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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 양오
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 청주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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태양광 발전 시스템(Photovoltaic Power Generation System)은 전 세계적으로 많은 국가들이 석유자원의 고갈 및 환경오염 문제로 인하여 효과적인 에너지 대체수단으로 관심을 갖고 있으며, 우리나라 정부에서도 녹색성장을 위한 정책의 일환으로 관심이 고조되고 있다. 특히 계통연계형 태양광 발전 시스템은 그 시장규모가 빠른 속도로 성장하고 있다.
계통연계형 태양광 인버터의 중요 성능 중 단독운전 방지기법은 계통과의 보호 협조 및 계통측 유지보수 인명의 사고 방지 등을 위한 필수기능인데, 계통연계형 분산전원의 확대보급으로 인하여 단독운전 발생의 확률이 점점 높아지고 있는 추세이다. 그러므로 단독운전 방지기법에 대한 연구가 매우 활발히 진행되고 있다.
단독운전 방지기법은 크게 수동적 기법과 능동적 기법으로 구분된다. 수동적 기법은 기본적으로 태양광 인버터 제어에 필요한 전압, 위상, 주파수, 전력등 시스템 파라미터를 이용하여 검출된 파라미터가 정상 범위를 벗어나는 경우 단독운전임을 판단하여 태양광 인버터를 정지시키는 기법이다. 그러나 수동적 기법은 인버터의 출력전력과 부하에서 소비하는 전력이 일치하는 경우에 계통의 정전 시 전압과 주파수의 변화가 매우 미소하므로 단독운전 검출이 실패할 확률이 높아 단독운전 불검출영역(Non-Detection Zone)이 매우 넓게 존재하는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완한 기법이 능동적 기법인데 인버터의 출력전류에 임의의 미소한 외란을 인가하여 단독운전 발생 시 전압의 크기 또는 주파수의 변화를 유도하여 인버터의 발전량과 부하가 요구하는 전력량과의 평형상태를 깨뜨려 태양광 인버터를 정지시키는 기법이다. 이 기법은 수동적 기법에 비해 불검출영역을 크게 줄일 수 있고, 신속하게 단독운전을 검출할 수 있다. 기존 능동적 단독운전 방지기법 중 많이 사용되고 있는 능동 주파수 변이기법은 계통으로 연계하는 인버터의 출력 전류의 영교차점에 일정 크기의 데드타임을 인가하여 단독운전 발생 시 주파수가 지속적으로 증가하도록 하는 기법이다. 그러나 이 기법은 출력 전류에 왜곡을 인가함으로써 정상상태 시 주파수 외란 성분(cf : chopping fraction)의 크기에 따라 출력 전류의 THD(Total Harmonic Distortion)가 증가하게 된다. 국제 규격에 의하면 정격출력 시 출력 전류의 THD는 5% 이내로 제한되기 때문에 인가할 수 있는 주파수 외란 성분의 크기는 제한적이다. 따라서 이 기법은 주파수 외란 성분에 의해 계통으로 유입되는 전류의 파형을 의도적으로 왜곡시킴으로써 계통 유입 전류의 THD가 좋지 않고, 단독운전 불검출 영역이 넓게 존재하며, 검출 속도 또한 느린 단점을 가지고 있다.
본 논문에서는 단독운전 불검출영역을 줄이고, THD, 역률(PF : Power Factor)을 개선하며 단독운전 검출 속도 또한 향상 시킬 수 있는 새로운 단독운전 방지기법을 제안하였다. 제안된 방법의 검증을 위하여 단독운전 발생 시 단독운전을 검출하기 위한 최소 외란 주파수에 대한 값을 시뮬레이션을 통하여 제시하고 검증하였다. 또한 실제 제안하는 알고리즘을 3kW 계통연계형 태양광 인버터에 적용하고 실험을 통하여 인가하는 주파수에 따른 THD와 0.5초 이내의 단독운전을 검출하여 본 논문에서 제안한 방법의 유효성과 우수성을 검증하였다.
계통연계형 태양광 인버터의 중요 성능 중 단독운전 방지기법은 계통과의 보호 협조 및 계통측 유지보수 인명의 사고 방지 등을 위한 필수기능인데, 계통연계형 분산전원의 확대보급으로 인하여 단독운전 발생의 확률이 점점 높아지고 있는 추세이다. 그러므로 단독운전 방지기법에 대한 연구가 매우 활발히 진행되고 있다.
