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계통연계형 마이크로그리드의 독립운전시 주파수 제어에 관한 연구
Frequency Control Method of Grid Interconnected Microgrid Operating in Stand Alone Mode 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.61 no.8, 2012년, pp.1099 - 1106  

채우규 (한전전력연구원) ,  이학주 (한전전력연구원) ,  박중성 (한전전력연구원) ,  조진태 (한전전력연구원) ,  원동준 (인하대학교 전자전기공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Microgrid is a new electrical energy system that composed of various generators, renewable energy, batteries and loads located near the electrical customers. When Microgrid is interconnected with large power system, Microgrid don't need to control the frequency. But in case of the outage or faults o...

주제어

#Microgrid   #Droop   #BESS   #Battery   #Cooperative control   #Frequency control  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 정격 주파수를 유지하기 위하여 하나 이상의 분산전원을 ‘swing generator’로 지정할 수도 있으나, 실시간으로 ‘swing generator' 기능을 on/off 할 수 없기 때문에 '주파수 hunting' 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 마이크로그리드내에 EMS를 설치하고, EMS가 마이크로그리드내 발전량과 부하량을 파악하여 부족하거나 남는 전력은 제어가능한 분산전원(디젤발전기, 마이크로가스터빈 등)의 제어를 통하여 수급 밸런싱 및 정격 주파수를 유지하는 방법을 제안한다. 이때 에너지 저장장치에는 droop 기능을 부여하여 작은 부하변동에 따른 주파수 변동은 저장장치가 담당하도록 한다.
  • 본 논문에서는 기존에 설치되어 있는 분산전원을 이용하여 계통연계형 마이크로그리드를 구축하고 안정적인 운전모드 전환 및 독립운전이 유지될 수 있는 방법을 제안한다. EMS(Energy Management System, 에너지 관리 시스템)와 각 분산전원간의 통신속도보다 빠른 이벤트에 대비하기 위하여 에너지저장장치의 로컬 제어기가 droop 기능을 이용하여 주파수를 유지하며 이후 EMS의 계산에 의한 지령으로 주파수를 회복시켜 마이크로그리드가 안정적으로 운영되도록 한다.
  • 본 논문은 계통연계형 마이크로그리드가 상위 전력계통의 고장 또는 정전 등으로 인하여 독립운전으로 전환될 경우 과도 상태를 안정적으로 극복하고 독립운전을 지속적으로 유지하기 위한 마이크로그리드의 구조 및 제어 방법을 제안하였다. 마이크로그리드의 안정도를 향상시키고 고가의 배터리를 수명을 고려하여 운영하기 위하여 배터리와 슈퍼커패시터의 동시 운영을 제안하였다.

