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전 세계적으로 온실가스 배출 감소를 위해 재생에너지 비중을 높이는 방향으로 에너지 전환 정책을 펼치고 있다. 이러한 추세에 발맞춰 국내에서도 화력발전의 비중을 줄이고 신재생 에너지 발전원의 비율을 늘리려는 노력이 이어지고 있다. 제 8차 전력수급 기본계획에 따르면 국내에서의 재생에너지 비율을 2030년 기준 총 발전량의 20%로 확대할 계획을 가지고 있다. 이러한 정책의 주안점은 환경오염 없이 합리적인 가격으로 신뢰성 높은 전력을 지속적으로 생산할 수 있는 방안을 찾는 것으로 생각할 수 있다. 하지만 발전원가가 저렴한 원자력과 석탄을 통한 발전은 탈원전 정책과 환경오염으로 인해 장기적으로 줄어들 것이며 재생에너지원은 간헐전원이라는 문제점으로 인해 기저발전원이 되기는 힘들다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있으며 발전량을 증가시키거나 새로운 발전설비를 설치하는 방식이 아닌 국가 간 계통연계를 통해 전력을 주고받는 개념인 ‘슈퍼그리드(Super ...

전 세계적으로 온실가스 배출 감소를 위해 재생에너지 비중을 높이는 방향으로 에너지 전환 정책을 펼치고 있다. 이러한 추세에 발맞춰 국내에서도 화력발전의 비중을 줄이고 신재생 에너지 발전원의 비율을 늘리려는 노력이 이어지고 있다. 제 8차 전력수급 기본계획에 따르면 국내에서의 재생에너지 비율을 2030년 기준 총 발전량의 20%로 확대할 계획을 가지고 있다. 이러한 정책의 주안점은 환경오염 없이 합리적인 가격으로 신뢰성 높은 전력을 지속적으로 생산할 수 있는 방안을 찾는 것으로 생각할 수 있다. 하지만 발전원가가 저렴한 원자력과 석탄을 통한 발전은 탈원전 정책과 환경오염으로 인해 장기적으로 줄어들 것이며 재생에너지원은 간헐전원이라는 문제점으로 인해 기저발전원이 되기는 힘들다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있으며 발전량을 증가시키거나 새로운 발전설비를 설치하는 방식이 아닌 국가 간 계통연계를 통해 전력을 주고받는 개념인 ‘슈퍼그리드(Super Grid)’에 관한 연구가 활발히 이뤄지고 있다.
전력 계통연계에 있어 가장 중요한 선행조건은 정격 전압과 주파수가 동기화되어야 한다는 것이다. 하지만 국가 간 계통 연계를 고려할 때 각 나라의 계통 운영방식에 따라서 정격 전압과 주파수 등이 서로 다르기 때문에 AC 전력을 DC 전력으로 변환 후 다시 원하는 AC 전력으로 변환하는 Back to Back Converter 방식의 비동기 계통연계 방식을 사용하여야 한다. 이러한 방식은 비동기 계통 연계가 가능하다는 장점이 있으나 반도체 스위칭 소자를 사용함으로
써 스위칭 고조파가 발생하게 되며, 유지보수가 어렵고 초기 투자비용이 높다는 문제점을 가지고 있다. 이에 따라 비동기 계통연계 방안에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 2000년 대 후반부터 ABB, Simens 등에서 회전형 변압기(Variable Frequency Transformer, VFT)를 이용한 비동기 계통 연계에 대한 연구가 진행되고 있으며, 계통연계 실증단지가 건설되어 운영되고 있다. 회전형 변압기는 권선형 유도전동기와 유사한 형태를 가지며 회전자 권선과 고정자 권선에 각각 비동기 계통이 연결되어 계통 간 주파수 차이만큼 회전자를 회전하여 연계를 수행하는 기기이다. 회전자의 회전 방향과 위치에 따라서 주파수 가변 및 양방향 전력 전송이 가능하며 회전형 기기를 사용하기 때문에 스위칭 고조파가 발생하지 않는다는 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 비동기 계통연계 방식으로 회전형 전력변환기기인 회전형 변압기를 제안한다. 제안한 방식의 비동기 계통연계 수행을 위해 회전형 변압기 스테이션 모델을 구성하였으며 제어기 설계 및 제어방법에 대해 기술하였다. 또한 제안한 방식의 성능을 검증하고자 Matlab Simulink 시뮬레이션을 통해 결과를 분석하였으며 실시간 시뮬레이터 OPAL-RT를 이용한 HiLS(Hardware in the Loop Simulation) 시스템을 구축, 모의실험을 통해 실제 적용 가능성을 확보하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Globally, the energy conversion policy is being implemented to increase the proportion of renewable energy to reduce greenhouse gas emissions. In line with this trend, efforts are being made in Korea to reduce the proportion of thermal power generation and increase the proportion of renewable energy...

Globally, the energy conversion policy is being implemented to increase the proportion of renewable energy to reduce greenhouse gas emissions. In line with this trend, efforts are being made in Korea to reduce the proportion of thermal power generation and increase the proportion of renewable energy generation sources. According to the 8th Basic Plan for Electricity Supply and Demand, it plans to expand the ratio of renewable energy in Korea to 20% of the total amount of power generation in 2030. The main point of these policies can be thought of as finding a way to continuously produce reliable electricity at a reasonable price without environmental pollution. However, power generation through nuclear power and coal, which are cheap in power generation costs, will be reduced in the long term due to the nuclear-free policy and environmental pollution, and it is difficult to become a base power source due to the problem that renewable energy sources are intermittent power. Various studies are being conducted to solve this problem, and research on the concept of'Super Grid', which is a concept of exchanging electricity through grid connection between countries, not a method of increasing power generation or installing new power generation facilities. It is being done actively.
The most important prerequisite for power grid connection is that the rated voltage and frequency must be synchronized. However, considering the inter-country system linkage, the AC power must be converted to DC power and then converted back to the desired AC power, as the voltage and frequency are different depending on the system operation of each country. This method has the advantage of being able to link the asynchronous system, but the use of semiconductor switching devices creates switching harmonics, which is difficult to maintain and has a high initial investment cost. As a result, research on asynchronous system linkage is being actively conducted. Since the late 2000s, research has been underway on asynchronous system linkage using variable frequency transformers (VFTs) in ABB and Simens, and system-linked demonstration complexes have been constructed and operated. A rotary transformer is a device that has a similar shape to a winding induced motor and performs a linkage by rotating the rotor by the frequency difference between the systems, with asynchronous systems connected to the rotor winding and the stator winding respectively. Depending on the rotation direction and position of the rotor, it is possible to transmit frequency variable and bi-directional power, and has the advantage of not generating switching harmonics because of the use of rotary devices. In this paper, we propose a rotary transformer, a rotary power transducer, in an asynchronous system-linked manner. We construct a rotary transformer station model to perform asynchronous system linkage of the proposed method and describe the controller design and control method. We also analyzed the results through Matlab Simulink simulation to verify the performance of the proposed method, and built a Hardware in the Loop Simulation (HiLS) system using real-time simulator OPAL-RT to obtain practical applicability through simulation.

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