스페인 남부의 100 MW 태양광 시설 운영자는 두 달의 일정에 맞서 경쟁하고 있습니다. 패널은 지면에 설치되었고, 인버터는 공장 테스트를 통과했으며, 오프테이크 계약이 체결되었지만, 연결 지점은 여전히 비어 있었습니다. 일반 변전소를 건설하는 데는 최소 10주 이상의 토목 작업이 필요합니다. 그러나 태양광 발전소를 위해 독특하게 제작된 조립식 중전압/저전압 변전소인 태양광(PV) 신재생 에너지 변전소는 한 번의 화물로 배송되어, 3일 이내에 콘크리트 기초 위에 조립되었고, 커미셔닝 주에 가동을 시작했습니다. 태양광 용량이 확장되고 있는 세계 여러 지역에서 유사한 사례를 찾을 수 있습니다.
이 기사는 PV 신재생 에너지 변전소가 무엇인지, 기존 배전 변전소와 어떻게 다른지, 어떤 구성 요소로 이루어져 있는지, 비용은 얼마나 되는지, 개발자와 EPC 계약자가 이러한 변전소를 어떻게 설명하고 주문하는지에 대해 논의합니다. 이 기사는 630 kVA에서 4 MVA까지의 정격 범위를 다루며, IEC 62271-202, IEC 60076, IEEE 1547을 참조하고 현재 수출 시장에서 이용 가능한 실제 비용의 예를 제공합니다.
태양광(PV) 신재생 에너지 변전소는 태양광 발전소를 전력망에 연결하는 조립식 중전압/저전압 변전소를 의미합니다. 조립에는 일반적으로 630 kVA에서 4,000 kVA 사이의 정격을 가진 승압 변압기, 중전압 및 저전압 스위치기어 세트, AC 및 DC로부터의 보호 장치, 인버터를 연결하는 전선, IEC 62271-202에 따라 야외 캐비닛에 밀폐된 측정 장비가 포함됩니다. 또한 인버터 출력 전압을 400-800 V에서 10-35 kV의 전력망 수준으로 승압하고, 전력망으로부터의 보호 및 수익 계량을 용이하게 합니다.
PV 신재생 에너지 변전소란 무엇인가요?
PV 기반 신재생 에너지 스테이션은 태양광 발전소가 전력망에 연결되는 접점에서 특별히 제작된 혁신적인 전력 생성 센터입니다. 때때로 태양광 변전소, 인버터 스테이션 변전소 또는 신재생 에너지 변전소라고도 불릴 수 있습니다.
이러한 변전소는 태양광 발전의 특정 요구 사항을 충족할 수 있는 혁신적인 설계를 가지고 있습니다. 특히, 태양광 시설의 전력 출력 변동성, 용량의 빠른 동적 변화, 인버터에 의해 생성된 고조파를 처리할 수 있으며, 전압, 무효 전력 및 섬화 과정 관리에 관한 전력망 규정의 요구 사항을 준수합니다.
PV 신재생 에너지 변전소는 일반적으로 인버터 시스템과 전력망 시설의 분리선에서 작동합니다. 저전압 섹션에서는 PV 신재생 에너지 변전소가 하나 이상의 중앙 또는 스트링 인버터 스테이션(DC 버스 전압이 800-1500 V 범위이고 AC 출력 전압이 400-690 V인)과 연결됩니다. 중전압 섹션과 관련하여, 10, 20, 22 또는 35 kV의 전압에서 집합 네트워크에 연결되어, 110-220 kV의 송전선 수준으로 전압을 증가시키는 고전압 변전소를 지원합니다.
태양광 발전소에서 변전소의 역할
유틸리티 규모의 태양광 발전 시설에서 생성된 전기는 상호 연결된 변전소가 아래에 나열된 네 가지 중요한 작업을 수행하지 않으면 그리드로 전송될 수 없습니다:
- 전압 변환: 인버터의 작동 전압인 400V에서 800V 사이의 전류를 중간 전압(10–35 kV)으로 증가시켜 전체 설치에서 저항 손실을 줄입니다.
