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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김재철
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 숭실대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수23
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환경 문제 및 연료 고갈 문제 해소를 위해 전 세계적으로 재생에너지 기반의 분산전원 용량이 증가하고 있는 추세이다. 국내에서는 재생에너지 3020 이행계획과 8차 전력수급계획에 의해 2030년까지 발전량 비중의 20%를 재생에너지로 구성 할 것을 목표로 삼고 있다. 정책 목표 달성을 위해서는 배전계통에 태양광 발전(Photovoltaic, PV)의 연계용량이 증가 할 것이다. 그러나 연계되는 분산전원 용량의 증가는 선로의 과전압 및 상시최대운전용량 초과와 같은 문제가 발생한다. 따라서 정책 목표 달성과 함께 안정적인 배전계통 운영을 위해서는 분산전원 연계 허용용량(Hosting Capacity) 개선 방안에 대한 연구가 필요하다.
분산전원 연계 허용용량 개선을 위해서는 분산전원 출력으로 인한 선로의 과전압 및 상시최대운전용량 초과 문제를 해소해야 한다. 기존 선로의 과전압 문제 해소를 위한 방안으로는 배전용변전소 주 변압기의 탭 제어, 선로전압조정장치(Step Voltage Regulator, SVR) 설치 방안이 있다. 기존 상시최대운전용량 초과 문제를 해소하기 위한 방안으로는 선로의 동적용량 평가, 분할연계율 증가 방안이 있다. 그러나 기존 방안들은 선로의 과전압 및 상시최대운전용량 문제를 효율적으로 해소하기 위한 방안들로 적합하지 않았다. 따라서 배전계통에 연계된 대부분의 분산전원은 인버터 기반의 태양광 발전이므로 스마트인버터 기능을 활용한 방안이 각광을 받고 있다.
스마트인버터의 전압-무효전력 기능은 연계점 전압에 따라 무효전력 출력 지령치를 제어하며 전압-유효전력 기능은 연계점 전압 에 따라 유효전력 출력 지령치를 제어한다. 기존 스마트인버터의 기능 설정과 관련되어 있는 연구들은 대부분 정해진 기본 설정 중 하나를 선택하여 적용함으로써 효과를 분석하는데 초점을 두었다. 기본 설정 중 하나를 선택하여 적용하는 기존 방안은 다양한 배전계통에 효율적인 적용이 어렵다. 뿐만 아니라 스마트인버터 기능 적용으로 인해 영향을 받는 다양한 요소들을 고려하지 않았다. 따라서 본 논문에서는 다양한 배전계통에 효율적인 적용을 위해 전압-무효전력 기능 및 전압-유효전력 기능을 유전 알고리즘을 활용하여 최적으로 설정하는 방안을 제안하였다. 본 논문에서 제안한 최적 설정 방안 과정에서는 최적으로 설정되는 매개변수 수, 기능 설정 업데이트 기간, 군집화(Clustering)를 활용한 기능 설정, 개선 요소 중요도를 고려함으로써 기존 방안들과 비교하였을 때 분산전원 연계 허용용량 개선 뿐 아니라 시스템 성능, 분산전원 출력 감소 억제에 대한 효과가 있다. 본 논문에서 제안한 스마트인버터 기능 최적 설정 알고리즘은 준 정적 시계열(Quasi-Static Time-Series) 시뮬레이션인 OpenDSS와 Matlab을 활용하여 효과를 검증하였다.
분산전원 연계 허용용량 개선을 위해서는 분산전원 출력으로 인한 선로의 과전압 및 상시최대운전용량 초과 문제를 해소해야 한다. 기존 선로의 과전압 문제 해소를 위한 방안으로는 배전용변전소 주 변압기의 탭 제어, 선로전압조정장치(Step Voltage Regulator, SVR) 설치 방안이 있다. 기존 상시최대운전용량 초과 문제를 해소하기 위한 방안으로는 선로의 동적용량 평가, 분할연계율 증가 방안이 있다. 그러나 기존 방안들은 선로의 과전압 및 상시최대운전용량 문제를 효율적으로 해소하기 위한 방안들로 적합하지 않았다. 따라서 배전계통에 연계된 대부분의 분산전원은 인버터 기반의 태양광 발전이므로 스마트인버터 기능을 활용한 방안이 각광을 받고 있다.
