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사회가 급격하게 발전함에 따라 환경적으로나 경제적으로나 에너지에 관한 여러 가지 문제들이 대두되고 있다. 신재생 에너지는 탄소 감축의 가장 효과적이고 근본적인 방법이라고 할 수 있으며 그 중 풍력발전은 가장 기술적 성숙도가 높고 현실적인 경제성을 가지고 있는 에너지원으로 주목받고 있다. 그러나 신재생 에너지는 기후에 따라 시시각각으로 변하는 불안정한 에너지이기 때문에 안정된 에너지로 활용하기 위해서는 설치환경에 적합한 시스템의 선정과 효율적 운전 방안이 근본적으로 필요하다. 이에 대한 대안으로 신재생에너지의 안정적인 전력공급을 위해 일반적으로 ...

사회가 급격하게 발전함에 따라 환경적으로나 경제적으로나 에너지에 관한 여러 가지 문제들이 대두되고 있다. 신재생 에너지는 탄소 감축의 가장 효과적이고 근본적인 방법이라고 할 수 있으며 그 중 풍력발전은 가장 기술적 성숙도가 높고 현실적인 경제성을 가지고 있는 에너지원으로 주목받고 있다. 그러나 신재생 에너지는 기후에 따라 시시각각으로 변하는 불안정한 에너지이기 때문에 안정된 에너지로 활용하기 위해서는 설치환경에 적합한 시스템의 선정과 효율적 운전 방안이 근본적으로 필요하다. 이에 대한 대안으로 신재생에너지의 안정적인 전력공급을 위해 일반적으로 하이브리드 발전 시스템 방식을 채용하고 있다. 실제 계통에 적용되고 있는 전력시스템은 대부분 대형 발전시스템이며 디젤-풍력 하이브리드 발전시스템은 규모가 작은 소형 발전시스템에 속한다. 대형 전력시스템의 경우 계통의 안정도 해석과 운용 방안을 모색하고 부하예측이나 상정사고 모의를 위해 각 구성요소에 대한 모델 개발이 필수적이며 이에 대한 연구와 개발이 꾸준히 진행되어 왔다. 또한 대형 전력시스템에서 운용되고 있는 대형 발전기의 모델이나 여자시스템을 비롯한 다양한 제어기의 모델, 그리고 네트워크 모델들은 오랜 시간 현장 적용과 실증을 통하여 그 정확성과 타당성이 충분히 검증되었다. 그러나 소형 전력시스템에 대한 모델은 거의 개발되어 있지 않는 실정이다. 그 이유는 일반적으로 디젤발전기는 비상용으로 이용되고 있어서 모델 개발의 실효성이 떨어진다는 점과 소형 풍력발전기보다는 대형 풍력발전기가 경제성 측면에서 훨씬 유리하기 때문에 실제 현장에 설치되는 풍력발전기의 대부분이 대형이어서 소형 풍력발전시스템에 대한 모델 개발의 효용성이 떨어진다는 점 때문으로 분석된다. 그러나 기후변화와 환경문제가 부각되고 신재생에너지에 대한 관심이 높아짐에 따라 비상전원으로만 사용되던 디젤발전시스템과 소형 풍력발전도 하이브리드 방식의 발전시스템 형태로 구성하여 주 전원으로 사용하게 되었으며 신재생에너지 발전단지를 조성하여 계통에 연계하는 사례도 생기게 되었다. 따라서 신재생에너지 발전시스템의 계통연계에 따른 영향평가 분석 및 상정사고 모의와 독립전원 계통의 운용 및 계획을 위해 디젤발전기와 풍력발전기도 이에 대한 모델이 필요하게 되었다. 그러므로 디젤-풍력 하이브리드 발전시스템의 모델링은 각종 제어기 설계, 계통의 최적운전 그리고 안정운전 및 소규모 전원계통 계획 수립에 반드시 필요한 과정이라 할 수 있다. 본 논문에서는 10kW 풍력발전기 3기와 50kW 디젤발전기 2기로 구성된 디젤-풍력 하이브리드 발전시스템을 모델링하기 위한 풍력터빈, 영구자석형 동기발전기, 디젤발전기, 등 각 기기별 모델을 개발하였으며 기기별로 개발한 모델을 네트워크 모델과 부하 모델로 통합하여 디젤-풍력 하이브리드 발전시스템 전체 모델을 구성하였다. 또한, 기기별 시뮬레이션 결과와 실측 결과를 비교하여 모델의 적정성을 검증하였으며 전체 하이브리드 시스템에 대한 모델의 시뮬레이션 결과와 실증 단지에서 실측한 결과를 비교 검증하였다. 그러므로 시스템 모델링을 통한 컴퓨터 시뮬레이션은 실제 시스템에서 구현할 수 없는 극한 상황에 대한 대처방안을 모색할 수 있으며 기존에 구축된 설비의 경우 새로운 설비 도입에 따른 영향 분석, 새로운 운영 방안의 타당성 검증 등에 유용하게 사용될 수 있다.

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