- 그리드 보호: 과전압 및 저전압, 과주파수 및 저주파수, 그리고 의도치 않은 발전 중단을 모니터링하여 규제 기준에 따라 주어진 시간 내에 발전소를 분리합니다(보통 0.2초에서 2초).
- 청구: 발전소에서 생산되어 그리드로 전달된 에너지를 적절한 정밀도로 계산합니다(보통 클래스 0.2 또는 0.5).
- 스위칭 및 격리: 효과적인 유지보수 및 예방적 정지를 위해 설치의 신뢰할 수 있는 격리를 제공합니다.
태양광 발전은 불규칙성과 변동성이 특징이므로 — 구름이 지나가면 발전소의 성능이 30초 이내에 60%만큼 갑자기 떨어질 수 있습니다 — 설치의 보호 및 관리는 전통적인 전력망보다 훨씬 빠르고 정확해야 합니다.
구조 및 주요 구성 요소
일반적으로 PV 전용 MV/LV 변전소는 기상 조건으로부터 보호하는 인클로저 내부에 배치된 다양한 구획으로 구성됩니다(IEC 60529의 IP 54 표준에 따라 스테인리스 스틸 또는 아연 도금 강철).
| 구획 | 주요 장비 | 전형적인 정격 |
|---|---|---|
| LV 인버터 측 구획 | LV 스위치보드, AC 차단기, 서지 억제기, 보호 릴레이, 스트링/모니터링 종단 | 400–690 V, 1,000–4,000 A |
| 변압기 구획 | 승압 변압기, 오일 격리, 강제 또는 자연 환기 | 630–4,000 kVA, 10–35 kV / 0.4–0.69 kV |
| MV 그리드 측 구획 | RMU 또는 진공 차단기, 계량 CT/VT, 서지 억제기, 릴레이 패널 | 10–35 kV, 630 A 버스바 |
| 제어 및 보조 장치 | DC 공급, 히터, SCADA/RTU, 통신 링크, 방습 제어 | — |
표준 전력 분배 장치와 달리, PV 변전소의 보호 복잡성은 더 다양합니다; 예를 들어, 인버터 인터록킹, 방향성 과전류, 그리드 코드에 따른 전압 및 주파수 제한, 그리고 안티 아일랜딩 시스템이 하나의 릴레이 시스템에 구현됩니다(보통 출력이 1MW를 초과하는 발전소에 대해 중복성을 갖습니다).
PV 변전소의 작동 방식
낮 동안 태양광 패널은 최대 1,500볼트의 직류 전기를 생성합니다. 그런 다음 인버터는 400V에서 690V의 삼상 교류 전기를 생성하여 유틸리티 그리드에 공급합니다. 변전소는 이를 중간 전압 수준으로 증가시켜 보호 스위치를 통해 그리드로 공급합니다.
변압기 부하 변수는 태양 복사에 따라 달라지며 산업의 일정한 부하와는 관계가 없습니다. 이로 인해 부하 행동은 몇 가지 특정 특성을 가지게 됩니다: 해가 뜨기 전에는 거의 0에 가깝고, 아침에 특정 수준으로 상승하며, 정오에 피크 수준에 도달하고, 해가 지면 다시 거의 0에 가까워집니다. 열 설계는 매우 중요하며 변압기의 열 주기는 매일 발생할 수 있습니다 — 적절하게 설계된 변압기는 오일 온도 모니터와 고급 강제 공기 냉각을 사용하여 절연 재료의 빠른 노화를 방지합니다. PV 전문 제조업체는 일반적으로 테스트된 부하 프로파일과 더운 기후에 적합한 낮은 정격의 변압기를 제공합니다.
보호와 관련하여, 폭발도 시스템은 변압기의 출력에서 전압, 주파수 및 전류를 측정합니다. 만약 어떤 이유로 그리드가 실패하면, 시스템은 스위치기어에 신호를 보내 요구되는 시간 내에 플랜트를 격리하도록 합니다. 이 시간은 일반적으로 초 단위로 측정됩니다.
