This study proposed a reactive power variation (RPV) method equipped with positive feedback (PF) for detecting the islanding operation of distributed generation systems. The proposed RPV consists of the constant reactive power component and a certain reactive power term and uses the frequency deviation between the rated and the measured frequencies. The constant reactive power is injected from distributed generation system and power factor is to 0.9975 in grid-connected operation. PF is activated from generation of the frequency deviation and the injected reactive power is continuously increased due to PF when islanding occurs. Consequently, the increasing reactive power causes the point of common coupling frequency to deviate from the maximum/minimum threshold level. Performance of the proposed RPV is verified in a 1.7 kW T-type inverter, and the detection times are 53 and 150 ms.
본 논문에서는 분산전원의 계통 연계형 시스템에서의 단독운전 검출 방식인 RPV(Reactive Power Variation)기법에 대한 고찰과 주파수 검출 방식을 분석한다. IEEE 929 - 2000에 근거하여 RPV 기법에서의 NDZ에 대하여 살펴보고, PLL(Phase Locked Loop) 기법을 이용한 주파수 검출에 대한 분석 및 설계와 이를 통한 단독운전 검출을 하고자 한다. 시뮬레이션을 통하여 타당성을 검증하였다.
To detect islanding mode when the grid is being tripped is a major safety issue in the Utility Interactive Distributed Generation (UIDG) system. In this paper, analytical design method is suggested for AFD & RPV method under IEEE929-2000 recommended islanding test condition. We have discussed that there is a same point. we injected reactive component of the current by AFD & RPV methods, but the current reference generated is other waveform. Possible if amount of reactive components in this methods are same each method, there is happened same rates frequency variation. To verify the validity of the analytical comparison, this paper presents simulation and experimental results from single phase, 3[kW] inverter for the transformerless UIDG system.
계통연계형 분산전원 시스템의 제어 기술 중에 전기적 안전성을 확보하기 위해 계통의 이상을 검출하여 분산전원을 분리 시켜야 하며 PCS의 이러한 기능을 단독운전 방지라고 불린다. 수동적인 기법으로는 단독운전시에 전력생산량과 부하 요구량이 일치할 경우 연계점의 전압 및 주파수 특성이 변하지 않으므로 검출하지 못하게 되는 상황이 발생하나, 능동 방식 중 현재 널리 사용되고 있는 AFD와 RPV 방식에서는 인버터 전류제어를 통해 미소한 왜곡을 주입하여 전력평형상태에서도 단독운전시에 연계점 전압의 주파수를 변동시켜 단독운전검출이 가능하다. 이 두 방식은 기준신호에 주입하는 왜곡형태가 서로 다르지만 이로 인해서 무효 전력성분이 발생한다는 측면에서는 두 방식이 같다고 볼 수 있으며, 무효전력 성분의 비율을 같도록 설계하면 같은 양의 주파수 변동이 생긴다. IEEE 929-2000 조건하에서 해석 및 실험을 통하여 제안된 해석방식 및 설계법의 타당성 그리고 두 방식의 연관성 등을 검증하였으며, 계통연계시 신뢰도 측면에서 어느 방식이 더 우수한지를 밝혀 향후 단독운전방지를 위한 적합한 방식을 제시하도록 하였다.
계통연계형 PV 시스템의 중요한 보호기능인 단독운전 검출기능은 시스템의 안전성 및 전기적 안정성 측면에서 매우 중요하다. 단독운전 검출기법으로는 크게 수동적 방식과 능동적 방식으로 분류되는 다양한 기법들이 있다. 본 연구에서는 IEEE 929-2000에서 제시하는 단독운전 시험조건 하에서 현재 널리 사용되는 능동적 방식 중 무효전력 변동 방식(RPV method)과 능동적 주파수 변동 방식(AFD method)을 채용한 시스템의 연계점에서 주파수 변동 특성을 해석하였다. 그리고 해석결과를 바탕으로 RPV 방식 및 AFD 방식의 설계법을 제시하였다. EMTP를 이용한 시스템 시뮬레이션을 통하여 제안된 해석 및 설계법의 타당성 및 유효성을 검증하였다.
