전력기자재 디지털 전환 지원센터

사례연도 -

기업요구사항 - 자사에서 개발중인 ’태양광 연계 수소 에너지 자립 시스템 개발’을 위해 에너지밸리기업개발원이 보유한 P-HILS(Power Hardware-in-the-Loop Simulation) 시험 인프라를 활용요청
-태양광 발전, 배터리 에너지 저장, PEM수전해 시스템, 수소 저장 열관리, 연료전지 발전 시스템 제어 시뮬레이션 수행 요청

지원내용 1. 태양광-수소 기반 에너지 자립 시스템 구성
2. 태양광 연계 PEM 수전해 모델링 구성

주요성과 - PEM 수전해 설비가 8000시간 설비 가동을 하였다는 가정하에 시뮬레이션을 통해 내구성 진단 측정 진행
- 8000시간 연속운전 등 가혹환경 조건에 따른 시뮬레이션 수행으로 4000시간 이후 생산량이 저감 및 내구성 감소 확인

사례연도 -

기업요구사항 - 자사 개발 Grid Forming 기반 인버터의 계통 사고 이후 복구 과정에서 전압 회복 및 무효전력 제어 성능 검증 필요
- 재생에너지 계통 확대에 따른 전압 불안정 상황 대응 성능 검토 요청
- 계통 전압 강하(Voltage Sag) 및 순간 정전 상황 발생 시 운전 지속 성능 검증 요구
· 계통 전압 회복 특성 분석
· 무효전력(Q) 제어 응답 성능 확인
· Fault Ride Through(FRT) 성능 검증
· 계통 복구 이후 출력 정상화 시간 분석
- 실제 현장 적용 전 Power HILS 기반 동적 특성 검증 요청

지원내용 (1) PHILS 시험 환경 구축
- 실시간 시뮬레이터(OPAL-RT 기반)를 활용한 계통 동적 모델 구성
- AC Power Amplifier를 이용하여 실제 DUT(Grid Forming Inverter) 연계
- ESS 및 태양광 발전원 연계 기반 분산전원 환경 구성
- 계통 사고 상황 재현을 위한 실시간 Hardware-in-the-Loop 시험환경 구축
(2) 계통 사고 시나리오 모델링
- 정상 계통 상태에서 인버터 출력 운전 조건 설정
- 계통 전압 20~50% 순간 강하(Voltage Sag) 시나리오 구성
- 순간 정전 후 계통 재투입(Grid Recovery) 조건 구현
- 계통 복구 이후 출력 회복 과정 분석 환경 구성

주요성과 (1) 계통 사고 대응 성능 검증
- Voltage Sag 발생 구간에서도 인버터 출력 유지 확인
- 사고 발생 직후 무효전력 공급을 통한 계통 전압 지지 성능 확보
- 순간 정전 이후 계통 재투입 시 정상 운전 상태 복귀 확인
→ 계통 사고 발생 시 지속 운전 가능성 검증 완료
(2) 전압 안정화 성능 확인
- 과도상태 발생 시 전압 변동폭 최소화 확인
- 계통 복구 이후 출력 정상화 시간 단축 확인
- 재생에너지 연계 환경에서도 안정적 전력 공급 성능 검증

사례연도 -

기업요구사항 - 자체 개발한 DCDC컨버터 대상 전력변환의 운전 특성 검증과 계통 연계 시나리오 검토 요청

지원내용 1. 멀티포트 DC/DC 컨버터 계통 연계 시험 환경 구성 지원
2. 운전 모드별 시험 시나리오 검토 및 구성 지원
3. 전압 레벨 및 보호 조건 검증 지원
4. 시험 구성 및 계측 기준 정리 지원

주요성과 - 실제 계통 연계 이전 단계에서 P-HILS 기반 가상 계통 시험 환경을 통해 운전 특성 사전 검증
- 멀티포트 DC/DC 컨버터의 운전 모드별 시험 시나리오 정립
- 전압 변동 및 부하 조건 변화에 따른 제어 응답 및 보호 동작 검토
- 향후 실증 시험 및 현장 적용을 위한 시험 절차 및 구성 기준 확보

사례연도 -

기업요구사항 - 250kW급 PCS 성능테스트를 위한 시험요청
▶DC측 : 200kW 파워앰프 1대(DC Simulator 역할)
▶AC측 : 200kW 파워앰프 1대(AC Simulator 역할)
- PCS양방향 동적 특성 및 계통연계 제어 안전성 검증
- 시험 구성을 위한 전원 공급 및 시뮬레이터 작동 지원과 환류 시험 구성을 위한 GRID 연결 및 안전 조치 지원

