지속적인 화석 연료의 사용으로 인한 환경오염으로 이상기후와 지구온난화가 심해지자, 전 세계적으로 탄소 저감을 위하여 신재생 에너지원에 대한 연구가 집중되었다.
신재생 에너지원은 무한한 청정에너지라는 장점 덕분에 미래 에너지로써 가치가 있으나, 운량, 풍속 등과 같은 기상 요소에 민감하게 반응하기 때문에 출력이 안정적이지 않을 뿐만 아니라 시스템 운영 차원에서 출력을 제어하기 어렵다는 문제점이 있다. 계통에서 신재생 발전원이 원자력 및 화력 발전처럼 안정적인 출력을 통해 부하를 충당하는 주요 발전설비의 역할을 하기에는 아직 기술이 부족한 실정이다.
소규모의 부하로 전력을 공급하는 시스템에서는 간헐적인 출력이나 출력 변동 등과 같은 신재생 발전원의 특성에 대한 영향이 적다. 이러한 점을 이용하여, 소규모로 전력망을 운영함으로써 효율적인 전력수급 및 계통 관리를 가능케 하는 것이 바로 마이크로그리드이다. 마이크로그리드는 ...
지속적인 화석 연료의 사용으로 인한 환경오염으로 이상기후와 지구온난화가 심해지자, 전 세계적으로 탄소 저감을 위하여 신재생 에너지원에 대한 연구가 집중되었다.
신재생 에너지원은 무한한 청정에너지라는 장점 덕분에 미래 에너지로써 가치가 있으나, 운량, 풍속 등과 같은 기상 요소에 민감하게 반응하기 때문에 출력이 안정적이지 않을 뿐만 아니라 시스템 운영 차원에서 출력을 제어하기 어렵다는 문제점이 있다. 계통에서 신재생 발전원이 원자력 및 화력 발전처럼 안정적인 출력을 통해 부하를 충당하는 주요 발전설비의 역할을 하기에는 아직 기술이 부족한 실정이다.
소규모의 부하로 전력을 공급하는 시스템에서는 간헐적인 출력이나 출력 변동 등과 같은 신재생 발전원의 특성에 대한 영향이 적다. 이러한 점을 이용하여, 소규모로 전력망을 운영함으로써 효율적인 전력수급 및 계통 관리를 가능케 하는 것이 바로 마이크로그리드이다. 마이크로그리드는 분산전원(Distributed Generation)을 중심으로 소규모로 지역화 된 전력망으로, 주 전력 계통과 연계 또는 독립이 가능하여 안정적인 전력 공급뿐만 아니라 전력품질 향상 효과까지 볼 수 있다. 그러나 신재생 발전원이 주 전력 계통과 연계될 경우, 고조파 발생 또는 전압 및 주파수 변동 등 전력품질을 저하시키는 여러 문제가 발생하게 되어 신재생 발전원이 주 전력 계통에 방해요소로 작용하게 된다. 주 전력 계통으로부터 독립되어 자체적인 분산전원으로 전력을 자급자족하는 독립형 마이크로그리드 시스템 형태로 전력망을 운영하면 이러한 문제를 보완할 수 있다.
간헐적이고 변동적인 출력을 내는 신재생 발전원만으로는 안정적인 전력공급이 어렵기 때문에, 현재 대부분의 독립형 마이크로그리드에는 디젤 발전기를 추가적으로 설치하여 운영하고 있다. 그러나 유가 변동의 영향과 탄소 발생을 최소화하기 위해서는 디젤 발전기를 대신하여 에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS)를 도입하는 것이 필요하다.
본 논문은 안정적인 전력공급과 부하 관리를 목표로 독립형 마이크로그리드의 부하의 특성을 고려한 최적의 분산전원 구성을 제시한다. 디젤 발전기의 유무에 따라 두 가지 전원 구성 유형의 독립형 마이크로그리드를 가정하여 분산전원의 구성 용량을 산정하였다.
우선, 디젤 발전기와 풍력 및 태양광 발전, 그리고 BESS(Battery Energy Storage System)로 구성된 독립형 마이크로그리드에서, 각 분산전원의 가격 정보를 이용하여 총 구성 비용을 최소로 하는 분산전원별 구성 용량을 산정한다. 이 때, 총 구성 비용에는 설치비와 운전비, 유지·보수 비용이 고려되었다. BESS의 용량은 발전원의 발전량과 출력 패턴에 따라 결정되는 것으로, 가격정보를 배제하여 산정하였다.
