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가설 설정
- 각 구간별 임피던스는 정임피던스 부하로 상정하였으며, 배전변전소부터 풍력발전기까지 총 6구간으로 나누고 식 (5)와 같이 풍력발전을 고려하여 유효 전력을 계산한다.
제안 방법
- 배전계통에 연계된 풍력발전(DFIG)과 부하를 실계통의 데이터를 기반으로 모델링하였으며, 풍력 발전의 역조류를 고려한 전압강하/상승 계산식을 이용한 이론적인 수계산과 PSCAD/EMTDC의 시뮬레이션 값을 비교 ⦁ 분석하였다. 풍력발전 연계 전/후의 김녕 D/L의 말단 수용가의 전압변동을 해석하여 풍력 발전이 배전선로에 미치는 영향을 평가하였다.
- 분산전원(풍력발전)이 연계된 실제 제주도 조천변전소 김녕 D/L(Distribution Line)의 전압변동 특성을 분석하기 위하여 김녕 D/L의 간략 계통도를 그 림 1과 같이 나타내었다. 배전변전소부터 풍력발전기까지 GA(개폐기)가 설치된 여러 지점을 기준으로 임의의 총 6개의 구간(Section)으로 모델링하였다. 말단구간(⑥번 구간 말단)에 1.
- 배전변전소부터 풍력발전기까지 GA(개폐기)가 설치된 여러 지점을 기준으로 임의의 총 6개의 구간(Section)으로 모델링하였다. 말단구간(⑥번 구간 말단)에 1.5MW급의 풍력발전이 연계되어 있으며 실제 김녕 D/L의 회선별 단선도인 그림 2의 구간 세부정보를 바탕으로 각 구간에 연계 된 부하(고압부하 및 저압부하 포함)의 크기를 산정하였다.
- 각 구간에서 고압수용가의 kW부하는 계약용량을 이용하여 수용가별로 합산을 하고, 가정집의 부하는 kW로 나타나지 않고 사용량인 kWh로 주어지므로 역률을 고려하여 kW값으로 환산을 하거나 주상변압기의 용량에 이용률을 곱하여 kW값으로 환산하는 방법으로 모델링을 수행하여, 실제 부하의 값에 더욱 가깝도록 구체적으로 계산하였다. 전체 구간의 총 부하는 약 37MW정도로 큰 값을 가지지만 실제의 부하는 비례식을 사용하여 구한다.
- 각 구간에서 고압수용가의 kW부하는 계약용량을 이용하여 수용가별로 합산을 하고, 가정집의 부하는 kW로 나타나지 않고 사용량인 kWh로 주어지므로 역률을 고려하여 kW값으로 환산을 하거나 주상변압기의 용량에 이용률을 곱하여 kW값으로 환산하는 방법으로 모델링을 수행하여, 실제 부하의 값에 더욱 가깝도록 구체적으로 계산하였다. 전체 구간의 총 부하는 약 37MW정도로 큰 값을 가지지만 실제의 부하는 비례식을 사용하여 구한다. 예를 들어 김녕 D/L의 부하가 5MW라고 가정하면, 각 구간의 부하들을 비례적으로 계산하여 그림 3과 같이 모의된다.
- 앞서 해석한 부하모델링과 풍력발전모델을 분석하고 실 계통을 PSCAD/EMTDC로 모의하여 풍력발전이 연계된 배전계통의 전압변동을 해석하고자 한다.
- 상기의 이론을 바탕으로 PSCAD를 이용하여 그림 5와 같이 1.5[MW]의 DFIG를 모델링 하였으며, 크게 풍력에너지, IM, MSC, GSC부분으로 구성된다.
- 실제 각 구간부하를 비례적으로 산정하여 분산전원의 유·무에 따라 전력을 산출하여 전압강하를 해석한다.
