[논문]계통연계 풍력발전시스템의 무효전력 보상에 대한 시뮬레이션

노경수; 장보경

doi:10.5207/jieie.2011.25.6.082

계통연계 풍력발전시스템의 무효전력 보상에 대한 시뮬레이션
Simulation of Reactive Power Compensation in Grid-Connected Wind Power Generation System 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.25 no.6, 2011년, pp.82 - 89

노경수 (동국대학교-서울 전자전기공학부) , 장보경 (LIG넥스원)

Abstract ▼ AI-Helper

Reactive power support is considered to be necessary for dealing with a voltage stability issue with wind turbine system employing squirrel-cage induction generator(SCIG). This paper analyses steady-state characteristics of the SCIG wind turbine system by simulating torque-slip characteristics of SCIG with respect to variations of interconnecting network strength and generator terminal voltage. It also presents dynamics analysis of SCIG wind turbine system on Simulink to investigate the impact of static var compensator(SVC) and static synchronous compensator(STATCOM) on transient stability enhancement. It analysed transient stability with varying fault duration times and compared the transient stability characteristics with varying rated capacities of SVC and STATCOM. It is shown that the STATCOM has a better performance and reactive power support compared to SVC.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 눈문에서는 발전기 연계선로 및 발전기 단자전압 변화에 대한 토크-슬립 특성에 대한 시뮬레이션을 수행하여 SCIG 풍력발전시스템의 정상상태 특성을 해석하고자 하며, SVC와 STATCOM의 과도안정도 향상에 미치는 영향을 분석하기 위한 동특성 해석을 Simulink상에서 수행하고자 한다. 그리고 고장 지속 시간의 변화에 따른 SCIG 풍력발전시스템의 과도안정도를 해석하고 안정도 개선을 위한 SVC와 STATCOM의 정격용량 변화에 대한 안정도 특성을 비교, 분석하고자 한다.
표 1은 본 시뮬레이션에서 사용한 풍력발전시스템의 데이터를 나타내고 있다. 다음에는 고장지속시간의 변화에 따른 풍력발전시스템의 동작특성과 무효전력보상을 위한 SVC 및 STATCOM의 정격용량 변화에 따른 동작특성을 살펴보고, SVC와 STATCOM의 동작특성을 비교하고자 한다.
본 눈문에서는 발전기 연계선로 및 발전기 단자전압 변화에 대한 토크-슬립 특성에 대한 시뮬레이션을 수행하여 SCIG 풍력발전시스템의 정상상태 특성을 해석하고자 하며, SVC와 STATCOM의 과도안정도 향상에 미치는 영향을 분석하기 위한 동특성 해석을 Simulink상에서 수행하고자 한다. 그리고 고장 지속 시간의 변화에 따른 SCIG 풍력발전시스템의 과도안정도를 해석하고 안정도 개선을 위한 SVC와 STATCOM의 정격용량 변화에 대한 안정도 특성을 비교, 분석하고자 한다.
앞 절에서 고장 지속시간이 0.14초일 때 고장해소 후 계통이 불안정하게 되는 경우를 선택하여 안정화 방안에 대해 살펴보기로 한다. 고장발생 후 SCIG 풍력발전시스템이 불안정하게 되는 원인은 발전기가 과도하게 무효전력을 흡수하기 때문이며 설치된 PFC만으로는 무효전력이 불충분하기 때문에 추가적인 무효 전력보상장치가 필요하다.

