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계통연계 태양광발전시스템의 고장에 대한 시뮬레이션
변 형 준, 노 경 수 동국대학교
Simulation about fault of grid connected PV system
Hyoung-June Byun, Kyoung-Soo Ro Dongguk University
Abstract - 본 논문에서는 에너지원의 확보 및 개발 중용성이 날로 증 대하고 있는 최근의 시대적 상황에서, 가장 각광 받고 있는 신재생에너 지원인 태양광 발전 시스템의 간략한 분류 및 전체 구성에 대해 설명하 고자 하며 또한 본 논문에서는 계통연계 태양광 발전 시스템에서 고장 이 발생한 경우에 대해서 시뮬레이션 하여 결과를 알아보고자 한다.
1. 서 론
태양전지를 이용한 대체에너지 전력시스템은 최근 친 환경부하성, 무 한 에너지 생산성, 그리고 깨끗한 에너지원 등의 특징으로 인해 전력에 너지 연구자들의 관심을 지속적으로 모으고 있다. 하지만, 연구, 설비 투 자에 과도한 부담으로 연구 속도의 발목을 잡고 있는 것 또 한 사실이 다. 그러기에 MATLAB의 SIMULINK를 사용하여 모델링하여 계통과 원활히 동작할 수 있는 계통연계 태양광발전 시스템을 모델링하며 태양 광발전시스템의 고장에 대해서 알아보자.
2. 본 론 2.1 계통연계 태양광발전시스템의 구성
태양광 발전은 태양전지(solar cell)라는 반도체를 사용하여 태양의 빛 에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 발전방식이다. 발전 출력은 직류 출력이므로 인버터로 직-교류로 전력변환시스템을 사용하며 교류전력으 로 변환되고 이 교류전력은 계통연계(grid-connected) 운전을 위한 직- 교류 전력변환시스템을 위한 발전 기술이고 계통연계 시스템 구성은 그 림1에서처럼 구성되었고 특히 태양광발전시스템에서의 고장상태에서 계 통에 나타나는 현상을 시뮬레이션으로 해석하도록 하였다.
2.1.1 계통연계 태양광발전시스템의 모델링
태양광발전시스템과 전원부와의 계통연계의 시뮬레이션을 그림2.처럼 MATLAB의 SIMULINK를 사용하여 표현하였고 여기서 최대 200[KW]
의 태양광발전시스템양단에 2대 주 전원부를 154[KV]와 5개의 부하로 구성하며 계통연계 태양광발전시스템에서 고장(0.4 -0.45초)을 발생하 였을 경우에 계통쪽과 PV쪽의 고장구간에서 시뮬레이션을 관찰하였다.
그림 1.계통연계 태양광발전시스템 계통도
그림 1. 계통연계 태양광발전 시스템 계통도
2.2.1 계통연계 태양광발전시스템의 고장에 대한 시뮬레이션
계통에서 고장이 발생했을 경우 태양광발전시스템서 PV 전원부, Point5, Point11, 전원과 고장구간에 전력 전압 전류를 측정하였다.
유효전력
전압 실효치[pu]
전압 전류 순시치[pu]
그림3. PV1(point5) 2007년도 대한전기학회 하계학술대회 논문집 2007. 7. 18 - 20
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그림2. 계통연계 태양광 발전시스템 모델링 유효전력
전압 실효치[pu]
전압 전류 순시치[pu]
그림4. PV2(point11) 유효전력
전압 실효치[pu]
전압 전류 순시치[pu]
그림5. 전원 (Point grid)
유효전력
전압 실효치[pu]
전압 전류 순시치[pu]
그림6. 고장구간(point 6) 2.2.2 시뮬레이션 결과
계통에서 고장이 발생했을 경우 가까이 있는 PV2에 더욱 변화가 크 며 거리가 먼 PV1에서는 고장 변화가 작다는 것을 알 수 있으며 위 시 뮬레이션을 통하여 태양광발전시스템과 같은 분산전원이 배전계통에 연계됨으로 인해 전력회사 변전소의 보호계전기 보호범위가 축소되는 문제에 대한 대책으로 배전선로 중간에 리클러져를 추가하며 지락고장 에 대한 태양광발전시스템의 영향력이 최소화 하도록 하며 변압기 결선 (
)을 이용하며 이것을 시뮬레이션으로 통하여 비교 검증이 요 구되고 이에 따라 계통연계 태양광발전시스템 및 연계 구축할 필요성이 있다.3. 결 론
점차적으로 태양광, 풍력 및 연료전지와 같은 신재생에너지 비율이 증 가하며 국가적인 차원에서 2011년까지 총에너지의 5%까지 확대하겠다 는 정책으로 인하여 분산전원시스템의 보급이 증가할 것이며 분산전원 시스템과 관련된 시장에서 선진국과의 기술적 격차를 해소하고 기술경 쟁력을 확보할 필요성이 있으며 분산전원을 계통연계시의 전력품질, 전 압안정화, 부하 수요관리 등의 연구 발전 시켜야 하며 고품질, 고 신뢰 의 전력을 수용가에 제공하기 위하여 계통연계 분산시스템의 전력조류 제어, 사고 및 오작동 검출 등이 필요성이 있으므로 많은 연구가 필요하 다.
[참 고 문 헌]
[1] Gyu Bun Joung and Jae-Dong Choi " Design of Solar Array Simulator for Spacecraft" KIEE International Transactions on EMECS 12B-2, 52-56(2002)
[2] Gilbert M. Master, Renewable and Efficient Electric Power System Handbook: Photovoltaic Systems
[3] 박정욱, 이수원, 이성룡 “계통연계 분산전원시스템” 전력전자학회지
