미국 국립재생에너지연구소(NREL)에서의 태양광 에뮬레이션

저는 콜로라도주 골든에 위치한 미국 에너지부 국립재생에너지연구소(NREL)에서 대규모 1,500,000와트 프로그래머블 전원공급장치 시스템의 시운전을 위해 Magna-Power의 기술자와 함께 출장을 다녀왔습니다. NREL은 미국 최고의 재생에너지 연구개발 시설입니다. 1.5 MW Magna-Power 시스템이 설치된 NREL의 에너지 시스템 통합 시설(ESIF)은 청정하고 재생 가능하며 지능적인 미국 에너지 인프라를 위한 테스트베드를 제공합니다.

NREL의 Magna-Power 시스템은 6대의 MTD1000-250/480+HS+ISO+LXI 전원공급장치로 구성되어 있으며, Magna-Power의 UID47 상호연결 장치를 통해 마스터-슬레이브 직렬 또는 병렬 운전으로 구성할 수 있습니다. 각 MTD1000-250/480+HS+ISO+LXI 전원공급장치 모듈은 연속적으로 0-1000 Vdc 및 0-250 Adc를 출력할 수 있습니다. 고절연 출력(+ISO) 옵션을 적용하면, 각 장치의 DC 출력 절연 정격은 ± 4000 Vdc로, 모듈을 직렬로 최대 4000 Vdc까지 구성할 수 있습니다. 6개의 모듈로 다양한 직렬 및 병렬 구성이 가능합니다. 모든 Magna-Power 제품과 마찬가지로, 이 시스템은 표준 정전류, 정전압 전원공급장치 또는 PV 에뮬레이터로 사용할 수 있습니다. PV 에뮬레이터로서 이 시스템은 신기술 및 상용 제품의 시험과 평가에 사용됩니다.

저는 PV 시뮬레이터 선정 과정에서 핵심적인 역할을 한 전기공학자 마리코 시라지(Mariko Shirazi)와 함께 ESIF의 활동과 Magna-Power MT Series 프로그래머블 DC 전원공급장치의 응용에 대해 이야기를 나눌 기회가 있었습니다.

마리코 시라지(Mariko Shirazi) 박사 인터뷰

국립재생에너지연구소, 특히 에너지 시스템 통합 시설(ESIF)의 사명은 무엇입니까?
이 시설의 전반적인 목표는 전기, 열, 연료를 포함한 에너지 시스템을 시험하고, 이 모든 시스템을 통합 테스트베드로 결합하는 플랫폼을 제공하는 것입니다.

이 목표를 달성하기 위해 프로그래머블 DC 전원공급장치가 어떻게 사용됩니까?
프로그래머블 DC 전원공급장치는 태양광(PV) 시뮬레이터로 사용됩니다. ESIF의 큰 장점 중 하나는 상업용 및 유틸리티 규모(예: 100 kW, 1 MW 등)의 PV 인버터를 시험할 수 있는 능력을 갖추고 있다는 것입니다. 저희는 PV 인버터에 비정상적인 전압 및 주파수 조건을 인가하여 인버터의 응답을 확인할 수 있는 1 MW AC 계통 시뮬레이터를 보유하고 있으며, 이는 공공 시험 시설에서 흔하지 않은 기능입니다. 따라서 인버터 제조업체들은 자사 인버터를 이곳에서 시험하는 데 관심을 보이고 있습니다. AC 계통 시뮬레이터 연결과 함께 DC PV 시뮬레이션 기능도 필요합니다. 1 MW PV 어레이를 사용할 수 없으므로 해당 입력을 생성할 수 있는 능력이 필요합니다. 또한, 어레이를 사용할 수 있더라도 PV 시뮬레이터는 반복 가능한 결과를 생성할 수 있고 주변 환경 조건에 영향을 받지 않는다는 장점이 있습니다.

