KR102548244B1 - 분산전원 연계형 전압제어장치 - Google Patents

분산전원 연계형 전압제어장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102548244B1
KR102548244B1 KR1020210061271A KR20210061271A KR102548244B1 KR 102548244 B1 KR102548244 B1 KR 102548244B1 KR 1020210061271 A KR1020210061271 A KR 1020210061271A KR 20210061271 A KR20210061271 A KR 20210061271A KR 102548244 B1 KR102548244 B1 KR 102548244B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
voltage
transformer
control device
voltage control
Prior art date
Application number
KR1020210061271A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220153821A (ko
Inventor
윤극영
Original Assignee
윤극영
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 윤극영 filed Critical 윤극영
Priority to KR1020210061271A priority Critical patent/KR102548244B1/ko
Publication of KR20220153821A publication Critical patent/KR20220153821A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102548244B1 publication Critical patent/KR102548244B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

본 발명은 분산전원 연계형 전압제어장치로서, 적어도 하나의 분산전원, 상기 분산전원에 각각 연결된 전력변환장치, 상기 전력변환장치와 연결된 연계용 변압기, 상기 연계용 변압기의 2차측에 연결된 2차측 전압-전류 측정장치, 상기 연계용 변압기의 1차측에 연결된 1차측 전압-전류 측정장치를 포함하는 전력계통에 연결되어 상기 연계용 변압기의 2차측의 전압을 조절하는 전압제어장치로서, 상기 전압제어장치는 상기 전력변환장치와 상기 연계용 변압기 사이에 연결되어 무효전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.

Description

분산전원 연계형 전압제어장치{Voltage Control Device of Connected to Distributed Generation}
본 발명은 분산전원 연계형 전압제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분산전원에서 발전된 전력이 연계용 변압기를 통해 한전계통으로 전달되는 과정에서의 과전압 현상을 방지하고, 전력손실을 최소화 할 수 있는 것을 특징으로 하는 분산전원 연계형 전압제어장치에 관한 것이다.
최근 화석에너지 고갈과 환경오염 문제로 인해 풍력 발전, 태양광 발전 등과 같은 대체 에너지를 이용한 발전에 대한 관심이 많이 증대되고 있다. 이러한 대체 에너지를 통한 발전은 전력회사에 속해 있는 대용량의 주발전기에 비해 용량이 작고 수요지 근처에 분산적으로 존재하게 되어 분산전원(DG, Distributed Generation)이라 부른다. 즉, 분산전원은 전력계통에 설치되어 있는 주발전기와는 별도로, 전력계통에 연결되어 있는 부하가 동작할 수 있도록 부하 근처에 배치되어 전원을 공급하는 설비를 말한다.
도 1은 종래의 분산전원 발전설비 전력계통의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 분산전원 발전설비 전력계통은 분산전원(1), 부하를 의미하는 로드(Load)(2), 상기 분산전원(1)에 연결되는 전력변환장치(PCS, Power Conditioning system)(3), 연계용 변압기(4), 1차측 및 2차측 전압-전류 측정장치(5, 6)를 포함한다. CB(7)는 전력계통에 배치되는 차단기를 의미한다.
도 1에 도시된 바와 같이 전력계통에는 다수의 전력변환장치(3)가 포함될 수 있으며, 각각의 전력변환장치(3)는 개별적으로 분산전원(1)과 연결이 된다. 태양광 발전, 풍력 발전 등의 분산전원(1)에서 발전된 직류전력은 전력변환장치(3)로 입력되며, 전력변환장치(3)는 입력받은 직류전력을 교류전력으로 변환시켜 출력한다. 전력변환장치(3)에서 출력된 교류전력은 연계용 변압기(4)로 입력된다. 연계용 변압기(4)는 입력받은 교류전력의 전압을 한전계통의 특고압에 맞도록 조절하여 출력한다.
