고립운전 판정 방법 document_id A220623110921

계통 연계형 태양광발전 시스템에 있어서 필요한 제어 알고리즘에는 최대 전력점(MPPT) 추종제어, DC-DC 컨버터 입력전류제어, PLL제어, 직류링크전압제어, 인버터 출력전류제어, 고립운전방지, 보호 기술로 구분할 수 있다. 최대 전력점(MPPT) 추종제어는 태양광에너지의 전력이 일사량과 온도에 따라 비선형 특성을 가지므로 최대 전력점을 찾아 효율을 최대화하는 제어 방법이다. 최대 전력점 추종제어를 통해 발생된 DC-DC 컨버터의 입력기준전류를 통하여 DC-DC 컨버터 입력전류제어를 수행한다. PLL 제어는 계통 전압의 위상을 검출하여 인버터의 출력기준전류를 만드는데 사용한다. 그리고, 직류링크전압제어는 인버터의 직류링크전압을 일정하게 제어하는 것으로, 인버터 출력기준전류의 크기를 생성하게 된다. 또한 PLL제어와 직류링크 전압제어를 통해 발생한 위상과 크기를 통해 인버터 출력 기준 전류를 발생하여 인버터 출력전류제어를 실시하게 된다. 고립운전 방지(Anti-islanding control)는 분산형 전원이 배전계통에 도입되어 연계운전을 하기 위해서 반드시 필요한 기술로써 태양광 발전 시스템 및 기타 분산전원이 정전 혹은 사고 등으로 계통에서 분리되었을 때, 태양광 발전 시스템의 출력과 배전선 부하의 소비전력이 균형을 이루면, 시스템이 배전선 부하를 떠맡아 운전을 지속적으로 유지한다. 이 현상을 고립운전이라 하며 이런 상태가 지속되면 선로 유지보수자의 안전사고를 야기할 수 있으며 전기설비에 나쁜 영향을 줄 수도 있다. 따라서 계통에서 전원공급이 끊겼을 경우 이를 즉각 감지하여 발전을 중단해야 한다. 본 발명은 이러한 고립운전 발생시에 적용되는 태양광 인버터에서 이를 감지하여 운전을 정지하도록 하는 기능을 포함하고 있으며, 또한 상기 기능을 이용하여 계통연계형 인버터의 순시전류제어시에 적용할 수 있는 알고리즘을 제시하고자 한다. 도 1에서는 계통연계형 태양광발전 시스템의 전력 흐름을 나타낸다. 계통에서 전력공급이 중단되어도 수용가로 표현된 RLC 병렬 부하에서 LC 공진에 의해 PCC전압의 크기와 주파수가 유지되어 고립운전이 발생될 수 있다. 태양광 인버터의 출력전류는 디지털 PLL을 통해 검출한 PCC 전압의 위상과 일치하도록 제어하므로, PCC의 전압을 Va라고 하면, 계통으로 유입되는 유효전력 ΔP, 무효전력 ΔQ는, 하기 수학식 1 및 2와 같다. 인버터(12)에서 태양전지 셀(11)에서 발생한 DC 전력을 AC로 변환하면, 유효전력 PPV과 무효전력 QPV이 생성된다. 이 전력이 계통과 부하에 전달되며 전달되는 전력방정식은 하기 수학식 3과 같다. Va는 계통과 부하에 형성되는 전압으로서, 이 전압을 통해서 태양광 인버터가 계통과 동기된다. 도 2는 고립운전(islanding)을 검출하기 위한 검출기의 내부 블록도이다. 도시한 바와 같이, 측정된 계통 전압(Line Voltage)과 위상 시프터(Phase shifter)(27)를 통해 Ua 및 Ub가 생성되고, 좌표변환기(26)를 통해 Ude 및 Uqe가 형성된다. 그리고 계산된 Ude 및 Ude*의 차가 PI제어기(21)로 입력된다. 상기 PI제어기(21)에서 출력된 ω와 ωff의 합이 ω*이 되어 적분기(25)를 통과한 뒤 샘플링 타임 만큼의 위상 θTs를 더하여 생성된 θ*를 이용하여, 인버터가 출력할 때의 계통 전압(Line Voltage)과 위상이 같은 개선된 전압을 생성한다. 종래 방법에 따르는 경우, 상기 도 2에서 생성되는 기준 θ*는, 하기 수학식 4에 반영된다. 이는 기준식 생성부(32)를 통해서 전류레퍼런스 I*PV를 규칙적으로 흔들어 주어 변동하는 정도를 판별하여 고립운전을 검출하는 방식이다. 즉, 도 3에 도시한 방식은, PCC의 주파수의 변동을 영전압(Zero-crossing) 부분에 적용시킴으로써 피드 포워드 효과에 의해 주파수 가 서서히 발산하는 것을 이용하여 검출하거나 데드 타임구간에 cf를 이용하여 고립운전을 검출하는 것이다. 가속이득 K, fa는 PCC의 추정 주파수, fline은 계통주파수(일정)이다. (cf는 태양광 인버터의 출력전류의 Zero-crossing 지점 데드 타임 구간) 고립운전이 발생하면 상기 수학식 5에 의해 cf가 계속 증가(감소)하여 주파수가 발산(수렴)하게 되며 계통의 주파수 변동 한계치를 벗어나면 고립운전으로 판단하여 인버터를 정지시킨다. 즉, 종래의 기술의 경우 cf에 게인 K값을 일정하게 줌으로써 Zero-crossing 지점을 일정하게 흔들어 주어 값의 변동을 보고서 고립운전 상태 시 주파수의 변동을 통해서 검출하게 된다. 그런데, 이럴 경우 Zero-crossing지점에 THD(고조파 함유율)나 역률이 낮아지며 기관 인증 시험 시 일사량 급변 시 또는 위상 점프와 같은 상황이 발생할 때 제대로 추종하지 못하며, 고립운전에 대한 검출 시간이 0.5초 이상 길어진다. 게인 K를 크게 하여 기준 시간 내에 들어오도록 하더라도 급변이나 Zero-crossing 지점에서 위상을 점프시킬 경우에는, 태양광 인버터가 인증 기준대로 동작하지 않거나 트립(Trip)을 발생하며 정지하는 다른 문제점을 야기시킨다. 또한, ω와 특정 게인 K를 이용하여 Δθ를 구해내야 하므로 번거롭고 인증 기준에 들어오도록 게인 K를 선정하기가 어렵다.