[논문]PSCAD/EMTDC를 이용한 MW급 ESS용 성능평가설비 모델링 방안에 관한 연구

강민관; 최성식; 박재범; 남양현; 김응상; 노대석

doi:10.5370/kiee.2017.66.6.885

PSCAD/EMTDC를 이용한 MW급 ESS용 성능평가설비 모델링 방안에 관한 연구
A Study on the Modeling Method of Performance Evaluation System for MW Scaled Energy Storage System Using the PSCAD/EMTDC 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.66 no.6, 2017년, pp.885 - 891

강민관 (Dept. of Electrical Engineering, Korea University of Technology and Education) , 최성식 (Dept. of Electrical Engineering, Korea University of Technology and Education) , 박재범 (Dept. of Electrical Engineering, Korea University of Technology and Education) , 남양현 (Dept. of Electrical Engineering, Korea University of Technology and Education) , 김응상 , 노대석 (Dept. of Electrical and Engineering, Korea University of Technology and Education)

Abstract ▼ AI-Helper

The energy storage system(ESS) is a core component for exchanging the power system structure of the unidirectional power flow into a bidirectional structure. Its important role has been increasing because it has multiple functions such as output stabilization of new renewable energy, demand management, frequency regulation, etc. However, the performance evaluation technology of ESS in korea is lower than one of advanced countries and the recognition of standardization is also lack compared to advanced countries. Furthermore, in order to more accurately and reliably validate the performance of the ESS in advanced countries, it has been required to perform not only performance testing by H/W devices but also performance verification by S/W tool. Therefore, in order to verify the performance testing of ESS by S/W tool, this paper proposes the modeling method of performance testing devices for MW scaled ESS by using the PSCAD/EMTDC S/W, based on real testing devices in domestic institute. From the simulation results of proposed modeling method, it is confirmed that the proposed modeling method is a useful tool for performance validation of ESS.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한, 선진국에서는 ESS의 성능을 보다 정확하고 신뢰성 있게 검증하기 위하여, H/W에 의한 성능시험뿐만 아니라 S/W에 의한 성능검증도 요구하고 있는 실정이다[2-4]. 따라서 본 논문에서는 S/W에 의한 ESS의 성능을검증하기 위하여, 국내 시험기관에서 구축하고 있는 MW급 성능평가 설비를 바탕으로 PSCAD/EMTDC를 이용하여, ESS 성능평가 설비의 모델링 방법을 제안하였다. 즉, S/W 시뮬레이션으로 ESS 성능 및 계통연계성능을 분석하기 위하여, PSCAD/EMTDC를 이용하여 MW급 ESS, 배전계통, 그리드시뮬레이터 및 LVRT장치 및 부하 등으로 구성된 MW급 ESS의 성능평가 설비를 모델링하였다.

제안 방법

따라서 본 논문에서는 S/W에 의한 ESS의 성능을검증하기 위하여, 국내 시험기관에서 구축하고 있는 MW급 성능평가 설비를 바탕으로 PSCAD/EMTDC를 이용하여, ESS 성능평가 설비의 모델링 방법을 제안하였다. 즉, S/W 시뮬레이션으로 ESS 성능 및 계통연계성능을 분석하기 위하여, PSCAD/EMTDC를 이용하여 MW급 ESS, 배전계통, 그리드시뮬레이터 및 LVRT장치 및 부하 등으로 구성된 MW급 ESS의 성능평가 설비를 모델링하였다. 또한, 제안한 각 구성요소의 모델링을 바탕으로 다양한 시뮬레이션을 수행한 결과, MW급 ESS의 유·무효전력 제어가 가능함을 확인하였고, 계통연계 시의 전력품질(Sag, Swell)과LVRT 특성 등을 구현하여 본 논문에서 제안한 모델링 방법의유용성을 확인할 수 있었다.

데이터처리

본 논문에서 제안한 MW급 ESS 성능평가 설비 모델링의 유용성을 확인하기 위하여, MW급 ESS의 출력 특성과 그리드시뮬레이터 및 LVRT의 제어특성을 분석 하였다. 표 1은 그리드시뮬레이터와 LVRT 제어를 위한 시험조건으로 전압의 변동크기와 지속시간을 인위적으로 발생시켰다.

이론/모형

따라서, 연계점의 순시전압강하에 대한 ESS의 전력공급능력을 평가하기 위하여, 그림 6의 (a)와 같이 선로용 임피던스와 저항으로 LVRT 장치를 구성하였다. 또한, 다양한 상황에 따른 LVRT 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 PSCAD/EMTDC에서 제공하는 Timed fault logic component를 이용하여, 사고 및 순시전압강하 지속시간을 자유롭게 변경할 수 있도록 그림 6의 (b)와 같이 모델링하였다.