연계용 변압기(4)와 전력변환장치(3) 사이에는 2차측 전압-전류 측정장치(6)에서 연계용 변압기(4) 2차측의 전압 및 전류를 측정하며, 연계용 변압기(4)의 1차측에도 1차측 전압-전류 측정장치(5)가 배치되어 연계용 변압기(4) 1차측의 전압 및 전류를 측정한다.
그런데, 전력변환장치와 연계용 변압기는 제조사가 분리되어 있는 것이 일반적이고, 그 결과 연계용 변압기(4)의 임피던스(%Z) 특성과 전력변환장치(3)의 전력변환 특성이 표준화되어 있지 못한 문제점이 있고, 그 결과 분산전원(1)에서 발전된 전력을 한전계통으로 전송하는 과정에서 연계용 변압기(4)의 2차측에서 과전압이 발생을 하여 최대전력을 전송할 수 없는 문제가 발생을 하고, 나아가 연계용 변압기(4)의 철심이 포화되는 등 전력계통에 악영향을 미치는 문제가 있다.
한국공개특허 10-2020-0024278
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 무효전력을 별도로 생성하여 전력계통에 공급함으로써 분산전원에서 발전된 전력이 전송되는 과정에서 발생되는 과전압을 방지할 수 있도록 하여 최대전력전송이 가능하도록 하는 분산전원 연계형 전압제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르는 분산전원 연계형 전압제어장치는, 적어도 하나의 분산전원, 상기 분산전원에 각각 연결된 전력변환장치, 상기 전력변환장치와 연결된 연계용 변압기, 상기 연계용 변압기의 2차측에 연결된 2차측 전압-전류 측정장치, 상기 연계용 변압기의 1차측에 연결된 1차측 전압-전류 측정장치를 포함하는 전력계통에 연결되어 상기 연계용 변압기의 2차측의 전압을 조절하는 전압제어장치로서, 상기 전압제어장치는 상기 전력변환장치와 상기 연계용 변압기 사이에 연결되어 무효전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 전압제어장치는 3상 차단기, 검출용 전압-전류 측정장치, 제어기, 무효전력 발생기를 포함하며, 상기 무효전력발생기는 직렬로 연결된 리액터와 실리콘 제어 정류기(SCR)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전압제어장치는 3개의 무효전력 발생기를 포함하며, 상기 3개의 무효전력 발생기는 델타 결선 되어있는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 분산전원 연계형 전압제어장치에 따르면, 별도의 전압제어장치를 이용하여 무효전력을 생성하여 전력계통으로 무효전력을 공급함으로써, 발전시 연계용 변압기에서 발생되는 과전압을 방지할 수 있게 되고 과전압으로 인한 연계용 변압기의 철심포화를 방지할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 분산전원 발전설비 전력계통의 구성도이다.
도 2는 도 1과 같은 종래의 전력계통에 대한 등가회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전압제어 장치를 포함하는 전력계통의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전압제어장치의 상세 구성도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 전압제어원리를 설명하기 위한 벡터도이다.
도 8은 본 발명에 따른 위상제어방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 본 발명에 따른 과전압 발생 최소화 과정을 도시한 순서도이다.
도 10은 본 발명에 따른 전압제어장치를 이용하는 3상 300kW 태양광설비 발전출력 모델의 구성도이다.
도 11은 도 10의 모델의 시뮬레이션 한 결과를 나타낸 것이다.
이하 본 발명에 대해 도면을 참조하면서 보다 상세히 설명하도록 한다. 본 발명은 다양한 변환이 가해질 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예를 예시하고 이를 활용하여 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태로 한정하려는 것은 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서는 분산전원(1)에서 생성된 전력이 전송되는 과정에서, 분산전원(1)에서 생성된 전력에 대하여 별도로 생성한 무효전력을 추가하여 전송을 실시한다.