디젤 발전기를 제외한 독립형 마이크로그리드에서는 풍력 및 태양광 발전과 BESS을 분산전원으로 적용하였다. 기존의 마이크로그리드 내 BESS는 풍력발전기의 전력시스템 연계 시 초래되는 전압 및 주파수 변동을 보완하기 위해서 주로 풍력발전 시스템과 연계하는 용도로 연구되어왔다. 그러나 디젤 발전기가 없는 독립형 마이크로그리드의 경우, 안정적인 전력공급을 위해서 BESS가 단순히 신재생발전원의 출력변동을 보완하는 것뿐만 아니라 부하의 전력 수요까지 충당하는 역할을 해야 한다. 따라서 풍력과 태양광 발전 설비의 비율에 따라 Case를 분류하여, 주어진 부하의 전력 수요와 풍력 및 태양광 발전 출력 패턴에 적합한 Case별 장·단주기용 BESS의 용량을 산정하였다.
마지막으로, 산정된 BESS의 용량을 1년 동안의 신재생 발전원 출력 및 전력 수요 데이터에 적용하여, 신뢰도 평가를 통해 BESS의 최적 용량 산정 알고리즘을 검토하였다.
환경보호에 대한 관심이 높아짐에 따라, 신재생 발전원을 중심으로 한 독립형 마이크로그리드가 차세대 지능형 전력망으로 주목받고 있으나, 우리나라의 경우 기존에 실증된 독립형 마이크로그리드 내 발전 설비가 부하의 특성을 반영하지 못하고 과도하거나 혹은 부족한 용량으로 설치된 경향이 있다. 부하와 해당 지역의 기상조건을 고려하여 최적의 구성용량을 산정하는 것이 필요하다.
본 논문에서 제시한 ‘독립형 마이크로그리드 분산전원 용량 산정 방법’은 시스템이 구축될 부하의 규모와 전력 수요 패턴에 적절한 분산전원의 용량을 산정함으로써, 효율적이고 경제적인 독립형 마이크로그리드의 분산전원 구성에 기여할 것이라 기대한다.
지속적인 화석 연료의 사용으로 인한 환경오염으로 이상기후와 지구온난화가 심해지자, 전 세계적으로 탄소 저감을 위하여 신재생 에너지원에 대한 연구가 집중되었다.
신재생 에너지원은 무한한 청정에너지라는 장점 덕분에 미래 에너지로써 가치가 있으나, 운량, 풍속 등과 같은 기상 요소에 민감하게 반응하기 때문에 출력이 안정적이지 않을 뿐만 아니라 시스템 운영 차원에서 출력을 제어하기 어렵다는 문제점이 있다. 계통에서 신재생 발전원이 원자력 및 화력 발전처럼 안정적인 출력을 통해 부하를 충당하는 주요 발전설비의 역할을 하기에는 아직 기술이 부족한 실정이다.
소규모의 부하로 전력을 공급하는 시스템에서는 간헐적인 출력이나 출력 변동 등과 같은 신재생 발전원의 특성에 대한 영향이 적다. 이러한 점을 이용하여, 소규모로 전력망을 운영함으로써 효율적인 전력수급 및 계통 관리를 가능케 하는 것이 바로 마이크로그리드이다. 마이크로그리드는 분산전원(Distributed Generation)을 중심으로 소규모로 지역화 된 전력망으로, 주 전력 계통과 연계 또는 독립이 가능하여 안정적인 전력 공급뿐만 아니라 전력품질 향상 효과까지 볼 수 있다. 그러나 신재생 발전원이 주 전력 계통과 연계될 경우, 고조파 발생 또는 전압 및 주파수 변동 등 전력품질을 저하시키는 여러 문제가 발생하게 되어 신재생 발전원이 주 전력 계통에 방해요소로 작용하게 된다. 주 전력 계통으로부터 독립되어 자체적인 분산전원으로 전력을 자급자족하는 독립형 마이크로그리드 시스템 형태로 전력망을 운영하면 이러한 문제를 보완할 수 있다.
간헐적이고 변동적인 출력을 내는 신재생 발전원만으로는 안정적인 전력공급이 어렵기 때문에, 현재 대부분의 독립형 마이크로그리드에는 디젤 발전기를 추가적으로 설치하여 운영하고 있다. 그러나 유가 변동의 영향과 탄소 발생을 최소화하기 위해서는 디젤 발전기를 대신하여 에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS)를 도입하는 것이 필요하다.
본 논문은 안정적인 전력공급과 부하 관리를 목표로 독립형 마이크로그리드의 부하의 특성을 고려한 최적의 분산전원 구성을 제시한다. 디젤 발전기의 유무에 따라 두 가지 전원 구성 유형의 독립형 마이크로그리드를 가정하여 분산전원의 구성 용량을 산정하였다.
