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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김재철
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 숭실대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
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최근 온실가스 증가로 인한 지구 온난화와 화석 에너지의 고갈이 사회적 이슈로 자리매김하고 있는 가운데 영구적이고 안정적인 신재생 에너지가 화석 에너지 고갈의 해결 방안으로써 주목받고 있다. 그러나 전기에너지로 변환하기 위한 신재생 에너지원은 전력 수요지와 멀리 떨어져 있거나 해양지역에 위치하고 있는 경우가 많아 장거리 송전과 전력 조류제어에 유리한 고전압 직류 송전이 신재생에너지와 더불어 많은 관심과 연구대상으로 떠오르고 있다. 그 중 전압형 컨버터 기반의 고전압 직류송전은 무효 전력과 유효전력의 독립적인 제어가 가능하고 출력 전압에 포함된 고조파 성분이 스위치 주파수 대역에서 나타난다. 이러한 특징 때문에 필터의 용량과 물리적인 크기를 줄일 수 있어 신재생 에너지를 이용한 발전 시스템을 기존의 계통과 연결시킬 수 있는 적절한 방안으로 고려되고 있다.
신재생 에너지를 이용한 발전시스템의 용량증가와 지속적인 전력 수요 증가로 인해 VSC HVDC 시스템 용량의 증가가 요구되고 있으며, 이에 따른 VSC HVDC의 AC측과 DC측의 정격 전압 증가와 출력 전압의 품질 향상은 불가피하다. 따라서 구형파의 폭만을 조절하여 전압을 제어하는 2 Level VSC 방식에서 모듈을 직렬로 연결하여 스위치에 인가되는 전압을 감소시켜 시스템의 총 정격 전압을 높이고, 출력 전압에 단계를 만들어 정현파에 근접한 전압파형을 출력 시키는 Modular Multilevel Converter (MMC)기반의 HVDC가 대안 책으로써 연구가 활발하게 진행 되고 있다.
MMC HVDC의 용량이 증가함에 따라 연계된 계통에서 사고 발생 시 HVDC는 계통에서 분리되지 않고 전력을 공급함으로써 계통의 안정적인 운영에 기여해야 한다. 특히, 일시적인 사고일 가능성이 큰 불 평형 고장 또는 전압 강하가 발생할 경우 역상전류 제어를 통해 출력 전류의 평형을 유지시키고 크기를 제한한다. 또한, 고장 제거 시 신속하게 정상상태로 복귀하는 동작이 요구된다. 하지만 고장이 유지되는 동안에 전압 강하와 전류제한으로 인하여 HVDC DC측의 입?출력 전력이 균형을 잃게 되어 DC측의 전압이 상승하는 현상이 발생한다.
본 논문은 MMC-HVDC를 과도해석 프로그램인 PSCAD-EMTDC를 이용한 모델 구현과 계통에서 발생 가능한 외란을 모의하고 DC측 전압이 상승할 수 있는 경우를 모의하였다. 또한 고장 상태에서 DC측 전압 상승을 억제하기 위한 제어 전략 알고리즘을 제시하였으며, 그 타당성을 가상 시나리오와 시뮬레이션을 이용한 모의실험을 통하여 검증하였다.
신재생 에너지를 이용한 발전시스템의 용량증가와 지속적인 전력 수요 증가로 인해 VSC HVDC 시스템 용량의 증가가 요구되고 있으며, 이에 따른 VSC HVDC의 AC측과 DC측의 정격 전압 증가와 출력 전압의 품질 향상은 불가피하다. 따라서 구형파의 폭만을 조절하여 전압을 제어하는 2 Level VSC 방식에서 모듈을 직렬로 연결하여 스위치에 인가되는 전압을 감소시켜 시스템의 총 정격 전압을 높이고, 출력 전압에 단계를 만들어 정현파에 근접한 전압파형을 출력 시키는 Modular Multilevel Converter (MMC)기반의 HVDC가 대안 책으로써 연구가 활발하게 진행 되고 있다.
MMC HVDC의 용량이 증가함에 따라 연계된 계통에서 사고 발생 시 HVDC는 계통에서 분리되지 않고 전력을 공급함으로써 계통의 안정적인 운영에 기여해야 한다. 특히, 일시적인 사고일 가능성이 큰 불 평형 고장 또는 전압 강하가 발생할 경우 역상전류 제어를 통해 출력 전류의 평형을 유지시키고 크기를 제한한다. 또한, 고장 제거 시 신속하게 정상상태로 복귀하는 동작이 요구된다. 하지만 고장이 유지되는 동안에 전압 강하와 전류제한으로 인하여 HVDC DC측의 입?출력 전력이 균형을 잃게 되어 DC측의 전압이 상승하는 현상이 발생한다.
본 논문은 MMC-HVDC를 과도해석 프로그램인 PSCAD-EMTDC를 이용한 모델 구현과 계통에서 발생 가능한 외란을 모의하고 DC측 전압이 상승할 수 있는 경우를 모의하였다. 또한 고장 상태에서 DC측 전압 상승을 억제하기 위한 제어 전략 알고리즘을 제시하였으며, 그 타당성을 가상 시나리오와 시뮬레이션을 이용한 모의실험을 통하여 검증하였다.
목차
목 차국문초록 ⅵ영문초록 ⅷ제 1 장 서론 11.1 연구 배경 및 동향 11.2 논문의 구성 4제 2 장 MMC HVDC 시스템 제어 52.1 VSC HVDC 52.1.1 2-Level VSC 62.1.2 좌표변환 82.2 MMC HVDC 102.2.1 MMC HVDC 구성 102.2.2 MMC의 출력 전압 122.2.3 전류 제어기 152.2.3.1 정상전류 제어기 192.2.3.2 역상전류 제어기 232.2.4 DC측 전압 제어기 242.2.5 SM(Sub Module)의 커패시터 전압 균형 27제 3 장 DC측 전압 상승 억제 알고리즘 303.1 불 평형 사고 시 MMC HVDC의 응답분석 303.2 DC측 전압 상승 현상 333.3 불 평형 고장 시 DC 전압 제어 알고리즘 37제 4 장 시뮬레이션 결과 414.1 시뮬레이션 구성 414.2 단상 지락사고 434.3 2상 지락사고 49제 5 장 결 론 49참고문헌 50
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