KR101205844B1

KR101205844B1 - 온라인 송전선로 가용용량 산출 방법

Info

Publication number: KR101205844B1
Application number: KR1020120082194A
Authority: KR
Inventors: 이진락; 김일동; 임성훈
Original assignee: 김일동; 주식회사유성계전
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2012-12-07

Abstract

본 발명은 온라인 송전선로 가용용량 산출 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열평형 방정식을 이용하여 송전선로의 가용용량(허용전류)을 측정함에 있어서, 실시간으로 제공되는 기상데이터를 바탕으로 열 요소(Q_c, Q_r, Q_s)값을 산출하고, 송전선로의 길이와 운전 중인 전력설비의 양단에서 동시에 측정되는 3상 전압 및 전류값을 기반으로 현재 시점에서의 교류저항(R_ac)값을 산출하여 열평형 방정식에 적용함으로써, 송전선로의 가용용량 산출 시, 산출시점에서의 실시간 기상데이터 및 산출된 교류저항값을 이용하여 보다 정확한 송전선로의 가용용량을 산출함으로써, 가용 송전 용량의 변화를 파악하여 전력공급의 조절과 전력 설비의 효용성 및 안전성을 높일 수 있는 온라인 송전선로 가용용량 산출 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 송전선로의 가용용량을 산출하는 방법에 있어서, 상기 송전선로 상에서의 열평형 방정식을 하기의 식과 같이 수립하고, 수립된 열평형 방정식에 근거하여 상기 송전선로의 허용전류값(I)을 계산하되, 실시간으로 제공되는 기상데이터를 바탕으로 하기식에 포함된 열 요소(Q_c, Q_r, Q_s)값을 산출하고, 운전 중인 전력 설비의 양단에서 동시에 측정되는 3상의 전압 및 전류값을 기반으로 하기 식에 포함된 송전선로의 교류저항(R_ac(T_c))값을 산출하여, 송전선로에 대해 산출된 상기 교류저항값 및 실시간 기상데이터에 근거하여 송전선로의 허용전류값을 계산하는 것을 특징으로 한다.

여기서,
I : 허용전류값,
R_ac(T_c) : 온도 T_c[℃]에서의 송전선로의 교류저항[Ω/㎞],
Q_c _: 대류에 의한 열방산,
Q_r _: 방사에 의한 열방산,
Q_s _: 일사에 의한 흡수열.

Description

온라인 송전선로 가용용량 산출 방법{On-line calculation method of available capacity of transmission line}

본 발명은 온라인 송전선로 가용용량 산출 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열평형 방정식을 이용하여 송전선로의 가용용량(허용전류)을 측정함에 있어서, 실시간으로 제공되는 기상데이터를 바탕으로 열 요소(Q_c, Q_r, Q_s)값을 산출하고, 송전선로의 길이와 운전 중인 전력설비의 양단에서 동시에 측정되는 3상 전압 및 전류값을 기반으로 현재 시점에서의 교류저항(R_ac)값을 산출하여 열평형 방정식에 적용함으로써, 송전선로의 가용용량 산출 시, 산출시점에서의 실시간 기상데이터 및 산출된 교류저항값을 이용하여 보다 정확한 송전선로의 가용용량을 산출함으로써, 가용 송전 용량의 변화를 파악하여 전력공급의 조절과 전력 설비의 안전성을 높일 수 있는 온라인 송전선로 가용용량 산출 방법에 관한 것이다.

일반적으로 첨두부하(尖頭負荷)와 같이 송전선로(전력설비)에 전류 부하가 많이 걸리는 경우, 송전선로의 상태를 실시간으로 모니터링하여 송전선로의 가용용량을 산출함으로써 공급 전력을 조절하고 송전선로의 이상 상태를 감지하고 있다.

이때, 기존의 송전선로 가용용량을 산출하기 위한 방법으로는 가공송전선의 허용전류한계를 최악의 기상조건에서 규정한 정적송전용량(SLR : static line rating) 기법을 적용한 산출 방법이 있다.

