표제지

목차

논문요약 15

제1장 서론 17

1.1. 연구의 배경 17

1.2. 연구의 필요성 19

1) 하이브리드 AC/DC 마이크로그리드 시스템의 LVRT 연구의 필요성 19

2) LVRT를 고려한 에너지 관리 및 협조제어의 필요성 22

1.3. 논문의 구성 26

제2장 하이브리드 AC/DC 마이크로그리드 및 계통 연계 기술기준 27

2.1. 하이브리드 AC/DC 마이크로그리드 27

2.2. 계통 연계 기술기준 및 LVRT 31

1) 분산형전원 및 연계 시스템 31

2) 분산형전원의 계통지원 기능 및 스마트 인버터의 공통기능 32

3) 계통지원 기능 중에 하나인 LVRT 기능 34

2.3. 계통 전압 크기에 따른 무효전력 공급 기능 39

2.4. 역률 제어 및 유/무효전력 제어 우선순위 44

제3장 제안하는 LVRT를 고려한 에너지 관리 기법 49

3.1. 제안하는 에너지 관리 기법 49

3.2. 제안하는 에너지 관리 기법의 계통연계 모드 53

3.2.1. 동작 모드 1 : 전력수급균형 운전 64

3.2.2. 동작 모드 2 : 무효전력 공급운전 67

3.2.3. 동작 모드 3 : DC 자립운전 74

3.3. 제안하는 에너지 관리 기법의 자립운전 모드 76

제4장 제안하는 LVRT를 고려한 마이크로그리드 협조 제어 기법 82

4.1. 마이크로그리드의 협조 제어 수행을 위한 제어 구성 82

4.2. Interlinking 컨버터의 구성 및 협조 제어 기법 85

4.2.1. Interlinking 컨버터의 유효전력, 무효전력 및 피상전력 88

4.2.2. Interlinking 컨버터의 ESS 컨버터와의 협조 제어 시의 허용가능한 무효전력 분석 89

4.2.3. 무효전력 공급운전에서의 Interlinking 컨버터의 역률 제어를 고려한 ESS 컨버터와의 협조 제어 기법 97

4.2.4. 협조 제어를 고려한 Interlinking 컨버터의 제어기 설계 및 고려 사항 108

4.2.5. Interlinking 컨버터의 위상 동기화 알고리즘 114

4.3. ESS, 태양광, 풍력 발전용 컨버터의 구성 및 협조 제어 기법 116

4.4. 마이크로그리드의 CAN 통신을 이용한 프로토콜 구성 120

4.4.1. 마이크로그리드 중앙 제어기의 CAN 통신 프로토콜 121

4.4.2. Interlinking 컨버터의 CAN 통신 프로토콜 123

4.4.3. ESS 컨버터의 CAN 통신 프로토콜 125

4.4.4. PV 컨버터의 CAN 통신 프로토콜 127

4.4.5. WT 컨버터의 CAN 통신 프로토콜 129

제5장 시뮬레이션 결과 131

5.1. 하이브리드 AC/DC 마이크로그리드의 시뮬레이션 구성 131

5.2. 제안하는 LVRT를 고려한 에너지 관리 및 협조 제어 기법의 마이크로그리드 연계 시뮬레이션 결과 134

제6장 실험 결과 142

6.1. 마이크로그리드 내 전력변환장치의 실험 결과 144

6.1.1. Interlinking 컨버터의 실험 결과 144

6.1.2. ESS 컨버터의 실험 결과 157

6.1.3. 태양광발전용 컨버터의 실험 결과 162

6.1.4. 풍력발전용 컨버터의 실험 결과 167

6.2. 제안하는 LVRT를 고려한 에너지 관리 및 협조 제어 기법의 마이크로그리드 연계 실험 결과 171

제7장 결론 194

참고문헌 197

ABSTRACT 202

표 1-1. 기존 LVRT 관련 연구사례의 특징 비교 24

표 2-1. 분산형전원 배전계통 연계 기술기준에 따른 계통지원 기능 33

