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사고전류의 경사각 및 클램핑 장치를 이용한 방사형 MVDC 배전계통의 보호협조 운용방안
한병길(Byeong-Gill Han),김경화(Kyung-Hwa Kim),이명근(Myung-Geun Lee),전진택(Jin-Taek Jeon),노대석(Dae-Seok Rho) 대한전기학회 2021 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10
본 논문에서는 사고전류의 경사각 특성과 전류 클램핑 장치를 이용한 방사형 MVDC 배전계통의 보호협조 운용방안을 제시한다. 여기서, 경사각 특성을 이용한 운용방안은 간선의 사고지점에 따라 비례적으로 변하는 경사각의 특성을 이용하여 차단기의 보호협조를 설정하여 빠른 시간 내에 사고구간을 선택적으로 분리하는 것이다. 또한 사고전류 클램핑 장치를 이용한 운용 방안은 분기선에 사고가 발생하는 경우 사고전류를 제한하여 분기선용 보호호기기가 사고구간을 분리할 수 있는 보호협조 시간을 확보하여 메인컨버터의 탈락을 방지하는 것이다. 한편 PSCAD/EDTDC를 이용하여 방사형 MVDC 배전계통을 모델링을 수행하여 보호협조 특성을 분석한 결과, 제시한 보호협조 운용방안에 따라 메인 컨버터의 탈락을 방지하고 사고구간을 분리할 수 있어서, 본 논문에서 제안한 보호협조 운용방안이 유용함을 알 수 있었다.
PSCAD/EMTDC를 이용한 ±35kV급 MVDC 실증 배전망의 모델링 및 사고특성에 관한 연구
한병길(Byeong-Gill Han),이후동(Hu-Dong Lee),김지명(Ji-Myung Kim),최성문(Sung-Moon Choi),노대석(Dae-Seok Rho) 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.4
최근, 신재생에너지전원의 급격한 도입으로 인한 계통접속 지연 문제를 해결하기 위한 방안으로, MVDC 배전기술에 대한 실증연구가 활발하게 진행되고 있으며, 특히 기존의 AC 배전선로를 활용하여 MVDC 배전망을 구성하는 경우, MVDC ±35kV의 전압이 적정한 것으로 평가되고 있다. 그러나, 이 전압은 기존 AC 배전망의 공급전압보다 높아 MVDC 배전망에서의 전체 사고전류를 크게 증가시킬 수 있으므로, 선로 및 주요설비들을 보호하기 위하여 정확한 사고 특성의 해석이 요구되고 있다. 따라서, 본 논문에서는 MVDC 배전망의 실증을 위해 구축 중에 있는 ±35kV급 MVDC 배전계통을 대상으로 사고특성을 분석하기 위하여, 배전계통 상용 해석 프로그램인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 배전용변전소, AC 및 DC 배전선로, 컨버터스테이션, 태양광전원으로 구성된 ±35kV급 MVDC 배전계통의 모델링을 제시한다. 이 모델링과 다양한 상정사고 조건을 바탕으로 ±35kV급 MVDC 배전계통에서의 사고해석을 수행한 결과, 사고 지점 및 종류에 따른 사고특성을 정확하게 평가할 수 있어서, 본 논문에서 제시한 모델링이 MVDC 배전계통의 사고해석에 유용함을 확인하였다. Recently, demonstration projects for a medium voltage direct current (MVDC) distribution system have been carried out as an alternative to overcome the interconnection delay issues of PV systems. When applying existing AC devices and cables to MVDC distribution systems, a voltage of MVDC 35kV has been considered appropriate. However, this voltage is higher than AC 22.9 kV and can significantly increase the overall fault current in the MVDC distribution system, so a proper analysis of fault characteristics is required for the protection of cables and devices. Therefore, this paper proposes a model of a ±35-kV-scale MVDC distribution system, which is composed of a distribution substation, AC and DC distribution feeder, converter station, and PV system. The model was made using PSCAD/EMTDC S/W in order to evaluate the characteristics of fault in the system. Simulations of fault analysis were done based on the proposed model with several fault scenarios, and the results confirmed that fault characteristics can be accurately evaluated depending on the fault types and scenarios.