한편, 현재에는 기상상태를 실시간으로 모니터링하여 허용전류를 산정하는 동적송전용량(DLR : dynamic line rating) 기법을 적용한 가용용량 산출방법이 개발되어 사용되고 있으며, 이러한 동적송전용량(DLR : dynamic line rating) 기법은 기존의 정적송전용량(SLR) 기법에서 제공하는 허용전류값보다 그 이상의 전류를 송전선로에 공급할 수 있다는 장점이 있어 현재 많이 사용되고 있는 산출법이다.

이때, 상술한 바와 같은 정적송전용량(SLR) 및 동적송전용량(DLR) 방법에서는 송전선로의 허용전류값을 구하기 위하여 열평형 방정식을 사용하게 되는데, 상술한 동적송전용량(DLR) 기법을 적용하는 경우에도, 비록 열평형 방정식에서의 열 요소(Q_c, Q_r, Q_s)값을 계산함에 있어, 실시간으로 측정되는 기상데이터를 이용하고 있기는 하나, 주로 송전선로 주변의 대기 온도나 풍속 등만을 단순 적용하고 있을 뿐, 상세한 실시간 기상 상태가 반영되고 있지는 않은 실정이며, 특히 송전선로의 교류저항(R_ac)값의 경우 산출시점에서의 교류저항값이 아닌 송전선로의 최고 허용온도에서의 교류저항값을 이용하여 적용하고 있어, 여전히 현재 시점에서의 정확한 허용전류값을 산출하지 못함으로 인해 송전 효율을 향상시키는데 있어 일정 한계를 보이고 있다.

이에 따라, 송전 효율의 향상을 통해 전체적인 전력 공급 효율을 효과적으로 향상시키기 위해서는, 매 시점에서의 실시간 측정 데이터를 바탕으로 송전 선로의 상태를 정확하게 파악하고, 이에 근거하여 매 시점에서의 송전선로의 가용용량을 보다 정확하게 산출함으로써, 가용 송전 용량의 변화를 파악하여 전력공급의 조절과 전력 설비의 안전성을 높일 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 열평형 방정식을 이용하여 송전선로의 가용용량(허용전류)을 측정함에 있어서, 실시간으로 제공되는 기상데이터를 바탕으로 열 요소(Q_c, Q_r, Q_s)값을 산출하고, 송전선로의 길이와 운전 중인 전력설비의 양단에서 동시에 측정되는 3상 전압 및 전류값을 기반으로 현재 시점에서의 교류저항(R_ac)값을 산출하여 열평형 방정식에 적용함으로써, 송전선로의 가용용량 산출 시, 산출시점에서의 실시간 기상데이터 및 산출된 교류저항값을 이용하여 보다 정확한 송전선로의 가용용량을 산출함으로써, 가용 송전 용량의 변화를 파악하여 전력공급의 조절과 전력 설비의 안전성을 높이는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 송전선로의 가용용량을 산출하는 방법에 있어서, 상기 송전선로 상에서의 열평형 방정식을 하기의 수학식과 같이 수립하고, 수립된 열평형 방정식에 근거하여 상기 송전선로의 허용전류값(I)을 계산하되, 실시간으로 제공되는 기상데이터를 바탕으로 하기 수학식에 포함된 열 요소(Q_c, Q_r, Q_s)값을 산출하고, 운전 중인 전력 설비의 양단에서 동시에 측정되는 3상의 전압 및 전류값을 기반으로 하기 수학식에 포함된 송전선로의 교류저항(R_ac(T_c))값을 산출함으로써, 산출된 교류저항값 및 실시간 기상데이터에 근거하여 송전선로의 실시간 허용전류값을 계산하는 것을 특징으로 한다.

여기서,

I : 허용전류값,

R_ac(T_c) : 온도 T_c[℃]에서의 송전선로의 교류저항[Ω/㎞],

Q_c _: 대류에 의한 열방산,

Q_r _: 방사에 의한 열방산,

Q_s _: 일사에 의한 흡수열.

