[논문]단독운전방지를 위한 능동 방식 중 AFD 및 RPV에 대한 특성해석

최규하; 바이스갈랑; 이영진; 한동화; 정병환; 김홍성

단독운전방지를 위한 능동 방식 중 AFD 및 RPV에 대한 특성해석
Characteristics Analysis of RPV and AFD for Anti-Islanding in Active Method 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.14 no.2, 2009년, pp.160 - 167

최규하 (건국대 전기공학과) , 바이스갈랑 (건국대 전기공학과) , 이영진 (건국대 전기공학과) , 한동화 (건국대 전기공학과) , 정병환 (삼성 탈레스) , 김홍성 (한빛 EDS 연구소)

초록
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계통연계형 분산전원 시스템의 제어 기술 중에 전기적 안전성을 확보하기 위해 계통의 이상을 검출하여 분산전원을 분리 시켜야 하며 PCS의 이러한 기능을 단독운전 방지라고 불린다. 수동적인 기법으로는 단독운전시에 전력생산량과 부하 요구량이 일치할 경우 연계점의 전압 및 주파수 특성이 변하지 않으므로 검출하지 못하게 되는 상황이 발생하나, 능동 방식 중 현재 널리 사용되고 있는 AFD와 RPV 방식에서는 인버터 전류제어를 통해 미소한 왜곡을 주입하여 전력평형상태에서도 단독운전시에 연계점 전압의 주파수를 변동시켜 단독운전검출이 가능하다. 이 두 방식은 기준신호에 주입하는 왜곡형태가 서로 다르지만 이로 인해서 무효 전력성분이 발생한다는 측면에서는 두 방식이 같다고 볼 수 있으며, 무효전력 성분의 비율을 같도록 설계하면 같은 양의 주파수 변동이 생긴다. IEEE 929-2000 조건하에서 해석 및 실험을 통하여 제안된 해석방식 및 설계법의 타당성 그리고 두 방식의 연관성 등을 검증하였으며, 계통연계시 신뢰도 측면에서 어느 방식이 더 우수한지를 밝혀 향후 단독운전방지를 위한 적합한 방식을 제시하도록 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

To detect islanding mode when the grid is being tripped is a major safety issue in the Utility Interactive Photo Voltaic (UIPV) system. In this paper, analytical design method is suggested for AFD & RPV method under IEEE 929-2000 recommended islanding test condition. We have discussed that there is a same point. we injected reactive component of the current by AFD & RPV methods, but the current reference generated is other waveform. Possible if amount of reactive components in this methods are same each method, there is happened same rates frequency variation. To verify the validity of the analytical comparison, this paper presents simulation and experimental results from single phase, 3[kW] inverter for the transformerless UIPV system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에는 계통연계형 태양광발전시스템에 단독운전방지를 위한 능동적 기법 중 AFD 및 RPV 방식에 대한 특성해석을 하였다. 두 방식은 인버터 출력전류를 제어하는 방식에 차이가 있으나, 무효전력을 기준으로 상호 연관성을 등가적으로 해석할 수 있었다.
본 논문에는 두 방식의 상관관계 및 장-단점을 기술하여, IEEE 929-2000® 조건하에서 해석 및 시뮬레이션 그리고 실험을 통하여 제안된 해석 및 설계법의 타당성 그리고 두 방식의 연관성 등을 검증하였으며, 계통연계 시 신뢰도 측면에서 어느 방식이 더 우수한지 밝히며 향후 단독운전방지를 위한 적합한 방식을 제시하였다.
본 논문에서는 계통연계형 분산전원시스템의 단독운전 방지 기능에 대해서 언급하였다. 단독운전은 계통의 전력공급이 중단된 상태로서 계통의 사고 또는 정전 발생 시 선로의 유지/보수 및 기타의 사유로 계통을 차단하였을 때 분산전원시스템이 이를 검출하지 못하여 배전선에 전력을 공급하는 현상이다⑵ 단독운전이 발생 할 경우 일차적으로 계통 수리, 유지 관리를 하는 전기 기술자의 안전사고의 가능성이 있으며, 또한 단독운전 중 상용라인에서의 전원 공급이 재개되는 순간에 계통과의 위상이 어긋나있게 되면 계통이나 계통연계형 시스템에 피해가 발생할 수 있다.
본 연구에서는 무효성분 주입에 의한 단독운전 주파수 변동특성을 해석하여 정량적 설계 법을 제시하였다.