유형 및 구성
| 구성 | 설명 | 일반적인 응용 |
|---|---|---|
| 단일 MV/LV 유닛 | 하나의 변압기와 MV 및 LV 스위치기어 | 상업적/산업적 옥상, 0.5–5 MW 플랜트 |
| 중앙 인버터 스테이션 유닛 | 중앙 인버터 하우징과 통합된 유닛 | 중앙 인버터를 사용하는 유틸리티 규모의 플랜트 |
| 스트링 인버터 유닛 | 여러 스트링 인버터에 최적화된 LV 스위치기어 | 분산 인버터가 있는 대형 배열 |
| 스키드 장착 유닛 | 이동 가능한 강철 스키드 위의 모든 장비 | 신속한 설치 및 원격 사이트 |
| 분할된 MV/HV 배열 | 하나의 중앙 HV 변전소에 전력을 공급하는 여러 MV/LV 유닛 | 20 MW 이상의 플랜트에서 110–220 kV 수출 |
5 MW에서 100 MW 범위의 플랜트의 경우, 일반적인 관행은 인버터 용량 2-10 MW당 하나의 단일 유닛으로 MV/LV 유닛을 사용하는 것이며, 중앙 고전압 변전소를 포함합니다. 이 모듈형 개념은 건설을 단계적으로 진행할 수 있게 하고, 예비 부품을 표준화할 수 있게 하며, 패널의 배열에 따라 전력을 선택할 수 있게 합니다.
PV 변전소 vs. 표준 배전 변전소
| 요소 | PV 신재생 에너지 변전소 | 표준 배전 변전소 |
|---|---|---|
| 부하 프로필 | 변동성, 태양에 의해 구동되는 일일 사이클링 | 상대적으로 안정적이거나 피크 수요 |
| 보호 | 안티 아일랜딩, 방향성, 그리드 코드 임계값 | 기본 O/C, E/F, 접지 결함 |
| 무효 전력 | 조정됨, 종종 0.95 선행/지연 | 일반적으로 수동 또는 보정되지 않음 |
| 계량 | 양방향, 클래스 0.2s/0.5s 수출 계량 | 단방향 청구 |
| SCADA | 항상 원격 제어 및 데이터 로깅과 함께 | 종종 선택 사항 |
| 일반적인 정격 | 단위당 630–4,000 kVA | 50–2,500 kVA |
| 고조파 | 인버터 유도, 필터 고려 사항 | 대부분의 부하에서 미미함 |
이 경우, 보호와 그리드 코드에 대한 더 엄격한 준수로 인해 표준 장치의 비용과 PV 시스템의 비용이 다릅니다.
일반 사양
22 kV 전압 수준에서 작동하는 2000 kVA PV 시스템의 사양은 다음과 같습니다.
| 매개변수 | 일반 값 |
|---|---|
| 변압기 정격 | 2,000 kVA, 오일 침지형, ONAN |
| 전압 비율 | 22 kV / 0.69 kV (또한 10/20/33/35 kV 옵션) |
| 벡터 그룹 | Dyn11 또는 Dyn5 |
| 무부하 손실 | ~2.2–3.0 kW |
| 75°C에서의 부하 손실 | ~16–20 kW |
| 임피던스 전압 | 6%–8% |
| LV 스위치기어 | 2,500–4,000 A ACB, 인버터 종단 |
| MV 개폐기 | SF6 또는 고체 절연 RMU / 진공 차단기, 20–25 kA/3s |
| 보호 | 수치 릴레이: 50/51, 50N/51N, 27/59, 81, 안티 아일랜드, 방향성 |
| 계량 | 클래스 0.5s 또는 0.2s 수익 계량기, CTs/VTs |
| 인클로저 | IP54, 아연 도금 베이스, 해안 지역을 위한 방청 코팅 |
| 주변 설계 | 열대 감가상각 곡선으로 최대 50°C |
| 표준 | IEC 62271-202, IEC 60076, IEC 60529, IEEE 1547 (북미) |
정기 및 특별 검증 테스트는 IEC 60076 및 IEC 62271-202 표준을 기반으로 합니다. 시스템의 보호 설정은 발전소가 그리드에 에너지를 판매하는 경우 유틸리티의 그리드 코드에 대해 확인해야 합니다.
