본 특집원고에서는 분산전원이 기존의 배전계통에 도입될 경우, 보호방식측면에서 야기될 수 있는 문제점에 대해서 현장의 배전실무자들이 간단히 개략적으로 이를 검토분석 및 해석할 수 있는 방법을 소개하기로 한다. 이를 위하여 먼저, 기존 배전계통과 분산전원 연계배전계통의 보호방식상의 특징을 설명하고, 분산전원이 도입된 연계배전게통의 보호방식상의 문제점을 평상시와 비정상시로 나누어 제시하고, 이를 보호방식상의 문제점에 대한 대책을 각각 제시하기로 한다.
본 논문은 Two-String 계통연계형 태양광 발전 시스템에서 MPPT 범위 확장과 성능 향상을 위한 직류단 지령전압을 가변하는 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 각각의 부스트컨버터에서 MPPT 제어가 수행되고 인버터에서 직류단제어와 계통연계를 수행하는 구조에서 히스테리시스를 가지는 지령전압 범위를 설정함으로 운전 시작과 운전 중에 입력전압에 따라서 지령전압을 변경한다. 제안하는 알고리즘의 검증을 위하여 시뮬레이션을 수행하여 제안하는 알고리즘의 타당성을 검증한다.
세계 HVDC 시장은 국가간 전력 계통연계 및 장거리 송전을 기반으로 대규모 계통 연계형으로 적용되어 확산되고 있는 추세이다. 따라서 본 논문은 실시간 시뮬레이터를 이용하여 대규모 계통 연계형 대용량 전류형 HVDC 모델링 기법에 대한 연구를 기반으로 필수적으로 고려해야할 개발 방안을 소개하고자 한다.
본 연구에서는 3상 계통 연계형 인버터의 유 무효전력제어를 통해 부하에 필요한 전력을 공급하며 계통과 인버터를 안정적으로 연계하는 방법을 다루고 있다. 부하 변동 및 계통전압과 인버터 전압의 위상차 ${\theta}$에 따라 PSIM 시뮬레이션을 수행하였으며, 타당성을 입증하였다
국가차원의 신 재생에너지 활성화 방안에 따라 풍력발전 등의 대규모 분산전원 단지의 도입이 이루어지고 있으나, 이에 대한 기술적인 평가방안이나 해석 방법이 구체적으로 제시되어 있지 않아, 설치자(시도 및 지자체)와 운용자(한전의 배전지사/지점)들은 많은 혼돈과 어려움을 겪고 있는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 태양광, 풍력 등의 분산전원이 배전계통에 도입되는 경우, 계통 연계에 대한 기술적인 적합여부를 종합적으로 평가하는 시스템을 개발하였다. 즉, 분산전원을 제작하거나 시공하는 업체와 일반 운용자나 사용자(분산전원을 잘 모르는 비전문가 포함)들이 손쉽게 접근하여, 분산전원의 연계시의 기술적인 문제점과 적합 여부를 판단하는 기술지원 평가 S/W를 제작하였다. 주요 평가 기능으로서는 분산전원의 계통연계 시에 발생할 수 있는 정상, 비정상(사고), 전력품질에 대한 항목으로서, 누구나 동일한 결과를 얻을 수 있는 표준계통에 근거한 평가 알고리즘에 의하여 연계 적합 여부를 판단하는 것이다.
분산 전원의 계통 연계를 위해서는 연계 전에 분산 전원 출력전압을 계통전압과 동기화시켜야 하는데, 전압의 크기, 위상 그리고 주파수를 일치시키는 문제이기 때문에 쉽지 않다. 본 연구에서는 3상 인버터의 계통 연계를 위한 벡터제어 기반의 동기화 알고리즘을 개발하였다. 하나의 3상 전압형 인버터를 설계, 제작하여 개발된 알고리즘의 유효성을 검증하였다. 3상 인버터의 주제어장치는 DSP 기반으로 개발되었고, 계통의 전기적인 레벨은 실험실에서 실험이 가능한 전기적 레벨로 하였다. 그리고 실험을 통하여 3상 인버터의 출력전압이 계통전압을 추종하여 동기화를 이루는 것을 보임으로서 제시된 알고리즘이 계통 연계를 위한 동기화 알고리즘으로 활용될 수 있음을 확인될 수 있었다.
