일반기술

자동 위상 이동법에 의한 고립운전 검출장치

계통연계형 태양광발전 시스템을 포함한 분산전원은 발전전력이 소비전력보다 크면 계통으로 전력을 공급하고, 발전전력이 소비전력보다 작으면 계통으로부터 부족한 전력을 공급받는다. 이러한 계통연계형 분산전원에서 배전선의 작업을 위한 정전이나 혹은 사고 등의 원인으로 계통이 분리되더라도 시스템의 출력과 부하의 소비전력이 균형을 이루면 발전 시스템이 배전선 부하를 떠맡아 운전을 계속한다. 이 현상을 고립운전이라고 한다. 이런 상태가 지속되면 선로나 변전소 유지․보수자가 감전 사고를 당할 우려가 있으며, 고립운전 중에 계통이 복구되면 계통전압과의 위상차로 인하여 과전류가 흘러 발전 시스템이나 배전계통 설비가 손상될 수도 있다. 따라서 계통이 차단되는 경우 이를 즉시 검출하여 발전을 중단해야 한다. 계통 연계형 분산전원의 고립운전을 검출하기 위해서는 발전 시스템, 수용가, 그리고 계통이 함께 연결된 연계점(PCC: point of common coupling)에서의 전압 정보가 필수적이다. 연계점의 전압 또는 주파수가 규정된 허용범위(IEEE929-2000)를 벗어나면 고립운전으로 판단하는 방법을 수동법이라 하는데 허용 전압범위 내에서는 고립운전이 발생하더라도 검출할 수 없다. 이를 해결하기 위한 방법으로 몇 가지 능동 검출법들이 소개되었다.현재까지 개발된 능동검출법에는 주파수 바이어스 방법, 샌디아 주파수 변동 방법, 주파수 점프 방법, 샌디아 전압 변동 방법 등이 있는데, 고립운전을 검출하기 위해서 정상운전상태에서도 인버터 출력전류의 기준치에 왜곡을 두게 되므로 전류의 THD가 증가하고 역률이 저하되는 단점이 있다.본 발명에서 제안하는 검출장치는 정상상태에서는 인버터 출력전류의 기준치를 연계점에서의 전압과 동상이 되는 정현파로 하다가 고립상태가 발생하면 인버터 출력전류의 기준치를 전압에 비해 뒤지거나 앞서게 함으로써 결과적으로 공통연결점에서의 주파수가 발산하게 하여 고립운전을 검출하는 방식이다. 제안한 고립운전 검출장치의 성능을 시뮬레이션과 실험을 통하여 우수성과 타당성을 검증하였다.본 발명에 따른 자동 위상 이동에 의한 새로운 고립운전 검출장치를 다양한 분산전원의 발전 시스템에 적용하여 고립운전을 검출하면 기존 방법으로서는 검출이 불가능했던 영역도 검출 가능하기 때문에 신뢰성이 높은 시스템의 구현이 가능하다. 또한 기존 방식은 고립운전이 아닌 정상상태에서도 혹시 발생하게 될 고립운전을 검출하기 위해서 출력전류의 지령치가 정현파가 아닌 왜곡된 파형이 나타나기 때문에 전류의 총고조파외율(THD;total harmonic distortion)이 증가하고, 역률이 낮아지는 단점이 있는데 본 발명에 따른 검출법은 정상상태에서는 전류 지령치를 정현파로 하기 때문에 전류의 THD가 낮으며, 역률은 단위 역률로 높고, 고립운전상태가 발생되면 연계점(PCC)의 전압 주파수가 발산(수렴)하게 되어 신속히 고립운전상태를 검출할 수 있다.