표 2-2. 계통 전압강하에 따른 운전지속시간 및 분리시간 34

표 4-1. 마이크로그리드 중앙 제어기의 CAN 통신 프로토콜 121

표 4-2. Interlinking 컨버터의 CAN 통신 프로토콜 123

표 4-3. ESS 컨버터의 CAN 통신 프로토콜 125

표 4-4. PV 컨버터의 CAN 통신 프로토콜 127

표 4-5. WT 컨버터의 CAN 통신 프로토콜 129

표 5-1. 하이브리드 AC/DC 마이크로그리드의 전력변환장치 시뮬레이션 파라미터 132

표 5-2. 시뮬레이션 구간에 따른 AC 계통 전압의 변동 파라미터 133

표 6-1. 하이브리드 AC/DC 마이크로그리드의 구성 요소 및 사양 143

표 6-2. 동작 모드 1의 전력수급균형 운전 시 각 구성요소들의 전력 172

표 6-3. 동작 모드 2의 무효전력 공급운전 시 각 구성요소들의 전력 177

표 6-4. 동작 모드 3의 DC 자립운전 시 각 구성요소들의 전력 184

표 6-5. 동작 모드 4의 DC/AC 자립운전 시 각 구성요소들의 전력 189

그림 1-1. 참고문헌 [9]의 계통 전압 강하 시의 무효전류 공급 곡선 20

그림 1-2. 참고문헌 [12]의 시스템 구성도 및 제어 블록도 21

그림 2-1. 하이브리드 AC/DC 마이크로그리드의 구성도 27

그림 2-2. 연계 시스템 구성도 32

그림 2-3. 비정상 전압 범위 및 시간에 따른 LVRT 기준 그래프 35

그림 2-4. LVRT 기준 각 영역에 따른 계통연계형 인버터의 동작 구성도 36

그림 2-5. Volt-VAR 제어 시의 전압-무효전력 특성 그래프 40

그림 2-6. 계통 전압에 따른 무효전류 공급 곡선 42

그림 2-7. 역률 제어 시 분산형전원이 연계된 계통연계형 인버터의 구성도 45

그림 2-8. 유효전력 우선 시 출력제어를 위한 역률 운전 특성 46

그림 2-9. 무효전력 우선 시 출력제어를 위한 역률 운전 특성 47

그림 3-1. 계통 지원 기능 및 에너지 관리를 위한 시스템 구성도 49

그림 3-2. 제안하는 LVRT 를 고려한 에너지 관리 기법이 적용된 하이브리드 AC/DC 마이크로그리드 구성도 50

그림 3-3. 제안하는 LVRT 를 고려한 에너지 관리 기법을 위한 알고리즘 52

그림 3-4. 제안하는 LVRT 를 고려한 에너지 관리 기법의 계통연계 모드 알고리즘 53

그림 3-5. LVRT 기반의 모드 선택 알고리즘 수행을 위한 한전 배전계통 기준 기반의 LVRT 그래프 54

그림 3-6. LVRT 기반의 모드 선택 알고리즘 55

그림 3-7. LVRT 기반의 모드 선택 알고리즘(정상 전압 및 저전압 범위 1) 59

그림 3-8. LVRT 기반의 모드 선택 알고리즘(저전압 범위 2 및 저전압 범위 3) 61

그림 3-9. 동작 모드 선택 이후 에너지 관리를 위한 알고리즘 63

그림 3-10. 동작 모드 1의 전력수급균형 운전 시 전력 흐름도 64

그림 3-11. 동작 모드 2의 무효전력 공급운전 시 전력 흐름도 67

그림 3-12. 계통 전압에 따른 Interlinking 컨버터의 정격전류 대비 무효전류 지령치 그래프 68

그림 3-13. 동작 모드 1과 동일한 ESS 컨버터의 충/방전 전력 제어 수행 시 Interlinking 컨버터의 허용가능한 무효전력 범위 (ESS 컨버터의 정격전력 이내) 70

그림 3-14. 동작 모드 1과 동일한 ESS 컨버터의 충/방전 전력 제어 수행 시 Interlinking 컨버터의 허용가능한 무효전력 범위 (ESS 컨버터의 정격전력 초과) 72

