[논문]분산전원의 배전계통 연계 시 발생하는 고조파에 관한 연구

박재균; 김진성; 오용택

doi:10.5762/kais.2010.11.1.073

[국내논문] 분산전원의 배전계통 연계 시 발생하는 고조파에 관한 연구
A Study on the Harmonics of Distribution Power System Interconnected with Distributed Generation 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.11 no.1, 2010년, pp.73 - 78

박재균 (한국기술교육대학교 정보기술공학부) , 김진성 (한국기술교육대학교 정보기술공학부) , 오용택 (한국기술교육대학교 정보기술공학부)

초록
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본 연구에서는 분산전원이 연계된 배전계통에서 발생하는 고조파를 평가하고자 PSCAD/EMTDC를 이용하여 분산전원 배전계통 연계 시의 시뮬레이션을 수행하였다. 실계통과 유사한 배전계통 및 태양광발전 시스템을 모델링하여 연계지점을 구간마다 시뮬레이션을 수행하였다. 고조파 연계기준(IEEE Std 1547과 IEEE Std 519)을 적용하여 알고리즘을 작성하고, 시뮬레이션 데이터는 FFT로 변환하여 THD와 TDD로 구분하여 평가하였다. 구간별로 구분하여 평가한 고조파 함유량은 분산전원을 연계하지 않은 상태와 각 구간과 Case 별로 구분하여 평가하여 연계하기 전과 비교하여 고조파를 파악한 결과 모든 배전계통의 구간에서 고조파 분포가 적합하다는 평가를 할 수 있었으며, 부하로 선정한 50kW 유도모터의 특성으로 인해 구간 2에서의 고조파 분포가 증가함으로서 연구 결과의 효용성을 입증할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the analysis of the harmonics of distribution power system interconnected with DG(distributed generation) is simulated by using PSCAD/EMTDC and evaluated the harmonics. The modeling system for simulation is similar to the actual distribution system, and solar power system. The simulation analyses are performed at connection points for each sector. Harmonic standards of interconnection with DG (IEEE Std 1547 and IEEE Std 519) are applied to the evaluation algorithm, converted the simulated data through FFT method, evaluated by THD and TDD separately. The harmonic contents in the case of without DG and each sector with DG are evaluated and compared. The results of evaluation showed the effect that the harmonic contents are appropriated at all sector with DG (without DG) in the distribution power systems but the large induction motor(50KW) is increased the harmonic contents.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

전압의 왜형은 고조파의 함유를 의미하는 것이기도 하다. 따라서 본 연구에서는 PSCAD/EMTDC 시뮬레이션으로 모델링한 배전계통에 분산전원 연계 시 발생되는 고조파를 연계지점별로 데이터를 취득하여, 연계 전의 값을 비교하여 연계지점에 따른 고조파 변화에 대해 분석하였다.
이번 연구는 분산전원이 배전계통에 연계되었을 경우에 발생되는 고조파의 성분에 대한 부분을 연구한 것이다. 이번에 취득한 고조파들은 일반적으로 취득하는 순시값이 아닌 일정시간동안의 고조파를 시간에 따라 취득을 하여 확률적인 통계로 나타낼 수 있었다[5].

