본 논문에서는 대용량의 계통연계형 태양광발전시스템의 효율 개선을 위한 제어 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 태양전지로부터 생산되는 전체 전력량을 모니터링 하여 최대 효율 조건에서 동작할 수 있도록 구동시킬 인버터 수와 각 인버터가 담당할 전력량을 결정하고 이에 따른 태양전지의 직병렬 결합 조건이 가능하도록 태양전지의 배열을 릴레이 접점으로 재구성하는 방식이다. 제안된 알고리즘의 타당성 검증을 위해 LabVIEW 기반의 제어시스템을 구성하고 분석한다.
태양광발전시스템은 다른 재생에너지원과 비교해서 내구수명이 길어 유지점검이 거의 필요 없다고 하지만, 실제 태양광 모듈의 음영 발생, 온도상승, 미스매치, 오염·열화, 태양광 인버터의 고장, 누설전류 및 아크 발생으로 인하여 초기 설계 시에 기대했던 성능이 나오지 않는 경우가 발생한다. 따라서 이러한 시스템의 문제점 해결을 위해 단지 발전량 및 운전 현황에 대한 조사를 통하여 정성적으로 파악하거나 태양광발전시스템의 성능지수인 성능계수(PR, Performance Ratio)로부터 성능을 비교분석하고 있다. 그러나 큰 손실을 포함하고 있으므로 단지 성능계수만으로 태양광발전시스템의 성능 저하, 고장 혹은 결한 등의 이상 유무를 정확하게 판단하기가 어렵다. 본 논문에서는 주변 환경의 변화에 따른 태양광발전시스템 발전량 최적화를 위해 태양광 모듈의 음영 발생, 인버터 고장, 누설 및 아크에 대한 상태 진단 알고리즘을 연구하였다. 또한 연구된 알고리즘을 이용하여 영역별 상태진단과 이에 따른 발전량 최적화 운전에 대한 실증시험을 통한 결과를 고찰하였다.
세계적으로 자국의 에너지 수급의 안정성을 도모함과 동시에 태양광 발전시스템의 효율적인 운영을 위한 위성기반 태양광 발전가능량 산출기술 개발이 중요한 관심사로 주목받고 있다. 본 연구는 위성기반 일사량 산출기술과 태양광 발전가능량 산출기술에 대한 동향을 분석하고 관련기술 개발 전략을 제시하는데 그 목적을 둔다. 동향 분석 결과, 우리나라의 태양광 발전가능량 산출에 대한 전반적인 기술 수준은 선진국 대비 30% 이하로 아주 미미한 수준이며 이는 태양광 자원지도 제작에 국한되어있다. 이러한 기술 수준을 단시간 내에 선진국과 대등하게 끌어올리는 것은 거의 불가능할 것이다. 따라서 집중적인 연구개발을 통해 선진국 대비 80% 수준의 기술 수준을 달성하여 주요한 정보를 제공하여야 만이 실제 현업에서의 태양광 발전소 운영에 기여할 수 있을 것이다. 즉 가능한 빠른 시간 내에 현재 운영되고 있는 COMS 뿐만 아니라 차세대 고해상도 정지궤도기상위성 자료를 이용한 수백 m 급 고정밀 일사량 상세화 기술과 단기 또는 중기 일사량 예측을 위한 핵심기술이 우선적으로 확보되어야하며, 이후 위성기반 태양광 발전가능량 산출기술을 개발함으로써 현업에서 활용될 수 있는 정보를 제공함이 현실적으로 타당한 기술개발 전략일 것이다.