- 표 2는 분산전원 연계 전, 부하종류에 따른 저압배전선로 말단구간(5, 6구간)의 전압을 비교한 것이다. 주상변압기 TAP은 일반적인 경우로 13,200TAP을 사용하였으며 부하율을 고려한 전압강하 분담율을 적용하여 주상변압기 직하의 전압은 2%의 손실, 말단은 선로와 인입구 손실을 포함한 6%의 손실을 적용하였다.
- 풍력발전(DFIG)이 3MW연계된 경우, Peak부하 (10MW), 중간부하 (5MW), 경부하(1.5MW)로 나누어 시뮬레이션을 수행하였다. 그림 7은 시간에 따른 풍속의 변동이 6m/s~12m/s 임을 나타내는 그래프이며 그림 8은 시간에 따른 풍력발전(DFIG)의 출력(3MW)특성 그래프이다.
- 본 논문에서는 PSCAD/EMTDC를 이용하여 실계통인 김녕 D/L을 모의하였으며 DFIG를 모델링하였다. 배전계통에 풍력발전의 연계 용량이 점차 증가할수록 경부하(1.
대상 데이터
- 이에 따라 본 논문에서는 전력계통의 상용소프트웨어인 PSCAD/EMTDC를 통해 실제 풍력발전이 연계되어 운용되고 있는 제주도 김녕 D/L을 모델링하였다. 배전계통에 연계된 풍력발전(DFIG)과 부하를 실계통의 데이터를 기반으로 모델링하였으며, 풍력 발전의 역조류를 고려한 전압강하/상승 계산식을 이용한 이론적인 수계산과 PSCAD/EMTDC의 시뮬레이션 값을 비교 ⦁ 분석하였다.
- DFIG 회전자측 AC-DC컨버터와 그리드측 DC-AC컨버터로 구분되는데, 회전자측에 연결된 RSC라고 하며 그리드측에 연결된 컨버터를 GSC라고 한다. 두 컨버터 모두 DC전압원에서 AC 전압을 합성하기 위해 IGBT 전력전자 소자를 사용하였다. GSC의 역할은 직류단 전압을 일정하게 유지하고 그리드와 그리드측 전력 컨버터 사이에 교환 되는 무효전력의 양을 제어해서 시스템의 역률을 향상 시키는 것이고, RSC의 역할은 발전기의 고정자와 그리드 사이에 교환되는 유효/무효 전력을 제어하는 것이다.
데이터처리
- 이에 따라 본 논문에서는 전력계통의 상용소프트웨어인 PSCAD/EMTDC를 통해 실제 풍력발전이 연계되어 운용되고 있는 제주도 김녕 D/L을 모델링하였다. 배전계통에 연계된 풍력발전(DFIG)과 부하를 실계통의 데이터를 기반으로 모델링하였으며, 풍력 발전의 역조류를 고려한 전압강하/상승 계산식을 이용한 이론적인 수계산과 PSCAD/EMTDC의 시뮬레이션 값을 비교 ⦁ 분석하였다. 풍력발전 연계 전/후의 김녕 D/L의 말단 수용가의 전압변동을 해석하여 풍력 발전이 배전선로에 미치는 영향을 평가하였다.
성능/효과
- 따라서 분산전원을 고려하지 않는 배전계통 운영방식을 유지하는 경우, 대규모 분산전원의 지속적인 연계는 큰 전력품질의 문제로 확산될 우려가 있음을 이론적 계산값과 PSCAD/EMTDC의 시뮬레이션을 통해 확인하였다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하한 대안으로 선로전압조정장치인 SVR(Step Voltage Regulator)의 LDC(Line Drop Compensator)운전을 통하여 분산전원의 연계에 따른 선로말단에 발생하는 과전압을 방지할 수 있다.
- 본 논문에서는 PSCAD/EMTDC를 이용하여 실계통인 김녕 D/L을 모의하였으며 DFIG를 모델링하였다. 배전계통에 풍력발전의 연계 용량이 점차 증가할수록 경부하(1.5MW)시 선로말단의 과전압현상이 발생할 수 있음을 이론적인 수계산 및 시뮬레이션을 통해 확인하였다.
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