2023MMC 기반 E-STATCOM EMT 모델 개발 및 서남해 해상 풍력 연계 계통 시스템 내 영향 분석

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   제 10차 전력수급기본계획에 따라 2036년 국내 서남해 지역인 전북 서남권에 2.4GW, 전남 신안에 8.2GW의 대규모 해상풍력단지가 조성될 계획이다. 해상풍력 연계 시 발전 변동성에 의해 단락비가 낮아지고, 전압 및 주파수가 불안정해지고, 계통의 불안정성이 증가하는 문제가 발생하게 된다. 부하와 발전기로 이루어진 기존 계통망은 전압과 주파수가 일정하게 유지되고 있는데 해상풍력단지가 기존 계통망과 연계 시 전압과 주파수가 불안정해지게 된다. 전압이 불안정해지는 부분은 STATCOM을 통해 주파수가 불안정해지는 부분은 ESS를 통해 해결가능하지만 STATCOM과 ESS를 합쳐놓은 E-STATCOM을 통해 위의 문제를 모두 해결 가능하다. 따라서, 해상풍력 연계 시 계통 안정화를 위해 E-STATCOM 모델 개발 및 검증이 필요로 하며 이에 대한 영향 평가를 위해 제 10차 DB기반의 해상풍력 연계 계통 모델링을 PSCAD로 진행하였다.

   그림 1은 제안하는 E-STATCOM EMT 해석 모델이다. MMC STATCOM, DC/DC 컨버터, ESS로 구성된다.

 

그림 1. E-STATCOM EMT analysis model.


   그림 2는 E-STATCOM의 제어 블록도를 나타내고 있다. E-STATCOM은 MMC STATCOM 제어부와 ESS 및 DC/DC 컨버터 제어부로 구성되어있다. MMC STATCOM 제어부는 AC 계통 전압 제어, DC단 계통 전압 제어, 전류 제어, 순환전류 제어, PLL 제어로 구성되어 있으며 ESS 및 DC/DC 컨버터 제어부는 주파수 피드백 제어와 유효전력 및 전류 제어로 이루어진 이중제어구조로 구성되어 있다. 


그림 2. MMC STATCOM, ESS, and DC/DC converter control block diagram.


   그림 3은 연계 모선 별 E-STATCOM의 연결 전 후의 결과를 보여준다. 그림 3-(a)는 전압 측면에서의 결과를 보여주며 그림 3-(b)는 주파수 측면에서의 결과를 보여준다.


그림 3. Each linked bus before and after E-STATCOM connection

(a) Voltage. (b) Frequency.


   그림 4는 부하 연결 시 보상 유효전력량에 따른 E-STATCOM의 연결 전 후의 결과를 보여준다. 그림 4-(a)는 전압 측면에서의 결과를 보여주며 그림 4-(b)는 주파수 측면에서의 결과를 보여준다.


그림 4. Fluctuation according to compensated active power of E-STATCOM at load connection.

(a) Voltage. (b) Frequency.


   그림 5는 발전량에 따른 E-STATCOM의 연결 전 후의 결과를 보여준다. 그림 5-(a)는 전압 측면에서의 결과를 보여주며 그림 5-(b)는 주파수 측면에서의 결과를 보여준다. 위의 영향 평가 방법에 대한 방법론을 통해 E-STATCOM 이용에 대한 가이드를 제시하며 E-STATCOM을 통한 계통의 안정적인 운영을 달성하였다.


그림 5. Change before and after E-STATCOM connecion according to power generation.

(a) Voltage. (b) Frequency.


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