초록 ▼

본 연구에서는 기존의 전압과 전류의 파형 왜곡을 나타내는 지표가 전력품질을 나타내는데 가지는 한계를 보완하여 새로운 전력품질지수를 개발하였다. 새로이 개발된 전력품질지수는 실시간 측정 및 분석을 가능하게 하는 실시간 최적화 모델을 기반으로 하며, 전력품질을 해하는 주된 원인이 되는 비선형 부하가 발생시키는 왜곡전력과의 관계를 고려하여 전력품질을 정확하고 신뢰성 있게 나타낼 수 있다. 또한 개발된품질지수를 통해 신재생에너지(태광, 풍력 등) 기반 분산전원시스템 연계 마이크로그리드를 포함한 배전시스템에서의 전력품질 향상에 기여하기 위한

본 연구에서는 기존의 전압과 전류의 파형 왜곡을 나타내는 지표가 전력품질을 나타내는데 가지는 한계를 보완하여 새로운 전력품질지수를 개발하였다. 새로이 개발된 전력품질지수는 실시간 측정 및 분석을 가능하게 하는 실시간 최적화 모델을 기반으로 하며, 전력품질을 해하는 주된 원인이 되는 비선형 부하가 발생시키는 왜곡전력과의 관계를 고려하여 전력품질을 정확하고 신뢰성 있게 나타낼 수 있다. 또한 개발된품질지수를 통해 신재생에너지(태광, 풍력 등) 기반 분산전원시스템 연계 마이크로그리드를 포함한 배전시스템에서의 전력품질 향상에 기여하기 위한 기반을 마련할 수 있을 것으로 기대된다. 비선형 부하로 구성된 배전시스템의 전력품질 악화의 주된 원인 중 하나는 비선형 부하에 의한 고조파 왜곡이다. 현재 전력품질과 관련하여 고조파 왜곡 정도를 나타내는 품질지수로는 THD와 TDD가 존재한다. 두 지수 모두 각해당 부하에만 적용이 되어 배전시스템의 전체 계통에서 발생하는 전력품질에 대한 부하별 왜곡전력 발생의 상호관련성 파악이 불가능 하다는 문제점을 지니고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 왜곡전력과의 관계와 배전시스템 내 부하의 구성비를 반영한 왜곡전력품질지수(DPQI)를 개발하였다. 1차 년도에서 개발한 왜곡전력품질지수는 부하 구성비와 부하 전류의 THD의 곱으로 표현되는데 전류의 THD는 각 비선형 부하가 발생시키는 고조파의 크기를 의미하고, 부하 구성비는 배전시스템 내에서 각하가 차지하는비율을 반영한다. 개발된 왜곡전력품질지수는 대표 비선형 부하로 구성하여 모델링된 배전시스템에 적용하여 검증하였다. 적용결과, 개발된 왜곡전력품질지수가 각 부하가 발생시키는 고조파가 배전시스템에 미치는 영향을 왜곡전력의 계산 없이 추정할 수 있는 것으로 확인하였다. 2차 년도에서는 왜곡전력을 바탕으로 수학적 배경을 보강하여 왜곡전력품질지수를 개선하였다. 개선된 왜곡전력 품질지수(DPQI^new)는 측정된 전압과 전류 파형의 THD를 유클리드 노옴의 형태로 각 부하의 왜곡정도를 대표하고, 부하구성비로 각 부하가 배전시스템에서 차지하는 비율을 추정한다. 개선된 왜곡전력품질지수는 1차 년도에서 구성했던 모의 배전시스템 뿐만 아니라 실제 수용가 배전시스템을 실험실단위로 구성하여 취득된 전압과 전류 파 형을 이용하여 검증하였다. 모의된 실제 수용가 배전시스템은 대표 비선형 부하뿐만 아니라 분산전원의 역할을 하는 계통연계형 태양광 인버터가 포함된다. 3차 년도에서는 하드웨어 실험으로부터 검증된 왜곡전력품질지수를 많은 수의 부하로 구성된 배전시스템을 모의하여 검증하였다. 부하의 수가 증가한 경우에도 좋은 성능을 가지기 위하여 부하구성비를 robust한 추정 기법인 Kalman filter를 사용하여 여러 단계로 나누어 추정하는 방법을 제시하였다. 그 결과 분산전원 및 변압기를 고려한 배전시스템에서도 개발된 왜곡전력품질지수는 배전시스템 내 각 부하가 전력품질 저하에 미치는 정도를 정확히 추정할 수 있었다. 또한 왜곡전력품질지수의 계산시간은 한 주기(약 0.016초) 미만으로 개발된 왜곡전력품질 지수의 실시간성을 확인 할 수 있었다. 본 연구를 통해 개발된 왜곡전력품질지수는 비선형 부하의 왜곡전력 발생으로 인한 전력품질 문제를 분석할 수 있고 이를 토대로 전력품질 저하로 인한 막대한 손실 보전효과를 기대할 수 있다. 또한 실시간으로 정확한 전력 품질 분석을 바탕으로 수용가에 안정적이고 고품질의 전력을 공급하여 신뢰도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라 개발된 전력품질 지수를 차세대 변전시스템을 위한 디지털 전력품질 측정 장치에 적용 할 수 있을 것이라 기대한다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• III. 연구성과 ... 8