The importance of DC breakers as key protection equipment is increasing in accordance with growing concerns on MVDC distribution network systems without DC/AC conversion. Different from the situation in AC systems, no natural zero-crossing point exists in DC systems. Thus, DC breaker technology is more difficult than AC breaker technology. The solutions for DC breakers can be divided into three types: mechanical, power electronics, and hybrid. In this study, the operating principles of several topologies of hybrid circuit breakers and that of the proposed DC breaker are analyzed and simulated by sorting two types. The breakers are compared in terms of the type and number of semiconductors, volume, power loss, auxiliary components, isolation, and other aspects. The advantages and disadvantages of the breakers are also analyzed.
The AC/DC converter, which connects the AC grid to the DC grid in the microgrid, is a critical component in power sharing and stable operation. Sometimes the AC/DC converters are connected in parallel to increase the transmission and reception capacity. When connected in parallel, circulating current is generated due to line impedance difference or sensor error. As a result of circulating current, there is deterioration and loss in particular PCS(Power Conversion System). In this paper, we propose droop control with novel adaptive virtual impedance for reducing circulating current. Feasibility of proposed algorithm is verified by PowerSIM simulation.
디지털변전소는 전력망 지능화를 위해 감시, 계측, 제어·보호, 운전 등 변전소를 구성하는 전력설비 기능과 통신방식을 국제표준인 IEC61850 기반으로 디지털화한 변전소를 말한다. 지능화된 운영시스템을 기반으로 효율적인 전력설비의 감시제어가 가능하며, 사고 발생 시 자동 복구 기능과 원격제어가 가능해 신속한 전력 장애 복구가 가능하다. 디지털 기술의 발달과 친환경 신재생에너지 및 전기차의 도입이 확대 되면서 직류 배전시스템의 보급이 확대될 전망이다. MVDC는 기존 송전계통에 적용되는 HVDC와 수용가에서의 LVDC 사이의 전압 레벨 및 전송용량을 갖는 직류 선로를 활용한 시스템이다. 대부분의 전력설비들이 교류 중심인 기존변전소의 기존 선로를 직류 선로로 변환하면 송전 손실 감소 및 더 큰 전류 용량이 확보된다. 디지털변전소의 프로세스 버스는 베이 레벨과 프로세스 레벨의 설치된 장치 간을 연결하는 이더넷스위치 등의 통신장비로 구성된 통신네트워크이다. 기존 디지털변전소에 MVDC 연계를 위해 프로세스 레벨을 교류부와 직류부로 나누어 두 개의 버스로 구성을 하였고 감시, 제어만 아니라 진단 IED와 연계되어 종합적으로 관리할 수 있는 시스템을 제안하였다.
This paper proposes a quasi Z-source AC-AC converter with the low DC voltage distribution capability operating as a power electronic transformer. The proposed system has configuration that the input terminals of two quasi Z-source AC-AC converters are connected in parallel, also their output terminal are connected in series. Simple control method of duty ratio was proposed for the in phase buck-boost AC voltage mode and the DC output voltage control. DSP based experiment and PSIM simulation were performed. As a result, the PSIM simulation results were same with the measured results. By controlling the duty ratio under the condition of 100 [${\Omega}$] load, quasi Z-source AC-AC converter could buck and boost the AC output voltage in phase with the AC input voltage, and the same time, the constant DC voltage could be output without affecting the AC output characteristics. And, the DC output voltage 48[V] was constantly controlled in dynamic state in case while the load is suddenly changed ($50[\Omega]{\rightarrow}100[\Omega]$). From the above result, we could know that the quasi Z-source AC-AC converter can act as a power electronic transformer with a low DC voltage distribution capability.