지원내용 1. 파워앰프를 활용한 AC-PCS-DC 환류 시스템 구성
2. 분전반 연계를 통한 계통연계 기반 PCS 시험

주요성과 1. 오실로스코프를 활용한 PCS 특성 분석 활용
- 200kW급 Back to Back 방식을 활용한 PCS 성능테스트
- 전류형/전압형에 따른 전류평형 등 10kW~최대200kW급 까지 단계적 성능 검증
- 본 시험을 위해 모니터링시스템 및 400kW급 전력발생기 활용을 위해 10kW부터 단계적으로 상승시켜 오실로스코프를 활용해 특성 분석

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기업요구사항 - RCU(Regen Converter Unit)의 계통연계 운전 및 이상조건 대응 성능 검증​을 위한 시험지원 요청
▶ DC측 : 200kW Power Amp 1대(DC Simulator 역할)
▶ AC측 : 200kW Power Amp 1대(AC Grid Simulator 역할)
- AC 계통의 전압·주파수·위상 및 계통 임피던스 변동과 순간정전, 결상 등 다양한 계통 이상조건을 모사​하여 RCU의 계통연계 제어 안정성 및 보호동작 성능 검증 지원
- RCU의 회생운전 특성을 고려하여 AC 200kW 및 DC 200kW Power Amp를 연계한 전력 환류 시험환경을 구성하고, 시험을 위한 전원 공급, 시뮬레이터 운전 및 GRID 연계 등 시험환경 구성과 안전조치 지원

지원내용 1. 400kW급 Power Amp를 활용한 AC-RCU-DC 환류 시험시스템 구성
- (AC측_200kW급) 200kW Power Amp를 AC Grid Simulator로 활용하여 RCU 계통연계 시험을 위한 3상 AC 전원 및 계통 이상조건 모사 환경 구성
- (DC측_200kW급) 200kW Power Amp를 DC Simulator로 활용하여 RCU의 DC Link 연계 및 회생운전 시험을 위한 DC 전원 환경 구성
- (AC-RCU-DC 환류) AC측과 DC측 Power Amp를 연계한 환류 시험회로를 구성하여 RCU의 연속적인 계통연계 및 회생운전 성능시험 환경 구축
2. 계통 변동 및 이상조건 모사를 통한 RCU 시험환경 구성
- (전압 변동) 입력 저전압·과전압, 3상 전압 불평형 및 Voltage Sag 조건을 모사하여 RCU의 전압 변동 대응 시험환경 구성
- (주파수·위상 변동) 주파수 변동, ROCOF 및 위상점프 조건을 모사하여 RCU의 계통 추종 및 제어 특성 시험환경 구성
- (계통 이상조건) 순간정전, 결상 및 상 순서 변경 조건을 모사하여 RCU의 이상상태 감지 및 보호동작 시험환경 구성
- (계통 특성 변화) Grid Impedance 조건별 부하전류 변화 시험을 위한 계통 임피던스 가변 환경 구성

주요성과 1. 계통 변동조건에 따른 RCU 운전 특성 분석
- 5.6kW에서 전류 THD 3% 발생
2. 계통 이상조건에 따른 RCU 보호동작 특성 분석
- 결상에도 운전이 지속되다가 Grid UV fault 검출시간이 지나면서 Fault 발생 확인
- 또한, 결상 시 70% Sag 때와 다르게 한상의 전류가 제어가 안되는 것으로 확인
3. 계통 복전 시 RCU 자동 재동기 성능 검증
- 순간 정전 시 상전류가 80A이상 상승해 OC Fault 발생

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기업요구사항 중전압 전력변환장치의 입력 전압 변화 조건에 따른 전력변환 효율, 입력·출력 특성 및 고전압 절연 기반 센싱 회로 검증을 수행할 수 있는 시험 환경을 제공요청

지원내용 ○ 중전압 전력변환기 효율 측정 시험환경 구축 지원
○ 실시간 전력변환 효율 측정 시스템 검증 지원
- 입력 전압(Vin), 입력 전류(Iin), 출력 전압(Vout), 출력 전류(Iout)를 실시간 계측하여 전력변환 효율(Efficiency) 측정 시험 수행
- Oscilloscope 및 Current Probe 기반 계측 방식과 Shunt Resistance 기반 전류 측정 방식을 비교 검토하여 측정 정확도 분석 수행
○ 고전압 절연 센싱 회로 및 계측 안정성 검증 지원
- FPGA 및 ADC 기반 데이터 수집 구조를 활용하여 실시간 전압·전류 데이터 처리 구조 검토 수행지원

