FIDVR 특성을 고려한 풍력발전단지의 STATCOM 최적 용량 선정에 대한 연구 = A Study on Optimal STATCOM Capacity Determination for Wind Farms Considering FIDVR Characteristics

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

With the increasing penetration of renewable energy, its impact on power systems has grown significantly. In particular, modern wind farms
predominantly employ inverter-based wind turbines, which exhibit low inertia and limited capability to respond quickly to the surge in reactive
power demand during faults, often resulting in voltage quality issues such as voltage sag. To mitigate these challenges, the application of reactive
power compensation devices has been expanded, and various grid code,including Low Voltage Ride Through (LVRT) requirements, have been
introduced and revised. Furthermore, during the design and permitting stages of wind farms, procedures for pre-verifying the configuration and
capacity of compensation equipment such as STATCOMs, in accordance with interconnection requirements, have been updated.
However, conventional simulation and modeling approaches often fail to adequately reflect actual load characteristics, such as Fault-Induced Delayed Voltage
Recovery (FIDVR) caused by single-phase induction motor loads, which may lead to unexpected problems during interconnection. In addition,
capacity determination for such devices is often based on conservative margins, potentially resulting in overdesign and economic inefficiency.
This study incorporates realistic load characteristics into the performance evaluation model of wind farms prior to grid connection and proposes
quantitative indices for STATCOM capacity selection. The proposed indices and model were validated through PSS®E dynamic simulations,
demonstrating their usefulness for assessing compliance with grid code requirements and for reducing excessive capacity margins

국문 초록 (Abstract)

신재생에너지의 침투율이 증가하면서 전력계통에 미치는 영향이 커지고 있 다. 특히 최근 풍력발전단지에서는 인버터 기반 풍력발전기를 사용하여 관성이 낮고 고장 시 무효전력 수요 급증에 신속히 대응하지 못해 전압 강하(sag) 등 전압 품질 문제가 빈번하게 대두되고 있다. 이를 완화하기 위해 무효전력 보상장 치의 적용이 확대되고, low voltage ride through(LVRT)를 포함한 다양한 그리 드 코드가 제정 및 개정되어 왔다. 또한 풍력발전단지의 설계, 인허가 단계에서 계통연계규정에 따라 static synchronous compensator (STATCOM) 등 보상설 비의 구성과 용량을 모의로 사전 검증하는 절차가 개정되었다. 하지만 기존의 시 뮬레이션 검증과 모델링은 단상 유도전동기 부하에 기인한 fault induced delayed voltage recovery(FIDVR)과 같은 실제 부하 특성을 충분히 반영하지 못해 연계 시 예기치 못한 문제가 발생할 소지가 있다. 또한 이러한 설비 용량 산정은 보수적 마진에 의존하는 경우가 많아 과도 설계로 인한 경제적 비효율을 초래할 수 있다. 본 연구는 계통 연계 전 발전단지 성능평가 모델에 실제 부하 특성을 반영하고, STATCOM 용량 선정을 위한 정량 지표를 제안하였다. 제안된 지표와 모델은 PSS®E 동특성 시뮬레이션으로 검증되었으며, 그리드 코드 요구 사항 충족 여부 판단과 최적 용량 선정에 유용함을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 1
• 가. 연구배경 및 필요성 1
• 나. 선행연구분석 2
• 다. 본 연구 목적 및 구성 4
• 2. FIDVR 및 LVRT 규정과 STATCOM 용량 선정을 위한 평가 지표 5
• 가. Fault Induced Delayed Voltage Recovery 현상 5
• 1) 단상 유도성 모터 부하 특성 5
• 2) FIDVR 현상 원인 분석 7
• 나. 신재생에너지 계통 연계 규정 8
• 1) LVRT 규정 기반 용량 선정 기준 8
• 2) 무효전력 공급 및 제어 성능 시험 기반 용량 선정 기준 10
• 다. 평가 지표 12
• 1) 동특성 지표 기반 성능 평가 12
• 2) 계통 연계 조건 기반 유효 용량 집합 정의 13
• 3) 지표 변화율 기반 Knee Point 탐지 14
• 3. 해상풍력발전단지 모델링 및 시뮬레이션 시나리오 15
• 가. 해상풍력발전단지 모델링 15
• 1) Power Flow Model 15
• 2) Dynamic Simulation Model 16
• 나. 시뮬레이션 시나리오 및 변수 설정 24
• 4. 시뮬레이션 결과 27
• 가. FIDVR 현상 비교 분석 27
• 1) Composite load 적용에 따른 FIDVR의 영향 비교 분석 27
• 2) Composite load model의 고장 직후 동적 특성 분석 27
• 3) STATCOM 용량별 계통 영향 분석 30
• 나. 풍력발전단지 발전 용량별 사례 연구 31
• 1) 500MW급 발전단지 결과 분석 32
• 2) 사례 연구 시뮬레이션 결과 요약 34
• 5. 결론 및 향후 계획 41
• 가. 결론 41
• 나. 향후 계획 42
• 참고문헌 43
• 영문초록 (English) 45