Research on Operation and Control of Micro-Grid System

Cunxu Wang,Xingfeng Xiao,Aijun Zhang,Xiaoyu Sun 보안공학연구지원센터 2016 International Journal of Grid and Distributed Comp Vol.9 No.7

Micro-grid is the significant part of the distribution network in the future of smart grid, which has advanced and flexible operation and control pattern, and integrates distributed clean energy. It is a study of the direction of the grid in the future. In the paper, it gives an account of the operation and control of micro-grid. First, the concept of micro-grid, the structure and characteristics of the typical micro-grid and the significance of the development of micro-grid are analyzed. Second, it introduces typical control strategy which contains the integrated control strategy of Micro-grid and a typical control mode of Micro-power. At last, based on a comprehensive control strategy, it proposed the operation mode of Micro-grid.

30kW급 CVCF 인버터 기반 Micro-grid의 구현 및 과도상태 운용특성에 관한 연구

이후동(Hu-Dong Lee),최성식(Sung-Sik Choi),페레이라 마리토(Marito Ferreira),박지현(Ji-Hyun Park),노대석(Dae-Seok Rho) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.10

최근, 도서지역의 신재생에너지전원 및 ESS의 도입이 확대되면서, 이산화탄소 배출의 저감을 위하여, 디젤발전기 대신 CVCF 인버터가 주 전원인 Micro-grid를 안정적으로 운용하는 방안들이 연구되고 있다. 그러나, CVCF 인버터 기반의 Micro-grid에서는 전체 부하보다 신재생에너지전원의 출력이 큰 경우에 에너지 Sinking(과도상태) 현상이 발생하게 된다. 이 때, CVCF 인버터용 배터리의 SOC 상태에 따라, 배터리 전압이 급격히 상승하여, 인버터의 과전압 보호동작에 의해 CVCF 인버터가 탈락되어 Micro-grid 전체 계통에 정전을 유발할 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 CVCF인버터를 기반으로 한 도서지역용 Micro-grid의 안정적인 운용을 위하여, 에너지 Sinking이 발생한 경우의 운용특성을 분석하고, CVCF 인버터가 에너지 Sinking 시에 탈락되는 것을 사전에 방지할 수 있는 Micro-grid의 과도상태 운용전략을 제안한다. 또한, CVCF 인버터, 태양광전원, 수용가부하로 구성된 30kW급 Micro-grid 시험장치를 구현하여, 실계통에서의 에너지 Sinking에 의한 CVCF 인버터 기반 Micro-grid의 과도상태 시 운용특성을 제시한다. 한편, 30kW급 시험장치와 제안한 운용전략을 바탕으로 Micro-grid의 과도상태 운용특성을 분석한 결과, CVCF 인버터용 배터리의 전압과 SOC에 따라 인버터가 탈락하는 과도상태를 사전에 방지할 수 있어, 본 논문의 유용성을 확인하였다. Recently, micro-grids based on a CVCF inverter have been replacing diesel generators to reduce CO2 emissions in island areas with the increase of renewable energy sources. Stable operation methods are also being researched. These micro-grids may cause energy sinking if the total output of renewable energy sources is larger than the total customer loads. In the case of energy sinking, the voltage of a CVCF battery could rapidly increase according to the condition of SOC, and blackout could occur in the micro-grid due to the operation of a protection device in a CVCF inverter. Therefore, this paper analyzes the operation characteristics of a CVCF-inverter-based micro-grid when energy sinking occurs and proposes a transient operation strategy to prevent shut-down of the CVCF inverter. A test device of a 30-kW CVCF-inverter-based micro-grid was implemented, and the transient operation characteristics for the energy sinking phenomenon are presented. The simulation results confirm that blackout can be properly prevented according to the conditions of SOC and voltage in a CVCF battery.

Research on Control Strategy in Photovoltaic-Battery-Diesel Hybrid Micro-Grid

Yuanzhuo Du,Jinsong Liu 보안공학연구지원센터 2015 International Journal of Grid and Distributed Comp Vol.8 No.4

It is facing resource shortage and environmental pollution around the globe, until the emergence of new renewable energy technology has reinvigorated traditional techniques. Development of renewable energy generation in China needs the joint efforts of all social sectors from policy to technique. Distributed generation combining with battery applied in micro-grid relieves a problem of resource shortage, and ensures load operation when power grid fault urgently. In this paper, photovoltaic is described briefly first. Then photovoltaic-battery-diesel micro-grid is established according to the situation about geographical environment, what is more workflow of the system is analyzed. Control strategy is shown according to condition of micro-grid. At last, micro-grid containing distributed generation established in Liaoning Province is quantitative illustrated in economic benefit. Distributed generation is added into micro-grid enhance the reliability of micro-grid even power grid. That makes a contribution to resource and environmental problem.