스마트그리드가 출현함에 따라 향후 배전계통에 태양광, 풍력, 연료전지, 전력저장장치, 전기자동차(V2G) 등의 분산전원의 연계는 급속도록 증가할 것이며 더불어 배전계통은 더욱 더 복잡하게 될 것이다. 이로 인해 발생하는 가장 큰 문제는 계통의 전압변동 문제이다. 복잡한 전압변동 문제를 해결하지 못하면 스마트그리드 계통의 전력품질과 안정도에 악영향을 끼칠 것이다. 스마트그리드 계통 하에서 분산전원의 위치는 변전소 근처 전원단부터 부하 말단까지 전원사업자의 필요에 따라 설치하게 될 것으로 지금까지의 전압변동, 조류계산 등의 모델링 방법으로는 해결하지 못하는 문제가 발생하게 될 것이다. 이 논문에서는 분산전원 배전계통 연계 용량 확대를 위해 실 선로의 실시간 전압 측정값을 이용한 분산전원 연계 스마트그리드 계통의 통합 전압관리안정화 방법에 대해 제안하고자 한다.
소규모 분산전원 및 에너지 저장장치로 구성된 마이크로그리드는 에너지 자급자족이 가능한 특징을 가지며 계통연계 혹은 독립운전 모드로 운전이 가능하다. 마이크로그리드를 계통연계 모드로 운전하는 경우, 상위 계통에서 사고 발생 시 마이크로그리드 내 동기기의 과도안정도 문제가 발생할 수 있다. 이 때 인버터 기반 분산전원의 빠른 응답 속도를 활용하면 인접 동기기의 유효출력을 효과적으로 제어하여 계통연계 모드를 유지하면서도 과도안정도를 유지할 수 있다. 본 연구에서는 인버터 기반 분산전원의 P-w 제어를 통해, 정상 운전시에는 정해진 전력을 공급하면서 사고 시에는 인접 동기기의 과도안정도를 향상시킬 수 있는 제어 방법을 제안하였다. 또한 실제 적용 가능성을 확인하기 위해 ATP/EMTP프로그램을 이용하여 계통을 구성하고 해석하였다.
동일본 대지진 이후로 일본은 원자력 발전 가동을 점차 중단시켜 가고 있으며 이에 따라 신재생에너지 발전 비중은 높아지고 있다. 이러한 신재생 에너지원의 확대는 계통의 입장에서 외란의 요소로 작용할 수 있으므로 각 전력회사들은 계통 보호 협조에 관한 규정을 엄격히 적용해 가는 추세이다. 본 논문에서는 일본형 대용량 계통연계형 태양광 인버터들이 가져야 할 기능 중 계통보호 협조에 관한 FRT 기능에 대하여 일본 계통연계 규정인 JEAC 9701-2012[1] 를 기반으로 알아보고 이 규정이 적용되어 개발 된 LS산전의 250/500kW 태양광 PCU를 소개하고자 한다.
본 논문은 계통 연계형 인버터 제어에 있어서 계통 임피던스에 의한 계통전압 왜곡을 분석하고 있다. 특히 계통 연계형 인버터의 설계단계에서는 고려되지 않지만, 실제 시스템 구현 시에는 일반적으로 널리 사용되는 저주파트랜스의 누설 인덕턴스에 의한 영향을 살펴보았다. 계통 임피던스에 의해 계통 전압의 왜곡이 발생하고 이로 인해 저차 고조파 성분의 전류가 계통으로 유입되게 되는데, 본 논문에서는 이 저차 고조파에 대해 분석하고, 이를 감쇄시키는 기법을 소개한다. 제안하는 방법은 1.5kW 전압형 인버터의 시물레이션을 통해 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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