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가파도 마이크로그리드에서의 풍력발전 연계를 위한 2MVA급 배터리 에너지 저장시스템(BESS) 적용 및 실증
The Application and Verification of the 2MVA Battery Energy Storage System(BESS) with Wind-turbine in Micro-grid of Gapado, Jeju 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.19 no.4, 2014년, pp.303 - 311  

김승모 (POSCO ICT R&D Center Electric & Electron Technology Team) ,  오승진 (POSCO ICT R&D Center Electric & Electron Technology Team) ,  이종학 (POSCO ICT R&D Center Electric & Electron Technology Team) ,  김태형 (POSCO ICT R&D Center Electric & Electron Technology Team) ,  권병기 (POSCO ICT R&D Center Electric & Electron Technology Team) ,  안재민 (POSCO ICT R&D Center) ,  진경민 (POSCO ICT R&D Center) ,  최창호 (POSCO ICT R&D Center)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper shows the test result of 2MVA BESS(Battery Energy Storage System) with wind-turbine in micro-grid of the Gapado. To implement of micro-grid with BESS, characteristics of generator and customer load in grid are considered. Also, to operate of 2-parallel PCU(Power Conversion Unit) in BESS, ...

주제어

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제안 방법

  • 6kV 이다. PCS 최대용량은 2MVA로서 무효전력 보상 기능을 포함하고 있으며, 설치위치와 주변 온도환경, 냉각효율 등을 고려하여 수냉방식으로 설계되었다. BCS의 배터리는 리튬이온배터리를 채택하였고, 배터리 방전능력 4CP 기준으로 2MW/500kWh 용량을 적용하였다.
  • 가파도 마이크로그리드에서의 2MVA BESS 적용시험은 풍력발전기와 연계하여 수행되었다. 시험 항목은 전력품질측정과 제어성능검증 그리고 배터리 상태검증으로 이루어졌다.
  • 본 논문에서는 가파도 마이크로그리드에 적용된 2MVA BESS와 풍력발전기의 연계시험을 통해, 계통전원 품질이 IEEE 1547 기준에 만족함을 확인하였다. 또한, 내부 구성품인 2대 병렬구성의 전력변환장치(PCS) 운전과 Droop제어 구현을 통해 균등부하운전과 초기 과도전류 억제를 확인하였다. 풍력발전기로부터 발생된 전기에너지 충전시험을 통해 배터리의 상태를 모니터링 하였으며, 풍력발전기 발전시 더미부하를 통한 방전시험을 통해 전력공급능력을 검증하였다.
