부유진자파력발전장치용 정전압형 및 변동전압형 동기발전기의 전 시스템 발전성능 비교연구

Abstract

파일럿 모형에 채택된 정전압형 동기발전기의 유효성을 확인하기 위해 1/10규모 부유진자파력발전 모형시험을 통해 변동전압형 동기발전기와 발전성능을 비교하였다. 채택된 브러쉬리스 동기발전기는 가격 경쟁력이 우수하고 높은 신뢰성으로 소형발전분야에 널리 사용되고 있고 회전속도 변동에도 정전압을 유지할 수 있는 정전압형으로 계통연계에 유리한 장점이 있는 반면, 발전기 회전속도 변동폭이 제한적이어서 회전속도를 제어할 필요가 있다. 한편, 변동전압형 동기발전기는 회전속도 변동을 허용하여 회전속도 제어가 필요없는 장점이 있는 반면, 낮은 회전속도을 인해 발생되는 저전압을 계통에 요구되는 전압으로 변환하기 위해 boost converter가 포함되거나 back-to-back형태의 전력변환장치가 요구되어 상대적으로 고사양의 전력변환장치가 요구된다. 또한, 낮은 속도에서 높은 토오크가 요구될 수 있어 변동전압형 동기발전기가 보다 높은 사양이 요구될 것으로 예상된다. 모형발전기의 일정 회전속도를 얻기 위해 모형전력변환기의 부하(전류)를 제어함으로서 부유진자파력발전장치의 정전압형 동기발전기를 모델링 하였다. 한편, 모형발전기의 회전속도를 별도로 제어하지 않고 모형전력변환기에 원하는 부하를 유지할 수 있도록 하여 변동전압형 동기발전기를 모델링 하였다. 불규칙파랑에서 모형실험결과 발전기 회전속도 제어를 수행하는 정전압형 동기발전기의 발전성능이 최적 부하를 가한 변동전압형 동기발전기와 큰 차이가 발생하지 않았다. 정전압형 동기발전기의 기계적 내구성이 회전속도의 변동이 큰 변동전압형 동기발전기에 비해 유리할 것으로 판단된다. 전력변환장치와 발전기의 비용, 규모, 복합성, 내구성 등 널리 사용되고 있고 회전속도 변동에도 정전압을 유지할 수 있는 정전압형으로 계통연계에 유리한 장점이 있는 반면, 발전기 회전속도 변동폭이 제한적이어서 회전속도를 제어할 필요가 있다. 한편, 변동전압형 동기발전기는 회전속도 변동을 허용하여 회전속도 제어가 필요없는 장점이 있는 반면, 낮은 회전속도을 인해 발생되는 저전압을 계통에 요구되는 전압으로 변환하기 위해 boost converter가 포함되거나 back-to-back형태의 전력변환장치가 요구되어 상대적으로 고사양의 전력변환장치가 요구된다. 또한, 낮은 속도에서 높은 토오크가 요구될 수 있어 변동전압형 동기발전기가 보다 높은 사양이 요구될 것으로 예상된다. 모형발전기의 일정 회전속도를 얻기 위해 모형전력변환기의 부하(전류)를 제어함으로서 부유진자파력발전장치의 정전압형 동기발전기를 모델링 하였다. 한편, 모형발전기의 회전속도를 별도로 제어하지 않고 모형전력변환기에 원하는 부하를 유지할 수 있도록 하여 변동전압형 동기발전기를 모델링 하였다. 불규칙파랑에서 모형실험결과 발전기 회전속도 제어를 수행하는 정전압형 동기발전기의 발전성능이 최적 부하를 가한 변동전압형 동기발전기와 큰 차이가 발생하지 않았다. 정전압형 동기발전기의 기계적 내구성이 회전속도의 변동이 큰 변동전압형 동기발전기에 비해 유리할 것으로 판단된다. 전력변환장치와 발전기의 비용, 규모, 복합성, 내구성 등