재생 에너지의 직류(DC) 주입 – 전력 품질 측정에서 정확도가 중요한 경우
최근 몇 년 동안 전력 및 에너지 산업과 배전 및 전송 그리드에서 전력 품질 측정이 점점 더 자주 수행되고 있습니다. 이러한 측정은 주로 전압 강하, 전압 과도 및 고조파와 같은 고전적인 특성 파라미터에 중점을 둡니다. 최대값은 배전 네트워크 품질 표준에 의해 제공됩니다.
- EN 50160
- IEEE 519
- 가이드라인 G5/4
- D-A-CH-CZ – 네트워크 장애 평가를 위한 기술 규칙
또한 배전 네트워크와 제품 간의 호환성은 공공 저전압 네트워크에 대한 IEC 61000-2-2 표준과 저전압 및 중전압 산업용 installa:ons에 대한 IEC 61000-2-4 표준에 따라 평가할 수 있습니다. 표준에 고려되거나 포함되지 않은 중요한 전력 품질 파라미터는 DC 오프셋 구성 요소입니다.
다음 질문은 현재 답변이 완료되었습니다:
그리드에 얼마나 많은 DC 오프셋이 주입되나요?
DC 구성 요소를 신뢰할 수 있는 방식으로 측정하고 인증하려면 어떻게 해야 할까요?
DC 구성 요소가 나머지 시스템에 미치는 영향과 이를 제한하기 위해 수행할 수 있는 작업은 무엇인가요?
표준화의 DC 제한
독일의 경우 DC 구성 요소는 기술 설치 가이드라인(TAR) 저전압 5.4.4.9 저전압 그리드에 직류 공급에서 찾을 수 있습니다.1 여기에는 구체적으로 다음과 같이 설명되어 있습니다:
5.4.4.9 저전압 네트워크에 직접 전류 공급
컨버터는 정격 전류의 0.5% 또는 최대 20mA ( 중 높은 값 선택) 이상을 직류로 주입해서는 안 됩니다.
참고 1: 직류 전류 측정은 10가지 기본 oscillaNon 기간에 걸쳐 DIN EN 61000-4-7(VDE 0847-4-7)을 기준으로 합니다.
참고 2: 직류 전류는 케이블의 부식 손상 및 기타 장비의 손상과 변압기 및 기타 인덕터의 saturaNon 손상을 유발할 수 있습니다.
표준 텍스트에는 컨버터가 바람직하지 않은 DC 소스로 명시적으로 나열되어 있습니다. DC 구성 요소의 최대값은 다른 국가에서도 볼 수 있습니다. 다음 표에 세 가지 예가 나와 있습니다.
컨버터의 DC 측정
2019년 IEEE 간행물에서는 세 가지 일반적인 태양광 인버터의 DC 구성 요소를 조사했습니다.2 그 결과는 다음 표( )에 나와 있습니다.
유형 A와 B는 최신 독일 저전압 지침(TAR)과 관련하여 20mA DC의 한계를 초과합니다.
컨버터의 DC 소스
다음 컨버터 시스템 그림에서 볼 수 있듯이 컨버터에는 여러 DC 소스가 있습니다.
단위 인증서와 정기 테스트
일반적으로 저전압 그리드의 발전소 단위 인증에 대한 현행 표준에서는 DC 구성 요소 테스트가 이미 의무화되어 있습니다. DC 구성 요소 측정은 IEEE Std 1547.1-20204 항목 5.9.2에 설명되어 있습니다. 독일 사전 표준 VDE V 0124-1005 에서 이 테스트는 5.2.6.1에 설명되어 있습니다.
그러나 일반적으로 단위 인증서는 전체 시리즈 중 하나의 단위만 예로 테스트하는 형식 테스트입니다. DC 구성 요소의 아웃풋의 근본 원인은 장치마다 약간 다를 수 있는 빌드 품질 또는 설치된 전력 트랜지스터의 비대칭성 등 여러 원인에서 비롯될 수 있습니다. 인버터 제조업체는 생산된 각 인버터에 대한 일상적인 테스트를 통해 실제 DC 기여도를 다시 설정해야 합니다. 따라서 완벽한 장치 인증서를 받은 인버터라도 그리드에 전력을 공급할 때 기생 DC 소스를 배제할 수 없습니다.