방사형 MVDC 배전계통에서 사고구간 분리용 클램핑 장치의 모델링에 관한 연구
한병길(Byeong-Gill Han),이후동(Hu-Dong Lee),김지명(Ji-Myung Kim),신건(Jian Shen),노대석(Dae-Seok Rho) 대한전기학회 2021 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.4
본 논문에서는 방사형 MVDC 배전계통에 대하여 메인컨버터의 탈락을 방지하기 위해, 사고전류를 제한할 수 있는 MVDC용 사고전류 클램핑 장치를 제시한다. 이 장치는 주 통전부와 전류 클램핑부, 등으로 구성한다. 또한, 동작 메커니즘은, 초기 동작모드, 예비 동작모드, 주 동작모드, 회복 동작모드의 4가지 모드로 나눌 수 있다. 한편, PSCAD/EMTDC를 이용하여 사고전류 클램핑 장치의 모델링을 수행하여 보호협조 특성을 분석한 결과, 지선용 구간 컨버터 선로에서 사고가 발생한 경우, 해당지선의 보호기기가 동작할 수 있는 시간을 확보하여, 메인 컨버터의 탈락을 방지하고 사고구간을 분리할 수 있어서, 본 논문에서 제안한 MVDC용 사고전류 클램핑 장치가 유용함을 알 수 있었다.
방사형 MVDC 배전계통에서 사고구간 분리를 위한 클램핑 장치의 구성 및 동작 특성에 관한 연구
한병길(Byeong-Gill Han),이후동(Hu-Dong Lee),태동현(Dong-Hyun Tae),노대석(Dae-Seok Rho) 대한전기학회 2021 전기학회논문지 Vol.70 No.8
When a fault in secondary feeder is occurred in MVDC distribution system, the operation method of protection coordination is required to minimize interruption region in primary feeder, which can operate the protection devices in secondary feeder before the shut-down of the main converter. Therefore, this paper presents fault current clamping devices to limit the fault current in order to prevent shut down of main converter in radial-type MVDC distribution system. The proposed device, which is composed of main path, current clamping path and so on, has functions to rapidly clamp the fault-current within few micro-seconds using semiconductor switches. And also, the proposed device is installed in both main converter and section converter, its operation mechanism is categorized into 4 operation modes such as initial mode, auxiliary mode, main mode and restoration mode. From the simulation results based on modeling of fault current clamping devices using PSCAD/EMTDC, it is confirmed that the proposed fault-current clamping device is a useful tool to isolate fault section by preventing shut-down of main converter and securing operation time for protection devices in secondary feeder.
방사형 MVDC 배전계통에서 사고구간 분리를 위한 클램핑 장치의 동작 특성에 관한 연구
한병길(Byeong-gill Han),이후동(Hu-Dong Lee),김지명(Ji-Myung Kim),김경화(Kyung-Hwa Kim) 전력전자학회 2021 전력전자학술대회 논문집 Vol.2021 No.7
본 논문에서는 방사형 MVDC 배전계통에 대하여 전력변환 장치의 탈락을 방지하기 위해, 사고전류를 제한할 수 있는 MVDC용 사고전류 클램핑 장치로 제시한다. 이 장치는 주 통전부와 전류 클램핑부, 등으로 구성하고, 반도체 소자를 채용하여 수 ㎲이내에 빠르게 동작하여 사고전류를 제한하는 기능을 가진다. 또한, 전류 클램핑 장치의 설치 및 운용방안은 간선용 메인컨버터의 직하와 지선용 구간 컨버터의 직하로 분류되며, 전류 클램핑 장치의 동작 메커니즘은, 초기 동작모드, 예비 동작모드, 주 동작모드, 회복 동작모드의 4가지 모드로 나눌 수 있다. 한편, PSCAD/EMTDC를 이용하여 사고전류 클램핑 장치의 모델링을 수행하여 보호협조 특성을 분석한 결과, 지선용 구간 컨버터 선로에서 사고가 발생한 경우, 해당지선의 보호기기가 동작할 수 있는 시간을 확보하여, 메인 컨버터의 탈락을 방지하고 사고구간을 분리할 수 있어서, 본 논문에서 제안한 MVDC용 사고전류 클램핑 장치가 유용함을 알 수 있었다.