시스템 안정도를 고려한 직류 배전 시스템 설계기법 연구

Abstract

최근 환경오염, 자원고갈, 기후변화, 지구온난화 등의 환경문제가 대두됨에 따라 신재생에너지의 사용이 증가하고, 신재생 에너지 시스템이 구축된 배전 시스템의 효율적인 구성과 운영이 필요함에 따라 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 직류배전 시스템은 신재생 에너지와 연계되어 전체 시스템의 효율을 증가시킬 수 있는 가능성을 바탕으로, 교류 배전의 대안으로 제시되고 있으며 데이터 센터를 시작으로 주거 건물까지 그 연구범위가 확대되고 있다[1,6,13,17]. 직류 배전 시스템은 계통으로부터 공급되는 교류전원을 건물내부에서 직류전원으로 변환하고, 내부 시스템에서 직류 배선을 통해 부하와 분산 전원시스템 사이에 직류 전력을 주고 받는다. 이러한 전력전달 구조는 전원 시스템과 부하 사이의 전력 변환 과정을 감소시켜 시스템의 에너지 효율 향상을 꾀할 수 있다. 본 논문에서는 부하 변동과 사고 상황에 따른 직류 배전 시스템의 배전 전압 변동을 관찰하고 배전전압의 안정성(Stability)이 전체 시스템의 동작에 미치는 영향을 분석한다. 직류 배전 시스템의 경우, 교류 배전 시스템과 달리 분전반의 교류/직류 전력변환장치의 유한한 출력 임피던스 특성에 의해 전체 건물 내부의 배전라인이 영향을 받게 되기 때문에, 고품질의 전력을 공급하기 위해서는 시스템 설계에 있어서 시스템 구성 요소간의 임피던스 상호작용(Interaction) 및 사고(Fault)에 대한 분석이 필수적이다. 본 논문에서는 직류 배전 시스템의 배전 전압에 영향을 미치는 시스템 요소를 파악하기 위해, 하나의 소스단 전력변환기(Pre-Regulator)와 서로 다른 부하 타입의 전력변환기를 연결하여 시스템을 구성하고 부하변동과 사고 상황을 가정하여 배전 라인의 전압변동을 살펴본다. 이를 통해 직류 배전 시스템 구현 시 일어날 수 있는 문제점을 분석하고, 배전 라인이 안정적으로 구성될 수 있는 설계 요소와 기준, 설계 가이드를 제시한다.

주요어 : 직류 배전 시스템, 배전 라인, 안정성