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마이크로그리드 에너지시스템
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승인 2016.10.17  
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▲ 동신대 전기공학과
     최용성 교수
마이크로그리드는 신재생에너지원을 전력계통망에 안정적으로 통합시키고 제어/운영할 수 있는 기술로 주목받고 있다.

마이크로그리드의 목적은 발전출력이 간헐적인 신재생에너지원이 기존 전력계통에 유입될 때, 전력계통의 신뢰도와 전기품질을 높이는 안정적 운영체계로 역할을 하는 기능일고 할 수 있다.

마이크로그리드는 태양광, 풍력, 연료전지 등 다양한 에너지원과 연계 가능하며, 수용가 입장에서는 에너지 비용을 최소화할 수 있고, 사업자는 잉여 전력을 효율적으로 운영할 수 있는 최적의 기술이라고 할 수 있다.

마이크로그리드가 성장함에 따라 신재생에너지 및 소규모 발전 설비를 포함한 다양한 분산전원, 부하는 물론 상위계통과의 거래관계를 고려하여 마이크로그리드를 최적으로 운영, 효율을 높이는 일이 중요하다.

분산전원 (distributed generation, DG)은 전력 및 열에너지 공급원으로서 태양광, 풍력, 소수력 등 신재생에너지원이 포함될 수 있으며 열병합발전원으로서 연료전지 및 가스터빈, 가스엔진 등이 사용될 수 있다.

이런 마이크로그리드의 에너지 생산 및 소비 요소들을 관리, 제어하는 것을 마이크로그리드 에너지시스템이라 부른다. 마이크로그리드 에너지시스템의 주요 기능으로는 풍력, 태양광 등의 신재생에너지 발전원의 출력을 예측하여, ESS (Energy Storage System, 에너지저장시스템) 등을 이용하여 출력변동을 억제하여 제어 가능성을 높이는 등 지능형 신재생에너지시스템을 포함할 뿐만 아니라 수요예측, 수여제어, 부하배분, 전력품질 및 안정도에 관한 감시 등의 역할을 한다.

에너지저장시스템으로서 전력저장은 축전지, 슈퍼캐패시터, 플라이휠, 초전도에너지저장장치 등이 있으며, 열저장장치로서 축열기가 있다.

특히, 전력저장시스템은 전력품질보상기기들과 결합하여 전력의 수급균형 뿐만 아니라 전압강하, 정전 등에 대한 전기품질의 제고를 위해 활용될 수 있다.

마이크로그리드의 제어장치로는 부하제어장치, 계통연계 보호장치, 연계스위치, 에너지관리시스템, 게이트웨이장치 등이 있다. 부하제어장치는 전력가격이나 수요반응에 대응하여 부하를 차단하거나 가변 가능한 부하를 제어하는 장치이다.

계통연계 보호장치 및 연계스위치는 마이크로그리드를 전력계통에 연계 운전하기 위한 각종 보호 기능과 독립운전으로의 전환 및 재연계용으로 사용된다. 에너지관리시스템 (EMS)은 마이크로그리드 시스템 구성 기기의 핵심 요소로서 분산전원, 분산저장장치, 보호기기, 전력품질 보상기기 등 각종 기기를 통신으로 통합하여 관리, 제어하는 기능을 한다.

마이크로그리드는 상위 전력계통과 연계 운전하며 상위 전력계통에 사고가 발생했거나 어떤 목적으로 단독운전이 요구될 경우 상위 전력계통과 차단되어 단독 운전한다.

마이크로그리드가 연계 운전 모드일 때 상위 전력계통으로부터 공급받는 전력으로 부하의 변동을 충분히 추종 및 공급할 수 있으므로 부하의 변동은 크게 문제되지 않지만, 마이크로그리드가 단독운전모드일 때 마이크로그리드 내 각종 분산전원이 부하 변동을 예측하여 이를 추종해야 한다.

이 때 마이크로그리드 계통의 주파수 및 전압안정도와 전기품질이 분산전원의 출력과 직접적 관련을 갖게 되기 때문에 분산전원의 정밀한 제어와 분산전원 간의 협조 제어가 매우 중요하다.

고립된 또는 특수 마이크로그리드는 전력계통과 연계시킬 수 없으므로 상기 제어와 함께 안정도와 신뢰도가 중요하며, 사고시 마이크로그리드의 계통 복구 기술이 중요하다. 또한 공급할 수 있는 에너지가 마이크로그리드 내부로 제한되므로 에너지 효율 개선을 위한 다양한 제어가 필요하다.

신재생에너지원을 포함한 마이크로그리드 에너지시스템은 신재생에너지 출력이 간헐적이고 예측 및 제어가 불가능한 특성으로 인하여 신재생에너지를 위한 관리제어시스템이 요구되며 이를 지능형 신재생이라 한다. 신재생에너지의 발전 출력량 예측 및 출력 모니터링, 발전기와의 통신 및 상태 모니터링 등은 물론 ESS를 이용한 출력제어 등도 포함된다.

다음 호에는 저압 마이크로그리드 운용에 대하여 기고하겠다.

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