가설 설정

또한 계통연계 시스템의 운전 지침인 IEEE 929-2000에 따라 부하를 RLC 병렬회로로 가정하였고, 전원측의 스위치를 열어 강제로 정전상태를 발생시키는 운전 조건에서 해석된다. 본 연구에서 단독운전 시 시스템 운전특성의 해석은 계통 전압의 주파 수변 동에 대하여 이루어지며, 해석상의 가정은 다음과 같다.
또한 계통연계 시스템의 운전 지침인 IEEE 929-2000에 따라 부하를 RLC 병렬회로로 가정하였고, 전원측의 스위치를 열어 강제로 정전상태를 발생시키는 운전 조건에서 해석된다. 본 연구에서 단독운전 시 시스템 운전특성의 해석은 계통 전압의 주파 수변 동에 대하여 이루어지며, 해석상의 가정은 다음과 같다.

제안 방법

이두 방식은 기준신호에 주입하는 왜곡형태가 서로 다르지만 이로 인해서 무효 전력성분이 발생한다는 측면에서는 두 방식이 같다고 볼 수 있으며, 무효전력 성분의 비율을 같도록 설계하면 같은 양의 주파수 변동이 생긴다. IEEE 929-2000 조건하에서 해석 및 실험을 통하여 제안된 해석방식 및 설계법의 타당성 그리고 두 방식의 연관성 등을 검증하였으며, 계통연계시 신뢰도 측면에서 어느 방식이 더 우수한지를 밝혀 향후 단독운전방지를 위한 적합한 방식을 제시하도록 하였다.
본 연구에서는 단독운전시 주파수 변동 특성해석을 하기 위해서 그림1에서 태양광어래이 및 PCS를 포함한 분산전원을 전류원으로 등가하여 그림4와 같이 표현했다. 또한 계통연계 시스템의 운전 지침인 IEEE 929-2000에 따라 부하를 RLC 병렬회로로 가정하였고, 전원측의 스위치를 열어 강제로 정전상태를 발생시키는 운전 조건에서 해석된다.
본 장에서는 AFD 와 RPV 방식을 비교 해석 기법을 검증하기 위해서 단상 풀 브릿지 인버터를 통해 시뮬레이션 및 실험 결과를 다루었다. 계통연계형 인버터는 분산전원의 종류와 무관하게 일반적으로 많이 사용되는 단상 풀 브릿지 인버터를 사용하였다.

대상 데이터

및 실험 결과를 다루었다. 계통연계형 인버터는 분산전원의 종류와 무관하게 일반적으로 많이 사용되는 단상 풀 브릿지 인버터를 사용하였다. Power Sim사의 PSIM6.

