계통의 외란 발생 시 분산 전원은 계통에서 분리되어야 한다. 이는 주로 주파수와 전압의 변동을 이용해서 수행된다. 그렇지만 인접선 고장 발생 시 주 연계선의 고장과 매우 유사한 전압이 나타나기 때문에 보호계전기는 오동작 할 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 인접선 고장 시 분산전원과 연계선 보호 계전기의 오동작에 대하여 분석하였다. 우선 전압 변동 시 분산 전원의 분리 시간에 대하여 검토하였다. 그 다음으로 EMTP를 이용하여, 계통 및 분산 전원으로 동기 발전기를 모델링하였다. 또한, 인접선 및 주 연계선에서 다양한 고장을 모의하여 보호 계전기의 오동작 여부에 대하여 분석하였다.
분산전원(Dispersed Generators)이 계통과 연계된 상태로 운전함에 따라 단방향의 전력 조류만을 고려하여 운영되던 기존의 배전 시스템에 여러 가지 새로운 영향을 미치게 되었다. 따라서 배전계통에 설치된 보호 장치들은 발전기 자체의 고장은 물론 계통 상황에 적절히 대처하여 운전할 수 있도록 고안되어져야 한다. 특히 DG가 연계되어 있는 배전선에서의 사고는 배전용 차단기의 동작으로 DG의 단독운전이 발생 할 수 있다. DG의 단독운전은 인명피해, 기기손상, 전력품질저하, 계통 복구의 어려움 둥 많은 문제가 있으므로 사고시 DG를 신속히 계통으로부터 분리해 주어야 한다. 그러나 DG가 연계된 배전선 이외(인접 배전선)의 고장에 대해서는 DG가 불필요하게 계통으로부터 분리되는 것을 예방하고 사고가 계통에서 제가 될 때까지 정상적으로 동작하게 하여야 한다. 따라서 DG 연계 배전선과 인접 배전선의 고장을 명확히 구분하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 DG 연계 배전선과 인접 배전선의 고장 구분을 위해서 Network 상의 IED(Intelligent Electronic Device)에서 제공되는 Data통하여 HMI내에서 DG 연계 배전선과 인접 배전선의 사고판단을 하고 결과를 각 계전기로 보내 동작유무를 결정한다.
한전의 분산전원 연계규정에 따르면 수전고객은 변압기 결선이 ${\triangle}-Yg$ 주로 사용되나 분산전원 연계선로는 변압기 결선이 $Yg-{\triangle}$ 형태로 연계되어 있다. 전원계통 고장시 ${\triangle}-Yg$ 결선 방식은 역조류가 발생되지 않으나, $Yg-{\triangle}$ 결선방식은 중성선을 통해 최대 2000[A]까지 역으로 고장전류를 공급한다[1]. 이때 보호계전기 오동작뿐만 아니라 연계용변압기, 케이블 등 설비보호를 위해서는 고장전류의 크기를 반드시 제한해야 된다. 본 논문은 연계용변압기에 의해서 공급되는 중성선의 과전류 현상을 해석하고, 이론적으로 해석된 결과를 PSCAD/EMTDC로 검증하였으며 고장전류의 크기를 저감하기 위해 NGR 저항 값을 조절하면서 고장전류의 크기를 시뮬레이션 하였다. 분산전원 연계선로에서 영상분 고장전류의 크기를 저감하는 방법으로 연계용 변압기($Yg-{\triangle}$) 1차 측에 중성선에 NGR(Neutral Grounding Reactor; 중성점 접지리액터)을 설치해야 하며 영상임피던스를 조절하는 방법을 제시하였다.
제주계통은 육지에 비해 상대적으로 작은 계통 규모(300$\sim$600MW)를 갖고 있지만, HVDC 연계선에 의한 의존도가 30$\sim$50%로 매우 높다. 또한, 계통에 비해 그 규모가 큰 100 MW 발전기 2대가 현재 새로 운영 중에 있는 등, 주파수 안정도 측면에서 많은 부분이 고려되어야한다. 2006년 4월 1일 제주도 정전 사고도 주파수 안정도 문제에 기인하고 있고, 이는 HVDC 연계선 탈락 시 독립된 계통으로서의 주파수 안정도 부분에 대한 연구가 필요함을 보여준다. 2006년 4월 1일 이후, 제주도의 전력 계통은 발전설비 증대와 예비력 확보, 부하차단 방식변화 등으로 안정적인 계통 운영을 위해 전반적인 변화를 주었다. 하지만, 지난 대규모 정전사고에서 알 수 있듯이, HVDC 연계선에 의한 의존도가 최대 50%로 높은 제주계통의 특성상, HVCD 연계선이 탈락된 이후, 독립계통으로서의 안정적인 운영을 위한 노력이 필요하다.
