i d = (I 5 -I 7 ) + (I 11 -I 13 )
iq = I1 + (I7 - I5)+(I13 - I11) ...(3)i q = I 1 + (I 7 -I 5 ) + (I 13 -I 11 ) ... (3)
부하전류(iload)를 dq변환하면 60HZ성분은 직류값으로 나타나게 된다. 즉, 부하전류(iload)를 dq변환시 d축 값은 0이되고 q축 값은 직류값이 된다. 고조파 성분을 추출하기 위하여 q축의 직류성분을 차단시키면 고조파 성분을 추출할 수 있다. 따라서, 상기 식(3)에서 직류성분인 전류 I1 을 뺀 값이 안티-아이슬랜딩 기능의 기준전류가 된다. 따라서 상기 기준전류는 식(4)와 같다. When dq conversion of the load current (i load ), the 60HZ component appears as a DC value. That is, the d-axis value becomes 0 and the q-axis value becomes a DC value when dq conversion of the load current i load . In order to extract the harmonic components, the harmonic components can be extracted by cutting off the DC component of the q-axis. Accordingly, the value obtained by subtracting the direct current component I 1 from Equation (3) becomes the reference current of the anti-islanding function. Therefore, the reference current is shown in equation (4).
id_ref = (I5 - I7) + (I11 - I13) i d_ref = (I 5 -I 7 ) + (I 11 -I 13 )
iq_ref = (I7 - I5) + (I13 -I11 ) ...(4)i q_ref = (I 7 -I 5 ) + (I 13 -I 11) ...(4)
식(4)를 역dq변환하면 고주파보상기능의 기준전류가 된다. Inverse dq conversion of equation (4) becomes the reference current of the high frequency compensation function.
Ia_ref = I5 + I7 + I11 + I13 + ...I a_ref = I 5 + I 7 + I 11 + I 13 + ...
Ib_ref = I5 + I7 + I11 + I13 +...I b_ref = I 5 + I 7 + I 11 + I 13 + ...
Ic_ref = I5 + I7 + I11 + I13 + ... (6)I c_ref = I 5 + I 7 + I 11 + I 13 + ... (6)
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 계통이 차단되지 않을 때에는 고조파 보상기능 및 단독운전 방지 기능에 의하여 검출된 고조파 전류를 보상한다. 그러나 계통이 차단되면 식(2)와 같은 3상 인버터(20)로 부터 출력되는 전류(iout)가 부하(40)에 흐르고, 이 전류는 안티-아이슬랜딩 기능에 의해 검출되어 기준전류가 되므로 고조파 전류는 더 증가하게 된다. 증가된 고조파 전류는 다시 검출되어 기준전류가 되므로 고저파 전류는 계속 증가하게 된다. 이때 태양광 발전 시스템에 계통이 없으므로 도 5에 도시된 바와 같이 전압의 고조파가 증가하므로 계측된 주파수도 증가하게 된다. 결과적으로 과주파수 계전기의 동작에 의해 태양광 발전 시스템의 운전이 중단되게 된다. As described above, the photovoltaic power generation system according to the present invention compensates the harmonic currents detected by the harmonic compensation function and the single operation prevention function when the system is not blocked. However, when the system is cut off, the current (i out ) output from the three-
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템에서 고조파 보상 및 단독 운전 방지 과 정을 설명하기 위한 흐름을 나타낸 도 6에 의거하여 고조파 보상 및 단독 운전 방지방법을 상세히 설명한다.The harmonics compensation and the single driving prevention method will be described in detail with reference to FIG. 6 showing the flow for explaining the harmonic compensation and the single driving prevention process in the solar power generation system according to the present invention.
상기와 같은 태양광 발전 시스템에서, 고조파 보상 및 단독 운전 방지방법은 제 3 검출센서(62)에 의하여 계통전류를 검출하고 상기 2 검출센서(60)에 의하여 3상인버터출력전류를 검출하는 단계(S1)를 포함한다. 이어서, 복수의 가산기들을 이용하여 검출된 계통전류와 3상인버터출력전류를 가산하여 부하전류를 검출한다(단계 S2). 부하전류를 검출한 후에 부하전류를 dq변환한다(단계 S3). dq변환된 전류를 필터링하고 감산처리한다(단계 S4). 단계 S4에서는 또한 dq변환된 전류를 필터링하면서 직류성분을 남게하고 dq변환전류로부터 직류성분을 감산처리한다. 고조파 성분을 추출하기 위하여 감산 결과치인 고조파 성분을 역dq변환한다(단계 S5). 단계 S5에서 추출된 고조파 성분에 의하여 고조파를 보상하기 위한 전류 지령치를 생성한다(단계 S6). 이 전류 지령치에 의하여 실제 흐르는 전류와 비교하여 3상 인버터(20)를 제어한다. 결과적으로, 계통전류의 고조파를 보상해주면서 고조파 성분의 추출로 인하여 단독운전을 방지할 수 있게 된다.In the photovoltaic power generation system as described above, harmonics compensation and standalone operation prevention method includes detecting a grid current by the
상기와 같은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템에 의하면, 계통 통전시에는 고조파 성분을 보상해주는 한편, 계통 차단시에는 단독운전을 방지해줌으로써 전력 품질의 향상을 가져 올 뿐만 아니라 분산전원시스템의 보호 및 안전사고 방지를 해주는 효과가 있다.According to the photovoltaic power generation system according to the present invention as described above, the harmonic components are compensated for when the grid is energized, and when the grid is cut off, the power quality is improved by preventing the operation alone. It is effective in preventing safety accidents.
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-
2008
- 2008-01-02 KR KR1020080000062A patent/KR20090074318A/en not_active Application Discontinuation
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