도 2는 도 1과 같은 종래의 전력계통에 대한 등가회로도로서, 연계용 변압기(4)를 중심으로 하여 분산전원(1)에서 발전된 전력이 한전계통으로 전달되는 과정에서의 전압 및 전류 관계를 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이 분산전원(1)에서 생성된 전력은 연계용 변압기(4)의 2차측으로 입력되고, 연계용 변압기(4)에서 전력이 조절된 다음 1차측으로 출력이 되어 한전계통으로 전달된다.
V1과 I1은 각각 연계용 변압기(4) 1차측에서의 전압의 크기 및 전류의 크기이며, θ11과 θ12는 각각 연계용 변압기(4) 1차측에서의 전압과 전류의 위상이며, θ1은 연계용 변압기(4) 1차측에서의 전압과 전류의 위상차로서 θ1 = θ11-θ12 를 의미한다. V2와 I2는 각각 연계용 변압기(4) 2차측에서의 전압의 크기 및 전류의 크기이며, θ21과 θ22는 각각 연계용 변압기(4) 2차측의 전압과 전류의 위상이며, θ2는 연계용 변압기(4) 2차측에서의 전압과 전류의 위상차로서 θ2 = θ21-θ22 를 의미한다. 이때, 연계용 변압기(4) 1차측에서의 유효전력(P1)과 무효전력(Q1)은 각각 P1=V1*I1*COSθ1과 Q1=V1*I1*SINθ1이 되며, 2차측에서의 유효전력(P2)과 무효전력(Q2)은 각각 P2=V2*I2*COSθ2과 Q2=V2*I2*SINθ2가 된다. Z는 연계용 변압기(4)의 등가임피던스로서, Z = R +jX로 표시되며, R은 연계용 변압기(4)의 등가저항이며, jX는 연계용 변압기(4)의 등가 누설리액턴스이다. ΔV는 연계용 변압기(4)에서 발생되는 과전압 증가분으로서, ΔV = V2-V1(1:1 변압기일 때 변압기 1차측을 기준전압으로 함)의 관계로 표시되며, 이러한 과전압 증가분 ΔV는 연계용 변압기(4)의 2차측 전류 I2와 연계용 변압기(4)의 등가임피던스로 표시될 수 있으며 ΔV= I2*Z로 계산된다. 연계용 변압기(4)에서 1차와 2차 코일의 권선수비는 60:1이 일반적이나, 도 2에서는 권수비를 1:1로 가정하였고, 연계용 변압기(4) 1차측 전압의 위상인 θ11은 0으로 가정을 하였다. 발전시 연계용 변압기(4)의 1차측과 2차측 모두 진상 상태로서 전류의 위상이 전압의 위상보다 앞서 있으며, 분산전원(1)에서 발전된 전력이 한전계통으로 전달되는 상태이므로 2차측 전압과 전류의 위상이 각각 1차측 전압과 전류의 위상보다 앞선다.
도 3은 본 발명에 따른 전압제어장치를 포함하는 전력계통의 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전압제어장치를 포함하는 전력계통은 분산전원(1), 분산전원에 연결되는 전력변환장치(PCS, Power Conditioning system)(3), 연계용 변압기(4), 1차측 및 2차측 전압-전류 측정장치(5, 6), 및 전압제어장치(TCR, Thyristor Controlled Reactor)(8)를 포함한다. CB(8)는 전력계통에 배치되는 차단기를 의미한다.
도 3에 도시된 바와 같이 전력계통에는 다수의 전력변환장치(3)가 포함될 수 있으며, 각각의 전력변환장치(3)는 개별적으로 분산전원(1)과 연결이 된다. 상기 분산전원(1)에서 발전된 직류전력은 전력변환장치(3)로 입력되며, 전력변환장치(3)는 입력받은 직류전력을 교류전력으로 변환시켜 출력한다. 전력변환장치(3)에서 출력된 교류전력은 연계용 변압기(4)로 입력된다. 연계용 변압기(4)는 입력받은 교류전력의 전압을 한전계통의 특고압에 맞도록 조절하여 출력한다.
