KR101309370B1 - 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법 - Google Patents

전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법 Download PDF

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KR101309370B1 KR1020120034041A KR20120034041A KR101309370B1 KR 101309370 B1 KR101309370 B1 KR 101309370B1 KR 1020120034041 A KR1020120034041 A KR 1020120034041A KR 20120034041 A KR20120034041 A KR 20120034041A KR 101309370 B1 KR101309370 B1 KR 101309370B1
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Abstract

본 발명은 일정 기간 동안 계통의 공급 효율을 향상시키기 위하여 배전 선로와 변압기의 공급 부하를 균등하게 할 수 있도록 상시 연계점을 관리하는 데 목적을 두고, 장시간에 걸쳐 축적된 해당 배전 계통(변압기 및 배전 선로) 부하 이력을 적용하여 부하 균등화 관리를 수행함으로써 기존 방식에 비해 전체적인 공급 효율을 향상시키기 위한 것으로, 본 발명에 따르면, 변압기 및 선로 부하의 정격 용량 대비 시간 t에서의 사용 용량을 시간구간 T동안의 적분값 중에서 최소값이 나오는 배전 피더 조합을 찾도록, 부하 균등화 목적 함수식을 구하는 단계와; 일정 시간 간격으로 수집되는 전력 계통의 부하 이력 정보에 따라 상기 단계의 부하 균등화 목적 함수식을 이산수학식으로 변경하는 단계와; 부하가 집중되는 시간대와 부하가 집중되는 피더에 대해서 보다 높은 가중치를 두도록, 시간대에 따라 변압기와 선로 별로 각각 가중치를 추가한 가중치 함수를 포함하여 최종 부하 균등화 목적 함수를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법을 제공한다.

Description

전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법{Method of Constructing Distribution Line For Improving Electric Power Loss}
본 발명은 배전 선로에 산재한 자동화 개폐기들을 이용하여 배전 선로를 필요에 따라 재구성 하고자 할 때, 배전 선로의 전력 부하 이력 정보를 기반으로 배전 설비(변압기 및 부하 선로)의 균등화를 도모함으로써 전력 공급 손실을 최소화하도록 하는 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법에 관한 것이다.
배전 자동화 시스템이란 복잡한 배전 선로 계통에서 배전 계통의 고장 발생 시 고장 유형에 따라 일시 고장(순간적으로 선로 근처의 나뭇가지에 의한 단락 현상 발생 등) 및 영구 고장에 대해서 자체 고장 검출 및 고장 차단 기능을 내장한 다수의 자동화 개폐기들, 이들 개폐기와 원격 배전 관제 센터를 연결하는 통신 시스템 및 배전 관제 센터(관제 시스템)으로 구성되어 있다.
이러한 배전 자동화 시스템은 배전 계통의 정전 사고 발생 시 신속이 사고를 검출하여 사고 발생 구간을 분리하고 사고의 여파를 최소화하는 건전 구간을 확보하는 것을 주 목적으로 하고 있다.
이에 배전 계통은 계통의 안정적 운영을 위하여 몇 개의 변전소로부터 공급되는 배전 선로들의 조합으로 구성되는데, 배전 선로 계통은 상시 일정한 것이 아니라 계통 상황에 따라서 변경될 수 있다.
여기서 변경이라 함은 배전 계통의 증감에 따른 물리적인 변경을 의미하는 것이 아니라 수용가 공급 선로의 운영적 목적에 따른 변경을 의미한다.
이를 자동차 도로와 비교하면 목적지에 이르는 도로가 하나가 아니라 여러 조합이 가능한 것과 유사한데, 차이점은 도로의 경우 도로와 도로가 만나는 교차점이 통상 물리적으로 연결된 것에 비해서 계통 선로의 경우에는 물리적으로 개방(OPEN)해 두는 경우가 있다는 점이다.
이러한 교차점을 전력 계통에서는 연계점이라고 하고 개방된 연계점을 상시 연계점이라고 한다.
