KR102530588B1 - Energy storage system and ferro-resonance preventing algorithm for energy storage system - Google Patents

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KR102530588B1 KR1020210030916A KR20210030916A KR102530588B1 KR 102530588 B1 KR102530588 B1 KR 102530588B1 KR 1020210030916 A KR1020210030916 A KR 1020210030916A KR 20210030916 A KR20210030916 A KR 20210030916A KR 102530588 B1 KR102530588 B1 KR 102530588B1
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Abstract

배터리가 과충전되는 것을 차단하도록 설정된 에너지 저장 시스템, 및 에너지 저장 시스템용 철공진 방지 알고리즘이 개시된다. 에너지 저장 시스템은, 계통전원부의 고압 AC 전원을 저압 AC 전원으로 변환하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, 이하 ESS)용 연계변압기; 상기 ESS용 연계변압기에서 제공되는 저압 AC 전원을 직류전원으로 변환하는 전력 제어 시스템(Power Control System, 이하, PCS); 상기 PCS에서 변환된 직류전원을 저장하는 배터리부; 및 상기 ESS용 연계변압기와 상기 PCS 사이에 배치되고, 철공진 특성을 바탕으로 산정된 용량성 리액턴스(또는 커패시턴스)를 갖고서 철공진을 억제하는 철공진 억제부를 포함한다. An energy storage system configured to prevent a battery from being overcharged, and a ferroresonance anti-resonance algorithm for the energy storage system are disclosed. The energy storage system includes an energy storage system (Energy Storage System, hereinafter referred to as ESS) linkage transformer that converts high-voltage AC power of the grid power unit into low-voltage AC power; A power control system (Power Control System, hereinafter referred to as PCS) that converts low-voltage AC power supplied from the ESS-linked transformer into DC power; a battery unit for storing the DC power converted by the PCS; and a ferroresonance suppression unit disposed between the ESS linkage transformer and the PCS, and having a capacitive reactance (or capacitance) calculated based on ferroresonance characteristics to suppress ferroresonance.

Description

에너지 저장 시스템, 및 에너지 저장 시스템용 철공진 방지 알고리즘{ENERGY STORAGE SYSTEM AND FERRO-RESONANCE PREVENTING ALGORITHM FOR ENERGY STORAGE SYSTEM}Energy storage system and ferroresonance prevention algorithm for energy storage system

본 발명은 에너지 저장 시스템, 및 에너지 저장 시스템용 철공진 방지 알고리즘에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리가 과충전되는 것을 차단하도록 설정된 에너지 저장 시스템, 및 에너지 저장 시스템용 철공진 방지 알고리즘에 관한 것이다. The present invention relates to an energy storage system and a ferroresonance prevention algorithm for an energy storage system, and more particularly, to an energy storage system configured to prevent a battery from being overcharged, and to a ferroresonance prevention algorithm for an energy storage system.

대용량으로 설치되어 운용되는 리튬이온배터리 기반의 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, 이하 ESS)에서 의도치 않은 ESS용 연계변압기의 포화로 인해 철공진이 발생하여 배터리부에 영향을 줄 가능성이 있다. 철공진은 과전압, 개폐서지와 같은 이상전압에 의해 철심을 가진 인덕터가 포화되어, 계통의 정전용량과 상호작용을 통해 발생되는 비선형적인 진동현상이다.In a lithium-ion battery-based energy storage system (ESS) installed and operated with a large capacity, there is a possibility that ferroresonance occurs due to unintended saturation of the linkage transformer for ESS, affecting the battery part. Ferroresonance is a non-linear vibration phenomenon that occurs through interaction with the capacitance of the system when the inductor with the iron core is saturated by abnormal voltages such as overvoltage and switching surge.

송/배전 계통에서 변압기는 자화곡선의 선형영역에서 운용되지만, 차단기가 개방되면 과전압, 개폐서지 및 커패시턴스 성분에 의하여 자속이 증가하고 철심의 인덕턴스는 자화곡선의 포화영역에 도달할 수 있다. 여기서, 커패시턴스는 모선과 대지간, 모선과 모선간, 차단기 개방 시 양 극간에 존재하며, 비선형 인덕턴스와 상호작용을 통해 순간적으로 높은 전압의 철공진이 발생할 가능성이 있다. In transmission/distribution systems, transformers operate in the linear region of the magnetization curve, but when circuit breakers are opened, magnetic flux increases due to overvoltage, switching surges, and capacitance components, and the inductance of the iron core can reach the saturation region of the magnetization curve. Here, the capacitance exists between the bus and ground, between the bus and the bus, and between both poles when the circuit breaker is opened, and there is a possibility of momentarily high voltage ferroresonance through interaction with nonlinear inductance.

철공진 현상은 1920년에 부쉐로(Boucherot)가 처음으로 명명한 이래 널리 연구되어왔지만 복잡한 발생 메커니즘을 가지고 있으며, 2003년 7월 아일랜드(Ireland)에서 400kV 변전소의 시운전을 위해 수행된 스위칭 동작으로 인해 철공진 사고가 발생한 예가 있다. The ferroresonance phenomenon has been widely studied since it was first named by Boucherot in 1920, but it has a complex generation mechanism, and due to the switching operation performed for commissioning of a 400 kV substation in Ireland in July 2003, There is an example of an iron resonance accident.

또한 대용량으로 설치되어 운용되는 리튬이온배터리 기반의 ESS에서 의도치 않은 ESS용 연계변압기의 포화로 인해 철공진이 발생하여 변압기 2차측에 정상전압보다 수 배 높은 전압이 발생할 경우, 배터리의 과충전으로 심각한 영향을 미칠 가능성이 있다.In addition, in a lithium-ion battery-based ESS installed and operated with a large capacity, ferroresonance occurs due to unintended saturation of the linkage transformer for the ESS, resulting in a voltage several times higher than the normal voltage on the secondary side of the transformer. Serious effects due to overcharging of the battery has the potential to affect

대한민국 공개특허 제10-2020-0107630호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0107630 대한민국 공개특허 제10-2019-0002080호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0002080 대한민국 등록특허 제10-2009919호Republic of Korea Patent No. 10-2009919

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로 본 발명의 목적은 의도치 않은 ESS용 연계변압기의 포화로 인해 철공진이 발생하여 ESS용 연계변압기 2차측에 정상전압보다 높은 전압이 발생하여 배터리가 과충전되는 것을 차단하도록 설정된 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다. Accordingly, the technical problem of the present invention is focused on this point, and the object of the present invention is to generate a voltage higher than the normal voltage on the secondary side of the linkage transformer for ESS due to ferroresonance due to unintended saturation of the linkage transformer for ESS. It is to provide an energy storage system configured to prevent overcharging.

본 발명의 다른 목적은 상기한 에너지 저장 시스템용 철공진 방지 알고리즘을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a ferroresonance prevention algorithm for an energy storage system.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 계통전원부의 고압 AC 전원을 저압 AC 전원으로 변환하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, 이하 ESS)용 연계변압기; 상기 ESS용 연계변압기에서 제공되는 저압 AC 전원을 직류전원으로 변환하는 전력 제어 시스템(Power Control System, 이하, PCS); 상기 PCS에서 변환된 직류전원을 저장하는 배터리부; 및 상기 ESS용 연계변압기와 상기 PCS 사이에 배치되고, 철공진 특성을 바탕으로 산정된 용량성 리액턴스(또는 커패시턴스)를 갖고서 철공진을 억제하는 철공진 억제부를 포함한다. In order to realize the object of the present invention described above, an energy storage system according to an embodiment includes an energy storage system (Energy Storage System, hereinafter referred to as ESS) linkage transformer for converting high-voltage AC power of a system power unit into low-voltage AC power; A power control system (Power Control System, hereinafter referred to as PCS) that converts low-voltage AC power supplied from the ESS-linked transformer into DC power; a battery unit for storing the DC power converted by the PCS; and a ferroresonance suppression unit disposed between the ESS linkage transformer and the PCS, and having a capacitive reactance (or capacitance) calculated based on ferroresonance characteristics to suppress ferroresonance.

일 실시예에서, 상기 철공진 억제부의 커패시턴스는 포화영역의 유도성 리액턴스(또는 인덕턴스)보다 작을 수 있다. In one embodiment, the capacitance of the ferroresonance suppression unit may be smaller than the inductive reactance (or inductance) of the saturation region.

일 실시예에서, 상기 철공진 억제부의 커패시턴스는 선형영역의 유도성 리액턴스(또는 인덕턴스)보다 클 수 있다. In one embodiment, the capacitance of the ferroresonance suppression unit may be greater than the inductive reactance (or inductance) of the linear region.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 철공진 방지 알고리즘에서의 커패시턴스 산정 방법은, (a) ESS용 연계변압기의 선형 및 포화 시 인덕턴스 파라메타, 차단기 극간 커패시턴스 파라메타 및 상기 ESS용 연계변압기에서 제공되는 저압 AC 전원을 직류전원으로 변환하여 연결된 배터리부에 저장하는 전력 제어 시스템(Power Control System, 이하, PCS)의 필터 용량 파라메타를 상정하는 단계; (b) 상기 파라메타들을 바탕으로 ESS용 연계변압기의 특성에 따른 철공진 발생영역을 산정하고, 차단기 동작 시 철공진 발생영역의 포함 여부를 판단하는 단계; (c) 상기 ESS용 연계변압기가 철공진 발생 가능성이 있는 경우, 이를 방지하기 위해 PCS 필터의 적정 용량성 리액턴스를 재산정하고, 단계(b)로 돌아가 철공진 발생영역에 포함 여부를 판단하는 과정을 반복하는 단계; 및 (d) 상기 ESS용 연계변압기가 철공진 발생 가능성에서 벗어나면, 알고리즘을 종료하는 단계를 포함한다. In order to realize the object of the present invention described above, a capacitance calculation method in a ferroresonance prevention algorithm for an energy storage system according to an embodiment includes (a) linear and saturated inductance parameters of a linkage transformer for an ESS, capacitance parameters between poles of a circuit breaker, and Assuming a filter capacity parameter of a power control system (hereinafter referred to as PCS) that converts low-voltage AC power provided from the ESS linkage transformer into DC power and stores it in a connected battery unit; (b) calculating a ferroresonance generation area according to the characteristics of an interlocking transformer for an ESS based on the above parameters, and determining whether a ferroresonance generation area is included when a circuit breaker operates; (c) If the ESS linkage transformer has a possibility of ferroresonance, in order to prevent this, the appropriate capacitive reactance of the PCS filter is recalculated, and the process of determining whether it is included in the ferroresonance generation area by returning to step (b) repeat; and (d) terminating the algorithm when the linkage transformer for the ESS is out of the possibility of ferroresonance.

