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그리드 연결형 VSC 기술 소개

그리드 연결형 VSC (Voltage Source Converter)는 DC 전압 제어 및 P 제어 기능을 통해 태양광, 풍력 등 재생에너지를 그리드에 안정적으로 연계하는 핵심 기술입니다. VSC는 2레벨 3극 브리지를 기반으로 6개의 IGBT 다이오드를 활용하여 설계되며, 양방향 전력 흐름 제어를 지원합니다.

1. DC 전압 제어 VSC
   DC 전압 제어는 3상 AC 전원을 DC 부하/소스에 연결하며, 전압 안정화와 효율적인 에너지 변환을 지원합니다. 이 기술은 주로 DC 시스템에 전력을 공급하거나 저장하는 데 사용됩니다.
   
2. P 제어를 갖춘 VSC
   P 제어는 유효 전력(P) 흐름을 제어하여 그리드와의 전력 품질을 유지하고, 안정적인 연계 운영을 보장합니다. 이를 통해 전력의 손실을 줄이고 계통 안정성을 강화합니다.
   

주요 특징

• 양방향 전력 제어로 DC 및 AC 간 에너지 흐름 최적화
• 전압 제어 및 유효 전력 제어를 통해 그리드 연계 안정성 강화
• 재생에너지 시스템의 효율적 연계 및 에너지 저장 기술 적용

활용 분야

• 태양광 및 풍력 발전 시스템 그리드 연계
• DC 배전망 및 에너지 저장 시스템(BESS) 최적화
• 전력 품질 제어 및 안정화 솔루션

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배터리 에너지 저장 시스템(BESS) 연계 기술

배터리 에너지 저장 시스템(BESS)과 그리드 연계 기술은 재생에너지의 변동성을 해결하고 잉여 전력을 효율적으로 저장하는 핵심 솔루션입니다. 태양광 시스템에서 생산된 잉여 에너지는 배터리에 저장되며, 필요 시 방전되어 전력을 공급합니다.

DC-DC 컨버터는 배터리 전압을 제어하고 "최대 전력점 추적(MPPT)"을 통해 전력 변환 효율을 높이며, DC-AC 컨버터는 유효 및 무효 전력을 제어해 안정적인 전력 공급을 지원합니다.  "그리드 연결 컨트롤러(POC)"는 시스템 운영과 전력 흐름을 실시간으로 최적화합니다.

이 시스템은 충전/방전 기능과 함께 고장 발생 시 무효 전력을 빠르게 주입해 전력 품질을 유지합니다. PSCAD 시뮬레이션을 통해 다양한 조건에서 성능을 검증하고 최적화할 수 있어 에너지 효율성과 그리드 안정성을 동시에 강화합니다.

BESS 기술은 태양광 발전 설계, 재생에너지 계통 안정화, 그리고 대규모 그리드 연계 시스템의 성능 검증에 활용됩니다. 결론적으로, 이 기술은 전력 비용 절감과 지속 가능한 에너지 공급을 가능하게 하며, 안정적이고 최적화된 운영을 지원합니다.

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태양광 시스템 전력 계통에 연계 기술

그리드 연결형 태양광 시스템 연계기술은 PSCAD 시뮬레이션을 활용해 태양광 발전소의 효율적 운영과 전력 제어를 지원하는 핵심 기술입니다. 발전소 컨트롤러(PPC)를 통해 연결 지점(POC)에서 실시간 모니터링 및 제어를 수행하고, 부스트 컨버터와 MPPT를 통해 최대 전력 추적과 출력 최적화를 실현합니다.

또한 DC-AC 인버터는 유효 전력과 무효 전력을 제어해 그리드 안정성을 강화하며, 여러 인버터를 스케일링 모델링으로 집계해 대규모 태양광 농장의 효율적 시뮬레이션을 지원합니다. 이를 통해 태양광 발전소는 다양한 조건에서도 전력 품질을 개선하고 최대 성능을 유지하며, 재생에너지 계통 연계와 지속 가능한 에너지 운영을 실현할 수 있습니다.

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전력시스템 보호를 위한 TRV 제어 및 차단기 최적화 기술

개폐기 TRV란 무엇인가?
개폐기 TRV(Transient Recovery Voltage : 과도 회복 전압)는 차단기 또는 개폐기가 전류를 차단할 때 발생하는 순간적인 전압 변동을 의미합니다. 이 전압은 회로의 인덕턴스와 커패시턴스 특성에 의해 발생하며, 차단기의 성능과 전력 시스템의 안정성에 직접적인 영향을 줍니다. TRV를 효과적으로 제어하지 못하면 절연 파괴, 재점호 현상 등으로 시스템 신뢰도가 저하될 수 있습니다.