상시 연계점을 두는 이유는 자동차 도로와 달리 배전 선로는 전력이라는 에너지가 흐르기 때문에 서로 다른 변전소에서 공급되는 배전 선로를 연결하여 상시 폐쇄해서 운영하는 부분에 대한 운영 기술이 안정적으로 확보되어 있지 않기 때문이다.
도 1은 배전 계통에서 자동화 개폐기를 중심으로 구성한 배전 계통도의 예시적인 구성도이다.
도면에서 보는 바와 같이, 서로 다른 두 곳의 변전소에 위치한 변압기 (TR1, TR2)에 대해서 각각 배전 선로 FDR1, FDR2 및 FDR3, FDR4의 총 4개의 배전 선로가 구성되어 있으며 변전소단의 차단기 2개와 배전 선로상의 개폐기 16개로 총 18개의 배전 설비로 구성되어 있다.
도면에서 개폐기나 차단기의 흰색으로 표시된 것은 'CLOSE'상태를 나타내는 것으로 선로가 연결되어 있음을 표시하고 회색 표시가 된 것은 'OPEN'상태로 선로가 개방되어 있음을 의미한다.
이처럼 개방된 개폐기를 상시개방점이라고 하는데, 평상시에는 개방되어 있어서 배전 선로를 분할하게 하는 역할을 담당한다.
상시 개방점 구간을 모두 CLOSE상태로 운영하면 배전 계통에 고장이 발생할 경우 현재 구성 시스템으로는 고장 검출이 용이하지 않아서, 현재에는 배전 계통을 관리하기 위해서 서로 다른 변전소에서 공급되는 배전 선로가 같이 연결되어서 운영되지 않도록 선로 중간에 상시 개방점을 두어서 운영하고 있다.
만일 아래 선로 구간에 고장이 발생할 경우에는 차단기 3번과 개폐기 8번이 동작하여 'OPEN'상태가 되어서 고장 구간을 분리함으로써 고장이 계통에 파급되는 것을 방지한다.
이러한 상태에서 운영상의 문제로 만일 배전 선로의 공급에 문제가 있을 경우에는 계통의 구성을 변경하는 작업이 필요하다.
이를 위해 배전 선로의 공급 여유도를 상시 감시하게 되는 바, 이러한 상황에서 특정 선로에 과부하가 발생할 경우에는 공급 전류의 제곱에 비례해서 도 2에서와 같이 13번 선로 손실이 증가하기 때문에 공급의 효율이 떨어지게 된다.
따라서 고장 또는 현장 요인으로 인해 배전 계통을 지속적으로 운영할 경우 이러한 선로 손실이 누적되므로 이를 해소하기 위해서는 선로 구성을 변경하는 작업이 필요하다.
상기 예제 배전 계통에서 구간 부하가 모두 균일하다고 가정하면 도 3에서와 같이 13번 상시 개방점을 9번으로 이동시키는 작업으로 배전 선로의 부하를 이전에 비해서 균등하게 유지하는 것이 가능하다.
상기와 같이 배전 계통 설비들에 대한 부하 균등화를 연계점을 통해 최적화하는 목적 함수, S는 다음 식과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112012026386282-pat00001
Figure 112012026386282-pat00002
Figure 112012026386282-pat00003
여기서,
Figure 112012026386282-pat00004
: 변압기 부하 균등화 목적 함수
Figure 112012026386282-pat00005
: 배전 선로 부하 균등화 목적 함수
Figure 112012026386282-pat00006
: i번째 변압기의 정격 용량
Figure 112012026386282-pat00007
: i번째 변압기의 현재 용량
Figure 112012026386282-pat00008
: i번째 배전 피더 선로의 정격 용량
Figure 112012026386282-pat00009
: i번째 배전 피더 선로의 현재 용량
Figure 112012026386282-pat00010
: 배전 선로 계통의 공급 변압기 수
Figure 112012026386282-pat00011
: 배전 선로 계통의 배전 피더 선로 수
Figure 112012026386282-pat00012
,
Figure 112012026386282-pat00013
: 가중 계수
상시 연계점을 통한 부하 균등화를 위한 목적 함수를 정의하는 방법은 유사한 방식들이 있으나, 공통된 점은 위 식에서 볼 수 있듯이 목적 함수에 최적화하는 시각이 특정 시각으로 고정된 점이다.
