최근, 전 세계적으로 에너지 고갈과 기후변화 문제를 해결하기 위하여, 신재생에너지전원과 전기저장장치(energy storage system, ESS)의 설치가 매년 증가하고 있다. 특히, 전기저장장치는 신재생에너지전원의 출력 안정화, 수요관리, 전력품질 개선, 주파수조정 등 다양한 기능을 가지고 있어, 그 중요성이 점차 부각되고 있다. 하지만, 급격한 기후 변화로 인하여 낙뢰의 발생빈도가 증가하고 있으며, 이에 뇌 서지가 전력선과 각종 신호선 및 통신선과 같은 경로를 통해 입사되어 전기저장장치의 각종 제어전원장치의 오동작 및 파손이 발생되고 있다. 따라서, 본 논문에서는 뇌서지로부터 전기저장장치의 제어전원장치를 보호하기 위하여, 2-포트 서지보호장치의 설계 방안을 제시한다. 즉, 전력선을 통하여 입사되는 뇌전 자기 임펄스(lighting electro magnetic pulse, LEMP)로 부터 전기저장장 치를 보호하기 위하여, 국제 기준인 ‘IEC 62305-3 : 피뢰시스템 - 제3부 : 구조물의 물리적 손상 및 인명위험’ 과 ‘IEC 62305-4 : 피뢰시스템 - 제4 부 : 구조물 내부의 전기전자시스템’에서 뇌 보호 영역(Lightning Protection Zone, LPZ)의 개념을 바탕으로 2-포트 서지보호장치를 제안한 다. 또한, ‘KS C IEC 61643-11의 8.3.3 제한전압측정, 8.3.3.1 8/20㎲ 임펄스 전류로 잔류전압 측정’ 시험을 수행한 결과, 전원공급장치(Switching Mode Power Supply, SMPS)의 내성전압(1,200~,500V)보다 낮은 전압특성을 확인하여, 본 논문에서 제안한 서지보호장치(Surge Protective Device, SPD)의 설계 방안에 대한 유용성을 확인할 수 있었다.
Recently, installation of renewable energies and ESS(energy storage system) has been increased to solve energy depletion and crisis of climate change. Especially, the importance of ESS is emerging as its multiple functions such as frequency regulation, power quality improvement, demand management, stabilization of renewable energy, and so on. However, the frequency of lightning strike is increasing due to rapid climate change, and then lightning surge is induced through power line, control cables and communication line and finally it leads to malfunction and damage of control power devices in ESS. Therefore, this paper proposes a design method of a 2-port surge protection device to protect the control power supply of ESS from lightning surges. And also, this paper implements a surge protection device based on the proposed method. In other words, a 2-port surge protection device is designed and implemented based on the concept of LPZ(lightning protection zone) which is defined by the international standards “IEC 62305-3” and “IEC 62305-4”, in order to protect ESS from the LEMP(lightning electromagnetic pulse) through a power line. In addition, from the test results with combination and impulse wave according to “KS C IEC 61643-11”, it is confirmed that the proposed method is useful to keep residual voltage within 1.5[kV] of surge withstanding value.
제 1장 서론 1제 1절 연구의 배경 및 필요성 1제 2절 본 논문의 구성 3제 2장 ESS의 분류 및 뇌서지 보호특성 분석 5제 1절 전기저장자치(ESS)의 분류 51. 전기저장장치(ESS) 운용방식에 따른 분류 62. 전기저장장치(ESS) 용도별 분 73. 전기저장장치(ESS)의 연계 방식에 따른 분류 8가. 계통연계형 전기저장장치(ESS) 8나. 독립형 및 신재생에너지전원 연계형 전기저장장치(ESS) 9제 2절 뇌 보호 영역(LPZ) 정의 11제 3절 서지보호장치에 의한 보호협조 14제 3장 ESS의 제어전원용 2-포트 서지보호장치의 최적설계 방안 17제 1절 ESS 제어전원의 구성 17제 2절 2-포트 서지보호장치의 최적설계 방안 19제 4장 ESS 제어전원용 2-포트 서지보호장치 구현 21제 1절 2-포트 서지보호장치의 구성 21제 2절 2-포트 서지보호장치의 검증 24제 5장 시험 결과 및 분석 25제 1절 시험장치 구성 25제 2절 1-포트 서지보호장치의 제한전압 28제 3절 3등급 조합파 시험에 의한 제한전압 특성분석 29제 4절 2등급 임펄스파 시험에 의한 제한전압 특성분석 33제 6장 결론 37참고문헌 38본 논문과 관련된 투고논문 및 학술논문 40ABSTRACT 42