마이크로그리드 시스템의 안정도에 관한 기초 연구

손광명,이계병,Son, Kwong-Myoung,Lee, Kye-Byung 한국조명전기설비학회 2007 조명·전기설비학회논문지 Vol.21 No.7

Micro-Grid는 높은 전력품질을 제공하기 위해 독립적으로 유효 및 무효전력 제어가 가능한 연료전지와 마이크로터빈과 같이 친환경적이고 신뢰할 수 있는 전력원을 채용하는 Micro-Source들로 구성된다. 본 논문은 Micro-Grid시스템의 동특성 모델링과 안정도 해석의 기본적 해석 방법에 관하여 연구하였다. Micro-Source 인버터의 기본주파수 모델을 이용하여 Micro-Grid 시스템의 동특성 모델을 구성하였다. Micro-Grid 시스템의 선형화된 동특성 모델을 기초로 하여 안정도 해석을 수행하였다. 사례연구 결과로부터 Micro-Grid 시스템의 안정도에 영향을 미치는 파라미터를 식별하였다. Micro-grid consists of micro-sources which adopt environmentally friendly and reliable power sources such as Fuel-Cell and Micro-Turbines with independent real and reactive power control capability for providing premium power quality. This paper deals with the basic aspect of dynamic modeling and the stability analysis of the micro-grid system. The fundamental frequency model of the micro-source inverters are considered to form a dynamic model of the micro-grid system Stability analysis is performed based on the linearized dynamic model of the micro-grid system Case study results show the parameters affecting the stability of the micro-grid.

에너지 자립율을 고려한 마을형 마이크로그리드의 운용 알고리즘에 관한 연구

김경화(Kyung-Hwa Kim),한병길(Byeong-Gill Han),이세연(Se-Yeon Lee),김기영(Ki-Young Kim),노대석(Dae-Seok Rho) 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.11

최근, 전 세계적으로 신재생에너지 전원 및 ESS의 도입이 확대되면서, 마이크로그리드에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 전라남도에서는 지역 단위의 에너지 자립율 확보를 위한 마을형 마이크로그리드의 실증 연구가 진행되고 있다. 그러나, 이러한 마이크로그리드에서 신재생에너지 전원의 설치가 증가함에 따라, 수용가의 전압변동에 따른 전력품질 문제가 발생하고 있는 실정이다. 따라서, 본 논문에서는 마을형 마이크로그리드의 안정적인 운용을 위하여, 에너지 자립율에 따른 마을형 마이크로그리드의 운용 알고리즘을 제시한다. 즉, 에너지 자립율이 50%인 경우, 마을형 마이크로그리드는 계통연계형 마이크로그리드의 형태로 운용하여 신재생에너지 전원의 발전에 따른 과전압 현상을 해결하기 위한 ESS의 충전 동작전압을 산정하고, 이를 바탕으로 수용가 전압을 표준 전압에 가깝게 유지할 수 있는 ESS의 적정용량을 구하는 알고리즘을 제시한다. 또한, 에너지 자립율이 100%인 경우, 독립형 마이크로그리드의 형태로 운용하여 에너지 sinking에 의한 CVCF 인버터의 탈락을 방지할 수 있도록 배터리의 SOC가 85% 이상일 때 에너지 sinking이 발생하면 태양광전원의 출력을 최소한으로 제한하는 운용 알고리즘을 제시한다. 이를 바탕으로 전력계통 상용해석 프로그램인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 ESS부, 태양광전원부, 지열발전부, CVCF 인버터부, 등으로 이루어진 마을형 마이크로그리드의 모델링을 수행하고 에너지 자립율에 따라 제안한 알고리즘의 운용 특성을 분석한 결과, 에너지 자립율이 50%인 경우 ESS의 운용으로 수용가 부하의 과전압 현상을 해결하고, 에너지 자립율이 100%인 경우 CVCF 인버터가 탈락하지 않고 안정적으로 운용됨을 알 수 있었다. Recently, studies of micro-grids have been actively being performed due to the installation of renewable energy sources and ESS, and the demonstration projects on a community micro-grid for self-energy supply rate are proceeding in Jeollanam-do in Korea. On the other hand, as the installation of renewable energy sources increases in micro-grid, power quality problems occur due to voltage variations in customer loads. Therefore, this paper proposes the operation algorithm according to the self-energy supply rate for the stable operation of the community microgrid. In particular, when the replacement of energy consumption is 50%, the community micro-grid is operated as a grid-connected micro-grid. The proposed algorithm calculates the charging voltage and proper introduction capacity of ESS to overcome the over-voltage and keep the voltage of customer loads to standard voltage. Moreover, when the replacement of energy consumption is 100%, the community micro-grid is operated as an off-grid micro-grid, and the proposed algorithm curtails the minimum value of output power of PV systems to prevent the shutdown of a CVCF inverter when the SOC of battery is more than 85%, and the energy sinking phenomena occurred simultaneously. Based on the proposed algorithm, this paper presents the modeling of a community micro-grid according to the self-energy supply rate, which is composed of ESS, PV system, geothermal source, and CVCF inverter, using PSCAD/EMTDC S/W. The simulation results confirmed that the community micro-grid could overcome over-voltage of customer loads with the operation of ESS when the self-energy supply rate is 50%, and the CVCF inverter could be operated stably without shut down when the self-energy supply rate is 100%.