본 발명에 따른 온라인 송전선로 가용용량 산출 방법은 열평형 방정식을 이용하여 송전선로의 가용용량(허용전류)을 측정함에 있어서, 실시간으로 제공되는 기상데이터를 바탕으로 열 요소(Q_c, Q_r, Q_s)값을 산출하고, 송전선로의 길이와 운전 중인 전력설비의 양단에서 동시에 측정되는 3상 전압 및 전류값을 기반으로 현재 시점에서의 교류저항(R_ac)값을 산출하여 열평형 방정식에 적용함으로써, 송전선로의 가용용량 산출 시, 산출시점에서의 실시간 기상데이터 및 산출된 교류저항값을 이용하여 보다 정확한 송전선로의 가용용량을 산출함으로써, 가용 송전 용량의 변화를 파악하여 전력공급의 조절과 전력 설비의 효용성 및 안전성을 높일 수 있다.

또한, 기상청으로부터 향후의 일정 기간 동안의 기상 예측 데이터를 전송받아, 이를 바탕으로 향후의 송전선로 가용용량의 변화를 예측하여 산출함으로써 적절한 전력 수급 계획을 도출할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온라인 송전선로 가용용량 산출 방법에 적용되는 제 단계별 연산 과정을 보여주는 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 온라인 송전선로 가용용량 산출 방법에서, 단거리 선로의 저항값 연산을 위한 단거리설비의 등가회로(1상분)를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 온라인 송전선로 가용용량 산출 방법에서, 중거리 선로의 저항값 연산을 위한 중거리설비의 등가회로(1상분)를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 온라인 송전선로 가용용량 산출 방법에 적용되는 4단자망의 등가회로를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 온라인 송전선로 가용용량 산출 방법에서, 장거리 선로의 저항값 연산을 위한 장거리설비의 등가회로(1상분)를 보여주는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 온라인 송전선로 가용용량 산출 방법에서, 장거리 선로의 저항값 연산을 위한 장거리설비의 파이(π) 등가회로를 보여주는 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온라인 송전선로 가용용량 산출 방법에 적용되는 제 단계별 연산 과정을 보여주는 순서도이며, 도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 송전선로의 길이에 따른 교류저항 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 송전선로의 가용용량을 산출하기 위해서는 기상청으로부터 실시간 기상데이터를 전송(S100)받기 위한 통신부와, 송전선로의 입출력단의 전류 및 전압을 측정하기 위한 측정부 및 측정된 데이터들로부터 송전선로의 가용용량을 산출하기 위한 마이크로프로세서가 포함되어 구성되는 측정시스템을 이용한다.

이에 따라, 통신부를 통해 기상청 서버와 통신하여 기상청 서버에 저장된 기상데이터를 실시간으로 전송받아, 대기의 온도, 풍속, 풍향 및 일사량 정보 등의 기상정보를 제공받게 된다.

한편, 본 발명에 따른 송전선로 가용용량 산출 방법은 상술한 바와 같은 측정시스템을 이용하는 동시에, 열평형 방정식을 마이크로프로세서의 연산에 도입함으로써 송전선로의 허용전류값을 산출한다.

이때, 열평형 방정식은 하기의 [수학식 1]과 같으며, 이러한 열평형 방정식으로부터 [수학식 2]에서와 같은 송전선로의 허용전류값을 측정하는 연산식이 도출된다.

여기서, Q_c는 대류에 의한 열방산, Q_r는 방사에 의한 열방산, Q_s는 일사에 의한 흡수열, R_ac(T_c)는 온도 T_c[℃]에서의 송전선로의 교류저항[Ω/㎞]을 나타낸다.

이때, 대류에 의한 열방산(Q_c)은 풍속의 세기에 영향을 받으며, 본 실시예에서는 풍속의 세기에 따라 저풍속, 고풍속 및 자연대류로 구분하여, 각 경우마다 가장 근사한 열방산(Q_c)값을 계산하기 위해, 하기의 [수학식 3] 내지 [수학식 5]를 각각 적용하였다.

즉, 저풍속의 경우,

의 연산방식을 취하고,

고풍속의 경우,

의 연산방식을 취하며,

자연 대류의 경우,

의 연산방식을 취한다.

이때, 상기 [수학식 3~5]에 적용되는 각 요소들은 아래와 같다.

