최근 푸드트럭, 캠핑, 레저활동 등 계통전원이 없는 환경에서 전력공급이 가능한 독립형 인버터 사용이 늘어났다. 그리고 다양한 전자기기 사용 증가로 전기사용량이 늘어났으며 이에 소비자들은 날로 증가하는 전기 요금을 줄이기 위해 태양광 패널을 설치하는 등 계통연계 인버터에 대한 관심 또한 증가하고 있다. 기존 독립형 인버터 및 계통연계 인버터는 각각의 동작만 수행할 뿐 호환 기능은 없다. 따라서 소비자들은 사용용도에 맞춰 각각의 제품을 사야하는 단점이 있다. 이에 본 논문은 기존 단점을 보완하는 독립형, 계통연계형 호환형 인버터를 제안하고 실제 제품에 적용시켜 운용방안을 모색하고 동작 검증을 하였다.
본 논문에서는 태양광 발전 시스템의 계통연계 운전 보호 협조 알고리즘 적용 및 시험을 위해 개발되고 있는 태양광 발전용 PC의 설계 및 실험 결과에 대하여 제시하고자 한다. 태양광 발전 시스템은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 주는 태양 전지판과 발전된 전기 에너지를 전력 계통에 연계하여 주는 전력 변환 장치(Power Conversion System)로 구성되어 있다. 개발된 PCS는 10kw 태양광 전지에서 발전된 전력을 상용 계통에 연계할 수 있도록 개발 되었으며 본 논문에서는 전체 시스템의 극성과 계통 연계 운전 결과에 대하여 제시하고자 한다. 개발된 PCS는 태양광 발전 시스템의 보호 협조 알고리즘 개발과 분산전원 시스템 관련 연구에 활용될 계획이다.
본 논문에서는 200[kW]급 태양광발전용 계통연계형 인버터에 이어 500[kW]급 태양광발전용 계통연계형 인버터의 개발에 관한 내용을 설명하고 있다. 500[kW]급 태양광발전용 계통연계형 인버터는 500kVA급 상용주파수 변압기 절연방식으로 3상3선식 380V/60Hz를 출력한다. 본 논문에서는 500[kW]급 단일용량 인버터를 개발함에 있어, 계통연계 시험, 발전량에 따른 효율과 THD 등의 결과를 보이고 있다.
전력 계통에 연계형 분산전원이 도입되므로 인하여 기존배전선로와 달리 양방향 전력조류가 발생, 이에따른 보호계전방식의 수정을 필요로 하므로, PSCAD-EMTDC 시뮬레이터를 통하여, 이때의 배전계통의 현상들을 모의하고, 이에 따른 대책을 제시하므로 하여 배전계통 신뢰도를 향상시키기 위한 연구를 진행하였습니다. 기존선로를 이용해 연계된 분산전원과, 전용선로를 통하여 연계된 분산전원을 모의하고, 부하 상태와 사고 형태에 따른 시뮬레이션을 진행 현상을 분석하여 새로운 운영방식을 제시하였다.
본 논문은 국내에서 설비용량 20MW 이상의 신재생발전기에 대해 계통연계 유지조건을 의무화하는 송배전용 전기설비 이용규정이 2012년부터 적용됨에 따라 이를 모의해석 기반의 풍력발전기 계통연계 검토 시에 고려하기 위한 풍력발전기의 LVRT(Low Voltage Ride Through) 전사모형을 개발하고 이를 풍력발전기가 연계된 전력계통의 성능평가에 적용하여 전사모델의 유용성을 검증한 후 전력계통의 대표적인 상정고장에 적용하여 국내 풍력발전기 계통연계 유지조건의 적용효과를 분석하였다.
본 논문에서는 배전계통 모의장치와 태양광전원 모의장치, LabVIEW를 이용한 감시제어장치로 구성된 태양광전원 계통연계 시험장치를 제작하여, 태양광전원의 연계용량과 계통의 선로 구성특성, 역율(역율1, 지상/진상역율)의 3가지 Parameter에 대한 태양광전원의 정상상태 운용특성을 모의하였다. 즉, 태양광전원의 연계 운용이 배전계통(수용가)에 미치는 영향과 배전계통이 태양광전원에 미치는 영향을 분석하여, 태양광전원의 계통연계 운용 시에 발생 가능한 기술적인 사항을 검토하였다. 그리고 계통연계 시험장치의 실험 결과치를 분석하기 위하여, 태양광전원 대응형 전압강하 계산 알고리즘을 제안하여, 이론적인 값과 시험치를 비교하여 태양광전원의 정상상태 특성에 대한 시험결과의 유용성을 확인하였다.
중요부하를 갖는 계통연계 인버터에서 계통이상시 독립운전으로 전환하여 중요부하에 지속적인 전력을 공급하여야 한다. 기존의 제어 방식은 독립운전시 전압제어를 계통연계시 전류제어를 하기 때문에 모드전환시 과도상태가 발생하고 단독운전 검출전에도 부하의 전압과 주파수가 변동하여 중요부하에 심각한 영향을 줄 수 있다. 본 논문에서는 모드 전환시 과도상태를 최소화하면서 단독운전 검출전에도 부하 전압과 주파수가 일정하게 유지하는 간접전류제어 기반의 계통연계 인버터에서 전압 고조파를 주입함으로써 NDZ(Non-Detection Zone)를 갖지 않는 단독운전방지 기법을 제안한다.
분산발전 시스템에서 계통연계 인버터는 계통에 전력을 주입할 뿐만 중요부하에도 안정된 전력을 공급하는 역할을 한다. 하지만 기존의 계통연계시 전류제어모드로 동작하고 계통이상 발생시 전압제어로 전환되는 제어방법으로는 모드 전환시 과도상태가 발생하여 중요부하에 심각한 영향을 줄 수 있다. 본 논문에서는 모드 전환에 따른 과도상태를 최소화하기 위해 끊김없는 모드 전환을 위한 계통연계형 3-레벨 NPC 인버터의 제어기법을 제안한다.
풍력 발전 시스템은 경제성이 비교적 높은 신재생 에너시 시스템으로 전세계적으로 대규모 단지를 조성하여 전력계통과 연계하여 운용되고 있다. 풍력 발전 단지의 계통에 대한 영향력이 커짐에 따라 독일, 덴마크, 캐나다 등 세계 각국의 계통 연계 기준이 강화되어, 기존과 달리 계통에 협조적인 풍력 발전 시스템이 요구되고 있다. 본 논문에서는 국가별 계통 연계 기준을 만족할 수 있는 간단한 LVRT 제어 전략을 제시하며, 10kW급 계통 연계 인버터와 계통 사고 모의 장치를 통하여 다양한 계통 사고 상황에 대한 제어 전략의 타당성을 검증하였다.
대체에너지 시스템에서 필수적인 계통연계형 인버터는 LC필터를 거친 정현전압 출력에 계통과 연계용 인덕터를 연결하여 사용하여 왔으나, 최근 들어 인버터와 계통을 LC필터 없이 인덕터로만 계통과 연결하여 직접 전류를 제어하는 형태가 적용되고 있다. 또한 출력에 절연 변압기를 사용하던 기존방식과 달리 변압기가 없는 비절연형 인버터는 전류제어를 통해 계통과 직접연결하고, 부피감소와 원가절감을 이룰 수 있다. 본 논문에서는 저주파 절연변압기가 없는 3kW급의 태양광 발전시스템 시제품을 소개하고 단상계통과 연계한 전류제어 알고리즘의 실험결과를 통해 순시전류제어의 타당성을 확인한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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