우선, 디젤 발전기와 풍력 및 태양광 발전, 그리고 BESS(Battery Energy Storage System)로 구성된 독립형 마이크로그리드에서, 각 분산전원의 가격 정보를 이용하여 총 구성 비용을 최소로 하는 분산전원별 구성 용량을 산정한다. 이 때, 총 구성 비용에는 설치비와 운전비, 유지·보수 비용이 고려되었다. BESS의 용량은 발전원의 발전량과 출력 패턴에 따라 결정되는 것으로, 가격정보를 배제하여 산정하였다.
디젤 발전기를 제외한 독립형 마이크로그리드에서는 풍력 및 태양광 발전과 BESS을 분산전원으로 적용하였다. 기존의 마이크로그리드 내 BESS는 풍력발전기의 전력시스템 연계 시 초래되는 전압 및 주파수 변동을 보완하기 위해서 주로 풍력발전 시스템과 연계하는 용도로 연구되어왔다. 그러나 디젤 발전기가 없는 독립형 마이크로그리드의 경우, 안정적인 전력공급을 위해서 BESS가 단순히 신재생발전원의 출력변동을 보완하는 것뿐만 아니라 부하의 전력 수요까지 충당하는 역할을 해야 한다. 따라서 풍력과 태양광 발전 설비의 비율에 따라 Case를 분류하여, 주어진 부하의 전력 수요와 풍력 및 태양광 발전 출력 패턴에 적합한 Case별 장·단주기용 BESS의 용량을 산정하였다.
마지막으로, 산정된 BESS의 용량을 1년 동안의 신재생 발전원 출력 및 전력 수요 데이터에 적용하여, 신뢰도 평가를 통해 BESS의 최적 용량 산정 알고리즘을 검토하였다.
환경보호에 대한 관심이 높아짐에 따라, 신재생 발전원을 중심으로 한 독립형 마이크로그리드가 차세대 지능형 전력망으로 주목받고 있으나, 우리나라의 경우 기존에 실증된 독립형 마이크로그리드 내 발전 설비가 부하의 특성을 반영하지 못하고 과도하거나 혹은 부족한 용량으로 설치된 경향이 있다. 부하와 해당 지역의 기상조건을 고려하여 최적의 구성용량을 산정하는 것이 필요하다.
본 논문에서 제시한 ‘독립형 마이크로그리드 분산전원 용량 산정 방법’은 시스템이 구축될 부하의 규모와 전력 수요 패턴에 적절한 분산전원의 용량을 산정함으로써, 효율적이고 경제적인 독립형 마이크로그리드의 분산전원 구성에 기여할 것이라 기대한다.
In these days, the studies on the renewable energy resources for carbon reduction have been globally and actively conducted, as the environmental problems and the global warming are getting worse by the increasing use of fossil fuels.
The renewable energy sources(RES) including wind, solar hea...
In these days, the studies on the renewable energy resources for carbon reduction have been globally and actively conducted, as the environmental problems and the global warming are getting worse by the increasing use of fossil fuels.
The renewable energy sources(RES) including wind, solar heat and light energies have been spotlighted as the unlimited clean energy, though they are easily influenced by the weather conditions. So, it has been considered that RES is not suitable for the main generation like nuclear and thermal generators in the power system.
However, the RES accompanied with some energy storage devices can be an effective power generator in the small-scale power system, called as a microgrid. The microgrid means a group of interconnection between distributed energy resources(DER) and local loads within a pre-defined electrical boundary where the grid is efficiently controlled and managed. It is divided into the grid-connected type and the stand-alone type, depending on whether it is connected or disconnected with the main power grid. And the microgrid can be a good solution to the emergencies such as power quality deterioration, system faults and wide area black-out in the main grid.
Since a stand-alone microgrid can effectively control the system demand and supply by considering the output characteristics of RES installed in a small local power distribution system, it enables to supply a stable electric power and improve the system reliability and power quality.
However, the stand-alone microgrid has a big challenge for the stable and constant power supply only with RES’s intermittent output. So, most of them should be appropriately coordinated with diesel generators and additional energy storage system(ESS).
This paper is written to propose the optimal configuration and operation of a stand-alone microgrid by considering the local characteristics of both load demand and power generation of RES. The capacities of the distributed generators(DG) including wind, photovoltaic(PV) and ESS installed in a stand-alone microgrid are determined under the various assumptions of diesel generator’s output from 0% to 50%.
