[계통] DER Hosting Capacity, 태양광 발전소 전력 불균형

DER Hosting Capacity, 태양광 발전소 전력 불균형

안녕하세요. 태양광 윤대리입니다.

오늘은 조금은 생소할 수 있는 주제를 가지고 글을 써보려 합니다.

DER Hosting Capacity은 분산형전원과 계통전력 간의 균형의 목적이 있습니다.

이를 통해 계통의 저전압과 같은 전력이상을 설명할 수 있습니다.

 

[이는 한전 전력연구원 조성수 책임 발표자료를 토대로 작성하였습니다.

원본 발표자료는 구글에 DER Hosting Capacity을 검색하시면 확인가능합니다.]

 

 

 

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목차

1. DER Hosting Capacity

1) 용어 설명

2) 용어 범위 구분

 

2. DER Hosting Capacity 감소 원인

1) 열적 허용용량

2) 전기품질(전압이상)

 

3. Solution

1) Hosting Capacity 개선

2) Solution 사례 Ⅰ-Ⅶ

 

 

 

 

 

 

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1.DER Hosting Capacity & Loads

 

1) 용어설명

DER Hosting Capacity란?

'추가설비없이 정.상.적.으로 계통연계할 수 있는 분산형전원 용량' 을 의미합니다.

Hosting Capacity란?

'연계용량'을 의미합니다.

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2) 용어 범위 구분

① Hosting Capacity 범위 구분

'구간 Hosting Capacity' < '배전선로 Hosting Capacity' < '변전소 Hosting Capacity'

구간별 발전량을 알아야 동적 수용용량 산출이 가능합니다.

* 각 구간에는 부하량과 발전량이 혼재되어 있음

-Average Minimum Hosting Capacity : 1.5MW (배전선로 모든 곳에 연계가 가능한 용량)

-Average Maximum Hosting Capacity : 6.1MW (변전소 인출부근까지 연계가 가능한 용량)

② Loads 범위 구분

-총 부하(Total Load, Gross Load) : 변전소에서 구간까지 포함된 부하 (공급해야하는 부하 총량) 를 의미합니다.

└ 아래 그림에서 전체 색깔을 뜻하며, '일정 구간이 필요로하는 부하 총량' 을 의미합니다.

-계통부하(System Load) : 총 부하에서 상계거래*를 제외한 부하를 의미합니다.

*상계거래 : 재생에너지로 발전한 전력을 우선적으로 자가소비를 하고 이후에 남은 잉여전력을 역송전하는 시스템

└ 아래그림에서 파란색깔을 뜻하며, '총부하- 재생에너지 중 자가소비형에서 역송전한 전력량'을 의미합니다.

-순 부하(Net Load) : 변전소에서 공급해야하는 부하를 의미합니다.

└기저전력으로 only 변전소로부터 전해오는 전력을 뜻합니다.

검은색 : only 변전소에서 온 전력

파란색 : 총부하 - 재생에너지 자가소비형 제외 (즉, RPS만 포함)

초록색 : 재생에너지 자가소비형 역송전

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따라서 Total Load와 System Load를 정확히 알아야 Net Load 설정을 최적화 할 수 있습니다.

DER로 인해 Total Load가 왜곡된다. 최대한 이 왜곡을 저지해야 과부하, 저부하, 계통정전을 막을 수 있습니다.

▷ Hosting Capacity의 한계(Limitation) : 과전압 75%, 과열 25%

▷ Hosting Capacity의 선호(Preference) : 높은 부하, 짧은 피더 길이, 높은전압레벨(22.9kV <35kV)

 

 

 

 

 

 

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2. DER Hosting Capacity 감소 원인

 

1) 열적 허용용량

배전선로 분산형 전원 수용용량 : 일반선로10MW, 대용량선로 15MW

* 상시용량까지 분산전원 연계 가능

 

 

 

2) 전기품질(전압이상)

-표준전압 유지범위 : 220V ±13(6%) , 380V ±38V(10%)

▼ DG(Distributed Generation) 연계 후 과전압이 발생하는 것. 대표적인 이상현상입니다.

문제 1) 연계 후 과전압 발생

문제 2) 연계 전 전압강하

문제 3) 연계 후 변전소 인출부 역조류 발생

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▼ 배전선로에 포함된 DG 용량 별 과전압 수준을 나타낸 그래프입니다.

DG 9,000kW 이상 시, 전압유지범위 2% 증가

DG 14,000kW 이상 시, 전압유지범위 4%증가

 

 

 

 

 

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3.Solutions

 

1) Hosting Capacity 개선

Hosting Capacity은 '정상적으로 계통연계 가능한 분산형전원 용량'을 의미합니다.

왼쪽에 갈색,빨간색,주황색,노란색 순으로 계통연계용량이 낮음을 의미합니다.

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계통연계용량이 낮은 원인은 무엇일까?