CVCF 인버터 기반의 Micro-grid에 있어서 과도상태 운용알고리즘에 관한 연구

이후동(Hu-Dong Lee),최성식(Sung-Sik Choi),남양현(Yang-Hyun Nam),손준호(Joon-Ho Son),노대석(Dae-Seok Rho) 한국산학기술학회 2018 한국산학기술학회논문지 Vol.19 No.9

최근, 도서지역에서는 CO₂ 배출의 저감을 위하여, 디젤발전기의 가동률을 줄이고 신재생에너지전원의 비중을 높여, 계통을 안정적으로 운용할 수 있는 방안들이 연구되고 있다. 특히, Carbon free를 목표로 하는 도서지역용 Micro-grid에서는 CVCF(constant voltage & constant frequency) 인버터를 기반으로 운용되는데, CVCF 인버터용 배터리의 SOC(state of charge) 상태에 따라, 계통의 부하소비 보다 신재생에너지전원의 출력이 큰 경우에 CVCF 인버터 내에서 발생하는 에너지 Sinking에 의하여, 배터리측 전압이 급격히 상승하여, 인버터의 과전압 보호동작에 의해 CVCF 인버터가 급격하게 탈락되어 계통에 정전이 발생하는 문제점이 일어날 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 CVCF 인버터를 기반으로 한 도서지역용 Micro-grid의 안정적인 운용을 위하여, 에너지 Sinking 시에 발생 가능한 CVCF 인버터의 탈락을 사전에 방지하는 과도상태 운용알고리즘을 제안한다. 또한, PSCAD/EMTDC의 모델링을 이용하여, 제안한 알고리즘을 적용한 Micro-grid의 과도상태 운용특성을 분석한 결과, 배터리의 전압과 SOC에 따라 CVCF 인버터가 탈락하는 과도상태를 사전에 방지할 수 있어, 본 논문의 유용성을 확인하였다. Recently, in order to reduce the CO₂ emission in the island area, countermeasures to operate power system in a stable manner are being researched due to decrease of the operation rate in diesel generators and the increase of renewable energy sources. The phenomenon of energy sinking can be occurred if the output of renewable energy sources is larger than customer loads. Voltage of CVCF(constant voltage & constant frequency) battery could be increased rapidly according to the condition of SOC(state of charge) and blackout could be occurred due to shut-down of CVCF inverter, at carbon free island micro-grid based on the CVCF inverter. In order to overcome these problems, this paper proposes a transient operation algorithm in CVCF based micro-grid which in advance prevents shut-down of CVCF inverter during the energy sinking. And also this paper proposes the modeling of micro-grid including CVCF inverter, PV system, customer load using PSCAD/EMTDC S/W. From the results of micro-grid modeling based on the proposed algorithm, it is confirmed that CVCF based micro-grid can properly prevent shut-down of CVCF inverter according to SOC and battery voltage of CVCF inverter when energy sinking is occurred.

Micro-Source의 운전 범위에 따른 Micro-Grid 시스템의 안정도에 관한 연구

孫光明(Kwang M. Son),李桂秉(Kye B. Lee) 대한전기학회 2007 전기학회논문지 Vol.56 No.5

This paper deals with the micro-grid consisting of micro-sources which adopt voltage sourced inverters with independent real and reactive power control capability for providing premium power quality. This paper presents dynamic modeling and the stable operating range of the micro-grid system varying the parameters of the micro-sources. The fundamental frequency model of the micro-source inverters are considered to form a dynamic model of the micro-grid system. Stability analysis is performed based on the linearized dynamic model of the micro-grid system. Case study results show the parameters affecting the stability of the micro-grid and the stable operating range of the micro-sources.