제안 방법

한편 이중여자 유도발전기를 이용한 풍력발전시스템의 출력단의 부하모선 전압 및 무효전력을 제어하기 위해 SVC와 STATCOM이 제시되었으나[7], 각각의 특성분석이 미흡하며 SVC와 STATCOM의 특성비교도 이루어지지 않았다. SCIG 풍력발전시스템의 LVRT(low voltage ride through) 능력의 향상을 위해 STATCOM의 사용을 제안하여 SVC와 비교하였다[8]. 그러나 고장상황에서 SVC와 STATCOM의 과도안정도 향상에 미치는 영향에 대한 시뮬레이션 비교는 없으며 안정도 유지를 위한 SCIG 파라미터 변화에 대한 SVC와 STATCOM의 용량을 제시하고 있다.
SCIG를 이용한 계통연계 풍력발전시스템에 대해 SVC 및 STATCOM을 통한 무효전력 보상에 대한 시뮬레이션을 수행하기 위하여 그림 4와 같이 풍력발전이 병행 2회선 연계선로를 통하여 연계된 간단한 배전계통을 설정하였다. 3[MW] 풍력발전시스템은 출력전압이 690[V]이며 1.
SVC와 STATCOM의 무효전력 보상능력을 비교하기 위하여 앞 절에서의 동작특성 중에서 이들의 설치 용량이 2[Mvar]인 경우의 시뮬레이션 결과를 살펴보았다. 그림 17～19는 2[Mvar]의 SVC 및 STATCOM에 대해 0.
본 논문에서는 SCIG의 정상상태 특성 해석을 수행하였으며, 과도안정도 개선을 위한 SVC와 STATCOM의 영향을 분석하기 위해 SCIG 풍력발전 시스템의 동특성을 MATLAB/Simulink상에서 시뮬레이션하였다. 고장 지속시간의 변화에 따른 SCIG의 과도안정도를 해석하였으며 고장상황에서 SCIG의 동특성을 개선하기 위해 무효전력보상장치인 SVC와 STATCOM의 동작특성을 비교, 분석하였다. 시뮬레이션 수행을 통해 얻은 결과는 다음과 같다.
본 논문에서는 SCIG의 정상상태 특성 해석을 수행하였으며, 과도안정도 개선을 위한 SVC와 STATCOM의 영향을 분석하기 위해 SCIG 풍력발전 시스템의 동특성을 MATLAB/Simulink상에서 시뮬레이션하였다. 고장 지속시간의 변화에 따른 SCIG의 과도안정도를 해석하였으며 고장상황에서 SCIG의 동특성을 개선하기 위해 무효전력보상장치인 SVC와 STATCOM의 동작특성을 비교, 분석하였다.
풍력발전 시스템의 무효전력 보상에 관한 연구동향으로 SVC를 설치하여 고장상황에서 SCIG 풍력발전시스템의 과도안정도를 개선하고자 하였으며[3], STATCOM을 적용하여 SCIG 풍력발전시스템의 전압안정도가 개선되는 것을 시뮬레이션으로 증명하고 있다[4-5]. 약한 계통에 대용량 풍력발전시스템의 연계를 용이하게 하기 위하여 정상상태에서 STATCOM의 영향을 분석하였으나[6], 고장상황에 대한 STATCOM의 안정도 향상에 대한 해석은 제시되지 않고 있다.

이론/모형

본 연구에서는 SCIG 풍력발전시스템의 무효전력보상에 대한 특성을 살펴보기 위하여 MATLAB/Simulink를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 표 1은 본 시뮬레이션에서 사용한 풍력발전시스템의 데이터를 나타내고 있다.