단위 인증 및 전력 품질 측정을 위한 측정 장비
그리드 연결 지점의 전압 품질은 사이트마다 다를 뿐만 아니라 시간 경과에 따라 달라진다는 것은 사실입니다. 따라서 예를 들어 그리드 전압 조건이 좋지 않은 경우 이미 존재하는 DC 구성 요소가 컨버터의 DC 전류 구성 요소에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 현장 전력 품질 측정에 사용되는 로고스키 코일은 전류 신호에서 AC 구성 요소만 감지할 수 있습니다. 홀 소자가 있는 전류 클램프는 측정 불확실성으로 인해 충분하지 않습니다. 따라서 인증 회사의 측정 실험실에서는 덴마크 회사 Danisense의 고정밀 플럭스게이트 전류 트랜스듀서를 사용합니다. 이 센서는 덴마크의 자체 IEC 17025-cer:fied 측정 실험실( )에서 직접 보정되며 필요한 캘리브라:온( ) 인증서가 함께 제공됩니다.
초기 파일럿 프로젝트에서 이러한 플럭스게이트 트랜스듀서는 고정밀 전력 품질 분석기( )와 함께 사용되기도 했습니다. 그리드에 연결된 플랜트의 소형 DC 구성 요소를 까다롭게 측정하려면 전력 품질 분석기(PQA)의 신호 대 잡음비가 매우 우수해야 하며, 그렇지 않으면 공칭 주파수보다 낮거나 높은 작은 레벨이 잡음으로 인해 손실됩니다.
동시에 PQA는 전류 센서의 가능한 DC 오프셋을 보정하여 아주 작은 레벨도 매우 정확하게 측정할 수 있어야 합니다. 네오메스테크닉의 전력 품질 분석기 PQA8000H를 사용하면 플럭스게이트 트랜스듀서를 연결할 수 있습니다. 신호 대 잡음비가 매우 우수할 뿐만 아니라 FFT 분석의 주파수 파라미터도 자유롭게 선택할 수 있습니다. IEC 61000- 4-7에 따른 규범적 그룹화는 특히 저주파 범위에서 추가 분석을 하기에는 너무 거칠습니다. 이러한 이유로 고전압 네트워크에서도 PQA를 사용하여 0~1Hz 범위에서 지자기 유도 준직류 전류를 감지할 수 있습니다.
매우 정확한 플럭스게이트 트랜스듀서를 사용한 DC 측정도 컨버터에서 직접 가능합니다. 더 작은 정격 전류( )의 경우, 플럭스게이트 트랜스듀서를 PCB 마운트로 사용할 수 있으므로 주파수 변환기가 출력 전류를 직접 확인할 수 있습니다.
플랜트 인증서
여러 개의 인증된 태양광 모듈과 인버터를 결합하여 대규모 발전소를 구성하는 경우, 제조업체의 개별 단위 인증서 외에 발전소 인증서( )가 필요합니다. 독일에서는 135kW 이상의 모든 발전소에 대해 발전소 인증서( )가 필요합니다. 그런 다음 연결 지점은 전송 손실을 최소화하기 위해 중간 전압 레벨에 위치합니다. DC 측정은 더 이상 변압기에 필요하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 저전압 측의 DC 전류는 변압기의 수명을 크게 단축시킬 수 있습니다. 따라서 저전압 측의 DC 측정은 변압기의 전체 서비스 수명 동안 플랜트의 가동 중지 시간과 유지 보수 비용을 최소화하기 위해 플랜트 운영자에게 확실히 이익이 될 것입니다.