성능/효과

것을 볼 수 있다. 이론적으로 »와"값이 0일 경우 수동방식이므로 전류 기준치에 왜곡성분이 주입되지 않으므로 THD가 0이지만 시뮬레이션에서 PLL 등 제어의 동작에 의한 1.2% 정도의 THD가 발생하였다.
PSIM을 이용한 시뮬레이션을 통해 각 방식에서 같은량의 무효전력이 발생하도록 설계시 단독운전시 주파수 변동이 일치함을 확인하였다.
RPV 방식에서는 주입되는 무효 성분과 무관하게 THD가 증가하지 않으므로 계통연계시 신뢰성 및 전력 품질 면에서 우수하며 가 증가함에 따라 역률이 감소하지만 化 = 6%시 해석 및 실험을 통해 역률이 0.99 이상으로 계통연계시 허용 역률범위 내에 존재하므로 단독운전방지에 보다 적합한 방식임을 확인 할 수 있다.
표 1에서는 이론과, 시뮬레이션 그리고 실험에 대한 결과를 수치로 보이고 있으며 편리상 RPV 방식의 무효성분 크기를 기준으로 이와 동일한 k, 에 따른 결과를 나란히 보여주고 있으며 이론과 각 방식의 시뮬레이션 결과가 완벽히 일치 하였다. 실험결과는 시뮬레이션과 평균적으로 0.3Hz 오차가 발생하였다.
위 방식 중에 RPV 및 AFD 방식이 흔히 많이 사용되고 있으며 전류에 왜곡을 주입하는 방식이 서로 다르나, 주입하는 왜곡으로 인해 무효전력성분이 발생하는 점을 이용하여 제안된 해석 및 설계를 통해 두 방식의 단독운전시 동일한 주파수 변동의 효과를 얻을 수 있다.
(b~d)는 단독운전 방지를 위한 능동방식 적용시의 실제 실험 파형을 보여 주고 있으며 주입 무효전력에 따라 단독운전시 주파수가 증가 감소하면서 혀용 범위를 벗어나 단독운전 검출이 되었다. 표 1에서는 이론과, 시뮬레이션 그리고 실험에 대한 결과를 수치로 보이고 있으며 편리상 RPV 방식의 무효성분 크기를 기준으로 이와 동일한 k, 에 따른 결과를 나란히 보여주고 있으며 이론과 각 방식의 시뮬레이션 결과가 완벽히 일치 하였다. 실험결과는 시뮬레이션과 평균적으로 0.
해석 및 설계 법을 검증하기 위해서 3kW 단상 풀 브릿지 인버터를 통해 실제 실험을 하였으며, 계산 결과와 일치함을 확인하였다. AFD 방식의 경우 데드타임 구간이 커질수록 주파수 변동치가 커져서 단독운전검출에 유리한 지침을 제공하나 전류 고조파가 증가하는 특성을 가진다.

참고문헌 (8)

P.P Barker and R.W.de Mello, 'Detennining the Impact of Distributed Generation on Power Systems: Partl-Ratial Distribution Systems', in Proc. 2000 IEEE PES summer meeting, Vol. 3, pp.1645-1656, 2000
M.E. Ropp, M. Begovic, A. Rohatgi, 'Prevention of islanding in grid-connected photovoltaic systems', Progress in Photovoltaics: Research and Applications. Prog. Photovoltaic. Res. Appl. 7, pp. 39-59, 1999

상세보기
김홍성, 김한구, 최규하, 김재철, 최영호, 'IEEE 929-2000 단독운전 시험조건 하에서 단상 계통연계형 PV 시스템의 Anti-Islanding을 위한 RPV 방식 및 AFD방식의 해석 및 설계', 전력전자학회논문지, pp. 37-49, 2007
Huang S. J., Pai F. S., 'Design and Operation of Grid-Connected Photovoltaic System with Power-factor Control and Active Islanding Detection', IEE Proc. Generation, Transmission and Distribution, Vol. 148, Issue 3, pp. 243-250, 2001

상세보기
Jun Yin, Liuchen Chang, 'Recent Developments in Islanding Detection for Distributed Power Generation', LESCOPE-04, pp. 124-128, 2004
G. A. Kern, 'SinShine300: Utility interactive AC module anti-islanding test result', in Proc. 26th IEEE Photovoltaic Specialists Conf, pp. 1265-1268, 1997
G.A. Smith, P.A. Onions, D.G Infield, 'Predicting islanding operation of grid connected PV inverters', Proc. Inst. Elect Eng-Power Application, Vol. 147, No.

상세보기
IEEE Recommended Practice for Utility Interface of Photovoltaic Systems, IEEE Std 929-2000, Approved 30 January 2000

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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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