[논문]Droop 제어를 기반으로 한 직류 마이크로그리드의 자율 동작 분석

이지헌; 김현준; 한병문

doi:10.6113/tkpe.2011.16.4.342

[국내논문] Droop 제어를 기반으로 한 직류 마이크로그리드의 자율 동작 분석
Autonomous Operation Analysis of DC Microgrid based on Droop Control 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.16 no.4, 2011년, pp.342 - 350

이지헌 (명지대 전기공학과) , 김현준 (명지대 전기공학과) , 한병문 (명지대 전기공학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 분산전원으로 풍력과 태양광, 에너지저장으로 배터리, 직류부하, 그리고 교류연계전력망으로 구성된 직류 마이크로그리드에서 Droop 제어를 기반으로 한 시스템의 자율동작을 분석한 내용에 대해 기술하고 있다. 자율동작의 분석을 위해 먼저 PSCAD/EMTDC 소프트웨어를 이용해 각 분산전원과 배터리의 시뮬레이션 모델을 개발하고 이를 바탕으로 Droop 제어를 검증하였다. 또한 시뮬레이션 결과를 바탕으로 3kW급 DC마이크로그리드의 하드웨어를 제작하여 실제적인 자율동작의 타당성을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper describes the autonomous operation analysis of DC microgrid based on droop control. In order to verify the whole system operation, detailed simulation models for wind power generation, solar power generation, and battery were developed with user-defined models programmed with C-code in PSCAD/ EMTDC software. The simulation results confirm that the DC microgrid with droop control make it feasible to provide power to the load with stable manner. Based on simulation results a prototype of DC microgrid was built and tested in the lab to verify the autonomous operation experimentally. The droop control scheme can suppress the circulating current, and offers each unit to be controlled autonomously without any communication link.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

표 1은 시뮬레이션에 사용된 구성요소들의 파라미터이며 시뮬레이션을 통해 확인하고자 하는 사항들을 표 2에 나타내었다. DC 마이크로 그리드 운영 중 발생할 수 있는 모든 상황에 대해 제안하는 기법의 타당성 검증이 목적이며 또한 발생할 수 있는 과도현상도 체크해 보아야 한다. 이를 위해 타당한 시나리오를 가정하고 6초간 시뮬레이션을 수행하였다.
본 논문에서는 분산전원으로 풍력과 태양광, 에너지 저장으로 배터리, 직류부하, 그리고 교류 연계 전력망으로 구성된 DC 마이크로그리드에서 Droop 제어를 기반으로 한 시스템의 자율동작을 분석한 내용에 대해 기술하고 있다. 자율동작의 분석을 위해 먼저 PSCAD/EMTDC 소프트웨어를 이용해 각 분산 전원과 배터리의 시뮬레이션 모델을 개발하고 이를 바탕으로 Droop 제어를 수행하였다.
본 논문에서는 직류 마이크로그리드에서 Droop 제어를 기반으로 한 시스템의 자율동작을 분석한 내용에 대해 기술하였다. 분산전원을 이용한 소용량 DC 마이크로 그리드시스템의 Droop 제어에 의한 시스템의 Autonomous Operatione 각 구성요소들 간의 통신을 요구하지 않으면서 DC마이 크로그리드에서 필 연적으로 발생하는 순환전류를 억제하여 이로 인해 높은 안정성과 신뢰성을 보인다.

가설 설정

DC 마이크로 그리드 운영 중 발생할 수 있는 모든 상황에 대해 제안하는 기법의 타당성 검증이 목적이며 또한 발생할 수 있는 과도현상도 체크해 보아야 한다. 이를 위해 타당한 시나리오를 가정하고 6초간 시뮬레이션을 수행하였다.

