풍력발전기의 대용량화와 전력변환장치를 이용한 출력 안정화로 인하여 그리드 코드에서는 상정 사고 시 풍력발전기를 탈락시키지 않고 전압제어에 참여하도록 요구하고 있다. 풍력발전단지의 전압제어참여는 크게 단지 레벨과 발전기 레벨로 나누어지며, 개별풍력발전기가 단지 급 제어기로부터 무효전력 지령신호를 받아 필요량을 출력하는 구조이다. 따라서 풍력발전단지와 기존발전기 및 FACTS 설비와의 협조제어 알고리즘 연구에 앞서 개별풍력발전기의 전압제어특성에 대한 선행연구가 필요하다. 풍력발전기는 상정사고 시 전압강하가 크게 발생하는 경우 전압제어 Slope 특성을 이용하여 무효전력출력량을 산정하여 제어하도록 구성되어있다. 본 논문에서는 서로 다른 무효전력 출력 전압제어 Slope를 갖는 영구 자석형 풍력발전기의 출력특성에 대하여 모의하였으며, 해외 독일 Grid Code인 E.ON 및 SDLWindV에서 제안하는 전압데드밴드 변경 및 K_slope 변경을 통해 풍력발전기가 전압제어에 효과적으로 참여하여 전압강하가 개선됨을 증명하였다.
풍력발전 설비의 발전기로는 구조가 간단하고 견실한 유도형 발전기가 일반적으로 사용되고 있다. 풍력발전은 계통 연계시에 정격전류의 7~8배의 돌입전류가 흘러 발전저하를 무시하기 어렵다. 따라서, 돌입전류 억제 및 대책의 검토가 필요하다. 본 연구는 MATLAB/SIMULINK를 통해 유도기형 풍력발전기를 모델링 및 시뮬레이션하고, 유도기형 풍력발전기 계통연계시 발생하는 돌입전류를 저감하는 방법에 대해 살펴보았다.
전력계통의 전원설비 방식은 대규모 집중전원방식과 소규모 분산전원방식으로 크게 분류할 수 있으나 지금까지의 우리나라의 전원방식은 대규모집중방식 위주로 전원계획을 수립하여 왔다. 그러나 최근에 신에너지 전원설비인 태양광, 연료전지 및 풍력발전 등의 환경 친화적인 전원방식이 급증하고 있는 추세이고 국가적으로도 이러한 전원설비를 장려하고 있다. 그러나 이러한 신에너지 전원방식은 독자적으로 모든 부하를 충당할 수 없으며 고장시 전원공급에 차질이 발생할 우려가 있어 전력계통과의 연계가 필수적이다. 따라서 본 논문에서는 이러한 여러 형태의 신에너지 전원설비 중 풍력발전시스템을 저압 및 특별고압계통에 연계하는 경우에 발생하는 보호문제에 대해서 시뮬레이션과 분석을 통해 각종 사고에 대한 보호방식과 협조방안에 대한 방안을 제시하였다.
최근 풍력사업의 발전은 제주도의 풍부한 바람을 이용하고자하는 풍력사업자들에게는 새로운 기회로 다가오고 있다. 하지만 이미 계통조건을 고려한 풍력한계용량이 산정되어 많은 풍력사업자들에게 기회를 제공해주지 못하고 있다. 본 논문은 계통의 안정성을 해지치 않으면서 풍력설비용량의 한계를 증가 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위함이다.
풍력발전기는 2000년대 초반에 발전기 회전자 직경이 80m에 이르는 2MW급 풍력발전기들이 여러 회사에서 개발되면서 경제성 및 신뢰성도 향상되어 비약적인 발전을 이루게 되었다. 풍력발전시장의 신규발주와 설치장소가 한계점에 이르게 됨으로써 경제성이 뛰어난 대형 풍력발전기의 필요성이 대두되고 있다. 이와 같이 풍력발전기의 대형화 추세는 대형화를 통해 에너지 효율의 증대뿐만 아니라 단위 용량 당 건설비 및 설비비 절감이 가능하기 때문에 풍력발전기 대형화를 위한 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 하지만 현재 풍력발전기에 사용되는 기계적 기어박스는 윤활유 주입 및 보수 점검의 문제점이나 소음, 진동, 마찰에 의한 열 발생 등의 문제점들을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 기계적 기어박스를 마그네틱 기어를 이용하여 구성하고자 한다. 따라서 본 논문에서는 마그네틱 기어를 이용하여 10MW급 풍력발전기의 기어박스를 설계하고 그 가능성을 검토하고자 한다.
재생에너지 출력제한은 송전용량과 전력계통 안정성 부족을 포함하여 다양한 원인이 있다. 제주도 지역에서는 태양광 및 풍력 발전설비의 증가로 이미 전력수요에 비해 공급이 많아지는 사례가 자주 발생하고 있으며, 이에 따라 풍력발전의 출력제한 횟수가 증가하고 있다. 본 연구에서는 제주도 전력공급의 핵심 역할을 담당하고 있는 HVDC(고전압 직류)와 BESS(배터리 에너지 저장장치) 설비를 활용하여 재생에너지의 효과적인 수용과 전력계통의 안정적 운영 방향을 찾는 것이다. 그리고 이 논문에서는 각 설비들의 실질적인 운전방안을 제시하고 향후 태양광 및 풍력 발전설비의 확대에 따른 육지 전력계통의 운영 방향을 제안한다.
기후변화와 저탄소녹색성장으로 풍력, 태양광 등 신재생에너지 산업에 대한 관심과 투자가 비약적으로 확대되고 있다. 아직까지 우리나라에서의 신재생에너지의 대부분은 풍력과, 태양광에너지 쪽에 집중이 되어 있지만, 해외에서는 해상풍력, 파력, 조력 등 해상에서의 신재생에너지의 성장이 크게 이루어지고 있다. 특히 최근 들어서는 육상 풍력의 문제점이 제기되고, 우리나라는 3 면이 바다로 이루어져 있기 때문에 해상에서의 신재생에너지 산업의 발전 가능성은 매우 크다고 할 수 있다. 이러한 해상 신재생에너지 산업의 발전의 토대가 되는 해상기상 정보의 통계 DB 구축으로 향후 발전설비 도입을 위한 근간 정보를 제공하고자 한다.
본 논문은 한국전력공사의 상용 계통 전원을 공급 받기 어려운 도서지역에 신재생 에너지를 활용한 전력 공급 발전 설비 구축을 위한 운전제어 알고리즘 제안하였다. 구성된 독립형 발전 시스템 설비는 풍력 발전설비, 태양광 발전설비, 비상용 디젤 발전설비, 전력저장용 배터리, 배터리 충전장치와 이러한 구성 요소들을 통합 제어 감시를 하기 위한 EMS(Energy Management System)로 구성되었다. 본 논문에서는 이러한 각각의 발전 설비에 대한 제어 운용 알고리즘을 제안하고, 이를 실증단지에서 적용함으로서 제안된 운용알고리즘의 적합성을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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