연계용 변압기(4)의 2차측인 연계용 변압기(4)와 전력변환장치(3) 사이에는 2차측 전압-전류 측정장치(6)가 배치되어 연계용 변압기(4) 2차측의 전압 및 전류를 측정하며, 연계용 변압기(4)의 1차측에도 1차측 전압-전류 측정장치(5)가 배치되어 연계용 변압기(4) 1차측의 전압 및 전류를 측정한다.
연계용 변압기(4) 2차측에는 본 발명에 따르는 전압제어장치(8)가 연결된다. 전압제어장치(8)는 무효전력을 생성하여 공급하기 위한 것으로서, 전압제어장치(8)에서 생성된 무효전력은 상기 분산전원(1)에서 발전된 전력과 합해져서 연계용 변압기(4)로 전달된다. 즉, 각각의 분산전원(1)에서 발전된 전력이 전력변환장치(3)를 거쳐서 모이게 되는 노드(A)에 상기 전압제어장치(8)가 연결된다. 따라서, 분산전원(1)에서 발전된 전력과 전압제어장치(8)에서 생성된 무효전력이 합해져서 상기 연계용 변압기(4)의 2차측으로 전달이 되게 되며, 그 결과 연계용 변압기(4)의 2차측 전류가 조절될 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 전압제어장치(8)의 상세 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전압제어장치(8)는 3상 차단기(9), 검출용 전압-전류 측정장치(10), 제어기(11), 무효전력 발생기(12)를 포함한다. 3상 차단기(9)는 무효전력 발생기(12)와 전력계통 사이를 개폐하기 위한 것이며, 검출용 전압-전류 측정장치(10)는 무효전력 발생기(12)에서 출력되는 전압 및 전류를 검출하기 위한 것이다. 제어기(11)는 무효전력 발생기(12)의 동작을 제어하기 위한 하드웨어 및 소프트에어의 구성을 의미한다.
상기 도 3의 전력계통에서는 3상 교류에 의해 전력 공급이 이루어지며, 상기 전압제어장치(8)는 3상 차단기(9)를 통해서 전력계통과 연결된다. 검출용 전압-전류 측정장치(10)는 상기 무효전력 발생기(12)에서 출력되는 전압 및 전류를 검출하기 위한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 사용되는 무효전력 발생기(12)는 실리콘 제어 정류기(SCR, Silicon Controlled Rectifiers)(13) 및 리액터(14)를 포함하며, 실리콘 제어 정류기(13) 및 리액터(14)는 직렬로 연결되어 있다. 무효전력 발생기(12)에서 생성된 무효전력은 3상 차단기(9)를 거쳐서 상기 연계용 변압기(4)로 전달되며, 무효전력 발생기(12)에서 생성된 무효전력에 대한 전압 및 전류에 대한 정보는 상기 검출용 전압-전류 측정장치(10)에서 검출된다. 검출용 전압-전류 측정장치(10)에서 검출된 전압 및 전류에 대한 정보는 상기 제어기(11)로 전달된다. 상기 전압제어장치(8)는 3개의 무효전력 발생기(12)를 포함하며, 상기 3개의 무효전력 발생기(12)는 델타 결선 될 수 있다.