제안 방법

분산전원으로는 풍속과 일사량 및 온도에 따라 출력이 변하는 풍력발전과 태양광발전을 그리고 에너지저장으로는 배터리를 사용하였다. 또한 부하는 여러 형태가 가능하나 본 연구에서는 가변저항을 사용하여 부하를 통합적으로 모의하였다.
자율동작의 분석을 위해 먼저 PSCAD/EMTDC 소프트웨어를 이용해 각 분산 전원과 배터리의 시뮬레이션 모델을 개발하고 이를 바탕으로 Droop 제어를 수행하였다. 또한 시뮬레이션 결과를 바탕으로 3kW급 DC마이크로그리드의 하드웨어를 제작하여 실험적으로 시스템의 자율동작을 분석하였다.
부담을 줄이도록 하였다. 본 논문에서는 DC 마이크로그리드의 총 용량을 3kW급으로 설정하였으며 따라서 계통연계 컨버터는 lkW, 에너지 저장장치의 용량은 2kW가 되도록 설계하였다.
분산 전원에서의 출력은 없으며 부하의 수요전력은 최대 州에서 실험을 수행하였다. 그림 12(a)는 교류연계장치의 전류, 전력, 출력전류이다.
분산전원 시뮬레이터들의 출력을 변동 시켜 최대 3kW가 출력될 때까지 전력을 공급하고 다시 출력을 감소시켜 전압제어장치에서의 Droop제어를 검증하였다.
서로 균등하게 전력을 제어하며 에너지 저장장치의 용량을 계통연계 컨버터의 두 배로 하여 계통연계 컨버터의 부담을 줄이도록 하였다. 본 논문에서는 DC 마이크로그리드의 총 용량을 3kW급으로 설정하였으며 따라서 계통연계 컨버터는 lkW, 에너지 저장장치의 용량은 2kW가 되도록 설계하였다.
있다. 자율동작의 분석을 위해 먼저 PSCAD/EMTDC 소프트웨어를 이용해 각 분산 전원과 배터리의 시뮬레이션 모델을 개발하고 이를 바탕으로 Droop 제어를 수행하였다. 또한 시뮬레이션 결과를 바탕으로 3kW급 DC마이크로그리드의 하드웨어를 제작하여 실험적으로 시스템의 자율동작을 분석하였다.

대상 데이터

구축된 실험환경이다. 구비된 PV Array 시뮬레이터의 용량은 2kW, 풍력발전 시뮬레이터의 용량은 1.6kW이며 부하는 600W의 기저부하와 2.4kW의 가변부하를 사용하였다. 실험에 사용된 분산전원들은 모두 임의의 일사량이나 풍속에 대해서 출력의 변동을 줄 수 있으므로 실제 환경에서의 특성 적용이 가능하다.
그림 1은 본 연구에서 고려한 마이크로그리드의 구성을 나타낸 회로도이다. 분산전원으로는 풍속과 일사량 및 온도에 따라 출력이 변하는 풍력발전과 태양광발전을 그리고 에너지저장으로는 배터리를 사용하였다. 또한 부하는 여러 형태가 가능하나 본 연구에서는 가변저항을 사용하여 부하를 통합적으로 모의하였다.

데이터처리

제시하는 DC 마이크로그리드 제어의 타당성을 검증하기 위하여 PSCAD/ EMTDC 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이션 실험을 하였다. 실제와 유사한 성능의 검증을 위해서는 반드시 분산전원들의 특성이 시뮬레이션 안에 반영되어야 하며 이를 위해 분산전원들을 PSCAD/ EMTDC 내부에 모델링하였다如叫

이론/모형

5kW를 출력한다. PV Array Converter의 MPPT 제어 기법은 안정적이고 구현이 용이한 P&O(Perturbation & Observation)기법을 적용하였다. 최대출력점을 추적하여 전류제어기의 기준전류 fpv를발생하고 전류제어기는 실측전류 Ipv4 기준전류를 추종하게 하며 이때 DC 그리드전압이 최대값을 넘지 않도록 기준전류 I*pv를 제한한다⑼.
5kW이다. 일사량과 온도에 따라 출력 특성이 변동하고 이에 따라 효율이 변하므로 마찬가지로 최대출력점 추적제어기법을 사용하였다. 에너지 저장용 컨버터는 배터리의 충.
풍력발전은 가용풍속범위가 넓고 증속기가 필요 없는 2kW 용량의 PMSG(Permanent Magnet Synchronous Generator)를 3상 PWM 컨버터에 의해 연계하며 변하는 풍속에 대하여 최대출력점 추적제어기법을 사용하였다. 태양광발전은 DC 출력을 승압하기 위해 무 변압기 타입의 부스트컨버터를 사용하여 DC 그리드에 연계하며 용량은 1.