This paper describes the operational analysis results of the bipolar DC distribution system coupled with the distributed generators. The energy management for AC/DC power trade and the operational principle of distributed generators and energy storages were first analyzed by computer simulation with PSCAD/EMTDC software. After then a hardware simulator for the bipolar DC distribution system was built, which is composed of the grid-tied three-level inverter, battery storage, super-capacitor storage, and the voltage balancer. Various experiments with the hardware simulator were carried out to verify the operation of bipolar DC distribution system. The developed simulator has an upper-level controller which operates in connection with the controllers for each distributed generator and the battery energy storage based on CAN communication. The developed hardware simulator are possible to use in designing the bipolar DC distribution system and analyzing its performance experimentally.
Recently, DC distribution system has come into the spotlight as the number of digital loads and the use of renewable energy increases. However, there are still challenges for the commercialization of DC distribution system such as a consideration for the safety. Thus, researches on protective coordination and grounding system for the safety of human bodies and facilities in Low-Voltage DC (LVDC) distribution system should be preferentially conducted. In this paper, therefore, we analyze characteristics of faults in LVDC system accroding to type of grounding system based on IEC 60364. Finally, the simulations for fault characteristic in different grounding scheme are conducted using ElectroMagnetic Transient Program(EMTP) and the results of simulation are shown.
In recent years, the proliferation of DER (distributed energy resources) is progressing rapidly. In particular, research on LVDC distribution grid with various advantages has begun. In order to commercialize this LVDC grid, direct current protection method should be established by analysis of DC faults. Recently, the development of HSCB (high-speed circuit breaker) for new ${\pm}750[V]$ LVDC grid has been researched. This paper deals with the calculation of the maximum short-circuit fault current of the HSCB as a part of the development of HSCB for the LVDC distribution grid. First, modeling using PSCAD was carried out for PV array with BESS on the Gochang Power Test Center system. Next, to calculate the rated capacity of HSCB, fault currents were calculated and the characteristics were analyzed through fault simulations. Thus, this study results can help to establish short-circuit capacity calculation of HSCB and protection plan for DC protection relay system.
The micro-grid designed as bipolar ${\pm}750V$ low-voltage DC power distribution system demonstrated by KEPRI, demands interconnection of a number of small decentralized power source including variable renewable generator. Therefore, variable researches for the influence of interconnection with the bipolar typed DC grid and these variable power sources are required for superior quality of power distribution. Renewable power generation simulators for the bipolar ${\pm}750V$ low-voltage DC power distribution system are necessary for such researches. In this paper, we carry out a research on the photovoltaic simulator that be actually able to interconnect with a bipolar ${\pm}750V$ low-voltage micro-grid. Simulator for this research is not only able to simulate photovoltaic generation according to weather informations and PV modules characteristics, but also contribute to stabilization of bipolar ${\pm}750V$ low-voltage of the system. Therefore, the simulator was designed to develop a system that can situationally respond to variable control algorithms such as the MPPT control, droop control, EMS power control, etc.
DC-based power system is paid attention as interests in energy efficiency and power quality are increased. However, standardization and researches for commercializing Low Voltage DC(LVDC) distribution system are still insufficient. Protection system, which is closely related with reliability, power quality, safety, and life expectancy of components in power system, is also included. This paper therefore analyzes fault response characteristics in LVDC distribution system as a preliminary study on protection schemes. A stepwise analysis on fault current from both AC/DC converter and DC/DC converter is performed and related expressions are derived. And then, modeling and simulation with various conditions are conducted by using ElectroMagnetic Transients Program (EMTP) to verify analysis results. Based on research results in the paper, direction for development of protection schemes for LVDC distribution system is suggested.
This paper presents the three-port DC-DC converter modeling and controller design procedure, which is part of the solid-state transformer (SST) to interface medium voltage AC grid to bipolar DC distribution network. Due to the high primary side DC link voltage, the proposed converter employs the three-level neutral point clamped (NPC) topology at the primary side and 2-two level half bridge circuits for each DC distribution network. For the proposed converter particular structure, this paper conducts modeling the three winding transformer and the power transfer between each port. A decoupling method is adopted to simplify the power transfer model. The voltage controller design procedure is presented. In addition, the output current sharing controller is employed for current balancing between the parallel-connected secondary output ports. The proposed circuit and controller performance are verified by experimental results using a 30 kW prototype SST system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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