분산전원 최적 할당을 위해 고장전류를 고려한 새로운 목적함수의 디자인

국문 초록 (Abstract)

신재생에너지원은 분산전원의 형태로 전력시스템에 연계될 때 환경적으로 무책임하고 온실가스 및 유해한 가스를 내뿜는 것을 경감시킨다. 게다가 전력의 품질을 향상시킨다. 최근까지의 분산전원 관련 연구는 기존 전력망에 분산전원을 연계하여 계통을 운용하는 것이 더 우수하다는 것을 입증한다. 그에 따라서 분산전원의 최적할당에 대한 다양한 연구들이 진행되어왔다. 분산전원은 여러 장단점을 수치화하여 평가하고 할당되어야 한다. 본 논문에서 제안하는 새로운 목적함수 디자인은 정규화된 고장전류 비용을 도입하는 것이다. 우선 고장전류는 여러 고장의 70% 사고율을 담당하는 단선지락사고에 대해서 다룬다. 또한 분산전원을 전압원형으로 모델링하여 별도의 조류해석 없이 고장 전 전압과 임피던스 행렬을 이용하여 고장전류를 정규화하여 최적할당시 평가한다. 또한 입자군집최적화(PSO)를 통해 최적할당시 알고리즘 할당시간이 가장 긴 임피던스 생성 알고리즘을 우회하는 방식을 채택하여 효율적인 알고리즘 수행이 가능하게 한다. 기존 전력 계통 대비 분산전원을 연계한 계통은 고장해석 시 임피던스 행렬의 변화로 고장전류는 증가한다. 또한 변압기의 결선에 따라 고장전류는 악영향을 받을 수 있다. 영상분 임피던스는 변압기 임피던스에 따라 변하기 때문에 고장해석시 유의해야한다. 주로 최적할당시 고려돼왔던 비용은 전압변동, 전력손실, 설치비용이다. 하지만 정규화된 고장전류 비용을 고려해야할 필요성이 있고 고장전류를 고려하여 분산전원의 최적할당을 연구한 논문은 없었다. 본 논문은 정규화된 고장전류 비용을 목적함수에 추가하여 최적할당을 진행한다. 입자군집최적화 방식을 채택하여 전압원형 분산전원 이용시 최적할당에 필요한 우회 알고리즘을 제안함과 동시에 새로운 목적함수 디자인을 제안한다. 전압변동, 설치비용, 전력손실, 고장전류를 최소화 하도록 목적함수를 설정한다.. 조류해석은 뉴턴랩슨, 고장해석은 시퀀스 방식으로 시뮬레이션을 진행한다. 최적할당된 값을 비용으로 세분화하여 정규화된 고장전류 비용을 목적함수에 새롭게 추가하는 것이 타당함을 입증한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Renewable energy sources are environmentally irresponsible when connected to the power system in the form of distributed generation, reduce greenhouse gas and harmful gas emissions, and improve power quality. Distributed power related research until recently proves that it is better to operate a system by linking distributed power to the power grid. Accordingly, various studies on the optimal allocation of distributed power have been conducted. Distributed power should be evaluated and assigned numerically with various advantages and disadvantages. The new objective function design proposed in this paper introduces normalized fault current cost. First, fault current deals with disconnection ground fault, which accounts for 70% of the fault rate of various faults. In addition, the distributed power source is modeled as a voltage source, and the fault current is normalized using the pre-fault voltage and impedance matrix without a power analysis, and the optimal allocation is evaluated. Compared to the original power system, the fault current increases due to a change in the impedance matrix during fault analysis in a system connecting distributed generation. Also, depending on the wiring of the transformer, the fault current may be adversely affected. Since the zero impedance changes according to the transformer impedance, care must be taken when analyzing the failure. However, there was no paper that studied the optimal allocation of distributed power in consideration of the normalized fault current cost. This paper proceeds with the optimal allocation by adding the normalized fault current cost to the objective function. By adopting the particle swarm optimization method, we propose a bypass algorithm necessary for optimal allocation when using a voltage source distributed power source and at the same time propose a new objective function design. Set the objective function to minimize voltage fluctuation, installation cost, power loss, and fault current. Power flow is performed in Newton Rapson, and failure analysis is performed in a sequence method. By subdividing the optimally assigned value into cost, it proves reasonable to newly add the normalized fault current cost to the objective function.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1. 연구의 배경 1
• 2. 문헌조사 및 연구의 필요성 2
• 제2장 연구문제 진술 4
• 제3장 분산전원 최적 할당을 위한 기본 이론 6
• 1. 신재생에너지 6
• 가. 신에너지 6
• 나. 재생에너지 6
• 2. 분산전원 모델링 7
• 가. 전압원형 분산전원 7
• 나. 전류원형 분산전원 8
• 3. 임피던스 행렬 생성 알고리즘 9
• 가. Rule 1 10
• 나. Rule 2 10
• 다. Rule 3 10
• 라. Rule 4 10
• 4. 변압기 결선에 따른 시퀀스 임피던스 변환 11
• 가. 5 시험 계통 모델링 11
• 5. 고장전류 14
• 가. 단선지락사고 14
• 나. 선간단락사고 15
• 다. 이선지락사고 16
• 라. 3상단락사고 17
• 6. 임피던스 행렬을 이용한 고장전류 계산 알고리즘 검증 17
• 가. 5 시험 계통 모델링 17
• 나. 시퀀스 회로 18
• 다. 시퀀스 등가회로 18
• 라. 중첩의 원리 적용 및 검증 19
• 7. 뉴턴랩슨 조류해석 21
• 가. 5 test feeder 조류해석 결과 22
• 제4장 새로운 목적함수 디자인을 위한 방법 제시 23
• 1. 최소-최대 정규화 23
• 가. 전압변동 23
• 나. 설치비용 24
• 다. 전력손실 24
• 라. 고장전류 24
• 2. 목적함수 25
• 3. 입자군집최적화 (Particle swarm optimization, PSO) 25
• 가. 모멘텀 업데이트 26
• 나. 속도 업데이트 26
• 다. 위치 업데이트 26
• 제5장 사례연구 29
• 1. 수정된 IEEE 14 모선 29
• 2. 수정된 IEEE 30 모선 34
• 제6장 결론 39
• 감사의 글 40
• 참고문헌 41