  • 본 논문에서는 가파도에 적용된 마이크로그리드에 2MVA 전원용량의 수냉식 PCS(Power Conditioning System)와 500kWh 리튬이온배터리용량의 BCS(Battery Conditioning System)로 구성된 대용량 BESS를 적용하였고, 풍력발전기와의 연계시험을 통해 계통전원의 품질이 IEEE 1547 기준에 만족함을 확인하였다. 또한, 대용량 BESS 내부에서 DC전원을 3상 AC전원으로 변환하는 인버터 스택과 LCL필터로 구성된 PCU(Power Conversion Unit) 2대를 병렬운전하고, Droop제어를 통해 균등부하운전과 초기 과도전류 억제를 구현하였다. 이를 이용하여 풍력발전기로부터 발생된 전기에너지 충전시험을 수행하였으며, 더미부하를 통한 방전시험을 진행하였다.
  • 본 2MVA급 BESS의 PCU는 발전원과 부하원을 포함하는 마이크로그리드에 전력을 공급하기 위해, 계통측 기준전압을 제어하고 부하분담을 위한 전류제어를 수행한다. 여기에서 계통측 전압제어를 수행하는 PCU가 마스터로서 제어 우선권을 가진다.
  • 본 논문에서는 가파도에 적용된 마이크로그리드에 2MVA 전원용량의 수냉식 PCS(Power Conditioning System)와 500kWh 리튬이온배터리용량의 BCS(Battery Conditioning System)로 구성된 대용량 BESS를 적용하였고, 풍력발전기와의 연계시험을 통해 계통전원의 품질이 IEEE 1547 기준에 만족함을 확인하였다. 또한, 대용량 BESS 내부에서 DC전원을 3상 AC전원으로 변환하는 인버터 스택과 LCL필터로 구성된 PCU(Power Conversion Unit) 2대를 병렬운전하고, Droop제어를 통해 균등부하운전과 초기 과도전류 억제를 구현하였다.
  • 본 충전시험에서는 500kWh 배터리 정격용량에 따른 1CP로 일정전류 충전을 수행하였다. 충전효율 검증을 위한 배터리에너지 방전시험에서는 배터리 정격 전류용량의 3배에 해당하는 부하를 적용하여 수행하였다.
  • 가파도 마이크로그리드에서의 2MVA BESS 적용시험은 풍력발전기와 연계하여 수행되었다. 시험 항목은 전력품질측정과 제어성능검증 그리고 배터리 상태검증으로 이루어졌다.
  • 또한, 대용량 BESS 내부에서 DC전원을 3상 AC전원으로 변환하는 인버터 스택과 LCL필터로 구성된 PCU(Power Conversion Unit) 2대를 병렬운전하고, Droop제어를 통해 균등부하운전과 초기 과도전류 억제를 구현하였다. 이를 이용하여 풍력발전기로부터 발생된 전기에너지 충전시험을 수행하였으며, 더미부하를 통한 방전시험을 진행하였다.
  • 본 충전시험에서는 500kWh 배터리 정격용량에 따른 1CP로 일정전류 충전을 수행하였다. 충전효율 검증을 위한 배터리에너지 방전시험에서는 배터리 정격 전류용량의 3배에 해당하는 부하를 적용하여 수행하였다.[6]
  • 풍력발전기 운전 시, 전기에너지는 계통측 전류의 크기와 전압파형과의 180° 위상차이에 의해 확인하였다.
  • 또한, 내부 구성품인 2대 병렬구성의 전력변환장치(PCS) 운전과 Droop제어 구현을 통해 균등부하운전과 초기 과도전류 억제를 확인하였다. 풍력발전기로부터 발생된 전기에너지 충전시험을 통해 배터리의 상태를 모니터링 하였으며, 풍력발전기 발전시 더미부하를 통한 방전시험을 통해 전력공급능력을 검증하였다. 이를 통해 가파도 마이크로그리드에서 제안된 2MVA BESS의 성능과 특성을 검증하였다.

