분산형전원 (Dispersed Storage and Generation System)이란 원자력이나 대용량 화력 등과 같은 집중적이고 대용량이 아닌 소용량의 전력저장시스템이나 발전시스템을 일컫는 말로서 소수력, 태양광, 바이오, 풍력 등의 대체에너지 전원, 소용량의 열병합발전시스템, 전기 등을 이용한 전력 저장시스템이 그 예라 하겠다. 이러한 분산형전원은 그 단어 뜻대로 대규모 전력계통에 비하여 분산되어 있기 때문에 관리가 어렵고 전력계통에 연계될 경우 여러가지 문제를 야기시키게 된다. 이러한 문제중 가장 큰 것은 계통의 전압변동의 요인이 되는 것이고 보호협조 문제 또한 무시할 수 없는 것이다. 더우기 보안상 단독운전이 될 경우를 방지하여야 하고 고조파문제, 계통단락용량 증대문제 등도 염려가 되는 문제이다.
전력계통의 대규모화와 복잡화추세는 양질의 전기를 값싸게 또한 안전하게 수용가에게 공급하여야 한다는 새로운 과제를 우리에게 던져준다. 지금까지는 그런대로 오랜 실무경험을 가진 우수한 계통운용 요원에 힘입어 게통이 운용되고 있으며 연차적 전력개발사업의 가속화 추세를 감안하면, 앞으로는 현재와 같은 계통운용 방식으로서는 아무리 유능한 운용 요원이 확보된다 하더라도 효과적인 게통운용을 기할 수 없는 시점에 이른 것으로 추정된다. 한전에서도 이와 같은 계통운용에 따른 현상과 앞으로의 효과적인 대책을 예의검토하고 있는 것으로 알려지고 있으나 필자는 이 기회에 전력계통운용의 신기법으로서 널리 인정되고 있는 전력계통운용의 자동화 내용을 해외문헌 수종을 토대로 하여 소개드린 다음, 이 기법을 우리나라에 도입, 적용하는데 있어서 우리의 수용태세에 관련된 필자의 소견을 말씀드리고저 한다.
대규모 전력계통인 한국전력과 154kV 송전선로로 연계되는 석유화학공장 전력계통에 작은 용량의 자가발전기가 병렬운전 되는 경우이다. 전기사고로 한국 전력과의 연계 송전선로가 개방되어 석유화학공장 전력계통이 단독으로 분리되면 발전이 수요에 크게 못 미치게 되어 급격한 주파수 저하 및 과도한 전압강하가 나타나고 이로 인하여 발전기가 정지되어 공장 전체가 정전에 이르게 되는 사고 가능성이 있다. 본 논문은 이와 같은 대규모 전력계통과의 연계선로 개방으로 나타나는 과부하 상태에서 주파수 안정화 및 전압강하에 대처할 수 있는 부하차단 또는 계통 분리로 수급 불균형을 해소하고, 단시간 전압강하 상태에서도 효과적으로 전력계통 안정화가 지속될 수 있는 방안 등을 전력계통 동특성 해석도구를 이용하여 모의하고 이를 실제 전력계통에 적용코자하는 사례 연구이다.
발전플랜트의 입지조건과 경제성을 고려하여 원자력 및 화력발전소의 단위 설비용량이 커지면서 개개 발전소가 전력계통에 미치는 영향이 지대해지고 있다. 따라서 발전제어의 신뢰성 확보, 운전조작의 간편화와 송전의 장거리화로 전력계통의 안정성 향상 및 전압과 주파수의 일정한 유지가 중요한 문제로 대두되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 터빈제어, 보일러 제어 및 발전기제어 등으로 분리 제어되어 온 발전제어 계통을 통합하고 Digital화하여 발전계통과 송.배전계통을 연계, 제어해야 전기의 품질을 향상시킬 수 있을 것이다. 따라서 현재 전력계통에 보급되고 있는 원방집중 제어방식에 의한 전력계통의 조류 및 전압의 감시, 각 발전소의 운전상황, 송.배전선로의 상태등 모든 변수들은 취합, 전력계통의 상황에 따라 각 발전기의 출력 및 무효전력의 적장분배, 전압과 주파수 조정, 및 조상설비등 제어하는 전력계통 통합시스템이 적용되어야 할 것으로 본다.
