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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.
DC-DC 컨버터를 이용한 태양광발전의 효율향상장치 개발
태동현(Donghyun Tae),김승호(Seungho Kim),김찬혁(Chanhyeok Kim),정영문,최승규,노대석(Daeseok Rho) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회 학술대회 Vol.2015 No.1
최근 에너지 고갈과 환경오염 문제가 심각해짐에 따라 재생가능하고 환경오염을 유발시키지 않는 새로운 대체에너지인 태양광 발전시스템이 대두되고 있다. 태양광 발전시스템은 외부환경의 변화에 따라서 최대 전력 동작점 또한 달라지기 때문에 최대 전력을 추종하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking)의 제어 알고리즘이 수행되어야 한다. 본 논문에서는 PSIM S/W를 이용하여 DC-DC 컨버터에서 MPPT 제어를 수행하고, PLL(Phase-locked loop) 제어 기반의 3상 인버터를 통해 계통과 연계되는 태양광전원의 효율향상장치의 모델링을 수행하였다. 또한 시뮬레이션을 수행하여 계통과 정상적으로 연계되어 동작됨을 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.
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.
태동현(Donghyun Tae),이인철(Incheol Lee),이주광(Jugwang Lee),김승호(Seungho Kim),노대석(Daeseok Rho),강민관(Mingwan Kang) 한국산학기술학회 2014 한국산학기술학회 학술대회 Vol.- No.-
K 연료전지발전소는 58[MW]의 전력을 생산하는 대용량 연료전지발전 시스템으로서, 154 /13.8[kV] 계통에 연계되어 운용되고 있다. 그러나 운전 중 고조파와 서지 등에 의해 다수의 제어 및 통신 소자가 소손되는 사고가 발생하여, 이에 대한 대책이 요구되고 있다. 따라서, 본 논문에서는 제어 및 통신 소자의 소손을 야기하는 원인 중 하나인 고조파를 저감시키기 위하여 단일 동조 필터의 설계 알고리즘을 제안하였다. 제안한 알고리즘을 바탕으로 고조파 필터를 설계하여 시뮬레이션을 수행한 결과, 계통에서 문제가 되는 고조파 성분이 저감되는 효과를 확인하였다.
DC-DC 전압 레귤레이터를 이용한 태양광전원의 효율향상 방안에 관한 연구
태동현(Donghyun Tae),박재범(Jaebum Park),김미영(Miyoung Kim),최성식(Sungsik Choi),김찬혁(Chanhyeok Kim),노대석(Daeseok Rho) 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.7
최근, 전 세계적으로 신재생에너지에 대한 관심이 증가됨에 따라 친환경적이고 무한한 태양에너지를 이용하는 태양 광전원의 설치가 급증하고 있다. 이러한 태양광전원은 주변 환경에 따라 출력이 크게 좌우되는데, 예를 들어 구름 또는 건물 의 음영으로 인한 일부 모듈의 문제로 인해서 해당 스트링이 출력을 발생하지 못할 수 있다. 즉 기존의 제어방식에서는 모듈 이 직렬로 연결된 스트링이 인버터에 연계되어 있으므로, 일부 모듈에 음영이 발생할 경우 스트링의 전압이 인버터의 동작전 압 미만으로 되어 해당 스트링이 인버터에서 탈락되는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 각각의 스트링마다 전압을 제어하는 DC-DC 전압 레귤레이터를 이용하여, 스트링이 인버터에서 탈락되는 문제점을 개선하는 새로운 태양광전원 제어방식을 제안하였다. 또한, 회로해석 상용 프로그램인 PSIM S/W를 이용하여, 정전압 제어 및 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어기능을 가지는 DC-DC 전압 레귤레이터와 위상동기루프(PLL, Phase-Locked Loop) 제어 기반의 3상 인버 터의 모델링을 수행하였다. 이 모델링을 바탕으로 시뮬레이션을 수행한 결과, 부분적으로 음영이 발생하는 모듈을 가진 스트 링이 인버터에서 탈락하는 현상을 개선함으로써 태양광전원의 운용효율이 향상됨을 확인하였다. Recently, the installation of photovoltaic (PV) systems has been increasing due to the worldwide interest in eco-friendly and infinitely abundant solar energy. However, the output power of PV systems is highly influenced by the surrounding environment. For instance, a string of PV systems composed of modules in series may become inoperable under cloudy conditions or when in the shade of a building. In other words, under these conditions, the existing control method of PV systems does not allow the string to be operated in the normal way, because its output voltage is lower than the operating range of the grid connected inverter. In order to overcome this problem, we propose a new control method using a DC-DC voltage regulator which can compensate for the voltage of each string in the PV system. Also, based on the PSIM S/W, we model the DC-DC voltage regulator with constant voltage control & MPPT (Maximum Power Point Tracking) control functions and 3-Phase grid connected inverter with PLL (Phase-Locked Loop) control function. From the simulation results, it is confirmed that the present control method can improve the operating efficiency of PV systems by compensating for the fluctuation of the voltage of the strings caused by the surrounding conditions.