계통연계형 전력 변환 시스템의 저전압 보상 제어

Abstract

본 논문은 풍력 발전 시스템, 태양광 발전 시스템, 에너지 저장 시스템(Energy storage system; ESS) 등의 계통연계형 전력 변환 시스템(Power conversion system; PCS)에서 계통 전압의 크기를 정확하게 검출하기 위한 여러가지 크기 검출 방법을 비교 및 분석한다. 또한, 검출된 계통 전압의 크기를 기반으로 계통 전압이 강하하는 경우에 시스템의 지속적인 운전을 위해 요구되는 저전압 보상(Low voltage ride through; LVRT) 제어 방법을 비교 및 분석한다. LVRT 제어는 주로 풍력 발전 시스템, 태양광 발전 시스템, ESS 등의 계통연계형 PCS를 포함하는 시스템에서 계통 전압이 강하하는 경우에 시스템을 안정적으로 구동하기 위해 사용되며, 이러한 시스템을 위한 계통연계 규정(Grid code) 기반의 LVRT 제어 방법이 활발하게 연구되었다. LVRT 제어 방법의 주요 목적은 풍력 및 태양광 등의 에너지 원과 관계없이 동일하며, 계통 전압이 강하하는 경우에 계통연계형 PCS를 이용하여 계통연계 규정에 따라 무효 전력을 계통 측으로 주입하는 것이다. 즉, 계통연계형 PCS를 포함하는 풍력 발전 시스템, 태양광 발전 시스템, ESS의 LVRT 제어 방법은 같은 목적을 가지며, 3상 계통 전압의 강하율에 따라 계통연계 규정을 기반으로 유효 및 무효 전류의 주입량을 결정한다. 하지만, 단방향 전력 전달 특징을 갖는 풍력 발전 시스템 및 태양광 발전 시스템과 달리, ESS는 양방향 전력 전달 특징을 갖는다. 따라서, ESS의 LVRT 제어 방법에서는 방전 및 충전 상태를 모두 고려해야 한다. 추가적으로, 본 논문에서는 ESS의 방전 및 충전 상태에서 LVRT 제어 시에 무효 전류의 위상에 따른 접속점(Point of common coupling; PCC) 전압의 변동을 분석한다. 시뮬레이션을 통해 계통연계형 PCS의 LVRT 제어 방법의 타당성을 검증하며, PCC 전압의 변동을 분석한다.