<C5C2BEE7BFA1B3CAC1F6C7D0C8B B1C732C8A3292DC3D6C1BEBABB2E687770>

Size: px

Start display at page:

Download "<C5C2BEE7BFA1B3CAC1F6C7D0C8B B1C732C8A3292DC3D6C1BEBABB2E687770>"

태임 염
6 years ago
Views:

1 [ 논문 ] 한국태양에너지학회논문집 Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 26, No. 2, 26 Abstract 제주행원풍력발전단지의전압품질및연계기준적합성분석 김세호 *, 김일환 **, 허종철 *** * 제주대학교전기전자공학부 (hosk@cheju.ac.kr), ** 제주대학교전기전자공학부 (ehkim@cheju.ac.kr), *** 제주대학교기계에너지시스템공학부 (jchuh@kses.re.kr) Voltage Quality and Network Interconnection Standard Suitability in Jeju-Hangwon Wind Power Generation Farm Kim, Se-Ho*, Kim, Eel-Hwan**, Huh, Jonhg-Chul*** *Faculty of Electrical & E;ectronic Eng. Cheju National University(hosk@cheju.ac.kr), **Faculty of Electrical & E;ectronic Eng. Cheju National University(ehkim@cheju.ac.kr), ***Faculty of Mechanical & Energy System Eng., Cheju National University(jchuh@kses.re.kr) The number of wind generation installations are growing substantially in Jeju, Korea. Many of these installations are significant in size and directly connected to the distribution system. Utility grid interconnection standards for interconnecting non-utility distributed generation systems are essential to both power system company and generation company. These interconnection standards are important to utilities, customers, wind generation manufactures and nation. In this paper, it is investigated the voltage quality and the suitability of Jeju-Hangwon wind power generation farm by network interconnection technology standard. Keywards : 풍력발전 (Wind power generation), 계통연계기술기준 (network interconnection technology standard), 고조파 (harmonic), 전압변동 (voltage variation), 역률 (power factor) 1. 서론 분산전원의계통연계에따라예상되는전기이용 고객들의전력품질저하와신뢰도저하에대한불 안을없애고발전사업자에게는명확한기술검토기준을제공하기위한분산전원계통연계기준 ( 안 ) 이제정되기에이르렀다 [1-3]. 제주지역에는현재제주도청에서조성한 1MW 접수일자 :26 년 4 월 25 일, 심사완료일자 :26 년 5 월 25 일 Journal of the korean Solar Energy Society Vol. 26, No. 2, 26 53

2 김세호외 / 제주행원풍력발전단지의전압품질및연계기준적합성분석 의행원풍력발전단지와 ( 주 ) 남부발전에서조성한 6MW의한경풍력발전단지가있으며연평균전력량기준으로 1% 를약간상회하고있다. 대체에너지이용발전가격의차액보존제도와제주도의풍속자원에대한우수성으로향후제주도에는대규모의풍력발전설비증설이계획되어있어풍력발전시스템의출력이계통연계기술기준에적합한지를판단해야하는중요한시점이되었다. 논문에서는풍력발전시스템의출력인전압품질에대해전압변동, 송출전압유지범위, 전류고조파, 역률등이풍력발전계통연계기준에적합한지분석하고자한다. 2. 계통연계기술기준 [1] 2.1 연계의구분풍력발전설비를전력계통에연계하고자할경우, 공공인축과설비의안전, 전력공급신뢰도및전력품질을확보하기위한기술적인제반조건이우선충족되어야하며, 계통에연계할수있는발전설비용량은다음과같이권장한다. 가 ) 풍력발전설비의사업장마다전력용량 ( 수전전력의용량또는계통연계에관련된풍력발전설비의출력용량중어느큰쪽을말한다. 이하같다.) 이원칙적으로 1kW미만인풍력발전설빈공통사항과저압배전선로연계에정해진기술조건을만족시키는경우저압배전선과연계할수있다. 1 단상 V : 5kW까지 2 3상 38V : 15kW까지 3 저압전용선로 : 15kW초과 1kW미만나 ) 공통사항과저압배전선로연계에정해진기술조건을만족시키는경우, 3,kW까지는풍력발전설비를특고압배전선로에연계할수있다. 또이경우, 전용선로로연계할수있는풍력발전설비출력용량은원칙적으로풍력발전사업장마다 1,kW미만으로한다. 다 ) 원칙적으로 154kV이상의송전선로와연계 하는경우, [ 송전용전기설비이용규정 ] 에따른다. 2.2 협의및기술기준해석이기술기준은계통연계에필요한기술조건의표준적인지표이며, 실제연계시풍력발전설비의설치자와한국전력공사는성의있게협의하여야한다. 본기술기준을적용하면서불분명한사항이발생할경우, IEEE Standard 1547등을참고로하여한국전력공사의판단에따른다. 2.3 연계기술기준가 ) 전력품질 1 직류주입한계풍력발전설비는전력계통연계지점에서, 정격최대전류의.5% 이상인직류전류를전력계통으로주입하여서는안된다. 2 역률가역조류가없을경우, 풍력발전설비설치자의수전점역률은원칙적으로 9% 이상으로유지한다. 나역조류가있는경우, 풍력발전설비설치자의수전점역률은원칙적으로 9% 이상으로유지하며, 전압상승을방지하기위하여불가피한경우에는수전점역률을 8% 까지제어할수있다. 3 플리커풍력발전설비의빈번한출력변동과빈번한병렬분리에의한플리커가혹도지수는, 전력계통연계지점에서, 단시간 (1분) Epsti 는.35 이하로, 장시간 (2시간) Eplti 는.25 이하로제한시켜야한다. Epsti.35 Eplti.25 4 고조파전류 고조파차수비율 (%) h<11 11 h <17 17 h < h h TDD 한국태양에너지학회논문집 Vol. 26, No. 2, 26