K_{Φ :} 풍향각 보정계수(풍향각 고려시 적용)

,

_Φ: 송전선로와 풍향 사이의 각도[˚],

D : 도체(강심)의 외경[mm],

ρ_f: 공기의 밀도[kg/m³]

,

H_e : 해발고도[m],

(T_a: 주위 공기온도[℃], T_c: 도체의 온도[℃]),

V_ｗ : 풍속[m/sec],

μ_f: 공기의 점도[N/m?s]

,

K_f : T_film[℃]에서 공기의 열전도율[W/m ℃]

.

한편, 방사에 의한 열방산(Q_r)값의 산출에는 하기의 [수학식 6]이 적용된다.

여기서,

D : 도체(강심)의 외경[mm],

ε : 방사계수: 0.23~0.91,

T_a : 주위 공기온도[℃],

T_c : 도체의 온도[℃] 이다.

또한, 일사에 의한 흡수열(Q_s)은 하기의 [수학식 7]을 통해 산출된다.

여기서,

α : 태양열 흡수계수: 0.23~0.91,

q_s : 일사량[W/m²],

θ : 태양광선의 유효입사각[˚],

,

L_at : 위도[N],

δ: 태양의 경사각(0~90),

,

w : 태양이 가장 높은 시각의 정오에 대한 시간각도[˚] (AM 11:00 -15, PM 2:00 30),

Z_C :태양의 방위각[˚],

,

,

C : 태양 방위각 상수,

Z_L : 선로의 방위각(남북선로 : 0, 동서선로 : 90)[˚],

A' : 도체의 투영면적[m²/m] 이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 송전선로의 가용용량 산출방법은 기상청으로부터 기상데이터를 실시간으로 전송받아, 현재 시점의 주위공기온도(T_a), 풍속(V_w), 풍향, 일사량(q_s) 등의 기상정보를 상술한 열평형 방정식에 대입하여 열 요소값(Q_c, Q_r, Q_s)들을 산출함으로써, 매 산출시점에서의 보다 정확한 송전선로의 가용용량을 산출할 수 있는 장점이 있다.

여기서, 상술한 수학식들에 나타나는 주위공기온도(T_a), 풍속(V_w), 풍향, 일사량(q_s)값은 모두 실시간 데이터를 적용하여 계산할 수도 있으나, 가용용량 산출에 있어 상대적 영향도가 낮은 일사량(q_s)은 일반화된 상수값을 적용하고, 상대적 영향도가 높은 주위공기온도(T_a)와 풍속(V_w) 및 풍향에는 실시간 데이터를 적용하여 산출효율을 높이는 방법을 적용할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 송전선로 가용용량 산출방법을 활용하면, 기상청으로부터 향후의 일정 기간 동안의 기상 예측 데이터를 전송받아, 이를 바탕으로 향후의 송전선로 가용용량의 변화를 예측하여 산출할 수도 있으며, 이에 따라 전력 공급의 효율성과 전력 설비의 안정성을 높일 수 있는 적절한 전력 수급 계획을 도출할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상술한 열평형 방정식에 적용되는 송전선로의 교류저항(R_ac(T_c))값을 산출함에 있어서도, 전력설비의 입력단과 출력단에서 측정되는 각 3상의 전압 및 전류값을 이용하여, 송전선로의 길이에 따라 각각 그에 최적화된 저항값 연산 방식을 도입함으로써 송전선로의 가용용량값을 더욱 정확하게 산출할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 송전선로의 교류저항을 측정하기 위해서는 먼저, 전력설비의 입력단과 출력단에서 각 3상의 전압 및 전류값을 동시에 측정(S110)하고, 측정된 전압값 및 전류값으로부터 각 상의 복소수값 또는 다른 형태의 페이저값을 연산한다.

이때, 측정된 입력단 및 출력단의 각 상 전압은 하기의 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, E_sa, E_sb, E_sc는 입력단의 각 A상, B상, C상의 전압 측정 후 계산에 의하여 산출된값이며, E_ra, E_rb, E_rc는 출력단의 각 A상, B상, C상의 전압 측정 후 산출된값이다. 여기서, 위첨자 "r"은 실수부이고, "i"는 허수부를 나타낸다.

이후, 4단자 선로정수 연산을 통해 송전선로의 교류저항값을 계산하기 위해, 산출된 각 3상의 전압 및 전류값으로부터 영상성분을 제거(S120)하는 과정을 거치게 되는데, 이를 위해 먼저, 하기의 [수학식 9]를 이용하여 송전단 영상전압(E_so), 송전단 영상전류(I_so), 수전단 영상전압(E_ro) 및 수전단 영상전류(I_ro)를 산출한다.