양방향 프로그래머블 DC 전원공급장치는 배터리 뱅크를 시뮬레이션하는 데에도 사용할 수 있습니다. 대형 UPS 인버터 또는 기타 배터리 연결 인버터를 시험하고자 할 때, 해당 용량의 배터리가 없더라도 배터리 시뮬레이터를 통해 인버터를 시험할 수 있습니다.

NREL의 PV 시뮬레이터 시스템은 언제 가동을 시작하고 인버터 시험을 시작했습니까?
2013년 4월에 가동 준비 검증을 완료했으며, 2013년 5월부터 인버터 시험을 시작했습니다. PV 시뮬레이션 측면에서는 1 MW의 Magna-Power로 시작했습니다.

이 규모의 다양한 전원공급장치 및 PV 에뮬레이터를 평가할 때 주요 선정 기준은 무엇이었습니까?
전력 및 전압 정격. 대역폭. 비용. 절연 전압 정격. 양방향성. 모듈성. 외부 아날로그 입력 및 유형(전압/전류 vs. 일사량/온도, 각각 응용에 따라 고유한 장점이 있음). 소프트웨어 정교함. PV 곡선상의 에뮬레이션 포인트 수. 연속 곡선 간 보간. PV 시뮬레이터의 곡선 업데이트 속도. 멀티 다이오드/멀티 험프 곡선 시뮬레이션 기능.

시험을 간소화한 PPPE 소프트웨어의 주요 기능은 무엇입니까?
어레이를 수동으로 입력하거나 최대 전력점, 개방회로 전압 및 단락회로 파라미터를 통해 어레이를 입력할 수 있는 기능을 선호합니다. 온도와 일사량을 입력하는 제공된 상세 모델은 아직 사용하지 않았지만, 다른 두 가지 모드는 확실히 유용합니다.

귀하의 응용에서 고절연(+ISO) 옵션이 필요했던 이유는 무엇입니까?
저희는 플로팅 또는 접지 상태에서 ±2000 Vdc로 운전하고자 하므로, 표준 구성의 출력 절연을 초과할 가능성이 확실히 있습니다. 저희는 가능한 최고 출력 절연 전압을 반드시 원했으며, 이것 또한 결정적인 요인이었습니다.

자체 컨트롤러를 위해 아날로그-디지털 I/O를 활용할 계획이 있습니까?
네, 이미 활용하고 있습니다. 자체 PV 모델을 사용하여 실시간 Opal-RT 시스템으로 시뮬레이션을 수행했습니다. 이 대형 전원공급장치로 5 kW 인버터만 구동했는데도 예상 이상으로 잘 작동해서 꽤 놀랐습니다.

이 응용에서 안전을 보장하는 Magna-Power 시스템의 통합 기능은 무엇입니까?
비상 정지 입력[인터록]이 확실히 중요합니다.

Magna-Power 시스템은 250 kW 모듈로 구성되어 있습니다. 시스템 재구성을 위해 이 모듈성을 활용하고 계십니까?
모듈성은 핵심이었습니다. 1.5 MW 인버터 1대, 500 kW 인버터 3대, 250 kW 인버터 6대를 시험하고 싶을 수 있기 때문입니다. 에너지 시스템 통합 시설로서 단일 소스 장비를 시험하는 것은 물론, 플랫폼에서 다중 소스 장비의 영향도 시험하고자 한다는 점을 이해하시면 됩니다.

마리코 시라지(Mariko Shirazi)는 현재 NREL 에너지 시스템 통합 시설(ESIF)의 REDB 수석 엔지니어로 재직하고 있습니다. REDB(Research Electrical Distribution Bus)는 ESIF 전기 시스템 시험 인프라의 핵심입니다. REDB 수석 엔지니어로서 마리는 REDB에 연결된 주요 연구 전기 장비의 지속적인 적합성, 성능 및 안전한 운영을 책임지고 있습니다. 연구 분야에서 마리는 전력전자 및 마이크로그리드 제어 개발에 주력하고 있습니다. 마리는 알래스카 대학교 페어뱅크스 캠퍼스에서 기계공학 학사학위를, 콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스에서 전기공학 석사학위 및 박사학위를 취득했습니다.