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[국내논문] PSCAD/EMTDC를 이용한 배전계통의 선로전압조정장치와 전지전력저장장치의 모델링에 관한 연구
A Study on the Modeling of Step Voltage Regulator and Energy Storage System in Distribution System Using the PSCAD/EMTDC 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.16 no.2, 2015년, pp.1355 - 1363  

김병기 (한국기술교육대 전기전자통신공학부) ,  김기영 (한국기술교육대 전기전자통신공학부) ,  이주광 (한국기술교육대 전기전자통신공학부) ,  최성식 (한국기술교육대 전기전자통신공학부) ,  노대석 (한국기술교육대 전기전자통신공학부)

초록
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태양광전원이 연계된 배전계통에서 발생되는 과전압문제를 해소하기 위하여, 계통에서 발생하는 전압변동에 대응하여 전압을 일정하게 유지시킬 수 있는 선로 전압 조정장치(Step Voltage Regulator)의 도입이 제안되고 있다. 일반적으로 SVR은 전압조정 방법에 의하여 Tap위치를 결정한 후, 일정시간이 지나면 Tap이 동작하도록 운용된다. 하지만 지연시간(30sec) 이후에 Tap을 동작시키는 SVR의 특성에 의하여, 이 시간동안 수용가전압은 규정치를 벗어날 가능성을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 배전계통의 상용소프트웨어인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 LDC방법에 의한 SVR의 전압조정 모델링과, 양방향으로 유무효전력을 제어할 수 있는 전지전력저장장치(Battery Energy Storage System)의 모델링을 제안하였다. 또한 SVR의 문제점을 보완하기 위하여, BESS와의 협조방안에 대한 모델링을 제시하였다. 상기에서 제안한 모델링을 바탕으로 수용가의 전압특성을 분석한 결과, SVR과 BESS에 의하여 안정적으로 전압이 유지됨을 확인하여, 본 연구에서 제시한 모델링의 유효성을 입증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to maintain customer voltage within allowable limit($220{\pm}13V$), tap operation of SVR(step voltage regulator) installed in primary feeder could be carried out according to the scheduled delay time(30 sec) of SVR. However, the compensation of BESS(battery energy storage system)...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 하지만 미리 설정된 지연시간(30sec) 이후에 Tap이 동작하는 SVR의 특성에 의하여, 이 시간동안 수용가전압은 규정치를 벗어날 수 있는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 배전계통의 대표적인 상용 소프트웨어인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 LDC방법에 의한 SVR의 전압조정 모델링과, 양방향으로 유무효전력을 제어할 수 있는 전지전력저장장치(Battery Energy Storage System)의 모델링을 제안하였다. 또한 SVR의 문제점을 보완하기 위하여, BESS와의 협조방안에 대한 모델링을 제시하였다.
  • 하지만 지연시간(30sec) 이후에 Tap을 동작시키는 SVR의 특성에 의하여, 이 시간동안 수용가전압은 규정치를 벗어날 가능성을 가지고 있다. 따라서 SVR 운용 시 발생할 수 있는 전압문제를 해결하기 위하여, 본 논문에서는 LDC 방법에 의한 SVR의 전압조정 모델링과, 양방향으로 유무효전력을 제어할 수 있는 전지전력저장장치(Battery Energy Storage System)의 모델링을 제안하였다. 또한 SVR의 문제점을 보완하기 위하여, BESS와의 협조방안에 대한 모델링을 제시하였다.
  • SVR의 운용특성을 해석하기 위하여, 본 논문에서는 PSCAD/EMTDC를 이용하여 SVR의 모델링을 수행하였다. 2.
  • SVR과 BESS의 운용에 따른 수용가 전압특성을 분석 하기 위하여, 본 논문에서는 상기 2장에서 제안한 SVR 과 BESS의 전압조정 방안을 바탕으로 협조 모델링을 제시하였다. 먼저 수용가전압이 규정치를 벗어 날 경우, 부하전류와 BESS의 동작기준전류를 비교하여 충·방전 여부를 판별하는 2.
  • 본 장에서는 상기에서 언급한, SVR의 Tap 지연시간 동안 발생되는 수용가의 전압 문제를 해결하기 위하여, 제안한 SVR과 BESS의 협조제어 모델링에 의한 SVR과 BESS의 동작특성을 검증하였다. 또한, 이를 바탕으로 태양광전원이 연계된 배전계통에 SVR과 BESS의 도입에 따른 수용가전압 특성을 분석하여, 본 논문에서 제안한 모델링의 유용성을 확인하였다.

