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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 노대석
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 한국기술교육대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2023
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최근, 전기자동차의 보급에 따라 발생하는 폐배터리 처리 문제를 해결하기 위하여, 전기자동차의 폐배터리를 재활용한 이동형 Sharing용ESS 서비스 실증사업이 활발하게 진행되고 있다. 여기서, 폐배터리를이용한 Sharing용 ESS 서비스는 전력사용량 편차가 큰 중소건물(또는사업장)들이 ESS를 공유하여, 필요한 시기에 ESS의 충·방전 운전을 통해 고객에게 전력사용량의 요금절감 효과를 제공하고, 전력계통 수요의안정화에 기여할 목적으로 도입된 개념이다. 하지만, 이런 비지니스모델을 상용화하기 위해서는 이동하며 빈번하게 계통에 연계되는 Sharing용ESS의 특성상, ESS설비와 작업자에 대한 안전성의 확보가 필수적으로요구되고 있다.
또한, 2023년 4월 까지 총 40건의 ESS의 화재사고가 보고되고 있으며, 이에 따라 정부는 사고조사를 시행하여 화재사고에 대한 원인을 추정한 결과, 그중에서 전기적 위해요인으로 공통모드전압(CMV: common
mode voltage)이 주요 원인 중 하나로 평가되고 있다. 이러한 CMV는ESS의 배터리 측 절연레벨에 심각한 악영향을 줄 가능성이 있으므로,
Sharing용 ESS의 안전성을 확보하기 위하여, 운용 시 발생할 수 있는CMV 현상에 대해 정확한 분석이 요구된다.
따라서, 본 논문에서는 Sharing용 ESS를 대상으로 IGBT 스위칭, 보호기기 동작, 연계용 변압기의 결선방식, 연계용 변압기의 외함접지 및뇌서지에 의한 CMV의 발생 메커니즘을 제시한다. 이를 바탕으로, 배전
계통 상용해석 프로그램인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 수용가의 수‧배전설비부, PCS부, 배터리부, 연계용 변압기부, 뇌서지발생 장치부 등으로 구성된 Sharing용 ESS의 CMV 모델링을 수행하고, 각 CMV 발생메커니즘에 따른 CMV 특성을 평가한다. 또한, 상기에서 제시한 메커니즘과 모델링을 바탕으로 시뮬레이션을 수행한 결과, Sharing용 ESS의PCS에 설치된 IGBT와 방열판 사이의 기생커패시턴스가 증가할수록IGBT 스위칭에 의한 CMV의 크기가 증가하는 것을 알 수 있고, 사고전류의 차단을 위하여 설치된 배터리측의 보호기기가 동작하면, 매우 큰CMV가 서지 형태로 발생하므로, ESS 구성품의 절연을 파괴할 가능성이 있음을 알 수 있다.
한편, 연계용 변압기 2차측의 결선방식이 △결선일 경우, CMV의 크기는 전기설비기준의 절연레벨을 만족하지만, 연계용 변압기 2차측의 결선방식이 Y결선일 경우, CMV의 크기가 한국전기설비규정의 절연레벨을 초과하여 배터리측의 절연레벨에 악영향을 미칠 수 있음을 알 수 있다. 또한, 연계변압기의 외함접지를 고려할 경우, 외함접지를 고려하지않은 경우보다 CMV가 약 16배 정도 더 크게 발생함을 알 수 있고, 높은 뇌서지에 장기간 노출될 경우, 배터리측의 절연성능에 악영향을 줄가능성이 있음을 알 수 있다.
또한, 2023년 4월 까지 총 40건의 ESS의 화재사고가 보고되고 있으며, 이에 따라 정부는 사고조사를 시행하여 화재사고에 대한 원인을 추정한 결과, 그중에서 전기적 위해요인으로 공통모드전압(CMV: common
mode voltage)이 주요 원인 중 하나로 평가되고 있다. 이러한 CMV는ESS의 배터리 측 절연레벨에 심각한 악영향을 줄 가능성이 있으므로,
Sharing용 ESS의 안전성을 확보하기 위하여, 운용 시 발생할 수 있는CMV 현상에 대해 정확한 분석이 요구된다.
따라서, 본 논문에서는 Sharing용 ESS를 대상으로 IGBT 스위칭, 보호기기 동작, 연계용 변압기의 결선방식, 연계용 변압기의 외함접지 및뇌서지에 의한 CMV의 발생 메커니즘을 제시한다. 이를 바탕으로, 배전
계통 상용해석 프로그램인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 수용가의 수‧배전설비부, PCS부, 배터리부, 연계용 변압기부, 뇌서지발생 장치부 등으로 구성된 Sharing용 ESS의 CMV 모델링을 수행하고, 각 CMV 발생메커니즘에 따른 CMV 특성을 평가한다. 또한, 상기에서 제시한 메커니즘과 모델링을 바탕으로 시뮬레이션을 수행한 결과, Sharing용 ESS의PCS에 설치된 IGBT와 방열판 사이의 기생커패시턴스가 증가할수록IGBT 스위칭에 의한 CMV의 크기가 증가하는 것을 알 수 있고, 사고전류의 차단을 위하여 설치된 배터리측의 보호기기가 동작하면, 매우 큰CMV가 서지 형태로 발생하므로, ESS 구성품의 절연을 파괴할 가능성이 있음을 알 수 있다.
한편, 연계용 변압기 2차측의 결선방식이 △결선일 경우, CMV의 크기는 전기설비기준의 절연레벨을 만족하지만, 연계용 변압기 2차측의 결선방식이 Y결선일 경우, CMV의 크기가 한국전기설비규정의 절연레벨을 초과하여 배터리측의 절연레벨에 악영향을 미칠 수 있음을 알 수 있다. 또한, 연계변압기의 외함접지를 고려할 경우, 외함접지를 고려하지않은 경우보다 CMV가 약 16배 정도 더 크게 발생함을 알 수 있고, 높은 뇌서지에 장기간 노출될 경우, 배터리측의 절연성능에 악영향을 줄가능성이 있음을 알 수 있다.
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