저압 계통의 분산형 동기발전기 과도안정도 향상을 위한 에너지 저장 장치 전압 반응 출력 제어에 관한 연구

Abstract

우리나라는 과거 급속한 경제성장 과정을 거치는 동안, 값싸고 안정적인 전력 공급을 위해 대규모 중앙 집중형 발전시설 위주로 개발되었다. 하지만 근래에는 주민 수용성 및 환경 문제로 인해 이러한 기존 정책의 한계점에 봉착하고 있으며, 그 대안으로 분산형 발전 시스템이 도입이 추진되고 있다. 분산형 전원에서 큰 비중을 차지하는 열병합 발전 시설 등의 분산형 동기발전기는 낮은 관성 계수 및 배전 계통의 느린 고장 제거 시간으로 인해 과도안정도에 취약할 수 있다는 문제점이 제기되고 있다. 기존에는 전체 발전량 대비 분산형 동기발전기의 비중이 낮았기 때문에 이에 대한 논의가 많지 않았으나, 분산형 전원 시스템 도입 확대를 위해서는 과도안정도 문제에 대한 대책을 확보하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 분산형 동기발전기 및 에너지 저장 장치가 혼재하는 배전 계통에서 에너지 저장 장치의 제어 기법에 따른 분산형 동기발전기의 과도안정도 영향을 확인한다. 그리고 Q-f 드룹 제어기를 기반으로 배전 계통 사고 시의 전압 강하 효과를 고려한 전압 반응 출력 제어 알고리즘을 제안한다. 추가 제어 알고리즘은 평시에는 일반적인 Q-f 드룹 제어기와 동일하게 작동하지만, 계통 사고에 따른 이상 전압이 감지되면 순간적으로 에너지 저장 장치의 무효전력 출력을 증가시켜 분산형 동기발전기의 탈조를 억제하며, 이후 고장이 복구되고 전압이 회복되면 다시 원래의 출력값으로 복귀하게 된다. 이러한 에너지 저장 장치의 추가적인 출력 제어를 통해 분산형 동기발전기의 과도안정도가 개선되는 효과를 확인하며, MATLAB 시뮬레이션을 통해 그 결과를 검증한다.