When problems such as line fault, breakdown of a substation or a generator, etc. arise on the grid, the Microgrid is designed to be separated or isolated from the grid. Most existing DGs(Distributed Generators) in distribution system use rotating machine. However, new DGs such as micro gas turbine, ...
When problems such as line fault, breakdown of a substation or a generator, etc. arise on the grid, the Microgrid is designed to be separated or isolated from the grid. Most existing DGs(Distributed Generators) in distribution system use rotating machine. However, new DGs such as micro gas turbine, fuel cell, photo voltaic, wind turbine, etc. will be interfaced with the Microgrid through an inverter. So the Microgrid may have very lower inertia than the conventional distribution system. By the way, the rate of change of frequency depends on the inertia of the power system. Moreover, frequency has a strong coupling with active power in power system. Because the frequency of the Microgrid may change rapidly and largely during transient, appropriate and fast control strategy is needed for stable operation of the Microgrid. Therefore, this paper presents a power balancing strategy in Microgrid during transient. Despite of strong power or frequency excursions, power balancing in the Microgrid can be maintained.
When problems such as line fault, breakdown of a substation or a generator, etc. arise on the grid, the Microgrid is designed to be separated or isolated from the grid. Most existing DGs(Distributed Generators) in distribution system use rotating machine. However, new DGs such as micro gas turbine, fuel cell, photo voltaic, wind turbine, etc. will be interfaced with the Microgrid through an inverter. So the Microgrid may have very lower inertia than the conventional distribution system. By the way, the rate of change of frequency depends on the inertia of the power system. Moreover, frequency has a strong coupling with active power in power system. Because the frequency of the Microgrid may change rapidly and largely during transient, appropriate and fast control strategy is needed for stable operation of the Microgrid. Therefore, this paper presents a power balancing strategy in Microgrid during transient. Despite of strong power or frequency excursions, power balancing in the Microgrid can be maintained.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 기존 전력 계통 발전기의 주파수를 이용한 출력 제어 방법 및 Load-Shedding 기법을 바탕으로 하고, 마이크로그리드의 연계운전에서 독립운전 전환 시 그리고 독립운전 상황에서 위와 같은 단점들을 보완할 수 있는 전력 수급 균형 전략을 제시 및 정리하였다.
본 논문은 인버터 기반의 분산전원들이 주로 투입되는 마이크로그리드에서의 독립운전 전환 및 독립운전 시, 외란으로 인한 과도상태에서의 전력 수급 균형 전략을 제시 및 정리 하였다. 본 논문에서 제시한 마이크로그리드 과도상태 시 전력 수급 균형 전략은 기존 전력계통의 유효전력 제어 기법을 바탕으로 하고, 인버터 기반의 분산전원들로 인해 회전 관성을 갖지 못하는 마이크로그리드의 단점 보완을 목적으로 한다.
본 논문은 인버터 기반의 분산전원들이 주로 투입되는 마이크로그리드에서의 독립운전 전환 및 독립운전 시, 외란으로 인한 과도상태에서의 전력 수급 균형 전략을 제시 및 정리 하였다. 본 논문에서 제시한 마이크로그리드 과도상태 시 전력 수급 균형 전략은 기존 전력계통의 유효전력 제어 기법을 바탕으로 하고, 인버터 기반의 분산전원들로 인해 회전 관성을 갖지 못하는 마이크로그리드의 단점 보완을 목적으로 한다.
가설 설정
일반적으로 Droop 계수를 정할 때 분산전원의 최소 출력과 최대 출력이 주파수 제어 범위 내에서 이루어지도록 설정한다. 따라서 발전 비용이 같다고 가정한다면 그림 1과 같이 분산 전원 용량에 따라 Droop 계수가 정해져 각각의 출력제어 가능 분산전원들의 Frequency Droop 특성 곡선 기울기가 달라질 것이다.
● 1 단계 : 주파수 변동 허용 범위(Dead Band) 정의 → 본 논문의 시뮬레이션에서는 60Hz를 기준으로 ±1 % 로 가정하였다.
제안 방법
두 번째 방안은 전력저장장치의 빠른 반응 속도와 충·방전을 이용한 양방향 제어를 통한 마이크로그리드 유연성 향상 방안이다.
본 논문에서 제시하는 마이크로그리드 과도상태 전력 수급 균형 전략은 세 가지 방안을 통해서 전력 수급 균형이 이루어진다.
첫 번째 방안은 기존 전력 계통의 발전기의 역할을 하는 분산전원 제어를 통한 방안이다. 인버터를 기반으로 하는 분산전원은 관성을 가지고 있지 않은 단점이 있지만 회전기를 이용한 발전기에 비해 출력 응답 속도가 빠르기 때문에 적절한 제어가 이루어진다면 단점을 극복할 수 있을 것이다.
마지막 세 번째 방안은 앞의 두 방안 실패 시 제어 가능 부하들(Controllable Loads)의 제거 또는 투입을 통해 위급상황에 대응하는 방안이다.
하지만 제어 가능 부하들의 경우 지속적인 제어가 필요한 것이 아니라 위급 상황 시에만 제어가 필요하고, 마이크로그리드 상황에 맞는 제어 가능 부하들 간의 제어 조율이 이루어지지 않는다면 부하 부족 또는 과보상으로 인해 오히려 마이크로그리드의 안정도를 악화시킬 수도 있다. 때문에 본 논문에서 제시하는 알고리즘을 통해 MGCC에서 각각의 제어 가능 부하들에 스위치 ON/OFF 지령을 내려줌으로서 전력 수급 위급 상황에 대응하게 된다.