3 풍력발전설비로부터전력계통에유입되는고조파전류는, 1분평균한 4차까지의종합전류왜형률이 5% 를초과하지않도록각차수별로제어하여야한다. 가풍력발전을제외한국부연계계통이 1년중 15분최대부하전류, 또는 ( 풍력발전기와계통연계점사이에변압기가있을경우이변압기를통과하는 ) 풍력발전정격전류용량중큰값에대한고조파전류의비율이위표의값이하이어야한다. 나짝수고조파는위의각구간별로홀수고조파의 25% 이하로한다. 나 ) 전압변동 1 풍력발전설비의연계로인한특고압계통의상시전압변동 (1분평균값 ) 은 2 % 이하, 순시전압변동 (2초이하 ) 은 2 % 이하로한다. 2 풍력발전설비의빈번한출력변동과빈번한병렬분리에의한전압변동으로인하여, 특고압계통의상시전압이한국전력공사의 [ 변전소송출전압유지기준 ] 에의한선로별공급전압변동범위인 (.5kV ~.4kV ) 와 (.8kV ~.7kV ) 를벗어날우려가있을때는, 풍력발전설비의설치자가출력전압을조정하고, 출력전압의변동을억제하면, 병렬분리의빈도를저감하는대책을실시한다. 또한이로써도대응할수없을경우에는풍력발전설비의설치자가한류리액터등을설치하거나, 배전선로를증강하건, 전용선로로연계하거나, 단락용량이큰상위전압의계통에연계한다. 3 동기발전기를이용하는경우제동권선을설치 ( 제동권선과동등이상의난조방지효과를갖춘동기발전기를포함한다.) 함과동시에자동동기검정장치를설치한다. 3. 전력품질분석 5kW 1기, 6kW 2기, 66kW 7기, 75kW 5기등총 15기 ( 용량 9,795kW) 의풍력발전시스템으로구성된행원풍력발전단지는긍장.6km의전용선로 ( 풍력 D/L) 로성산변전소에연계되어있다. 풍력발전단지가변전소모선의전압에미치는영향을분석하기위해성산변전소구내의풍력 D/L 과다른변압기뱅크에속해있는 D/L의인출점에계측장비를설치하여지속적으로데이터를취득하였다. 계측장치는 ( 주 ) 피에스디테크의 PQM(Power Quality Monitoring) 장비로서데이터취득은 1 초마다컴퓨터에저장되도록하였으며순시정전이나순간전압강하, 순간전압상승등전기품질의이상징후발생시에는이벤트로서저장이된다. 전기품질에대해전압변동, 송출전압유지범위, 전압고조파, 전류고조파, 역률등을풍력발전계통연계기준에적합한지분석하였다. 3.1 전압변동성산변전소의두군데 D/L 인출점에서취득한데이터를이용하여모선의상시전압이한국전력공사의변전소송출전압유지기준에의한선로별공급전압변동범위인 (.5kV ~.4kV ) 와 (.8 kv ~.7kV ) 를유지하고있는지를알아보기위하여출력변동이심하거나고출력인경우에해당하는1월 1일, 1월 2일에대한풍력발전량및모선전압의전압파형을그림 1-4에표시하였다. 그림에서보는바와같이전압의크기는규정범위내로유지되고있음을알수있으며전압변화가급격한곳은표 1에표시된바와같이 ULTC가동작한경우에해당한다. 풍력D/L의모선전압이규정범위내로유지되는것을나타내기위해 1월 1일부터 15일까지모선전압데이터의일별평균, 최대, 최소전압을표 2 에표시하였다. 풍력 D/L과풍력발전시스템이연계되지않은성산 D/L의상시전압변동을분석하기위하여 1분평균전압이전압변동률규정을위반한횟수를표 3 Journal of the korean Solar Energy Society Vol. 26, No. 2, 26 55

