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독일 계통 연계 규정에 기반 된 대용량 태양광 발전 시스템의 계통 안정화를 위한 제어 전략
Control Strategy for a Grid Stabilization of a Large Scale PV Generation System based on German Grid Code 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.19 no.1, 2014년, pp.41 - 50  

배영상 (Dept. of Electrical Eng., EECS Lab, Hanyang University) ,  김래영 (Dept. of Electrical and Biomedical Eng., Hanyang University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The rising penetration of renewable energy resulted in the development of grid-connected large-scale power plants. Therefore, grid stabilization, which depends on the system-type or grid of each country, plays an important role and has been strengthened by different grid codes. With this background,...

주제어

#BDEW   #grid stabilization   #power control   #VDE-AR-N  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 계통 연계형 발전 시스템에서 선진 국가의 계통연계 규정에 부합하기 위함의 노력은 효율적, 안정적인 분산 발전 시스템에 기여를 가져오는 것 뿐 만 아니라 세계시장 진출의 전략이될 것이다. 본 논문에서는 세계적으로 가장 엄격한 규정인 독일의 계통 규정에 근거하여 제안하는 전력 제어 전략을 기존의 전류제어와 비교하여 나타내었다. 제안된 제어
  • 본 논문에서는 세계적으로 가장 엄격한 규정인 독일의 에너지 수자원 사업 협회의 계통 규정(BDEW: German Association of Energy and Water Industries)과 VDE-AR-N 4105 규정에 부합되는 순시 전력 이론을 기반으로 한 3상 대용량 태양광 발전 시스템을 위한 전력 제어 전략을 제시한다. 제안된 제어 전략의 타당성을 검증하기 위하여 100kW급 태양광 인버터의 시뮬레이션과 실험을 실시하였고 기존 전류 제어기와의 비교를 통해 그 필요성을 증명하였다.
  • 본 논문에서는 이를 이용하여 그림 8과 같이 독일의 계통 규정을 만족할 수 있는 전력 제어 알고리즘을 제안한다. 여기에서 주의해야 할 점은 계통의 유, 무효전력은 순시적으로 다음 수식과 같이 직류성분 “-”과 진동하는 리플 성분“∼”으로 분리할 수 있다는 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
각 국가의 저압 및 중전압 계통 연계 규정은 어떤 목적을 가지고 있는가? 이러한 대용량 계통 연계형태양광 인버터는 각 국가 별 계통 규정 및 설치 유형에 따라 주로 중전압 계통에 연계하지만 저압 연계도 한다[2]. 따라서 각 국가의 저압 및 중전압 계통 연계 규정은 계통 안정도 및 신뢰도 향상을 목적으로 끊임없이 재정비 되고 있고 이를 기반으로 계통 연계형 인버터의 제어기를 설계해야 함은 필수 불가결한 요소이다.
일반적으로 계통 연계형 태양광 인버터 시스템은 왜 유효 전력 제어를 기준으로 설계했는가? 일반적으로 계통 연계형 태양광 인버터 시스템은 절연 변압기 또는 송전 선로, 인버터의 손실을 피하기 위하여 유효 전력 제어를 기준으로 설계했다. 따라서 계통 규정에 적합한 무효전력 제어를 위해서는 인버터의 용량을 증가 시켜야만 한다.
전류제어만으로 저압 및 중전압 계통에 연계하여 계통 규정에 맞게 안정화 제어를 시행한다는 것은 치명적인 단점이 있는데, 그 단점은 무엇인가? 그러나 이러한 전류제어만으로 저압 및 중전압 계통에 연계하여 계통 규정에 맞게 안정화 제어를 시행한다는 것은 실제 치명적인 단점이 있다. 대표적인 근거를 살펴보면 현재 신재생 에너지의 높은 투입 율에 따른 계통의 주파수는 전력의 공급과 소비의 양의 비율에 따라 그 크기가 가변 되고 더욱이 계통 전압은 그 규정 범위(예: ±10%) 내에서 순간 전압 강하 또는 상승이 발생된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 각 국가의 계통 연계 규정[7]-[12]에서는 계통의 상황에 따라 엄격하게 무효전력뿐 만 아니라 최대 전력 점 추종 제어에 따른 유효전력 공급의 양을 규제하고 있는데 일반적인 전류제어만을 사용한 계통 연계형 인버터는 이러한 상황에서 이 규정들에 부합되기가 어렵다.
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참고문헌 (16)