일 실시예에서, 상기 용량성 리액턴스는

Figure 112021027765284-pat00001
(여기서,
Figure 112021027765284-pat00002
: 각속도[rad/s],
Figure 112021027765284-pat00003
: 선형영역에서 인덕턴스[H],
Figure 112021027765284-pat00004
: 포화영역에서 인덕턴스[H],
Figure 112021027765284-pat00005
: 커패시턴스[F])에 의해 산정될 수 있다. In one embodiment, the capacitive reactance is
Figure 112021027765284-pat00001
(here,
Figure 112021027765284-pat00002
: angular velocity [rad/s],
Figure 112021027765284-pat00003
: Inductance [H] in the linear region,
Figure 112021027765284-pat00004
: Inductance [H] in the saturation region,
Figure 112021027765284-pat00005
: It can be calculated by capacitance [F]).

이러한 에너지 저장 시스템, 및 에너지 저장 시스템용 철공진 방지 알고리즘에 의하면, 의도치 않은 ESS용 연계변압기의 포화로 인해 철공진이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, ESS용 연계변압기 2차측에 정상전압보다 높은 전압이 발생하지 않으므로 배터리가 과충전되는 것을 차단할 수 있다. According to the energy storage system and the ferroresonance prevention algorithm for the energy storage system, ferroresonance can be prevented from occurring due to unintentional saturation of the linkage transformer for the ESS. Accordingly, since a voltage higher than the normal voltage is not generated on the secondary side of the interlocking transformer for the ESS, it is possible to prevent the battery from being overcharged.

도 1은 비선형 L-C 직렬 철공진 회로를 설명하기 위한 회도도이다.
도 2는 정상상태 회로의 도식적인 해석을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 철공진 회로의 도식적인 해석을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 인가전압에 따른 철공진 회로의 도식적인 해석을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 ESS의 비선형 L-C 직/병렬 철공진 등가회로를 설명하기 위한 회도도이다.
도 6은 배전계통 모델링을 설명하기 위한 구성도이다.
도 7은 진공차단기의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 8은 차단기 동작에 의한 직렬 커패시턴스 모델링을 설명하기 위한 구성도이다.
도 9는 철심의 비선형 포화특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 비선형 L-C 직렬 철공진 현상 모델링을 설명하기 위한 구성도이다.
도 11은 L-C 직병렬회로의 철공진 현상 모델링을 설명하기 위한 구성도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 13은 커패시턴스의 증가에 따른 철공진의 도식적인 해석수법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 14는 도식적인 해석수법을 이용한 철공진 회피 영역 산정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 15는 L-C 공진에 의한 철공진 특성을 설명하기 위한 파형도이다.
도 16은 L-C 철공진에 의한 변압기 인덕턴스 특성을 설명하기 위한 파형도이다.
도 17은 차단기 동작 시, 철공진에 의한 전압특성을 설명하기 위한 파형도이다.
도 18은 차단기 동작 시, 철공진에 의한 변압기 인덕턴스 특성을 설명하기 위한 파형도이다.
도 19는 철공진 방지 알고리즘에 의한 전압특성을 설명하기 위한 파형도이다.
도 20은 철공진 방지 알고리즘에 의한 변압기 인덕턴스 특성을 설명하기 위한 파형도이다.
1 is a circuit diagram for explaining a nonlinear LC series ferroresonance circuit.
2 is a graph for explaining a schematic analysis of a steady state circuit.
3 is a graph for explaining a schematic analysis of a ferroresonant circuit.
4 is a graph for explaining a schematic analysis of a ferroresonant circuit according to an applied voltage.
5 is a circuit diagram for explaining a nonlinear LC series/parallel ferroresonance equivalent circuit of an ESS.
6 is a configuration diagram for explaining distribution system modeling.
7 is a configuration diagram for explaining the configuration of a vacuum circuit breaker.
8 is a configuration diagram for explaining series capacitance modeling by circuit breaker operation.
9 is a graph for explaining nonlinear saturation characteristics of an iron core.
10 is a configuration diagram for explaining nonlinear LC series ferroresonance modeling.
11 is a configuration diagram for explaining ferroresonance modeling of an LC series/parallel circuit.
12 is a configuration diagram for explaining an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph for explaining a schematic analysis method of ferroresonance according to an increase in capacitance.
14 is a graph for explaining calculation of a ferroresonance avoidance area using a schematic analysis method.
15 is a waveform diagram for explaining ferroresonance characteristics by LC resonance.
16 is a waveform diagram for explaining transformer inductance characteristics due to LC ferroresonance.
17 is a waveform diagram for explaining voltage characteristics due to ferroresonance when a circuit breaker operates.
18 is a waveform diagram for explaining transformer inductance characteristics due to ferroresonance when a circuit breaker operates.
19 is a waveform diagram for explaining voltage characteristics by a ferroresonance prevention algorithm.
20 is a waveform diagram for explaining transformer inductance characteristics by a ferroresonance prevention algorithm.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in more detail. Since the present invention may have various changes and various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, and includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown enlarged than actual for clarity of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In this application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

또한 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. In addition, unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

통상적으로, 철공진은 상위 계통의 1선 지락사고에 의한 순간적인 전압상승과 같은 이상전압에 의하여 철심을 가진 인덕터가 포화되어, 계통의 정전용량과 상호작용을 통해 발생되는 비선형적인 진동현상이다. 또한 철공진은 계통에서 차단기가 동작하는 경우, 변압기의 인덕턴스 성분과 차단기 양단의 커패시턴스 성분이 직렬로 구성되어 발생한다. In general, ferroresonance is a nonlinear vibration phenomenon that occurs through interaction with capacitance of a system when an inductor having an iron core is saturated by an abnormal voltage such as an instantaneous voltage increase caused by a first-line ground fault in an upper system. In addition, ferroresonance occurs when a circuit breaker operates in a system because the inductance component of the transformer and the capacitance component of both ends of the circuit breaker are configured in series.

본 명세서에서는 비선형 L-C 철공진의 메커니즘을 분석하기 위해, 도 1과 같은 회로를 상정한다.In this specification, a circuit as shown in FIG. 1 is assumed to analyze the mechanism of nonlinear L-C ferroresonance.

도 1은 비선형 L-C 직렬 철공진 회로를 설명하기 위한 회도도이다. 1 is a circuit diagram for explaining a nonlinear L-C series ferroresonance circuit.

도 1을 참조하면, 비선형 L-C 직렬 철공진 회로는 AC 전압원, 변압기의 인덕턴스, 및 차단기 양단의 커패시턴스 성분으로 구성된 직렬회로를 상정한다.Referring to FIG. 1, the nonlinear L-C series ferroresonance circuit assumes a series circuit composed of an AC voltage source, an inductance of a transformer, and a capacitance component of both ends of a circuit breaker.

L-C 정상상태 회로와 도 1의 철공진 회로에서 전류와 전압을 도식적인 해석수법(Graphical solution)을 이용하여 나타내면 도 2와 도 3과 같다. 2 and 3 show the current and voltage in the L-C steady state circuit and the ferroresonant circuit of FIG. 1 using a graphical solution.

도 2는 정상상태 회로의 도식적인 해석을 설명하기 위한 그래프이다.2 is a graph for explaining a schematic analysis of a steady state circuit.

먼저, 도 2의 정상상태 회로에서 인덕터의 양단 전압(EL)과 커패시터 양단 전압(EC)은 각각 wL과 1/wC의 기울기를 가진 직선의 형태를 가진다. 즉, EL과 Es-Ec의 교차점은 1개만 존재하며, 이 교차점에서 정상상태의 전류와 EL, EC가 구해진다. First, in the steady-state circuit of FIG. 2, the voltage EL across the inductor and the voltage EC across the capacitor have the form of a straight line with a slope of wL and 1/wC, respectively. That is, there is only one intersection between EL and Es-Ec, and the steady-state current, EL, and EC are obtained at this intersection.

도 3은 철공진 회로의 도식적인 해석을 설명하기 위한 그래프이다.3 is a graph for explaining a schematic analysis of a ferroresonant circuit.

도 3의 철공진 회로에서 EC는 1/wC의 기울기를 가진 직선으로 전류에 비례하지만, EL은 포화현상에 의해 일정 값 이상의 전류에서 비례적으로 변하지 않는 곡선의 형태를 가진다. In the ferroresonant circuit of FIG. 3, EC is a straight line with a slope of 1/wC and is proportional to current, but EL has a curve that does not change proportionally at currents above a certain value due to saturation.

