분산전원의 계통 연계 증가로 인하여 전력계통의 과도안정도에 미치는 영향 역시 증가하고 있으며, 이로 인하여 재폐로에 미치는 영향 역시 증가하고 있다. 과도 안정도 평가 방법으로는 등면적법, 확장 등면적법, 과도 에너지 함수법 등이 있다. 이 중 과도 에너지 함수법은 포텐셜 에너지와 운동 에너지를 이용하여 과도 안정도를 평가하는 방법으로 분산전원이 연계된 배전계통 같이 복잡한 계통에서 과도 안정도 평가를 용이하게 할 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 에너지 함수를 이용한 분산전원 연계 계통의 재폐로 기법을 제시하였다. 에너지 함수를 이용하여 계통의 과도 안정도를 평가하며, 그 여부에 따라 재폐로 방법을 달리한다. 또한, 제시한 기법을 EMTP MODELS로 구현하였으며, 한전 실 계통에 적용하여 그 타당성을 평가하였다.
최근 다수의 태양광 발전기가 배전계통에 연계되고 있으며 특히, 특정지역을 중심으로 대규모의 태양광발전 단지가 구성되어 배전계통에 연계되고 실정이다. 본 논문에서는 순천에 구축된 l000KW급 태양광발전소의 계통해석영향을 분석하기 위하여 PSCAD/EMTDC 툴을 이용하여 모델링 하고 태양광발전이 연계된 배전계통 조류해석과 태양광 발전의 출력에 의한 22.9KV 배전계통의 전압변동을 시뮬레이션 하였으며, 태양광발전에 따른 역조류에 의한 배전계통 전압변동을 분석하였다. 또한, 태양광발전기의 배전계통 연계 전,후의 배전선로의 임의의 지락고장 모의로 태양광발전기가 고장전류에 미치는 영향 분석과 태양광 발전이 양호, 불량한 경우에 대한 상전압, 고조파 전류, 역률 등의 측정결과에 의한 전력품질을 분석 하였다.
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.
산업자원부에서는 국가에너지사업의 정책으로 지역 에너지사업 및 신 재생에너지 시범보급사업을 수행하고 있으며, 이에 따라 대규모 신재생에너지전원(태양광, 풍력, 열병합 등) 단지가 활발하게 조성되고 있는 상황이다. 그러나 신재생에너지전원의 설치자 측에서는 설비비용의 절감을 이유로 일반배전선로(고압 및 저압배전선로)에 직접적인 연계를 요구하고 있으나, 한전 측에서는 계통운용의 어려움으로 인하여 까다로운 계통연계지침(가이드라인)을 정하여, 한전 측과 전기사업자(전기공사업자 및 발전 사업업자)간의 이해가 상충되는 부분이 발생하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 신재생에너지전원의 발전업자와 전기공사업자의 측면에서는 효율적인 공사 및 시공을 위하여, 배전계통 연계와 관련된 복잡한 기술적인 계통연계 지침을 일일이 해석하지 않더라도, 연계 적합여부를 손쉽고 자동적으로 판단해주는 평가시스템을 개발하였다.
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 태양광과 풍력, 축전지 시스템으로 구성된 계통연계형 복합 분산전원 시스템의 구성과 실험 결과를 제시한다. 본 논문에서 제시하고자하는 계통연계형 태양광-풍력-축전지 복합 분산전원 시스템은 태양광 발전 시스템과 풍력 발전 시스템을 에너지원으로 사용하였으며 에너지 저장장치로는 축전지 시스템을 사용하였다. 태앙광 발전 시스템과 풍력 발전 시스템, 축전지 시스템은 모두 공통 직류단에 연결되어 있으며 계통과 연계운전을 위한 계통연계 인버터 시스템을 공통 직류단과 계통 연계점 사이에 적용하여 연계점의 출력을 제어하였다. 또한 분산전원 통합제어 시스템을 개발하여 전체 복합 분산전원 시스템의 출력과 각 모듈의 상태를 감시, 제어하는 기능을 하도록 하였다. 개발된 복합 분산전원 시스템에 전력 평준화 알고리즘을 적용한 실험 결과의 제시를 통해 제작된 시스템과 전력 평준화 알고리즘의 유용성을 검증하였다. 본 논문에서 제시된 복합 분산전원 시스템은 복수의 에너지원을 이용하므로 전력공급의 신뢰도를 향상시킬 수 있어 상용전력이 공급되지 않는 도서지역 등에 단독 운전용으로 적용이 가능하다.
태양광 발전 기술의 발달로 용량이 증가함에 따라 계통연계가 증가하고 있다. 본 논문에서는 태양광 발전이 계통에 연계됨에 따라 기존 배전계통에 미치는 전압변동 즉, 플리커 현상을 분석하였다. EMTP/ATPDraw를 이용하여 태양광 발전이 연계된 배전계통을 모델링 하였다. 태양광 발전은 직류가 3상 PWM 인버터를 통하여 교류로 변환되어 계통에 연결되도록 모델링하였다. 태양광 array를 병렬로 연결하여 태양광 발전의 출력량을 증가시켜서, 출력변동에 따른 계통의 전압변동을 분석 하였다.
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.
태양광과 풍력 등의 신 재생에너지 전원은 기후나 은도, 지형적인 영향을 많이 받기 때문에 배전계통에 연계 시, 기존 배전계통의 운용에 좋지 않은 영향을 미치게 된다. 따라서 분산전원 계통 연계 시, 부하와 전원이 혼재되어 운용되는 형태의 배전계통에서 야기되는 보호협조(과도상태)에 관한 여러 가지 문제점을 검토, 분석할 수 있는 알고리즘의 개발이 요구되고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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