SF6 회로 차단기를 사용하여 다양한 풍력 발전 단지 토폴로지에서 과도 과전압 억제 조치의 효율성 평가

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13655(2023) 이 기사 인용

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풍력 발전 단지에서 스위칭 과전압을 억제하기 위한 다양한 과전압 완화 방식이 문헌에 사용되었습니다. 그러나 이러한 완화 기술의 효과가 풍력 발전 단지 토폴로지의 변화에 ​​따라 어떻게 달라지는지에 대한 평가는 아직 미개척 분야입니다. 이 논문의 주요 목적은 SF6 회로 차단기를 사용하는 동안 네 가지 완화 계획의 효율성을 연구하는 것입니다. R–L 스마트 초크, R–C 스너버 회로, 서지 커패시터 및 사전 삽입 저항기(PIR)가 네 가지 풍력 발전 단지 토폴로지에서 연구되었습니다. 방사형, 단면 링, 양면 링 및 스타 토폴로지. 토폴로지는 이집트 Zaafrana에 위치한 실제 풍력 발전소를 기반으로 했습니다. 결과는 R-L 초크가 모든 토폴로지에 대해 가장 효과적인 방식이고 그 다음으로 PIR, R-C 스너버 및 서지 커패시터 방식이 각각 뒤따르는 것으로 나타났습니다. 과전압 감소 비율은 R–L 초크의 경우 62~84%, PIR의 경우 33~67%, R–C 스너버 회로의 경우 8~25%, 서지 커패시터의 경우 4~15% 범위였습니다. 또한, 풍력 발전소 토폴로지의 변경은 완화 계획의 효율성 순서에 영향을 미치지 않아 R-L이 모든 토폴로지에 대해 가장 효과적인 것으로 남아 있고 서지 커패시터가 가장 덜 효과적인 것으로 나타났습니다.

전력 수요 증가와 비축 화석 연료 공급 감소로 인해 에너지 시장 규모가 커짐에 따라 발생하는 양면적인 문제로 인해 재생 에너지원에 대한 빠른 의존도가 높아지고 있습니다. 전 세계적으로 활용되는 주요 에너지원 중 하나는 풍력 에너지로, 풍력 발전소의 성능 및 보호에 대한 과도한 조사로 이어집니다. 그러나 풍력 발전 단지의 구조는 엄청난 수의 전력 변압기, 장거리로 연장되는 지하 케이블, 빈번한 전환 작업을 요구하는 제어 알고리즘을 사용한다는 점에서 기존 발전소와 다릅니다1. 일반적으로 풍력 발전소는 풍력 타워, 터빈, 지하 케이블, 변압기 및 보호 장치와 같은 여러 전기 및 기계 요소로 구성됩니다. 이러한 요소 간의 연결은 널리 알려진 네 가지 주요 토폴로지를 사용하여 다양한 토폴로지로 구축할 수 있습니다. 토폴로지는 방사형 토폴로지, SSR(Single-Sided Ring) 토폴로지, DSR(Double-Sided Ring) 토폴로지 및 스타 토폴로지2입니다.

빈번한 스위칭은 공진 RLC 회로를 형성하는 전력 변압기와 MV 케이블의 존재로 인해 파괴적인 효과가 증폭되는 일시적인 과전압을 유도합니다3. 이러한 파괴적인 영향으로 인해 풍력 발전 단지의 단열 실패가 발생했습니다4. 이러한 실패로 인한 결과적인 손실로 인해 연구자들은 풍력 발전소5,6,7에서 일시적인 과전압의 영향을 조사하게 되었습니다. 풍력 발전 단지에서 과전압이 미치는 영향에 대한 연구와 과전압을 완화하기 위해 사용된 억제 조치에 관한 문헌의 주요 내용은 표 1에 요약되어 있습니다. 설문 조사의 주요 초점은 지난 5년 이내의 최근 논문에 맞춰졌습니다. 이러한 이유로 이 표는 2019년부터 2023년까지의 대부분의 논문을 검색하며, 최근 5년간 총 18편의 출판물과 이전 연도의 3편의 출판물을 검색합니다.

이 표는 풍력 발전 단지 내 과도 해석과 관련하여 문헌에서 연구된 다양한 주제를 보여줍니다. 그러나 풍력발전단지 토폴로지와 관련하여 가장 적합한 억제 기술 선택의 영향은 이전에 조사되지 않았습니다. 스위칭 과전압(SOV)의 심각도는 주로 풍력 발전소 토폴로지에 따라 달라지므로 이러한 주제는 매우 중요합니다3,19,20. 따라서 본 논문에서 다루고자 하는 주요 문제는 각 풍력 발전 단지 토폴로지에 가장 적합한 억제 조치를 조사하는 것입니다. 따라서 이 논문의 기여는 다음과 같습니다.

다양한 풍력 발전 단지 토폴로지(방사형, DSR, SSR 및 별형)가 일시적인 SOV에 미치는 영향을 연구하고 조사합니다. 이러한 비교는 문헌에서 거의 다루지 않았으며 참고문헌 3에서는 이 점만 다루고 있는 출판물이 거의 없었습니다.