즉, EL은 낮은 전류 영역에서 wLlinear의 높은 기울기 값을 가지고, 일정 값 이상의 전류 영역에서는 wLsat의 매우 낮은 기울기 값을 가지므로, 계통 정수에 따라 EL과 Es-EC의 교차점은 1개에서 3개까지 발생할 수 있다. 여기서, EL과 EC의 크기에 따라 유도성 영역과 용량성 영역으로 나타낼 수 있는데, 1번 교차점은 유도성 영역의 비-철공진 상태이고, 2번 교차점은 유도성 영역의 과도상태이며, 3번 교차점은 용량성 영역의 철공진 상태를 나타낸 것이다. That is, since EL has a high slope value of wLlinear in a low current region and a very low slope value of wLsat in a current region above a certain value, the number of intersections between EL and Es-EC is from 1 to 3 depending on the system constant. can happen Here, depending on the size of EL and EC, it can be represented as an inductive region and a capacitive region. Cross point 1 is the non-ferroresonant state of the inductive region, cross point 2 is the transient state of the inductive region, and The intersection point represents the ferroresonant state of the capacitive region.

따라서, 변압기의 포화에 의한 철공진 특성에 의하여, 동일한 인가전압(Es)에서 변압기의 인덕터 양단 전압은 3개의 해를 가질 수 있으며, 하나의 교차점에서 다른 교차점으로 순간적인 전압상승이 발생할 가능성이 있다.Therefore, due to ferroresonance characteristics due to saturation of the transformer, the voltage across the inductor of the transformer at the same applied voltage (Es) can have three solutions, and there is a possibility of an instantaneous voltage rise from one crossing point to another crossing point. .

L-C 직렬회로의 철공진 메커니즘을 설명한다. The ferroresonance mechanism of the L-C series circuit is explained.

상위 계통의 1선 지락사고나 대용량 부하의 갑작스러운 해열, 대용량 커패시터 뱅크의 투입 등에 의해 순간적인(30cycle 이내) 전압상승이 발생할 수 있다. 이러한 순시 전압상승에 의한 철공진 현상을 분석하기 위하여, 도식적인 해석수법을 이용하여 전압상승의 크기에 따라 철공진 특성을 나타내면 도 4와 같다. An instantaneous (within 30 cycles) voltage rise may occur due to a single-line ground fault in the upper system, sudden dissipation of a large-capacity load, or input of a large-capacity capacitor bank. In order to analyze the ferroresonance phenomenon due to the instantaneous voltage rise, the ferroresonance characteristics are shown according to the magnitude of the voltage rise using a schematic analysis method, as shown in FIG.

도 4는 인가전압에 따른 철공진 회로의 도식적인 해석을 설명하기 위한 그래프이다.4 is a graph for explaining a schematic analysis of a ferroresonant circuit according to an applied voltage.

도 4를 참조하면, EL과 Es-EC가 접하게 되는 인가전압(E's)을 기준점으로, 더 높은 전압(E"s)이 인가되면 3"번에서 교차점이 발생하므로 철공진 상태가 된다. 하지만, 기준점보다 낮은 전압이 인가되면 도 3과 같이, 3개의 교차점을 가지게 되어 철심의 잔류자속, 커패시터 용량 등의 계통 상태에 따라 철공진이 발생할 수 있다. Referring to FIG. 4, with the applied voltage (E's) at which EL and Es-EC come into contact as a reference point, when a higher voltage (E"s) is applied, an intersection occurs at 3", resulting in ferroresonance. However, when a voltage lower than the reference point is applied, as shown in FIG. 3, it has three crossing points, and ferroresonance may occur depending on system conditions such as residual magnetic flux of the iron core and capacitor capacity.

따라서, 순시 전압상승에 의해 과도적인 철공진 현상이 발생함을 알 수 있고, 철공진 현상을 유지하는데 필요한 값 미만으로 에너지가 소모될 때까지 불규칙하게 진동하게 된다. Therefore, it can be seen that a transient ferroresonance phenomenon occurs due to the instantaneous voltage rise, and the ferroresonance is irregularly vibrated until energy is consumed below a value required to maintain the ferroresonance phenomenon.

한편, L-C 직/병렬회로의 철공진 메커니즘을 설명한다. Meanwhile, the ferroresonance mechanism of the L-C series/parallel circuit is explained.

비선형 L-C 직/병렬 철공진 회로의 경우, 변압기의 인덕턴스와 병렬 커패시턴스 성분 사이의 공진현상도 함께 고려되므로, L-C 직렬 철공진 회로에 비해 철공진의 발생 가능성이 증가한다. In the case of the nonlinear L-C series/parallel ferroresonance circuit, since the resonance phenomenon between the inductance and parallel capacitance components of the transformer is also considered, the possibility of occurrence of ferroresonance increases compared to the L-C series ferroresonance circuit.

이러한 L-C 직/병렬 철공진 회로는 계통전원부, ESS용 연계변압기, PCS 및 배터리부로 구성된 ESS에서도 나타날 수 있는데, 여기서 PCS의 출력안정화를 위한 C필터가 병렬 커패시턴스 성분이 되고 ESS용 연계변압기가 L성분이 된다. 따라서, ESS의 L-C 직/병렬회로는 도 5와 같이 계통전원부(Ein)와 차단기(CCB), ESS용 연계변압기(Lsat), PCS의 커패시턴스 성분(CPCS)으로 회로를 나타낼 수 있다.This L-C series/parallel ferroresonance circuit can also appear in an ESS composed of a system power supply unit, a linkage transformer for ESS, a PCS, and a battery section, where the C filter for output stabilization of the PCS becomes a parallel capacitance component and the linkage transformer for ESS is the L component becomes Therefore, the L-C series/parallel circuit of the ESS can be represented by the system power supply unit (Ein), the circuit breaker (CCB), the ESS linkage transformer (Lsat), and the capacitance component (CPCS) of the PCS as shown in FIG.

한편, L-C 직/병렬회로의 경우, 상기와 같이 도식적인 해석수법은 고려해야 할 요소가 많아 한계점이 있으므로, 본 발명에서는 직/병렬 등가회로에 대한 수식으로 모델링한다. On the other hand, in the case of an L-C series/parallel circuit, the schematic analysis method as described above has limitations due to many factors to be considered.

도 5는 ESS의 비선형 L-C 직/병렬 철공진 등가회로를 설명하기 위한 회도도이다.5 is a circuit diagram for explaining a nonlinear L-C series/parallel ferroresonance equivalent circuit of an ESS.

도 5에서 차단기가 동작하는 경우, 입력전압(Ein)과 출력전압(Eout)의 관계식은 수식 1과 같이 나타낼 수 있는데, 이 식과 같이 등가 임피던스(Z)와 차단기의 C성분(XCB)에 따라 산정된다. When the circuit breaker operates in FIG. 5, the relational expression between the input voltage (Ein) and the output voltage (Eout) can be expressed as in Equation 1, which is calculated according to the equivalent impedance (Z) and the C component (XCB) of the circuit breaker. do.

[수식 1][Formula 1]

Figure 112021027765284-pat00006
Figure 112021027765284-pat00006

[수식 2][Formula 2]

Figure 112021027765284-pat00007
Figure 112021027765284-pat00007

여기서,

Figure 112021027765284-pat00008
은 입력전압[V],
Figure 112021027765284-pat00009
은 출력전압[V],
Figure 112021027765284-pat00010
은 권수비,
Figure 112021027765284-pat00011
는 변압기와 PCS 필터의 병렬 등가 임피던스[Ω],
Figure 112021027765284-pat00012
는 차단기의 리액턴스[Ω],
Figure 112021027765284-pat00013
은 변압기의 리액턴스[Ω],
Figure 112021027765284-pat00014
는 PCS 필터의 리액턴스[Ω]이다. here,
Figure 112021027765284-pat00008
is the input voltage [V],
Figure 112021027765284-pat00009
is the output voltage [V],
Figure 112021027765284-pat00010
Eun Soo-bi Kwon,
Figure 112021027765284-pat00011
is the parallel equivalent impedance of the transformer and the PCS filter [Ω],
Figure 112021027765284-pat00012
is the reactance of the breaker [Ω],
Figure 112021027765284-pat00013
is the reactance of the transformer [Ω],
Figure 112021027765284-pat00014
is the reactance [Ω] of the PCS filter.

등가 임피던스는 수식 2와 같이, 변압기의 L 성분(XL)과 PCS의 C 성분(XPCS)으로 나타낼 수 있으며, XL은 포화현상에 의해 감소할 수 있다. As shown in Equation 2, the equivalent impedance can be represented by the L component of the transformer ( XL ) and the C component of the PCS (X PCS ), and XL can be reduced by saturation.

따라서, 차단기가 동작하는 경우 변압기가 포화되고, 이로 인하여 직/병렬로 구성된 C성분 사이에서 철공진 현상이 발생하면 수식 1의 전압비는 1보다 높아지게 되고, 변압기 2차측은 정상전압보다 수 배 높은 전압이 발생할 가능성이 있으므로, 배터리의 과충전으로 심각한 영향을 미칠 가능성이 있다.Therefore, when the circuit breaker operates, the transformer is saturated, and if ferroresonance occurs between the C components composed of series/parallel, the voltage ratio in Equation 1 becomes higher than 1, and the secondary side of the transformer has a voltage several times higher than the normal voltage. Since this may occur, there is a possibility of having a serious effect due to overcharging of the battery.

배전용변전소의 주변압기, 고압 배전선로로 구성된 배전계통을 전력계통해석 소프트웨어(PSCAD/EMTDC)를 이용하여 모델링하면, 도 6과 같이 나타낼 수 있다. If a distribution system composed of a main voltage generator and a high-voltage distribution line of a distribution substation is modeled using power system analysis software (PSCAD/EMTDC), it can be represented as shown in FIG. 6 .

도 6은 배전계통 모델링을 설명하기 위한 구성도이다.6 is a configuration diagram for explaining distribution system modeling.

