본 논문은 ESS용 3상 계통연계 양방향 인버터에 적용 가능한 PWM (Pulse width modulation) 방식에 따른 계통전류 품질 특성 및 손실 양상에 대해 다룬다. 각 PWM 방식이 적용된 ESS용 3상 계통연계 양방향 인버터의 부하 크기 및 배터리 충 방전 모드 조건에 따른 계통전류 품질과 손실 양상을 비교 분석을 한다.
현재 분산전원이 배전계통에 도입되어 운용이 이루어지고 있어 계통 운용상의 전압 변동에 의한 문제점이 야기될 가능성이 높아지고 있다. 이러한 문제점들을 해석하고 대책을 세우기 위한 연구의 필요성이 증가하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 AutoBase S/W를 이용하여 모의 배전계통과 부하를 모의할 수 있는 태양광전원 모의시험장치를 제작하고, 계통연계 특성을 시험하여, 분산전원(태양광전원)이 배전계통에 연계될 경우, 정상상태의 특성을 분석하여 이에 대한 문제점을 파악하고 그에 대한 해결책을 제시하였다.
본 기술보고에서는 전술한 분산형전원의 배전계통연계와 관련하여, 분산형전원의 개발, 도입에 대한 필요성, 배전계통연계, 보급에 따른 제문제, 국내외 보급지원정책의 현황을 살펴보고, 이의 원할한 배전계통에의 도입.보급을 위한 국내의 전략과 해결과제를 분석해본다. 끝으로, 기존의 배전계통에 상기의 분산형전원이 다수 분산적으로 도이된 차세대의 배전계통에 있어서 요구되는 기능과 그 기능에 부합되는 계통구성.운용 방안 및 연구개발분야 등에 대해 기술하기로 한다.
본 논문에서는 계통연계형 시스템에서 계통 주파수 변동이 발생할 경우 계통 전류 왜곡 보상을 위한 주파수 적응형 위상기반 반복제어기의 설계기법에 대하여 기술한다. 기존의 반복제어기를 적용한 경우 계통 주파수 변동 시 주파수 변동에 따라 제어 성능이 보장되지 않는다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 PLL로 추정된 계통 위상각을 이용한 반복제어기의 메모리 할당을 통해, 주파수 변동에 대응이 기능한 위성 기반 반복제어기의 설계 방법을 제안하였으며, 모의실험을 통해 그 성능을 검증하였다.
중요부하를 가지고 있는 계통연계 인버터는 계통과의 연결이 끊길 경우 중요부하에 안정적인 전압공급을 위하여 끊김 없는 모드전환 동작이 요구된다. 기존 인버터는 계통연계 시 전류제어모드, 독립운전 시에는 전압제어모드로 운전을 한다. 그래서 모드전환 시 제어기절체로 인한 출력전압에 심각한 과도상태가 발생할 수 있으며 단독운전 검출 전에도 불안정한 전압을 부하에 공급하게 되어 중요부하에 큰 손상을 입힐 수 있다. 본 논문에서는 LCL필터 뿐만 아니라 LC필터 구조에서도 적용이 가능하며, 양방향 운전 시 자율적인 모드전환이 가능한 계통연계 인버터의 모드전환 기법을 제안한다. 제안된 알고리즘은 5kW 시작품을 제작하여 타당성을 검증하였다.
