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전력품질 보상기기
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승인 2017.02.21  
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▲ 동신대 전기공학과
     최용성 교수
마이크로그리드는 분산자원과 보상장치를 이용하여 전력품질을 유연하게 대처할 수 있다. 예를 들면, 마이크로그리드를 통하여 무정전화를 포함한 전력 신뢰도, 전압 이상 상태, 주파수 이상 상태 등 다양한 품질의 전력을 공급할 수 있다.

전력품질 제어 센터 (PQCC, power quality control center)는 정상 품질 전원, 고품질 전원, 프리미엄 품질 전원, 직류 전원과 같은 다양한 품질의 전력 공급, 정보의 처리 등의 기능을 포함한다.

저압 마이크로그리드는 태양광, 풍력, 연료전지와 같은 신재생에너지원과 PQCC, EMS (energy management system)로 구성되어 정상 품빌 고품질, 프리미엄 품질, 직류 전원의 전력을 공급하도록 설계된다. 태양광, 풍력과 같이 간헐적인 출력 특성을 갖는 신재생에너지원은 전력 안정화를 위하여 ESS와 DVR (dynamic voltage restorer)의 결합을 통해서 프리미엄급 전력 품질을 공급할 수 있다. 상용전력계통에 정전이나 전압강하와 같은 전력품질에 문제가 발생하면 반주기 이내에 스위치를 차단하여 독립운전으로 절환되며, PQCC의 동작에 의해 프리미엄 전력품질을 유지한다. 독립운전 상태에서 신재생에너지 및 ESS에 의해 공급할 수 있는 전력이 충분하지 못하면 다른 스위치를 개방하여 부하를 차단하여 독립계통의 수급균형을 유지한다.

PQCC의 한 형태로서 UPQC (unified power quality conditioner)가 있다. UPQC는 직렬과 병렬 컨버터가 직류 캐패시터를 공유하며, 선로의 고조파와 발생되는 문제점을 보상하여 전력 품질을 향상시킨다. 또한, 정전시에도 ESS를 연결하면 안정적으로 전력을 공급할 수 있어 독립형 마이크로그리드를 구성할 수 있다.

UPQC는 독립운전으로 동작할 때 UPS(Uninterruptible power supply)와 같이 동작한다. 계통과 연계할 시에 직렬 인버터는 전압을 보상하고, 병렬 인버터는 전류를 보상하도록 동작한다. 정전 시에는 직렬 인버터와 병렬 인버터를 오프시켜 전력 계통과 연결을 끊고 인버터가 전압원이 되어 부하의 전압을 보상한다.

정상상태에서는 직렬 인버터는 부하에 전력을 공급하고 병렬 인버터는 축전지에 충전전력을 공급한다. sag, swell 등 전압 이상 상태에서는 입력 측에서 전압 sag, swell이나 저전압 고전압 상태가 발생하면 직렬 인버터가 동작하여 정상전압으로 보상하며, 병렬 인버터는 축전지 충전 및 무효전력을 보상한다. 정전 상태에서는 병렬 인버터만 동작하여 축전지에 충전된 전력으로 부하에 전력을 공급한다.

정상 운전에서는 계통사고나 전력품질저하 등 과도시에는 독립운전으로의 원활한 절체가 이루어져야 한다. 운전 제약조건, 분산자원의 제어, 국지적 전력사업자/공급자의 정책에 따른 급전지령을 수행한다.

감시 및 정보교환 및 제어에 관해서 연계 모드에서도 정상적으로 동작해야 하며 이 정보로부터 과도상태를 미리 계획할 수 있어야 한다. 이를 위해 보호기기 동작 상태, 발전 수준, 부하 수준, 시스템 전압 등의 정보를 알고 있어야 한다.

독립운전으로의 절환은 관계 기관들의 동의하에 절환하는 경우와, 정전, 보호계전기 동작 등에 의해 자동적으로 절환하는 경우가 있다. 독립운전에서는 유효전력과 무효전력의 요구 대응, 주파수 및 전압의 안정, 발전과 부하의 관리가 중요하다.

발전 예비율, 부하와 발전의 균형을 위한 부하관리, 부하 차단 등의 방법이 사용되고 있다. 전압 안정도를 얻기 위하여 무효전력의 수급 방안, 부하 급변이나 분산자원 고장시의 과도 안정도 보장을 위한 방안도 제공되어야 한다. 전력계통과 절환하는 재동기 시에는 전압, 주파수, 위상 등의 제어가 필요하다.

다음 호에는 지능형 전력서비스에 대하여 기고하겠다.

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