최근 생활수준의 향상과 정보통신산업의 급속한 발전으로 인하여, 정보통신 기기 및 정밀제어 기기의 보급증가로 전압품질에 관한 관심이 높아져가고 있다. 특히, 전압품질에 민감한 수용가(산업체, 공장, 상가, 정보산업관련빌딩 등)의 전기피해 보상 요구 등이 증가되고 있는 추세이다. 특히, 21세기는 정보화 사회가 본격적으로 진전되기 때문에 전압품질에 대한 일반수용가의 반응은 상당히 민감하다. 따라서, 정부의 대체에너지 개발사업의 성공적인 결과에 힘입어, 이제 바야흐로 대체에너지전원이 보급 및 확대가 이루어져야 할 현재의 시점에 있어서, 일정 수준의 전압품질을 유지하면서, 개발된 대체 에너지전원을 기존의 배전계통에 도입 보급해 나아갈 수 있는 기술의 개발은 상당히 중요하다고 할 수 있다. 분산형전원이 도입된 배전계통은 기존의 부하만이 존재하는 배전계통과는 달리, 부하와 전원이 혼재되어 운용되는 형태로 되기 때문에 분산전원의 연계에 따라 발생이 예상되는 문제점을 검토, 분석할 수 있는 분산전원 배전계통연계용 해석 프로그램이 요구되고 있다. 따라서 본 논문에서는 분산전원이 배전계통에 연계되어 운용되는 경우, 사고시에 발생할 수 있는 현상을 분석하는 해석 알고리즘을 제시하였다.
분산발전에 있어 인버터는 병렬운전을 하게 되며 계통연계시 전류제어로, 단독운전 시에는 전압제어를 통해 제어가 이뤄진다. 단독운전 시 각 인버터들 간 동일한 부하 분담이 필요하고 계통연계에서 단독운전 또는 그 반대로 모드 변환이 있을때 과도한 상태변화가 없어야 한다. 계통연계와 단독운전에서 지역부하에 위치에 따른 고려와 모드 변환 시 과도현상을 줄이기 위해 간접전류제어방식을 사용하였고 단독운전 시 동일 부하 분담을 위해 드룹제어를 사용하였다. 각 모드 변환에 있어 매끄러운 절환을 유지하기 위해 Seamless Transfer를 기반으로 제어전략을 수립하였다.
STATCOM은 계통에 무효 전력을 공급함으로써 모선 전압을 유지시키는 역할을 한다. 따라서 발전기들의 회전자 위상각과 같은 유효전력과 관련된 계통 변수들의 제어 능력은 없다. 그러나 여자기에 PSS와 같은 제어기를 설치하여 발전기 회전자 진동을 제어하는 것처럼 STATCOM에도 이러한 제어기를 설치함으로써 부가적인 효과를 얻을 수 있다.
중요부하를 갖는 에너지 저장 시스템에서는 계통이상 시에도 양방향 인버터가 독립운전으로 전환하여 지속적인 전력을 공급하여야 한다. 이때 기존의 제어 방식은 모드전환 시에 과도상태가 발생하여 부하의 전압과 주파수가 변동하기 때문에 이 중요부하에 심각한 영향을 줄 수 있다. 이러한 문제를 개선하기 위하여 모드전환 시 과도상태가 없는 간접전류제어 기법이 제안되었다. 그러나 이 방식은 항상 전압제어를 하기 때문에 기존 단독운전 검출방법으로는 검출이 불가능한 문제가 있다. 본 논문에서는 중요부하를 갖는 에너지 저장 시스템에서 계통이상이 발생하여 독립운전으로 전환 시 단독운전 검출이 가능한 간접전류제어 기반의 양방향 단독운전 방지 기법을 제안한다.
본 논문에서는 불평형 계통 전압환경에서 모듈형 멀티레벨 컨버터 기반의 고압 직류 송전시스템(MMC-HVDC, Modular Multilevel Converter - High Voltage Direct current)의 순환전류 제어를 위해 PI(Proportional Integral), PR(Proportional resonant), Deadbeat 제어를 적용하여 각 제어기 성능을 비교 검증 한다. 단상 지락 사고 (Single Line to Ground fault) 조건에서 순환 전류 제어 알고리즘을 검토하고, 발생되는 순환전류의 크기와 고조파 양상을 PSIM을 이용하여 시뮬레이션 검증을 하였다.
