DER이 풍부한 네트워크의 전압 불균형 — 태양광 PV가 도움이 될 때와 그렇지 않을 때
| 네트워크 | IEEE 유럽 LV 테스트 피더 — 55 버스를 싣다, 0.416 kV 공칭 |
| DER 통합 | 40 단상 PV 패널, 2.5 각각 kW — 100 총 kW, 그리드 추종 인버터 |
| 세 가지 부하 시나리오 | 낮은, 중간, 높은 위상 불균형 — 동일한 총 부하, 다른 위상 분포 |
| 핵심 역설 | PV 통합은 중간 불균형 시나리오에서 불균형을 감소시켰지만 낮은 불균형 시나리오에서는 불균형을 악화시켰습니다. |
| 측정 문제 | IEEE PVUR1 및 PVUR2 지수는 VUF를 10배만큼 과대평가할 수 있으므로 DER이 풍부한 네트워크에서는 신뢰할 수 없습니다. |
| 가장 정확한 색인 | CIGRE 불균형 인자 = 실제 IEC VUF의 정확한 재구성 — 라인 전압 크기만 사용 |
| 사용된 도구 | IEEE 유럽 LV 테스트 피더의 OpenDSS 전력 흐름 분석 |
| 출처 | 자비히, 바데사 & 에르난데스, arXiv:2505.23435, 마드리드 폴리테크닉 대학교, 할 수있다 2025 |
01 맥락 — 하나의 두 가지 문제
분산형 에너지 자원이 저전압 배전망에서 확산됨에 따라, 전력 품질 엔지니어는 서로 관련되어 있지만 서로 다른 두 가지 과제에 직면해 있습니다.. 첫째는 신체적인 문제이다.: 단상 PV 패널, EV 충전기, 배터리 저장 시스템은 분배 피더의 3단계에 걸쳐 고르지 않게 연결됩니다., 기존 네트워크 분석에서 예상할 필요가 없었던 방식으로 전압 불균형을 생성하거나 수정합니다.. 두 번째는 측정 문제입니다.: IEEE에서 정의한 기존 전압 불균형 지수 포트폴리오, IEC, NO, 및 CIGRE는 수십 년간의 표준 개발을 통해 — DER이 도입한 위상각 편차에 대해 모두 동일한 방식으로 반응하지는 않습니다., 일부는 네트워크 상태에 따라 오해의 소지가 있는 크거나 작은 판독값을 제공할 수 있습니다..
이 사례 연구는 다음의 결과를 제시합니다. 2025 자비히의 연구, 바데사, 마드리드 폴리테크닉 대학교의 Hernandez (UPM), IEEE 유럽 LV 테스트 피더(55버스)에서 두 가지 문제를 동시에 조사했습니다., 0.416 현실적인 유럽 저전압 배전 구성을 나타내는 kV 네트워크. 이 연구의 두 가지 주요 결과는 다음과 같습니다.: 첫 번째, PV 통합은 기준 부하 분포에 따라 전압 불균형을 악화시키거나 개선할 수 있습니다.; 그리고 두 번째, 일반적으로 사용되는 IEEE PVUR1 및 PVUR2 지수는 실제 VUF를 10배 이상 과대평가할 수 있습니다., DER이 풍부한 네트워크를 위한 계획 도구로서 신뢰할 수 없게 만듭니다..[1]
LV 피더의 DER 통합을 계획하는 유틸리티는 일상적으로 단순화된 전압 불균형 지수를 사용하여 규정 준수 여부를 평가합니다. 2% VUF 한도. 사용되는 인덱스가 실제 VUF를 10배만큼 과대평가할 수 있는 경우, 실제로 규정을 준수하는 피더는 규정을 준수하지 않는 것처럼 보일 수 있으며, 필요하지 않은 값비싼 완화 조치를 촉발할 수 있습니다.. 거꾸로, 지수가 VUF를 과소평가하는 경우 (특정 시나리오에서 LVUR이 하는 것처럼), 비호환 피더는 통과한 것처럼 보일 수 있습니다.. 측정 지수의 선택은 기술적인 세부 사항이 아닙니다. 피더당 수백만 달러에 달할 수 있는 투자 결정에 직접적인 영향을 미칩니다..