가설 설정

  • 시뮬레이션 진행에 따른 각 발전원의 출력은 표 2와 같다. 디젤발전기의 출력은 EMS로부터 지령을 받고 있는 것으로 가정하였으며 시뮬레이션 전 기간에 걸쳐 30 kW로 고정되어 있고 부하변동을 추종할 수 없다. 따라서 마이크로그리드의 주파수는 마이크로그리드내 부하량의 변동에 따라 변하게 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스마트그리드의 개발 목적은 무엇인가? 전 세계적으로 여러 가지 분야 및 방법으로 에너지가 소비되고 있으며 전력시스템도 많은 부분을 차지하고 있다. 전력수요를 줄이는 방법과 더불어 전력시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 방법으로 신재생에너지의 적극적인 이용과 이를 수용할 수 있는 시스템을 만들기 위하여 스마트그리드에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 전력전송 손실을 감소시키고 전체적인 에너지 사용 효율을 증대시키기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다.
계통연계형 마이크로그리드의 두 가지 운전 모드는 무엇인가? 마이크로그리드는 다수의 분산전원과 부하로 구성되어 시스템으로서 스스로 에너지를 공급할 수 있으며 전력계통에 연계되어 운전되거나 독립적으로 계통을 구성하여 전력을 공급할 수 있다[4-5]. 계통연계형 마이크로그리드는 전력공급 신뢰도 향상 및 전력거래를 통한 수익극대화라는 두 가지 목적을 달성하기위하여 계통연계운전모드와 독립운전모드의 두 가지 운전모드로 각각 운전될 수 있다. 연계운전모드는 상위 전력계통과 전기적으로 연계하고 통신을 통하여 상위 전력계통 운영시스템의 수요관리에 반응하고 첨두부하 삭감 및 실시간 전기요금에 반응하여 에너지비용을 절감할 수 있다.
계통연계형 마이크로그리드의 연계 운전 모드의 장점은 무엇인가? 계통연계형 마이크로그리드는 전력공급 신뢰도 향상 및 전력거래를 통한 수익극대화라는 두 가지 목적을 달성하기위하여 계통연계운전모드와 독립운전모드의 두 가지 운전모드로 각각 운전될 수 있다. 연계운전모드는 상위 전력계통과 전기적으로 연계하고 통신을 통하여 상위 전력계통 운영시스템의 수요관리에 반응하고 첨두부하 삭감 및 실시간 전기요금에 반응하여 에너지비용을 절감할 수 있다. 또한 신재생에너지의 불규칙한 출력을 평준화시키고 무효전력 공급을 통하여 마이크로그리드의 전력품질을 향상시킬 수 있다[6]-[9]. 상위 전력계통에서 고장이 발생하여 정전이 되면, 마이크로그리드는 구내 부하에 무정전으로 전력을 공급하기 위하여 상위 전력계통과 전기적으로 분리하여 운전하는 독립운전모드로 전환하게 된다.
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참고문헌 (15)

  1. N. D. Hatziargyriou, H. Asano, R. Iravani, and C. Marnay,, "Microgrids", IEEEPowerEnergy, Vol. 5, Issue 4, pp.78-94, July-Aug. 2007. 

  2. N. D. Hatziargyriou, "Microgrids", IEEEPower Energy, Vol. 6, Issue 3, pp.26-29 , May-June 2008. 

  3. G. Venkataramanan, and C. Marnay, "A larger role for microgrids", IEEEPower Energy, Vol. 6, Issue 3, pp.78-82, May-June 2008. 

  4. Peter Asmus, "Microgrids, Islanded Power Grids and Distributed Generation for Community, Commercial, and Institutional Applications", Pike research, 2009 

  5. R. H. Lasseter, "Microgrids", IEEE PES Winter Meeting, Jan. 2002. 

  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. 

    상세보기 crossref

  7. 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. 

    상세보기 crossref

  8. Kwang-Myung Son, "Control and Analysis Trend of Microgrid", KIPE, Vol. 15, No. 4, pp30-35, April, 2010. 

  9. Jin-Hong Jeon, "A Novel Frequency Tracker for Islanded-Mode Operation in Microgrid", KIEE Trans. Vol. 60, No. 7, July, 2011 

  10. Jae-Jin Seo, "Power Balancing Strategy in the Microgrid During Transient", KIEE Trans. Vol. 59, No. 4, April, 2010 

  11. Il-Yop Chung, "Power Control Methods for Microgrid with Multiple Distributed Generators", KIEE Trans. Vol. 57, No. 4, April, 2008 

  12. R. H. Lasseter and P. Piagi, "Providing Premium Power through Distributed Resources", Proc. of the 33rd Hawaii International Conf. on System Sciences, pp. 1437-1445, Jan. 4-7 2000. 

  13. J. A. Pecas Lopes, C. L. Moreira, A. G. Madureira, "Defining Control Strategies for MicroGrids Islanded Operation", IEEE Trans. on Power Systems, Vol. 21, No. 2, pp. 916-924, May 2006. 

    상세보기 crossref

  14. R. Lasseter, P. Piagi, "Control and design of Microgrid Components", Power System Engineering Research Center, final project report, Jan. 2006 

  15. Leon Freris, "Renewable Energy in Power Systems", John Wiley & Sons, pp.80, 2011 

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