[논문]3상 인버터의 계통연계 및 독립운전모드 전환 연구

이우종; 조현식; 이학주; 차한주

doi:10.5370/kiee.2013.62.2.201

3상 인버터의 계통연계 및 독립운전모드 전환 연구
Seamless Transfer Operation Between Grid-connected and Stand-Alone Mode in the Three-phase Inverter 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.62 no.2, 2013년, pp.201 - 207

이우종 (충남대 전기공학과) , 조현식 (충남대 전기공학과) , 이학주 (한전 전력연구원) , 차한주 (충남대 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper propose seamless transfer operation between grid-connected and stand-alone mode in the three-phase inverter for microgrid. The inverter operates grid-connected mode and stand-alone mode. Grid-connected mode is the inverter connected to grid and stand-alone mode is to deliver energy to the load from inverter at grid fault. When conversion from gird-connected to stand-alone mode, the inverter changes current control to voltage control. When grid restored, the inverter system is conversion from stand-alone to grid-connected mode. In this case, load phase and grid phase are different. Therefore, synchronization is essential. Thus Seamless transfer operation stand-alone to grid-connected mode. In this paper, propose sealmless transfer operation between grid-connceted and stand-alome mode, and this method is verified through simulation and experiment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

마이크로그리드에서 인버터의 계통연계운전과 독립운전은 필수적인 기법이다. 본 논문에서는 계통연계운전과 독립운전의 전환 동작에 대한 연구를 하였다. 계통연계운전에서 독립운전으로 전환될 때는 인버터가 전류제어에서 전압제어로 제어 방식이 바뀌고, PLL의 경우 계통위상각을 추종하는 방법에서 60Hz 고정 위상각으로 동작한다.
본 논문에서는 마이크로그리드용 3상 인버터에서 계통연계운전 및 독립운전모드의 안정적인 전환 방법에 대하여 서술한다. 부하가 계통과 연결되어 인버터 또는 계통에서 부하로 전력을 공급하는 것이 계통연계운전이고, 계통 사고 발생 시 계통과의 연결은 끊어지지만 부하로 공급되는 전력을 중단되지 않고 계속 공급하는 동작이 독립운전모드이다.
부하가 계통과 연결되어 인버터 또는 계통에서 부하로 전력을 공급하는 것이 계통연계운전이고, 계통 사고 발생 시 계통과의 연결은 끊어지지만 부하로 공급되는 전력을 중단되지 않고 계속 공급하는 동작이 독립운전모드이다. 본 논문의 목적은 계통연계운전과 독립운전 두 운전모드 사이에서 안정적으로 전환 되는 시퀀스를 확립하는 것이다. 2장에서는 3상 인버터 시스템과 계통연계운전, 독립운전의 정의에 대해 서술하고, 3장에서는 계통연계에서 독립운전으로 전환되는 동작, 독립운전에서 계통연계로 전환되는 동작 방법과 이때 수행되는 PLL 동기화 방법을 제시한다.

제안 방법

독립운전에서 계통운전으로 전환될 때는 제일 중요하게 고려할 사항이 PLL 동기화로, 동기화 과정에서 계통 위상각과 인버터 위상각의 차이가 10° 이내에서 모드 전환이 되도록 알고리즘을 설계하였다.
722Ω으로 선정하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션에서는 STS를 사용하지 않고 이상적인 스위치를 사용하고, STS 특성을 고려하여 계통연계에서 독립운전으로 전환될 때 5msec의 지연 시간을 설정하였다.

대상 데이터

부하의 조건은 인버터의 정격용량 200kW에 해당하는 0.722Ω으로 선정하여 시뮬레이션을 수행하였다.

성능/효과

그림 9는 독립운전에서 계통연계운전으로 전환되는 결과를 보여준다. (2)지점에서 계통이 복원되었지만 부하 측 위상과 계통 측 위상이 서로 다르기 때문에 독립운전에서 계통연계운전으로 바뀌는 구간은 PLL 동기화 구간이 필요하여, 계통 위상각 (wTheta_g)를 인버터 위상각 (wTheta)이 추종하는 것을 보여준다. 시뮬레이션의 경우 위상차이가 가장 심한 180°로 시뮬레이션을 수행하였고, 150msec 이내에 PLL 동기화를 마치게 된다.
PLL 동기화를 거쳐 독립운전에서 계통연계운전으로 원활하게 동작모드가 전환하였다. 계통연계운전과 독립운전, 두 동작의 전환과정을 시뮬레이션과 실험을 통해 제안하는 알고리즘이 타당함을 확인하였다.
B에서 PLL 동기화가 완료되었기에 STS는 ON 상태가 되고 계통연계운전으로 전환되어 계통전류가 흐른다. 계통전압, 계통전류 그리고 부하전압은 안정적으로 흐르는 것을 확인하였다.
그림 3의 과정에 의해 인버터 위상각(채널3)과 계통 위상각(채널4)이 서로 동기화 되는 것을 보여준다. 이는 계통 위상각으로 움직이는 계통전압(채널2)과 60Hz 고정 위상각으로 움직이는 부하전압(채널1)이 처음에는 서로 위상이 다르지만 점차적으로 서로 위상이 같아지는 것을 실험으로 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	독립운전모드은 어떤 동작인가?	본 논문에서는 마이크로그리드용 3상 인버터에서 계통연계운전 및 독립운전모드의 안정적인 전환 방법에 대하여 서술한다. 부하가 계통과 연결되어 인버터 또는 계통에서 부하로 전력을 공급하는 것이 계통연계운전이고, 계통 사고 발생 시 계통과의 연결은 끊어지지만 부하로 공급되는 전력을 중단되지 않고 계속 공급하는 동작이 독립운전모드이다. 본 논문의 목적은 계통연계운전과 독립운전 두 운전모드 사이에서 안정적으로 전환 되는 시퀀스를 확립하는 것이다.
	계통사고는 어떤 경우인가?	계통에서 단락사고가 발생하면 부하가 계통과 차단되어 계통으로 공급받던 에너지를 공급받지 못하게 된다. 이는 계통사고라 하며 부하로 에너지를 공급하지 못하여 부하에 악영향을 미치게 된다.
	계통연계운전이란?	본 논문에서는 마이크로그리드용 3상 인버터에서 계통연계운전 및 독립운전모드의 안정적인 전환 방법에 대하여 서술한다. 부하가 계통과 연결되어 인버터 또는 계통에서 부하로 전력을 공급하는 것이 계통연계운전이고, 계통 사고 발생 시 계통과의 연결은 끊어지지만 부하로 공급되는 전력을 중단되지 않고 계속 공급하는 동작이 독립운전모드이다. 본 논문의 목적은 계통연계운전과 독립운전 두 운전모드 사이에서 안정적으로 전환 되는 시퀀스를 확립하는 것이다.

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