02 측정 지수 문제
현재 다양한 표준 기관에서 5가지 전압 불균형 지수를 사용하고 있습니다.. 측정 대상이 근본적으로 다릅니다., 그들이 그것을 측정하는 방법, 실제 네트워크 조건에서 실제 전압 불균형 요인에 얼마나 정확하게 접근하는지:[1]
| 색인 | 기준 | 입력이 필요합니다 | 정확도 대. VUF (1–2% 범위) | 위상각 포함? |
|---|---|---|---|---|
| VUF (진실) | IEC / IEEE 1159 | 위상 전압 크기 + 각도 | 참고 (1.000) | 예 |
| CIGRE | CIGRE | 라인 전압 크기만 해당 | 정확한 (1.000) | 예 (암묵적으로) |
| LVUR | NO | 라인 전압 크기만 해당 | 0.866 - 1.005 | 부분적으로 |
| PVUR1 | IEEE 표준 141 | 위상 전압 크기만 해당 | 0 – 10.7× | 아니 |
| PVUR2 | IEEE 표준 112 / 936 | 위상 전압 크기만 해당 | 0 – 16.1× | 아니 |
PVUR1과 PVUR2는 모두 위상 전압 크기만 사용하며 위상각 편차를 완전히 무시합니다.. 대칭 부하가 있는 기존 균형 네트워크에서, 위상각 편차는 작으며 이러한 단순화로 인해 사소한 오류만 발생합니다.. 그러나 단상 PV 패널, 단상 EV 충전기, 불균등하게 분산된 단상 부하 모두는 전압 크기 편차와 크기가 비슷한 위상각 편차를 생성합니다.. 이 정권에서는, PVUR1 및 PVUR2는 어느 방향에서든 실제 VUF와 다른 크기의 값을 반환할 수 있습니다.. DER 통합 준수를 평가하기 위해 이러한 지수를 사용하는 것은 엔지니어링 과실입니다..
03 세 가지 불균형 시나리오 - 동일한 부하, 다른 위상 분포
이 연구에서는 IEEE 유럽 LV 테스트 피더에 대한 세 가지 부하 시나리오를 사용했습니다. 각 시나리오는 총 부하가 거의 동일합니다. (~160~170kW) 하지만 세 단계에 걸쳐 분포가 다릅니다., 낮은 생성, 중간, 높은 초기 전압 불균형:[1]
| 대본 | A단계 부하 공유 | 단계 B 부하 공유 | C단계 부하 공유 | 최대 VUF (PV 전) | VUF 평균 (PV 전) |
|---|---|---|---|---|---|
| I — 낮은 불균형 | 31.7% | 39.5% | 28.8% | 0.982% | 0.787% |
| II - 중간 불균형 | 22.2% | 31.5% | 45.3% | 1.625% | 1.255% |
| III — 높은 불균형 | 22.1% | 59.3% | 18.6% | 2.081% | 1.558% |
VUF 최대값이 다음과 같은 시나리오 III 2.081% 이미 EN을 초과했습니다. 50160 계획 한도 2% DER이 추가되기 전에. 시나리오 I과 II는 한계 내에 있습니다.. 연구가 다루는 질문은: 이러한 불균형 수준은 어떻게 되나요? 40 단상 PV 패널이 네트워크에 추가됩니다.?
04 PV 통합 — 직관에 반하는 결과
40 단상 PV 패널 2.5 각각 kW — 100 총 kW, 그리드 추종 유형 - IEEE 유럽 LV 테스트 피더에 추가되었으며 세 가지 시나리오 모두에 대해 전압 불균형이 다시 계산되었습니다.. 결과는 직관에 어긋났어요:[1]
| 대본 | VUF mean before PV | VUF mean after PV | Change | 효과 |
|---|---|---|---|---|
| I — 낮은 불균형 | 0.787% | 0.963% | +22% | Worsened |
| II - 중간 불균형 | 1.255% | 0.702% | −44% | Improved |
| III — 높은 불균형 | 1.558% | 1.484% | −5% | Marginal |
The counterintuitive result in Scenario I occurs because the 40 single-phase PV panels are distributed across the three phases independently of the load distribution. In Scenario I, the load is already reasonably balanced (31.7/39.5/28.8%). Adding 100 여러 단계에 걸쳐 불균등하게 분산된 발전 kW는 기존 부하 불균형을 취소하기보다는 추가하는 새로운 비대칭 소스(발전 단계 분포)를 도입합니다.. In Scenario II, 부하가 크게 편향됨 (22.2/31.5/45.3%), PV 위상 분포는 과부하된 위상에 더 많은 발전을 주입합니다., 기존 불균형을 부분적으로 보상. 순 효과는 전적으로 PV 위상 분포가 부하 위상 분포의 역과 얼마나 잘 일치하는지에 따라 달라집니다. 이는 유틸리티가 주거용 연결 승인 프로세스에서 거의 제어하지 않는 매개변수입니다..