Micro-Source의 계통 연계용 인덕터 크기 선정에 관한 연구

손광명,김영섭,Son, Kwang-Myung,Kim, Young-Seob 한국조명전기설비학회 2005 조명·전기설비학회논문지 Vol.19 No.6

Micro-Grid의 개념은 CERTS(Consortium for Electric Reliability Technology Solutions)에 의해 제안된 새로운 분산 전원 망으로서 부하에 열과 수 $[KW]{\sim}1[MW]$ 사이의 전력을 함께 제공하는 Micro-Source에 의해 구성되어 있다. Micro-Source는 친환경적인 연료전지나 마이크로터빈 등을 에너지원으로 사용하며, 전력품질 제어를 위해 전압형 인버터를 채용하고 독립적인 유무효전력 제어가 가능한 새로운 개념의 분산전원이다. Micro-Source가 효율적으로 유효전력 및 무효전력을 전력시스템에 공급하기 위해서는 계통연계용 인덕터가 필요한데, 본 논문에서는 인덕터의 제어 범위와 각 변수의 한계를 함께 고려하고 전달 및 제어하고자 히는 유효 및 무효 전력의 범위에 의해 인덕터 용량을 결정하는 절차를 제안하였다. The concept of the Micro-Grid comprising Micro-Sources supplying both heat and power ranging from several [KW] to 1[MW] to local customers is proposed by CERTS(Consortium for Electric Reliability Technology Solutions). Micro-Sources adopt environmentally friendly and reliable power sources such as Fuel-Cell and Micro-Turbines. Micro-Sources adopt voltage source inverter with AC grid system in order to provide independent real and reactive power control for premium power quality. Thus Micro-Source needs series inductance for interfacing with AC grid system. With this reason, we propose a technique that can decide the optimal size of the inductor for effective transfer of the power into the grid.

계통연계형 마을단위 마이크로그리드의 보호협조 운용방안에 관한 연구

이나경(Na-Kyung Lee),김지명(Ji-Myung Kim),김경화(Kyung-Hwa Kim),김윤호(Yun-Ho Kim),이일무(Il-Moo Lee),노대석(Dae-Seok Rho) 한국산학기술학회 2024 한국산학기술학회논문지 Vol.25 No.1

Micro-grid research is being performed due to installation of renewable energy sources and ESSs, and demonstration projects on a community micro-grid for the self-energy supply rate are being carried out in Jeollanam-do province in South Korea. A community micro-grid may be operated as a type of grid-connected micro-grid when the self-energy supply rate is 50%. An operation method for protection devices is required because the magnitude and direction of the fault current may be changed depending on the location and type of the fault. Therefore, this paper proposes an operation algorithm for protection devices that considers the location and type of the fault in order to properly perform protection coordination in grid-connected micro-grid. We modeled a grid-connected micro-grid, which was composed of an ESS, PV system, and geothermal plant, and we used PSCAD/EMTDC S/W in order to analyze the fault current characteristics in the case of a short circuit and single-line ground faults. The simulation results confirmed that the proposed algorithm is useful to operate protection devices in a grid-connected micro-grid because the coordination time intervals were properly obtained.

A Stable Operation Strategy in Micro-grid Systems without Diesel Generators

Sung-Sik Choi,Min-Kwan Kang,Hu-Dong Lee,Yang-Hyun Nam,Dae-Seok Rho 대한전기학회 2018 Journal of Electrical Engineering & Technology Vol.13 No.1

Recently, as one of the countermeasures to reduce carbon dioxide(CO2) for global warming problems, operation methods in micro-grid systems replacing diesel generator with renewable energy sources including wind power(WP) and photovoltaic(PV) system have been studied and presented in energetic manners. However, it is reported that some operation problems in microgrid systems without diesel generator for carbon-free island are being occurred when large scaled WP systems are at start-up. To overcome these problems, this paper proposes an operation strategy in micro-grid systems by adapting control devices such as CVCF(constant voltage constant frequency) ESS(energy storage system) for constant frequency and voltage regulation, load control ESS for balancing demand and supply and SVC(static-var compensator) for reactive power compensation. From the simulation results based on the various operation scenarios, it is confirmed that the proposed operation strategy in micro-grid systems without diesel generators is a useful tool to perform a stable operation in micro-grid systems without diesel generator and also make a contribution to reduce carbon dioxide in micro-grid systems.