한편, 제어기(11)는 상기 2차측 전압-전류 측정장치로(6)부터 상기 연계용 변압기(4)의 2차측 전압 및 전류에 대한 정보를 수신한다. 즉, 제어기(11)와 2차측 전압-전류 측정장치(6)는 검출용 배전선(15)을 통해서 연결된다. 그 결과, 제어기(11)는 상기 연계용 변압기(4)의 2차측 전압 및 전류의 상태를 모니터링 하면서 상기 과전압을 상쇄하기 위해 필요한 무효전력 값을 산출한다. 즉, 연계용 변압기(4)에서의 과전압 발생을 억제하여 최대전력전송을 이룰 수 있는 무효전력의 값을 산출하고 그 무효전력이 생성될 수 있도록 무효전력 발생기(12)를 제어한다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 전압제어원리를 설명하기 위한 벡터도로서, 상기 연계용 변압기(4)에서의 전압, 전류 및 임피던스의 관계를 표시한 것이다. 도 5 내지 7에서, V1과 I1은 각각 연계용 변압기(4) 1차측에서의 전압의 크기 및 전류의 크기이며, θ11과 θ12는 각각 연계용 변압기(4) 1차측에서의 전압과 전류의 위상이며, θ1은 연계용 변압기(4) 1차측에서의 전압과 전류의 위상차로서 θ1 = θ11-θ12 를 의미한다. V2와 I2는 각각 연계용 변압기(4) 2차측에서의 전압의 크기 및 전류의 크기이며, θ21과 θ22는 각각 연계용 변압기(4) 2차측의 전압과 전류의 위상이며, θ2는 연계용 변압기(4) 2차측에서의 전압과 전류의 위상차로서 θ2 = θ21-θ22 를 의미한다.
이때, 연계용 변압기(4) 1차측에서의 유효전력(P1)과 무효전력(Q1)은 각각 P1=V1*I1*COSθ1과 Q1=V1*I1*SINθ1이 되며, 2차측에서의 유효전력(P2)과 무효전력(Q2)은 각각 P2=V2*I2*COSθ2과 Q2=V2*I2*SINθ2가 된다.
Z는 연계용 변압기(4)의 등가임피던스로서, Z = R +jX로 표시되며, R은 연계용 변압기(4)의 등가저항이며, jX는 연계용 변압기(4)의 등가 누설리엑턴스이다. ΔV는 연계용 변압기(4)에서 발생되는 과전압 증가분으로서, ΔV = V2-V1 의 관계를 갖으며, 이러한 과전압 증가분 ΔV는 연계용 변압기(4)의 2차측 전류 I2와 연계용 변압기(4)의 등가임피던스로 표시될 수 있으며 ΔV= I2*Z로 계산된다.
도 5는 상기 연계용 변압기(4)의 2차측 전류의 위상(θ22)이 2차측 전압의 위상(θ21)을 앞서게 된 경우(θ22 > θ21)로서, 이 경우에는 ΔV = V2-V1 = 0 상태가 되어 과전압이 발생되지 않고 소위 표준전압(V’) 상태가 되면서 최대전력전송이 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 도 6은 상기 연계용 변압기(4)의 2차측 전류의 위상(θ22)이 2차측 전압의 위상(θ21)과 동위상(역율 100@ 일 때)의 경우(θ22 = θ21)로서, 이 경우에는 ΔV = V2-V1 에 해당하는 과전압이 발생되는 것을 알 수 있다. 도 7은 상기 연계용 변압기(4)의 2차측 전류의 위상(θ22)이 2차측 전압의 위상(θ21)보다 뒤지는 경우(θ22 < θ21)로서, 이 경우에도 ΔV = V2-V1 에 해당하는 과전압이 발생될 수 있다. 즉, 본 발명에서는 최대전력을 전송하기 위한방법으로 PCS와 변압기의 등가임피던스를 고려하여 상기 전압제어장치(8)를 이용하여 무효전력을 공급함으로써 상기 연계용 변압기(4)의 2차측에서 항상 2차측 전류의 위상(θ22)이 2차측 전압의 위상(θ21)을 앞서도록 함으로써(θ22 > θ21) 과전압의 발생을 억제하도록 한다.