스마트인버터의 전압-무효전력 기능은 연계점 전압에 따라 무효전력 출력 지령치를 제어하며 전압-유효전력 기능은 연계점 전압 에 따라 유효전력 출력 지령치를 제어한다. 기존 스마트인버터의 기능 설정과 관련되어 있는 연구들은 대부분 정해진 기본 설정 중 하나를 선택하여 적용함으로써 효과를 분석하는데 초점을 두었다. 기본 설정 중 하나를 선택하여 적용하는 기존 방안은 다양한 배전계통에 효율적인 적용이 어렵다. 뿐만 아니라 스마트인버터 기능 적용으로 인해 영향을 받는 다양한 요소들을 고려하지 않았다. 따라서 본 논문에서는 다양한 배전계통에 효율적인 적용을 위해 전압-무효전력 기능 및 전압-유효전력 기능을 유전 알고리즘을 활용하여 최적으로 설정하는 방안을 제안하였다. 본 논문에서 제안한 최적 설정 방안 과정에서는 최적으로 설정되는 매개변수 수, 기능 설정 업데이트 기간, 군집화(Clustering)를 활용한 기능 설정, 개선 요소 중요도를 고려함으로써 기존 방안들과 비교하였을 때 분산전원 연계 허용용량 개선 뿐 아니라 시스템 성능, 분산전원 출력 감소 억제에 대한 효과가 있다. 본 논문에서 제안한 스마트인버터 기능 최적 설정 알고리즘은 준 정적 시계열(Quasi-Static Time-Series) 시뮬레이션인 OpenDSS와 Matlab을 활용하여 효과를 검증하였다.
목차
국문초록 ix영문초록 xi제 1 장 서 론 11.1 연구배경 및 필요성 11.2 기존 연구 동향 31.3 논문의 구성 7제 2 장 분산전원 연계 허용용량 개선 방안 82.1 분산전원 연계 허용용량 82.1.1 분산전원 연계 증가로 인한 선로의 과전압 문제 102.1.2 분산전원 연계로 인한 상시최대운전용량 초과 문제 142.2 선로의 과전압 문제 해소를 위한 기존 방안 192.2.1 배전용변전소 주 변압기의 탭 제어 192.2.2 선로전압조정장치 설치 212.3 상시최대운전용량 초과 문제 해소를 위한 기존 방안 232.3.1 동적용량 평가 232.3.2 분할연계율 증가 262.4 스마트인버터를 활용한 분산전원 연계 허용용량 개선 방안 302.4.1 전압-무효전력 기능 312.4.2 전압-유효전력 기능 33제 3 장 제안한 스마트인버터 기능 최적 설정 알고리즘 353.1 스마트인버터 기능 최적 설정을 위한 유전 알고리즘 353.2 전압-무효전력 기능 최적 설정 알고리즘 373.2.1 최적 설정되는 기능의 매개변수 413.2.2 설정된 기능의 업데이트 기간 423.2.3 군집화를 활용한 기능 설정 433.2.4 개선 요소의 중요도를 고려한 기능 설정 453.3 전압-유효전력 기능 최적 설정 알고리즘 463.4 목적함수 및 제약조건 513.4.1 전압-무효전력 기능 최적 설정의 목적함수 및 제약조건 513.4.2 전압-유효전력 기능 최적 설정의 목적함수 및 제약조건 55제 4 장 제안한 기능 최적 설정 알고리즘 검증을 위한 사례 연구 574.1 알고리즘 효과 검증을 위한 배전계통 테스트 모델 574.2 전압-무효전력 기능 최적 설정 알고리즘 효과 검증 614.2.1 최적 설정되는 기능의 매개변수 수에 따른 효과 검증 614.2.2 기능 최적 설정 업데이트 기간에 따른 효과 검증 674.2.3 군집화를 활용한 기능 최적 설정에 따른 효과 검증 734.2.4 개선 요소의 중요도를 고려한 기능 최적 설정에 따른 효과 검증 814.3 전압-유효전력 기능 최적 설정 알고리즘 효과 검증 88제 5 장 결 론 93참고문헌 95List of Nomenclatures 109
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