그리드로 연결된 태양광 시스템은 지속 가능한 에너지원으로 그 중요성이 더욱 커지고 있습니다.
태양광 패널의 DC 전력은 인버터를 통해 AC 전력으로 변환됩니다. 이 방법은 변압기를 사용하지 않으며, AC 전류를 생성하는 것 외에도 소량의 DC 전류를 유입합니다. AC 네트워크에 DC 전류가 과도하게 유입되면 변압기 포화(transformer saturation)와 같은 문제가 발생할 수 있으며, 이로 인해 추가적인 손실이 발생하고 변압기 수명이 단축됩니다. 이러한 DC 요소를 측정하려면 DC 전압과 DC 전류를 처리할 수 있는 전력 품질 분석기가 필요합니다. Fluke 430-II 시리즈는 이러한 요구 사항을 충족하며 이 기능 때문에 이러한 요소를 측정하는 고유한 계기이기도 합니다.
소량의 DC 전압도 큰 DC 전류를 유입할 수 있습니다
AC 네트워크에서 네트워크 임피던스가 낮은 경우에는 그리드로 연결된 인버터에서 소량의 DC 전압이 많은 DC 전류를 유입하게 된다는 것을 의미합니다. 이 DC 전류는 고장 전류는 아니지만, 그리드로 공급되는 전류의 양의 반파(half-wave) 및 음의 반파 사이의 비대칭으로 인해 발생합니다.
인버터에는 DC 유입을 차단하는 출력 변압기가 없으므로, 이 현상을 방지해야 합니다. 인버터에서 DC 유입을 방지하지 못하면, 네트워크에 DC 전류가 공급되어 네트워크에 연결된 구성 요소에 문제가 발생합니다.
소량의 DC 전류도 변압기나 모터 및 발전기와 같은 다른 전기 기계에서 포화를 일으킬 수 있습니다. 포화 효과는 소음, 진동, 토크 맥동, 과열로 나타날 수 있습니다.
이미 많은 국가에서 DC 전류 유입으로부터 네트워크를 보호하는 규정을 마련했습니다. IEEE 표준 1547.1, IEC61727, DIN VDE 0126에서는 모두 허용되는 최대 DC 오프셋을 지정합니다. 예를 들어, BS-India에서는 인도에서 허용되는 최대 DC 오프셋을 출력의 1 % 이하로 지정합니다. CEA 그리드에 대한 연결 기술 표준(수정안), 2012 규정을 참조하십시오.
기타 DC 유입 원인
최신 가변 속도 드라이브, 특히 활성 정류기를 포함하는 드라이브도 AC 그리드에 DC를 유입합니다.
LED 조명과 같은 기타 비선형 및 비대칭 부하도 DC를 유입할 수 있습니다. 이러한 구성 요소를 대규모로 사용하면 유입되는 총 DC가 증가합니다. 사무실에서는 한 번에 여러 대의 PC를 사용하는 경우가 많기 때문에 DC 전류 레벨이 상당히 높아질 수도 있습니다.
정확한 합산된 수치(반대 극성의 유입으로 인한 상호 상쇄)는 실제 DC 주입을 측정해야만 확인할 수 있습니다.
비용에 미치는 영향
DC 요소는 kWh 적산 전력량계가 인식하지 못합니다. 전류 및 전압 변압기는 DC 요소를 보조 구성 요소로 전달하지 않으므로 미터에서 이를 감지할 수 없습니다.
부하 전류의 DC 요소는 DC를 선형 부하로 유도하는 공급 전압의 DC 요소로부터 발생하거나 (부분적으로) 정류 전류를 끌어내는 부하로부터 발생할 수 있습니다. 어느 쪽이든, 변압기 코어가 포화되고 미터에서 잠재적으로 큰 오류가 발생할 수 있습니다.
PQ 분석기를 사용한 실제 측정
영국의 건축 시설 서비스 연구 및 정보 협회(BSRIA)가 발표한 한 보고서에서는 건물의 DC 레벨을 모니터링했습니다. BSRIA의 한 엔지니어가 Fluke 41B 전력 품질 분석기 및 관련된 홀 효과 클램프온 전류 센서를 사용하여 이 수치를 측정했습니다. 개별 노트북과 데스크톱에서 DC 레벨은 각각 0.04A(rms 전류의 7.7%) 및 0.03A(rms 전류의 11.2%)로 나타났습니다.
Fluke는 필터를 사용하지 않고 DC 전류를 측정할 수 있는 고해상도 1770 시리즈 3상 전력 품질 분석기를 사용하여 유사한 측정을 수행했습니다. 여기에는 DC 커플링 전압 및 전류 입력이 포함됩니다. DC 전류 요소를 측정하기 위해 홀 센서가 있는 DC 전류 클램프를 사용했습니다.
rms 값을 기준으로 하는 고조파 분석
다른 표준에서는 다음 설정에서와 같이 rms 값을 최대 DC 전류 레벨의 기준으로 사용합니다.
고조파 메뉴(그림 2)로 들어가서 커서를 DC 전류로 이동하면 산업 공장의 결합 지점에서 절대 및 상대 DC 전류 값(그림 3)을 직접 판독할 수 있습니다.
그림 2. Fluke 435-II의 DC 전류 측정값은 고조파 메뉴에서 확인할 수 있습니다.
그림 3: DC 전류 판독값(왼쪽)은 고조파 값과 함께 표시됩니다.
재생 에너지 사용을 계획할 때 네트워크 문제 해결 및 방지
DC 전류 유입을 줄이면 변압기 및 전기 장비의 효율이 향상됩니다. 고해상도 DC 결합 방식의 1770 시리즈 3상 전력 품질 분석기는 필터나 다른 장비 없이도 DC 전류를 측정합니다.