변동적 재생에너지의 기술적 출력제한 방법

2.2.3. 기타 원인에 의한 출력제한

배전계통에서도 배전선로 혼잡의 완화를 위해 출력제한을 시행할 수 도 있지만, 이러한 경우는 아직까지는 매우 드물다. 또한 이러한 경우, 배전단내에서의 혼잡을 고려하고 이에 따른 출력제한을 정해야 하는 배전계통 운영자가 필요하게 된다. 또한, 미국 및 유럽 전력시장에서 풍력발전기가 보조서비스 시장 참여하게 될 경우에, 주파수 제어 등과 같은 보조 서비스(Ancillary service)를 수행하기 위해서 출력제한을 수 행하는 경우도 있다.

[그림 2-8] 태양광 병렬연결을 통한 최종접속점 MOF 설치

출처: 저자 작성

태양광의 출력제한 방법은 첫째, 개별 태양광 발전의 PCS에 지령값 이 전달될 때, PCS가 해당 지령값에 따라 유효전력을 제어하는 방법 이 있다. 여기서 유효전력 제어 가능 범위는, 0에서부터 현재 출력 가 능한 최대 출력량(Maximum power point, MPPT)이 된다.

둘째, 태양광 발전단지에 원방감시 제어 시스템(Supervisory control and data acquisition, SCADA)를 활용하여 지령값을 전달하는 방법이 있다. 다수 개의 PCS가 병렬로 운전되는 발전단지의 경우에 PCS를 직 접 제어하지 않고, 발전단지 SCADA에 해당 발전단지가 만족해야 하 는 지령값이 전달될 시에, SCADA가 그 지령값을 개별 태양광 발전기

PCS에 분배하여 출력제한을 수행하게 된다([그림 2-9] 참조).

[그림 2-9] SCADA를 이용한 태양광 발전단지 Curtailment

출처: 저자 작성

마지막으로 AC 차단기를 이용한 출력제한 방법이 있다. 이러한 방 법은 출력량의 연속적인 조절이 불가능하고 과전압 발생 등의 우려가 있다. 직류단 차단기의 경우 설치되지 않는 경우가 많고 설치되어 있 더라도 과전압 발생 가능성이 높다. 수명 등을 고려했을 때, 직류단 스 위치를 출력제어용으로 사용하는 것은 바람직하지 않다.

2.3.2. 풍력발전의 출력제한 방법

풍력 발전은 연계 용량에 따라 연계 방법이 상이하다. 기본적으로 소형 발전(100kW 이하) 시스템은 저압에 연계하고, 대형(750kW 이 상) 발전 시스템은 고압에 연계 한다. 일부 20MW 이상의 대규모 단지 의 경우에는 송전 전압(154kV)으로 연계하기도 한다.

풍력발전 시스템의 전기적 출력특성은, IEC 규정에 따라 크게 4가지 로 구분한다([그림 2-10] 참조).

[그림 2-10] 풍력발전기 유형별 특징

출처: Muljadi et al.(2016, p.2)

Type1과 Type2는 정속운전하며 유/무효전력의 연속적 제어가 불가 능하다. 반면, Type3, Type4는 펄스 폭 변조(Purse width modulation,

PWM) 인버터를 사용하여 가변속 운전하고 출력의 연속제어가 가능하

다. 해외 그리드 코드의 강화로 인해서 유/무효전력의 연속적 제어가 불가능한 Type1, Type2 발전 시스템의 경우에는 설치가 급격히 감소 하였고, 최근 신규로 개발된 풍력발전기 대부분은 Type3, Type4로 개

발되었다.

이 때문에 풍력발전기의 출력제한 방법은 Type3, Type4 모델에 한 정하며, 크게 두 가지 방법에 의해 수행할 수 있다. 첫째는 출력제한 지령값이 풍력발전기의 PCS에 도달할 때, 풍력발전기 제어기는 지령 값을 맞추기 위해 PCS와 날개각 제어기(Pitch control)에 각각 적절한 제어 지령 값을 전달한다. 이어서 실제 풍력발전기의 유효전력과 블레 이드의 피치각도를 측정함으로써, 풍력발전기의 출력이 지령값을 따르 도록 제어한다.

[그림 2-11] SCADA를 이용한 풍력단지 출력 제어

출처: Yang et al.(2014, p.678)을 참조하여 저자 작성

두 번째는 풍력단지의 SCADA를 이용한 풍력단지의 출력제한 방식 이다. 다수 대의 풍력발전기가 있는 풍력단지에는 SCADA가 설치되어 있는데, 통상 SCADA를 통해 풍력발전기의 기동, 정지와 함께 풍력발 전기 출력의 지령값도 풍력발전기에 전달한다. 또한, 풍력단지의 연계 점에서의 유효전력의 값을 측정하고, 풍력단지의 출력이 지령값에 도 달하는지를 제어한다([그림 2-11] 참조).