제안 방법

THD와 TDD는 각 차수별 고조파 발생량은 3% 이하로 제안하고, 전체적인 고조파 발생량은 5% 이하로 제안하고 있다.
고조파 평가방법으로는 PCC지점에서 전압과 전류 데이터를 취득하여 FFT변환을 통해 고조파를 31차까지 분석하였다. 분석한 데이터를 연계 기준에 제시된 단계별로 적합과 부적합으로 구분, 최종적으로 모든 단계에서 적합일 경우에만 현재 사용 중인 전압과 전류가 사용하기에 적합하다고 판단하였다[4].
데이터 취득과정은 주변압기의 직하부분을 PCC지점으로 지정하여 출력되는 파형을 FFT로 변환하여 히스토그램을 나타내었다.
그래프에서 THD의 값이 구간 2에서 증가하는 것을 볼 수 있는데 부하로 연결되어있는 유도전동기에 의해 THD가 증가하였다고 할 수 있다. 모델링한 계통도에서 부하측에 모델링한 유도전동기의 용량은 같지만 슬립조정과 출력, Tin 조정과 같은 설정값을 조정할 수 있게 구성하였다. slip의 조건은 0.
배전계통 연계 기준은 IEEE-1547 Std와 IEEE-519 Std의 기준을 근거로 하여 고조파를 분석하고, 계통에 악 영향을 미치지 않는 적정한 레벨의 고조파 수준을 산정하고 연계지점에 따른 고조파 변화에 대한 비교·분석하였다[2,3].
본 연구에서는 PSCAD/EMTDC를 이용하여 실제계통도와 유사한 배전계통을 모델링하여 구성한 계통에 30kW급 태양광발전시스템의 분산전원을 연계하여 주변압기의 직하지점에서 전압 및 전류의 데이터를 취득하였다. 취득한 데이터는 FFT변환을 통하여 고조파 연계 기준서인 IEEE Std 1547에서 제안하는 고조파 적정성 여부를 판단하는 방법을 알고리즘으로 개발하여 판단하는 방법을 제안하였다.
분산전원의 형태는 태양광발전으로 구성하였으며, 용량은 30kW로 모델링하였다. 배전선로는 두 개의 Feeder를 이용하여 각 Feeder를 4개의 구간으로 나누었다.
본 연구에서는 분산전원의 배전계통 연계 시 고조파 연계 적합여부를 판단한 알고리즘을 IEEE Std 519와 IEEE Std 1547 중에 그림 1과 같이 IEEE Std 1547을 적용하여 평가하였다. 전압의 고조파 적정여부는 THD(Total Harmonic Distortion)를 적용하여 판단하였으며, 전류의 고조파는 TDD(Total Demand Distortion)를 적용하여 판단하였다.
본 연구에서는 PSCAD/EMTDC를 이용하여 실제계통도와 유사한 배전계통을 모델링하여 구성한 계통에 30kW급 태양광발전시스템의 분산전원을 연계하여 주변압기의 직하지점에서 전압 및 전류의 데이터를 취득하였다. 취득한 데이터는 FFT변환을 통하여 고조파 연계 기준서인 IEEE Std 1547에서 제안하는 고조파 적정성 여부를 판단하는 방법을 알고리즘으로 개발하여 판단하는 방법을 제안하였다. 분산전원의 용량이 변압기의 용량에 비해 작았기 때문에 고조파의 함유량이 크지 않아 모든 Case에서 적합하다는 판단을 할 수 있었다.
이번에 취득한 고조파들은 일반적으로 취득하는 순시값이 아닌 일정시간동안의 고조파를 시간에 따라 취득을 하여 확률적인 통계로 나타낼 수 있었다[5]. 하지만, 분산전원의 형태를 태양광발전시스템의 경우로 제안하였다.

이론/모형

본 연구에서는 분산전원의 배전계통 연계 시 고조파 연계 적합여부를 판단한 알고리즘을 IEEE Std 519와 IEEE Std 1547 중에 그림 1과 같이 IEEE Std 1547을 적용하여 평가하였다. 전압의 고조파 적정여부는 THD(Total Harmonic Distortion)를 적용하여 판단하였으며, 전류의 고조파는 TDD(Total Demand Distortion)를 적용하여 판단하였다.

