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NTIS 바로가기전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.60 no.7, 2011년, pp.1331 - 1338
전진홍 (한국전기연구원) , 김경훈 (창원대학교 전기공학과) , 황철상 (창원대학교 전기공학과) , 김장목 (부산대학교 전자전기공학부)
This paper proposes a method for frequency control of islanded microgrid with battery energy storage system. For frequency control of islanded microgrid, battery energy storage system uses a phase locked loop algorithm with positive sequence components for a fast frequency estimation. Microgrid is a...
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핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
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마이크로그리드란? | 일반적으로 마이크로그리드는 신재생에너지전원 및 에너지저장장치를 포함하는 분산전원들이 충분한 양으로 배전계통에 도입되고 이들의 적절한 제어와 감시를 통해 배전계통과 연계 혹은 독립운전이 가능한 전력공급시스템으로 정의한다[4]-[6]. 마이크로그리드는 계통연계운전모드와 독립운전모드의 두 가지 운전모드를 가지고 있다. | |
독립운전모드 마이크로그리드가 작은 외란에 대해 빠르고 크게 변하는 주파수를 제어하기 위해서 어떠한 것이 필요한가? | 이는 마이크로그리드를 구성하는 전원이 신재생에너지지전원이나 소형열병합발전기와 같은 전력변환장치 혹은 소용량 전원이어서 회전관성이 크지 않기 때문이다. 따라서 작은 외란에 대해 빠르고 크게 변하는 주파수를 제어하기 위해서는 마이크로그리드 내의 각 전원이 외란을 빠르게 감지하여 적절하게 출력을 변동시켜야하며 이 때 각 전원간의 협조가 매우 중요하다[22]. | |
마이크로그리드를 구성하는 전원 중 유효전력 제어가 가능한 전원은 무엇인가? | 독립운전모드 마이크로그리드의 주파수를 제어하기 위해서는 주파수 변화에 대하여 빠르게 유효전력을 조절할 수 있는 전원이 필요하다. 마이크로그리드를 구성하는 여러 전원 중에서 유효전력 제어가 가능한 전원은 동기발전기, 전력저장장치, 연료전지 등의 많은 장치들이 있다. 그 중 전력저장장치는 유효전력을 발생 및 소모할 수 있는 특성이 있어 주파수를 제어할 수 있는 운전영역이 다른 장치에 비해 상대적으로 넓으며, 또한 전력변환장치를 이용하므로 빠른 응답특성을 구현할 수 있는 장점이 있다. |
N. D. Hatziargyriou, H. Asano, R. Iravani, and C. Marnay,, "Microgrids", IEEE Power Energy, Vol. 5, Issue 4, pp.78-94, July-Aug. 2007.
그 중 마이크로그리드는 수용가의 신뢰도와 전력품질 향상을 위해 미국의 CERTS(the Consortium for Electric Reliability Technology Solutions)에 의해 소개되었다[1]-[3].
N. D. Hatziargyriou, "Microgrids", IEEE Power Energy, Vol. 6, Issue 3, pp.26-29 , May-June 2008.
G. Venkataramanan, and C. Marnay, "A larger role for microgrids", IEEE Power Energy, Vol. 6, Issue 3, pp.78-82, May-June 2008.
그 중 마이크로그리드는 수용가의 신뢰도와 전력품질 향상을 위해 미국의 CERTS(the Consortium for Electric Reliability Technology Solutions)에 의해 소개되었다[1]-[3].
R. H. Lasseter, P. Piagi, "Providing Premium Power through Distributed Resources", Proceedings of the 33rd Annual Hawaii International Conference on System Sciences, pp. 1437-1445, Jab 4-7 2000
일반적으로 마이크로그리드는 신재생에너지전원 및 에너지저장장치를 포함하는 분산전원들이 충분한 양으로 배전계통에 도입되고 이들의 적절한 제어와 감시를 통해 배전계통과 연계 혹은 독립운전이 가능한 전력공급시스템으로 정의한다[4]-[6].
R. H. Lasseter, P. Piagi, "MicroGrid: A Conceptual Solution", Power Electronics Specialist Conference (PESC) '04, Aachen, Germany, pp. 4285-4290, June 20-25 2004
R. Lasseter, et. al., "White Paper on Integration of Distributed Energy Resources - The CERTS MicroGrid Concept", Office of Power Technologies of the US Department of Energy, April 2002
일반적으로 마이크로그리드는 신재생에너지전원 및 에너지저장장치를 포함하는 분산전원들이 충분한 양으로 배전계통에 도입되고 이들의 적절한 제어와 감시를 통해 배전계통과 연계 혹은 독립운전이 가능한 전력공급시스템으로 정의한다[4]-[6].