PV 변전소가 사용되는 곳
- 유틸리티 규모의 지상 설치 시설: 5-300 메가와트 범위에서 운영되며 분산된 중전압/저전압 설치와 하나의 중앙 집중식 고전압 변전소를 갖춘 시설.
- 상업 및 산업 옥상: 미터 뒤와 미터 앞 연결을 모두 갖춘 0.5에서 10 메가와트 전력 범위에서 운영되는 태양광 시설.
- 플로팅 태양광: 부유식 뗏목이나 인근 육상 구조물에 설치된 태양광 발전소로, 방청 보호를 제공합니다.
- 농업 태양광: 동일한 토지에서 농업 생산물 재배와 함께 태양광 발전.
- 하이브리드 발전소: 저장 또는 풍력과 결합된 태양광 시설로, 여러 에너지원의 변환 시설을 갖추고 있습니다.
- 분산 발전 프로그램은 다양한 프로그램을 제공하는 소규모 시설을 포함하며, 그 중 하나가 커뮤니티 태양광 계획입니다.
태양광 응용 프로그램 외에도 유사한 시스템이 배터리 에너지 저장 시스템에 적용됩니다.
표준, 그리드 코드 및 테스트
| 표준 | 범위 | PV 변전소와의 관련성 |
|---|---|---|
| IEC 62271-202 | 조립식 변압기 변전소 | 완전 단위 설계, 인클로저, 유형 테스트 |
| IEC 60076 | 전력 변압기 | 변압기 정격, 손실, 테스트 |
| IEC 60529 | IP 인클로저 보호 | 야외 노출을 위한 IP54/IP55 |
| IEC 60255 | 측정 릴레이 및 보호 장비 | 릴레이 정확도 및 성능 |
| IEEE 1547 | 분산 자원의 상호 연결 (북미) | 그리드 코드 보호 및 상호 연결 요구 사항 |
| 지역 그리드 코드 | 국가별 (예: GCC, EU EN 50549, 국가 TSO 규칙) | 전압/주파수 유지, 안티 아일랜드 시간 |
귀하의 국가에 적용되는 그리드 코드 규정 준수 인증서를 다운로드하십시오. 동일한 장치는 EN 50549(유럽 코드) 또는 IEEE 1547(북미에 적용되는 코드) 또는 국가 코드에 준수할 수 있으며, 이는 릴레이의 펌웨어 및 설정이 적절한 관할권에 맞게 구성된 경우에만 가능합니다.
비용 및 가격 범위
전체 PV 전용 변전소 유닛(승압 변압기, MV/LV 스위치기어, 보호 장치, 계측 기기, 유리 섬유 구조)에 대한 가격 견적:
| 등급 | 전압 클래스 | 일반 가격 (USD) | 리드 타임 |
|---|---|---|---|
| 630–1,000 kVA | 10–35 kV | $12,000–$25,000 | 7–12주 |
| 1,250–2,000 kVA | 10–35 kV | $16,000–$35,000 | 8–14주 |
| 2,500–3,150 kVA | 10–35 kV | $30,000–$60,000 | 10–16주 |
| 3,550–4,000 kVA | 10–35 kV | $45,000–$90,000 | 12–20 주 |
스테인리스 스틸 또는 부식 방지 인클로저의 경우, 드라이 타입 변압기에 대해 15-30%, 10-20%를 추가하고, 고급 보호 릴레이, 클래스 0.2 계량 및 전체 SCADA에 대해 $1,500-5,000을 추가하십시오. 위에서 언급한 가격은 FOB 기준이며 사양, 제조업체 및 지역에 따라 다릅니다.