시각이 고정되었다는 것은 어느 특정한 시각에서 목적 함수를 최적화함에 따른 연계점의 구성 토폴로지가 다른 시각에서는 유효하지 않을 수 있다는 것을 의미한다.
실제 배전 계통은 다수의 배전 선로와 배전용 변압기들로 구성되어 있어서 시간에 따라 변압기와 선로 부하 여유 용량이 계속 변화하게 된다.
따라서 위 식에서처럼 부하 균등화 목적 함수를 통해서 최적의 선로 구성을 구한다고 하더라도 선로 부하 및 변압기 용량 부하가 변화되는 상황에서 목적 함수를 다시 구할 경우 다른 선로 구성 조합이 나오게 될 확률이 높음을 의미한다.
따라서 부하 균등화는 특정 시각에서 최적화하는 것보다는 일정 시간 구간 내에서 최적화하는 것이 보다 공급 전력의 효율을 극대화하는 데 효과적이다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 배전 계통의 부하 이력 정보를 이용하여 배전 선로의 상시 연계점 관리를 통한 부하 균등화를 위한 선로 구성을 할 수 있는 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법을 제공하기 위함이다.
또한 본 발명의 목적은, 특정 시각이 아니라 일정 시간대의 부하 정보를 기반으로 부하 균등화를 위한 최적화 목적 함수를 정의하는 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법을 제공하기 위함이다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 부하 균등화 목적 함수에 시간별, 월별 부하 특성을 고려한 계단형 패턴 형태의 가중치 함수를 생성하여 목적 함수에 적용함으로써 부하가 집중되는 시간 및 계절 구간에 부하 균등화의 최적 계통 구성이 이루어지게 함으로써 과부하시 계통을 안정하게 관리하는 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법을 제공하기 위함이다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 부하 이력 정보에 대해서 현재 시각을 기준으로 L-R함수 형태의 비대칭적 가중치 값을 부여하도록 하는 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법을 제공하기 위함이다.
상기한 본 발명의 목적은 변압기 및 선로 부하의 정격 용량 대비 시간 t에서의 사용 용량을 시간구간 T동안의 적분값 중에서 최소값이 나오는 배전 피더 조합을 찾도록, 부하 균등화 목적 함수식을 구하는 단계와; 일정 시간 간격으로 수집되는 전력 계통의 부하 이력 정보에 따라 상기 단계의 부하 균등화 목적 함수식을 이산수학식으로 변경하는 단계와; 부하가 집중되는 시간대와 부하가 집중되는 피더에 대해서 보다 높은 가중치를 두도록, 시간대에 따라 변압기와 선로 별로 각각 가중치를 추가한 가중치 함수를 포함하여 최종 부하 균등화 목적 함수를 구하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법에 의해 달성된다.
상기한 본 발명의 목적은 변압기 및 선로 부하의 정격 용량 대비 시간 t에서의 사용 용량을 시간구간 T동안의 적분값 중에서 최소값이 나오는 배전 피더 조합을 찾도록, 부하 균등화 목적 함수식을 구하는 단계와; 일정 시간 간격으로 수집되는 전력 계통의 부하 이력 정보에 따라 상기 부하 균등화 목적 함수식을 이산수학식으로 변경하는 단계와; 시간대에 따라 변압기와 선로 별로 각각 가중치를 추가한 가중치 함수를 포함하여 최종 부하 균등화 목적 함수를 구하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법에 의해 달성된다.