도 6을 참조하면, 154/22.9[kV]용 주변압기(45/60[MVA])는 3권선 Yg-Yg-

Figure 112021027765284-pat00015
결선방식이며, 3차 권선은 제3 고조파를 제거하기 위하여
Figure 112021027765284-pat00016
결선방식을 채용하고 있다. 또한 주변압기 2차측은 배전계통의 지락전류를 제한하기 위하여, 0.6[Ω]의 NGR을 설치하는 것으로 가정한다. 그리고, 고압 배전선로는 3상 4선식의 π형 등가회로이며, 선종은 ACSR 160㎟ 로 상정한다.Referring to FIG. 6, the main voltage generator (45/60 [MVA]) for 154/22.9 [kV] has three windings Yg-Yg-
Figure 112021027765284-pat00015
It is a wiring method, and the tertiary winding is used to remove the third harmonic.
Figure 112021027765284-pat00016
A wiring method is used. In addition, it is assumed that an NGR of 0.6 [Ω] is installed on the secondary side of the main transformer to limit the ground fault current of the distribution system. And, the high-voltage distribution line is a π-type equivalent circuit of a three-phase, four-wire type, and the type of line is assumed to be ACSR 160 mm2.

이하에서, 차단기 동작에 의한 직렬 커패시컨스 성분 모델링을 설명한다. Hereinafter, modeling of the series capacitance component by circuit breaker operation will be described.

고압 배전선로에 사용되는 진공차단기의 구성은 도 7과 같으며, 차단기는 개방 동작을 하는 경우 양극간에 커패시턴스 성분이 나타난다. The configuration of the vacuum circuit breaker used in the high-voltage distribution line is as shown in FIG. 7, and when the circuit breaker operates to open, a capacitance component appears between the two poles.

도 7은 진공차단기의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.7 is a configuration diagram for explaining the configuration of a vacuum circuit breaker.

도 7에서, 개방 동작 시 차단기의 커패시턴스는, 수식 3과 같이, 극판의 넓이에 비례하고 극간 거리에 반비례한다.In FIG. 7 , the capacitance of the circuit breaker during the opening operation is proportional to the width of the electrode plates and inversely proportional to the inter-electrode distance, as shown in Equation 3.

[수식 3][Formula 3]

Figure 112021027765284-pat00017
Figure 112021027765284-pat00017

여기서,

Figure 112021027765284-pat00018
는 진공차단기의 양극간 커패시터[F],
Figure 112021027765284-pat00019
은 진공의 유전율(
Figure 112021027765284-pat00020
[F/m]),
Figure 112021027765284-pat00021
는 극판의 넓이[
Figure 112021027765284-pat00022
],
Figure 112021027765284-pat00023
는 개방 동작 시 극간 거리[m]이다. here,
Figure 112021027765284-pat00018
is the capacitor between the poles of the vacuum circuit breaker [F],
Figure 112021027765284-pat00019
The permittivity of the silver vacuum (
Figure 112021027765284-pat00020
[F/m]),
Figure 112021027765284-pat00021
is the area of the plate [
Figure 112021027765284-pat00022
],
Figure 112021027765284-pat00023
is the inter-pole distance [m] during the opening operation.

따라서, 전력계통해석 소프트웨어(PSCAD/EMTDC)를 이용하여 상기한 차단기를 모델링하면 도 8과 같이 나타낼 수 있다. Therefore, modeling the circuit breaker using power system analysis software (PSCAD/EMTDC) can be represented as shown in FIG. 8 .

도 8은 차단기 동작에 의한 직렬 커패시턴스 모델링을 설명하기 위한 구성도이다.8 is a configuration diagram for explaining series capacitance modeling by circuit breaker operation.

도 8에서, 개방 동작 시 극간 거리 12[

Figure 112021027765284-pat00024
], 극판의 넓이 0.25[
Figure 112021027765284-pat00025
]을 상정하고, 상기한 수식 3에 따라 C 성분을 구하면 약 2[nF]이 구해진다. 또한 3상 차단기는 각상별로 제어가 가능하며 개방 시 양극간 커패시턴스를 고려하여 구성한다.In FIG. 8, the distance between the poles during the opening operation is 12 [
Figure 112021027765284-pat00024
], the width of the electrode plate 0.25 [
Figure 112021027765284-pat00025
] is assumed, and the C component is obtained according to Equation 3 above, about 2 [nF] is obtained. In addition, the three-phase circuit breaker can be controlled for each phase, and is configured by considering the capacitance between the two poles when opening.

L-C 직렬회로에서 철심을 가진 인덕터의 포화특성을 나타내면 도 9와 같다. The saturation characteristics of an inductor with an iron core in an L-C series circuit are shown in FIG. 9.

도 9는 철심의 비선형 포화특성을 설명하기 위한 그래프이다.9 is a graph for explaining nonlinear saturation characteristics of an iron core.

도 9를 참조하면, 자화전류의 증가에 따라 감소하는 인덕턴스의 특성은 선형영역, 경계영역, 및 포화영역으로 구분할 수 있으며, 선형영역은 전류가 0 ~

Figure 112021027765284-pat00026
까지, 경계영역은
Figure 112021027765284-pat00027
~
Figure 112021027765284-pat00028
까지, 포화영역은
Figure 112021027765284-pat00029
이후가 된다. 여기서,
Figure 112021027765284-pat00030
에 해당되는 무릎점은 자속밀도가 10% 증가 시, 자화전류의 50% 증가를 가져오는 지점을 의미한다. 또한 정격 전압에서 인덕턴스
Figure 112021027765284-pat00031
과 무릎점에서 인덕턴스
Figure 112021027765284-pat00032
에 대한 접선 방정식은 그림에서와 같이 정의될 수 있다.Referring to FIG. 9, the characteristic of inductance, which decreases as the magnetizing current increases, can be divided into a linear region, a boundary region, and a saturation region. In the linear region, the current ranges from 0 to 0.
Figure 112021027765284-pat00026
Until, the boundary area is
Figure 112021027765284-pat00027
~
Figure 112021027765284-pat00028
, the saturation region is
Figure 112021027765284-pat00029
it comes after here,
Figure 112021027765284-pat00030
The knee point corresponding to means the point at which the magnetizing current increases by 50% when the magnetic flux density increases by 10%. Also at rated voltage the inductance
Figure 112021027765284-pat00031
and the inductance at the knee point
Figure 112021027765284-pat00032
The tangent equation for can be defined as in the figure.

또한 도 9에서, 자화전류는 철심의 포화특성(

Figure 112021027765284-pat00033
,
Figure 112021027765284-pat00034
,
Figure 112021027765284-pat00035
)에 따라, 수식 4 내지 수식 6에 의하여 산정된다. 여기서, 수식 4는 철심의 포화특성에 따라 산정되는 자화전류의 크기이며, 수식 5는 정격 전압에서 철심에 쇄교되는 자속의 크기를 나타낸다.9, the magnetization current is the saturation characteristic of the iron core (
Figure 112021027765284-pat00033
,
Figure 112021027765284-pat00034
,
Figure 112021027765284-pat00035
), it is calculated by Equations 4 to 6. Here, Equation 4 is the magnitude of the magnetizing current calculated according to the saturation characteristics of the iron core, and Equation 5 represents the magnitude of the magnetic flux linked to the iron core at the rated voltage.

[수식 4][Formula 4]

Figure 112021027765284-pat00036
Figure 112021027765284-pat00036

[수식 5][Formula 5]

Figure 112021027765284-pat00037
Figure 112021027765284-pat00037

[수식 6][Formula 6]

Figure 112021027765284-pat00038
Figure 112021027765284-pat00038

여기서,

Figure 112021027765284-pat00039
은 자화전류[A],
Figure 112021027765284-pat00040
은 정격 전압에서 쇄교되는 자속[Wb·turn],
Figure 112021027765284-pat00041
는 쇄교자속의 무릎점[Wb·turn],
Figure 112021027765284-pat00042
는 포화 시 변압기 등가 리액턴스[H],
Figure 112021027765284-pat00043
은 정격 전압의 RMS값[V],
Figure 112021027765284-pat00044
은 정격 전압에서 자화전류[A]이다. here,
Figure 112021027765284-pat00039
is the magnetizing current [A],
Figure 112021027765284-pat00040
is the magnetic flux linked at the rated voltage [Wb turn],
Figure 112021027765284-pat00041
is the knee point of the flux linkage [Wb turn],
Figure 112021027765284-pat00042
is the transformer equivalent reactance at saturation [H],
Figure 112021027765284-pat00043
is the RMS value of the rated voltage [V],
Figure 112021027765284-pat00044
is the magnetizing current [A] at the rated voltage.

한편, L-C 직렬회로의 철공진 메커니즘에 따라, AC 전압원과 선로저항, 직렬 커패시터 및 수식 4 내지 수식 6의 비선형 특성을 가진 변압기로 구성된 직렬 철공진 모델링을 나타내면 도 10과 같다. On the other hand, according to the ferroresonance mechanism of the L-C series circuit, series ferroresonance modeling consisting of an AC voltage source, line resistance, series capacitor, and a transformer having nonlinear characteristics of Equations 4 to 6 is shown in FIG. 10.

도 10은 비선형 L-C 직렬 철공진 현상 모델링을 설명하기 위한 구성도이다.10 is a configuration diagram for explaining nonlinear L-C series ferroresonance modeling.

도 10에서, 철심의 비선형 포화특성은 변압기 2차측 코일에 보상 전류원을 이용하여 모의하며. 선로저항은 L-C 직렬공진 시 전류의 크기를 억제하는 역할을 한다.In FIG. 10, the nonlinear saturation characteristics of the iron core are simulated by using a compensation current source in the secondary coil of the transformer. Line resistance plays a role of suppressing the magnitude of current during L-C series resonance.