주요 브랜드 및 가격 비교
| 브랜드 | 국가 | 태양광의 강점 | 참고 가격 — 2,000 kVA (USD) |
|---|---|---|---|
| 슈나이더 일렉트릭 | 프랑스 | 통합 인버터/변전소 솔루션, 글로벌 서비스 | $38,000–$60,000 |
| 지멘스 | 독일 | 디지털 그리드 솔루션, 강력한 유틸리티 참조 | $40,000–$65,000 |
| ABB | 스위스 | PV 스테이션 범위, 인버터 시너지, 그리드 지원 | $38,000–$62,000 |
| 이튼 | 미국 | 북미 시장, IEEE 1547 준수 | $34,000–$55,000 |
| Sungrow / Huawei (통합 솔루션) | 중국 | 대규모 인버터 + 스테이션 패키지 | $32,000–$58,000 |
| 장쑤 수비안 전력 | 중국 | IEC 62271-202 PV 변전소, OEM, 수출 | $16,000–$35,000 |
주요 국제 플레이어 및 인버터 제조업체는 생태계 지원, 디지털 플랫폼 및 지역 준수 팀과 함께 변전소를 묶고 있으며, 이는 대규모 유틸리티 입찰에 매력적입니다. Jiangsu Subian Electric Power는 IEC 준수 PV 전용 변전소(승압 변압기, MV/LV 스위치기어, 그리드 코드 보호 및 SCADA 장착 계량)를 유럽에서 유효한 가격인 약 40%-55%에 공급하고 있습니다. EPC 계약자 및 태양광 발전소 개발자를 위해 공장형 테스트 및 OEM 맞춤화가 수행됩니다. 변전소가 수십 개의 동일한 유닛 중 하나인 프로젝트에서는 인증을 받고 저렴하며 맞춤화된 조합이 Subian을 대형 브랜드에 대한 현실적인 경쟁자로 만듭니다.
사양 및 구매 방법
- 인버터의 출력 용량을 계산하십시오. 즉, 인버터 단자에서의 AC 출력 용량의 합계로, 주변 보정을 위한 10에서 20% 설계 여유를 고려합니다.
- 유틸리티 요구 사항에 따라 수출 전압 및 그리드 연결 지점을 설정하십시오. 예: 10/20/22/35 kV 수집.
- 다음 중 하나에서 변압기 유형을 선택하십시오. 지면 설치 응용 프로그램을 위한 오일 침지형 및 밀폐된 환경 또는 화재 민감한 사이트를 위한 드라이형.
- 귀국의 그리드 코드에 따라 반섬광 시간, 라이드 스루 전압, 무효 전력 능력 등 그리드 코드 준수 요구 사항을 확인하십시오.
- IEC 62271-202 표준에 따라 전체 장치 장착에 대한 온도 테스트를 포함한 완전한 테스트를 요청하십시오.
- 릴레이 조정 연구 요구 사항에 따라 보호 계획을 설계하십시오. 또한, 발전소의 총 용량이 1 MW를 초과하는 경우 장치 보호의 중복성을 요청하십시오.
- 첫 비용보다는 25년 동안 평가된 손실 및 신뢰성을 비교하십시오.
- 해안, 사막 또는 고습 지역에 필요한 경우 장치의 인클로저 및 부식 저항성을 확인하십시오.
자주 묻는 질문
PV 신재생 에너지 변전소란 무엇입니까?
PV 신재생 에너지 변전소는 공장에서 제조된 MV/LV 변전소의 일종으로, 태양광 발전소와 전력망을 연결합니다. 이 변전소는 인버터(400에서 800)가 생성한 AC 전압을 MV 전압(10에서 35 kV)으로 변환하고, 섬리기 방지 기능 및 소비된 에너지의 계량과 같은 필요한 전력망 코드 보증을 제공합니다. 이러한 종류의 변전소는 일반적으로 630에서 4,000 kVA의 용량을 가진 승압 변압기, MV 및 LV 스위치기어, 보호 릴레이 및 IEC 62271-202에 명시된 요구 사항에 따라 제작된 하우징으로 구성됩니다.
PV 변전소의 비용은 얼마인가요?
완성된 장비의 비용은 630에서 1,000 kVA의 경우 $12,000에서 $25,000, 3,550에서 4,000 kVA의 경우 $45,000 – $90,000입니다. 가격은 사용되는 변압기 및 스위치기어의 종류와 적용된 보호 시스템에 따라 달라집니다. 추가로 사용되는 자재는 가격에 약 15-30%를 추가하며, 건식 변압기는 10-20%, SCADA 기술은 $1,500-5,000입니다. 이 가격에는 운송비가 포함되어 있지 않으며, 지역에 따라 변동이 있을 수 있습니다.