4 김세호외 / 제주행원풍력발전단지의전압품질및연계기준적합성분석 과 4에나타내었으며표로부터풍력발전시스템이연계되지않은모선의전압변동도일부규정을위반하고있음을알수있다. 1분평균전압데이터로부터일부 2% 의규정을벗어나는부분이나타나지만전체측정데이터수에비하여상당히적은편으로서전압변동률은대체적으로기준을만족한다고평가할수있다. 1월 1일과 2일에대하여그림 9와 1에나타내었으며 1월 1일부터 8일까지의풍력발전기의출력에따른평균역률값을표 8에나타내었다. 풍력발전기의출력에따른역률특성곡선및평균역률데이터로부터풍력발전기의출력이저출력인경우를제외하면역률이 9% 이상이되는것을알수가있다. 3.2 전류고조파전류고조파를해석하기위해 1월 1일 시와 3시 1분의풍력D/L 전류고조파를그래프로그림 5와 6에나타내었으며고조파규정위반의정량적분석을위해 1월과 1월에대해규정을벗어난횟수를표 5와 6에표시하였다. 고조파규정위반의해석은계통연계기술기준에서제시하고있는조파별로위반여부를판정하여종합하였으며단락전류와부하전류의비율에따른 규정을함께비교, 분석하였다. 전류고조파가규정을벗어난표를분석해보면다소많은부분에서규정에위반되고있으며이런현상이풍력발전시스템에의한것인가를분석하기위해풍력발전출력이없는 11월 4일 11시 1분, 11월 5일 시 2분에대한전류고조파분석데이터를그림 7과 8에나타내었으며풍력발전의출력이없는날에대해규정을위반한횟수에대한분석을표 7에수록하였다. 풍력발전이출력을발생시키지않는경우에대해서도전류고조파가발생하는것으로보아성산변전소의부하에서도일부고조파를발생하고있음을알수있다. 3.3 역률풍력발전기의출력에따른역률의변화를알아보기위하여풍력발전기의유효전력을풍력발전기의정격으로나눈값즉, 풍력발전기의출력을 X축으로하고백분율로계산한역률의변화를 Y축으로하여, 풍력발전기의출력에따른역률특성곡선을 kW 풍력발전기의고조파분석개별적인풍력발전기의고조파특성을분석하기위해 66kW 풍력발전기가고출력인경우 (25 년 3월 5일 ), 저출력인경우 (25년 3월 7일 ), 출력변동이심한경우 (년 11월 2일 ) 에대한발전기출력및전류고조파분석파형을그림 11-16에나타내었다. 풍력발전기가고출력인 25년 3월 5일의경우 11차, 12차고조파, 저출력인 25년 3월 7일인경우, 3차, 11차고조파, 출력변동이심한 년 11월 2일의경우전반적으로전류고조파가많이발생하였다. 각차수에대한전류고조파의규정위반횟수를표 9에표시하였으며저출력인경우고조파가가장많이발생하며다음으로출력변동이심한경우, 고출력의순으로전류고조파가발생하고있다. 전류고조파의위반횟수는 1분평균에고조파차수를 5차까지비교한것으로 1일에대한전체샘플수는 72(=1분x시간x5차 ) 개이므로전체적으로전류고조파가나타나지만규정위반률은크지않은편이다. 4. 결론 66kW 풍력발전기와 1MW 행원풍력발전단지의전기품질에대한데이터를측정하여전기품질이계통연계기준에적합한지여부를분석한결과는다음과같다. - 전압크기는변전소송출유지기준을항상만족 56 한국태양에너지학회논문집 Vol. 26, No. 2, 26