상술한 바와 같이, [수학식 9]를 통해 영상분 전압 및 전류가 산출되면, 하기의 [수학식 10]에서와 같이, 입력단과 출력단에서 산출된 각 상의 전압 및 전류로부터 상기 [수학식 9]에서 산출한 영상분을 복소수 감산함으로써 영상성분을 제거(S120)한다.

여기서, E'_sa, E'_sb, E'_sc는 영상성분이 제거된 송전단의 각 상 전압이고, I'_sa, I'_sb, I'_sc는 영상성분이 제거된 송전단의 각 상 전류이며, E'_ra, E'_rb, E'_rc는 영상성분이 제거된 수전단의 각 상 전압이고, I'_ra, I'_rb, I'_rc는 영상성분이 제거된 수전단의 각 상 전류이다.

상술한 바와 같이, 각 계측데이터의 영상성분을 제거한 후에는, 송전선로의 길이에 따라 각각 그에 적합하게 수립된 계산식을 통해 교류저항값을 산출하는데, 이하에서는 도 2 내지 도 6을 참조하여, 단거리 선로, 중거리 선로 및 장거리 선로에 대한 각각의 교류저항 산출방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 단거리 선로, 즉, 선로의 길이가 정전용량이나 누설전류를 무시할 수 있는 단거리인 경우, 임의의 한 상과 중성점을 기준으로 하였을 때의 등가회로를 나타내는 도면이다.

이때, 양단간의 임피던스(Z)는 하기의 [수학식 11]을 이용하여 산출할 수 있으며,

여기서, 실제 각 상의 임피던스값인 저항(R)과 리액턴스(wL)는 하기의 [수학식 12]와 같이 구현할 수 있다.

이때, 단거리 설비에서는 실제로 I_s = I_r인 경우이므로, I_eq는 I_eq=I_s 또는 I_eq=I_r로 계산할 수 있으며, 이를 통해 단거리 선로의 교류저항값을 연산(S130)할 수 있게 된다.

도 3은 150km 이하의 초고압 단거리 선로 및 특고압 중장거리 선로에 해당하는 중거리 선로에 있어서, 임의의 한 상을 기준으로 할 때의 등가회로를 보여주는 도면이다.

이때, 도 3에 나타난 등가회로를 4단자망으로 표시하면 도 4와 같으며, 도 4에 나타낸 4단자정수는 다음과 같은 절차로 연산될 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 4단자망에서의 입력단 전압 및 전류와 출력단 전압 및 전류의 관계는 다음의 [수학식 13]으로 표현된다.

여기서, A, B, C, D는 4단자 선로정수라고 하며, A 및 D는 무차원 단순 비례상수이고, B는 회로의 저항 또는 임피던스와 같으며 Ohm단위를 갖는 정수이며, C는 회로의 어드미턴스와 같으며 Mho단위를 갖는 정수이다.

한편, 상기 [수학식 13]의 연산식은 4개의 미지수(A, B, C, D)를 갖는 2개의 방정식으로서, 이러한 경우 미지수의 갯수에 비례한 연립 방정식의 풀이 조건이 충족되지 않기 때문에 미지수를 계산할 수 없게 된다.

이를 위해, 입출력단의 전압 및 전류(E_s, E_r, I_s, I_r)값을 최소 2번 이상 측정하여, 측정된 두 쌍의 입출력단 전압, 전류로부터 4개의 방정식을 구현함으로써 4개의 미지수(A, B, C, D)값을 계산할 수 있다.

즉, 측정된 입출력단 전압, 전류(E_s, E_r, I_s, I_r)를 앞서 측정하여 저장하고 있는값들과 비교하여 4개중 어느 하나 이상이 일정치(예로서 20%) 이상 변화한 경우에 대해, 새로이 측정된 입출력단 전압, 전류값과 기 저장된 입출력단 전압, 전류값을 바탕으로 상기 [수학식 13]의 방정식을 이용하여 2세트(set)의 4개의 방정식을 수립하고, 4단자 선로정수(A, B, C, D)를 계산(S140)한다.