제어 가능 부하(Controllable Loads) 개념은 마이크로그리드 전력 수급불균형 상황에서 중요한 역할을 수행할 수 있다. 또한 본 논문에서 제안하는 제어 가능 부하들을 제어해 주는 제어 가능 부하 제어기(Controllable Loads Controller)는 마이크로그리드의 독립운전 전환 또는 독립운전 상황에서 과부하, 분산전원 과출력에 따른 길고 강한 주파수 변동에 대비하여 작동 되며, 변동한 주파수를 허용범위 안으로 회복시켜 주는 역할을 수행한다.
다음 3장에서는 전력 계통 시뮬레이션 소프트웨어인 PSCAD/EMTDC를 사용하여 간단한 구조의 마이크로그리드를 모델링하였고, 다양한 사례연구를 통해 제안 및 정리한 과도상태 시의 마이크로그리드 전력 수급 균형 전략을 검증하였다.
또한 마이크로그리드 독립운전 전환 시와 독립운전 상황에서의 주파수 및 전압은 출력제어 가능한 디젤엔진 발전기, 연료전지, 배터리의 출력 조정을 통해서 제어를 해주고 마이크로그리드 부하 수급 균형을 맞춰준다. 하지만 출력제어 가능 분산전원(Dispatchable Distributed Generator)의 제어 범위를 넘는 가혹한 부하 수급 불균형이 일어나게 되면 제어 가능 부하 제어기(Controllable Load Controller)가 작동하고, Load-Shedding 또는 Dummy Load 투입을 통해 부하 수급 균형을 이루어 불안정 상태에서 벗어나는 4가지 사례를 PSCAD/EMTDC를 통해서 시뮬레이션 하였다.
이론/모형
인버터를 기반으로 하는 분산전원은 관성을 가지고 있지 않은 단점이 있지만 회전기를 이용한 발전기에 비해 출력 응답 속도가 빠르기 때문에 적절한 제어가 이루어진다면 단점을 극복할 수 있을 것이다. 분산전원 출력 제어 방법으로는 현재 가장 널리 사용되는 동기발전기 조속기의 Frequency Droop Control 이론을 적용하여 출력 조정을 수행한다.
성능/효과
그림 5(a)와 (b)를 통해서 마이크로그리드의 독립운전 전환 시와 독립운전 상황에서 출력제어 불가능 분산전원의 지속적인 출력 변동에 대해 출력제어 가능 분산전원들이 Frequency Droop Control을 통해서 전력 수급 균형을 이루어 마이크로그리드를 안정적으로 운영하고 있다는 것을 볼 수 있다.
본 논문의 네 가지 사례 연구를 통해 살펴 볼 수 있듯이 전력 수급 균형의 가장 중요한 역할을 담당하는 분산전원은 이미 잘 알려진 Frequency Droop Control을 이용하여 과도 상태 시 Droop 특성 계수 크기에 따라 자동으로 분산전원들 간의 전력 분배가 이루어진다. 결국 모든 분산전원들의 총 출력이 총 부하를 추종하여 전력 수급 균형을 이룰 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
마이크로그리드는 어떠한 시스템인가?
본래 마이크로그리드는 위와 같은 사고 발생 시 주 계통으로부터 분리하여 마이크로그리드 내부의 분산전원만을 이용하여 부하에 지속적인 전력 공급을 유지할 수 있는 전력 시스템이다. 하지만 마이크로그리드가 주 계통에서부터 분리 된다는 것은 중요 발전기의 탈락을 의미하는 것이기 때문에 본래 목적을 이루기 위해서는 전력 수급 불균형에 대한 신속하고 적절한 제어 및 전략이 필요하다.
전력 수급 균형는 무엇인가?
전력 수급 균형이란 계통내의 전체 발전기 출력과 전체 부하 량이 같아 서로 균형을 이루는 것을 말한다. 전력 수급 균형을 이루기 위한 발전기 출력 제어를 위해서는 기준 값으로 주파수를 이용하게 된다.
마이크로그리드 과도상태 전력 수급 균형 전략의 세 가지 방안은 무엇인가?
첫 번째 방안은 기존 전력 계통의 발전기의 역할을 하는 분산전원 제어를 통한 방안이다. 인버터를 기반으로 하는 분산전원은 관성을 가지고 있지 않은 단점이 있지만 회전기를 이용한 발전기에 비해 출력 응답 속도가 빠르기 때문에 적절한 제어가 이루어진다면 단점을 극복할 수 있을 것이다. 분산전원 출력 제어 방법으로는 현재 가장 널리 사용되는 동기발전기 조속기의 Frequency Droop Control 이론을 적용하여 출력 조정을 수행한다.
두 번째 방안은 전력저장장치의 빠른 반응 속도와 충·방전을 이용한 양방향 제어를 통한 마이크로그리드 유연성 향상 방안이다.
마지막 세 번째 방안은 앞의 두 방안 실패 시 제어 가능 부하들(Controllable Loads)의 제거 또는 투입을 통해 위급상황에 대응하는 방안이다.
참고문헌 (10)
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