하고있으며상시전압전압변동률은일부규정에위반되는사례가발생하였으나대체적으로 2% 이하를유지하고있다. - 고조파는풍력발전기가저출력인경우가고출력에비해많이발생하고있으며역률조정을위한커패시터뱅크스위치의개폐영향여부등고조파발생원인을분석해야할것이다.

4. 4. 한국남부발전, 제주풍력건설타당성보완조사,. 7. 5. 한국전력거래소, 제주지역비중앙급전발전기품질측정및계통영향분석연구, 25. 4. < 고조파전류왜곡한계 (12V ~ 69,V)> I sc /I L h<11 11 h<17 17 h< h<35 35 h TDD ~2 4. 2. 1.5.6.3 5. 그림 1. 풍력발전출력곡선 (/1) 2~5 7. 3.5 2.

5 하고있으며상시전압전압변동률은일부규정에위반되는사례가발생하였으나대체적으로 2% 이하를유지하고있다. - 고조파는풍력발전기가저출력인경우가고출력에비해많이발생하고있으며역률조정을위한커패시터뱅크스위치의개폐영향여부등고조파발생원인을분석해야할것이다. - 분산형전원계통연계기술기준 ( 안 ) 의고조파전류에대해서는단락전류대정격전류의비율에따라차수별로적용시키는 의전류왜형률기준을적용시키는것이풍력발전사업자에게도움이되리라생각된다. 의전류고조파왜곡한계는다음표와과같다. 참고문헌 1. 대한전기학회, 전기의세계, 한전전력연구원, 풍력발전계통연계기술지침및연계선로운영기준제정에관한연구, 대한전기협회, 신재생에너지분야의기술기준개발방안워크샾및계통연계기준 ( 풍력 ) 공청회, 한국남부발전, 제주풍력건설타당성보완조사, 한국전력거래소, 제주지역비중앙급전발전기품질측정및계통영향분석연구, < 고조파전류왜곡한계 (12V ~ 69,V)> I sc /I L h<11 11 h<17 17 h< h<35 35 h TDD ~ 그림 1. 풍력발전출력곡선 (/1) 2~ ~ Phase Voltage [V] 1~ Phase Voltage [V] 1~ ::34 :35:34 1:1:34 1:45:34 2:2:34 2:55:34 3:3:34 4:5:34 4:4:34 5:15:34 5:5:34 6:25:34 7::34 7:35:34 8:1:34 8:45:34 9:2:34 9:55:34 1:3:34 11:5:34 11:4:34 12:15:34 12:5:34 13:25:34 14::34 14:35:34 15:1:34 15:45:34 16:2:34 16:55:34 17:3:34 18:5:34 18:4:34 19:15:34 19:5:34 2:25:34 21::34 21:35:34 :1:34 :45:34 :2:34 :55:34 - 풍력발전기의역률은저출력의경우를제외하 그림 2. 풍력모선전압 (/1) 면 9% 이상을항시유지하고있다. 풍력발전시스템의전기품질은전압크기, 전 압변동률, 변전소송출유지기준, 역률등은기 준에적합하다고분석할수있으나고조파부분에대해서는규정을위반하는사례가일부 그림 3. 풍력발전출력곡선 (/2) 발생하고있고특히저출력인경우보다정확 한분석이이루어져야할것이다. 또한전압변 Phase Voltage [V] 동을정성적으로표현하는플리커에대해서는측정이이루어지지않아분석에서제외되었지만향후플리커에대한분석이이루어져야할 ::34 :35:34 1:1:34 1:45:34 2:2:34 2:55:34 3:3:34 4:5:34 4:4:34 5:15:34 5:5:34 6:25:34 7::34 7:35:34 8:1:34 8:45:34 9:2:34 9:55:34 1:3:34 11:5:34 11:4:34 12:15:34 12:5:34 13:25:34 14::34 14:35:34 15:1:34 15:45:34 16:2:34 16:55:34 17:3:34 18:5:34 18:4:34 19:15:34 19:5:34 2:25:34 21::34 21:35:34 :1:34 :45:34 :2:34 :55:34 3-Phase Voltage [V] 것이다. 그림 4. 풍력모선전압 (/2) Journal of the korean Solar Energy Society Vol. 26, No. 2, 26 57