L-C 직/병렬회로의 철공진 메커니즘에 따라, AC 전압원, 3상 차단기, ESS용 연계변압기, PCS 및 배터리부로 구성된 철공진 모델링은 도 11과 같이 나타낼 수 있다. According to the ferroresonance mechanism of the L-C series/parallel circuit, ferroresonance modeling composed of an AC voltage source, a three-phase circuit breaker, an ESS linkage transformer, a PCS, and a battery unit can be represented as shown in FIG. 11.

도 11은 L-C 직병렬회로의 철공진 현상 모델링을 설명하기 위한 구성도이다.11 is a configuration diagram for explaining ferroresonance modeling of an L-C series/parallel circuit.

도 11을 참조하면, PCS의 출력안정화를 위한 필터는 병렬 C 성분으로 작용하며, 철공진 동작특성은 포화된 변압기의 인덕턴스와 PCS 필터 측 커패시턴스 성분의 공진 조건을 이용하여 구성한다.Referring to FIG. 11, the filter for stabilizing the output of the PCS acts as a parallel C component, and the ferroresonant operating characteristic is configured using the resonance condition of the inductance of the saturated transformer and the capacitance component on the PCS filter side.

상기한 내용을 바탕으로 주변압기, 고압 배전선로, ESS용 연계변압기, PCS 및 배터리부로 구성된 전체 배전계통을 모델링하면, 도 12와 같이 나타낼 수 있다. Modeling the entire distribution system composed of the main transformer, high-voltage distribution line, linkage transformer for ESS, PCS, and battery unit based on the above information can be represented as shown in FIG. 12 .

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.12 is a configuration diagram for explaining an energy storage system according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 직렬 연결된 주변압부(100), 연계변압부(200), 및 충전부(300)를 포함한다. Referring to FIG. 12 , an energy storage system according to an embodiment of the present invention includes a main pressure unit 100, a linked transformer unit 200, and a charging unit 300 connected in series.

주변압부(100)는 주변압기(110) 및 주변압기(110)로부터 전력을 공급받는 고압 배전선로(primary feeder)(120)를 포함한다. 하나의 변전소에 복수의 주변압기가 설치되며 하나의 주변압기에서 복수의 고압 배전선로가 인출될 수 있으므로, 변전소로부터 수십 개의 고압 배전선로가 인출될 수 있다. The main voltage unit 100 includes a main voltage generator 110 and a high voltage distribution line (primary feeder) 120 receiving power from the main voltage generator 110 . Since a plurality of main transformers are installed in one substation and a plurality of high voltage distribution lines can be drawn from one main transformer, dozens of high voltage distribution lines can be drawn out from the substation.

연계변압부(200)는 주변압부(100)의 후단에 연결된 3상 차단기(3-phase circuit breaker(CB))(210) 및 ESS용 연계변압기(grid-connected TR)(220)를 포함한다. 여기서, 3상 차단기(210)는 R상, S상 및 T상과 같은 3상 선로에서 대지정전용량 또는 대지절연저항의 변화로 평상시에 발생하는 누전에 대한 보호를 위해 작동한다. 또한 ESS용 연계변압기(220)는 계통전원부의 고압 AC 전원을 저압 AC 전원으로 변환한다. The connected transformer 200 includes a 3-phase circuit breaker (CB) 210 connected to the rear end of the main voltage unit 100 and a grid-connected TR 220 for ESS. Here, the three-phase circuit breaker 210 operates to protect against earth leakage that normally occurs due to a change in capacitance to ground or insulation resistance to ground in a three-phase line such as R, S, and T. In addition, the linkage transformer 220 for ESS converts the high-voltage AC power of the system power unit into low-voltage AC power.

충전부(300)는 연계변압부(200)의 후단에 연결된 전력 제어 시스템(Power Control System, 이하, PCS)(310), 배터리부(battery)(320) 및 철공진 억제부(330)를 포함한다. The charging unit 300 includes a power control system (hereinafter referred to as PCS) 310 connected to the rear end of the coupled transformer 200, a battery unit 320, and a ferroresonance suppressor 330. .

구체적으로, PCS(310)는 ESS용 연계변압기(220)에서 제공되는 저압 AC 전원을 직류전원으로 변환하여 배터리부(320)에 충전하거나, 충전된 직류전원을 인출하여 외부의 전기장치(미도시)에 공급한다. Specifically, the PCS 310 converts the low-voltage AC power supplied from the ESS linkage transformer 220 into DC power and charges the battery unit 320, or withdraws the charged DC power to use an external electric device (not shown). ) to supply

배터리부(320)는 PCS(310)에서 변환된 직류전원을 저장한다. The battery unit 320 stores the DC power converted by the PCS 310.

철공진 억제부(330)는 ESS용 연계변압기(220)와 PCS(310) 사이에 배치되고, 철공진 특성을 바탕으로 산정된 용량성 리액턴스(또는 커패시턴스)를 갖고서 철공진을 억제한다. 도 12에서 철공진 억제부는 커패시터들이 병렬 연결된 C 필터일 수 있다. The ferroresonance suppression unit 330 is disposed between the linkage transformer 220 for ESS and the PCS 310, and suppresses ferroresonance by having capacitive reactance (or capacitance) calculated based on ferroresonance characteristics. In FIG. 12 , the ferroresonance suppression unit may be a C filter in which capacitors are connected in parallel.

본 실시예에서, 철공진 억제부(330)의 커패시턴스는 포화영역의 유도성 리액턴스(또는 인덕턴스)보다 작도록 설정될 수 있다. 또한 철공진 억제부(330)의 커패시턴스는 선형영역의 유도성 리액턴스(또는 인덕턴스)보다 크도록 설정될 수 있다. In this embodiment, the capacitance of the ferroresonance suppression unit 330 may be set to be smaller than the inductive reactance (or inductance) of the saturation region. Also, the capacitance of the ferroresonance suppression unit 330 may be set to be greater than the inductive reactance (or inductance) of the linear region.

상술된 철공진 메커니즘을 바탕으로, L-C 직렬 철공진 회로의 커패시턴스에 따른 도식적인 해석수법은 도 13과 같이 나타낼 수 있다. Based on the ferroresonance mechanism described above, a schematic analysis method according to the capacitance of the L-C series ferroresonance circuit can be represented as shown in FIG.

도 13은 커패시턴스의 증가에 따른 철공진의 도식적인 해석수법을 설명하기 위한 그래프이다.13 is a graph for explaining a schematic analysis method of ferroresonance according to an increase in capacitance.

도 13에서, 커패시턴스가 증가함에 따라 용량성 리액턴스(또는 커패시턴스)(1/wC)의 기울기가 감소하므로, 직선 Es-EC는 y축 절편 Es를 중심으로 회전하게 된다. 따라서, 정전용량에 따라 교차점의 개수가 변경되므로, 철공진 특성은 정전용량에 의해 결정됨을 알 수 있다. In FIG. 13, since the slope of the capacitive reactance (or capacitance) (1/wC) decreases as the capacitance increases, the straight line Es-EC rotates around the y-axis intercept Es. Therefore, since the number of crossing points is changed according to the capacitance, it can be seen that ferroresonance characteristics are determined by the capacitance.

도 13에서 철공진이 발생할 가능성이 있는 용량성 리액턴스(또는 커패시턴스)의 범위를 나타내면 수식 7과 같으며, 해당 범위를 회피하여 커패시턴스를 산정하면 철공진 현상을 방지할 수 있음을 알 수 있다. In FIG. 13, the range of capacitive reactance (or capacitance) in which ferroresonance may occur is shown in Equation 7, and it can be seen that ferroresonance can be prevented by calculating the capacitance by avoiding the range.

[수식 7][Formula 7]

Figure 112021027765284-pat00045
Figure 112021027765284-pat00045

여기서,

Figure 112021027765284-pat00046
는 각속도[rad/s],
Figure 112021027765284-pat00047
는 선형영역에서 인덕턴스[H],
Figure 112021027765284-pat00048
는 포화영역에서 인덕턴스[H],
Figure 112021027765284-pat00049
는 커패시턴스[F]이다. here,
Figure 112021027765284-pat00046
is the angular velocity [rad/s],
Figure 112021027765284-pat00047
is the inductance [H] in the linear region,
Figure 112021027765284-pat00048
is the inductance [H] in the saturation region,
Figure 112021027765284-pat00049
is the capacitance [F].

이를 도식적 해석방법을 이용하여 나타내면 도 14와 같다. If this is represented using a schematic analysis method, it is shown in FIG. 14.

도 14는 도식적인 해석수법을 이용한 철공진 회피 영역 산정을 설명하기 위한 그래프이다.14 is a graph for explaining calculation of a ferroresonance avoidance area using a schematic analysis method.

도 14를 참조하면, 용량성 리액턴스(또는 커패시턴스)(

Figure 112021027765284-pat00050
)를 포화영역의 유도성 리액턴스(또는 인덕턴스)(
Figure 112021027765284-pat00051
)보다 작거나(① 영역), 선형영역의 유도성 리액턴스(또는 인덕턴스)(
Figure 112021027765284-pat00052
)보다 큰 경우(② 영역)로 산정하면, 정상상태의 교차점(③ 영역)에서 운용되므로 철공진을 방지할 수 있다. Referring to FIG. 14, capacitive reactance (or capacitance) (
Figure 112021027765284-pat00050
) is the inductive reactance (or inductance) of the saturation region (
Figure 112021027765284-pat00051
) is less than (① area), or the inductive reactance (or inductance) of the linear area (
Figure 112021027765284-pat00052
), ferroresonance can be prevented because it is operated at the intersection point (region ③) in a steady state.