또한 본 발명에 따르면 , 상기 이산수학식은
Figure 112012026386282-pat00019
,
Figure 112012026386282-pat00020
,
Figure 112012026386282-pat00021
인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 가중치 함수를 설정하기 위해 선로 및 변압기 부하정보를 기반으로 일일 부하 곡선에 대한 가중치 패턴을 생성하도록, 피더 선로 또는 변압기의 부하 정보에 대해 T시간 동안의 부하 곡선을 구하는 단계와; 상기 부하 곡선에 대해서 경부하, 평균부하, 중부하 기준치를 적용하는 단계와; 경부하 이하 구간은 1, 평균부하 구간은 가중치 상수 K1, 중부하 구간은 가중치상수 K2를 가중치로 각각 부여하여 계단형 시간별 가중치함수 패턴으로 생성하는 단계와; 경부하 이하 구간은 M1, 평균부하 구간은 가중치 상수 M2, 중부하 구간은 가중치상수 M3를 가중치로 각각 부여하여 계단형 월별 가중치함수 패턴으로 생성하는 단계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 최종 부하 균등화 목적 함수를 구하는 단계는, 가중치 함수를 설정하기 위해 선로 및 변압기 부하정보를 기반으로 일일 부하 곡선에 대한 가중치 패턴을 생성하는 단계와; 시간대별 가중치 함수와 월별 가중치함수의 곱인
Figure 112013059918606-pat00088
으로 가중치 함수를 구하는 단계와; 현재 시각 t를 기점으로 과거와 미래에 대해 대칭이 되는 시간 구간을 정하여 연산하되, L-R 함수형태의 가중치 함수를 적용하여 최종 가중치 함수를 생성하는 부하 균등화 시간 구간의 설정 및 시간에 따른 가중치 부여 단계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 일일 부하 곡선에 대한 가중치 패턴을 생성하는 단계는, 피더 선로 또는 변압기의 부하 정보에 대해 T시간 동안의 부하 곡선을 구하는 단계와; 상기 부하 곡선에 대해서 경부하, 평균부하, 중부하 기준치를 적용하는 단계와; 경부하 이하 구간은 1, 평균부하 구간은 가중치 상수 K1, 중부하 구간은 가중치상수 K2를 가중치로 각각 부여하여 계단형 시간대별 가중치함수 패턴으로 생성하는 단계와; 경부하 이하 구간은 M1, 평균부하 구간은 가중치 상수 M2, 중부하 구간은 가중치상수 M3를 가중치로 각각 부여하여 계단형 월별 가중치함수 패턴으로 생성하는 단계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다,
Figure 112012026386282-pat00025
인 것이 바람직하다.
상기의 과제 해결 수단에 의한 본 발명의 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법은, 상시 연계점에 기반한 배전 계통 구성 방식이 주로 배전 선로에 고장이 발생하였을 경우와 같이 특정 시각에서의 상시 연계점을 최적화하는데 주력하였던 기존의 방식과 달리 1개월 이상의 일정 기간 동안 계통의 공급 효율을 향상시키기 위하여 배전 선로와 변압기의 공급 부하를 균등하게 할 수 있도록 상시 연계점을 관리하는 데 목적을 두고, 장시간에 걸쳐 축적된 해당 배전 계통(변압기 및 배전 선로) 부하 이력을 적용하여 부하 균등화 관리를 수행함으로써 기존 방식에 비해 전체적인 공급 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
또한 기존의 상시 연계점 관리 방식은 고장과 같이 급작스런 계통의 변경에 대비해서 신속히 계통 안정화를 위해 고장 시점에서의 계통 최적화(손실,부하 균등화 등)를 목적으로 함으로써 이 때 수행되는 최적화 알고리듬도 빠른 시간 내에 연산이 가능해야 되는 구조임에 반해, 본 발명은 상시에 부하 균등화 작업을 수행함으로써 빠른 알고리듬 수행 시간 제약에 대한 부담에서 자유로울 수 있다.