데이터처리

  • 풍력발전기로부터 발생된 전기에너지 충전시험을 통해 배터리의 상태를 모니터링 하였으며, 풍력발전기 발전시 더미부하를 통한 방전시험을 통해 전력공급능력을 검증하였다. 이를 통해 가파도 마이크로그리드에서 제안된 2MVA BESS의 성능과 특성을 검증하였다.
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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
에너지 저장시스템이 제안된 배경은? 디젤발전기는 화석연료에 의한 발전방식으로 배기가스에 의한 환경오염, 도서지역의 연료공급 및 비용상승 문제가 내제되어 있고, 신재생에너지원은 청정자원으로 연료비가 들지 않아 경제적이나 지역과 기후에 따라 영향을 받으므로 발전에너지양이 변동함으로 안정적인 전력 공급이 어렵다는 단점을 갖고 있다. 따라서 마이크로그리드에서 신재생에너지원을 확대하기 위해서는 발전전원의 품질 개선이 요구되며, 에너지 사용량이 적은 시간 대에 발생된 전력을 효과적으로 저장하는 방안이 필요하다. 또한 마이크로그리드의 발전원이 계통에서 차단될 경우, 마이크로그리드에 연결된 부하에 안정적인 전력을 공급하는 장치가 필요하다. 이를 위한 방안으로 계통의 안정도 향상과 에너지의 효율적 운영을 위하여 에너지 저장시스템(ESS: Energy Storage System)이 제안되었고, 다양한 종류의 배터리를 적용한 대용량 배터리 에너지 저장장치(BESS: Battery Energy Storage System)가 개발되고 있다.
디젤발전기의 문제점은? 마이크로그리드에 적용되는 발전원은 화석연료를 이용한 디젤발전기, 신재생에너지를 이용한 풍력 및 태양광 발전이 대표적이다. 디젤발전기는 화석연료에 의한 발전방식으로 배기가스에 의한 환경오염, 도서지역의 연료공급 및 비용상승 문제가 내제되어 있고, 신재생에너지원은 청정자원으로 연료비가 들지 않아 경제적이나 지역과 기후에 따라 영향을 받으므로 발전에너지양이 변동함으로 안정적인 전력 공급이 어렵다는 단점을 갖고 있다. 따라서 마이크로그리드에서 신재생에너지원을 확대하기 위해서는 발전전원의 품질 개선이 요구되며, 에너지 사용량이 적은 시간 대에 발생된 전력을 효과적으로 저장하는 방안이 필요하다.
신재생에너지원의 단점은? 마이크로그리드에 적용되는 발전원은 화석연료를 이용한 디젤발전기, 신재생에너지를 이용한 풍력 및 태양광 발전이 대표적이다. 디젤발전기는 화석연료에 의한 발전방식으로 배기가스에 의한 환경오염, 도서지역의 연료공급 및 비용상승 문제가 내제되어 있고, 신재생에너지원은 청정자원으로 연료비가 들지 않아 경제적이나 지역과 기후에 따라 영향을 받으므로 발전에너지양이 변동함으로 안정적인 전력 공급이 어렵다는 단점을 갖고 있다. 따라서 마이크로그리드에서 신재생에너지원을 확대하기 위해서는 발전전원의 품질 개선이 요구되며, 에너지 사용량이 적은 시간 대에 발생된 전력을 효과적으로 저장하는 방안이 필요하다.
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참고문헌 (10)

  1. Sergio Vazquez, Srdjan M. Lukic, Eduardo Galvan, Leopoldo G. Franquelo, Juan M. Carrasco, "energy storage systems for transport and grid applications," IEEE Trans. Industrial Electronics, Vol. 57, No. 12, pp. 3881-3895, 2010. 

  2. K.C.Divya, Jacob Ostergaard, "Battery energy storage technology for power system - An overview," Electric Power Systems Research, pp. 511-520, 2009. 

  3. Young-hun Jung,, "Korea's Smart Grid policy and deployment," Ministry of Knowledge Economy(MKE) Counselor to the Minister, pp. 15-17, Nov. 2013. 

  4. Anca D. Hansen, Florin lov, Frede Blaabjerg and Lars H. Hansen, "Review of Comtemporary Wind Turbine Concepts and their Market Penetration," Wind Engineering Vol 28, No. 3, pp. 247-263, 2004. 

  5. Smart Renewable Project Business Plan(POSCO ICT), 2009. 

  6. Soo-Hong Kim, Tae-Hyeong Kim, Yun-Hyun Kim, Dong-Seok In, Byung-Ki Kwon, Chang-Ho Choi, "A Development of 2MVA Battery Energy Storage System," The Transactions of Korean Institute of Power Electronics, Vol. 17, No. 2, pp. 174-181, Apr. 2012. 

  7. Seung-Jin Oh, Tae-Hyeong Kim, Byung-Ki Kwon, "A Parallel Control Algorithm using Droop Control for Battery Energy Storage System(BESS)," The Korean Institute of Power Electronics, pp. 131-132, Nov. 2013. 

  8. Seung-Jin Oh, Tae-Hyeong Kim, Byung-Ki Kwon, "A Parallel Control Algorithm using Droop Control for Battery Energy Storage System(BESS)," The Korean Institute of Power Electronics, pp. 131-132, Nov. 2013. 

  9. Seung-Jin Oh, Tae-Hyeong Kim, Byung-Ki Kwon, "A Parallel Control Algorithm using Droop Control for Battery Energy Storage System(BESS)," The Korean Institute of Power Electronics, pp. 131-132, Nov. 2013. 

  10. IEEE Application Guide for IEEE Std $1547.2^{TM}$ 2008. 

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