주요성과 다양한 입력 전압 및 부하 조건에서 전력변환 효율 특성 측정 데이터 확보

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기업요구사항 고전압 DC-DC Converter의 입력 전압 변화 조건에 따른 장치 응답 특성, 출력 안정성 및 제어 성능을 사전에 검증할 수 있는 시험 환경 제공 요청

지원내용 1. 고전압 DC-DC Converter 전압 가변 시험환경 구성 지원
2. 전압변경 테스트 지원(1.5kV → 2kV 스텝 변경)

주요성과 - [35kV DC Link] DCDC컨버터의 스위칭 소자로 인해 800V DC 링크와 비교할 때, 비교적 더 큰 노이즈 및 전력 손실 발생

사례연도 -

기업요구사항 본 지원 사업은 당사에서 개발한 고전압 DC 입력형 전원공급장치를 대상으로 에너지밸리기업 개발원에서 보유한 계측장비를 활용하여
제품의 효율을 측정하기 위한 시험 구성과 방법 및 환경을 지원요청

지원내용 ○ 기업 기술지원 컨설팅(요청내용)
- 효과적인 효율 측정 방법 제시
· 고전압 소전류 측정시 문제점 해결 방안
· Probe 오차를 감안한 효율 측정 방안
○ 기업 기술지원 활용 내용
- DC 2,000V 입력에 출력 40W 정격시 효율 75% 목표 측정
- 고전압 Probe 오차 2%, 저전압 Probe 오차 1% 감안
- 전류 Probe offset 오차 검증
- 고전압 측류 측정시 정밀 저항을 직렬로 연결하는 방안 제시

주요성과 1. 기본 시험 조건에서 개발원 장비를 통한 계측 실시
2. 개발원 제시안을 토대로 효율 측정 실시
3. 목표 측정값 확인

사례연도 -

기업요구사항 - 자사 개발 그리드포밍(GFM) 인버터의 전력계통 연계 시 과도상태 및 고장 상황에서의 안정성 검증 필요
- 재생에너지 비중 증가에 따른 저계통강도(Weak Grid) 환경에서의 운전 성능 검토 요청
- 계통 고장(High impedance fault) 발생 시에 대한 실증 시험 요구
· 고장전류 공급 능력
· 전압·주파수 유지 성능
· 병렬운전 시 안정성
- 실계통 적용 전, Power HILS 기반 하드웨어 실증 검증 요청

지원내용 (1) PHILS 시험 환경 구축
- 실시간 시뮬레이터(OPAL-RT HYPERSIM) 기반 IEEE 9-bus 계통 모델 구성
- AC Amplifier를 활용하여 실제 DUT(시험대상 인버터) 연계
- GFM 인버터 2기 병렬 구성
- PV Emulator 및 ESS Battery 연계 운전 환경 구현
(2) 계통 조건 모델링
- 기존 계통: 동기발전기 3기 (315MW)
- 재생에너지 증가 계통: 동기발전기 2기 + 재생에너지 발전원 구성
- KGFM_기업개발원PHILS구성시험
- 2번 발전기 모선 0.1초 고장 및 제거 시나리오 적용
(3) 시험 항목
- 고임피던스 계통 고장 발생 시 GFM 모드 출력 특성 분석
- 고장 시 전류 증대 특성 및 유지시간 측정
- 병렬운전 시 동기화 안정성 검증
- 과도상태에서의 주파수 및 유효전력 응답 분석

주요성과 (1) 고장 전류 특성
- Peak 전류: 134A
- 고장 발생 직후 전류 급상승
- 이후 약 100A 수준 유지
- 정상전류 대비 약 2배 수준 고장전류 공급
고장전류 제공 시간 확보
(2) 출력 및 안정성 특성
- 고장 시에도 전압 파형 유지
- 주파수 급락 없이 빠른 회복 특성
- 병렬 운전 중 상호 불안정 현상 없음
- 과도 응답 이후 정상상태 안정적 수렴

사례연도 -

기업요구사항 - 시제품 통합 시험을 위한 장비 지원
· 제어 모듈 정상 동작 시험
· 시제품 운전 정상 동작 및 출력 전압 상태 확인

지원내용 ○ 장비 활용 지원
- 전력증폭기 출력 매트릭스 자동변환 장치 통합 시험을 위한 장비 지원
· 전력증폭기의 모듈별로 필요한 시험(Free amplifier, DC Unipolar, DC bipolar. AC single phase, Three Phase, Three Phase + N)을 위하여 전력증폭기 장비 및 계측기 (파워 에널라이저, 멀티미터, 오실로스코프)를 지원

주요성과 1) 전력증폭기 운전 모드 입력함에 따라서 H/W Wiring이 자동변환 가능
2) Mode 변환 모듈의 선택 여부와 Open/Close 상태 표시 가능함