성능/효과

• 대표적인 무효전력보상장치인 SVC 및 STATCOM의 정격용량 변화에 따른 시스템의 동특성 향상효과를 검토하였으며, SVC와 STATCOM의 동작특성을 비교하여 STATCOM의 동작특성이 보다 효과적이라는 것을 알 수 있었다.
14초 동안의 고장해소 후 발전기 단자전압, 유효전력 및 회전속도의 비교를 보여준다. 결과적으로 사이리스터 스위칭 소자를 이용하여 콘덴서 뱅크나 리액터 뱅크를 제어하는 SVC보다 인버터 설비를 갖는 STATCOM의 경우가 발전기 단자전압 및 회전 속도 등을 빠르게 안정되게 함을 알 수 있으며, 따라서 STATCOM이 무효전력 보상에 더 효과적임을 알 수 있다.
그림 14～16은 그림 4에 설치되는 STATCOM의 정격용량 변화에 따른 고장해소 후 발전기 단자전압, 유효전력 및 회전속도의 변화를 보여준다. 시뮬레이션 결과는 SVC를 설치한 경우와 유사하게 나타나고 있으며, STATCOM의 용량변화로 발전기 단자에서의 출력 변동이 상당부분 개선된 것을 볼 수 있다. 1[Mvar]의 STATCOM 설치로는 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	SVC의 역할은?	이러한 무효전력보상장치는 선로와 병렬로 연결되어 실시간으로 선로에 무효전류를 주입 또는 흡수함으로써 SCIG에서 필요로 하는 무효전력을 제공한다. SVC는 부하 측 모선에 설치되며, 모선전압의 변동을 감지하여 이에 대응하는 병렬 서셉턴스를 변화시켜 모선전압을 연속적으로 제어하는 기기이다. 기본적인 제어 목적은 모선전압을 안정시키는 것이며 부가적으로 과도안정도 향상 등의 효과도 얻을 수 있다.
	풍력발전이 가장 주목받는 대체에너지 중의 하나인 이유는?	21세기에 접어들어 자원의 고갈과 에너지 수요의 증가로 인해 세계적으로 신재생에너지 이용에 대한 요구가 증가되고 있다. 그 중에서 풍력발전은 다른 발전설비에 비하여 가격대비 에너지 효율이 높아 가장 주목받는 대체에너지 중의 하나이다. 가장 일반적인 유도발전기는 농형 유도발전기(SCIG, squirrel-cage induction generator)로서 계통에 직접 연결되며 전압조정과 위상 조절이 필요하지 않아 전기적 시스템이 비교적 간단하다.
	농형 유도발전기의 단점은?	가장 일반적인 유도발전기는 농형 유도발전기(SCIG, squirrel-cage induction generator)로서 계통에 직접 연결되며 전압조정과 위상 조절이 필요하지 않아 전기적 시스템이 비교적 간단하다. 하지만 SCIG는 운전범위의 회전속도가 거의 일정하기 때문에 풍력이용률이 낮으며 무효전력을 필요로 하기 때문에 역률도 낮은 단점이 있다. 이를 보상하기 위해 유도발전기 단자에 전력용 커패시터 뱅크를 설치하여 무효전력을 보상하는 것이 일반적이며 커패시터 뱅크의 비용이 저렴한 반면 실시간 보상이 어렵다는 단점이 있다[1].

참고문헌 (8)

M. Godoy Simoes and Felix A. Farret, “Alternative Energy Systems-Design and Analysis with Induction Generators”, CRC Press, 2008.
Philip P. Barker, Robert W. de Mello, "Determining the Impact of Distributed Generation on Power Systems: Part1- Radial Distribution Systems." IEEE .Power Engineering Society Summer Meeting, 2000, pp. 1645-1656.
C. Chompoo-inwai, et al., “Reactive Compensation Techniques to Improve the Ride-Through Capability of Wind Turbine During Disturbance”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 41, No. 3, 2005, pp. 666-672.

상세보기
L. Qi, J. Langston, M. Steurer, "Applying a STATCOM for Stability Improvement to an Existing Wind Farm with Fixed-Speed Induction Generators", 2008 IEEE Power and Energy Society General Meeting - Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century, pp. 1-6.
H. Gaztanaga, et. al, “Real-Time Analysis of the Transient Response Improvement of Fixed-Speed Wind Farms by using a Reduced-Scale STATCOM Prototype”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 22, No. 2, May 2007, pp. 658-666.

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Chong Han, et. al., “STATCOM Impact Study on the Integration of a Large Wind Farm into a Weak Loop Power System”, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 23, No. 1, March 2008, pp. 226-233.

상세보기
Ali Ozturk, Kenan Dosoglu, “Investigation of the control voltage and reactive power in wind farm load bus by statcom and svc”, International Conference on Electrical and Electronics Engineering, 2009. pp. 60-64.
M. Molinas, J.A. Suul and T. Undeland, “Low Voltage Ride Through of Wind Farms with Cage Generators: STATCOM versus SVC”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 23, No. 3, May 2008, pp. 1104-1117.

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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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