본 논문은 '해남-제주간 연계선로 중 지중에 매설된 육상 구간의 HVDC 전력케이블의 정확한 매설경과지 정보 획득'을 목적으로 '해저케이블 탐지 시스템'을 HVDC 전력케이블 육상구간에 적용하여 HVDC 시스템 연차점검 기간 중 #1, #2 연계선로 휴전기간을 이용하여 육상구간 4.2km 2회선 전 구간에 대하여 매설위치 탐지를 실시한 결과를 분석하였다.
전력계통망 및 수용가는 다양한 형태의 전력케이블 및 전력선이 연계된 분 배전망을 형성하고 있다. 특히, 이렇게 구성된 분 배전망은 하나의 전력계통으로서 연계된 전력망을 형성하고 있으며, 이를 전력선통신의 인프라로 활용할 수 있다. 최근 들어, 전력선통신 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 계통에 연계된 부하와 분기선로 그리고 매질의 특성에 따라 통신환경이 달라진다. 특히 전송 주파수에 따른 신호의 감쇠, 연계된 부하의 종류와 이들 부하로 인한 잡음원의 유입 및 전송신호의 왜곡 등이 주요한 채널환경 요소이다. 본 논문에서는 상기 나열한 한계점을 극복하기 위한 대안으로 전력선 및 케이블의 매질특성을 평가하고, 이에 따른 전송신호의 영향을 분석, 연계된 다양한 부하들의 변동에 따른 통신환경의 변화 영향 그리고 통신성능에 미치는 영향을 분석하였으며, 또한 전력 케이블 및 선로의 특성과 부하변동 특성을 반영하여 구내용 전력케이블 기반의 UWB(Ultra Wide Band) 통신용 채널 환경을 모델링하는 방안을 제안하고자 한다.
우리나라의 가장 큰 섬인 제주도는 육지계통과 연결된 직류연계선 및 제주도내 발전기를 이용하여 전력을 공급받고 있다. 정부와 우리 한전은 제주도의 지속적인 전력수요 증가에 능동적으로 대처하고 안정적 전력공급을 위해 2011년 제주 추가 직류연계선과 2013년 LNG 발전소 건설을 제3차 전력수급기본계획에 반영 추진중이다. 이 논문은 제주 추가 직류연계선 및 LNG 발전소 건설 타당성, 사업여건의 변동에 따라 제주도의 전력공급신뢰도와 발전원 MIX 전망을 검토하였다.
배전계통의 전압관리는 전력의 조류가 단방향으로 흐르나 이에 분산전원이 도입되면 전력조류가 양방향으로 흐르게 된다. 즉 역조류를 발생하는 분산전원이 연계되는 경우, 유효전력의 방향과 무효전력을 적정하게 반영해서 전압강하뿐만 아니라 전압상승의 문제도 일어난다. 또 기존의 배전계통에서는 부하의 변동에 의한 배전선의 전류변화시 전압의 변동이 변전소 인출부부터 배전선말단까지 단조감소되나 분산전원의 도입시 연계지점의 전압이 높아져 배전선로 상의 전압분포는 단조 감소의 형태만으로 되지 않는다. 본 논문에서는 PSCAD/EMTDC의 시뮬레이션을 이용하여 배전계통의 말단에 분산전원의 형태인 동기발전기와 유도발전기를 각각 연계하였을 때 나타나는 전압분포에 대해 알아보고, 전기사업법에서 정한 정적범위가 유지되는지의 유무를 평가하였다. 본 논문의 결과는 분산전원 시스템의 계통 연계 표준 가이드라인에 유용한 자료라 되리라 믿는다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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