[논문]HILS(Hardware In the Loop System)를 이용한 RTDS내 계통 연계형 태양광발전시스템 모델링기법

이효근; 김상용; 박상수; 장성재; 김경훈; 서효룡; 박민원; 유인근

HILS(Hardware In the Loop System)를 이용한 RTDS내 계통 연계형 태양광발전시스템 모델링기법
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이효근 (창원대학교) , 김상용 (창원대학교) , 박상수 (창원대학교) , 장성재 (창원대학교) , 김경훈 (창원대학교) , 서효룡 (창원대학교) , 박민원 (창원대학교) , 유인근 (창원대학교)

최근 분산전원 시스템들이 가정이나 공공기관 등에 많이 설치되면서 계통에 많은 문제점을 일으키고 있다. 이러한 문제점을 연구하기 위해서는 계통 등의 실제 시스템을 설치하여 실험을 하여야 하는데 학교 연구실 입장에서는 실제 시스템을 설치하여 실험하는데 한계가 있다. 그러나 실시간 전력 계통 모의장치 (Real Time Digital Simulator)를 이용하여 실시간으로 시스템을 시뮬레이션 할 경우 다양한 알고리즘의 적용이 가능하고, 고장, 전력계통 과도현상 등 계통에 일어날 수 있는 여러 가지 상황을 손쉽게 고려해 보는 것이 가능하다. 본 논문에서는 RTDS 내 계통 연계형 태양광 발전시스템을 실제 시스템과 유사하게 모델링하고, 실제 DSP (Digital Signal Processor) 를 이용하여 시스템을 실시간으로 운전하는 HILS (Hardware In the Loop System) 시스템을 구성하였다.

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문제 정의

본 논문에서는 HILS를 이용하여 가장 대표적인 MPPT법 중의 하나인 전력비교법을 적용해 보았다. 전력비교법은 태양광 셀의 출력전압과 전류를 모두 피드백 받아 전력의 최대점을 추종하여 항상 최대의 출력을 추종하는 방식이다 [4-6].
본 논문에서는 계통 연계형 태양광 발전시스템이 실시간 전력 계통 모의장치 내에 모델링되었고 실제 제어기인 DSP와 연계 운전한 모델링 기법과 그 결과를 보여준다. 가장 일반적인 MPPT 제어 방법인 전력비교법이 적용되었고, 하위 제어기로는 전압제어기와 전류제어기가 사용되었다.

제안 방법

그림 1과 같이 계통연계형 태양광 발전시스템을 RSCAD에 실제 시스템과 유사하게 모델링하고, 실시간으로 계산되어진 태양광 어레이 전압, 전류, Inverter 전류, 계통의 상 전압 등의 아날로그 값을 GTAO (Giga Transceiver Analog Output) 카드를 통하여 출력한다. DSP는 출력된 아날로그 값을 입력으로 받아 DSP 내에 설계된 전류제어기, 전압제어기, MPPT 제어기를 통해 계산된 PWM 파형을 다시 RTDS의 입력으로 넣어준다.
이와 같은 우려를 막기 위해 전력 시스템의 연구가 필요하지만 학교 연구실 입장에서는 실제 시스템을 설치하여 실험하는데 한계가 있다. 때문에 본 논문에서 HILS를 이용하여 이와 같은 문제에 대안을 제시한다.
실제 시스템과 유사한 계통 연계형 태양광 발전시스템이 RSCAD에 모의되었고, 모든 제어는 DSP 내에서 이루어졌다. 이를 통해 실제 시스템들을 사용하지 않고도 실시간으로 태양광 발전 시스템을 테스트해 볼 수 있다.

이론/모형

본 논문에서는 계통 연계형 태양광 발전시스템이 실시간 전력 계통 모의장치 내에 모델링되었고 실제 제어기인 DSP와 연계 운전한 모델링 기법과 그 결과를 보여준다. 가장 일반적인 MPPT 제어 방법인 전력비교법이 적용되었고, 하위 제어기로는 전압제어기와 전류제어기가 사용되었다.

성능/효과

그림 8은 인버터 출력 전류이다. DSP로 제어 되는 인버터가 깨끗한 사인파 전류를 출력하는 것으로 보아 제어가 제대로 이루어지고 있음을 알 수 있다.
모의된 태양광 어레이의 용량은 44kW이다. 이 결과를 통해 RTDS내의 계통 연계형 태양광 발전시스템이 DSP에 의해서 잘 제어되는 것을 볼 수 있다.

후속연구

향후 계획으로는 RSCAD 내 계통 연계형 태양광 발전시스템에 고장이 일어났을 경우 등의 계통에 일어날 수 있는 여러 가지 상황들을 고려해 볼 것이다.

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