이렇게 해서 세워진 A상에 대한 방정식(세트)은 다음의 [수학식 14]와 같다.

여기서, 위 첨자 "1"은 기 저장된 측정값을 나타내고, "2"는 새롭게 측정된 측정값을 의미한다.

상기 [수학식 14]에서 사용되는 각 상의 전압, 전류(E_s, E_r, I_s, I_r) 및 4단자 선로정수(A, B, C, D)는 모두 복소수(실수값 + j 허수값)이다.

이때, 중거리선로의 경우 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 방정식을 통해 해석된 선로정수 A, B, C, D 중 B는 선로의 임피던스를 나타내므로, 하기의 [수학식 15]를 이용하여 송전선로의 저항값을 산출(S150)할 수 있게 된다.

도 5는 150km 이상의 초고압 선로 및 정전용량이 크고 전 구간에 분포된 장거리 선로의 경우, 임의의 한 상을 기준으로 했을 때의 등가회로를 보여주는 도면이며, 도 6은 도 5에 도시된 등가회로를 파이(π) 등가회로로 변환한 회로를 보여주는 도면이다.

도 5에 나타난 장거리 선로의 경우, 4단자망 방정식은 하기의 [수학식 16]과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는 전파정수이고, l은 선로의 길이이며, Z_ω는 특성 임피던스 또는 파동임피던스이다.

이때, 상기 전파정수(

)와 파동임피던스(Z_ω)는 각각 하기의 [수학식 17]과 [수학식 18]과 같이 나타낼 수 있으며,

여기서, z는 단위길이 당 임피던스이고, y는 단위길이 당 어드미턴스이며, r은 선로저항, g는 누설컨덕턴스를 각각 나타낸다.

이때, 도 5에 도시된 장거리 선로의 등가회로를 도 6에 도시된 바와 같은 파이(π) 등가회로로 변환(S160)하면, 변환된 파이(π) 등가회로로부터 하기의 [수학식 19]와 같은 관계식을 얻어낼 수 있으며, 이를 이용하여 장거리 송전선로의 임피던스값을 계산할 수 있다.

.

즉, 4단자 선로정수 연산에서의 파라미터 B는 파이 등가회로의 Z'이므로,

가 되고,

이에 따라, 상기 [수학식 19]로 표시되는 2세트의 4개의 방정식을 통해 상기 파이 등가회로를 나타내는 4단자 선로정수(A, B, C, D)를 산출하고, 산출된 B값으로부터 송전선로의 임피던스(Z)를 계산할 수 있게 된다.

즉, 구하고자 하는 임피던스(Z)값은, 하기의 [수학식 20]과 같이 나타나며,

여기서,

이고, α는 감쇠정수이며, β는 위상정수이다.

이때, 4단자 선로정수의 A는

와 같으므로, 결국

이 되고, 하기의 [수학식 21]과 같이 계산된다.

여기서,

이므로,

로 정리하면

이 되고. 이를

에 대입하여 정리하면 하기의 [수학식 22]가 얻어진다.

상기 [수학식 22]를 다시

에 대입하여 정리하면, 하기의 [수학식 23]을 얻을 수 있으며,

상기 [수학식 22]와 [수학식 23]을 서로 곱하여 하기의 [수학식 24]를 얻을 수 있으며, 이를 전개하면 [수학식 25]와 같다.

여기서,

로 놓으면 하기의 [수학식 26]과 같은 2차식을 얻을 수 있으며,

이 방정식은 일반 해법으로 계산 가능하며 구해진 X로부터 [수학식 27]과 같이

를 구할 수 있게 된다.

여기서,

는 정(+), 부(-)의 두 가지 해가 존재할 수 있으나 물리적으로 부의값은 존재하지 않으므로 정의값만 채택한다.

구해진값을 [수학식 23]에 대입하여

를 구하고 이어서

을 구한다.

