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리튬이온전지를 이용한 가정용 태양광모듈의 출력 증폭장치의 구현
태동현(Dong-Hyun Tae),이후동(Hu-Dong Lee),신건(Jian Shen),강갑석(Kab-Seok Kang),노대석(Dae-Seok Rho) 대한전기학회 2021 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.4
본 논문에서는 태양광 스트링이 음영에 의하여 인버터에서 탈락되는 것을 방지하기 위하여, 태양광 스트링에 리튬이온전지를 직렬로 연결한 태양광모듈 출력 증폭장치를 제안한다. 즉, 태양광 스트링부, 출력 증폭장치부, 계통연계형 인버터부로 구성된 태양광모듈의 출력 증폭장치를 구현한다. 이를 바탕으로 제안한 태양광모듈 출력 증폭장치의 특성을 분석한 결과, 출력 증폭장치는 부분 음영에 의하여 전압저하가 발생된 스트링의 전압을 적절히 보상함으로서, 스트링이 인버터에서 탈락되지 않고 지속적으로 출력을 유지하여, 태양광전원의 운용효율을 상당히 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
리튬이온 배터리를 이용한 가정용 태양광모듈의 출력 증폭장치의 구현 및 특성분석
태동현(Dong-Hyun Tae),김병목(Byung-Mok Kim),이후동(Hu-Dong Lee),강갑석(Kab-Seok Kang),노대석(Dae-Seok Rho) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.8
최근, 전 세계적으로 에너지 고갈과 기후변화 문제로 인하여, 재생 가능하고 친환경적인 신재생 에너지 전원에 대한 관심이 증가되고 있다. 그러나, 이러한 태양광전원은 주변 환경에 따라 출력이 크게 변동되는데, 일부 모듈에만 음영이 발생하여도 태양광 스트링의 전압이 인버터의 동작전압 범위를 벗어나게 되고 인버터가 저전압 현상으로 인해 정지하여, 태양광전원의 전체적인 운용효율이 큰 폭으로 저하되는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 본 논문에서는 태양광 스트링이 음영에 의하여 인버터에서 탈락되는 것을 방지하기 위하여, 저하된 스트링 전압 크기만큼 다단 형태의 리튬이온 배터리 모듈을 직렬로 연결하여 전압저하분을 보상할 수 있는 태양광모듈 출력 증폭장치의 운용방안을 제시한다. 또한, 태양광 스트링, 태양광모듈의 출력 증폭장치, 계통연계형 인버터로 구성된 태양광모듈의 출력 증폭장치를 구현하여 운용특성을 분석한 결과, 직렬로 연결된 리튬이온 배터리가 부분 음영에 의하여 전압저하가 발생된 스트링의 전압을 출력 증폭장치의 리튬이온 배터리로 보상함으로서, 스트링이 인버터에서 탈락되지 않고 지속적으로 출력을 유지하여, 태양광전원의 운용효율을 향상시켜 본 연구의 유효성을 확인하였다. Recently, renewable energy sources that are sustainable and eco-friendly are emerging as one of the solutions for energy exhaustion and climate change issues worldwide. However, the output characteristics of PV systems can be severely influenced by the environmental conditions. The overall operation efficiency of PV systems is sharply decreased due to shutdown of a grid-connected inverter for PV systems if there is partial shade on PV modules. In order to overcome the problems, this paper presents 3 operation modes of a power regulation device for PV modules, which can compensate a PV string voltage to be within the operation range of a grid-connected inverter by connecting Li-ion battery modules in series with PV modules. Also, we implemented a 2-kW scaled test device, which is composed of a PV string, power regulation device for a PV module, and a grid-connected inverter. We used it to evaluate operation characteristics of the power regulation device. From the test results based on the proposed test device, it was confirmed that the operation modes of the power regulation device are a practical tool to improve the operation efficiency of PV systems by preventing shutdown of a grid-connected inverter, even if partial shade occurs at PV modules.
PSCAD/EMTDC를 이용한 SVR과 BESS의 모델링
김병기(Byung-Ki Kim),왕종용(Jong-Young Wang),태동현(Dong_Hyun Tae),노대석(Dae-Seok Rho),김응상(Eung-Sang Kim) 한국산학기술학회 2014 한국산학기술학회 학술대회 Vol.- No.-
현 배전계통에 설치된 선로전압조정장치(SVR: Step Voltage Regulator)는 급격한 부하변동시 수용 가의 전압을 규정치(220±13V)이내로 유지시키기 위하여, 미리 설정된 동작지연시간(30sec) 따라 Tap 동작이 이루어지고 있다. 그러나 태양광전원이 연계된 배전계통에서는 SVR의 동작지연시간동안 수용 가전압이 규정치를 벗어날 가능성을 가지고 있어서, 전지전력저장장치(BESS: Battery Energy Storage System)의 도입이 필요한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 PSCAD/EMTDC를 이용하여 SVR과 BESS의 모델링을 수행하고, 이를 포함한 배전계통의 수용가전압특성을 분석한 결과, 적정한 전압을 유지할 수 있음을 확인하였다.