본 논문은 3상 계통 연계형 인버터의 seamless transfer 를 위한 비례공진 제어기를 활용한 간접 전류 제어 기반의 모드 절환 기법에 대해 다루고 있다. 분산 발전 기반의 인버터는 계통 연계 모드와 독립 운전 모드에서 각각 전류원과 전압원으로서 정의된다. 이런 이유로 계통 연계형 인버터는 두 모드 영역에서 고품질의 전력을 공급하기 위한 신뢰할 만한 제어기를 필요로 한다. 따라서 기존에 두 모드 모두에서 사용 가능한 PR 제어 기반의 간접 전류 제어기가 제안되었다. 하지만 추가적으로 분산 발전 기반의 인버터 전원 공급의 신뢰성은 각 모드의 절환시에도 마찬가지로 유지되어야 할 필요성을 가진다. 따라서 본 논문에서는 독립운전에서 계통 연계 모드로 절환 시 필요 되어지는 PLL 모드에서의 PR 제어 기반의 모드 절환 기법에 대하여 제안한다. 최종적으로 인버터의 정상상태뿐만 아니라 과도 상태에서 지역적 부하와 계통 모두에 신뢰할 만한 전력을 공급하기위해 제안된 PR 제어 기반의 모드절환방식은 PSIM 시뮬레이션을 통해 seamless transfer 를 구현할 수 있음이 입증되었다.
신 재생에너지를 비롯하여 분산전원의 사용이 매년 증가하고 있다. 분산전원의 그 특성에 의해 배전계통 및 수용가에 근접하여 위치하며 단독운전 또는 배전계통 망에 연계하여 운영될 수 있다. 만약 분산전원이 배전계통에 연계되어 운영될 경우 현재의 배전계통 운영방식과는 다르기 때문에 효율적인 분산전원의 관리 및 안정적인 배전계통을 운영하기 위해서는 분산전원의 연계에 대한 기준 및 새로운 계통운영지침 등이 재정립되어야 할 것이다. 본 논문에서는 향후 분산전원이 배전계통에 연계되어 운전될 때 분산전원의 상태를 감시 및 제어 또는 관리하기 위해서 국제 표준 프로토콜인 IEC-60870으로 분산전원 연계용 FEP(Front-End Processor, FEP)을 설계하였다. 설계한 사항을 검증하기 위하여 분산전원 상위 시스템인 주장치와 하위 시스템인 분산전원 연계용 RTU(Remote Terminal Unit, RTU)를 가지고 시험을 실시하였다. 그 결과 정상적인 데이터를 상위 시스템에서 확인을 통하여 입증하였다.
풍력발전 설비의 발전기로는 구조가 간단하고 견실한 유도형 발전기가 일반적으로 사용되고 있다. 풍력발전은 계통 연계시에 정격전류의 7~8배의 돌입전류가 흘러 발전저하를 무시하기 어렵다. 따라서, 돌입전류 억제 및 대책의 검토가 필요하다. 본 연구는 MATLAB/SIMULINK를 통해 유도기형 풍력발전기를 모델링 및 시뮬레이션하고, 유도기형 풍력발전기 계통연계시 발생하는 돌입전류를 저감하는 방법에 대해 살펴보았다.
풍력발전 시스템의 원리를 이해하고, 대표적인 분산전원인 풍력발전 시스템을 전력계통에 연계시켜 그 특성을 모의, 분석할 수 있도록 전력계통 과도모의해석 프로그램인 PSCAD/EMTDC를 사용하여 현재 사용하고 있는 풍력발전 시스템 그리고 연계계통을 고려하여 구성하였고, 이 분산전원 모델이 유효한지 보이기 위하여 출력파형을 보였다. 그리고 이 분산전원 모델을 연계계통내 보호계전시스템등과 같은 분산전원과 관련된 전반적인 연구분야에 유용하게 이용할 수 있을 것으로 기대된다.
본 논문에서는 연료전지발전용 고효율 계통 연계용 전력변환기를 제안한다. 제안하는 전력변환기는 3상 전류형 능동클램프 DC/DC 컨버터와 계통연계용 인버터로 구성되어 있다. 제안하는 전력변환기의 동작을 분석하기 위해 연료전지의 출력을 모의하는 모델과 제안하는 전력변환기의 모델을 PSCAD/EMTDC를 이용하여 개발하였다. 개발한 시뮬레이션모델을 이용한 분석을 토대로 실험에 의한 검증이 가능한 하드웨어장치의 기본 설계를 실시하였다. 제안하는 전력변환기는 정격출력에서 저 전압특성을 갖는 연료전지를 효율적으로 전력계통에 연계하는데 유용할 것으로 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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