즉, ① 영역에서는 EC의 기울기가 포화영역에서 EL의 기울기보다 작으므로 1사분면에서 교차점이 1개 발생하고, ② 영역에서는 3사분면에서 교차점이 1개 발생하며, 상대적으로 낮은 전류값을 가지므로 안정적인 상태를 유지하게 된다.That is, since the slope of EC in the ① region is smaller than the slope of EL in the saturation region, one intersection occurs in the 1st quadrant, and in the ② region, one intersection occurs in the 3rd quadrant, and it has a relatively low current value, so it is stable. state will be maintained.

한편, 상기에서는 L-C 직렬 철공진 회로를 간략하게 등가화하여 해석하였지만, 실제 계통에서는 변압기와 직/병렬로 구성되는 차단기 양극 커패시터 및 PCS 필터 등의 다양한 요인을 고려해야 한다. On the other hand, although the L-C series ferroresonance circuit was briefly equalized and analyzed in the above, in an actual system, various factors such as a circuit breaker configured in series/parallel with a transformer, anode capacitors, and a PCS filter should be considered.

따라서, 실제계통에서는 도식적인 해석수법을 이용하여 철공진 회피 영역을 산정하기에는 한계가 있으며, 시뮬레이션을 통해 다양한 조건을 모의하여 철공진 회피 영역을 산정해야 한다. Therefore, in an actual system, there is a limit to calculating the ferroresonance avoidance area using the schematic analysis method, and the ferroresonance avoidance area must be calculated by simulating various conditions through simulation.

철공진을 방지할 수 있는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, Butterworth 등의 L-C 필터나 가포화 리액터 등을 추가하여 철공진 현상을 방지하는 방법과, 도 14와 같이 전체 시스템이 철공진 회로를 형성할 수 없도록 적절한 파라메터로 구성하는 방법으로 분류된다. Methods for preventing ferroresonance can be divided into two broad categories. A method for preventing ferroresonance by adding an L-C filter or a saturable reactor such as Butterworth and the like, and a method for preventing ferroresonance as shown in FIG. It is classified as a method of configuring with appropriate parameters so that it cannot be formed.

하지만, 필터나 가포화 리액터를 추가하는 방법은 철공진 현상을 억제하더라도 추가된 소자가 계통의 다른 요소들과 상호작용 할 가능성이 있을 뿐만 아니라, 지속적인 손실 등의 문제점을 나타낼 수 있다. However, in the method of adding a filter or saturable reactor, even if ferroresonance is suppressed, the added element may interact with other elements of the system, and may cause problems such as continuous loss.

따라서, 본 발명에서는 정전용량에 따른 철공진 특성을 바탕으로 PCS 필터의 적정 용량을 산정하여, ESS용 연계변압기의 철공진 방지 알고리즘을 다음과 같이 제안한다. Therefore, the present invention calculates the appropriate capacity of the PCS filter based on the ferroresonance characteristics according to the capacitance, and proposes a ferroresonance prevention algorithm of the ESS linkage transformer as follows.

[단계 1] ESS용 연계변압기의 선형 및 포화 시 인덕턴스, 차단기 극간 커패시턴스 및 PCS의 필터 용량 등의 파라메터를 상정한다.[Step 1] Assume parameters such as inductance at linearity and saturation of the linkage transformer for ESS, capacitance between poles of circuit breaker, and filter capacity of PCS.

[단계 2] 상기한 [단계 1]의 파라메터들과 수식 7 및 도 14를 바탕으로 ESS용 연계변압기의 특성에 따른 철공진 발생영역을 산정하고, 차단기 동작 시 철공진 발생영역의 포함 여부를 판단한다. 만약, 철공진 발생영역에 포함되면 [단계 3]으로 진행하고, 철공진 발생영역을 벗어나면, [단계 4]로 이동한다.[Step 2] Calculate the ferroresonance generation area according to the characteristics of the linkage transformer for ESS based on the parameters of [Step 1] and Equation 7 and FIG. 14, and determine whether the ferroresonance area is included when the circuit breaker operates do. If it is included in the ferroresonance generation area, it proceeds to [Step 3], and if it is out of the ferroresonance generation area, it moves to [Step 4].

[단계 3] ESS용 연계변압기가 철공진 발생 가능성이 있는 경우, 이를 방지하기 위해 PCS 필터의 적정 정전용량을 재산정하고, [단계 2]로 돌아가 철공진 발생영역에 포함 여부를 판단하는 과정을 반복한다. [Step 3] If there is a possibility of ferroresonance occurring in the ESS linkage transformer, recalculate the appropriate capacitance of the PCS filter to prevent this, and repeat the process of determining whether it is included in the ferroresonance area by returning to [Step 2] do.

[단계 4] ESS용 연계변압기가 철공진 발생 가능성에서 벗어나면, 알고리즘을 종료한다.[Step 4] If the linkage transformer for ESS is out of the possibility of ferroresonance, the algorithm ends.

그러면, 이하에서 시뮬레이션 결과 및 분석에 대해서 설명한다. Then, simulation results and analysis will be described below.

먼저, 시뮬레이션 조건은 아래와 같다. First, the simulation conditions are as follows.

L-C 직렬회로에서 발생되는 철공진 특성을 분석하기 위하여, 표 1과 같이 시뮬레이션 조건을 상정한다. In order to analyze the ferroresonance characteristics generated in the L-C series circuit, simulation conditions are assumed as shown in Table 1.

표 1은 L-C 직렬회로의 철공진 시뮬레이션 조건을 나타낸다. Table 1 shows the ferroresonance simulation conditions of the L-C series circuit.

[표 1] [Table 1]

Figure 112021027765284-pat00053
Figure 112021027765284-pat00053

여기서, 전원부는 단상 380[V], 60[Hz]의 전압원이고, 비선형 인덕터는 상술한 포화특성에 따라 선형영역에서 4510[mH], 비선형영역에서 최소 10[mH]의 인덕턴스로 상정한다. 또한 선로저항은 0.01[Ω]이고, L-C 직렬회로에서 철공진 현상을 모의하기 위해 직렬 커패시턴스는 5[uF]으로 고려된다.Here, the power supply unit is a single-phase voltage source of 380 [V], 60 [Hz], and the nonlinear inductor is assumed to have an inductance of 4510 [mH] in the linear region and at least 10 [mH] in the nonlinear region according to the saturation characteristics described above. In addition, the line resistance is 0.01 [Ω], and the series capacitance is considered to be 5 [uF] to simulate ferroresonance in the L-C series circuit.

한편, ESS의 L-C 직/병렬회로의 철공진 특성을 분석하기 위하여, 표 2와 같이 시뮬레이션 조건을 상정한다. Meanwhile, in order to analyze the ferroresonance characteristics of the L-C series/parallel circuit of the ESS, simulation conditions are assumed as shown in Table 2.

표 2는 L-C 직/병렬회로의 철공진 시뮬레이션 조건을 나타낸다. Table 2 shows the ferroresonance simulation conditions of the L-C series/parallel circuit.

[표 2] [Table 2]

Figure 112021027765284-pat00054
Figure 112021027765284-pat00054

여기서, 45/60[MVA]용 주변압기는 154/22.9[kV]의 전압비를 가지며, ACSR 160

Figure 112021027765284-pat00055
의 선로긍장은 10[km]를 고려한다, 또한 3상 차단기는 차단 극간 거리 12[mm], 극판 넓이 0.25[
Figure 112021027765284-pat00056
]을 상정하고, 상술된 산정식을 통해 2[nF]의 커패시턴스를 적용한다. 그리고, 3각 철심구조의 Yg-△ 결선방식의 ESS용 연계변압기는 22.9[kV]의 고압을 380[V]로 변환하며, PCS의 용량은 1[MVA]이고, 필터용 커패시턴스는 380[uF]으로 상정한다.Here, the main transformer for 45/60 [MVA] has a voltage ratio of 154/22.9 [kV], ACSR 160
Figure 112021027765284-pat00055
The line length of 10 [km] is considered, and the distance between poles for 3-phase circuit breakers is 12 [mm], and the width of electrode plates is 0.25 [
Figure 112021027765284-pat00056
] is assumed, and a capacitance of 2 [nF] is applied through the above-described calculation formula. In addition, the linkage transformer for ESS with Yg-Δ wiring method of triangular core structure converts high voltage of 22.9[kV] to 380[V], the capacity of PCS is 1[MVA], and the capacitance for filter is 380[uF] ] is assumed.

L-C 직렬회로의 철공진 특성 분석에 대해서 설명한다. The analysis of the ferroresonance characteristics of the L-C series circuit is explained.

철공진 시 전압특성 분석은 아래와 같다. Voltage characteristics analysis during ferroresonance is as follows.

표 1의 시뮬레이션 조건을 바탕으로, L-C 직렬회로에서 철공진이 발생하는 경우, 전압 및 전류의 값을 구하면 도 15와 같다. Based on the simulation conditions of Table 1, when ferroresonance occurs in the L-C series circuit, voltage and current values are obtained as shown in FIG. 15.

도 15a 및 도 15b는 L-C 공진에 의한 철공진 특성을 설명하기 위한 파형도들이다. 15A and 15B are waveform diagrams for explaining ferroresonance characteristics by L-C resonance.

도 15a는 전류와 전압에 대한 도식적인 해석수법을 나타내며, Es-EC와 EL이 3개의 교차점을 가지므로 철공진 가능성이 있음을 알 수 있다. 15a shows a schematic analysis method for current and voltage, and it can be seen that there is a possibility of ferroresonance because Es-EC and EL have three crossing points.