TRV의 발생 원인과 특성
TRV는 다음과 같은 요인에 의해 발생합니다:

• 시스템 인덕턴스와 커패시턴스: 회로의 특성이 TRV의 크기와 진동 주파수를 결정합니다.
• 부하 특성: 부하가 유도성인지 용량성인지에 따라 전압 회복 특성이 달라집니다.
• 차단 시점: 전류가 영점(Zero Crossing) 근처에서 차단될 때 급격한 과도 전압이 발생합니다.

TRV의 주요 특성은 피크 전압, 상승 시간, 진동 주파수로 구분되며, 이러한 특성에 대한 정확한 분석과 대응이 필요합니다.

TRV가 시스템에 미치는 영향
TRV는 시스템 안정성과 차단기의 수명을 저하시키며, 다음과 같은 문제를 유발할 수 있습니다:

1. 절연 파괴: TRV가 설계 한계를 초과하면 차단기 및 전력 설비의 절연이 손상될 수 있습니다.
2. 재점호 현상: 차단기가 전류를 완전히 차단하지 못하고 다시 흐르게 되는 현상입니다.
3. 설비 손상: 높은 TRV는 차단기의 기계적/전기적 수명을 단축시킵니다.

TRV 제어 및 PSCAD 모델링을 통한 컨설팅 필요성
TRV 문제 해결을 위해 PSCAD 모델링과 전문 컨설팅이 필수적입니다. TRV 특성 분석 및 최적화를 통해 다음과 같은 솔루션을 제공할 수 있습니다:

1. 회로 구성 최적화
   회로 내 인덕턴스와 커패시턴스를 조정하여 TRV를 최소화합니다.
2. 서지 억제기 적용
   피크 전압을 억제하기 위해 서지 흡수 장치(아레스터)를 시스템에 설치합니다.
3. 차단기 개선 설계
   TRV에 강한 특성을 가진 고속 차단기를 적용하고, PSCAD 시뮬레이션을 통해 최적의 차단기 사양을 도출합니다.
4. 시뮬레이션 기반 TRV 분석
   PSCAD와 같은 전문 해석 도구를 활용해 다양한 시나리오에서 TRV 특성을 시뮬레이션하고 분석합니다. 이를 통해 실제 운영 시 발생할 수 있는 위험을 사전에 예측하고 대응할 수 있습니다.

컨설팅을 통한 기대 효과

• TRV 최적 제어: 회로 최적화를 통해 TRV를 줄여 시스템의 안정성을 확보합니다.
• 설비 보호 및 비용 절감: 차단기 손상을 예방하고 유지보수 비용을 절감합니다.
• 재생에너지 및 분산전원 연계 최적화: TRV가 발생하기 쉬운 재생에너지 시스템의 안정적 연계를 지원합니다.

결론
개폐기 TRV는 전력 시스템의 안전성과 설비 수명을 좌우하는 중요한 요소입니다. PSCAD 모델링 기반 컨설팅을 통해 TRV를 정밀하게 분석하고 최적화된 솔루션을 적용함으로써 시스템의 신뢰성과 효율성을 극대화할 수 있습니다. 전문 컨설팅을 통해 TRV 문제를 사전에 해결하고, 안정적인 전력 시스템 운영을 실현하십시오.

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변압기 돌입 전류 모델링 기술

PSCAD를 활용한 변압기 돌입전류 분석의 필요성

PSCAD를 활용한 변압기 돌입전류 모델링 기술은 전력계통에서 발생하는 중요한 과도현상을 정밀히 분석하고, 설계 및 운영의 안정성을 보장하기 위한 핵심 기술입니다. 특히, Jiles-Atherton 모델을 활용하여 철심의 비선형 자성 특성과 히스테리시스 특성을 정확히 반영할 수 있습니다.

변압기 돌입전류는 고장 오인으로 인한 보호계전기의 오동작, 전압 강하, 계통의 고조파 왜곡 및 변압기 권선의 기계적 손상 등을 초래할 수 있는 중요한 과도현상입니다. 따라서 이러한 문제를 사전에 예측하고 적절한 대책을 수립하기 위해서는 정확한 모델링이 필수적입니다.

주요 기술 특징

1. Jiles-Atherton 히스테리시스 모델 구현
   • 철심의 B-H 곡선을 정밀히 반영하여 자성 포화와 잔류 자화를 정확히 모델링.
   • 비선형 자성 특성을 구현하여 보다 현실적인 돌입전류 분석 가능.
2. 시간 도메인 과도현상 해석
   • PSCAD는 시간 도메인에서 돌입전류의 동적 특성을 시뮬레이션하여 초기 돌입전류 크기와 감쇠 패턴을 분석합니다.
   • 스위칭 각도에 따른 돌입전류 변화를 정밀히 예측 가능.
3. 실험 데이터와의 높은 신뢰성
   • PSCAD 시뮬레이션 결과와 실험실 측정 데이터를 비교한 결과, 높은 일치도를 보임으로써 신뢰성 입증.
   • 실험 결과와 모델 간 차이를 줄이는 정확한 파라미터 설정 가능.