  1. PV Power Plants 2011 Industry Guide, Renewables Insight, 2011. 

  2. J. C. Boemer, K. Burges , P. Zolotarev, J. Lehner , P. Wajant, M. Furst, R. Brohm, T. Kumm, "Overview of German Grid Issues and Retrofit of Photovoltaic Power Plants in Germany for the Prevention of Frequency Stability Problems in Abnormal System Conditions of the ENTSO-E Region Continental Europe," in Proc. Solar Integration Workshop, Aarhus, Oct. 2011. 

  3. T. Kerekes, M. Liserre, R. Teodorescu, C. Klumpner and M. Sumner, "Evaluation of Three-phase Transformerless Photovoltaic Inverter Topologies," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 24, No. 9, pp. 2202-2211, Sep. 2009. 

    상세보기 crossref

  4. Robert Gonzalez, Eugenio Gubia, Jesus Lopez and Luis Marroyo, "Trnsformerless Sing-Phase Multilevel-Based Photovoltaic Inverter," IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 55, No. 7, pp. 2694-2702, July 2008. 

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  5. M. Ciobotaru, R. Teodorescu, and F. Blaabjerg, "Control of single-stage single-phase PV inverter," in Proc. Eur. Conf. Power Electron. Appl., pp. 1-10, 2005. 

  6. E. Paal, Z. Weitzl, and C. S. Choi "Grid Management Functions built in PV Inverters for Distributed Power Generation," in Proc. ICPE 2011-ECCE Asia, pp. 2637-2644, 2011. 

  7. M. Garcia-Gracia, N. El Halabi, H. Ajami, and M. Paz Comech "Integrated Control Technique for Compliance of Solar Photovoltaic Installation Grid Codes," IEEE Trans. Energy Conversion, Vol. 27, No 3, pp. 792-798, Sep. 2012. 

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  8. J. H. Park, T. H. Jo, H. G. Kim, T. W. Chun, E. C. Nho, H. Cha, "Comparison of current controllers of grid-connected PCS for distributed resources," Transactions of Korean Institute of Power Electronics, Vol. 17, No. 3, pp. 274-280, Jun. 2012. 

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  9. W. Bartels, F. Ehlers, K. Heidenreich, R. Huttner, H. Kuhn, T. Meyer, T. Kumm, J.-M. Salzmann, H.-D. Schafer, and K.-H. Weck, "Generating Plants Connected to the Medium-Voltage Network," Technical Guideline of BDEW, 2008. 

  10. "Technical requirements for the connection to and parallel operation with low-voltage distribution networks," VDE-AR-N 4105, 2011. 

  11. E. Troester, "New German Grid Codes for connecting PV systems to the medium voltage power grid," in Proc. 2nd Int. Workshop on Concentrating Photovoltaic Power Plants: Opt. Design, Prod., Grid Connection, pp. 1-4, 2009. 

  12. H. J. Shin, S. K. Sul, "LVRT Control Strategy of Grid-connected Wind Power System," Transactions of Korean Institute of Power Electronics, Vol. 16, No. 2, pp. 182-190, Apr. 2011. 

    원문보기 상세보기 crossref

  13. Technical Guidelines for Power Generating Units. Part 8 Certification of the Electrical Characteristics of Power Generating Units and Systems in the Medium-, High- and Highest-Voltage Grids. Revision 3, FGW, Kiel, Germany, Mar. 2010. 

  14. Technical Guidelines for Power Generating Units. Part 3 Determination of electrical characteristics of power generating units connected to MV, HV and EHV Grids. Revision 20, FGW, Kiel, Germany, Oct. 2009. 

  15. C. L. Fortescue, "Method of symmetrical co-ordinates applied to the solution of polyphase networks," Amer. Inst. Electr. Eng., Trans., Vo.l 37, No. 2, pp. 1027-1140, 1918. 

  16. H. Akagi, E. H. Watanabe and M. Aredes, Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning (IEEE Press Series on Power Engineering), Hoboken, NJ: Wiley-IEEE Press, 2007. 

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