성능/효과

그림 11(a)는 순서대로 교류계통, 배터리, PV Array, PMSG의 출력을 나타내며, 설정한 대로 계통연계 컨버터에서 제어되는 전력은 에너지 저장장치에서 제어되는 전력의 1/2임을 확인하였다. PV A&ray와 PMSG 에서는 MPPT제어를 수행하면서 설정된 시나리오대로 최대 3kW의 전력을 DC그리드에 공급하고 있다.
앞서 용량 산정에서 에너지 저장장치의 용량이 계통연계 컨버터의 용량보다 두 배 높게 설정되었으며 결과 그래프에서 정확히 전력을 분담하고 있음을 확인할 수 있다. DC 마이크로 그리드의 용량은 총 3kW이며 잉여전력이 총 용량만큼 생산되었을 때 DC 그리드의 전압이 420V 근처에서 제어되며 부족 전력이 총 용량만큼 발생하였을 때 DC 그리드의 전압이 380V 근처에서 제어되는 것을 확인하였다. 정확하게 전력을 각각의 컨버터가 분담하는 지 확인하기 위하여 그림 9(c)에 계통연계 컨버터와 에너지 저장장치의 Droop 특성 그래프를 나타내었다.
그림 12(c)는 교류연계장치 전력, 배터리 컨버터 전력, DC 그리드 전압이다. 설정된 전력 분배치 만큼 전압 제어장치가 서로 전력을 균등하게 감당하고 있는 것을 확인할 수 있고 3kW의 부족전력에 대해 DC 그리드의 전압은 약 溜0V에서 제어되고 있음을 보였다.
보여준다. 세 번째 그래프는 부하의 소모전력을 나타내며 안정적으로 공급되고 있음을 확인하였다.
전압을 나타낸다. 앞서 용량 산정에서 에너지 저장장치의 용량이 계통연계 컨버터의 용량보다 두 배 높게 설정되었으며 결과 그래프에서 정확히 전력을 분담하고 있음을 확인할 수 있다. DC 마이크로 그리드의 용량은 총 3kW이며 잉여전력이 총 용량만큼 생산되었을 때 DC 그리드의 전압이 420V 근처에서 제어되며 부족 전력이 총 용량만큼 발생하였을 때 DC 그리드의 전압이 380V 근처에서 제어되는 것을 확인하였다.
앞서 표 2에서 확인하고자 하였던 사항들은 모두 검증이 되었으므로 제안하는 운용기법은 어느 상황에서도 DC 그리드를 안정적으로 운용이 가능하며 직류부하에 고품질의 전력을 공급할 수 있음이 모의실험에서 검증되었다.
그림 11(b)는 교류 연계 장치 출력전류, DC 그리드 전압, 배터리 컨버터 출력전류를 나타낸다. 전력파형과 마찬가지로 교류연계장치의 출력전류는 배터리 컨버터의 출력전류의 1/2이며 DC 그리드의 전압은 최대 3kW일 때 약 420V에서 제어되고 있음을 확인하였다.

참고문헌 (11)

D. Salomonsson, L. Sode, A. Sannino, "An Adaptive Control System for a DC Microgrid for Data Centers", Industry Applications Conference, 2007, Sept. 23-27.
H. Kakigano, Y. Miura, T. Ise, R. Uchida" DC Micro-grid for Super High Quality Distribution -System Configuration and Control of Distributed Generation and Energy Storage Devices-", IEEE PESC'06, 2006, June 18-22.
Bi. Rui, Ding. Ming, Xu. Ting Ting, "Design of common communication platform of microgrid", Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), 2010, June 16-18.
A. Ruiz-Alvarez, A. Colet-Subirachs, O. Gomis -Bellmunt, J.M. Ferna？ndez -Mola, J. Lo？pez-Mestre, A. Sudria-Andreu, "Design, management and comissioning of a utility connected microgrid based on IEC 61850", Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe (ISGT Europe), 2010, Oct. 11-13.
Y. Ito, Y. Zhongqing, H. Akagi, "DC microgrid based distribution power generation system", Power Electronics and Motion Control Conference, Vol. 3, pp. 1740-1745, 2004, Aug 14-16.
F. Katiraei, R. Iravani, P. Lehn, "Micro-grid autonomous operation during and subsequent to islanding process", IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 20, No. 1, 2005, Jan.
P. Piagi, R.H. Lasseter, "Autonomous control of microgrids", Power Engineering Society General Meeting, 2006, Oct.
P. Biczel, "Power Electronic Converters in DC Microgrid", IEEE CPE'07 (Compatibility in Power Electronics 2007), Gdynia, Poland, 2007, May 29-June 01,
Jong-Hyoung Park, Heung-Geun Kim, Eui-Cheol Nho, and Tae-Won Chun, "Power Conditioning System for a Grid Connected PV Power Generation Using a Quasi-Z-Source Inverter", Journal of Power Electronics, Vol. 10, No. 1, pp. 79-84, 2010.

원문보기 상세보기
Sheldon S. Williamson, S. Chowdary Rimmalapudi, Ali Emadi, "Electrical Modeling of Renewable Energy Sources and Energy Storage Devices", Journal of Power Electronics, Vol. 4, No. 2, pp. 117-126, 2004.

원문보기 상세보기
Ji-Heon Lee, Hyun-Jun Kim, Byung-Moon Han, Yu-Seok Jeong, Hyo-Sick Yang and Han-Ju Cha, "DC Micro-grid Operational Analysis with a Detailed Simulation Model for Distributed Generations," Journal of Power Electronics, Vol. 11, No. 3, pp. 350-359, 2011.

원문보기 상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증