태양광 발전소에 별도의 변전소가 필요합니까?
네, 유틸리티에서 제공하는 연결 지점이 아닌 경우에는 필요합니다. 태양광 발전소는 에너지를 MV로 변환하지 않으면 에너지를 제공할 수 없습니다. 5 MW 이하의 발전소의 경우 일반적으로 MV/LV 기술을 결합한 하나의 변전소를 건설하는 것이 가능합니다. 더 큰 발전소의 경우 일반적으로 하나 이상의 변전소와 고압 수분 변전소가 필요합니다.
PV 변전소와 일반 박스형 변전소의 차이점은 무엇인가요?
PV 변전소는 섬리기 방지 작동, 전압 및 주파수 유지 등의 태양 에너지 관리를 위한 추가 기능이 제공되어 일반 변전소와 다릅니다. 일반 변전소는 이러한 기능이 없습니다. 하나를 다른 것으로 대체하려면 보호 공학 문서의 준비가 필요하며, 일반적으로 전력망 코드를 충족하지 못합니다.
PV 변전소 설치에는 얼마나 걸리나요?
설치 자체는 콘크리트 기초와 볼트가 준비되면 2-5일이 걸리며, 조기 날짜에 시운전 과정이 시작됩니다. 기초와 케이블이 정확할 경우 공장 테스트 속도 이점이 제공됩니다. 프로젝트의 총 시간은 주문 접수 시점부터 약 8-16주입니다.
참고 문헌
- IEC 62271-202 — 조립식 변전소 — PV 변전소 하우징 설계, 안전 및 완전 장치 유형 테스트에 대한 규제 표준.
- IEC 60076 시리즈 — 전력 변압기 — 승압 변압기의 정격, 손실 및 테스트에 대한 기본 표준.
- IEEE 1547 — 분산 에너지 자원의 상호 연결 — 북미 전력망 상호 연결 및 보호 요구 사항.
- IEC 60255 — 측정 릴레이 및 보호 장비 — 릴레이 정확도 및 성능 요구 사항.
- IRENA — 재생 가능 용량 통계 — 태양광 용량 성장 및 변전소 수요에 대한 데이터.
- U.S. DOE — 태양 에너지 상호 연결 가이드 — 유틸리티 규모의 태양광에 대한 실용적인 상호 연결 요구 사항.
- 장쑤 수비안 전력 — 공식 사이트 — IEC 인증을 받은 PV 변전소의 제조업체 및 수출업체입니다.
결론
태양광 신재생 에너지 변전소는 태양광 발전소와 전력망 간의 기술적 연결로, 유틸리티 규모 프로젝트 구현의 필수적인 부분으로 자리 잡았습니다. 이들은 공장에서 제조되어 완제품으로 테스트되며, 며칠 내에 설치됩니다. 변전소는 전압 변동, 보호 요구 사항 및 전력망 규정 요구 사항과 같은 태양광 에너지 생산과 관련된 다양한 지표의 요구 사항을 충족하도록 특별히 설계되었습니다.
정보 요약:
- 변압기의 전력 등급을 인버터 용량이 10-20% 증가한 기준으로 선택하고, 가능한 한 빨리 전압 수준을 유틸리티에서 허용하는 전압과 비교하십시오.
- 표준 배전 장치가 태양광 전용 기술로 대체될 수 있는지를 고려할 책임이 있는 사람이 있었는지 확인하십시오.
- 귀하의 국가에서 적용되는 반섬락, 지속 운전 및 무효 전력 규정을 포함하여 그리드 기준 준수를 위한 점검이 이루어졌는지 확인하십시오.
- IEC 62271-202 인증을 획득하고 25년 동안 발생한 손실에 따라 비교하십시오.
- Schneider, Siemens 및 ABB와 같은 잘 알려진 브랜드가 IEC 기준에 따라 인증된 제품을 가진 공급업체와 비교하여 수용 가능한지 확인하십시오.