PV 충전소의 배전 변압기 단말에서의 전력 품질 문제와 제어 기술에 대한 연구
1. 서론
광전지 충전소 배전 시스템의 선두 디자이너로서 전력 품질 제어 기술 연구에 깊이 참여하고 있습니다. 에너지 전환 과정에서 광전지 충전소의 중요성이 증가하고 있지만, 대규모 PV 통합은 전력 품질 문제를 초래합니다. 배전 변압기 끝은 중요한 노드로, 솔루션이 시급히 필요합니다. 기존 연구에도 불구하고 PV 특성과 복잡한 조건을 고려한 제어 기술에는 여전히 공백이 있습니다. 이 논문은 이 끝의 전력 품질 제어에 집중하여 문제 분석, 기술 설계, 사례 검증을 통해 시스템 안정성을 지원합니다.
2. 배전 변압기 끝의 전력 품질 문제 분석
2.1 광전지 충전소의 운영 특성
광전지 충전소는 PV 발전 시스템과 충전 시설로 구성됩니다. PV 시스템은 패널과 인버터를 통해 태양 에너지를 전기로 변환하여 그리드에 연결합니다. PV 출력은 빛 강도와 온도에 따라 불규칙적이고 변동적입니다. 낮은 조명 조건에서는 약해지고, 맑은 낮에는 높아집니다. 온도도 패널 효율에 영향을 미칩니다.
충전 시설은 동적으로 변화하는 부하를 가집니다. 사용자의 충전 행위는 무작위로 시간과 전력이 달라지며, 예를 들어 주말 오후의 급증이나 유연한 스케줄링으로 부하 예측을 복잡하게 만듭니다. 이러한 점들이 주요 설계 고려사항입니다.
2.2 주요 전력 품질 문제
그리드 연결 후 배전 변압기 끝은 전압 변동/플리커, 고조파, 3상 불균형 등의 문제에 직면합니다. 전압 변동은 PV의 간헐성과 부하 변화로 인해 발생하며, 플리커를 유발할 수 있습니다. 인버터에서 발생하는 고조파는 전압 왜곡을 일으켜 손실을 증가시키고 장비의 노후화를 촉진합니다. 불균형적인 충전 접근은 3상 불균형을 초래하여 변압기 수명을 단축시킵니다. 이러한 일반적인 검사 문제들은 대상 해결책을 요구합니다.
2.3 전력 품질 문제의 원인
문제는 결합된 요인들로 인해 발생합니다: PV의 간헐성/변동성, 부하의 무작위성, 변압기의 비선형성(코어 포화, 감속기 누설), 그리고 그리드 운영 문제(불균형적인 3상 부하). 설계는 이러한 문제들을 종합적으로 다루어야 적절한 제어 방안을 마련할 수 있습니다.
3. 배전 변압기 끝의 전력 품질 제어 기술
3.1 보상 장치 기반 제어 기술
일반적인 보상 장치는 각각 다른 특성을 가지고 있습니다: 반응성 커패시터(간단하지만 느림), SVC(동적이나 고조파 발생), STATCOM(빠르고 정확하며 고조파 억제). 설계 중에는 용량과 위치(예: 변압기 저전압 측 근처)를 최적화하여 더 나은 효율을 달성합니다.
3.2 제어 전략을 통한 전력 품질 최적화
고급 전략은 제어를 향상시킵니다: 퍼지 제어(비선형/불확실한 문제 처리), 신경망(정밀한 자기 학습), 모델 예측 제어(예측을 통한 최적화). 전압 변동에 대해서는 퍼지 기반 규제 알고리즘을 설계하였으며, 시뮬레이션을 통해 변동을 억제함이 입증되었습니다.
3.3 종합적인 제어 방안
방안은 데이터 수집, 의사 결정, 보상 모듈을 통합합니다. 폐쇄 루프를 형성하여 데이터는 문제를 식별하고, 전략과 장치를 매칭하고, 매개변수를 조정합니다. 저는 방안 설계를 충전소 상황에 맞게 지도합니다.
4. 실제 적용 사례 분석
4.1 사례 소개
복잡한 부하를 가진 대형 산업단지 광전지 충전소는 산업단지 부하 변동과 PV의 간헐성으로 인해 변압기 끝에서 심각한 전력 품질 문제가 발생하여 장비와 그리드 안정성에 영향을 미칩니다. 저는 방안 구현에 깊이 참여하였습니다.
4.2 적용 방안
맞춤형 보상 장치 선택과 협력적인 퍼지 + 모델 예측 제어 전략을 사용합니다. 퍼지 제어는 초기 보상을 생성하고, 모델 예측 제어는 이를 최적화합니다. 저는 설계가 현장 조건에 맞도록 합니다.
4.3 효과 평가
응용 후 모니터링 결과 전력 품질이 개선되었습니다: 전압 변동은 ±3%로 좁혀졌으며, THD는 4% 미만으로, 3상 불균형은 5% 내로 감소했습니다. 경제적으로 연간 유지보수 비용이 약 200,000원 줄었으며, 수익은 약 300,000원 증가했습니다. 사회적으로 그리드 안정성은 산업단지 기업을 지원하여 효과를 입증하였습니다.
5. 결론
설계된 종합적인 제어 방안은 보상과 전략을 통합하여 전력 품질을 효과적으로 개선했습니다. 그러나 복잡한 조건의 제어는 더욱 최적화될 수 있습니다. 향후 노력은 광전지 충전소 전력 품질 관리를 위한 성숙한 기술을 제공하여 그리드 안정성을 확보할 것입니다.
