[논문]IEEE 929-2000 단독운전 시험조건 하에서 단상 계통연계형 PV 시스템의 Anti-Islanding을 위한 RPV 방식 및 AFD방식의 해석 및 설계

김흥성; 김한구; 최규하; 김재철; 최영호

IEEE 929-2000 단독운전 시험조건 하에서 단상 계통연계형 PV 시스템의 Anti-Islanding을 위한 RPV 방식 및 AFD방식의 해석 및 설계
An Analysis and Design of RPV and AFD Method for Anti-Islanding of Single-Phase UIPV System under The Test Condition Recommended by IEEE 929-2000 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.12 no.1, 2007년, pp.37 - 49

김흥성 (건국대 전기공학과) , 김한구 (브이씨텍) , 최규하 (건국대 전기공학과) , 김재철 (숭실대 전기공학부) , 최영호 (건국대 전기공학과)

초록
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계통연계형 PV 시스템의 중요한 보호기능인 단독운전 검출기능은 시스템의 안전성 및 전기적 안정성 측면에서 매우 중요하다. 단독운전 검출기법으로는 크게 수동적 방식과 능동적 방식으로 분류되는 다양한 기법들이 있다. 본 연구에서는 IEEE 929-2000에서 제시하는 단독운전 시험조건 하에서 현재 널리 사용되는 능동적 방식 중 무효전력 변동 방식(RPV method)과 능동적 주파수 변동 방식(AFD method)을 채용한 시스템의 연계점에서 주파수 변동 특성을 해석하였다. 그리고 해석결과를 바탕으로 RPV 방식 및 AFD 방식의 설계법을 제시하였다. EMTP를 이용한 시스템 시뮬레이션을 통하여 제안된 해석 및 설계법의 타당성 및 유효성을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

To detect islanding mode when the grid is being tripped is a major safety issue in utility interactive PV(UIPV) system. Widely used techniques among various active methods to detect islanding mode are Reactive power variation (RPV)method and Active frequency drift(AFD) method. In this paper, analytical design method is suggested for AFD and RPV method under IEEE recommended islanding test condition. And in order to show the validity of proposed method, EMTP based simulation was done for UIPV system with RPV method and AFD method. Results shows proposed method is very useful.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 단독운전모드에서 능동적 단독운전 검출기법 가운데 무효전력 변동 방식RPV) 및 Active Frequency Drift(AFD)을 적용한 계통 연계형 태양광발전 시스템의 연계점에서의 계통전압의 변동 특성의 해석법 및 해석된 결과를 이용하여 정량적 설계법을 제시하였다. 제안된 방식의 타당성을 검증 하기위해 EMTP를 이용한 시스템 시뮬레이션을 통하여 검증하였으며 결과를 정리하면 다음과 같다.

가설 설정

가설 : 전류기준 신호를 그림 2와 같이 반주기에 대해 주파수를 현 상태의 계통 전압의 주파수에 비해 빠르게 또는 느리도록 하는 변조는 무효전력 변동량과 연관이 있고, AFD 방식과 RPV 방식은 기본파 역율이일치하면 단독운전시 주파수 변화 특성은 거의 일치할 것이다.
가정 : PLL 루프의 대역폭이 계통주파수에 비해 낮고, 과도상태에서 계통 전압의한 주기내에서의 주파수 변화는 매우 작아서 계통 전압의 한주기는 정상 상태로 가정할 수 있다.
운전 조건에서 해석된다旳19]. 본 연구에서 단독운전시 시스템 운전특성의 해석은 계통 전압의 주파수 변동에 대하여 이루어 지며, 해석상의 가정은 다음과 같다.
본 연구에서 단독운전시 주파수 변동 특성해석을 위해 계통연계 시스템의 운전 지침 IEEE 929-2000에 따라 그림 1(a)와 같이 부하는 R-L-C 병렬회로로 가정하였고, 전원측의 스위치를 열어 강제로 정전상태를 발생시키는 운전 조건에서 해석된다旳19]. 본 연구에서 단독운전시 시스템 운전특성의 해석은 계통 전압의 주파수 변동에 대하여 이루어 지며, 해석상의 가정은 다음과 같다.