6 김세호외 / 제주행원풍력발전단지의전압품질및연계기준적합성분석 그림 5, 전류고조파 (/1 :) 그림 11. 풍력발전출력 (25/3/5) 그림 6. 전류고조파 (/1 3:1) 그림 12. 전류고조파 (25/3/5) 그림 7. 전류고조파 (/11/4 11:1) 그림 13. 풍력발전출력 (25/3/7) 그림 8. 전류고조파 (/11/5 :2) 그림 14. 전류고조파 (25/3/7) 역률 백분율출력 (%) 그림 15. 풍력발전출력 (/11/2) 그림 9. 역률 (/1) 역률 백분율출력 (%) 그림 16. 전류고조파 (/11/2) 그림 1. 역률 (/2) 58 한국태양에너지학회논문집 Vol. 26, No. 2, 26

7 표 1. ULTC 동작시간 1월 1일 1월 2일 1 3:28:52 8:26:16 2 7:5:32 9:7:45 3 8:36: 9:31:55 4 8:57:15 12:49:32 5 9:25:45 13:3: :1: 17:13: :11:19 18:14:2 8 17:17:52 18:15: :21:1 18:43: :26:43 21:13: :29:31 21:53: :33:25 :18:42 13 :33:19 :14:49 14 :57:53 :31:11 15 :5:17-16 :37: - 표 2. 모선전압 ( 단위 : V) 날짜 최대 최소 평균 날짜규정위반수 (%) 날짜규정위반수 (%) 표 3. 풍력모선전압규정위반횟수 5 (3.4) 35 () 1 (.6) 18 (12) () 16 (11) 25 5 (3.4) (13) () 표 4. 성산모선전압규정위반횟수 32 () 표 5. 전류고조파규정위반횟수 (/1) () 14 (9) 기준날짜위반횟수 (I SC/I L<2) (5<I SC/I L<1) () 21 (14) 표 6. 전류고조파규정위반횟수 (25/1) 기준 날짜 위반횟수 1/1 67 1/2 55 (I SC/I L<2) 1/3 71 1/4 66 (5<I SC/I L<1) 1/1 37 1/2 32 1/3 4 1/4 3 표 7. 전류고조파규정위반횟수 (/11) 기준 날짜 위반횟수 11/ /5 49 (I SC/I L<2) 11/ /4 34 (5<I SC/I L<1) 11/ /8 27 표 8. 평균역률 % 출력 ~ 1% % ~ 2% % ~ 3% % ~ 4% % ~ 5% > 5% % 출력 ~ 1% % ~ 2% % ~ 3% % ~ 4% % ~ 5% > 5% 표 9. 전류고조파규정위반횟수 (66kW 발전기 ) 기준 I SC/I L < 2 차수 11 h 17 h h 비고 h<11 35 h 날짜 <17 < <35 25/3/ /3/ 고출력 / /3/ 저출력 /11/ 심한출력변동 기준 5 < I SC/I L < 1 25/3/ /3/ 고출력 / /3/ 저출력 /11/ 심한출력변동 Journal of the korean Solar Energy Society Vol. 26, No. 2, 26 59

REVIEW CHART

Rev.6, 29. June 2015 보호및절연협조 2015. 06. 29 한국철도시설공단 REVIEW CHART 1 2 Ω 3 4 5 6 단락보호과전류방식 단락보호 지락보호비율차동방식 단락보호과전류방식 지락보호지락과전류 7 8 9 10 I inrush FLA 배at sec 11 12 I pickup Slope P I n 여기에서 I n 변류기 차정격전류