초록 ▼

최종목표
▪ 전력거래 체계하에서의 계통안정성과 효율 향상을 위한 Smart Renewable 시스템 구축 및 검증
▪ 비즈니스 모델 창출 및 실증을 통한 상용화
개발내용 및 결과
▪ 1단계에서는 단위기기(장·단주기 ESS, PCS, STATCOM, 풍력·태양광 M2M Solution, 통신 네트워크, EMS) 및 실증센터 설계, 제작 및 성능 평가
▪ 2단계에서는 제주 구좌읍 월정리에 스마트그리드 실증센터를 건립하고, 단위기기의 성능시험을 수행하였으며, EMS를 연계한 통합시험 평가 및 운용, 단위기기 및

최종목표
▪ 전력거래 체계하에서의 계통안정성과 효율 향상을 위한 Smart Renewable 시스템 구축 및 검증
▪ 비즈니스 모델 창출 및 실증을 통한 상용화
개발내용 및 결과
▪ 1단계에서는 단위기기(장·단주기 ESS, PCS, STATCOM, 풍력·태양광 M2M Solution, 통신 네트워크, EMS) 및 실증센터 설계, 제작 및 성능 평가
▪ 2단계에서는 제주 구좌읍 월정리에 스마트그리드 실증센터를 건립하고, 단위기기의 성능시험을 수행하였으며, EMS를 연계한 통합시험 평가 및 운용, 단위기기 및 시스템 실증
▪ 운영 시나리오에 따라 신재생에너지원 출력안정화, 가상전력시장기반 전력거래 및 독립운전 서비스, 풍력 및 태양광 예방진단 서비스 등의 실증을 통하여 비즈니스 모델을 창출하고, 각 모델에 대한 사업성 평가
기술개발 배경
▪ 스마트그리드를 통한 전력사용량 감소를 통해 에너지 수입과 직결되는 외화절약 효과와 에너지 절감 효과 외에도 신재생발전 보급 확산 기반조성, 세계 스마트그리드 산업의 국내 테스트베드화, 내수시장의 축척된 노하우와 경험을 바탕으로 세계시장 진출을 위한 교두보를 마련
▪ 사업 참여를 통해 국내외 스마트그리드 모델, 관련제품 상용화 및 표준화를 확립함으로써 기업은 물론 국가의 신성장 동력으로 육성
핵심개발 기술의 의의
▪ 통합된 스마트그리드 실증시스템 구축 및 다양한 실증을 통해 표준화, 규격화와 함께 신제품 및 사업화 모델을 검증함.
▪ 검증된 SG Packsge 시스템, 단위기기 상용화 및 판매 중
적용 분야
▪ 전력공급 및 보조서비스: 전력 재판매, 부하추종, 주파수 제어, 예비력공급, 전압안정도 향상
▪ 전력계통 활용: 송전 혼잡 완화, 변전소 비상전원, 송배전 손실 저감 및 업그레이드 지연
▪ 수용가/계통운용자 활용: TOU 전력요금 관리, 피크수요 관리, 전력공급 품질 및 신뢰도 향상
▪ 신재생 연계: 풍력 출력안정화, Energy Shifting 서비스
▪ M2M Solution: 신재생 원격 감시, 제어 및 진단