가설 설정

  • 한편, 상기에서 제안한 SVR과 BESS의 운용은 식 (8)과 같이 논리식으로 나타낼 수 있는데, 이 식에서 BESS의 충전상태는 1, 방전상태는 ―1, 그리고 동작을 하지 않는 상태는 0으로 가정하였다. 또한, 식 (8)에서 τ는 SVR 의 tap 동작 지연시간 안에서 전압이 규정치를 초과하는 경우와, 미만인 경우를 판단하는 요소로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지자체와 신재생에너지 발전사업자를 중심으로 대용량 분산전원을 배전계통에 활발하게 연계했을 때 어떤 문제점이 발생하는가? 이러한 신재생에너지 전원의 활성화 방안에 따라 지자체와 신재생에너지 발전사업자를 중심으로 대용량 분산전원을 배전계통에 활발하게 연계하고 있는 실정이다. 하지만, 풍력, 태양광, 연료전지와 같은 분산전원이 배전계통에 도입되어 운용되는 경우, 급격한 출력변동에 의하여 수용가에서는 전압 규정치를 벗어날 가능성 가지고 있다[2-5]. 이를 해결하기 위하여 분산전원이 연계된 배전계통에 선로전압조정장치(Step Voltage Regulator)를 설치하여 전압변동에 대응하기 위한 방안으로 제안되고 있다[6].
SVR의 전압조정은 어떻게 나누어지는가? SVR의 전압조정은 부하전류에 응동하여 조정하는 LDC(line drop compensation)방식과 부하량에 상관없이 고정된 송출전압 값을 갖는 송출전압 고정방식, 그리고 시간에 의하여 정해진 송출전압을 조정하는 프로그램방식으로 나누어진다. 상기의 방식 중 가장 많이 사용되고 있는 LDC방식은 Fig.
태양광전원이 연계된 배전계통에서 발생되는 과전압문제를 해소하기 위하여 선로 전압 조정장치를 도입할 때 어떤 문제점이 있는가? 일반적으로 SVR은 전압조정 방법에 의하여 Tap위치를 결정한 후, 일정시간이 지나면 Tap이 동작하도록 운용된다. 하지만 지연시간(30sec) 이후에 Tap을 동작시키는 SVR의 특성에 의하여, 이 시간동안 수용가전압은 규정치를 벗어날 가능성을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 배전계통의 상용소프트웨어인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 LDC방법에 의한 SVR의 전압조정 모델링과, 양방향으로 유무효전력을 제어할 수 있는 전지전력저장장치(Battery Energy Storage System)의 모델링을 제안하였다.
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참고문헌 (11)

  1. IEC, "Electrical Energy Storage", IEC MSB(Market Strategy Board), 2010.10 

  2. NREL, "Grid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage", IEC MSB(Market Strategy Board), 2012.10. 

  3. EPRI, "Integrating Smart Distributed Energy Resources with Distribution Management Systems", An EPRI Overview on Managing Distributed Energy Resources, Product No. 1024360, 2012.09. 

  4. Wood Allen J, Wollenberg Bruce F. "Power Generation, Operation, and Control", 1976. 

  5. IEC, "Grid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage," IEC, 2012. 

  6. EPRI, "Integrating Smart Distributed Energy Resources with Distribution Management Systems," EPRI, September 2012. 

  7. D. Rho and Hasegawa. J, "A study on the optimal voltage regulation methods in power distribution systems interconnected with dispersed energy storage and generation systems", JIEE, Vol.8, No. 4, pp. 702-707, 1995. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/EMPD.1995.500814 

  8. B. Kim and D. Rho, "Optimal Voltage Regulation Method for Distribution System with Distributed Generation Systems Using the Artificial Neural Networks", JEET 2013, Vol.8, No. 4, pp. 712-718, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.5370/JEET.2013.8.4.712 

  9. R.Y. Kim, S.Y. Choi, and I.Y.Suh, "Instantaneous Control of Average Power for Grid Tie Inverter Using Phase D-Q Roatting Frame with ALL Pass Filter", in Proc. IEEE-IECON, pp.274-279, 2004. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/IECON.2004.1433322 

  10. D. Rho and M. Kim," A study on the Optimal Operation of Line Voltage Regulator (SVR) in Distribution Feeders", 2004 IFAC Symposium, Seoul, South Korea, 2004.09. 

  11. M. Kim, D. Rho, J. Kim, K. Kim, "Optimal Operation Method of Multiple Voltage Regulators in Distribution Systems Interconnected with Dispersed Storage and Generation Systems", Trans. KIEE. Vol. 54A. No. 2, 2005.02. 

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