태양광 컨버터 외에도 풍력 에너지 부문의 강력한 컨버터는 DC 구성 요소를 생성할 수 있습니다. 다음 그림과 같이 대부분의 경우 중전압 변압기 가 풍력 에너지 플랜트에 포함되어 있기 때문에 플랜트 인증을 위해 더 이상 DC 측정이 필요하지 않습니다.
변압기 및 DC 주입
마그네틱 코어의 단방향 포화가 발생한 변압기는 더 높은 여자 전류를 생성하여 코어 과열로 이어질 수 있습니다. 또한 진동, 소음 및 열 스트레스가 발생하여 궁극적으로 변압기의 수명이 단축될 수 있습니다. 다음 그림은 중첩된 저주파 진동으로 인한 반파 포화 상태를 보여줍니다.
또한 반파 포화 상태에서 변압기는 비선형 작동 장치가 됩니다. 여기서 변압기의 자기 작동 범위는 포화 범위로 밀려납니다. 히스테리시스 곡선의 선형 범위는 leS입니다. 결과적으로 고압 측 전압 신호의 왜곡 계수가 증가합니다.
결론
재생 에너지 애플리케이션의 전력 컨버터 기술은 고조파의 잠재적 원인으로 인해 어려움을 겪을 뿐만 아니라. 최근 몇 년 동안 DC 주입도 많은 경우에 발생한다는 조사 보고서가 증가하고 있습니다.7 인버터 외에도 비선형 부하도 DC 구성 요소를 생성할 수 있습니다. 모터 및 변압기와 같은 유도성 장비는 이러한 부하를 처리하도록 설계되지 않았습니다. DC 구성 요소를 최소화하기 위한 컨버터 제조업체 측의 노력에도 불구하고, 무시할 수 없는 DC 구성 요소인 oSen 및 은 AC/DC 센서를 사용할 때 저전압 네트워크에서 전력 품질 측정 중에 점점 더 많이 감지되고 있습니다.
이 까다로운 측정( )의 성공을 위해서는 신뢰할 수 있는 고성능 전류 센서와 매우 우수한 PQA가 기본 요건입니다.
참고
1
VDE-AR-N 4100 적용 규정:2019-04
기술 규정(TAR Niederspannung)에 대한 고객 요청의 네트워크 연결 및 운영(고객 요청의 네트워크 연결)
2 M. A. 라만, M. R. 이슬람, A. M. 마푸즈-우르-라만, K. M. 무오아키 및 D. 수탄토, "변압기 없는 태양광 인버터가 배전용 변압기에 주입한 직류 전류 의 영향에 대한 연구", IEEE Transac*ons on Applied Superconduc*vity, vol. 29, 2, 1-4쪽, 2019년 3월, 논문 번호 0602904, 도이: 10.1109/TASC.2019.2895580.
3 B. Long, M. Zhang, Y. Liao, L. Huang 및 K. T. Chong, "DC 컴포넌트 GeneraSon, DetecSon 및 그리드 연결 컨버터 시스템을 위한 억제 개요", IEEE Access, 7권, 110426-110438페이지, 2019, 도이: 10.1109/ACCESS.2019.2934175.
4 "IEEE 표준 적합성 테스트 절차 - 전력과 분산 에너지 자원을 상호 연결하는 장비에 대한 IEEE 표준 적합성 테스트 절차 시스템 및 관련 인터페이스", IEEE Std 1547.1-2020 , vol.1, pp.1-282, 2020년 5월 21일, 도이: 10.1109/IEEESTD.2020.9097534.
5 VDE V 0124-100:2020 NetzintegraSon von Erzeugungsanlagen - Niederspannung - Prüfanforderungen an Erzeugungseinheiten, 저전압 네트워크에 대한 접속 및 병렬 연결에 대한 사전 승인됨.
6 출처: 네오 메스테크닉 GmbH
7 살라스, 비센테 & 올리아스, 에밀리오 & 알론소 아벨라, 미구엘 & 첸로, F. & 바라도, A. (2006). PV 그리드 인버터에서 네트워크로의 직류 전류 인젝션. 2. 2371 - 2374. 10.1109/WCPEC.2006.279668.