제안 방법

- 수동적 방식 및 RPV방식을 적용한 시스템의 단독운전 시 계통 주파수의 변동특성을 정량적으로 해석하였다. 정량적 해석결과와 시뮬레이션 결과는 약간의 차이를 보이나 본 연구에서 제안된 해석법은 단독운전모드에서 계통 주파수 변화에 대한 경향성을 잘 표현함을 알 수 있었다.
사용된 조건을 나타낸다. 그리고 시뮬레이션 시 주파수 계측은 EMTP가 제공하는 주파수 검출기 (supplemental devices 중 Type 50)를 이용하였다.
단독운전시 특성은 부하에 따라 틀려지므로 특성해석을 위해서는 일반성 있는 부하의 선정이 중요한데, 본 연구에서는 IEEE 929-2000이 제시한 단독운전 시험조건 하에서 RPV 방식을 적용한 UIPV 시스템의 단독 운전 특성을 해석하고, 그 결과를 기초로 하여 AFD 방식에서 데드타임 구간의 크기에 따른 주파수 변동량을 정량적으로 해석하고 설계법을 제시한다. 제안된 방법의 타당성은 EMTP를 이용한 시스템 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
2상 방식[鸟1디등을 들 수 있다. 본 연구에서는 이들 방식 중 노이즈에 비교적 강건하고, 응답성 측면에서는 중간 정도의 성능을 가지는 직교신호를 이용한 방식을 적용한 시스템을 해석하였으며, 운전 원리는 다음과 같다. 계통 전압 Vscon 및 V C。를 다음과 같다고 하면,
전력 회로는 계통 측에서 일어나는 현상에 관심을 두었으므로 시뮬레이션 시간을 단축시키기 위하여 S(t)로 표현된 단상 풀브리지 컨버터 회로 및 전류원으로 간략화하여 표현하였다. 제어계는 PLL, 전류 제어기, 전압제어기로 구성된다.

데이터처리

제안된 방법의 타당성은 EMTP를 이용한 시스템 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
제안된 방식의 타당성을 검증 하기위해 EMTP를 이용한 시스템 시뮬레이션을 통하여 검증하였으며 결과를 정리하면 다음과 같다.
해석된 결과들을 검증하기 위하여 EMTP를 이용한 시뮬레이션을 실행하였다. 해석에서 그림 1의 단독운전 테스트 부하회로의 quality factor는 다음과 같이 정의된다.

이론/모형

제어기 이득은 극배치 법을 이용하여 다음과 같이 선정한다 16].

성능/효과

도달했을 때의 값이다. RPV와 AFD의 경우 々와 々'를 같은 양의 무효전력을 발생 시키도록 한 결과두 기법의 주파수 특성은 거의 일치하며, 해석결과는 々가 ~20[%]~20[%] 범위에서 시뮬레이션 결과의 경향성을 잘 표현하고 있음을 볼 수 있다. 표 3과 4를 비교하면 동일한 무효전력 주입 조건에서 시스템 발전전력 戸汕에 비해 부하소비 전력이 큰 조건에서 주파수 등락 폭은 커짐을 알 수 있으며, 주파수 변동 속도는 주파수 등락폭과 반대의 경향을 보임을 알 수 있다.
중첩되어 나타남을 볼 수 있었다. k=0, 공진 조건에서 단독운전시 발생하는 주파수 변화량은 시뮬레이션을 통하여 PLL의 PI 제어기의 이득에 좌우됨을 알 수 있었다. 그림 10은 PI 제어기이득 선정시 제동비 , 는 0.
1 초의 경우, 。축에서 NDZ의 크기가 커짐을 알 수 있다. 그리고 Analysis 결과와 Simulation 결과는 약간의 오차를 보이는데 이는 해석에서 고려하지 않은 요소로 인한 것으로, 단독운전 발생 순간 생기는 Phase jump에 의한 순간적인 주파수 상승 또는 하강 (그림 8 에서 확인 가능)및 PLL에서 발생하는 위상 추정 오차에 기인하는 것으로 보인다. 그리고 검출시한을 0.
RPV 방식과 AFD 방식은 시간 평면에서 거의 동일한 주파수 변동에 대한 정상 상태 및 과도특성을 보임을 알 수 있다. 그리고 해석결과는 단독운전 발생 순간의 순간적인 주파수 변화를 제외하면 두 방식의 주파수 변동 특성을 양과 시간측면에서 시뮬레이션 결과를 잘 표현함을 확인할 수 있다. 이러한 결과를 통하여 "。방식과 RPV방식의 차이는 무효전력 균형 상태(공진 조건)가 발생하지 않도록 인위적으로 주입하는 무효전력의 주입방식의 차이로 해석할 수 있다.
이는 해석시 고려하지 않은 가정에 의해 발생하는 오차에 기인하는 것으로 생각된다. 이러한 결과가 중첩되어 주파수가 증가할 경우(如0.07) 이론적 결과는 60.7[Hz] 이나 EMTP상의 결과는 60.733[Hz] 정도이며, 주파수가 감소할 경우(在-0.07) 이론적 결과는 59.3[Hz] 이나 EMTP 상의 결과는 59.345[Hz] 정도로서 为=0[%]에서 변동치 0.035[Hz] 정도가 offset의 형태로 나타남을 볼 수 있다. 그리고 단독운전 시 변동하는 주파수가 정상상태에 도달하는 시간 4 丄 는 0.
07일 때 모두 같고 해석 및 시뮬레이션 결과가 거의 비슷함을 알 수 있다. 이러한 결과를 통해 제안된 해석방법은 단독운전 시 미소한 주파수 변동 특성에 대하여 전체적인 경향성을 잘 표현하고 있슴을 알 수 있고, 제안된 为의선정방법은 약간의 오차가 있으나 대체로 타당함을 알 수 있다. 그리고 그림 8을 통해 전술한 바와 같이 단독운전 발생 순간 위상변동으로 인해 주파수가 순간적으로 변화하는 현상을 관찰할 수 있다.
정량적 해석결과와 시뮬레이션 결과는 약간의 차이를 보이나 본 연구에서 제안된 해석법은 단독운전모드에서 계통 주파수 변화에 대한 경향성을 잘 표현함을 알 수 있었다.
RPV와 AFD의 경우 々와 々'를 같은 양의 무효전력을 발생 시키도록 한 결과두 기법의 주파수 특성은 거의 일치하며, 해석결과는 々가 ~20[%]~20[%] 범위에서 시뮬레이션 결과의 경향성을 잘 표현하고 있음을 볼 수 있다. 표 3과 4를 비교하면 동일한 무효전력 주입 조건에서 시스템 발전전력 戸汕에 비해 부하소비 전력이 큰 조건에서 주파수 등락 폭은 커짐을 알 수 있으며, 주파수 변동 속도는 주파수 등락폭과 반대의 경향을 보임을 알 수 있다. 그림 9는 표 4에서 굵은 글씨체로 표현한 조건 U?= ±0.