그림 3-15. 동작 모드 3에서의 DC 자립운전 시 전력흐름도 74

그림 3-16. 제안하는 LVRT 를 고려한 에너지 관리 기법의 자립운전 모드 알고리즘 76

그림 3-17. 동작 모드 4 에서의 DC/AC 자립운전 시 전력흐름도 78

그림 3-18. AC 버스 전압 및 AC 계통 전압의 위상 동기화 시 구성도 80

그림 4-1. 간략화된 하이브리드 AC/DC 마이크로그리드의 구성도 82

그림 4-2. 마이크로그리드의 협조 제어 수행을 위한 전체 제어 블록도 83

그림 4-3. 마이크로그리드 중앙 제어기의 입력 및 출력 신호 구성도 84

그림 4-4. Interlinking 컨버터의 회로도 및 제어블록도 85

그림 4-5. Case 1의 ESS 컨버터가 존재하지 않는 경우 Interlinking 컨버터의 허용가능한 무효전력의 범위 90

그림 4-6. Case 2의 ESS 컨버터의 협조 제어 수행 시의 Interlinking 컨버터의 허용가능한 무효전력의 범위 92

그림 4-7. Case 3의 ESS 컨버터의 협조 제어 수행 시의 Interlinking 컨버터의 허용가능한 무효전력의 범위 94

그림 4-8. Case 4의 ESS 컨버터의 협조 제어 수행 시의 Interlinking 컨버터의 허용가능한 무효전력의 범위 96

그림 4-9. 동작 모드 2의 ESS 컨버터의 협조 제어 시의 Interlinking 컨버터의 유효전력, 무효전력 및 역률 100

그림 4-10. 0.9 이상의 역률을 고려한 무효전력 공급 운전 시 허용 가능한 유효전력의 범위 101

그림 4-11. 0.9 이상의 역률을 고려한 무효전력 공급 운전 시 ESS 컨버터의 정격 전력량 이내에서의 허용 가능한 유효전력의 범위 102

그림 4-12. 10[kVA]급 Interlinking 컨버터에서 계통 전압 크기에 따른 무효전류 지령값 곡선 105

그림 4-13. 역률 제어를 고려한 ESS 컨버터와의 협조 제어 시 계통전압 크기에 따른 유효전력, 무효전력 및 피상전력의 이론값 106

그림 4-14. 제안하는 LVRT를 고려한 에너지 관리 및 협조 제어 수행 시 동작 모드 2에서의 역률 운전 특성 107

그림 4-15. Interlinking 컨버터의 간략화된 제어 블록도 109

그림 4-16. Interlinking 컨버터의 전류 제어기의 제어 블록도 109

그림 4-17. Interlinking 컨버터의 전류 제어기 단위 계단 응답 특성 및 성능 111

그림 4-18. 위상 동기화 알고리즘 114

그림 4-19. 협조 제어를 위한 ESS 컨버터의 회로도 및 제어블록도 116

그림 4-20. 태양광발전용 컨버터의 회로도 및 제어블록도 118

그림 4-21. 풍력발전용 컨버터의 회로도 및 제어블록도 119

그림 4-22. 하이브리드 AC/DC 마이크로그리드의 CAN 통신을 위한 구성도 120

그림 5-1. 하이브리드 AC/DC 마이크로그리드 시뮬레이션 구성도 131

그림 5-2. AC 계통 전압 변동을 위한 시뮬레이션 구성도 133

그림 5-3. 동작 모드 1의 시뮬레이션 파형 135

그림 5-4. 동작 모드 1,2의 시뮬레이션 파형 137

그림 5-5. 동작 모드 3, 4의 시뮬레이션 파형 139

그림 5-6. 동작 모드 4 에서 재연계 동작 수행 이후 동작모드 1 로 동작 시의 시뮬레이션 파형 140

그림 6-1. 하이브리드 AC/DC 마이크로그리드 실험 구성 142

그림 6-2. Interlinking 컨버터의 실험 세트 144

그림 6-3. Interlinking 컨버터의 제어보드 및 파워스택 내 하드웨어 구성 145

그림 6-4. LCL 필터, 초기충전 및 파워라인용 MC 부의 하드웨어 구성 146

그림 6-5. Interlinking 컨버터의 DC 버스 전압제어 실험 파형 147

그림 6-6. DC 부하 1.28[kW] 인가 시의 Interlinking 컨버터의 DC 버스 전압제어 시 실험 파형 148

그림 6-7. DC 부하 5.12[kW] 인가 시의 Interlinking 컨버터의 DC 버스 전압제어 시 실험 파형 149

그림 6-8. Interlinking 컨버터의 3 상 AC 전압 실험 파형 [각 상 1.34kW 평형 부하] 150

그림 6-9. Interlinking 컨버터의 3 상 AC 전류 실험 파형 [각 상 1.34kW 평형 부하] 151

그림 6-10. Interlinking 컨버터의 3 상 AC 전압 실험 파형 [A 상 : 0.67kW, B 상 : 1.34kW, C 상 1.34kW 불평형 부하] 152