도 8은 본 발명에 따른 위상제어방법을 설명하기 위한 개념도로서, 상기 연계용 변압기(4) 2차측의 전압의 위상을 기준으로 변압기의 2차측 전류에 따라 SCR 위상제어를 수행하는 과정을 도시한 것이다. 기본적으로 분산전원(1)에서의 발전량에 따라 전압은 비례적으로 증가를 한다. 이 경우 상기 무효전력 발생기(12)에 포함되는 리액터(14)의 용량을 수동으로 조절하는 방법도 있으나, 본 발명에서는 SCR 위상제어 방식을 통해 리액터(14)의 용량을 조절하도록 한다.
도 8에서와 같이 발전량이 변화를 하여 상기 연계용 변압기(4) 2차측의 전압 이 변화될 경우 그에 따라 SCR 위상제어를 실시하여 리액터(14)의 용량을 조절하다. 본 발명에 따른 SCR 위상제어 과정에서는 위상각 제어범위를 90도 내지 180도 범위 내에서 수행을 한다. 예를 들어, 점호각이 90도에 가까울수록 무효전력 출력은 최대가 되고, 반대로 180도에 가까울수록 출력은 최소가 된다.
도 9는 본 발명에 따른 과전압 발생 최소화 과정을 도시한 순서도이다. 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전압제어장치(8)를 이용한 과전압 발생 최소화 과정은 설정값을 입력하는 제 1단계(S1), 연계용 변압기(4)의 2차측 전압 및 전류와 전압제어장치(8)의 입력 전압 및 전류를 측정하는 제 2단계(S2), 현재 분산전원(1)에서의 발전이 진행되고 있는지는 판단하는 제 3단계(S3), 과전압 발생을 억제하기 위해 필요한 무효전력을 예측하는 제 4단계(S4) 및 SCR 제어를 수행하는 제 5단계(S5)를 포함한다.
설정값을 입력하는 제 1단계(S1)에서는 상기 연계용 변압기(4)의 명판에서 용량, 임피던스(%Z), 동손 및 효율 등의 정보를 파악하여 상기 제어기(11)로 입력하는 과정이 일단 수행되며, 이후 전력변환장치(3)의 사양에 따라 전압조절범위를 설정한 다음, 무효전력 제어범위를 설정하는 과정이 수행된다.
연계용 변압기(4)의 2차측 전압 및 전류와 전압제어장치(8)로의 입력 전압 및 전류를 측정하는 제 2단계(S2)에서는 상기 2차측 전압-전류 측정장치(6)를 이용하여 상기 연계용 변압기(4)의 2차측 전압 및 전류를 측정하고, 상기 검출용 전압-전류 측정장치(10)를 이용하여 전압제어장치(8)에서의 전압 및 전류를 측정하는 과정이 수행된다.
분산전원(1)에서의 발전이 진행되고 있는지는 판단하는 제 3단계(S3)에서는 상기 연계용 변압기(4)의 1차측과 2차측의 전압 또는 전류의 위상을 대비하여 현재 분산전원(1)에서 발전된 전력이 한전계통으로 전달되는 상태인지, 반대로 한전계통으로부터 전력을 수전하는 상태인지를 판단한다. 일예로, 2차측 전압의 위상이 1차측 위상보다 앞서는 경우에는 현재 발전이 수행되는 것으로 판단을 한다. 제 3단계에서 발전이 수행되고 있는 것으로 판단이 되면 4단계 이하의 과정이 수행되고, 반대로 수전이 수행되고 있는 상태로 판단이 된 경우에는 4단계 이하 과정의 수행이 정지되며, 다시 발전이 수행되고 있는 것으로 판단이 되는 시점에 4단계 이하의 과정이 수행된다.
과전압 발생을 억제하기 위해 필요한 무효전력을 예측하는 제 4단계(S4)에서는, 상기 연계용 변압기(4)의 등가 임피던스를 계산하는 단계, 상기 연계용 변압기(4)의 2차측 전류의 크기(I2) 및 위상(θ22)을 계산하고, 이를 활용하여 무효전력 제어분을 연산하는 과정이 수행된다.