05 전력 품질 관점
이 연구는 유틸리티가 DER 통합 계획에 접근하는 방식을 직접적으로 바꿔야 하는 두 가지 결과를 제공합니다.. PV가 이미 균형을 이룬 피더의 전압 불균형을 악화시킬 수 있다는 첫 번째 사실은 분산 발전이 중립적이거나 불균형에 유익하다는 일반적인 가정을 뒤집습니다.. 두 번째, 즉 IEEE PVUR1 및 PVUR2 지수는 DER이 풍부한 네트워크에서 신뢰할 수 없다는 점은 LV 피더 규정 준수 평가를 위해 이러한 지수를 여전히 사용하는 모든 유틸리티에 즉각적인 영향을 미칩니다..
측정 지표 결과는 보다 즉각적으로 실행 가능한 결과입니다.. PVUR1 및 PVUR2는 전압 크기 측정만 필요하므로 북미 유틸리티 실무에서 널리 사용됩니다. 기존 계량에서 쉽게 사용할 수 있습니다.. CIGRE 지수와 실제 IEC VUF에는 페이저 측정이 필요합니다. (VUF용) 또는 선간 전압 계산 (CIGRE의 경우), 둘 다 최신 전력 품질 계측기에서 사용할 수 있지만 표준 에너지 미터에서는 사용할 수 없습니다.. 실질적인 결과는 DER 통합 준수를 평가하기 위해 PVUR 지수를 사용하는 유틸리티가 실제 물리적 조건이 아닌 측정 인공물을 기반으로 준수 연결을 차단하거나 비준수 연결을 승인하는 등 잘못된 결정을 내릴 수 있다는 것입니다..
이 연구는 숙련된 PQ 엔지니어들이 수년간 비공식적으로 알고 있었던 내용을 공식화합니다.: 전압 불균형 지수의 선택이 중요합니다, 이는 기존 네트워크보다 DER이 풍부한 환경에서 더 중요합니다.. 유틸리티 PQ 엔지니어링 관점에서, 높은 DER 시나리오에서 LV 피더 불균형 평가를 위한 올바른 접근 방식은 CIGRE 지수를 사용하는 것입니다. 이는 계산적으로 접근 가능합니다. (라인 전압 크기만 필요, 모든 클래스 A PQ 기기에서 사용 가능), 수학적으로 정확하다 (실제 VUF와 동일한 결과), 표준 모니터링 배포에서 IEC 정의를 구현하기 어렵게 만드는 위상각 측정 요구 사항을 방지합니다.. CIGRE가 북미 표준에 채택되지 않은 것은 역사적 사고이다., 기술적인 장점을 반영한 것이 아닙니다..
참조
- 자비히 A, 빌리지 엘, 에르난데스 A. “DER 침투율이 높은 배전망의 전압 불균형 측정법 평가.” arXiv:2505.23435, 마드리드 폴리테크닉 대학교 (UPM), 할 수있다 2025. 사용 가능: arxiv.org/abs/2505.23435
- IN 50160:2010+A3:2019. 공공 전력망에서 공급되는 전기의 전압 특성. CENELEC, 브뤼셀.
- IEEE 표준 1159-2019. 전력 품질 모니터링을 위한 IEEE 권장 사례. IEEE, 뉴욕, NY, 2019.
- IEC 61000-4-30:2015+AMD1:2021. 전자기 호환성 - 부품 4-30: 전력 품질 측정 방법. IEC, 제네바.
- MG-1-2021 없음. 모터 및 발전기. 전국전기제조협회, 로슬린, 버지니아.
자비히 A, 빌리지 엘, 에르난데스 A. “DER 침투율이 높은 배전망의 전압 불균형 측정법 평가.” arXiv:2505.23435, 마드리드 폴리테크닉 대학교, 할 수있다 2025.
arXiv에서 보기 → — 오픈 액세스, 학술적 사용에 대한 라이센스 제한 없음.
본 사례 연구는 교육 목적으로 요약 및 해설 형식으로 제공됩니다.. PQ 관점 섹션 (섹션 5) SVG 다이어그램은 Denis Ruest의 원본 IPQDF 편집 콘텐츠입니다., 석사. (적용된), 물리 공학과. (퇴사.). IPQDF는 원본 연구의 저자임을 주장하지 않습니다..