상술한 바와 같이, 감쇠정수(α) 및 위상정수(β)가 계산(S180)되면, 최종적으로 상술한 [수학식 20]에 계산된 감쇠정수(α) 및 위상정수(β)값을 대입하여 송전선로의 임피던스(Z)값을 얻어낼 수 있으며, 이를 통해 장거리 선로의 교류저항값을 산출(S190)할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 온라인 송전선로 가용용량 산출 방법은 열평형 방정식을 이용하여 송전선로의 가용용량(허용전류)을 측정함에 있어서, 실시간으로 제공되는 기상데이터를 바탕으로 열 요소(Q_c, Q_r, Q_s)값을 산출하고, 송전선로의 길이와 운전 중인 전력설비의 양단에서 동시에 측정되는 3상 전압 및 전류값을 기반으로 현재 시점에서의 교류저항(R_ac)값을 산출하여 열평형 방정식에 적용함으로써, 송전선로의 가용용량 산출 시, 산출시점에서의 실시간 기상데이터 및 산출된 교류저항값을 이용하여 보다 정확한 송전선로의 가용용량을 산출함으로써, 가용 송전 용량의 변화를 파악하여 전력공급의 조절과 전력 설비의 효용성 및 안전성을 높일 수 있다.

또한, 기상청으로부터 향후의 일정 기간 동안의 기상 예측 데이터를 전송받아, 이를 바탕으로 향후의 송전선로 가용용량의 변화를 예측하여 산출함으로써 적절한 전력 수급 계획을 도출할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.

Claims

송전선로의 가용용량을 산출하는 방법에 있어서,
상기 송전선로 상에서의 열평형 방정식을 하기의 [수학식 28]과 같이 수립하고, 수립된 열평형 방정식에 근거하여 상기 송전선로의 허용전류값(I)을 계산하되,
실시간으로 제공되는 기상데이터를 바탕으로 하기 [수학식 28]에 포함된 열 요소(Q_c, Q_r, Q_s)값을 산출하고,
운전 중인 전력설비의 양단에서 동시에 측정되는 3상의 전압 및 전류값을 기반으로 하기 [수학식 28]에 포함된 송전선로의 교류저항(R_ac(T_c))값을 산출하되, 송전선로의 길이에 따라 각각 차별화된 계산식을 적용하여 송전선로의 교류저항값을 산출하고,
송전선로에 대해 산출된 상기 교류저항값 및 실시간 기상데이터에 근거하여 송전선로의 허용전류값을 계산하는 것을 특징으로 하는 온라인 송전선로 가용용량 산출방법.
[수학식 28]

여기서,
I : 허용전류값,
R_ac(T_c) : 온도 T_c[℃]에서의 송전선로의 교류저항[Ω/㎞],
Q_{c :} 대류에 의한 열방산,
Q_{r :} 방사에 의한 열방산,
Q_{s :} 일사에 의한 흡수열.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 실시간으로 제공되는 기상데이터에는,
송전선로의 주위공기온도(T_a), 풍속(V_w) 및 풍향이 포함되는 것을 특징으로 하는 온라인 송전선로 가용용량 산출방법.
제 3항에 있어서,
상기 대류에 의한 열방산(Q_c)값의 계산에는,
상기 제공되는 풍속(V_w)값에 따라 각각 차별화된 계산식이 적용되는 것을 특징으로 하는 온라인 송전선로 가용용량 산출방법.
제 4항에 있어서,
상기 대류에 의한 열방산(Q_c)값의 계산에 적용되는 계산식은,
제공되는 풍속(V_w)값을 각각 저풍속, 고풍속 및 자연대류의 세 가지 세기로 구분하여,
저풍속의 경우,

의 연산방식을 취하고,
고풍속의 경우,

의 연산방식을 취하며,
자연 대류의 경우,

의 연산방식을 취하는 것을 특징으로 하는 온라인 송전선로 가용용량 산출방법.
여기서,
K_{Φ :} 풍향각 보정계수(풍향각 고려시 적용)

,
_Φ: 송전선로와 풍향 사이의 각도[˚],
D : 도체(강심)의 외경[mm],
ρ_f: 공기의 밀도[kg/m³]

,
H_e : 해발고도[m],

(T_a: 주위 공기온도[℃], T_c: 도체의 온도[℃]),
V_ｗ : 풍속[m/sec],
μ_f: 공기의 점도[N/m?s]

,
K_f : T_film[℃]에서 공기의 열전도율[W/m ℃]