SCR 제어를 수행하는 제 5단계(S5)에서는, SCR 위상제어를 통해 리액터(14)의 용량을 제어하여 과전압의 상쇄를 진행하는 과정이 수행된다.
도 10은 본 발명에 따른 전압제어장치(8)를 이용하는 3상 300kW 태양광설비 발전출력 모델의 구성도이다. 분산전원 시스템은 도 10과 같이, PV Array, DC-DC Converter와 DC-AC Converter로 모델링 하였다. PV Array 일사량은 1200W/㎡, 모듈온도는 25℃로 하고, 300kW 출력 조건에서 해석하였다. DC-DC Converter는 PV의 일사량에 최대전력을 전송할 수 있도록 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어를 통해 출력전압(VDC2) 제어, DC-AC Converter는 IGBT(Insulated Gate bipolar Transistor) 6개로 PWM(Pulse Width Modulation)통해 직류를 교류전압으로 전류제어로 출력된다. 한전계통은 변전소, 연계용변압기로 구성되어 있다. 모듈과 모듈사이 상별로 전압과 전류(4V4I)를 측정할 수 있도록 구성되어 있다. 변전소 모듈은 45/60MVA, Y-△-Y결선, NGR 0.6Ω, 2차측 전압은 22.9kV-Y로 출력된다. 연계용 변압기는 300kVA %Z 5%, 철손 0.5%, 동손 1.0%, 전압비 22.9/0.38kV 되어있다.
도 11은 도 10의 모델의 시뮬레이션 한 결과를 나타낸 것으로, 도 1의 종래의 방식과 도 3의 본 발명에 따른 방식을 비교한 것으로서, 발전 출력의 향상을 의미하는 유효 전력 상승 정도는 약 5.615%로 확인되었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전압제어장치를 적용하여 연계용 변압기에서의 과전압 발생을 억제할 경우 발전 출력이 향상될 뿐만 아니라 연계용 변압기의 철심포화가 가능하게 되고, 나아가 변압기의 과열을 방지할 수 있고 고조파 등의 전력품질을 개선하는 효과를 얻을 수 있다.
1 : 분산전원 2 :　로드
3 : 전력변환장치 4 :　연계용 변압기
5 :　1차측 전압-전류 측정장치 6 : 2차측 전압-전류 측정장치
7 : 차단기 8 :　전압제어장치
9 : 3상 차단기 10 : 검출용 전압-전류 측정장치
11 :　제어기 12 :　무효전력 발생기
13 : 실리콘 제어 정류기 14 :　리액터
15 : 검출용 배전선

Claims (3)

  1. 적어도 하나의 분산전원, 상기 분산전원에 각각 연결된 전력변환장치, 상기 전력변환장치와 연결된 연계용 변압기, 상기 연계용 변압기의 2차측에 연결된 2차측 전압-전류 측정장치, 상기 연계용 변압기의 1차측에 연결된 1차측 전압-전류 측정장치를 포함하는 전력계통에 연결되어 상기 연계용 변압기의 2차측의 전압을 조절하는 전압제어장치로서,
    상기 전압제어장치는 상기 전력변환장치와 상기 연계용 변압기 사이에 연결되어 무효전력을 공급하며,
    상기 전압제어장치는 3상 차단기, 검출용 전압-전류 측정장치, 제어기, 무효전력 발생기를 포함하며, 상기 무효전력발생기는 직렬로 연결된 리액터와 실리콘 제어 정류기(SCR)를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 연계용 변압기의 2차측 전압 및 전류의 상태를 모니터링하여 공급이 필요한 무효전력의 값을 산출하며,
    상기 전압제어장치는 3개의 무효전력 발생기를 포함하며, 상기 3개의 무효전력 발생기는 델타 결선 되어 있으며,
    상기 전압제어장치에서 공급되는 무효전력은 상기 각각의 분산전원에서 발전되어 상기 전력변환장치를 거친 전력이 모이게 되는 노드로 공급되는 것을 특징으로 하는 분산전원 연계형 전압제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
KR1020210061271A 2021-05-12 2021-05-12 분산전원 연계형 전압제어장치 KR102548244B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210061271A KR102548244B1 (ko) 2021-05-12 2021-05-12 분산전원 연계형 전압제어장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210061271A KR102548244B1 (ko) 2021-05-12 2021-05-12 분산전원 연계형 전압제어장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220153821A KR20220153821A (ko) 2022-11-21
KR102548244B1 true KR102548244B1 (ko) 2023-06-26

Family

ID=84233590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210061271A KR102548244B1 (ko) 2021-05-12 2021-05-12 분산전원 연계형 전압제어장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102548244B1 (ko)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0857958A (ja) * 1994-08-17 1996-03-05 Nifco Inc 溶着面構造
KR100966146B1 (ko) * 2008-03-21 2010-06-25 명지대학교 산학협력단 계통연계 분산전원 시스템 및 그의 단독운전 감지방법
KR20180043060A (ko) * 2016-10-19 2018-04-27 한전케이디엔주식회사 분산형 전원 제어 장치 및 시스템
GB2565360B (en) 2017-08-11 2020-03-25 Dyson Technology Ltd Dirt separator for a vacuum cleaner
