풍력발전기가 계통에 연계되어 유효전력이 출력되면 PCC의 전압이 변동하며, 이러한 전압변동은 풍력발전기 출력에 비례한다. 전압변동의 발생요인은 전원에서 PCC지점까지의 선로 등가 임피던스의 크기와 풍력발전기 출력 전류의 곱의 형태로 표현 된다. 이러한 전압변동은 무효전력의 공급으로 억제할 수 있으며 필요로 하는 무효전력량은 풍력발전기 출력량에 비례한다. 이를 검증하는 방안으로 삽시도의 계통을 바탕으로 PSCAD/EMTDC 시뮬레이션과 실측데이터를 활용하였다.
전력시장의 도입과 함께 그동안 전력사업자가 자체적으로 운용하였던 계통보조서비스를 이제는 각 발전사에게 할당하여 공급하는 체계가 됨에 따라 이에 대한 적절한 보상이 주요 이슈화 되고 있다. 헌재 주파수제어나 예비력확보 등은 보상되고 있지만 무효전력 조정에 대해서는 아직까지 아무런 보상책이 없어 무효전력의 공급을 기피할 가능성이 있다. 그동안 무효전력의 최적비용에 대해서는 최적조류계산이나 한계송전손실계수 산정 등에 의해 각 모선별로 산정하는 방법은 연구되고 있지만 각 발전기의 변동비 측면의 접관은 실재 적용 가능한 현실적인 방법임에도 이에 대한 연구가 적었다. 여기서는 무효전력의 변동비를 산정하기 위해 손실에 따른 부가적 에너지를 구하고, 무효전력 운용 유지보수 비용 및 수명 저하에 따른 비용요소를 고려한다. 이 연구방법의 특징으로는 발전기측의 자료를 사용하여 각 발전기의 무효전력 공급에 따른 변동비를 산정할 수 있어 무효전력 공급에 대한 각 발전기별 보상을 할 수 있는 방법이다.
본 논문은 계통연계형 인버터의 단독운전 방지를 위해 정궤환을 이용한 무효전력 변동기법을 제안하였으며, 구현 및 실험을 통해 단독운전 방지 성능을 검증하였다. PCC 지점에는 양호도($Q_f$) 2.5의 특성을 갖는 3상 RLC 부하가 연결되며, 부하 공진주파수는 60Hz로 설정하였다. 무효전력 변동기법은 일정 크기로 주입되는 무효분과 주파수 편차를 이용한 정궤환으로부터 공급되는 무효분으로 구성된다. 계통연계 운전 시에는 일정한 무효전력 성분만이 공급되며 역률은 0.9975이다. 단독운전 발생 시, 일정 무효전력 때문에 변화된 PCC 주파수와 계통 정격주파수 간의 편차는 정궤환 성분을 활성화하고, 증가된 무효전력에 의한 PCC 주파수 변화를 검출하여 단독운전을 판단한다. 1.7kW 3레벨 T-타입 인버터를 통해 단독운전 방지 성능을 실험하였으며, 검출시간은 각각 53ms, 150ms로써 우수한 성능을 검증하였다.
풍력발전기가 계통에 연계되어 운전 중 바람의 변동에 따라 유효전력이 변동하면 연계지점에서는 전압변동이 발생하며 풍력발전기의 연계 위치 (PCC, Point of Common Coupling) 에 따라 그 값은 변동한다. 본 논문에서는 이러한 계통 연계 지점의 전압변동이 이상 전원에서 PCC지점까지의 등가 선로 임피던스와 풍력발전기 출력 전류의 곱에 비례함을 보였으며 이러한 전압변동을 억제하기 위하여 필요한 무효전력 요구량을 해석적인 방법으로 구하였다. 만일 풍력발전기 출력단 인버터의 용량 제한에 의해 무효전력 주입량에 한계가 있거나 전압변동 허용범위가 주어진 경우에는 그에 따라 무효전력 주입량을 변화시킬 수 있다. 제안된 알고리즘을 가변속 풍력발전시스템의 출력단 인버터에 사용하면 수시로 변동하는 유효전력에 따라 무효전력 요구량을 실시간으로 계산함으로서 PCC전압변동을 최소화할 수 있다. 제안된 알고리즘의 타당성을 검증하기 위해 실제 서해 도서지역에 설치된 소형 풍력발전기 및 전력 시스템 파라메터를 사용하여 Matlab과 PSCAD/EMTDC 시뮬레이션을 수행하였다.
