기존의 수지상 배전계통은 사고 등에 대한 설비보호 및 전력공급 신뢰도 향상을 위하여 과전류보호협조방식을 채택하고 있다. 국내 배전계통의 경우, 그 보호방식 협조체계는 배전용변전소 동일 변압기 동일 모선에서 다수의 배전선이 각각 CB(변전소 차단기)를 통하여 인출되어 각 배전선로 이하에서 사고발생시 고장전류를 검출하여 해당 CB를 차단하도록 되어있다. 그러나, 이와 같은 보호방식을 채용하고 있는 배전계통에 분산전원이 도입될 경우 변전소 인출차단기의 차단용량은 영향을 받게 되므로 충분한 검토가 필요하다. 본 논문에서는 분산전원 도입시, 국내 배전용 변전소의 인출차단기에 대한 차단용량을 초과하지 않는 보호협조방법을 제시하고, 이를 PSCAD-EMTDC 계통해석 S/W Tool에 의하여 모의하여 검증하였다.
계통연계형 태양광발전시스템을 PWM 쵸퍼와 전류형 인버터로 구성하였다. 전류형 인버터의 직류리액터를 경감하는 방법으로, 직류측에 병렬공진회로를 삽입함에 따라 맥동전력의 일부를 교류 전해콘덴서에 축적하여 직류전류의 맥동을 억제하는 방법과, 쵸퍼의 변조파를 전원주파수의 2배로 제어하여 직류전류의 맥동을 억제하는 것을 비교 검토하였다. 그리고 태양전지전류와 쵸퍼의 변조율만을 이용하여 태양전지가 항상 최대출력점에서 동작하도록 하였다. 계통과 연계함으로서 출력전력이 부하전력보다 큰 경우에는 잉영전력을 계통전원에 공급하고, 발전전력 부하전력에 대해 부족한 경우에는 계통전원이 부족분을 공급하는 것을 확인하였다.
전력계통 및 전원계획분야는 양질의 전력에너지를 발생원으로부터 수용처까지 경제적으로 안정공급하기 위한 이론과 기술을 연구, 개발함을 목적으로 한다. 그리고 그내용으로서는 전기에너지시스템의 구성요소인 전력계통의 해석, 시뮬레이션, 설계, 제어, 운용, 예측, 계획등의 공학적 및 기술적 문제를 다루게 될 것이다.
태양광, 풍력 등의 신재생에너지전원이 배전계통에 연계되는 경우가 증가함에 따라 사고 발생 시 계통을 안정적으로 보호하기 위한 보호협조 시스템의 개발이 필요하게 되었다. 따라서 본 논문에서는 보호협조 및 선로의 안정화에 크게 기여할 수 있는 양방향 보호협조 평가시스템을 제작하여, 분산전원이 연계된 다양한 모의계통을 시뮬레이션하여 제안한 알고리즘의 정확성을 분석하고 그 유용성을 확인하였다.
본 논문에서는 태양광, 풍력 등의 신에너지전원이 배전계통에 연계되어 운용되는 경우, 수용가의 전압이 규정전압 이내로 유지되는가를 평가할 수 있는 배전용변전소의 전압조정장치인 ULTC(Under Load Tap Changer)의 시뮬레이터를 제작하였다. 즉, 부하변동에 따라 전압조정장치의 동작을 모의할 수 있는 시뮬레이터를 이용하여, 신에너지 전원의 운용이 배전계통에 끼치는 영향을 평가하고 최적운용 방안을 제시하였다.
이 논문은 MW-MVAr mile 법에 의한 요금제를 배전계통에 대하여 적용하며, 배전손실에 의한 비용과의 비교를 목표로 하였다. 특히 분산전원이 배전계통에 투입되는 경우에 있어서 투입되는 부하점에 따라 배전 손실 내지 배전요금이 변할 수 있음을 확인하였고, 배전손실이 최소가 되는 지점과 배전요금이 최저가 되는 지점이 반드시 일치하지는 않음을 알 수 있었다. 8모선의 배전계통에서 시뮬레이션이 이루어졌으며, 각 배전선로 별로 임피던스, 길이, 용량, 연간 필요 수입액등을 정하였다. 논의의 간소화를 위하여 분산전원은 상시 정격 출력하는 것으로 가정하였다.
본 연구에서는 고분자전해질연료전지(PEFC)를 이용하여 보조전 원용으로 사용할 수 있는 계통연계 연료전지 시스템을 개발하였다. 또한 본 연구에서 DSP(Digital Signal Processor)를 이용한 계통연계형 전력변환장치(PCS, Power Conditioning System)와 시스템 제어기의 개발도 병행하여 수행되었다. 개발된 1kW급 보조전원용 연료전지 시스템은 다양한 조건에서의 스택 성능 실험 및 BOP 연계 시험을 통해 최적의 운전점을 도출할 수 있었으며, PID(Proportional, Integral, Differential) 운전제어 방식을 통하여 시스템의 안정적인 운전 특성을 확보하였다. 향후 본 시스템은 계통연계용은 물론 독립전원용으로도 사용이 가능할 수 있도록 전력변환장치를 설계하여 적용할 예정이다.
분산전원의 보급이 증가함에 따라 계통에 연계되어 운전하는 분산전원들은 지역의 전력품질을 유지하는 역할이 요구될 것으로 예상되기 때문에 계통에 유효전력과 무효전력을 적절하게 공급할 수 있는 역률제어형 인버터에 대한 역할이 증가할 것으로 예상된다. 이에 따라 역률제어형 인버터를 설계하고 계통과 연계되어 운전될 때, 출력단에 연결되는 필터에 대해 고찰할 것이다. 제안하는 인버터의 알고리즘과 출력필터의 영향을 검증하기 위해 PSCAD/EMTDC 시뮬레이션 툴을 사용하였다.
본 논문에서는 정해진 형태의 정보를 입력하면 태양광, 풍력 등의 분산형전원의 도입 및 운용에 대한 각종 정보를 상세하고 전문적(설계나 감리, 운용자 등)인 측면에서 제공받을 수 있는 시스템의 알고리즘을 개발하고자 한다. 구체적으로는 분산형전원의 계통연계 시에 발생할 수 있는 정상, 비정상(사고), 전력품질에 대한 9개의 항목으로 전력용량, 전기방식, 역률, 뱅크 역조류, 상시전압변동, 순시전압변동, 플리커, 단락용량, 연계가능용량 등이며, 분산형전원의 배전계통에의 연계 적합 여부를 종합적으로 판단하는 시스템이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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