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 7
• 목 차 ... 20
• 제 1 장 서 론 ... 24
• 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 24
• 제 2 절 국내외 관련 기술 현황 ... 26
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적·경제적 파급 효과 ... 30
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 32
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 32
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 36
• 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 45
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 45
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 46
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 46
• 1. 현장조사, 데이터 분석 및 실증사이트 설계 ... 46
• 가. SG 계통 해석 및 단위기기 설계 ... 46
• 나. SG 계통 최적 설계 ... 59
• 2. 단위기기 설계, 제작, 현장설치, 시운전 및 성능평가 ... 61
• 가. 단주기용 ESS ... 61
• 1) 사양선정 ... 61
• 2) ESS 기능 ... 61
• 3) 소프트웨어 설계 ... 62
• 4) 하드웨어 설계 ... 64
• 5) 기술목표 항목별 성능시험 결과 ... 65
• 6) 우수성 및 차별성 ... 66
• 7) 시제품 출시 및 사업화 계획 ... 66
• 나. 단주기용 PCS ... 68
• 1) 사양선정 및 설계 ... 68
• 2) PCS 제작 ... 75
• 3) 단주기용 PCS 현장 설치 및 시운전 ... 78
• 4) 기술목표 항목별 성능시험 결과 ... 83
• 5) 시제품 출시 및 사업화 계획 ... 84
• 다. 장주기용 ESS ... 86
• 1) 배터리 기본 구성 ... 86
• 2) 배터리 Pack 구성 요소 및 기능 ... 86
• 3) 제주도 실증단지 설치 ... 92
• 라. 장주기용 PCS ... 95
• 1) 사양선정 ... 95
• 2) PCS H/W 제작 ... 109
• 3) 성능 시험 ... 113
• 4) 현장구축 및 시운전 ... 119
• 5) 기술목표 항목별 성능시험 결과, 우수성 및 차별성 ... 126
• 마. STATCOM ... 132
• 1) 사양선정 ... 132
• 2) 주요기능 ... 132
• 3) 설계 및 제작 ... 133
• 4) 현장 구축 ... 134
• 5) 기술목표 및 성능시험 결과 ... 134
• 6) STATCOM의 우수성 및 차별성 ... 139
• 7) 사업화 계획 ... 143
• 바. 풍력 및 태양광 M2M Solution ... 144
• 1) 풍력 발전기 M2M Solution ... 144
• 2) 태양광 발전기 M2M Solution ... 157
• 사. IED ... 165
• 1) 제품사양 ... 165
• 2) IED 설계 ... 165
• 3) 변압기 보호용 기능 ... 166
• 4) 보호 계전 기능 ... 167
• 5) 사고분석 기능 ... 168
• 3. Smart Renewable Energy Control Center ... 171
• 가. Smart Renewable 통신 네트워크 EMS ... 171
• 1) Configuration Tool 개발 ... 171
• 2) 기능별 서버 개발 ... 174
• 3) 통신 게이트웨이(HiPAS Gateway) 개발 ... 174
• 나. Smart Renewable 에너지관리시스템(EMS) ... 180
• 1) 구성설비 기본사양 및 용량설계 ... 180
• 2) Smart Renewable 구축방안 및 전력 서비스 ... 181
• 다. 풍력발전기 예방진단시스템(CMS) ... 183
• 라. Smart Renewable 보안시스템 ... 185
• 1) 보안 시스템 구성 ... 185
• 2) 보안 시스템 운영 ... 187
• 3) 보안 점검 항목 및 운영 계획 ... 191
• 마. SG 상호운영성을 위한 NOC-TOC간 통신시스템 ... 195
• 1) TOC-NOC간 통신 연계시스템 구축 ... 195
• 4. 현대중공업 Smart Grid 실증센터 설계 및 구축 ... 204
• 가. 실증센터 개요 ... 204
• 나. 실증센터 건축공사 ... 205
• 다. 실증센터 전기공사 ... 206
• 5. EMS 연계 Smart Renewable 시스템 통합시험 ... 210
• 6. 운영 시나리오별 실증시험 및 평가 ... 214
• 가. 풍력발전기 출력변동저감 ... 216
• 1) Constant Power Control ... 216
• 2) Energy Shifting Control ... 218
• 3) PCC점의 유·무효전력제어 ... 221
• 나. 풍력발전기 전력품질 향상 ... 224
• 1) 풍력발전기 무효전력보상 및 전압변동 ... 224
• 다. 전력거래서비스 ... 228
• 1) 실증목적 및 배경 ... 228
• 2) 비급전대상발전기 시장참여 ... 230
• 3) 급전대상발전기 시장참여 ... 231
• 4) 시스템 운전 방안 ... 232
• 5) 국내형 전력거래 서비스 운영 ... 233
• 6) 전기자동차 충전 서비스 실증 ... 237
• 라. 전력공급 신뢰도 향상 ... 238
• 1) 독립운전 서비스: 시스템 운전범위 시험 ... 238
• 2) 독립운전 서비스 : 전압 및 주파수 제어 시험 ... 241
• 7. SR, SP, ST, SPG 통합 실증 결과 ... 245
• 8. 풍력발전기 성능평가 및 예방진단 ... 350
• 가. 풍력발전기 전력 품질 분석 ... 250
• 1) 측정 개요 ... 250
• 2) 측정 데이터 분석 ... 252
• 3) 전력분석 결과 분석 ... 259
• 나. Grid-Fault에 따른 풍력발전기 동적 구조 거동 모니터링 ... 259
• 1) 모드 접근법을 이용한 변형률 기반 구조 변형예측 기법 ... 259
• 2) 풍력 발전기 타워 유한 요소 모델링 ... 262
• 3) 동적 거동 모니터링을 위한 센서 선택 ... 264
• 다. 구조물 굽힘거동 형상 예측 개선기법 ... 271
• 1) 센서부착위치 최적화를 통한 빔 모델의 굽힘형상 예측 ... 271
• 9. 제주 Smart Grid 적용을 위한 Grid Code 제안 ... 281
• 가. Grid Code ... 281
• 1) 주파수와 전압 변동 ... 282
• 2) 무효전력 제어 ... 285
• 3) 유효전력 제어 ... 289
• 4) 계통연계 유지 ... 291
• 나. 제주 Smart Grid용 Grid-Code ... 293
• 1) 주파수와 전압 변동 ... 293
• 2) 무효전력 제어 ... 296
• 3) 유효전력 제어 ... 297
• 4) 계통연계 유지 ... 298
• 10. Smart Grid 비즈니스 모델, 상품화 현황 및 사업화 계획 ... 300
• 가. SR분야 비즈니스 모델 개요 ... 300
• 나. 비즈니스 모델별 경제성 분석 ... 303
• 1) RTP(Real-time Pricing) 기반 전력 재판매 서비스 ... 303
• 2) 지능형 신재생 발전사업 ... 306
• 3) 지능형 신재생 DR 서비스 ... 308
• 4) Grid Scale Renewable & Storage System ... 310
• 5) Smart Renewable Package ... 311
• 다. 현대중공업 컨소시엄 사업화 계획 ... 326
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 327
• 1. 컨소시엄 구성 및 역할 ... 327
• 2. 사업추진 체계 운영 및 관리 방안 ... 328
• 3. 기술개발팀 편성도 ... 330
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 331
• 1. 국내ㆍ외 시장 규모 및 수출ㆍ입 현황 ... 331
• 2. Grid-Scale 에너지저장장치 ... 334
• 3. Grid-Scale 에너지저장장치용 전력변환기 ... 337
• 4. 사업화 전망 ... 338
• 제 4 절 고용 창출 효과 ... 340
• 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 341
• 끝페이지 ... 350