본 논문은 3상 계통 연계형 인버터의 seamless transfer 를 위한 비례공진 제어기를 활용한 간접 전류 제어 기반의 모드 절환 기법에 대해 다루고 있다. 분산 발전 기반의 인버터는 계통 연계 모드와 독립 운전 모드에서 각각 전류원과 전압원으로서 정의된다. 이런 이유로 계통 연계형 인버터는 두 모드 영역에서 고품질의 전력을 공급하기 위한 신뢰할 만한 제어기를 필요로 한다. 따라서 기존에 두 모드 모두에서 사용 가능한 PR 제어 기반의 간접 전류 제어기가 제안되었다. 하지만 추가적으로 분산 발전 기반의 인버터 전원 공급의 신뢰성은 각 모드의 절환시에도 마찬가지로 유지되어야 할 필요성을 가진다. 따라서 본 논문에서는 독립운전에서 계통 연계 모드로 절환 시 필요 되어지는 PLL 모드에서의 PR 제어 기반의 모드 절환 기법에 대하여 제안한다. 최종적으로 인버터의 정상상태뿐만 아니라 과도 상태에서 지역적 부하와 계통 모두에 신뢰할 만한 전력을 공급하기위해 제안된 PR 제어 기반의 모드절환방식은 PSIM 시뮬레이션을 통해 seamless transfer 를 구현할 수 있음이 입증되었다.
본 논문에서는 직렬주업변압기가 없는 새로운 UPFC의 시뮬레이션모형을 개발하고 그 특성을 분석한 내용에 대해 기술하고 있다 송전계통에 적용 가능한 UPFC의 새로운 토폴로지를 제안하고 상세모델을 통하여 계통의 전력조류제어 및 과도상태시의 동특성을 시뮬레이션 한다. 전력시스템의 과도상태 및 제어에 대한 시간영역 시뮬레이션 프로그램인 EMTDC (Electro-Magnetic Transients in DC system)를 사용하여 계통의 전력조류제어인 유효전력과 무효전력의 제어를 수행하고 병렬측의 모선단 입력전압의 크기를 제어한다. 시뮬레이션 결과를 통하여 UPFC 상세모델의 제어성능을 검증한다.
풍력발전은 풍력단지가 전력계통과 접속되는 모선의 전압을 유지 또는 제어하기 위한 충분한 무효전력을 공급할 수 있어야 한다. 하지만 풍력단지와 계통 접속점(POI - Point of Interconnection) 모선을 연결하는 선로의 무효전력 손실 때문에 풍력터빈의 무효전력공급은 접속점의 전압을 제어하기에는 불충분하다. 이 문제는 접속점에 STATCOM(Static Synchronous Compensator)과 같은 부수적인 무효전력 보상장치를 설치하여 해결할 수 있다. 본 논문에서 제시하는 STATCOM과 Switched-Shunt, 탭변환 변압기와 같은 기존의 무효전력 보상장치의 협조제어를 사용하면 더욱 효과적으로 접속점 모선의 전압을 제어할 수 있다. 본 논문에서 제시한 방법을 이용하여 초기부하에 대하여 임의의 부하 변동률을 가지는 모의 시스템에 적용한 결과 접속점 모선의 전압강하는 60%이상 개선되었고 부하 모선의 전압은 정격전압의 95%이상을 유지하였다.
아직 국내에는 대용량 분산전원의 계통연계에 대한 기술기준 및 체계적인 선로운영 기술기준이 미흡하다. 본 논문에서는 배전계통 모의시험장치 및 분산전원 모의실험 장치를 구성하고, 실시간 전압/전류 데이터를 수집/분석하기 위하여 LabVIEW 감시제어장치를 설치하여, 태양광정원의 정상상태에서의 전압특성을 분석하였다. 태양광전원의 출력변동(역 조류)에 의한 계통의 전압변동과 역률변동 특성에 대한 시험을 수행하여 계통연계시의 문제점을 분석하고, 대책방안을 제시하였다.
전 세계적으로 지구 온난화와 화석연료 고갈로 재생 에너지의 수요가 증가하고 있다. 풍력발전은 전체 재생 에너지의 20% 이상을 차지하며, 2020년 까지 792 GW가 설치될 것으로 전망하고 있다. DFIG(이중여자 유도 발전기)타입의 풍력 터빈은 전력변환장치의 용량이 작은 장점이 있지만, 고정자 권선이 계통과 연결되어 계통 저전압 발생 시 제어가 어렵다는 단점이 있다. 본 논문에서는 계통 저전압 발생 시 고정자 회로의 과도상태에 대해 정리하고, 과도상태를 개선하기 위한 회전자 전류 주입 방법 대해 제시하고 시뮬레이션을 통해 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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