分散電源이 連繫된 配電系統의 電壓調整을 위한 協助 制御 方式 開發에 관한 硏究

국문 초록 (Abstract)

배전계통에 대한 분산전원의 높은 침투율로 인해, 종래의 배전계통에서는 기대할 수 없었던 역조류 현상과 함께 전압상승 문제가 종종 발생한다. 이러한 전압상승 문제를 해결하기 위해, 분산전원은 전력전자 기반의 기기들을 이용함으로써 유효 및 무효전력을 제어함으로써 전압조정 시스템의 한 부분으로 능동적으로 참여할 수 있으며, 이를 통해 계통의 전압을 국부적으로 제어할 수 있다.
본 논문은 배전계통의 성공적인 전압조정을 달성하기 위해 배전자동화시스템(DAS, Distribution Automation System)을 이용한 측정치에 기반하며, 명확한 지역 분할 규칙 및 분산전원의 출력 제어를 제공하는 지역적 동작 방식 기반의 전압조정 기법을 제안한다. 배전계통의 임피던스 데이터에 기초한 최적 분할 방식이 전체 계통을 여러 개의 전압조정 지역들로 분할하기 위해 사용된다. 각 지역에 있는 분산전원들은 오직 해당하는 지역의 전압위반에만 우선적으로 동작한다. 제안된 방식은 제어되는 출력량을 결정하기 위해 전압민감도, 제어 가능 여부 및 출력 제어 마진을 고려한 분산전원의 참여지수를 사용하며, 변경된 출력의 복구 제어 또한 제시된다.
또한, 본 논문에서는 종래의 전압조정 기기인 부하시 탭 절환장치(OLTC, On-Load Tap Changer)와 분산전원 간의 협조 제어 방식이 제안된다. 제안된 협조 제어는 지연시간 개념의 적용뿐만 아니라 전압위반 노드 수에 따른 전압조정 기기의 우선권 부여를 통해 달성될 수 있다. 이와 더불어 제안된 방식의 실현 가능성에 대한 실제적인 고찰로써, 배전자동화시스템 네트워크를 이용한 통신 및 제어 다이어그램이 제시된다.
마지막으로, 본 논문에서 제안된 방식의 성능을 검증하기 위해 MATLAB Simulink를 이용한 컴퓨터 시뮬레이션이 수행되며, 한국전력공사로부터 취득한 실제 계통 데이터에 기반한 테스트 배전계통이 사용된다. 다양한 조건들을 고려한 시뮬레이션 결과는 본 논문에서 제안된 전압조정 방식이 특히 다수의 분산전원이 배전계통에 연계될 경우 전압을 능동적으로 조정함에 있어 매우 효과적임을 보여준다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 표 목차 i
• 그림 목차 iii
• 제1장 서 론 1
• 1. 분산전원 연계 배전계통 1
• 2. 기존 연구 2
• 3. 연구의 필요성 5
• 4. 연구의 내용 9
• 5. 논문의 구성 10
• 제2장 배전계통의 전압변동 및 조정 12
• 1. 종래 배전계통의 전압변동 및 조정 방식 12
• 가. 종래 배전계통의 전압변동 12
• 나. 종래 배전계통의 전압조정 14
• 2. 분산전원 연계 배전계통의 전압변동 20
• 3. 기존 전압조정 방식의 문제점 22
• 4. 분산전원의 전압조정 참여 능력 23
• 가. 분산전원의 출력 제어 24
• 나. 분산전원을 이용한 전압조정 사례 및 관련 기준 26
• 제3장 분산전원의 지역적 동작 기반의 전압조정 방식 37
• 1. 분산전원 연계 배전계통의 전압민감도 분석 37
• 2. 최적 분할 기법을 이용한 배전계통의 전압조정 지역 분할 40
• 가. 전압조정 지역 분할의 필요성 40
• 나. 최적 분할 기법을 이용한 분산전원의 전압조정 지역 분할 41
• 3. 지역 분할을 고려한 분산전원의 전압조정 방식 49
• 4. 참여 지수를 이용한 분산전원의 전압조정 알고리즘 50
• 5. 분산전원 출력의 복구 제어 55
• 제4장 OLTC와 분산전원의 협조 제어 방식 58
• 1. OLTC와 분산전원의 협조 제어 원리 58
• 가. 협조 제어 방식 개발의 필요성 58
• 나. OLTC와 분산전원의 협조 제어 알고리즘 58
• 2. 지연시간을 이용한 조정기기들의 협조 제어 64
• 3. 제안된 방식의 실제 적용 가능성에 관한 고찰 66
• 제5장 시뮬레이션 71
• 1. 배전계통, 분산전원 및 OLTC 모델링 71
• 가. 한전데이터를 이용한 국내 실 배전계통 모델링 71
• 나. 기상데이터를 반영한 태양광 발전 시스템 모델링 75
• 다. 가변 전압원을 이용한 OLTC 모델링 90
• 2. 시뮬레이션 조건 93
• 가. 배전계통 모델의 전압조정 지역 분할 93
• 나. 제안된 방식의 검증을 위한 시뮬레이션 조건 100
• 3. 시뮬레이션 결과 및 분석 102
• 가. 제안된 방식과 기존 방식의 성능 비교 분석 102
• 나. 전압조정 참여 지역에 따른 분산전원의 전압조정 성능 검증 108
• 다. 지역적 동작 방식에 따른 분산전원의 전압조정 성능 검증 110
• 라. 복구 제어의 유무에 따른 분산전원의 전압조정 성능 검증 112
• 마. 이용 가능한 출력 마진에 따른 분산전원의 전압조정 성능 검증 114
• 제6장 결 론 118
• [참 고 문 헌] 121
• [Abstract] 127