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제어 가능한 전류원 기반의 인버터를 이용한 실제적 태양광 발전 시스템 모델링
Modeling of Practical Photovoltaic Generation System using Controllable Current Source based Inverter 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.65 no.8, 2016년, pp.1340 - 1346  

오윤식 (Dept. of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ,  조규정 (Dept. of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ,  김민성 (Dept. of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ,  김지수 (Dept. of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ,  강성범 (Dept. of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ,  김철환 (Dept. of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ,  이유진 (Korea Electric Power Research Institute) ,  고윤태 (Corning)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Utilization of Distributed Generations (DGs) using Renewable Energy Sources (RESs) has been constantly increasing as they provide a lot of environmental, economic merits. In spite of these merits, some problems with respect to voltage profile, protection and its coordination system due to reverse po...

주제어

#Current source inverter   #Distributed generation   #Distribution system   #Photovoltaic generation  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 태양광 발전 시스템은 개별적인 셀들을 직렬 및 병렬로 연결한 태양광 어레이와 이를 기존의 AC 계통과 연계하기 위해 요구되는 계통 연계용 인버터를 포함한다. 따라서 본 논문에서는 전력계통 과도현상 해석 프로그램인 ElectroMagnetic Transient Program(EMTP)에서 기존에 제공되지 않는 실제적인 태양광 발전 시스템 구현을 위해 사용자 정의 모델 구현 기능인 MODELS를 이용하여 태양광 셀의 직, 병렬 저항을 고려한 실제적 태양광 셀 모델링을 수행하였으며, 반복적인 직렬 저항의 fitting 과정을 통해 셀의 직, 병렬 저항을 계산하였다. 또한 기존 인버터 모델이 초점을 맞추어 왔던 AC 계통과의 효과적인 연계 및 최대전력점 추종 제어 기능과 더불어 연계 배전계통의 전압조정기능을 구현하기 위해 P, Q 및 역률 제어 가능한 전류원 기반의 인버터를 모델링하였으며, 모델링 된 태양광 발전 시스템은 실제 국내 배전계통 데이터에 기반한 모의 계통을 이용하여 다양한 조건에 대해 검증되었다.
  • 본 논문에서는 직, 병렬 저항을 고려한 실제적인 태양광 셀 및 제어 가능한 전류원 기반의 인버터로 구성된 태양광 발전 시스템을 제시하였다. EMTP 내의 사용자 정의 모델 구현 기능인 MODELS를 이용하여 직, 병렬 저항값 도출을 위한 fitting 방식과 인버터의 역률 및 P, Q 제어 방식을 구현하였으며, 실제 국내 배전계통의 데이터를 이용한 모의 계통에서 다양한 조건에 따른 시뮬레이션을 수행함으로써 제시된 모델의 성능을 검증하였다.

가설 설정

  • ･ 상업용 태양광 어레이 데이터시트에 제시된 Pmax,e는 모델링을 통해 출력되는 최대전력점(Pmax,m)과 같아야 한다. 즉, 오직 하나의 I-V 및 P-V 특성 곡선만이 존재한다.
  • ･ 인버터 출력은 태양광 어레이의 최대 출력을 초과하지 않을 것
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
분산전원의 계통 연계의 단점은? 태양광(Photovoltaic, PV) 및 풍력(Wind Turbine, WT) 등과 같은 신재생에너지의 사용이 다양한 환경적, 경제적 장점들을 보장함에 따라 신재생에너지원을 이용한 분산전원의 사용이 전 세계적으로 증가하고 있다[1-2]. 하지만, 이러한 분산전원의 계통 연계는 배전계통의 전압 변동을 유발시켜 기존의 전압 조정 방식에 문제를 일으킬 뿐만 아니라 분산전원의 양방향 조류 특성으로 인해 기존의 고장보호 체계 및 보호협조 시스템에 악영향을 미칠 수 있다[3-4]. 따라서 이러한 문제점들을 면밀히 분석하고 적절한 대책을 마련하기 위한 기초 단계로써, 실제적이고 정확한 분산전원 계통 연계 시스템의 모델링은 필수적이다.
전류원 기반 인버터의 구동 시 장점은? 전류원 기반 인버터는 구동 시 필요한 토크에 대한 매우 빠른 응답을 제공할 뿐만 아니라 계통 연계용 인버터의 경우 유효 및 무효전력 수요에 대한 빠른 응답을 제공할 수 있다[7]. 특히, 태양광 발전 시스템에 사용되는 인버터는 출력 전류의 P, Q 성분들을 제어하여 배전계통 및 연계점 전압을 허용범위내로 유지하는 것이 중요하다.
본 논문에서 제시된 인버터를 추후 배전계통의 부하율 개선 및 전압변동 저감 알고리즘 등에 관한 연구에 활용할 수 있는 이유는? 앞서 제시된 다양한 시뮬레이션 결과들로부터 확인할 수 있듯이, 본 논문에서 제시된 인버터는 태양광 발전 용량 내에서 자유로운 역률 및 P, Q 제어가 가능하다. 따라서 이 모델은 추후 배전계통의 부하율 개선 및 전압변동 저감 알고리즘 등에 관한 연구에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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참고문헌 (7)

  1. A National Code of Practice for Embedded Generation-Consultation Paper, PB Associates, Derbyshire, U.K., Feb. 2006. 

  2. A. D. T. Le, K. M. Muttaqi, M. Negnevitsky, and G. Ledwich, "Applying protection principles for controlling distributed generation," Australian J. Elect. Electron. Eng., vol. 4, no. 3, pp. 249-254, 2008. 

    상세보기 crossref

  3. N. D. Hatziargyriou and A. P. S. Meliopoulos, "Distributed energy sources: Technical challenges," in Proc. IEEE Power Eng. Soc. Winter Meeting 2002, 2002, vol. 2, pp. 1017-1022. 

  4. J. A. P. Lopes, "Integration of dispersed generation on distribution network-impact studies," in Proc. IEEE Power Eng. Soc. Winter Meeting 2002, 2002, vol. 1, pp. 323-328. 

  5. H. S. Rauschenbach, Solar Cell Array Design Handbook. New York: Van Nostrand Reinhold, 1980 

  6. M. G. Villalva, J. R. Gazoli, E. R. Filho, "Comprehensive Approach to Modeling and Simulation of Photovoltaic Arrays", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 24, no. 5, May 2009. 

    상세보기

  7. E. Muljadi, M. Singh, V. Gevorgian, "User Guide for PV Dynamic Model Simulation Written on PSCAD Platform", National Renewable Energy Laboratory Technical Report TP-5D00-62053, Nov 2014. 

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