> 분산형전원의 문제요소 때문입니다.

ex) 전압이상, 전력상태이상, 간헐적발전, 무관성발전, PV 입지의 문제(불균형 등) 등

이를 해결하여 이상적인 Hosting Capacity을 구성하게 되면 오른쪽과 같은 그림이 됩니다.

​

 

▼ Solution 사례 1

▷ SVR(Step Voltage Regulator : 선로 전압조정장치)-Reactive Power Control (영국)

​

-추진배경) 풍력발전기 700kW 2대를 추가 연계 신청하였으나 전압상한 초과(1.05pu*)로 연계불가

*pu = 100%

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-솔루션1) 선로 전압조정장치 간선 설치 (일정전압 운전모드 0.99pu)

-솔루션2) DFIG* 운전역률 조정 : 0.95

*DFIG : 가변속운전유도발전기(풍력에서 사용하는 발전기)

-솔루션3) 해당선로 변전소 CT cancellation*

*CT cancellation의 의미를 아직 잘 모르겠음

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결과) 적정전압 유지 > Hosting Capacity 확장

​

 

 

▼ Solution 사례 2

EDF : 변전소 송출전압 최적화 (프랑스)

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-추진배경) 배전선로에 분산전원 혼재로 변전소 OLTC*의 전압제어 관리 한계 발생

*OLTC : On Load Tap Changer : 탭조정장치

​

-솔루션1) 기존의 부하전류 기반의 전압강하 보상방식에서 직접 전압센싱 방식으로 전환 (송출전압 최적제어)

> 장점 : 중요지점(모선, 분산전원연계점, 선로말단) 전압 원격계측으로 최적의 전압으로 제어가능

​

 

 

▼ Solution 사례 3

▷ SVR-AVM* : 전압정보 직접 계측 및 제어기 입력 (KEPCO)

*Step Voltage Regulator - Active Voltage Manager

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-추진배경) 피크부하에 의한 저전압 발생 & 분산전원에 의한 과전압 상존

​

-배경원인1) 동계 피크부하로 저전압 현상 심화 (하계 : 경부하, 동계 : 중부하)

-배경원인2) 선로말단에 풍력발전 3MW 연계

-배경원인3) 장거리선로(50km)

​

SVR-AVM 설치장소 선정

-100% 부하상정시 변젼소 기준 특고압 전압강하 5% 이내 지점

-100% 부하상정시 SVR 설치점 기준 특고합 전압강하 5% 이내 지점

​

전압센서 설치장소 선정

-분산전원 연계점

-간선 및 주요 지선 말단

-간선 중간지점 (1/3, 2/3)

​

 

 

▼ Solution 사례 4

▷ Reconfiguration : 선로 재구성(구간부하 타 선로전환)

y값 Voltage in pu

 

 

 

▼ Solution 사례 5

▷ ERDF : 분산전원 무효전력 제어기술 (프랑스)

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-추진배경) 분산전원 배전계통 연계의 급증 => 전력회사 설비투자비 증가*

=>분산전원 무효전력 제어를 통한 전압제어 기술개발 촉진

*전력회사 설비투자비 증가 원인 : 전압관리에 필요한 설비 및 관리비용

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방식1 : Q Control (P제어방식) : 분산전원 유효출력(P)량에 따라 무효전력(Q) 제어

> 특징(장단점)

장점)

비교적 제어방식 단순

연계점 전압 고려없음

단점)

Q수요 상시필요

전압범위 초과 가능성 있음

​

방식2 : Q Control (V제어방식) : 계통전압(V)에 따라 무효전력(Q) 제어

> 특징(장단점)

장점)

Q수요 최소화

단점)

Q수요 상시필요

전압 측정 필요

센싱 필요 (실제 전압에 대응필요)

제어방식 비교적 복잡

​

 

 

▼ Solution 사례 6

▷ 분산전원 역률조정

-연계점의 전압이 상승했을 경우 Solution

> 지상 무효전력 공급(역률조정을 통한 리액턴스 감소) > 전압강하 효과 > 연계점 전압상승 완화

-연계점의 전압이 낮아졌을 경우 Solution

> 진상 무효전력 공급(역률조정을 통해 리액턴스 상승) > 전압상승 효과 > 연계점 저전압 문제 완화

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▼ Solution 사례 7

▷ Power Curtailment : 유효전력 제한

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-상황) 피크 발전시간대, 비상시 수용용량 확대가 필요할 때 용도

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-유효전력을 제한하여 수용용량을 확대한다.

-ESS를 활용하여 열적 허용용량 초과분(kW)를 저장하여 수용용량을 확대한다.

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유효전력제어 사용빈도는 매우 낮으나 그 효과는 지속해서 적용할 수 있다.

(발전고객 동의와 법적근거 필요)

 

 

 

 

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지금까지 DER Hosting Capacity 에 대해서 알아보았습니다.

궁금하신 사항이나, 내용 중 틀린 부분이 있으면 알려주세요!

바로 수정하고 배우겠습니다.

감사합니다!

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