도 15b는 인가전압, 인덕터 전압과 전류의 값을 나타내며, 인가전압이 1[pu]의 정현파임에도 불구하고 인덕터 전압은 철공진에 의해 왜곡되며, 순간적으로 약 3[pu]까지 증가함을 알 수 있다.15B shows the values of the applied voltage, inductor voltage, and current. It can be seen that even though the applied voltage is a sine wave of 1 [pu], the inductor voltage is distorted by ferroresonance and instantaneously increases to about 3 [pu]. there is.

L-C 직렬회로에서 철공진이 발생하는 경우, 비선형 인덕터의 인덕턴스 포화특성을 분석하기 위하여, 인덕터 전압과 인덕턴스 값을 구하면 도 16과 같다. When ferroresonance occurs in the L-C series circuit, inductor voltage and inductance values are obtained as shown in FIG. 16 in order to analyze the inductance saturation characteristics of the nonlinear inductor.

도 16은 L-C 철공진에 의한 변압기 인덕턴스 특성을 설명하기 위한 파형도이다.16 is a waveform diagram for explaining transformer inductance characteristics due to L-C ferroresonance.

도 16에서, 인덕턴스는 포화 전 약 4,000[mH]의 높은 값을 가지며, 포화 특성에 의해 약 700[mH]까지 감소함을 알 수 있다. 즉, 비선형 인덕터의 인덕턴스가 5[uF]의 직렬 커패시터와의 공진점인 1,407[mH]에 간헐적으로 도달하여, 철공진이 발생하였음을 알 수 있다.16, it can be seen that the inductance has a high value of about 4,000 [mH] before saturation and decreases to about 700 [mH] due to the saturation characteristic. That is, it can be seen that the inductance of the nonlinear inductor intermittently reached 1,407 [mH], which is the resonance point with the series capacitor of 5 [uF], and ferroresonance occurred.

L-C 직/병렬회로의 철공진 특성 분석은 아래와 같다.The analysis of the ferroresonance characteristics of the L-C series/parallel circuit is as follows.

표 2의 시뮬레이션 조건을 바탕으로, L-C 직/병렬회로에서 차단기 동작에 의해 철공진이 발생하는 경우의 전압 및 전류 특성을 나타내면 도 17과 같다. Based on the simulation conditions of Table 2, the voltage and current characteristics in the case where ferroresonance occurs due to the circuit breaker operation in the L-C series/parallel circuit are shown in FIG. 17.

도 17은 차단기 동작 시, 철공진에 의한 전압특성을 설명하기 위한 파형도이다. 17 is a waveform diagram for explaining voltage characteristics due to ferroresonance when a circuit breaker operates.

도 17에서, 3상 차단기가 동작하기 전에는 고압측 차단기 전압과 전류, 그리고 변압기 2차측 전압은 모두 정현파로 출력됨을 알 수 있다. 한편, 3상 차단기가 0.5초에 동시 개방됨에 따라 차단기의 통과전류는 0이 되지만, 철공진에 의해 변압기 2차측의 전압파형은 왜곡되며 순간적으로 약 2.4[pu]까지 증가하여, ESS용 연계변압기 2차측의 배터리의 과충전으로 심각한 영향을 미칠 가능성이 있음을 알 수 있다.17, it can be seen that the voltage and current of the high-voltage circuit breaker and the secondary voltage of the transformer are all output as sine waves before the three-phase circuit breaker operates. On the other hand, as the three-phase circuit breaker opens simultaneously in 0.5 seconds, the through current of the circuit breaker becomes 0, but the voltage waveform on the secondary side of the transformer is distorted by ferroresonance and instantly increases to about 2.4 [pu], making it a linkage transformer for ESS. It can be seen that there is a possibility of having a serious effect due to overcharging of the secondary side battery.

L-C 직/병렬회로에서 차단기 동작에 의해 철공진이 발생하는 경우, ESS용 연계변압기 2차측 선간전압과 인덕턴스 값을 구하면 도 18과 같다. When ferroresonance occurs due to the circuit breaker operation in the L-C series/parallel circuit, the secondary-side line-to-line voltage and inductance values of the linkage transformer for ESS are obtained as shown in FIG. 18.

도 18은 차단기 동작 시, 철공진에 의한 변압기 인덕턴스 특성을 설명하기 위한 파형도이다.18 is a waveform diagram for explaining transformer inductance characteristics due to ferroresonance when a circuit breaker operates.

도 18에서, 차단기의 동작 전 ESS용 연계변압기 2차측 전압은 정현파이고, 인덕턴스는 약 800[mH]이하의 주기적인 값을 갖는 것을 알 수 있다. 반면, 차단기의 동작 이후에는 철공진에 의해 전압이 왜곡되며, 변압기의 인덕턴스는 상대적으로 낮은 값을 갖는 것을 확인할 수 있다. 즉, 차단기의 동작으로 인해, 변압기의 인덕턴스가 380[uF]의 PCS 필터와의 공진점인 18.5[mH] 수준에 도달하여, 철공진이 발생하였음을 알 수 있다.18, it can be seen that the secondary side voltage of the linkage transformer for ESS before the circuit breaker operates is a sine wave, and the inductance has a periodic value of about 800 [mH] or less. On the other hand, it can be confirmed that the voltage is distorted by ferroresonance after the circuit breaker operates, and the inductance of the transformer has a relatively low value. That is, due to the operation of the circuit breaker, the inductance of the transformer reaches a level of 18.5 [mH], which is the resonance point with the PCS filter of 380 [uF], and it can be seen that ferroresonance has occurred.

L-C 직/병렬회로에서 차단기 동작에 의한 철공진을 방지하기 위해, 상술한 철공진 방지 알고리즘에 따라 PCS측 필터의 커패시턴스를 450[uF]으로 증가시킨 경우, 고압측 차단기 전단 및 ESS용 연계변압기 2차측 전압의 값을 구하면 도 19와 같다. In order to prevent ferroresonance caused by circuit breaker operation in L-C series/parallel circuits, if the capacitance of the PCS-side filter is increased to 450 [uF] according to the above-mentioned ferroresonance prevention algorithm, the front end of the high-voltage circuit breaker and linked transformer 2 for ESS The value of the secondary side voltage is obtained as shown in FIG. 19 .

도 19는 철공진 방지 알고리즘에 의한 전압특성을 설명하기 위한 파형도이다.19 is a waveform diagram for explaining voltage characteristics by a ferroresonance prevention algorithm.

도 19에서, 3상 차단기가 0.5초에 동시 개방되었지만, 증가된 커패시턴스로 인해 철공진 발생 영역에서 벗어나, 철공진이 발생하지 않고 ESS용 연계변압기 2차측 전압이 정상적으로 감소됨을 확인하였다. 따라서, PCS측 필터의 커패시턴스를 적정용량으로 산정할 경우, ESS용 연계변압기 2차측의 배터리의 과충전 현상을 방지할 수 있어, ESS의 안정적인 운용에 기여할 수 있음을 알 수 있다.In FIG. 19 , it was confirmed that although the three-phase circuit breakers were simultaneously opened at 0.5 seconds, the increased capacitance deviated from the ferroresonance generation area, so that ferroresonance did not occur and the voltage on the secondary side of the ESS linkage transformer was normally reduced. Therefore, it can be seen that when the capacitance of the PCS-side filter is calculated as an appropriate capacity, it is possible to prevent overcharging of the battery on the secondary side of the interlocking transformer for ESS, contributing to the stable operation of the ESS.

본 발명에서 제안하는 철공진 방지 알고리즘에 따라 PCS측 필터의 커패시턴스를 450[uF]으로 증가시킨 경우, ESS용 연계변압기 2차측 전압과 인덕턴스 값을 구하면 도 20과 같다. When the capacitance of the PCS side filter is increased to 450 [uF] according to the ferroresonance prevention algorithm proposed in the present invention, the secondary side voltage and inductance values of the ESS linkage transformer are obtained as shown in FIG. 20 .

도 20은 철공진 방지 알고리즘에 의한 변압기 인덕턴스 특성을 설명하기 위한 파형도이다. 20 is a waveform diagram for explaining transformer inductance characteristics by a ferroresonance prevention algorithm.

도 20에서, 3상 차단기가 동작하더라도 증가된 커패시턴스로 인해 변압기의 인덕턴스가 PCS 필터와의 공진점에 도달하지 못해 철공진이 발생하지 않았으며, 차단기 동작 이후 선형영역의 높은 인덕턴스 값을 가짐을 알 수 있다. 따라서, PCS측 필터의 커패시턴스를 적정용량으로 산정할 경우, 철공진이 발생하지 않아 ESS가 철공진에 의한 위해 가능성에서 벗어남을 확인하였다.20, even if the three-phase circuit breaker operates, the inductance of the transformer does not reach the resonance point with the PCS filter due to the increased capacitance, so ferroresonance does not occur, and after the circuit breaker operates, it can be seen that it has a high inductance value in the linear region. . Therefore, when the capacitance of the PCS-side filter is calculated as an appropriate capacity, ferroresonance does not occur, confirming that the ESS is freed from the possibility of harm due to ferroresonance.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에서는 ESS의 전기적 위해요인 중의 하나인 철공진 특성을 분석하기 위하여, L-C 직렬회로 및 L-C 직/병렬회로에서 철공진의 발생 메커니즘을 제시하고, PSCAD/EMTDC를 이용해 철공진 회로의 모델링 및 시뮬레이션을 수행하였다. As described above, in the present invention, in order to analyze ferroresonance characteristics, which is one of the electrical hazards of ESS, a mechanism for generating ferroresonance in L-C series circuits and LC series/parallel circuits is presented, and using PSCAD/EMTDC Modeling and simulation of the ferroresonant circuit was performed.

