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풍력발전기의 계통연계 운전시 출력변동에 따른 PCC 전압 변동 예측모델
Prediction Model for PCC Voltage Variation due to Active Power Fluctuation of Grid Connected Wind Turbine 원문보기

전력전자학회 2008년도 하계학술대회 논문집, 2008 June 30, 2008년, pp.298 - 300  

김상진 (충남대학교 전기정보통신공학부) ,  임지훈 (광운대학교 전기공학과) ,  송승호 (광운대학교 전기공학과) ,  성세진 (충남대학교 전기정보통신공학부)

초록
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고립된 소규모 전력시스템에 소형 풍력발전기를 계통연계 운전할 때 나타날 수 있는 전압변동을 예측하기 위한 방법에 관해 연구하였다. 이를 위하여 고립된 계통에 연결된 기존발전소 및 부하, 변압기, 풍력발전기의 간략화된 시뮬레이션 모델을 PSCAD/EMTDC를 기반으로 구성하고 실제 설치된 풍력발전기의 운전 특성과 비교하였다. 특히, 연계점의 전압변동을 해석적으로 예측하기 위하여 전원측 등가 임피던스와 부하측 등가 임피던스로 구성된 간략화한 모델을 제안하였으며 제안된 방법으로 계산된 전압변동량이 시뮬레이션 및 실측 데이터와 잘 일치하는 것을 확인하였다. 이 결과는 소형 풍력발전기 계통연계 시스템 설계 및 사전검토 단계에서 안정성과 신뢰성을 확보 하기위한 도구로 활용될 수 있다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 도서지역과 같이 고립된 소규모 계통에서 기존 발전설비와 병렬로 연결 된 풍력발전기의 출력 변동 시 나타나는 전압변동을 분석하고 차후 풍력발전기 설치위치의 변동이나 부하 변동을 고려한 연계지점의 전압변동량 예측이 가능하도록 하였다. 풍력발전량의 변동에 따라서 전압강하의 크기 변동이 발생하고 수용가 전압변동(상승)이 필연적으로 발생한다.
  • 본 연구는 전력 품질의 여러 요소 중에서 전압 변동의 측면에서 풍력발전기의 연계를 검토하고자 한다. 풍력발전기 출력의 변동 이외에 어떤 요소들이 PCC(Point of Common Coupling) 전압 변동에 중요한 역할을 하는지, 검토하고 설치할 풍력발전기 정격용량과 계통연계 지점의 단락 용량을 바탕으로 미리 최대 전압 변동량을 예측하고자 한다.
  • 본 연구는 전력 품질의 여러 요소 중에서 전압 변동의 측면에서 풍력발전기의 연계를 검토하고자 한다. 풍력발전기 출력의 변동 이외에 어떤 요소들이 PCC(Point of Common Coupling) 전압 변동에 중요한 역할을 하는지, 검토하고 설치할 풍력발전기 정격용량과 계통연계 지점의 단락 용량을 바탕으로 미리 최대 전압 변동량을 예측하고자 한다. 궁극적으로는 본 연구를 통해 소형 풍력발전 시스템을 국내의 도서지역에 설치, 운전 시에 전압변동을 포함한 전력품질의 예측이 가능하고 프로젝트 수행의 안정성과 신뢰성을 확보하여 도서지역의 전력 생산비용을 절감하고 신·재생에너지원의 공급비율을 향상시키는데 기여할 것으로 기대한다.

가설 설정

  • 본 논문에서는 삽시도의 배전 시스템의 시뮬레이션 모델을 PSCAD/EMTDC를 이용하여 개발하였고, 이를 이용하여 풍력 발전기 출력변화를 모의하였다. 그림 1의 삽시도 배전 시스템을 바탕으로 시뮬레이션 모델을 구성하였으며 발전소의 여자기와 가버너는 이상적인 것으로 가정하였다.
  • 그림 5와 같이 고립계통 연계모델은 내연 발전기 출력전압 VG는 일정한 크기를 갖는 이상 전압원으로 가정하였고 풍력발전기의 출력전류 IWT는 풍속변동에 따라 가변하는 전류원으로 가정하였다. 연구대상인 전력계통에 연계된 부하는 모두 수동 RLC 부하로 가정하였고 실제로는 여러 개의 부하가 각각 다른 지점에 연결되는 형태이지만 이것을 등가적으로 해석하면 그림 5와 같이 계통연계지점에서의 등가 부하 임피던스로 모델링 할 수 있다.
  • 는 풍속변동에 따라 가변하는 전류원으로 가정하였다. 연구대상인 전력계통에 연계된 부하는 모두 수동 RLC 부하로 가정하였고 실제로는 여러 개의 부하가 각각 다른 지점에 연결되는 형태이지만 이것을 등가적으로 해석하면 그림 5와 같이 계통연계지점에서의 등가 부하 임피던스로 모델링 할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
신재생에너지가 각광받는 이유는? 최근 급격한 유가상승과 온실가스로 인한 지구온난화 문제가 심각해지면서 연료비가 들지 않고 환경오염이 거의 없는 신재생에너지가 각광을 받고 있다. 풍력발전의 경우 최근 그 수요가 급증하고 있으며 세계적으로 가장 빠르게 성장하는 에너지원이다.
풍력발전은 기존 발전제어 설비와의 병렬 운전 시 연계지점의 전력 품질이 악화 될 염려가 있고 이에 대한 사전검토와 해석이 필요한 이유는? 풍력발전은 기존의 발전시스템에 비해 원동기에 해당하는 바람의 조절이 불가능하며 불규칙적으로 변동한다는 점이 근본적으로 다르다. 이와 같은 차이점들은 결국 풍력발전기가 기존 전력 시스템과 어떻게 상호작용을 할 것인지 예측하기 어렵게 만드는 요인이 된다. 따라서 풍력발전은 기존 발전제어 설비와의 병렬 운전 시 연계지점의 전력 품질이 악화 될 염려가 있고 이에 대한 사전검토와 해석이 필요하다.
현재 세계적으로 가장 빠르게 성장하는 에너지원은 무엇인가? 최근 급격한 유가상승과 온실가스로 인한 지구온난화 문제가 심각해지면서 연료비가 들지 않고 환경오염이 거의 없는 신재생에너지가 각광을 받고 있다. 풍력발전의 경우 최근 그 수요가 급증하고 있으며 세계적으로 가장 빠르게 성장하는 에너지원이다. 도서지역의 경우는 발전 연료비 및 수송비로 인한 발전비용 상승 등의 문제점 때문에 풍부한 풍력자원을 활용한 풍력발전기가 매력을 갖기에 충분하다.
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