.
제 1항에 있어서,
상기 방사에 의한 열방산(Q_r)값은,
하기의 [수학식 29]를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 온라인 송전선로 가용용량 산출방법.
[수학식 29]

여기서,
D : 도체(강심)의 외경[mm],
ε : 방사계수: 0.23~0.91,
T_a : 주위 공기온도[℃],
T_c : 도체의 온도[℃].
제 1항에 있어서,
상기 일사에 의한 흡수열(Q_s)값은,
하기의 [수학식 30]을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 온라인 송전선로 가용용량 산출방법.
[수학식 30]

여기서,
α : 태양열 흡수계수: 0.23~0.91,
q_s : 일사량[W/m²],
θ : 태양광선의 유효입사각[˚],

,

,
L_at : 위도[N],
δ: 태양의 경사각(0~90),

,
w : 태양이 가장 높은 시각의 정오에 대한 시간각도[˚] (AM 11:00 -15, PM 2:00 30),
Z_C :태양의 방위각[˚],

,

,
C : 태양 방위각 상수,
Z_L : 선로의 방위각(남북선로 : 0, 동서선로 : 90)[˚],
A' : 도체의 투영면적[m²/m].
제 1항에 있어서,
기상청에서 제공되는 기상 예측 데이터를 전송받아,
전송받은 기상 예측 데이터를 바탕으로 향후의 송전선로 가용용량의 변화를 예측하여 산출하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 온라인 송전선로 가용용량 산출방법.
송전선로의 가용용량을 산출하는 방법에 있어서,
송전선로 주변의 기상데이터를 실시간으로 전송받는 단계;
상기 송전선로의 입력단 및 출력단에서의 3상 전압 및 전류값을 측정하는 단계;
상기 전송받은 기상데이터를 이용하여 상기 송전선로 상에서의 대류에 의한 열방산(Q_c)값, 방사에 의한 열방산(Q_r)값 및 일사에 의한 흡수열(Q_s)값을 각각 계산하는 단계;
상기 측정된 3상 전압 및 전류값을 이용하여 상기 송전선로의 교류저항(R_ac(T_c))값을 산출하되, 송전선로의 길이에 따라 각각 차별화된 계산식을 적용하여 송전선로의 교류저항값을 산출하는 단계; 및
상기 계산된 대류에 의한 열방산(Q_c)값, 방사에 의한 열방산(Q_r)값, 일사에 의한 흡수열(Q_s)값 및 교류저항(R_ac(T_c))값을 바탕으로 하기의 열평형 방정식,

에 따라 송전선로의 허용전류값(I)을 계산하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 온라인 송전선로 가용용량 산출방법.
제 9항에 있어서,
상기 3상 전압 및 전류값을 측정하는 단계 이후에,
상기 측정된 3상 전압 및 전류값에 포함된 영상분 전압 및 전류값을 제거하는 단계를 추가로 구비하여,
상기 영상분 전압 및 전류값이 제거된 3상 전압 및 전류값을 이용하여 상기 송전선로의 허용전류값을 산출하는 것을 특징으로 하는 온라인 송전선로 가용용량 산출방법.
제 9항에 있어서,
상기 송전선로의 교류저항값을 산출하는 단계에서는,
상기 송전선로의 길이에 따라 각각 단거리 송전선로, 중거리 송전선로 및 장거리 송전선로로 구분하여, 각각 차별화된 계산 방법을 적용하는 것을 특징으로 하는 온라인 송전선로 가용용량 산출방법.
제 11항에 있어서,
상기 송전선로가 중거리 송전선로 또는 장거리 송전선로인 경우에는,
4단자 선로정수 계산을 통해 상기 송전선로의 교류저항값을 산출하는 것을 특징으로 하는 온라인 송전선로 가용용량 산출방법.
제 12항에 있어서,
상기 송전선로가 장거리 송전선로인 경우에는,
상기 송전선로를 파이(π) 등가회로로 변환한 후, 변환된 파이(π) 등가회로 상에서의 4단자 선로정수 계산을 통해 상기 송전선로의 교류저항값을 산출하는 것을 특징으로 하는 온라인 송전선로 가용용량 산출방법.