PSCAD를 활용한 변압기 돌입전류 모델링의 응용 분야

1. 보호계전기 오동작 방지
   • 돌입전류와 고장 전류를 구분하여 보호계전기의 정확한 동작 보장.
2. 전력계통의 안정성 확보
   • 돌입전류로 인한 계통 전압 강하 및 고조파 왜곡 방지.
3. 분산전원 연계 분석
   • 태양광 및 풍력 발전과 같은 재생에너지 연계 시 발생할 수 있는 돌입전류를 정밀히 예측.
4. 안전성 및 효율성 향상
   • 변압기의 기계적 스트레스와 열화 방지를 위한 설계 최적화.

결론

PSCAD는 변압기 돌입전류 분석에서 정확하고 신뢰성 높은 결과를 제공하는 필수 도구입니다. 철심의 비선형 특성과 과도현상을 정밀히 모델링하여 보호계전기 검토, 재생에너지 연계, 전력계통 설계 등에 효과적으로 활용될 수 있습니다.

PSCAD를 통해 변압기 돌입전류 문제를 미리 예측하고 해결 방안을 설계하세요. 더 많은 정보가 필요하다면 지금 문의하세요!

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HVDC 차단기 개발 기술

기술 개요

HVDC 차단기는 고장 발생 시 높은 직류 전류를 신속하게 차단하는 장치입니다. 이는 기존 AC 차단기와 달리 직류는 전류가 영점(Zero Crossing)을 갖지 않아 차단이 복잡하며 더 높은 기술적 요구 사항이 필요합니다. 특히, 최근 연구된 Hybrid HVDC Breaker는 CIGRE Bologna 2011에서 제시된 Proactive Hybrid HVDC Breaker 모델을 기반으로 설계되었습니다.

이 기술은 **기계식 차단기와 전력 반도체(IGBT)**를 결합하여, 기계식 차단기의 저손실 특성과 전력 반도체의 빠른 차단 속도를 동시에 활용합니다. 이러한 하이브리드 접근법을 통해 시스템의 전류를 신속하고 안정적으로 차단할 수 있습니다.

기술 작동 원리

HVDC 차단기는 주로 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다:

1. ResCtrl (저항 제어기): 초기 고장 발생 시 저항을 통해 전류를 제어합니다.
2. FastCtrl (빠른 제어기): 고장 전류가 급격히 증가하기 전에 전류를 빠르게 차단하는 역할을 수행합니다.
3. Main DC Breaker 및 Aux DC Breaker: 차단기의 핵심 요소로, 전류를 안전하게 차단하며 시스템의 고장 전류 흐름을 효과적으로 차단합니다.

이와 같은 구조는 시스템의 안정성을 보장하고 고장 후에도 전력망의 신속한 복구를 지원합니다.

HVDC 차단기의 주요 특징

• 빠른 고장 대응: 수 밀리초(ms) 내에 고장 전류를 신속하게 차단합니다.
• 하이브리드 방식: 전력 반도체와 기계식 차단기의 장점을 결합해 성능과 효율성을 극대화합니다.
• 에너지 손실 최소화: 고장 전류를 빠르게 차단하면서 시스템의 에너지 손실을 최소화합니다.
• 확장성: 대규모 HVDC 전력망에서도 적용 가능하며 안정적인 연계를 지원합니다.

기대 효과

HVDC 차단기의 도입은 고장 시 빠른 전류 차단과 전력망의 안정성 강화를 실현합니다. 특히 재생에너지와 같은 분산 전원 연계가 증가하는 현대 전력 시스템에서는 고장 시 신속한 대응이 더욱 중요해졌습니다. Hybrid HVDC Breaker는 이러한 요구를 충족하면서도 에너지 손실을 최소화하고 시스템 안정성을 극대화하는 핵심 기술입니다.

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Python 스크립팅을 통한 PSCAD 자동화 기술

Python 스크립팅을 활용한 PSCAD 자동화 기술은 반복적인 전력 시스템 시뮬레이션 작업을 간소화하고, 효율과 생산성을 극대화하는 혁신적인 솔루션입니다. 전력 시스템 연구에서는 다양한 조건에서 시뮬레이션 실행, 매개변수 변경, 데이터 분석이 필수적이며, Python 스크립트로 이러한 작업을 자동화하여 시간 절약과 정확성을 보장합니다.

PSCAD 자동화의 주요 기능으로는 시뮬레이션 실행, 매개변수 변경, 네트워크 구성 수정, 데이터 정리 및 보고서 생성이 있으며, 대규모 프로젝트에서도 빠르고 정확한 결과를 제공합니다. 특히, PSCAD 프로그램과 Python 스크립트를 결합하면 시뮬레이션 조건을 자동 변경하고 결과를 실시간 저장하며, 작업의 일관성과 효율성을 극대화할 수 있습니다.