KR102237101B1 (ko) * 2019-01-30 2021-04-08 한국전력공사 분산전원이 연계된 배전선로의 과전압 방지 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220153821A (ko) 2022-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhao et al. Voltage and power balance control for a cascaded H-bridge converter-based solid-state transformer
US7855906B2 (en) DC bus voltage control for two stage solar converter
US9436200B2 (en) Use of distributed generator (DG) inverters as statcoms for decreasing line losses
US9496717B2 (en) System and method for connecting a converter to a utility grid
US20200150707A1 (en) Use of distributed generator (dg) inverters as statcoms for decreasing line losses
Nagliero et al. Analysis of a universal inverter working in grid-connected, stand-alone and micro-grid
US20170104334A1 (en) Solar power conversion system and method
Tanaka et al. Reduced-capacity smart charger for electric vehicles on single-phase three-wire distribution feeders with reactive power control
Mok et al. A comprehensive analysis and control strategy for nullifying negative-and zero-sequence currents in an unbalanced three-phase power system using electric springs
Wasiak et al. Application of DSTATCOM compensators for mitigation of power quality disturbances in low voltage grid with distributed generation
Xu et al. A novel grid-forming voltage control strategy for supplying unbalanced microgrid loads using inverter-based resources
Bao et al. Wind farms in weak grids stability enhancement: Syncon or statcom?
Haque et al. A UPFC topology for LV feeder voltage regulation and current balance in high PV penetration applications
CN103259281B (zh) 具有负序电流补偿机制的能量转换系统和方法
Cheng et al. Flexible power regulation and limitation of voltage source inverters under unbalanced grid faults
Kim et al. Voltage balancing capability of grid-forming inverters
CN103227478B (zh) 一种防孤岛检测实验负载装置控制算法
KR102548244B1 (ko) 분산전원 연계형 전압제어장치
KR102555182B1 (ko) 분산전원 연계형 전압제어장치의 제어방법
Singh et al. Battery energy storage system for PV output power leveling
Babaei et al. Voltage unbalance compensation based on optimal current injection by SSTs
Oyegoke et al. Contribution of inverter based photovoltaic generators to power quality at low voltage
Kunya et al. Voltage sag and swell alleviation in distribution network using custom power devices; D-STATCOM and DVR
Lu et al. Highly compact transformerless universal power-flow and quality control circuit
US11199887B2 (en) Utility power regulation system using local voltage estimation and method for the same

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
Z072 Maintenance of patent after cancellation proceedings: certified copy of decision transmitted [new post grant opposition system as of 20170301]
Z131 Decision taken on request for patent cancellation [new post grant opposition system as of 20170301]