마이크로그리드 제어

마이크로그리드 제어란 마이크로그리드의 운영을 관리하고 조정하는 데 사용되는 방법과 기술을 말합니다. 기존 전력 시스템에 비해 마이크로그리드는 회전관성이 작고 주로 인버터 기반 발전원에 의존하기 때문에 수요 변동에 더 민감합니다. 또한 분산 발전의 통합과 양방향 전력 흐름의 존재는 운영상의 복잡함을 더 가중시킵니다.

따라서 적용 가능한 계통망 규약에 따른 마이크로그리드 운영을 위해서는 최적의 마이크로그리드 제어가 필수적입니다. 효과적인 마이크로그리드 제어를 통해 재생 및 기존 에너지원을 비롯한 다양한 에너지원과 에너지 저장 시스템을 조정해 균형 잡히고 신뢰할 수 있는 전력 공급을 유지함으로써 국소적인 영역 내에서 안정적이고 효율적인 전력 생산 및 분배가 가능합니다.

마이크로그리드는 두 가지의 다른 모드에서 운영하도록 설계되었으며, 각 모드에는 고유한 이점과 제어 관련 난제가 있습니다.

• 전력망 연계형 모드: 이 구성에서 마이크로그리드는 주요 공공 전력망과 연계되어 있으며 수요가 높거나 지역 전력 생산량이 낮은 기간 동안 공공 전력망으로부터 전력을 끌어오거나 지역 전력 생산량이 소비량을 초과하는 경우에는 초과하는 전력을 공공 전력망으로 돌려보낼 수 있습니다.
• 독립 운전 모드: 이 구성에서 마이크로그리드는 공공 전력망과 연계되지 않으며 자율적으로 운영됩니다. 이 경우, 마이크로그리드 제어 시스템은 자체 발전 장치의 전압과 주파수를 조정하는 중요한 역할을 수행합니다. 이 기능은 기본 전력망의 지원이 없는 경우에도 지역 부하에 안정적이고 신뢰할 수 있는 전력 공급을 보장하므로 정전 중에 또는 원격 위치에 있는 경우 매우 중요합니다.

마이크로그리드 제어 모드

마이크로그리드 제어는 몇 가지 특수 모드에 의존하는데, 각 모드는 특정 운영 요구사항 및 과제를 처리하도록 고안되었습니다. 마이크로그리드의 안전하고 안정적이고 효율적인 성능을 위해서는 이러한 제어 모드를 구현하는 것이 필수적입니다.

• 계통 동기화: 이 모드에서는 마이크로그리드 전압의 크기, 주파수, 상이 전력망 전압에 일치된 후에 연계됩니다. 전압이 일치하지 않으면 전기적 외란(과도한 전압 등)이 발생하여 불안정성을 초래하고 잠재적인 장비 손상으로 이어질 수 있습니다.
• 계통 형성: 이 모드에서는 마이크로그리드 내 특정 발전 장치가 시스템의 전압 및 주파수(AC 시스템의 경우) 또는 전압(DC 시스템의 경우)을 능동적으로 제어합니다. 마이크로그리드가 독립 운전 모드로 운영되는 경우에는 독립 운영에 필요한 기본적인 안정성을 제공하는 계통 형성 제어가 필수적입니다.
• 계통 추종: 이 모드에서 마이크로그리드 시스템은 전압이나 주파수를 자체적으로 설정하지 않습니다. 대신 연계 지점에 존재하는 조건을 추종하기 위해 유효 전력과 무효 전력(AC 시스템의 경우) 또는 전력(DC 시스템의 경우)의 출력을 조정합니다. 이 모드는 마이크로그리드가 공공 전력망과 동기화된 경우 사용됩니다.
• 출력제한: 예상하지 못한 이벤트나 운영 스트레스가 발생하는 기간 동안에는 발전량이나 부하를 줄이기 위해 출력제한 전략이 사용됩니다. 이 접근법은 시스템 안전성 및 안정성을 유지하여 과부하를 예방하고 마이크로그리드의 지속적인 안전 운영을 보장합니다.

MATLAB 및 Simulink를 사용한 마이크로그리드 제어 시스템 설계

MATLAB^® 및 Simulink^®를 사용하여 마이크로그리드 제어 시스템을 설계하고 시뮬레이션하며 분석할 수 있습니다. 이 모델링 환경을 통해 통합 마이크로그리드 프레임워크 내에서 기존 발전기, 풍력 및 태양 에너지 시스템 및 에너지 저장 장치 등 다양한 에너지원을 모델링하고 시뮬레이션할 수 있습니다.

모델 충실도 수준을 엔지니어링 라이프사이클의 다양한 단계에 맞춰 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 초기 단계 타당성 조사를 수행하는 동안 간소화된 동역학이 적용된 저충실도 모델을 사용하여 신속하게 시스템 거동을 살펴보고 상위수준 제어 전략을 평가할 수 있습니다. 설계가 진행됨에 따라 중간 충실도 및 고충실도 모델을 사용해 더 세부적인 전기 및 제어 동역학을 포착해 정확한 성능 분석, Hardware-in-the-Loop 테스트 및 실시간 구현을 수행할 수 있습니다. 고충실도 모델은 다양한 동작 조건의 인버터 기반 발전원에 특히 중요합니다. 

MATLAB 및 Simulink를 활용해 제어 알고리즘과 에너지 관리 시스템을 개발해 에너지 분배 최적화, 시스템 안전성 향상, 운영 효율성 개선을 달성할 수 있습니다

시스템 모델링 및 제어 설계 외에도, 공공 전력망과 마이크로그리드의 상호운용성을 평가하고, 부하 예측을 수행하여 수요 계획의 불확실성을 줄이고, 임베디드 시스템 및 실시간 시뮬레이터 전반에서 제어 전략을 구현할 수 있습니다.

마이크로그리드 제어에 대해 자세히 알아보려면 전력전자 시뮬레이션, 실시간 시뮬레이션, 드룹 제어, 계통 형성 인버터 항목을 참조하십시오.