태양광 발전 제한, 출력 제한, 출력제어의 해법. 스마트인버터 기능

태양광 발전 및 출력 제한의 해법, 스마트인버터

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태양광 발전을 왜 제한하는가? 출력을 왜 제한하는가?

태양광 발전을 왜 제한하는지에는 두 가지 요인(용량, 전압 및 주파수)이 있다. 전글과 태양광발전의 영향성(전압 상승)에 대한 글을 참고하면 되겠다. 혹여나 필요한 사람들을 위해 글의 링크를 첨부한다.

출력을 제한하는 이유는 두 가지로 크게 분류 가능하다.

1. 용량의 한계

2. 전압 및 주파수의 유지 범위 준수

1과 같은 경우는 앞 글에서 예시를 들었다시피,
당신의 몸에 햄버거를 10개 넣어보라. 들어가긴 한다. 당신의 몸에 햄버거를 100개 넣어보라. 들어가긴 할 것(?)이다. 당신의 몸에 햄버거를 10000개 넣어보라. 터진다.
에너지도 마찬가지다. 태양광 발전설비도 마찬가지다. 태양광이 발전하는 에너지를 누군가는 써야하는데 어디에 축적될 수도 없을 뿐더러(ESS가 연계된 계통에서는 가능하나), 축적이 되어도 무한정 저장할 수 없지 않는가?
또한, (발전 - 송변전 -  배전) 으로의 단방향성 조류로부터, 수용가의 태양광발전 조류는 역방향의 조류를 만들어내기에 보호협조에도 불리하다 혹은 보호협조가 복잡해진다는 단점이 있지.

 

2. 전압 및 주파수의 유지 범위 준수

이번장에서 말할 것은 1보다는 2이다. 태양광 발전 출력에 따라 배전선로의 전압 및 주파수가 달라지게 되는데 이를 어떻게 보조할 것인가? 계통의 안전성에 어떻게 기여할 것인가?에 대한 대책으로 스마트인버터 기능을 소개할 것이다. 

태양광 발전출력에 따른 PCC(공통접속점 지점)단의 전압이 어떻게 변화하는지는 하기글을 참고하면 될 것이고, 전력 공급과 수요에 따른 주파수 변화(동기발전기의 회전)에 대해서도 하기글을 참고하면 될 것이지..

각설하고 스마트인버터 기능에대해서 알아보자.

https://sonofsoonman.tistory.com/entry/%ED%83%9C%EC%96%91%EA%B4%91-%EB%B0%9C%EC%A0%84%EC%9D%B4-%EA%B3%84%ED%86%B5%EC%97%90-%EB%AF%B8%EC%B9%98%EB%8A%94-%EC%98%81%ED%96%A5%EC%A0%84%EC%95%95%EC%83%81%EC%8A%B9-%EC%97%AD%EC%A1%B0%EB%A5%98-%EB%B0%9C%EC%A0%84%EC%A0%9C%ED%95%9C-%EC%83%81%ED%99%A9Cultailment

태양광 발전이 계통에 미치는 영향(전압상승, 역조류), 발전제한 상황(Cultailment)

 

https://sonofsoonman.tistory.com/entry/%ED%98%B8%EB%82%A8%EC%A7%80%EC%97%AD-%ED%83%9C%EC%96%91%EA%B4%91-%EB%B0%9C%EC%A0%84-%EC%A0%9C%ED%95%9C-%EA%B0%90%EC%B6%95-%EC%B6%9C%EB%A0%A5%EC%A0%9C%EC%96%B4-%EC%8B%A4%EC%8B%9C-%EC%88%98%EA%B8%89-%EA%B7%A0%ED%98%95%EA%B3%BC-%EC%95%88%EC%A0%95%EB%8F%84%EC%9D%98-%EB%AC%B8%EC%A0%9C

호남지역 태양광 발전 제한, 감축, 출력제어 실시 (수급 균형과 안정도의 문제)

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스마트인버터란 무엇인가? 무슨 기능을 규정하는가?

먼저 스마트인버터의 정의를 알아야한다.

스마트 인버터란, '기존 IEC61850-90-2에서 규정하는 기능'을 수행할 수 있는 인버터이다. 통신을 기반으로하여 계통 운영자 및 관리자의 요구에 따라 운전 지령을 내릴 수 있는 인버터인 것이지.

IEC는 국제 전기 코드(규정)이라고 보면되겠다. (다들 알겠지만.)
그럼 국내는 스마트 인버터 규정을 어떻게 정의하고 있는가?
국내의 규정은 KS C IEC 62786을 보면되겠다. 그의 규정 대표 그림을 하기에 첨부해서 설명하겠다.

KS C IEC 62786 국내 규정

먼저 스마트 인버터 기능은 크게 3가지로 분류할 수 있다.

1) 전압 보조
2) 주파수 보조
3) 계통 보호

1) 전압 보조
태양광발전설비의 출력을 제어하여, 태양광발전설비가 접속된 지점 또는 연계 계통의 전압을 보조하는 역할이다. 여기서 보조라 함은, 유지해야하는 범위 혹은 적정치 보다 높을 때 전압을 낮추게끔 도모한다거나, 반대로 낮을 때 전압을 높이게끔 도모하는 행위이다.

