문운당

최근 지구온난화로 인한 이상 기후 현상이 세계 곳곳에서 관측되고 있다. 인구 증가와 산업 발전에 따른 에너지 수요 확대는 화석 연료 중심의 에너지 공급 체계에서 지속적인 이산화탄소 배출량 증가라는 결과를 초래하였다. 국제 사회는 기후 변화의 심각성을 인지하고 해결하기 위하여 교토의정서에 이어 2015년 파리협정을 채택하였다. 국내에서도 ‘2050 탄소 중립 추진전략’을 발표하였고 경제구조의 저탄소화, 신유망 저탄소산업 생태계 조성, 탄소중립 사회로의 공전 전환, 탄소중립 제도적 기반 강화라는 전략을 추진하고 있다. 

이에 따라 에너지 공급 체계도 화석 연료 발전 중심에서 재생에너지와 그린수소 중심으로 전환하여 태양광과 풍력 등의 분산전원 중심의 전력 공급체계를 구축할 예정이다. 정부는 2019년 발표된 제3차 에너지기본계획을 통해 2040년까지 전체 발전량의 30%를 분산전원으로 구축한다는 계획이다.

하지만 전력 계통에 다양한 분산전원이 연계되고 용량이 증가함에 따라 계통 조류에 미치는 영향이 커지고 있으며 이에 따른 전력 계통의 안정성 하락이나 전력 품질 저하 등의 문제를 해결하기 위한 대책이 필요한 상황이다. 이러한 필요에 의해 새로운 개념의 인버터가 소개되었다.

분산전원을 계통에 연계하기 위한 전력변환장치에 계통 지원 기능을 탑재하여 안정적인 배전망 운영에 기여하는 인버터가 바로 그것이다. 

스마트 인버터는 이러한 계통 지원 기능을 탑재한 전력변환장치를 의미하며, 스마트 인버터의 적용 확대와 효과적인 제어 방법 및 통합 관리 시스템을 구축 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 스마트 인버터에서는 배전 계통의 분산전원 수용력 확대를 위하여 계통 지원 기능인 Volt-VAR 제어, Frequency-Watt 제어, 역률 제어 등의 계통 지원 기능을 국제 표준 정보 모델과 통신 방식에 기반하여 구현해야만 한다. 분산전원에 설치된 다수의 스마트 인버터가 분산전원 관리 시스템의 운영 시나리오에 따라 출력을 최적으로 제어하는 것은 배전 계통의 안정도 향상에 기여하고 스마트 전력 계통 구축에 다가서는 중요한 기반이 될 것이다.

이 책에서는 분산전원을 계통 연계하기 위한 전력변환장치의 전력회로와 기본 동작 및 제어 방법을 계통 지원 기능이 포함된 스마트 인버터의 개념을 소개한다. 

스마트 인버터에서 제공하는 계통 지원 기능의 특징을 기술하고 인버터 출력 제어에 따라 계통에 미치는 영향을 분석하며 안정적인 계통 운영을 위한 출력 제어 우선순위 선정 방법 등을 설명한다.

전력전자공학을 전공하는 독자뿐만 아니라 분산전원 발전 사업자 및 계통 운영자 입장에서 알아야 할 스마트 인버터의 동작 원리와 제어 기법을 알기 쉽게 서술하였으며 다양한 계통 시나리오에서 스마트 인버터 출력 제어 기능의 효과를 확인하기 위한 시뮬레이션 결과를 포함하였다. 

Chapter 01 스마트 인버터 개요

1.1 전력 계통의 구성

1.2 스마트 인버터 소개

1.3 스마트 인버터 기능

1.4 스마트 인버터의 국내외 연구개발 동향 및 적용 사례

1.5 참고문헌

Chapter 02 Fixed Power Factor 제어 기능

2.1 유효 및 무효전력과 역률의 관계

2.2 시뮬레이션

2.3 실험

2.4 참고문헌

Chapter 03 Volt-VAR 제어 기능

3.1 전압과 무효전력의 관계

3.2 Volt-VAR 제어 기능 곡선

3.3 시뮬레이션

3.4 실험

3.5 참고문헌

Chapter 04 Volt-Watt 제어 기능

4.1 Volt-Watt 제어 기능 곡선

4.2 시뮬레이션

4.3 실험

4.4 참고문헌

Chapter 05 Frequency-Watt 제어 기능

5.1 주파수와 유효전력의 관계

5.2 Frequency-Watt 제어 기능 곡선

5.3 시뮬레이션

5.4 실험

5.5 참고문헌

Chapter 06 Low/High Voltage Ride-Through 기능

6.1 Low/High Voltage Ride-Through 기능의 필요성

6.2 Low/High Voltage Ride-Through 기능 곡선

6.3 시뮬레이션

6.4 실험

6.5 참고문헌

Chapter 07 Low/High Frequency Ride-Through 기능

7.1 Low/High Frequency Ride-Through 기능 곡선

7.2 시뮬레이션

7.3 실험

7.4 참고문헌

Chapter 08 Watt-VAR 제어 기능

8.1 Watt-VAR 제어 기능 곡선

8.2 참고문헌

Chapter 09 제어 기능 우선순위

9.1 우선순위 정의

9.2 참고문헌

Chapter 10 스마트 인버터 동작 상태 모니터링 및 그룹 제어

10.1 분산전원의 그룹화 목적 및 개념 정의

10.2 동작 상태 모니터링 및 그룹 제어

10.3 참고문헌