A grid-connected inverter with critical loads uses mode transfer control to supply stable voltage to the load. An islanding detection method should also be used to quickly detect the grid fault and disconnect the inverter from the grid. However using the existing islanding detection method to detect islanding is difficult due to the small fluctuation of the voltage and frequency of the point of common coupling. This study proposes a reactive power P&O islanding detection method by using the positive feedback technique. The proposed method always injects a small variation of reactive power. When a grid fault occurs, the injected reactive power accelerates the reactive power injection reference. As a result, the reactive power reference value and the sensed reactive power become mismatched, and islanding is detected. Reducing the amount of real-time injected reactive power results in high efficiency and power factor. The simulation and experimental results of a 3 kW single-phase inverter are provided to verify the proposed islanding detection method.
As the grid-connected photovoltaic power conditioning systems (PVPCS) are installed in many residential areas, this has raised potential problems of network protection on electrical power system. One of the numerous problems is an Island phenomenon. There has been an argument that because the probability of islanding is extremely low it may be a non-issue in practice. However, there are three counter-arguments: First, the low probability of islanding is based on the assumption of 100% power matching between the PVPCS and the islanded local loads. In fact, an island can be easily formed even without 100% power matching (the power mismatch could be up to 30% if only traditional protections are used, e.g. under/over voltage/frequency). The 30% power-mismatch condition will drastically increase the islanding probability. Second, even with a larger power mismatch, the time for voltage or frequency to deviate sufficient to cause a trip, plus the time required to execute the trip (particularly if conventional switchgear is required to operate), can easily be greater than the typical re-close time on the distribution circuit. And, third, the low-probability argument is based on the study of PVPCS. Especially, if the output power of PVPCS equals to power consumption of local loads, it is very difficult for the PVPCS to sustain the voltage and frequency in an island. Unintentional islanding of PVPCS may result in power-quality issues, interference to grid-protection devices, equipment damage, and even personnel safety hazards. So the verification of anti-islanding performance is strongly needed. In this paper, the authors propose the improved RPV method through considering power quality and anti-islanding capacity of grid-connected three-phase PVPCS in IEEE Std 1547 ("Standard for Interconnecting Distributed Resources to Electric Power Systems"). And the simulation and experimental results are verified.
Increasing numbers of photovoltaic arrays are being connected to the power utility through the power conditioning systems (PCS). This has raised potential problems of network protection. If, due to the action of the PCS, the local network voltage and frequency remain within regulatory limits when the utility is disconnected, then islanding is said to occur. In this paper, the representative methods to prevent the islanding are described and a PSIM-based model and analysis of the reactive power variation (RPV) method are presented. A novel phase detector using the all-pass filter and digital phase locked loop (DPLL) is proposed especially for the single-phase PCS. Finally, this paper provides the simulation and experimental results with a single-phase 3kW prototype PCS. Islanding test method of IEEE Std. 929-2000 was performed for verification.
As the grid-connected photovoltaic power conditioning systems (PVPCS) are installed in many residential areas, these have raised potential problems of network protection on electrical power system. One of the numerous problems is an Islanding phenomenon. There has been an argument that it may be a non-issue in practice because the probability of islanding is extremely low. However, there are three counter-arguments: First, the low probability of islanding is based on the assumption of 100% power matching between the PVPCS and the islanded local loads. In fact, an islanding can be easily formed even without 100% power matching (the power mismatch could be up to 30% if only traditional protections are used, e.g. under/over voltage/frequency). The 30% power-mismatch condition will drastically increase the islanding probability. Second, even with a larger power mismatch, the time for voltage or frequency to deviate sufficiently to cause a trip, plus the time required to execute a trip (particularly if conventional switchgear is required to operate), can easily be greater than the typical re-close time on the distribution circuit. Third, the low-probability argument is based on the study of PVPCS. Especially, if the output power of PVPCS equals to power consumption of local loads, it is very difficult for the PVPCS to sustain the voltage and frequency in an islanding. Unintentional islanding of PVPCS may result in power-quality issues, interference to grid-protection devices, equipment damage, and even personnel safety hazards. Therefore the verification of anti-islanding performance is strongly needed. In this paper, improved RPV method is proposed through considering power quality and anti-islanding capacity of grid-connected single-phase PVPCS in IEEE Std 1547 ("Standard for Interconnecting Distributed Resources to Electric Power Systems"). And the simulation results are verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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