At first, the capacities of each DG are calculated to minimize the total cost by using the cost information of diesel generator, wind turbine, PV and battery energy storage system(BESS) in a stand-alone microgrid. The cost information includes the generation cost and the installation cost and the maintenance cost is added into the installation cost. The capacity of BESS depends on the generating pattern and output power of other DG’s.
And then the hybrid configuration composed of two different types of BESS for long and short period operations is studied, assuming the various cases of WT and PV proportions. Each BESS capacity is based on the digital filtering whose cutoff frequencies are designed according to the frequency characteristics of hourly load data.
Lastly, the optimal capacities of BESS are reexamined by using the system reliability index, SAIDI(System Average Interruption Duration Index) and SAIFI(System Average Interruption Frequency Index), which are reviewed by using 1 year hourly data of DG’s output and load profile. That is, the installation capacity of BESS or RES will be adjusted to minimize the interruption time in a year.
With growing concern about the environmental protection, a stand-alone microgrid using RES has been regarded as the next power grid, but the related market and technical development are inadequate in Korea. For this reason, Since the capacities of power generator tended to be excessive or insufficient with inexactly reflecting the characteristic of load in existing demonstrated sites, the optimal capacities of DER should be determined by considering both the characteristic of load pattern and wether conditions.
‘The determination method for the capacities of distributed generator in a stand-alone microgrid’, in the paper, suggested the appropriate capacities of DER for both the scale and the electrical pattern of local load. And it is expected to contribute to configurate DER efficiently and economically in a stand-alone microgrid.
In these days, the studies on the renewable energy resources for carbon reduction have been globally and actively conducted, as the environmental problems and the global warming are getting worse by the increasing use of fossil fuels.
The renewable energy sources(RES) including wind, solar heat and light energies have been spotlighted as the unlimited clean energy, though they are easily influenced by the weather conditions. So, it has been considered that RES is not suitable for the main generation like nuclear and thermal generators in the power system.
However, the RES accompanied with some energy storage devices can be an effective power generator in the small-scale power system, called as a microgrid. The microgrid means a group of interconnection between distributed energy resources(DER) and local loads within a pre-defined electrical boundary where the grid is efficiently controlled and managed. It is divided into the grid-connected type and the stand-alone type, depending on whether it is connected or disconnected with the main power grid. And the microgrid can be a good solution to the emergencies such as power quality deterioration, system faults and wide area black-out in the main grid.
Since a stand-alone microgrid can effectively control the system demand and supply by considering the output characteristics of RES installed in a small local power distribution system, it enables to supply a stable electric power and improve the system reliability and power quality.
However, the stand-alone microgrid has a big challenge for the stable and constant power supply only with RES’s intermittent output. So, most of them should be appropriately coordinated with diesel generators and additional energy storage system(ESS).
This paper is written to propose the optimal configuration and operation of a stand-alone microgrid by considering the local characteristics of both load demand and power generation of RES. The capacities of the distributed generators(DG) including wind, photovoltaic(PV) and ESS installed in a stand-alone microgrid are determined under the various assumptions of diesel generator’s output from 0% to 50%.
At first, the capacities of each DG are calculated to minimize the total cost by using the cost information of diesel generator, wind turbine, PV and battery energy storage system(BESS) in a stand-alone microgrid. The cost information includes the generation cost and the installation cost and the maintenance cost is added into the installation cost. The capacity of BESS depends on the generating pattern and output power of other DG’s.
And then the hybrid configuration composed of two different types of BESS for long and short period operations is studied, assuming the various cases of WT and PV proportions. Each BESS capacity is based on the digital filtering whose cutoff frequencies are designed according to the frequency characteristics of hourly load data.
Lastly, the optimal capacities of BESS are reexamined by using the system reliability index, SAIDI(System Average Interruption Duration Index) and SAIFI(System Average Interruption Frequency Index), which are reviewed by using 1 year hourly data of DG’s output and load profile. That is, the installation capacity of BESS or RES will be adjusted to minimize the interruption time in a year.
With growing concern about the environmental protection, a stand-alone microgrid using RES has been regarded as the next power grid, but the related market and technical development are inadequate in Korea. For this reason, Since the capacities of power generator tended to be excessive or insufficient with inexactly reflecting the characteristic of load in existing demonstrated sites, the optimal capacities of DER should be determined by considering both the characteristic of load pattern and wether conditions.
‘The determination method for the capacities of distributed generator in a stand-alone microgrid’, in the paper, suggested the appropriate capacities of DER for both the scale and the electrical pattern of local load. And it is expected to contribute to configurate DER efficiently and economically in a stand-alone microgrid.
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