단독운전 방지기법은 크게 수동적 기법과 능동적 기법으로 구분된다. 수동적 기법은 기본적으로 태양광 인버터 제어에 필요한 전압, 위상, 주파수, 전력등 시스템 파라미터를 이용하여 검출된 파라미터가 정상 범위를 벗어나는 경우 단독운전임을 판단하여 태양광 인버터를 정지시키는 기법이다. 그러나 수동적 기법은 인버터의 출력전력과 부하에서 소비하는 전력이 일치하는 경우에 계통의 정전 시 전압과 주파수의 변화가 매우 미소하므로 단독운전 검출이 실패할 확률이 높아 단독운전 불검출영역(Non-Detection Zone)이 매우 넓게 존재하는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완한 기법이 능동적 기법인데 인버터의 출력전류에 임의의 미소한 외란을 인가하여 단독운전 발생 시 전압의 크기 또는 주파수의 변화를 유도하여 인버터의 발전량과 부하가 요구하는 전력량과의 평형상태를 깨뜨려 태양광 인버터를 정지시키는 기법이다. 이 기법은 수동적 기법에 비해 불검출영역을 크게 줄일 수 있고, 신속하게 단독운전을 검출할 수 있다. 기존 능동적 단독운전 방지기법 중 많이 사용되고 있는 능동 주파수 변이기법은 계통으로 연계하는 인버터의 출력 전류의 영교차점에 일정 크기의 데드타임을 인가하여 단독운전 발생 시 주파수가 지속적으로 증가하도록 하는 기법이다. 그러나 이 기법은 출력 전류에 왜곡을 인가함으로써 정상상태 시 주파수 외란 성분(cf : chopping fraction)의 크기에 따라 출력 전류의 THD(Total Harmonic Distortion)가 증가하게 된다. 국제 규격에 의하면 정격출력 시 출력 전류의 THD는 5% 이내로 제한되기 때문에 인가할 수 있는 주파수 외란 성분의 크기는 제한적이다. 따라서 이 기법은 주파수 외란 성분에 의해 계통으로 유입되는 전류의 파형을 의도적으로 왜곡시킴으로써 계통 유입 전류의 THD가 좋지 않고, 단독운전 불검출 영역이 넓게 존재하며, 검출 속도 또한 느린 단점을 가지고 있다.
본 논문에서는 단독운전 불검출영역을 줄이고, THD, 역률(PF : Power Factor)을 개선하며 단독운전 검출 속도 또한 향상 시킬 수 있는 새로운 단독운전 방지기법을 제안하였다. 제안된 방법의 검증을 위하여 단독운전 발생 시 단독운전을 검출하기 위한 최소 외란 주파수에 대한 값을 시뮬레이션을 통하여 제시하고 검증하였다. 또한 실제 제안하는 알고리즘을 3kW 계통연계형 태양광 인버터에 적용하고 실험을 통하여 인가하는 주파수에 따른 THD와 0.5초 이내의 단독운전을 검출하여 본 논문에서 제안한 방법의 유효성과 우수성을 검증하였다.
목차
목 차I. 서 론 11. 연구 배경 및 내용 12. 연구 목적 103. 논문 구성 11II. 계통연계형 태양광 발전 시스템 131. 계통연계형 태양광 발전 시스템 개요 132. 계통연계형 태양광 발전 시스템 구성 162.1 DC-DC 컨버터 172.2 DC-AC 인버터 182.3 PLL 21Ⅲ. 단독운전 251. 단독운전의 개요 251.1 단독운전의 정의 251.2 단독운전 불검출 영역(Non Detection Zone) 281.3 단독운전 시험 관련 규격 381.3.1 국내 규격 381.3.2 국제 규격 382. 단독운전 방지기법 432.1 수동적 기법 432.2 능동적 기법 47Ⅳ. 단독운전 방지기법 고찰 581. 제안한 기법의 개념 582. 제안한 기법의 전압과 전류 파형 603. 제안한 기법의 알고리즘 흐름도 73Ⅴ. 시뮬레이션 및 고찰 771. 시뮬레이션 배경 772. 시뮬레이션 조건 793. 기존 기법 및 제안한 기법 시뮬레이션 결과 82Ⅵ. 실험 및 고찰 941. 실험장치의 구성 942. 기존 기법 및 제안한 기법 실험결과 96Ⅶ. 결론 111참 고 문 헌 114ABSTRACT 122
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