현대 전력 시스템에서는 태양광, 풍력 등 분산전원의 비중이 증가하면서 순환전류 문제가 주요 이슈로 대두되고 있습니다. 순환전류는 변압기의 철심 구조와 결선 방식에 따라 발생할 수 있으며, 이는 시스템의 효율을 저하시키고 보호장치의 오동작을 유발할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 PSCAD를 활용한 맞춤형 이중성 기반 변압기 모델을 소개합니다.
철심 구조 및 결선 방식의 중요성
변압기의 철심 구조는 단순히 전력을 변환하는 역할에 그치지 않고 불평형 부하와 순환전류 발생에 직접적인 영향을 미칩니다. PSCAD 기반의 맞춤형 변압기 모델에서는 다음과 같은 철심 구조와 결선 방식을 적용할 수 있습니다:
- 1상 철심 (Single-Phase Core): 불평형 부하에서 상대적으로 간단한 구조를 제공하지만 순환전류에 취약할 수 있습니다.
- 3상 3각 철심 (3-Limb Core): 3상 결선 구조에서 불평형 전류를 최소화하며 제로 시퀀스 전류를 효과적으로 제어합니다.
- 3상 5각 철심 (5-Limb Core): 철심 경로를 확장하여 제로 시퀀스 전류의 흐름을 개선하고 순환전류를 방지합니다.
PSCAD 기반 이중성 원리 모델
PSCAD 맞춤형 이중성 기반 변압기 모델은 철심 구조와 결선 방식에 따른 순환전류 문제를 시뮬레이션하고 해석할 수 있는 강력한 도구입니다. 이를 통해 변압기의 성능을 최적화하고 시스템의 안정성을 강화할 수 있습니다.
- 모델 구현: 1상, 3각철심, 5각철심 구조를 바탕으로 다양한 결선 방식(스타, 델타, 지그재그 등)을 적용할 수 있습니다.
- 불균형 단층 해석: 불평형 부하에서 발생하는 제로 시퀀스 플럭스를 정밀하게 분석하여 순환전류를 방지합니다.
- 시뮬레이션 기반 검증: 포화 곡선, 내부 출력 전류 등을 시뮬레이션하고 최적화된 결선 방식을 제안합니다.
주요 기술적 특징
- 순환전류 방지: 철심 구조와 결선 방식을 적절히 적용하여 제로 시퀀스 전류 흐름을 차단합니다.
- 시스템 최적화: PSCAD를 활용해 불균형 부하 상황에서 변압기의 성능을 정밀하게 해석하고 최적화합니다.
- 정확한 해석: 내부 자화전류 및 플럭스 링크 값 등을 pu 단위로 계산해 시스템 설계 시 유용한 데이터를 제공합니다.
- 다양한 결선 방식 지원: 스타(Star), 델타(Delta), 지그재그(Zigzag) 등 다양한 결선 방식을 통해 시스템 요구에 맞는 모델 구현이 가능합니다.
기대 효과
- 순환전류 제거: 철심 구조와 결선 방식의 최적화를 통해 순환전류를 최소화하고 시스템 안정성을 확보합니다.
- 보호장치 오동작 방지: 불평형 전류를 제어함으로써 보호계전기의 신뢰성을 향상시킵니다.
- 에너지 손실 감소: 불필요한 전력 손실을 줄이고 에너지 효율성을 극대화합니다.
- 확장성: 단상, 3상 시스템뿐만 아니라 대규모 분산전원 연계에도 적용 가능합니다.