그림 6-11. Interlinking 컨버터의 3 상 AC 전류 실험 파형 [A 상 : 0.67kW, B 상 : 1.34kW, C 상 1.34kW 불평형 부하] 153

그림 6-12. Interlinking 컨버터의 3 상 AC 전압 실험 파형 [A 상 : 0.67kW, B 상 : 0.67kW, C 상 1.34kW 불평형 부하] 154

그림 6-13. Interlinking 컨버터의 3 상 AC 전류 실험 파형 [A 상 : 0.67kW, B 상 : 0.67kW, C 상 1.34kW 불평형 부하] 155

그림 6-14. ESS 컨버터의 하드웨어 구성 157

그림 6-15. ESS 컨버터를 위한 배터리 구성 158

그림 6-16. ESS 컨버터의 충/방전 제어 시의 전압, 전류 및 출력 전력 실험 파형 159

그림 6-17. ESS 컨버터의 충/방전 제어 시의 인덕터 전류 및 IGBT 스위치의 Collector-Emitter 전압 실험 파형 160

그림 6-18. ESS 컨버터의 DC 버스 전압 제어 및 DC 부하 인가 시의 실험 파형 161

그림 6-19. 태양광발전용 컨버터의 하드웨어 구성 162

그림 6-20. 6 직렬 2 병렬의 태양광 모듈을 적용한 태양광 어레이 163

그림 6-21. 태양광발전용 컨버터의 MPPT 제어 동작 시 실험 파형 164

그림 6-22. 태양광발전용 컨버터의 MPPT 제어 동작 시의 V-P 곡선 165

그림 6-23. 태양광발전용 컨버터의 MPPT 제어 동작 시의 V-I 곡선 166

그림 6-24. 풍력발전용 컨버터의 하드웨어 구성 167

그림 6-25. Dynamo Controller 및 MG Set의 실험환경 168

그림 6-26. PMSG의 역기전력에 의해 유도된 전압 및 전기각 실험 파형 169

그림 6-27. 풍력발전용 컨버터의 역토크 제어를 통한 전력회생 시의 실험 파형 170

그림 6-28. 제안하는 에너지 관리 및 협조 제어 실험 검증을 위한 하이브리드 AC/DC 마이크로그리드의 시스템 구성도 171

그림 6-29. 제안하는 기법의 동작 모드 1의 연계 실험 시 Interlinking 컨버터 및 직류 부하의 실험 파형 173

그림 6-30. 제안하는 기법의 동작 모드 1의 연계 실험 시 ESS, WT 및 PV 컨버터의 출력 전력 실험 파형 174

그림 6-31. 제안하는 기법의 동작 모드 1의 연계 실험 시 Interlinking 컨버터, 직류 부하 및 ESS 컨버터의 출력 전력의 T₃ 시점 확대 파형 176

그림 6-32. 제안하는 기법의 동작 모드 2의 연계 실험 시 AC 계통의 전압 실험 파형 178

그림 6-33. 제안하는 기법의 동작 모드 2의 연계 실험 시 ESS, WT 및 PV 컨버터의 출력 전력 실험 파형 180

그림 6-34. 제안하는 기법의 동작 모드 2 연계 실험 시 유/무효 전력 실험 파형 181

그림 6-35. 동작 모드 2에서 ESS 컨버터의 정격 전력 방전 시 연계 실험 파형 183

그림 6-36. 제안하는 기법의 동작 모드 3의 연계 실험 시 DC 버스 전압, AC 계통 전압 및 Interlinking 컨버터의 출력 전류 파형 185

그림 6-37. 제안하는 기법의 동작 모드 3의 연계 실험 시 ESS, WT 및 PV 컨버터의 출력 전력 실험 파형 187

그림 6-38. 제안하는 기법의 동작 모드 3의 연계 실험 시 AC 계통 전압, Interlinking 컨버터 출력 전류 및 ESS 컨버터의 출력 전력의 T9 시점 확대 파형 188

그림 6-39. 제안하는 기법의 동작 모드 4의 연계 실험 시 Interlinking 컨버터 출력 전류 및 ESS, WT, PV 컨버터의 실험 파형 190

그림 6-40. 제안하는 기법의 동작 모드 4의 연계 실험 시 AC 버스 전압과 위상 및 AC 계통 전압과 위상 실험 파형 191

그림 6-41. 제안하는 기법의 동작 모드 4의 연계 실험 시 계통 재연계를 위한 위상 동기화 구간인 T₁₄ 시점 확대 파형 192