소방용 비상발전기의 현장 부하시험을 위한 ESS 부하시험장치 운용방안에 관한 연구 = A study on operation method of ESS load test device for site acceptance test of emergency generator

국문 초록 (Abstract)

소방용 비상발전기는 화재 시 인명과 재산을 보호하는 소방시설에 전원
을 공급하는 중요한 설비이다. 이러한 중요성에 따라 관련법규에서는 의
무적으로 비상발전기에 비상용 부하를 연결하여 시험하도록 규정하고 있
다. 하지만, 비상발전기의 부하시험은 상용전원을 차단해야 하기 때문에 일반
부하에 전원공급이 중단되고 계통의 정전 및 복전에 따른 저압기기 파손, 응
급의료장비를 사용하는 병원의 응급부하 정지 등 심각한 문제가 발생할 가능
성이 있어, 대부분의 현장에서는 육안점검으로, 누수ㆍ누유와 같은 기계적 결
함만을 확인하고, 무부하 상태로 비상발전기의 성능을 시험하고 있는 실정이
다. 한편, 2011년 9월 15일 순환정전 발생 당시 비상발전기의 60%가 작동이
되지 않았으며, 전기기술인협회의 실태 조사보고서에 따르면, 비상발전기의
성능 및 상태 점검 시 부하운전을 실시하고 있는 곳은 7%에 불과한 것으로
보고되고 있다. 이는 실정법에 저촉될 수 있으며, 화재 시와 같은 비상상태에
서 인명과 재산을 보호하는 소방시설의 신뢰성을 심각하게 손상시키는 원인
이 될 수 있어, 비상발전기의 부하시험 방안이 요구되어 지고 있다.
따라서, 본 논문에서는 상기의 문제점을 개선하기 위하여, 상용 전원의
차단 없이 비상발전기에 전기저장장치를 연계하여, 비상용부하의 동작특
성과 동일하게 ESS가 충전동작을 수행함으로서 비상발전기의 성능 및 상
태를 시험할 수 있는 현장부하시험 방안과 운용 알고리즘을 제안한다. 또
한, 전력계통해석 소프트웨어인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 비상발전기,
비상용부하, ESS 부하시험장치로 구성된 비상전원계통을 모델링하고, 20kW급
ESS 부하시험장치를 구현하여 특성을 분석한다. 이를 바탕으로
다양한 시나리오에 따른 시뮬레이션과 시험을 수행하여 본 논문에서 제안
한 비상발전기의 현장부하시험 방안과 ESS 부하시험장치 운용 알고리즘
의 유용성을 확인한다. 그리고 ESS 부하시험장치의 경제성분석을 실시하
여 대행사업자 측면에서의 현장적용 가능성을 평가한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A emergency generator for fire-fighting is a key equipment to supply
power sources into fire-fighting facilities which protect property and
human in case of fire accidents. With its necessary role, a rated load
test of emergency generator should be mandatorily carried out by
connecting emergency load with the generator in accordance with
related regulations. However, the no load test for emergency generator
has been performed in general, since serious problems including
damage of customer device and shut down of critical load can be
occurred when main power is cut off. Therefore, in order to overcome
these problems, this paper proposes a test method and operation
algorithm of load test device with ESS to evaluate performance. And
state of emergency generator without interruption of power supply
based on charging mode of ESS with same characteristics of
emergency load. And also, this paper performs a modeling of
emergency power system based on PSCAD/EMTDC S/W and
implements 20kW scale ESS load test device. From the simulation
results based on the proposed modeling and algorithm, it is confirmed
that load test method for emergency generator using ESS are useful
and practical tools for field load test in fire-fighting facility.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제1절 연구배경 및 필요성 1
• 제2절 연구의 내용 및 구성 3
• 제2장 소방용 비상발전기의 부하시험 운용특성 분석 5
• 제1절 비상발전기 현황 및 현장부하시험 운용 문제점 5
• 제2절 소방용 비상전원계통의 특성분석 10
• 제3장 소방용 비상발전기의 ESS 부하시험장치 운용 알고리즘 17
• 제1절 비상발전기의 부하시험 방안 및 운용 전략 17
• 제2절 ESS 부하시험장치의 운용 알고리즘 21
• 제4장 PSCAD/EMTDC를 이용한 ESS 부하시험장치 모델링 28
• 제1절 비상발전기의 모델링 28
• 제2절 비상용부하의 모델링 30
• 제3절 ESS 부하시험장치의 모델링 33
• 제4절 비상전원계통 전체의 모델링 34
• 제5장 20kW급 ESS 부하시험 시뮬레이터의 구현 35
• 제1절 비상발전기 35
• 제2절 비상용부하 37
• 제3절 ESS 부하시험장치 39
• 제4절 비상전원계통 전체 구성 42
• 제6장 ESS 부하시험장치의 경제성 평가 43
• 제1절 경제성평가 모델링 43
• 제2절 경제성평가 알고리즘 46
• 제7장 시뮬레이션 및 시험결과 분석 47
• 제1절 비상발전기의 부하시험 조건 47
• 제2절 PSCAD/EMTDC의 모델링에 의한 특성분석 52
• 제3절 시뮬레이터의 의한 부하시험 특성분석 55
• 제4절 ESS 부하시험장치의 경제성 분석 63
• 제8장 결 론 72
• 참 고 문 헌 74
• 본 논문과 관련된 투고논문 및 학술논문 76
• ABSTRACT 80
• 부 록 81

참고문헌 (Reference)

1. 전원의 최적화 방안에 관한 연구, 소방용, 한국화재소방학회 학술대회 논문집 , , 119-120 (2 pages), , 2014

2. 비상발전기의 20 kW급 부하시험 시뮬레이터의 구현, 한국산 학기술학회 학술대회논문집, 소방용, (4 pages), , 2019

3. “소방용 비상발전기의 현장부 하시험을 위한 ESS 부하시험장치 운용 알고리즘에 관한 연구”, 이재영, 태동현, 이후동, 노대석, 최승규, 대한 전기학회 논문지, (대한전기학회 투고논문 Processing...), , 2019

4. 페레이라 마리토, 노대석, “소방용 비상발전기 의 현장부하시험을 위한 20 kW급 ESS부하시험장치 모델링과 구현에 관한 연구”, 한국산학기술학회 논문지 제20권 제9호, pp.541-550, 이후동, 최승규, 최성식, (10 pages), , 2019