즉, L-C 직렬회로 및 L-C 직/병렬회로에 의한 철공진 메커니즘을 정의하고 도식적인 해석수법과 등가회로를 이용하여 철공진의 발생 조건을 분석하였다. 특히, 전류와 전압에 대한 도식적인 해석수법을 통해, 철공진이 발생할 수 있는 교차점을 구하고, ESS에서 철공진이 발생할 가능성이 있음을 확인하였다.That is, ferroresonance mechanisms by L-C series circuits and L-C series/parallel circuits were defined, and conditions for ferroresonance generation were analyzed using schematic analysis methods and equivalent circuits. In particular, through a schematic analysis method for current and voltage, an intersection where ferroresonance can occur was obtained, and it was confirmed that ferroresonance could occur in the ESS.

또한 L-C 직렬회로 및 L-C 직/병렬회로의 철공진 현상 모델링을 수행하고, 도식적인 해석수법을 이용하여 정전용량에 따른 철공진 특성을 분석하였다. 또한 정전용량에 따른 철공진 특성을 바탕으로, PCS 필터의 적정 용량을 산정하는 ESS용 연계변압기의 철공진 방지 알고리즘을 제안하였다.In addition, the ferroresonance phenomenon modeling of the L-C series circuit and the L-C series/parallel circuit was performed, and the ferroresonance characteristics according to the capacitance were analyzed using a schematic analysis method. In addition, based on the ferroresonance characteristics according to the capacitance, a ferroresonance prevention algorithm for the ESS linkage transformer that calculates the appropriate capacity of the PCS filter was proposed.

또한 L-C 직렬회로에서 발생되는 철공진 특성을 분석한 결과, 비선형 인덕터의 인덕턴스가 직렬 커패시턴스와의 공진점인 1,407[mH]에 간헐적으로 도달하여, 철공진이 발생하고 인덕터 전압이 왜곡되며 순간적으로 3[pu]까지 증가함을 확인하였다. In addition, as a result of analyzing the ferroresonance characteristics generated in the L-C series circuit, the inductance of the nonlinear inductor intermittently reaches 1,407[mH], which is the resonance point with the series capacitance, and ferroresonance occurs, the inductor voltage is distorted, and the voltage of the inductor is distorted momentarily by 3[pu] ] was confirmed to increase.

또한 L-C 직/병렬회로에서 3상 차단기의 개방 동작에 의해 ESS용 연계변압기의 인덕턴스가 380[uF]의 PCS 필터와의 공진점인 18.5[mH] 수준까지 낮아져 철공진이 발생하고, 변압기 2차측의 전압이 순간적으로 약 2.4[pu]까지 증가함을 알 수 있어, ESS용 연계변압기 2차측 배터리의 과충전으로 심각한 영향을 미칠 가능성이 있음을 확인하였다.In addition, by the opening operation of the 3-phase circuit breaker in the L-C series/parallel circuit, the inductance of the linkage transformer for ESS is lowered to the level of 18.5[mH], which is the resonance point with the PCS filter of 380[uF], causing ferroresonance, and the voltage on the secondary side of the transformer It can be seen that this momentarily increases to about 2.4 [pu], confirming that there is a possibility of serious effects due to overcharging of the secondary battery of the linkage transformer for ESS.

또한 철공진 방지 알고리즘을 바탕으로 PCS측 필터의 커패시턴스를 450[uF]으로 증가시킨 경우, 3상 차단기가 동작하더라도 변압기의 인덕턴스가 PCS 필터와의 공진점에 도달하지 못하여 철공진이 발생하지 않고, ESS용 연계변압기 2차측 전압이 정상적으로 감소됨을 확인할 수 있었다. 따라서, PCS측 필터를 적정한 용량으로 설계할 경우, 철공진이 발생하지 않고 ESS가 철공진에 의한 위해 가능성에서 벗어나, ESS의 안정적인 운용에 기여할 수 있음을 확인하였다.In addition, if the capacitance of the PCS-side filter is increased to 450 [uF] based on the ferroresonance prevention algorithm, even if the three-phase circuit breaker operates, the inductance of the transformer does not reach the resonant point with the PCS filter, so ferroresonance does not occur. It was confirmed that the secondary side voltage of the linkage transformer was normally reduced. Therefore, it was confirmed that if the PCS-side filter is designed with an appropriate capacity, ferroresonance does not occur and the ESS can contribute to the stable operation of the ESS by escaping from the possibility of harm caused by ferroresonance.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to examples, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand.

100 : 주변압부 110 : 주변압기
120 : 고압 배전선로 200 : 연계변압부
210 : 3상 차단기 220 : ESS용 연계변압기
300 : 충전부 310 : PCS
320 : 배터리부 330 : 철공진 억제부
100: ambient pressure unit 110: ambient pressure unit
120: high voltage distribution line 200: connected transformer
210: 3-phase circuit breaker 220: Linked transformer for ESS
300: charging unit 310: PCS
320: battery unit 330: ferroresonance suppression unit

Claims (5)

계통전원부의 고압 AC 전원을 저압 AC 전원으로 변환하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, 이하 ESS)용 연계변압기;
상기 ESS용 연계변압기에서 제공되는 저압 AC 전원을 직류전원으로 변환하는 전력 제어 시스템(Power Control System, 이하, PCS);
상기 PCS에서 변환된 직류전원을 저장하는 배터리부; 및
상기 ESS용 연계변압기와 상기 PCS 사이에 배치되고, 철공진 특성을 바탕으로 산정된 용량성 리액턴스(또는 커패시턴스)를 갖고서 철공진을 억제하는 철공진 억제부를 포함하는 에너지 저장 시스템.
A linkage transformer for an energy storage system (ESS) that converts high-voltage AC power of the grid power unit into low-voltage AC power;
A power control system (Power Control System, hereinafter referred to as PCS) that converts low-voltage AC power supplied from the ESS-linked transformer into DC power;
a battery unit for storing the DC power converted by the PCS; and
An energy storage system including a ferroresonance suppression unit disposed between the ESS linkage transformer and the PCS and suppressing ferroresonance with a capacitive reactance (or capacitance) calculated based on ferroresonance characteristics.
제1항에 있어서, 상기 철공진 억제부의 커패시턴스는 포화영역의 유도성 리액턴스(또는 인덕턴스)보다 작은 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템. The energy storage system of claim 1, wherein the capacitance of the ferroresonance suppression unit is smaller than the inductive reactance (or inductance) of the saturation region. 제1항에 있어서, 상기 철공진 억제부의 커패시턴스는 선형영역의 유도성 리액턴스(또는 인덕턴스)보다 큰 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템. The energy storage system of claim 1, wherein the capacitance of the ferroresonance suppression unit is greater than the inductive reactance (or inductance) of the linear region. (a) 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, 이하 ESS)용 연계변압기의 선형 및 포화 시 인덕턴스 파라메타, 차단기 극간 커패시턴스 파라메타 및 상기 ESS용 연계변압기에서 제공되는 저압 AC 전원을 직류전원으로 변환하여 연결된 배터리부에 저장하는 전력 제어 시스템(Power Control System, 이하, PCS)의 필터 용량 파라메타를 상정하는 단계;
(b) 상기 파라메타들을 바탕으로 ESS용 연계변압기의 특성에 따른 철공진 발생영역을 산정하고, 차단기 동작 시 철공진 발생영역의 포함 여부를 판단하는 단계;
(c) 상기 ESS용 연계변압기가 철공진 발생 가능성이 있는 경우, 이를 방지하기 위해 PCS 필터의 적정 용량성 리액턴스를 재산정하고, 단계(b)로 돌아가 철공진 발생영역에 포함 여부를 판단하는 과정을 반복하는 단계; 및
(d) 상기 ESS용 연계변압기가 철공진 발생 가능성에서 벗어나면, 알고리즘을 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템용 철공진 방지 알고리즘에서의 커패시턴스 산정 방법.
(a) Inductance parameter at linearity and saturation of the linkage transformer for the Energy Storage System (ESS), capacitance parameter between poles of the circuit breaker, and low-voltage AC power supplied from the linkage transformer for the ESS Converted to DC power and connected to the battery unit assuming a filter capacity parameter of a power control system (hereinafter referred to as PCS) to be stored in;
(b) calculating a ferroresonance generation area according to the characteristics of an interlocking transformer for an ESS based on the above parameters, and determining whether a ferroresonance generation area is included when a circuit breaker operates;
(c) If the ESS linkage transformer has a possibility of ferroresonance, in order to prevent this, the appropriate capacitive reactance of the PCS filter is recalculated, and the process of determining whether it is included in the ferroresonance generation area by returning to step (b) repeat; and
(d) a capacitance calculation method in a ferroresonance prevention algorithm for an energy storage system comprising the step of terminating the algorithm if the linkage transformer for the ESS is out of the possibility of ferroresonance occurrence.
제4항에 있어서, 상기 용량성 리액턴스는
Figure 112021027765284-pat00057
(여기서,
Figure 112021027765284-pat00058
: 각속도[rad/s],
Figure 112021027765284-pat00059
: 선형영역에서 인덕턴스[H],
Figure 112021027765284-pat00060
: 포화영역에서 인덕턴스[H],
Figure 112021027765284-pat00061
: 커패시턴스[F])에 의해 산정되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템용 철공진 방지 알고리즘에서의 커패시턴스 산정 방법.
5. The method of claim 4, wherein the capacitive reactance is
Figure 112021027765284-pat00057
(here,
Figure 112021027765284-pat00058
: angular velocity [rad/s],
Figure 112021027765284-pat00059
: Inductance [H] in the linear region,
Figure 112021027765284-pat00060
: Inductance [H] in the saturation region,
Figure 112021027765284-pat00061
: Capacitance [F]) Calculation method of capacitance in ferroresonance anti-resonance algorithm for energy storage system, characterized in that it is calculated by.
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