S. Chakraborty, M. D. Weiss, and M. G. Simoes, "Distributed Intelligent Energy Management System for a Single-Phase High-Frequency AC Microgrid", IEEETrans. Ind. Electron., Vol. 54, No. 1, pp. 97-109, February 2007.
A.G. Tsikalakis, and N.D. Hatziargyriou, "Centralized Control for Optimizing Microgrids Operation", IEEETrans. Energy Convers., Vol. 23, Issue 1, pp.241 -248, March 2008.
손광명, 이계병, "마이크로그리드의 제어 및 해석 기술동향", 전력전자학회, 전력전자학회지, 제 15권 제2호, pp30-35, 2010. 4
또한 신재생에너지의 불규칙한 출력 평준화와 무효전력 공급을 통한 마이크로그리드의 전압품질을 향상시킬 수 있다[7]-[9].
독립운전모드 마이크로그리드는 유무효 전력의 수요(부하)와 공급(발전) 제어를 통해 마이크로그리드의 주파수와 전압을 적정한 값으로 유지할 수 있으며 상위 전력계통이 회복되면 재동기가 가능하다[7]-[9].
독립운전모드 마이크로그리드의 주파수 및 전압 제어를 위한 각 전원간의 협조제어를 위하여 중앙관리시스템을 이용하여 적절한 출력을 배분하는 방법이 사용되었으나 이는 통신을 이용하기 때문에 순시적으로 변화하는 부하를 따라 신속하게 제어명령을 전송하기가 쉽지 않으며 통신지연, 오류 등에 대한 대책도 필요하다[9][16].
따라서 계통연계모드에서 출력제어를 하기가 기존의 변환장치에 비해 복잡하며 추가의 연계 인덕터로 인한 손실 및 무게, 부피 등의 물리적인 단점을 가진다[9][17][21].
문대성, 서재진, 김윤성, 원동준, "마이크로그리드에서 하이브리드 시스템의 Feeder Flow Mode 운영을 위한 제어 알고리즘", 대한전기학회, 전기학회논문지, 제60권 제1호, pp. 1-7, 2011.1,
계통연계운전모드에서는 계통연계점(PCC, Point of Common Coupling)의 유무효전력조류를 제어하는 방법으로 태양광-풍력-축전지 복합전원을 이용하여 연계점의 조류를 직접 제어하는 방법[10]이 제안되었으며 실시간 요금제에서 마이크로그리드의 운영효율과 경제성 향상을 위한 운영 알고리즘[11]도 제시되었다.
정태영, 백영식, "실시간 전기요금제에서 마이크로그리드의 운용 방법", 대한전기학회, 전기학회논문지, 제59권 제12호, pp. 2165-2172, 2010.12
계통연계운전모드에서는 계통연계점(PCC, Point of Common Coupling)의 유무효전력조류를 제어하는 방법으로 태양광-풍력-축전지 복합전원을 이용하여 연계점의 조류를 직접 제어하는 방법[10]이 제안되었으며 실시간 요금제에서 마이크로그리드의 운영효율과 경제성 향상을 위한 운영 알고리즘[11]도 제시되었다.
H.-M. Kim, and T. Kinoshita, "A Multiagent System for Microgrid Operation in the Grid-interconnected Mode", Journal of Electrical Engineering & Technology, Vol. 5, No. 2, pp. 246-254, June 2010.
H.-M. Kim, T. Kinoshita, and M.-C. Shin, "A Multi-agent System for Autonomous Operation of Islanded Microgrid based on a Power Market Environment", Energies, Vol. 3, Issue 12, pp. 1972-1990, Dec. 2010.
Hak-Man Kim, Tetsuo Kinoshita and Yujin Lim, "Talmudic Approach to Load Shedding of Islanded Microgrid Operation Based on Multiagent System", Journal of Electrical Engineering & Technology, Vol. 6, No. 2, pp. 284-292, 2011.
정일엽, 원동준, 문승일, "다중 분산전원으로 구성된 마이크로그리드의 유무효전력 제어원리 연구", 대한전기학회, 전기학회논문지, 제57권 제4호, pp. 582-588, 2008.4
주파수와 전압제어를 위하여 동기기에서 사용하고 있는 드룹(droop)을 이용한 제어방법 및 기본원리에 대한 연구[16]가 발표되었으며 기존의 무정전전원장치(UPS, Uninterruptible Power Supply)와 같이 전압제어형 인버터 구조를 이용한 방법[17]이 제시되었다.