이 기술은 재생에너지 연계 연구, 보호 계전기 안정성 평가, 대규모 시뮬레이션 관리, 신기술 개발 등 다양한 분야에서 활용되며, 반복 작업을 줄이고 엔지니어가 고부가가치 업무에 집중할 수 있도록 돕습니다. 효율성, 정확성, 생산성을 모두 만족시키는 Python 기반 PSCAD 자동화 기술은 전력 시스템 연구와 시뮬레이션의 새로운 표준이 될 것입니다.

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PSCAD 소프트웨어 소개 및 모델링의 필요성

PSCAD는 전력 시스템의 **과도 상태 해석(EMT)**을 수행할 수 있는 세계적으로 널리 사용되는 전문 소프트웨어입니다. 이 소프트웨어는 40년 이상의 연구와 개발을 통해 전력 시스템 시뮬레이션에서 높은 신뢰성과 정확성을 제공하며, 설계와 검증에 필수적인 도구로 자리 잡고 있습니다.

PSCAD 소프트웨어란?

PSCAD는 시간 도메인에서 전력 시스템의 동적 변화를 정확히 시뮬레이션할 수 있는 강력한 도구입니다. 복잡한 전력 시스템의 모델링, 시뮬레이션, 그리고 과도현상 분석까지 다양한 기능을 제공합니다. 특히, 태양광, 풍력, ESS(에너지 저장 시스템) 등 재생에너지와의 연계, 보호계전기 동작 검증, 안전사고 분석 등 필수적인 해석을 수행할 수 있습니다.

주요 특징

• 다양한 전력계통 구성 요소를 포함한 포괄적인 라이브러리 제공
• EMT(전자기 과도현상) 해석을 통한 고주파 및 비선형 특성 분석
• 현실 세계 데이터를 기반으로 한 디지털 트윈 모델링 지원

RMS 해석 vs. EMT 해석

• RMS 해석: 주파수 도메인에서 정상 상태를 평가하며, 시스템의 평균적인 동작만을 분석합니다.
• EMT 해석: 시간 도메인에서 과도 상태와 세부적인 동적 변화를 분석합니다.

PSCAD는 EMT 해석의 최적화된 도구로, 다음과 같은 상황에서 필수적입니다:

• 과도현상 발생 시 보호계전기의 오동작 검증
• 고조파 및 비선형 부하의 특성 평가
• 분산전원 연계 시 계통의 안정성 분석
• 사고 발생 시 원인 분석 및 예방 대책 수립

PSCAD 모델링의 필요성

1. 분산전원 연계
   재생에너지와의 연계는 전력계통의 안정성과 효율성을 높이는 데 필수적입니다. PSCAD는 태양광, 풍력, ESS 등 분산전원의 계통 연계 시 발생하는 과도현상을 정밀히 분석하여 최적의 설계 방안을 제공합니다.
2. 보호계전기 동작 검토
   계통 고장이나 과도현상 시, 보호계전기의 오동작은 치명적인 문제를 유발할 수 있습니다. PSCAD는 보호계전기의 정확한 동작 검토와 최적화를 통해 계통의 안정성을 확보합니다.
3. 안전사고 예방
   PSCAD는 고장 및 사고 시 발생할 수 있는 과도현상을 시뮬레이션하여 사고 원인을 사전에 분석하고, 예방 대책을 설계합니다.
4. 디지털 트윈 기반 시뮬레이션
   PSCAD는 디지털 트윈 기술을 활용해 실제 시스템의 가상 복제본을 생성합니다. 이를 통해 현실 세계의 데이터를 반영한 정확한 수명 및 성능 예측이 가능합니다.

PSCAD의 기대 효과

• 효율적인 설계: 전력계통 확장 및 재설계 시, 정확한 시뮬레이션으로 최적의 설계 방안 제공
• 계통 안정성 향상: 보호계전기 검토와 분산전원 연계를 통해 전력계통의 신뢰성 강화
• 시간 및 비용 절감: 복잡한 계통 해석을 자동화하여 분석 시간을 단축하고 비용을 절감
• 사고 예방 및 안전성 확보: 사고 원인 분석 및 예방 대책을 통해 전력계통의 안정성 강화

결론

PSCAD는 현대 전력 시스템의 필수적인 도구로, 재생에너지와의 연계, 보호계전기 검토, 안전사고 분석 등 다양한 분야에서 높은 효율성과 신뢰성을 제공합니다. 전력계통의 설계와 안정성을 극대화하려면 PSCAD의 모델링 기술이 필수적입니다. PSCAD를 통해 전력 시스템의 미래를 설계하십시오.

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