전력거래소는 발전경쟁시장(CBP; Cost-Based Pool) 장기화에 따른 운영상의 효율성을 개선하고 기 개발된 시장운영시스템(MOS; Market Operation System)을 활용하여 급전체계를 개선하기 위해 준비중이다. 현행 급전체계에서는 거래 전일에 수행한 수요예측을 바탕으로 1시간 단위운영발전계획을 전일에 수립하고 EMS(Energy Management System)를 이용하여 발전기에 대한 경제부하배분(ED; Economic Dispatch)을 시행하고 있지만, 현 EMS는 시장체제 환경 전에 도입된 설비로 시장환경에 대한 고려가 되어 있지 않고 계통운영 보조서비스의 실시간 반영이 어려운 점이 있다. 전력거래소는 실시간 급전 운영을 위해 기존 EMS에 MOS를 연계하여 MOS의 5분 단위 수요예측량을 기반으로 송전망 제약과 예비력 요구량 등을 고려한 발전기별 경제부하 배분량 및 예비력 배분량을 결정하고, 추가적으로 EMS에서 수요예측 오차 및 주파수 보정량을 실시간으로 계산하여 발전기별로 배분하도록 함으로써, 1일 전 시행하던 급전계획을 취득 자료를 기반으로 5분 단위로 실시간 계산할 수 있도록 급전 체계를 개선할 계획이다. 이를 통해 실시간으로 에너지와 예비력을 동시에 최적화함으로 전력시장 및 전력계통 운영을 한층 선진화 할 수 있는 계기를 마련하였으며 또한 저비용 발전기 사용을 극대화함으로 발전비용의 절감에도 기여하는 효과를 기대할 수 있다. MOS-EMS간 자료연계에는 ICCP(Inter-Control Communication Protocol)와 FTP 프로토콜을 사용하였고, 수차례 모의운영을 통하여 데이터베이스 및 현장 취득 자료의 정확도(accuracy)가 양 시스템 간 연계 및 전력 계통의 안정적 운영에 매우 중요한 요소로 나타났다. 전력거래소는 장기적으로 CIM(Common Information Model)기반의 표준 전력계통 데이터베이스를 구축하고 시스템 간 자료 연계를 위해 XML을 활용하여 시스템 간 상호 운영성(Interoperability)과 자료 연계의 안정성을 높일 계획이다. 본 논문은 MOS-EMS 연계에 따른 시스템 간 자료의 흐름 및 처리에 대해 주로 설명하고자 한다.
태양광 발전 시스템의 해석적 모델링은 시스템의 동특성을 예측하거나 고장검출 및 진단 등과 같은 고급 공학 기술에 중요하게 적용할 수 있어 최근 많은 각광을 받고 있다. 본 논문은 대용량 학습 데이터를 갖는 태양광 발전 시스템에 대한 확률론적 모델링을 제시한다. 우선 태양광 일사량과 온도 입력 변수에 대한 태양광 시스템의 출력 전력과의 입출력 함수관계를 정의한다. 이 함수관계를 바탕으로 세 확률변수(일사량, 온도, 전력)에 대하여 조건부 확률 식으로 표현한다. 조건부 확률 분포 추정은 대용량 데이터 시스템에 적합한, 전체 표본 데이터 수 대비 관련 변수의 경우의 수에 대한 비율로 나타내었다. 추정한 확률분포를 통해 평균값 이론을 적용하여 시스템의 출력을 추정하게 된다. 본 논문에서 제안한 모델링 기법은 두 태양광 발전 단지의 사례 연구를 통해 성능을 검증하였다.
본 연구에서는 국내 전력공급을 양분하는 원자력발전시스템과 화력발전시스템사이에 대하여 LCA를 수행하여 환경영향을 비교 평가하였다. 연구범위로서 두 발전시스템의 건설, 운영, 해체 및 폐기처분단계를 포함하였으며, 환경영향은 Life Cycle Impact Assessment(LCIA) 방법론을 이용하여 단일 환경영향으로 $CO_2$ 배출량을 평가하고, 영향 범주를 확대하여 8대 지구 환경영향 및 방사능 영향을 포함한 환경영향에 대하여 평가를 수행하였다. 평가 결과, 원자력발전시스템이 화력발전시스템보다 $CO_2$ 배출량 평가에서는 10,000배, 8대 환경영향범주에 대한 평가에서는 90배, 방사능을 고려한 환경영향 평가결과에서는 40배의 환경적 우위를 나타내어 환경영향범주 확대와 방사능 포함여부에 따라 원자력발전의 친환경성이 크게 달라짐을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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