현재 신재생에너지 발전원은 계속 증가되고 있으며, 발전기의 용량 또한 점점 증가하고 있다. 늘어나는 신재생에너지 발전원에 의해 계통 연계의 중요성이 증대되고 있고 아울러 계통에서 발생할 수 있는 여러 가지 사고로 인한 발전기의 PCS의 고장에 대한 문제 또한 중요해지고 있다. 본 논문에서는 신재생발전원의 용량이 증가함에 따라서 각 스위치의 전기적 스트레스를 줄일 수 있는 3-level NPC 타입의 컨버터회로를 기반으로 이중 전류 제어기를 이용하였고, 계통 사고시에도 강인한 위상 추종 특성을 가지는 DDSRF(Decoupled Double Synchronous Reference Frame 이하 DDSRF)방식의 PPL을 채택하여 시뮬레이션을 진행하였다. 현재 계통의 사고에 의한 사고전압은 ABC 분류에 의해서 크게 A~G 타입으로 나타내고 있다. 본 논문에서는 각 타입별 사고전압의 불평형 지수(Imbalance Factor, 이하 IF)에 따른 중성점 전류의 고조파 성분을 분석하여 도식화 하고자 한다. 이는 계통사고 발생 시 계통연계형 컨버터의 제어 및 계통탈락 여부에 활용 할 수 있을 것으로 예상된다.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.24
no.6
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pp.177-182
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2010
As the technology is developing, the power system is also developing. Nowaday the power system operation has been complicated because of new technology development, new electric equipments and new operation method of the power system. As the electric equipments performance developing, the fault ratio of power system has been decreased. Therefore, new operation method is needed. More complicated the power system operation method, we need more the power system simulator to train and educate the novice power system operators. In this paper, we made real-time power system simulator using LabVIEW through the TCP/IP communication. With this simulator the instructor can simulate the trainee within various unpredicted cases that real power system could happen.
학문과 산업의 발전에 따라 전기공학의 전문연구분야가 활성적으로 연구되고 학술활동도 활발하게 진행됨에 따라 전문분과별 연구활동이 필요하게 되었으며, 효율적인 전기 에너지의 발생과 전송, 운용에 관한 전력기술의 발전과 이용보급을 위한 전력계통 연구회는 1975년 11월 1일 대전공업전문학교에서 창립되어 꾸준히 발전되어 왔다. 전력수송과 운요에 관련된 전력계통의 운용과 해석, 신전기에너지의 발생, 전송, 합리적인 이용, 대체에너지 등에 대한 연구활동을 하는 회원들로 구성된 연구회이며, 전력의 효율적이고 안정된 공급에 관련된 학문과 기술의 발달, 회원의 적극적인 연구참여로 산업의 근대화와 국민생활의 고도화에 기간을 이루는 전력계통의 발전에 크게 기여하는 성과를 거두었으며, 적극적인 연구와 학술활동을 하고 있다.
전력계통의 대형화된 규모와 복잡 고도화된 운영에 따라 전력계통이 높은 신뢰도를 유지할 수 있도록 계획 및 운용될 것이 요구되어, 안정도는 높은 신뢰도를 유지하면서 지속적인 공급을 하기 위한 필수 여건이다. 특히 과도 안정도는 계통운용 면에서 중요한 요소로 계통운전 정보를 실시간으로 계측하여 실 계통 과도안정도 평가를 통한 계통제어로 계통의 안정운영을 기대를 하게 된다.
본 기술보고에서는 전술한 분산형전원의 배전계통연계와 관련하여, 분산형전원의 개발, 도입에 대한 필요성, 배전계통연계, 보급에 따른 제문제, 국내외 보급지원정책의 현황을 살펴보고, 이의 원할한 배전계통에의 도입.보급을 위한 국내의 전략과 해결과제를 분석해본다. 끝으로, 기존의 배전계통에 상기의 분산형전원이 다수 분산적으로 도이된 차세대의 배전계통에 있어서 요구되는 기능과 그 기능에 부합되는 계통구성.운용 방안 및 연구개발분야 등에 대해 기술하기로 한다.
제주의 전력계통은 HVDC로 육지계통과 연계되어 있으며 3곳의 풍력발전단지가 연계되어 있다. 향후 대규모의 풍력발전이 연계된 상황에서 HVDC Overhaul을 시행하거나 어떤 사고로 HVDC가 끊어진다면 제주계통을 정상적으로 유지하는 것이 어려울 수도 있다. 이에 본 본문은 Overhaul 기간에 한경풍력 2단계가 제주계통의 전력품질에 어떤 영향을 미치는지 분석하였다. Overhaul 기간에는 제주계통의 주파수가 매우 불안정하여 풍력발전량의 급격한 변동에 의하여 제주계통 전체의 주파수가 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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