지속 가능한 전력 계통 운영의 중요성

풍력, 태양광발전과 같은 신재생에너지발전 규모가 지속적으로 증가하면서, 안정적으로 지속 가능한 전력 계통 운영이 당면 과제로 부상하고 있다. 신재생에너지의 특성상 기후의 영향을 받아 전력생산량이 일정하지 않고 소비자가 직접 전기를 생산해서 사용하는 소규모 분산전원으로 계통에 연계되는 문제점이 있다.

이에 대한 해결책으로 전력에너지저장장치(ESS)가 주목받고 있으며, 주요 용도는 첨두 부하 관리 및 주파수 조정, 오프셋 디젤 발전기, 신재생에너지 전력 생산 관리 및 활용, 순동 예비력 등이다.

ESS 구성 장치 및 소프트웨어
배터리를 포함한 ESS는 다양한 장치 및 소프트웨어로 구성된다. 일반적으로 ESS용 전력변환 장치(PCS)는 배터리로부터 저장된 직류전력을 교류로 변환해 전력계통에 전력을 공급하거나 직접 교류부하에 전력을 공급하는 기능과 전력계통으로부터 교류전력을 직류로 변환해 배터리에 전력을 저장하는 기능이 모두 가능한 장치이다. 지멘스의 ESS용 PCS는 뛰어난 제품 디자인과 다수의 검증된 실적으로 이미 세계시장에 잘 알려진 SINAMICS S120 Cabinet Modules 시리즈를 기반으로 한다.

	▲ 배터리를 포함한 ESS의 구성요소

SINAMICS S120 Cabinet Modules는 System Integrator의 솔루션에 따라 추가 구성장치 및 소프트웨어를 연계할 수 있도록 다양하고 특별한 기능을 지원한다. 그 기능은 다양한 용량별 캐비닛 모듈, 높은 유연성, 표준화된 인터페이스, 극대화된 안전성과 신뢰성, 다양한 옵션 기능 등이다.

ESS용 S120 Cabinet Modules 용량은 최대 3.5MW(440V 기준)이며, 출력 전압 380~690V, 50Hz 또는 60Hz 주파수 적용 가능, 고객 요구에 따른 맞춤형 외함 적용 가능, SCADA 연동 가능, IEC 61850, Profibus, DNP 3.0, Modbus 및 기타 프로토콜 호환 가능, ANSI, IEC, IEEE519 및 기타 관련 규격 준수 등의 특성을 가진다. 이 외 지멘스 ESS용 구성요소는 ALM, AIM, CU, VSM 등이 있다.

ALM(Active Line Module)은 에너지를 저장하고, 공급하기 위한 자가 정류 IGBT 인버터로서 ALM의 폐쇄 루프 제어 기능은 전압, 주파수 제어 및 상위 제어 장치와의 연계를 통한 무효전력 보상을 가능하게 한다.

	▲ 하드웨어 및 소프트웨어 구성요소

AIM(Active Interfact Module)은 ALM 연동에 최적화된 선로 필터다. 이 필터에 의해 전력계통 고조파가 억제된다. CU320-2는 ALM의 제어 장치이자, 인버터와 상위 제어 장치간 데이터 교환을 위한 I/O를 제공하는 장치이다. PROFIBUS 또는 PROFINET이 표준으로 제공된다. VSM(Voltage Sensor Module)은 계통 전압을 측정해 인버터가 전력계통과 동기화될 수 있도록 한다.

지멘스 ESS-PCS 특별한 기능적 요소
지멘스 ESS-PCS는 다양한 기능이 있다. 저전압 보상 기능(LVRT, Low Voltage Ride Through) 및 FRT 기능 지원(Fault Ride Through, 발전설비가 계통사고로 인한 순시전압강하시 전력망 운영주체가 결정한 조건에 맞게 연계 운전을 유지하는 것)하며, 계통 전압/주파수 제어 기능 및 자력 기동(Black Start) 기능 지원, 높은 신뢰성, 효율성, 낮은 유지 보수비용 등을 장점을 가진다. 뿐만 아니라 2MW 단위용량 PCS로서 5권선 특수변압기 대신 일반변압기를 적용해 콤팩트한 컨테이너 구성 및 충분한 유지보수 공간 확보 가능, 다수의 검증된 실적, 점검용 창을 통한 PCS 내부 육안 검사 가능 등 다양한 기능을 가진다.

<한국지멘스 제공>

FA Journal 편 집 국 (fa@infothe.com)

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