참고문헌 (21)

H. Kobayashi, K. Takigawa, E. Hashimoto, A. Kitamura, H. atsuda , 'Problems and countermeasures on safety of utility grid with a number of small-scale PV systems,' IEEE PVSC , pp.850-855, 1990
A. Kitamura, M. Okamoto, K. Hotta , K. Takigawa, H. Kobayashi, Y. Ariga ,'Islanding Prevention Measures:Demonstration Testing at Rokko Test Center for Advanced Energy Systems,' IEEE PVSC, pp.1063-1067, 1993
Fadia M.A. Ghali,'A Combined Technique for Elimination of Islanding Phenomenon,' IEEE PVSC , pp. 1473-1476, 1996
H. Kobayashi, K. Takigawa, 'Islanding Prevention Method for Grid Connection of Multiple PV System,' WCPEC , pp.2513-2518, 1998
황인호, '분산 전원시스템의 계통연계를 위한 새로운 단독운전 방지기법,' 전력전자 학회 논문지, Vol. 9, No. 6, 2004
O. Tsukamoto, K. Yamagishi,' Detection of Islanding of Multiple Dispersed Photovoltaic Power System,' Solar Energy, Vol. 58, No. 1-3, pp.9-15, 1996

상세보기
Zhihong Ye, Amol Kolwalker, Yu Zhang,Pengwei Du, Reigh Walling, 'Evaluation of Anti-Islanding Schemes Based on NondetectionZone Concept,' IEEE Trans. on Power Electronics,Vol. 19, No. 5, Sep. 2004
Michael E. Ropp, Miroslav Begovic, AjeetRohatgi, Gregory A Kern, R.H. Bonn, 'Determiningthe Relative Effectiveness of Islanding DetectionMethods Using Phase Criteria and Nondetection Zones,' IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol. 15, No. 3, Sep. 2000
M.E. Ropp, Miroslav Begovic, A.Rohatgi,'Analysis and Performance Assessment ofthe Active Frequency Drift Method of Islanding Prevention,' IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol. 14, No. 3, Sep. 1999
G.A. Smith, P.A. Onions, D.G. Infield,'Predictiong Islanding Operation of GridConnectionof Grid Connected PV Inverters,' IEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol. 147, No.1, Jan. 2000
고문주, 최익, 최주엽, 이기옥, 유권종, '계통연계형 태양광 발전 인버터에 적용된 AFD 방식의 단독운전 불검출영역에 대한 시뮬레이션 ', 2005 전력전자 추계 학술대회 논문집, pp.166-168, 2005
Dan H. Wolaver, Phas-Locked Loop Circuit Design, Prentice Hall, pp.9-44, 1991
L.N. Arruda et al., 'Wide Bandwidth Single and Three Phase PLL Structures for Grid-Tied PV systems' IEEE PVSC, pp. 1660-1663, 2000
조준석,'비집중식 제어기반 분산형 인버터 시스템의 해석 및 설계' 2004년 건국대학교 공학박사 청구 논문, pp. 104-107, 2004
김용균, 최종우, 김흥근, '디지털 PLL 제어의 특성 분석,'2003 전력전자 학술대회 논문지, pp.548-553, 2003
Karl Johan Astrom,'Automatic Tuning of PID controller,' INSTRUMENT SOCIETY OF AMERICA, pp. 81-83,1988
Hong-Sung Kim, Gyu-Ha Choe, Hyung-Soo Mok, Dong-Seok Hyun, S.Y. Choe, 'Design of current controller for 3-Phase PWM Converter with Unbalanced Input Voltage' PESC, pp. 503-509, 1998
IEEE Recommended Practice for Utility Interface of Photovoltaic Systems, IEEE Std 929-2000, Approved 30 Jan., 2000
Achim Woyte, Ronnie Belmans, Johan Nijs, 'Testing the Islanding Protection Function of Photovoltaic Inverters' IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol. 18, No. 1, Mar., 2003
http://kr.ks.yahoo.com/service/ques_reply/ques_view.ht ml?dnumAAK&qnum1215144
한국전력공사 배전처, 분산형 전원 배전계통 연계 기술 기준, 2005

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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