배터리 에너지 저장장치 기반 독립형 마이크로그리드 전압 및 주파수 제어전략 :Voltage and Frequency Control Strategy of Battery Energy Storage System for a Stand-alone Microgrid

김상혁

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김상혁 (국민대학교, 國民大學敎一般大學院)

지도교수: 정일엽

발행연도: 2015

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

배터리 에너지 저장장치를 이용한 독립형 마이크로그리드의 전압 및 주파수 제어

김상혁 , 정일엽 , 이학주 외 1명 전기학회논문지 2015.08 학술저널

배터리 에너지 저장장치 기반 독립형 마이크로그리드 전압 및 주파수 제어전략

김상혁 電子工學科 2015.01 학위논문

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상용전력의 공급이 어려운 도서지역이나 산간지역은 소규모 독립 전력계통을 운용을 통해 전력을 공급하고 있다. 그러나 대부분의 독립 전력계통은 디젤 발전기에 의존하고 있기 때문에 고가 연료 사용으로 인한 전력공급 원가가 높고, 화석연료 연소로 인한 이산화탄소 배출문제로 인해 많은 제약을 받고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 배터리 에너지 저장장치(BESS, Battery Energy Storage System)와 신재생 에너지(태양광 발전, 풍력 발전)를 이용한 전력생산을 통해 발전원가 절감 및 온실가스 감축을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 섬 계통의 전압과 주파수를 제어하기 위해 디젤 발전기를 주 전원으로 이용한다는 점에서 여전히 한계를 드러내고 있다. 현재 전라남도 가사도에서는 앞선 이러한 문제를 해결하기 위하여 KEPCO 주관으로 BESS를 주 전원으로 하는 독립형 마이크로그리드 실증사이트를 구축하고 있다. 실증사이트는 태양광 발전과 풍력 발전을 통해 대부분의 에너지를 공급하는 에너지 자립 섬을 목표로 하고 있다. 실증사이트의 전압 및 주파수는 BESS를 통해 정전압 정주파수로 제어되고 별도의 관리시스템을 통해 운영된다.
현재 BESS를 주 전원으로 하는 독립형 마이크로그리드에 대한 사례가 없기 때문에 전력을 안정적으로 공급하기 위한 용량설계 및 전압 및 주파수 제어기법에 대한 검토가 요구된다. 본 논문에서는 대상 계통의 기후 및 부하량에 적합한 분산전원의 용량을 설계하였다. 또한, 독립형 마이크로그리드의 전압 및 주파수 제어에 대한 신뢰성 확보를 위해 독립형 마이크로그리드 제어전략을 제안하고 시뮬레이션 모델을 개발하고 다양한 운전시나리오에 따른 전압 및 주파수에 대한 검증작업을 수행하였다.

국문요약 ……………………………………………………………………… ⅲ
Ⅰ. 서 론 ……………………………………………………………… 1
1.1 연구배경 ……………………………………………………………… 1
Ⅱ. 독립형 마이크로그리드 분산전원 모델 개발 ………………………… 6
2.1 배터리 시스템 모델링 ……………………………………………… 6
2.2 디젤 발전기 모델링 ………………………………………………… 7
2.3 태양광 발전기 모델링 ……………………………………………… 10
2.4 풍력 발전기 모델링 ………………………………………………… 12
Ⅲ. 독립형 마이크로그리드 분산전원 용량설계 ………………………… 15
3.1 풍력발전 발전량 추정 ……………………………………………… 15
3.2 태양광발전 발전량 추정 ……………………………………………16
3.3 BESS SOC 산정기법 ………………………………………………… 17
3.4 분산전원 용량선정 기법 …………………………………………… 18
3.5 보조 분산전원 용량선정 …………………………………………… 22
3.6 가사도 독립형 마이크로그리드 분산전원 용량선정 …………… 24
3.7 설계용량 시뮬레이션 검증 ………………………………………… 27
Ⅳ. 독립형 마이크로그리드 전압/주파수 제어전략 …………………… 30
4.1 전압/주파수 제어전략 ……………………………………………… 30
4.2 BESS - 디젤 발전기 병렬운전 …………………………………… 34
4.3 BESS ? 신재생 발전기 연계운전 ………………………………… 39
Ⅴ. 독립형 마이크로그리드 돌입·고장 전류 문제개선 ……………… 44
5.1 목 적 ………………………………………………………………… 44
5.2 독립형 마이크로그리드 돌입전류 ………………………………… 44
5.2.1 돌입전류 발생원리 ………………………………………………… 44
5.2.2 돌입전류 해석 ……………………………………………………… 46
5.2.2 돌입전류 완화기법 ………………………………………………… 47
5.3 독립형 마이크로그리드 고장전류 해석 ………………………… 49
5.4 독립형 마이크로그리드 보호협조방안 …………………………… 50
Ⅵ. 결 론 ……………………………………………………………………… 53
Ⅶ. 향후 계획…………………………………………………………………… 54
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