성능/효과

(1) MW급 ESS 모델링의 신뢰성을 확인하기 위하여 ESS의 출력특성을 분석한 결과, 충·방전시의 유효전력 및 무효전력의 출력값이 목표치(1MW, 0VAR)로 제어되고 있음을 확인하였다.
(2) 그리드시뮬레이터의 제어특성을 분석하기 위하여 시뮬레이션을 수행한 결과, 목표로 하는 전압강하와 전압상승의 크기와 지속시간을 확인하였고, 또한 하드웨어 시험장치의 값과 동일하게 제어되고 있음을 확인하였다.
(3) LVRT의 제어특성을 확인하기 위하여 전압강하 크기와 전압강하 지속시간이 단계별로 변경되도록 설정하여 시뮬레이션을 수행한 결과, 목표로 하는 전압강하의 크기와 지속시간을 구할수 있음을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	S/W 시뮬레이션을 수행하기 위한 ESS 성능평가 설비의 구성은 어떠한가?	따라서 본 논문에서는 S/W에 의한 ESS의 성능을검증하기 위하여, 국내 시험기관에서 구축하고 있는 MW급 성능평가 설비를 바탕으로 PSCAD/EMTDC를 이용하여, ESS 성능평가 설비의 모델링 방법을 제안하였다. 즉, S/W 시뮬레이션으로 ESS 성능 및 계통연계성능을 분석하기 위하여, PSCAD/EMTDC를 이용하여 MW급 ESS, 배전계통, 그리드시뮬레이터 및 LVRT장치 및 부하 등으로 구성된 MW급 ESS의 성능평가 설비를 모델링하였다. 또한, 제안한 각 구성요소의 모델링을 바탕으로 다양한 시뮬레이션을 수행한 결과, MW급 ESS의 유·무효전력 제어가 가능함을 확인하였고, 계통연계 시의 전력품질(Sag, Swell)과LVRT 특성 등을 구현하여 본 논문에서 제안한 모델링 방법의유용성을 확인할 수 있었다.
	ESS의 중요성이 대두되는 배경은 무엇인가?	이에 대규모 신재생에너지전원의 설치가 매년 증가하고 있다. 하지만 출력이 불안전한 신재생에너지전원이 증가함에 따라 계통에 미치는 영향이 점점 커지고 있다. 또한, 전기 사용량이 증가하면서 전력수요와 공급능력의 불균형으로 인하여 전력예비율이 점차 감소되고 있으며, 신뢰성도 떨어지고 있다. 이러한 배경 하에 ESS는 신재생에너지원의 출력 안정화, 수요관리 및 주파수 조정 등 다양한 기능을 가지고 있어, 그 중요성이 점차 부각되고 있다[1].
	ESS의 역할은 무엇인가?	또한, 전기 사용량이 증가하면서 전력수요와 공급능력의 불균형으로 인하여 전력예비율이 점차 감소되고 있으며, 신뢰성도 떨어지고 있다. 이러한 배경 하에 ESS는 신재생에너지원의 출력 안정화, 수요관리 및 주파수 조정 등 다양한 기능을 가지고 있어, 그 중요성이 점차 부각되고 있다[1]. 하지만, 우리나라는 선진국에 비하여 ESS에 대한 성능평가 기술이 떨어지고, 표준화에 대한 인식이 부족한 상황이다.

참고문헌 (11)

Eungsang Kim, "Standardization and technical standards for new renewable energy and ESS power converters", Fall Conference for Society A of KIEE(Korean Institute of Electrical Engineers), Journal of Power Electronics, pp. 31-35, April, 201
IEEE 1547.1, "IEEE Standard conformance Test Procedures for Equipment Interconnecting Distributed Resources with Electric Power System", June, 2005
IEEE 1547. 6, "IEEE Standard conformance Test Procedures for Equipment Interconnecting Distributed Resources with Electric Power System", June, 2009
IEC 61000-4-11, "Voltage dips, short interruptions and voltage variation immunity test", 2014
Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), 2013, "Construction of Test Facilities for MW Class Energy Storage system and Power Converter".
Jeong-Ik Jang, Dong-Choon Lee, Seoung-Young Koo "Nonlinear Control of Output Voltage of PWM Inverters for Stand-Alone WIND Power Generation", The Korean Institute of Power Electronics, Vol. 12, No. 2, pp. 131-138, April, 2007.
So-Hee Kim, Byung-Ki Kim and Dae-Seok Rho "A study on Fault Characteristics of Wind Power in Distribution System" Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 13, No. 3, pp. 1288-1295, March 2012.

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JAE-EON KIM, "Modeling & Operating Algorithm of Islanding Microgrid with Wind Turbine, Diesel Generator and BESS", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 15, No. 9, pp. 5893-5898, 2014.

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ByungKi Kim, "A Study on the Voltage Stabilization Method of Distribution System Using Step Voltage Regulator and Energy Storage System", August, 2015.
Sungsik Choi, "Modeling of Performance Test Devices for MW Class Energy Storage System Using the PSCAD/EMTDC", Conference of the korea academia-industrial cooperation society, Dec. 2016.
Daeseok Rho, "Modeling of ESS Performance Test Devices Using the PSCAD/EMTDC", Fall Conference for Society A of KIEE(Korean Institute of Electrical Engineers), Nov, 2016

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