ESS 연계용 변압기의 결선방식 및 철심구조에 따른 순환전류와 포화특성에 관한 연구
태동현(Dong-Hyun Tae),이후동(Hu-Dong Lee),김지명(Ji-Myung Kim),노대석(Dae-Seok Rho) 한국산학기술학회 2020 한국산학기술학회논문지 Vol.21 No.4
2017년 8월에 발생한 고창 전력시험센터를 시작으로, 현재까지 총 29건의 전기저장장치 화재가 발생하여 많은 재산피해가 보고되고 있다. 이에 대한 원인은 아직 정확하게 규명되지 않았으나, ESS(energy storage system)와 전력변환장치뿐만 아니라, 계통측 불평형 문제도 하나의 원인으로 고려되어야 할 것으로 보인다. 특히, 연계용변압기측의 순환전류가 자화전류에 영향을 미쳐, 의도치 않게 변압기의 철심이 포화되고 서지전압이 발생하여 ESS에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 부하불평형에 의한 불평형전류 발생시, ESS 연계용변압기로 순환전류의 유입과 변압기 포화로 인한 서지전압 발생 현상을 해석하기 위하여, PSCAD/EMTDC를 이용한 배전용변전소, 연계용변압기 및 수용가부하로 구성된 배전계통의 모델링을 수행한다. 또한, 이러한 문제를 해결하기 위하여, 중성점 접지 저항기(neutral grounding resistor, NGR)를 통해 순환전류의 크기를 일정 값 이내로 저감시키는 방안을 제시하였다. 이를 바탕으로 시뮬레이션을 수행한 결과, 연계용변압기의 결선방식 및 철심구조에 따라 일정 값(10[A]) 이상의 순환전류가 발생하여, ESS에 전기적인 위해 요인이 될 수 있음을 알 수 있었고, 변압기 포화로 인해 2차측에 최대 3[pu]의 서지전압이 발생될 수 있음을 확인하였다. Since the fire accident of ESS (energy storage system) occurred at Gochang KEPCO Power Testing Center in August 2017, 29 fire cases with significant property losses have occurred in Korea. Although the cause of fire accidents have not been identified precisely, it should be considered battery and PCS (power conditioning system) as well as unbalance issues in the distribution system. In particular, circulating currents in a neutral line of a grid-connected transformer, which can affect a magnetized current, may have a negative effect on the ESS with unintentional core saturation and surge voltages at the secondary side of the transformer. Therefore, this paper proposes the modeling of the distribution system, which was composed of a substation, grid-connected transformer, and customer loads using PSCAD/EMTDC S/W, to analyze the phenomena of circulating current and surge voltages of the transformer with unbalanced currents in the distribution system. This paper presents a countermeasure for a circulating current with the installation of NGR (neutral grounding resistor) in grid-connected transformer. From the simulation results, it is clear that exceeding the circulating current and surge voltage at the secondary side of the transformer can be one of the causes of fire accidents.
김병기(Byung-Ki Kim),왕종용(Jong-Young Wang),태동현(Dong-Hyun Tae),이주광(Ju-Kwang Lee),노대석(Dae-Seok Rho),김응상(Eung-Sang Kim) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회 학술대회 Vol.2015 No.1
현 배전계통에 설치된 선로전압조정장치(SVR: Step Voltage Regulator)는 급격한 부하 변동 시 수용가의 전압을 규정치(220±13V)이내로 유지시키기 위하여, 미리 설정된 동작지연시간(tsec) 따라 Tap동작이 이루어지고 있다. 그러나 태양광전원이 연계된 배전계통에서는 SVR의 동작지연시간동안 수용가전압이 규정치를 벗어날 가능성을 가지고 있어서, 전지전력저장장치(BESS: Battery Energy Storage System)의 도입이 필요한 실정이다. 따라서, 논문에서는 SVR의 동작 지연시간(t sec)동안 운용되는BESS의 도입용량과 위치를 결정하기 위하여, BESS의 전체운용시간동안 중에서 가장 작은 값을 가지는 BESS의 도입용량과, 이 용량이 고려된 BESS의 도입위치를 결정하는 알고리즘을 제시하였다. 따라서 태양광전원이 연계된 배전계통에서 SVR과 BESS 도입에 따른 BESS의 용량과 위치선정에 대한시뮬레이션을 수행한 결과, 본 논문에서 제안한 BESS의 최적용량 및 위치선정 알고리즘의 유용성을확인하였다.
열등가 환산계수를 고려한 연료전지의 최적 운용방안에 관한 연구
태동현(Dong-Hyun Tae),이후동(Hu-Dong Lee),박동명(Dong-Myoung Park),황승욱(Seung-Wook Hwang),노대석(Dae-Seok Rho) 대한전기학회 2021 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10
2019년 산업통상자원부에서 발표한 “수소경제 활성화 로드맵”에 따라, 정부는 2040년까지 발전용 연료전지 15GW, 가정 및 건물용 연료전지 2.1GW를 목표로 연료전지 보급사업이 확대될 전망이다. 이러한 연료전지는 전기와 열을 동시에 생산하므로, 전기적 메리트 뿐만 아니라 발전에 따른 배열을 난방용 등으로 이용할 수 있어, 지역 열공급 등에 효과적으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 Kuhn-Tucker 정리에 기초하여, 열병합 분산형전원 중 하나인 연료전지를 대상으로 전기 에너지뿐만 아니라 열에너지도 고려한 종합적인 최적 운용문제의 정식화 및 운용 알고리즘을 제시한다.