제시하는 것은 크게 4가지로 보면되겠다.
1) 태양광 발전설비 역률 제어
2) 태양광 발전설비가 연계된 지점 혹은 계통의 '전압'에 따른 '무효전력' 제어
3) 지령에 따른 '무효전력'제어
4) 전압에 따른 '유효전력'제어

역률 제어를 왜할까? 무효 전력 제어를 왜할까? 유효 전력 제어를 왜할까?
겉보기전력 또는 피상전력에 대한 유효전력의 비를 우리는 역률이라고한다. 역률이 1이라면, 피상전력=유효전력이 되는 것이지. 역률이 1이 아니라면 유효전력 과 무효전력이 둘다 존재하는 것임을 알 수 있다.
유효전력과 무효전력은 유효전류와 무효전류로도 볼 수 있지.

선로에서 발생하는 전압강하는 (유효전류*선로의 저항성분) + (무효전류*선로의 리액턴스 성분)에 비례하여 발생하게 되지. 태양광발전 출력 전류에 따라서 전압강하 (상승)을 도모한다고 할 때, 역률을 1로하는게 좋을까? 0으로 하는게 좋을까?
1로한다는것은 유효전류만, 0으로한다는것은 무효전류만 출력하는 것이겠지.
답은 선로의 임피던스(저항과 리액턴스의 비)에 따라 다르다!

특고압/고압 선종의 임피던스를 본다면 (가공 Overhead) 기준, R:X=1:2~5 라고 봐도 무방하다. X가 R에 비해 2배에서 5배가 크네? 내가 만약 같은 크기의 전류를 낸다면, 무효전류를 출력하는게 전압 상승(강하)에 더욱 기여할 수 있겠네! 가 되는 것이다.

저압선종의 임피던스는 (가공기준) R:X=1:1~1.5 정도다. 이때는 특고압/고압 선종에 비해 X성분이 작군. 유효와 무효전류를 맞춰서 내면 되겠네? 가 되는 것이다.

고로, 연계 계통 및 상황에 따라 전압을 보조하기 위해서, 역률 및 유/무효전력(류) 제어가 모두 필요한 것이다.

아하, 유/무효전력(류)는 전압에 모두 관여를 하는구나?라고 넘어가면 되겠다.

2) 주파수 보조
태양광발전설비 및 ESS의 출력을 제어하여, 해당 기기가 접속된 지점 또는 연계 계통의 주파수를 보조하는 역할이다. 주파수는 유효전력(류)의 영향에 지배적 또는 온전히 받으므로, P에 대한 제어밖에없다.

상기 참고글을 보면, 유효전력 즉, 전력 수요와 공급에 따른 주파수 변화를 설명하였었지. 동기 발전기가 더 빨리 돌아야하는가 늦게 돌아야하는가? 회전기의 회전은 유효전력 수요 공급 그리고 토크에 관여하지.

주파수가 높을 때는 태양광 / ESS의 유효전력(류) 출력을 낮추거나, ESS의 충전(계통으로부터 유효전력을 끌어옴)으로 주파수를 낮출 수 있겠지. 주파수가 낮을 때는 태양광 /ESS의 유효전력 출력을 높여줌으로써 계통의 주파수를 적정수준으로 유지할 수 있겠지.

이 때, 태양광은 유효전력출력의 한계가 있기 때문에, 주파수 보조에 대한 영향성이 적지만, ESS와 같은 경우는 배터리의 C rate(방전율)과 연계 인버터의 정격용량을 고려해서 비교적 유연하게 대처할 수 있다는 장점을 가지고 있지. 따라서, 역률제어와 마찬가지로 계통운영자/관리자의 요구에 따라 협조할 수 있겠다. 협조를 해라 라는 그러한 규정인 것이다.

 

3) 계통 보조
계통 보조라 함은, 스마트인버터를 켜고 끄는 것, 그리고 FRT(Fault Ride Through)에 대한 기능, 마지막으로 온도에 따른 가동 정도가 되겠다. FRT에 대해서는 다른 장에서 다룰 것이기에 넘어가도록 하자.

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스마트인버터 기능을 꼭 추가해야만 할까? 동향은 어찌될까?

스마트인버터 기능은 꼭 추가되어야만 한다. 늘어나는 재생에너지비중과 더불어, 수용가에 연계되는 분산전원은 계통의 안정적인 운영에 부작용을 초래하기 때문이다. 그 부작용이라고 함은 매번 설명했기에 생략한다. 지금보다도, 향후 분산전원 연계가 지속적으로 증가할 것이라는 미래에는 그의 필요성이 더욱 증가할 것이다.

한전에서는 스마트인버터 기능이 없는 인버터의 연계를 제한할 것이며, 23년 8월부터는 이를 의무화한다고 하지.

23년 하반기로부터 신규 도입될 스마트인버터에는 용량에 '무관'하게 전압제어 기능이 내장되어야 한다. 이는 약 1년전부터 사전 고지가 된 부분이고, 22년 말에는 분산형전원 배전계통 연계 기술기준의 전압제어 의무사항이 강화 되었으므로 이를 충족하는 기능을 지원해야 할 것이다.

그럼에도 불구하고, 설비에서 공급되는 전압상승으로 인해서, 전기품질 유지가 어려울 경우에는 '고객과 한전이 협의'하여 품질을 유지하도록 하는데.. !

변화하는 시대를 준비해나가보자.

 

참고할만한 자료를 하기 링크에 담겠다.

https://cyber.kepco.co.kr/ckepco/front/jsp/CY/H/C/CYHCHP00802.jsp

- 송·배전용 전기설비 이용규정(분산형전원 배전기통 연계기술 기준-제2장 연계기술 기준) | KEPCO