성능/효과

Case 1은 분산전원을 연계하지 않은 경우에서의 THD와 TDD의 성분을 나타내고 있다. Case 1을 기준으로 다른 Case와의 비교를 해 본 결과 THD와 TDD가 가장 높은 구간 2에 연계한 Case 3의 THD와 TDD의 성분이 99.6712%, 98.726% 증가한 것을 알 수 있다. 또한, 고조파의 함유는 2개의 Feeder 중 구간 2와 구간 5에서의 고조파가 높다는 것을 알 수 있었다.
분산전원을 연계하지 않았을 경우와 각 구간에 연계하였을 경우의 THD와 TDD를 판단한 결과 구간 2에 분산전원을 연계하였을 경우 THD와 TDD의 값이 가장 높다는 것을 알 수 있었다. 그 이유는 구간 2에 연결되어있는 50kW유도모터의 Slip을 0.992로 지정하여 다른 구간에 비해 THD와 TDD에 영향을 많이 미쳤다고 판단할 수 있었다.
4로 설정하여 구성하였다. 따라서 구간 2에 구성한 유도전동기의 특성에 의해 TDD의 값이 증가했다는 결론을 얻을 수 있었다.
726% 증가한 것을 알 수 있다. 또한, 고조파의 함유는 2개의 Feeder 중 구간 2와 구간 5에서의 고조파가 높다는 것을 알 수 있었다. 그림 6는 Origin을 이용하여 연계지점 별 THD와 TDD를 도식화한 것이다.
본 연구를 통하여 비록 고조파의 값은 적게 나왔지만, 연계지점에 따른 전압 및 전류의 고조파 성분의 변화는 충분히 알 수 있었다.
하지만, 분산전원을 연계하지 않았을 경우를 기준으로 다른 Case의 값의 증가량을 판단할 수 있었다. 분산전원을 연계하지 않았을 경우와 각 구간에 연계하였을 경우의 THD와 TDD를 판단한 결과 구간 2에 분산전원을 연계하였을 경우 THD와 TDD의 값이 가장 높다는 것을 알 수 있었다. 그 이유는 구간 2에 연결되어있는 50kW유도모터의 Slip을 0.
취득한 데이터는 FFT변환을 통하여 고조파 연계 기준서인 IEEE Std 1547에서 제안하는 고조파 적정성 여부를 판단하는 방법을 알고리즘으로 개발하여 판단하는 방법을 제안하였다. 분산전원의 용량이 변압기의 용량에 비해 작았기 때문에 고조파의 함유량이 크지 않아 모든 Case에서 적합하다는 판단을 할 수 있었다. 하지만, 분산전원을 연계하지 않았을 경우를 기준으로 다른 Case의 값의 증가량을 판단할 수 있었다.
고조파 평가방법으로는 PCC지점에서 전압과 전류 데이터를 취득하여 FFT변환을 통해 고조파를 31차까지 분석하였다. 분석한 데이터를 연계 기준에 제시된 단계별로 적합과 부적합으로 구분, 최종적으로 모든 단계에서 적합일 경우에만 현재 사용 중인 전압과 전류가 사용하기에 적합하다고 판단하였다[4].

후속연구

향후에는 분산전원의 형태를 태양광발전시스템을 비롯한 풍력발전, 동기발전, 유도발전의 형태를 연계하였을 경우 발생되는 고조파의 함유량에 대하여 연구를 수행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	분산전원의 용량이 어땠기 때문에 고조파의 함유량이 크지 안하 모든 Case에서 적합한가?	취득한 데이터는 FFT변환을 통하여 고조파 연계 기준서인 IEEE Std 1547에서 제안하는 고조파 적정성 여부를 판단하는 방법을 알고리즘으로 개발하여 판단하는 방법을 제안하였다. 분산전원의 용량이 변압기의 용량에 비해 작았기 때문에 고조파의 함유량이 크지 않아 모든 Case에서 적합하다는 판단을 할 수 있었다. 하지만, 분산전원을 연계하지 않았을 경우를 기준으로 다른 Case의 값의 증가량을 판단할 수 있었다.
	IEEE Std 1547에서의 고조파에 대한 정의는 무엇인가?	IEEE Std 1547에서의 고조파에 대한 정의는 분산전원이 부하측에 전원을 공급할 때, 고조파 성분이 PCC(Point of Common Coupling) 지점에 포함된다고 정의하였다. 표 1은 고조파 연계기준 중 분산전원이 PCC지점에 연계되었을 때, 고조파의 전압과 전류왜곡현상에 대하여 제안한 기준을 보여주고 있다.
	FFT변환을 통해 고조파를 31차까지 분석하여 어떤 경우 현재 사용중인 전압과 전류가 사용하기에 적합하다고 판단하였는가?	고조파 평가방법으로는 PCC지점에서 전압과 전류 데이터를 취득하여 FFT변환을 통해 고조파를 31차까지 분석하였다. 분석한 데이터를 연계 기준에 제시된 단계별로 적합과 부적합으로 구분, 최종적으로 모든 단계에서 적합일 경우에만 현재 사용 중인 전압과 전류가 사용하기에 적합하다고 판단하였다[4].

참고문헌 (5)

오시덕, "분산전원 기술의 현황과 미래", 전력전자학회지, 제8권, 제6호, pp. 11-15, 12월, 2003.

원문보기 상세보기
Alejandro R. Oliva and Juan Carlos Balda, "A PV Dispersed Generator : A Power Quality Analysis Within the IEEE 519", IEEE, 03, pp. 525-530, 2003.
IEEE-SA Standards Board, "IEEE Standard for Interconnecting Distributed Resource with Electric Power Systems", IEEE, June, 2003.
박재균, "분산전원 배전 계통 연계시 고조파 영향 분석", 대한전기학회 하계학술대회, 7월, 2008.
Paulo F. Ribeiro, Guido Carpinelli, "IEEE Std 519 Revision(The Need For Probabilistic Limits of Harmonics)", IEEE, 01, pp. 809-812, 2001.

저자의 다른 논문 :

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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