전압 안정도를 향상 시키고 무효전력을 보상하는 방법 중 하나로 정지형 무효전력보상설비(SVC, Static Var Compensator)를 사용한다. 특히, 전기로(EAF, Electric Arc Furnace) 등 비선형 부하가 주를 이루는 철강 민수 사업자의 부하는 단시간 내에 전류 변화가 급격히 일어나며 큰 전압 변동을 일으키므로 무효전력 보상설비를 적용하여 안정적인 전력을 공급하고 전력 품질을 확보해야 할 필요가 있다. 본 논문에서는 LS-Nikko 동제련 온산 공장에 역률 보상을 목적으로 무효전력을 제어하기 위한 ${\pm}100[MVar]$ SVC 시스템 모델을 소개하고, 그 특성에 대한 이해를 돕고자 한다.
전압 안정도를 향상 시키고 무효전력을 보상하는 방법 중 하나로 정지형 무효전력보상설비(SVC, Static Var Compensator)를 사용한다. 특히, 전기로(EAF, Electric Arc Furnace) 등 비선형 부하가 주를 이루는 철강 민수 사업자의 부하는 단시간 내에 전류 변화가 급격히 일어나며 큰 전압 변동을 일으키므로 무효전력 보상설비를 적용하여 안정적인 전력을 공급하고 전력 품질을 확보해야 할 필요가 있다. 본 논문에서는 LS-Nikko 동제련 온산 공장에 역률 보상을 목적으로 무효전력을 제어하기 위한 ${\pm}100[MVar]$ SVC 시스템 모델을 소개하고, 그 특성에 대한 이해를 돕고자 한다.
두 대 이상의 전원이 부하를 분담하는 경우 전원간의 통신이 없다면 여러 가지의 오차요인으로 인하여 문제가 생길 수 있다. 그래서 기존의 발전기 시스템은 이런 문제를 해결하기 위하여 droop제어를 수행하고 있다. 이와 마찬가지로 분산전원의 용량이 커짐에 따라 2대 이상의 분산전원이 병렬운전하여 고립된 계통에서 부하를 분담해야하는 경우 이들 간 통신이 없다면 문제가 된다. 그러나 발전기와는 달리 분산전원은 저압선로에서 전력을 공급하기 때문에 선로의 임피던스 특성에 따른 유 무효전력의 변동에 대한 분석이 필요하다. 본 논문에서는 분산전원의 병렬운전 시의 오차요인 계산하고 선로에 임피던스에 따른 유 무효전력의 변동을 분석하여 이를 시뮬레이션을 통하여 확인하고 저압선로에서의 분산전원 droop제어 방법에 대해서 연구하였다.
향후 가까운 미래에 정부에서 주도하고 있는 10만호 보급사업 등을 포함한 대규모 태양광발전산업의 보급에 따라 특정지역에서는 계통연계형 태양광 전력변환기(PV PCS)의 고밀도 연계가 예상된다. 이 때 지금까지는 이론적으로만 가능할 것으로 여겨졌던 현상 인 단독운전 현상이 발생할 수 있는 확률이 높아지게 된다. 본 논문에서는 전력변동기법 중 하나인 무효전력변동기법에 대하여 단독운전검출 성능을 향상시키기 위한 한 방법으로 Digital Phase-Locked-Loop(DPLL)의 주파수계산을 이용하여 그 효용성을 PSIM 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
본 논문은 수전설비 용량을 계산하기 위한 형광등 기구의 기초 자료룰 제공하고 잇다. 형광등기구는 전원전압 변동에 유효전력 및 무효전력이 비선형적으로 변환한다. 따라서 이들 자료는 실측에 의하여만 제공된다. 본 논문에서는 40[W] 형광램프를 사용하는 등기구를 대상으로 여러 가지 안정기 교류에 대하여 전원전압 교류 200∼240[V] 변동 범위 내에서의 유효전력 및 무효 전력을 측정한 데이터를 제공하고 있다.
중요부하를 갖는 하이브리드 ESS에서는 계통이상시에도 중요부하에 끊김없고 안정적인 전원을 공급해야한다. 기존 직접 전류 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 주파수를 일정하게 유지하는 간접전류제어 기반의 인버터에서 무효전력변동 기법을 이용한 새로운 단독운전방지 기법을 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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