양극성 직류 배전망의 전압강하 보상 및 불평형 저감 대책에 관한 연구 :A study on countermeasure to compensate voltage drop and to mitigate voltage unbalance in bipolar LVDC system

정택현

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자료유형: 학위논문

저자정보: 정택현 (성균관대학교, 성균관대학교 일반대학원)

지도교수: 김철환

발행연도: 2015

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

양극성 직류 배전망의 전압강하 보상 및 불평형 저감 대책에 관한 연구

정택현 전자전기컴퓨터공 2015.01 학위논문

2014

양극성 저압직류배전 계통의 전압 불평형 저감 대책에 대한 연구

정택현 , 노철호 , 김두웅 외 4명 대한전기학회 학술대회 논문집 2014.07 학술대회자료

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전력변환기술의 발전과 에너지 문제에 대한 관심 증가로 교류 배전망을 대체하는 직류 배전망에 대한 관심과 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 직류 배전망에 관한 국내외 다양한 연구 및 실증에서 직류 배전망의 구현은 2선을 이용한 단극성 배전망 또는 3선을 이용한 양극성 배전망이 고려되고 있다. 양극성 배전망은 양극, 음극, 중성선을 통해 공급되며 중성선 접지를 통해 인체 안전성을 높이고, 다양한 전압을 공급할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 양극성 배전망에서는 각 극에 인가되는 부하량이 다를 경우 전압 불평형이 발생하며 이는 전압강하와 더불어 수용가 전압품질을 저하시키는 원인이 된다.
본 논문에서는 종래의 연구결과를 바탕으로 양극성 직류 배전망의 수용가에서 발생할 수 있는 전압강하 보상 및 전압 불평형 저감 대책에 대한 연구를 수행하였다. 기존의 교류 배전망에서는 선로에서 발생하는 전압강하를 보상하기 위해 송출전류만을 고려한 LDC(Line Drop Compensation) 방식을 통해 송출전압을 제어하였다. 본 논문에서는 중성선 전류에 의한 중성선 전위변동을 보상할 수 있는 NLDC(Neutral to Line Drop Compensation) 방식을 개발하였다. NLDC 기법의 적용을 위해 중성선 등가 임피던스를 포함한 전압조정 요소를 적용하였으며, 중성선 전류를 측정하여 중성선 전위변동을 보상하도록 하였다. 또한 송출전압의 불평형율을 측정하여 허용기준을 초과할 경우 전압조정 요소로부터 계산된 송출전압이 불평형율 기준을 만족하면서 전압강하를 보상하도록 제어하였다. 마지막으로 양극과 음극의 송출전압을 독립적으로 제어하는 밸런서를 모델링하여 각 극에 인가되는 부하량에 따라 송출전압을 제어하였다. 제안된 NLDC 방식 및 밸런서 제어는 EMTP/ATPDraw로 구현하였으며, 다양한 모의조건에서 개선사항을 검증하고 결과를 분석하였다.

#밸런서 #양극성 직류 배전망 #전압강하 #전압 불평형 #LDC

제 1장 서 론 1
1-1. 저압 직류 배전망에 대한 연구 현황 및 개선점 1
1-2. 기존 연구 2
1-3. 연구의 필요성 3
1-4. 연구내용 4
1-5. 논문의 구성 4
제 2장 양극성 직류 배전망의 전압품질 6
2-1. 양극성 직류 배전망의 특징 6
2-2. 배전망의 전압강하 8
가. 배전망의 구간 전압강하 8
나. 배전망의 부하 분포에 따른 전압강하 10
다. 배전망 전압유지 기준 12
2-3. 전압강하 보상 대책 13
가. 프로그램 조정방식 14
나. Line Drop Compensation을 이용한 송출전압 제어 15
다. LDC 방식의 전압조정 요소 결정 16
2-4. 전압 불평형 20
가. 양극성 직류 배전망의 전압 불평형 20
나. 배전망의 부하 및 전압 불평형율에 대한 규정 22
2-5. 전압 불평형 저감 대책 25
가. Dual-Buck 밸런서 25
나. Half-Bridge 밸런서 28
제 3장 중성선 전류를 고려한 NLDC 기법 개발 30
3-1. NLDC 기법의 전압조정 요소 결정 및 계산 31
가. 의사역행렬을 이용한 최소자승식 결정 32
나. Matlab을 이용한 전압조정 요소 계산 35
3-2. 전압 불평형율을 고려한 송출전압 결정 37
가. 전압 불평형율을 만족하는 송출전압 범위 37
나. 전압 불평형율 기준에 따른 송출전압 조정 39
3-3. 전압강하 보상 및 불평형 저감을 위한 송출전압 산정 알고리즘 개발 41
제 4장 NLDC 기법의 모델링 및 검증 43
4-1. 송출전압 제어 알고리즘 43
가. 최적 송출전압 계산 (Optimal Voltage Calculation) 45
나. 승압컨버터 제어 (Boost converter Control) 48
다. 밸런서 제어 (Balancer Control) 51
4-2. 모델링 및 결과 검증 54
가. 모의계통 54
나. 밸런서 전압제어 결과 56
제 5장 NLDC 기법 적용에 따른 저압직류 배전망 전압품질 분석 58
5-1. 방사상 형태의 양극성 직류 배전 모델 58
가. 모델 계통 및 모의 조건 59
5-2. 송출전압 제어방식에 따른 배전망 전압 측정 62
가. 전압강하 보상 모의 결과(Case 1∼4) 62
나. 전압 불평형율 저감 모의 결과(Case 5∼6) 66
다. 평가지표 측정 결과 69
라. 전압 불평형율 측정결과 73
5-3. IEEE 13 Node Test Feeder에서의 모의 결과 76
제 6장 결론 81
제 7장 참고문헌 83
Abstract 86

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