[논문]해상풍력단지 전력계통 연계를 위한 무효전력 최적 보상용량 계산에 관한 연구

한성민; 박주혁; 황창현; 문채주

doi:10.13067/jkiecs.2024.19.1.65

해상풍력단지 전력계통 연계를 위한 무효전력 최적 보상용량 계산에 관한 연구
A Study on the Calculation of Optimal Compensation Capacity of Reactive Power for Grid Connection of Offshore Wind Farms

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.19 no.1, 2024년, pp.65 - 76

한성민 (국립목포대학교) , 박주혁 (한국전력공사) , 황창현 (한국전력공사) , 문채주 (국립목포대학교 전기및제어공학과)

초록
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최근 해상풍력산업이 활성화되면서 기존 화력 발전소 규모의 400MW 급 발전단지들이 개발되고 있다. 재생에너지는 에너지원에 따라 간헐성이 큰 특성이 있고, 최신 재생에너지 발전설비들은 제어기능을 갖는 인버터 기술로 구성되는 특징이 있다. 이러한 재생에너지원의 계통연계 확대에 따라 전력계통 접속을 위한 그리드코드도 점점 구체화되고 있고, 이에 따라 관련 검토도 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 그리드 코드 준수를 위해 여러 해상풍력 발전단지들을 통합하여 공동접속설비로 접속하는 경우, 최적 무효전력 보상용량 선정 방법에 대해 제안한다. 그리드 코드의 요구조건을 기반으로, 전북 서남해 400MW 풍력발전단지의 무효전력 보상과 과도안정도를 분석한다. 이 분석은 PSS/E를 사용하여 각 터빈 배치안과 케이블 데이터로 발전단지 DB를 구축하고, 내·외부망 케이블의 충전전류에 의한 무효전력과 연계점에서 무효전력 보상용량을 산출한다. 또한 전력계통 DB에 연계해서 정적, 동적 안정도를 고찰한다.

Abstract ▼ AI-Helper

With the recent activation of the offshore wind power industry, there has been a development of power plants with a scale exceeding 400MW, comparable to traditional thermal power plants. Renewable energy, characterized by intermittency depending on the energy source, is a prominent feature of modern renewable power generation facilities, which are structured based on controllable inverter technology. As the integration of renewable energy sources into the grid expands, the grid codes for power system connection are progressively becoming more defined, leading to active discussions and evaluations in this area. In this paper, we propose a method for selecting optimal reactive power compensation capacity when multiple offshore wind farms are integrated and connected through a shared interconnection facility to comply with grid codes. Based on the requirements of the grid code, we analyze the reactive power compensation and excessive stability of the 400MW wind power generation site under development in the southwest sea of Jeonbuk. This analysis involves constructing a generation site database using PSS/E (Power System Simulation for Engineering), incorporating turbine layouts and cable data. The study calculates reactive power due to charging current in internal and external network cables and determines the reactive power compensation capacity at the interconnection point. Additionally, static and dynamic stability assessments are conducted by integrating with the power system database.

주제어

표/그림 (26)

그림 그림 1. 해상풍력발전단지 전력망 구성도 Fig. 1 Power system configuration of the wind farm
표 표 1. 66kV 내부망 해저케이블 규격 Table 1. Specification of 66kV Inter-Array Cables
표 표 2. 해상변전소 변압기 규격 Table 2. Specification of the Offshore S/S Transformer
표 표 3. 345kV 외부망 해저케이블 규격 Table 3. Specification of a 345kV Export Cable
표 표 4. 345kV 송전선로 규격 Table 4. Specification of 345kV Transmission Lines
그림 그림 2. 신재생 발전기 유효/무효전력 공급범위 Fig. 2 Active:Reactive power supply capacity curve of renewable generator
그림 그림 3. Simulation을 위한 PSS/E 구성단선도 Fig. 3 Single Line Diagram of PSS/E for Simulation
표 표 5. 전압 0.9pu에서 무효전력 보상량과 전압 Table 5. Reactive power compensation capacity and voltage at voltage 0.9 PU
표 표 6. 전압 1.023pu에서 무효전력 보상량과 전압 Table 6. Reactive power compensation capacity and voltage at the voltage 1.023 pu
그림 그림 4. 연계 모선 전압 0.9~1.1pu에서 무효전력 공급/흡수(±33%)를 위한 PCC의 무효전력 보상량 Fig. 4 Reactive power capacity at PCC to compensate the ±33 percent of reactive power at connection bus within the voltage 0.9~1.1pu
그림 그림 5. 연계 모선 전압 0.9~1.1pu에서 무효전력 공급/흡수(±33%)를 위한 PCC의 전압 Fig. 5 PCC voltage to compensate the ±33 percent of reactive power at connection bus within the voltage 0.9~1.1pu
표 표 7. 전압 1.1pu에서 무효전력 보상량과 전압 Table 7. Reactive power compensation capacity and voltage at the voltage 1.1 pu
그림 그림 6. 시뮬레이션 시스템 단선도 Fig. 6 Single Line Diagram of Simulation System
표 표 8. 무효전력 보상량과 전압의 최대/최소값 Table 8. Maximum and minimum value of the reactive power capacity and voltage
표 표 9. 시뮬레이션 계획 DB 현황 Table 9. Planning DB summary for simulation
표 표 10. 1-Level 범위 모선 정보 Table 10. Buses within 1-level
그림 그림 7. 연계모선(신정읍)에서 1-Level 모선 PSS/E SLD Fig. 7 PSS/E SLD within 1-level buses from SJE
표 표 11. 2034년 60% DB의 3상단락 고장전류 계산결과 Table 11. Calculation Results of 3 Phase Short Circuit Current for 60% DB at 2034
표 표 12. 2034년 100% DB의 3상 단락 고장전류 계산결과 Table 12. Calculation Results of 3 Phase Short Circuit Current for 100% DB at 2034
그림 그림 8. 고장, 차단기 동작 및 고장제거 시나리오 Fig. 8 Scenario of fault, trip and fault clearing
그림 그림 9 Angle Spread, 신정읍3-새만금3 Fig. 9 Angle Spread, SJE3-SMG3
그림 그림 10. Angle Spread, 신정읍3-신계룡 Fig. 10 Angle Spread, SJE3 - SGR
표 표 13. 2034년 60% DB의 SCR 지수 Table 13. SCR Index for 60% DB at 2034
표 표 14. 2034년 100% DB의 SCR 지수 Table 14. SCR Index of 100% DB at 2034
그림 그림 11. 60% 부하에서 주파수 변동 Fig. 11 Frequency Variation under 60% Load
그림 그림 12. 100% 부하에서 주파수 변동 Fig. 12 Frequency Variation under 100% Load

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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