독립운전모드 마이크로그리드의 주파수 및 전압 제어를 위한 각 전원간의 협조제어를 위하여 중앙관리시스템을 이용하여 적절한 출력을 배분하는 방법이 사용되었으나 이는 통신을 이용하기 때문에 순시적으로 변화하는 부하를 따라 신속하게 제어명령을 전송하기가 쉽지 않으며 통신지연, 오류 등에 대한 대책도 필요하다[9][16].
그러나 드룹은 각 발전기의 출력이 변동하여 새로운 동작점으로 운전점이 이동하는 특성을 가지고 있다[16].
이계병, 손광명, 장길수, "에너지 저장장치를 이용한 마이크로그리드의 구현", 대한전기학회, 전기학회논문지, 제59권 제2호, pp. 248-254, 2010.2
주파수와 전압제어를 위하여 동기기에서 사용하고 있는 드룹(droop)을 이용한 제어방법 및 기본원리에 대한 연구[16]가 발표되었으며 기존의 무정전전원장치(UPS, Uninterruptible Power Supply)와 같이 전압제어형 인버터 구조를 이용한 방법[17]이 제시되었다.
따라서 계통연계모드에서 출력제어를 하기가 기존의 변환장치에 비해 복잡하며 추가의 연계 인덕터로 인한 손실 및 무게, 부피 등의 물리적인 단점을 가진다[9][17][21].
Jong-Yul Kim, Seul-Ki Kim and June-Ho Park, "Contribution of an Energy Storage System for Stabilizing a Microgrid during Islanded Operation", Journal of Electrical Engineering & Technology, Vol. 4, No. 2, pp. 194-200, 2009
Jin-Hong Jeon, et. al., "Development of Hardware In-the-Loop Simulation System for Testing Operation and Control Functions of Microgrid", IEEE Transactions on Power Electronics, Volume: 25 , Issue 12, pp 2919-2929, 2010. 12.
Jong-Yul Kim, et. al., "Cooperative Control Strategy of Energy Storage System and Microsources for Stabilizing the Microgrid during Islanded Operation", IEEE Transactions on Power Electronics, Volume: 25, Issue 12, pp 3037-3048, 2010. 12.
Emanuel Serban and Helmine Serban, "A Control Strategy for a Distributed Power Generation Microgrid Application with Voltage and Current-Controlled Source Converter", IEEE Transactions on Power Electronics, Volume: 25 , Issue 12, pp 2981-2992, 2010. 12.
서재진, 이학주, 정원욱, 원동준, "마이크로그리드 과도상태 시 전력 수급 균형 전략", 대한전기학회, 전기학회논문지, 제59권 제4호, pp. 707-714, 2010.4
전원의 제어뿐만 아니라 부하 절체를 통한 독립운전 유지전략을 위한 운영알고리즘에 관한 연구[22]도 진행되고 있으며 전원의 종류와 효과 및 경제성 검토와 관련된 연구결과[23][24]도 제시되고 있다.
따라서 작은 외란에 대해 빠르고 크게 변하는 주파수를 제어하기 위해서는 마이크로그리드 내의 각 전원이 외란을 빠르게 감지하여 적절하게 출력을 변동시켜야하며 이 때 각 전원간의 협조가 매우 중요하다[22].
Saito, N.; Niimura, T.; Koyanagi, K.; Yokoyama, R., "Trade-off analysis of autonomous microgrid sizing with PV, diesel, and battery storage", Power & Energy Society General Meeting, 2009. PES '09. IEEE, pp. 1-6, 2009
전원의 제어뿐만 아니라 부하 절체를 통한 독립운전 유지전략을 위한 운영알고리즘에 관한 연구[22]도 진행되고 있으며 전원의 종류와 효과 및 경제성 검토와 관련된 연구결과[23][24]도 제시되고 있다.
이수미, 전영환, "마이크로그리드의 안정적 운영을 위한 풍력 및 태양광 발전원 최적 구성 비율 산정 방안연구", 대한전기학회, 전기학회논문지, 제59권 제2호, pp. 272-276, 2010.2
전원의 제어뿐만 아니라 부하 절체를 통한 독립운전 유지전략을 위한 운영알고리즘에 관한 연구[22]도 진행되고 있으며 전원의 종류와 효과 및 경제성 검토와 관련된 연구결과[23][24]도 제시되고 있다.
S.J. Lee and etc., "A New Phase Detection Method for POwer Conversion Systems Considering Distorted Conditions in Power System", IEEE Industrial Application Annual Meeting Conference Record, pp2167-2172, 1999
3상 전압의 불평형 및 제어 플랫폼의 ADC의 스케일, 오프셋 등으로 인한 dq변환의 리플을 최소화하기 위하여 정상분 전압을 추출하여 계통의 주파수와 전압을 측정하였다[25].
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