또한 상시에는 본 발명에서 제시되는 방법에 기반하여 효율적인 배전 계통을 관리하고 고장과 같은 상황에서는 기존의 신속한 부하 균등화 기법을 그대로 사용함으로써 병행 운전이 가능하며, 따라서 고장이 영구 제거되고 계통이 일정 시간 안정적으로 운영되면 다시 제시된 방식으로 연계점으로 관리하여 배전 계통을 운영함으로써 전체적인 안정성과 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 기대되며, 이는 최근의 스마트 그리드에서 지향하는 에너지 효율적인 전력망이라는 목표에도 부합되는 것이다.
도 1은 종래의 배전 계통도의 구성도,
도 2는 도 1의 선로 구간에 고장이 발생한 경우의 상태도,
도 3은 도 2의 고장에 따른 선로 구성의 변경을 위한 상태도,
도 4는 본 발명의 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법의 실시예에 따른 전체 순서도,
도 5는 도 4의 단계(S300)의 세부 순서도,
도 6은 도 5의 단계(S310)의 세부 순서도,
도 7은 도 6의 피더 선로 또는 변압기의 부하정보에 대한 T 시간 동안의 부하 곡선,
도 8은 도 7의 부하곡선에 대한 부하별 기준치 설정 상태도,
도 9는 시간에 따른 부하별 계단형 가중치 함수패턴 상태도,
도 10은 월별에 따른 부하별 계단형 가중치 함수패턴 상태도,
도 11은 L-R함수형태의 가중치 함수를 적용한 상태도.
이하, 본 발명의 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법의 실시예를 첨부되는 도면들을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.
기존의 배전 자동화 시스템이 배전 선로의 고장과 같이 예외의 상황에 대비하여 선로를 보호하고 고장 구간을 최소화하는 일련의 과정에서 공급 손실이나 부하 균등화 작업을 수행하여 상시 연계점을 관리하는 데 주목하고 있는데 반해, 본 발명은 배전 선로 고장 발생과 같은 예외 상황에서의 대응보다는 정상적인 상시 운영 상태에서 배전 선로의 최적 관리를 위해 모든 개폐기(자동화 개폐기 외에 수동 개폐기도 포함)를 활용하여 부하 균등화를 최적화하는 것으로 통상의 배전 계통의 상시 연계점 관리와는 차이를 갖고 있다.
또한 본 발명에서 제시하는 배전 계통의 부하 균등화 방법은 기존의 특정 시각에서의 최적화 방법 대신에 일정 시간 구간 대에서의 부하(선로 및 변압기) 정보를 기반으로 전체적인 관점에서의 부하 균등화 방법이다.
도 4는 본 발명의 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법의 실시예에 따른 전체 순서도이다.
도면에서 보는 바와 같이, 우선 부하 균등화 목적 함수식을 구하는 단계(S100)를 수행한다.
상기 부하 균등화 목적 함수식은 다음과 같다.
Figure 112012026386282-pat00026
여기서
Figure 112012026386282-pat00027
: 변압기 부하 균등화 목적 함수
Figure 112012026386282-pat00028
: 배전 선로 부하 균등화 목적 함수
Figure 112012026386282-pat00029
,
Figure 112012026386282-pat00030
: 가중 계수
T는 최적화 시간 구간이다.
상기 식은 모든 배전 피더 조합에 대해서 변압기 및 선로 부하의 정격 용량 대비 시간 t에서의 사용 용량을 시간구간 T동안의 적분값 중에서 최소값이 나오는 배전 피더 조합을 찾는 것을 의미한다.
전력 계통의 부하 정보는 통상 일정 시간 간격으로 정보 수집을 하므로 상기 식을 이산수학식으로 변경하는 단계(S200)를 수행한다.
이산수학식은 다음과 같다.
Figure 112012026386282-pat00031
Figure 112012026386282-pat00032
Figure 112012026386282-pat00033
여기서,
Figure 112012026386282-pat00034
Figure 112012026386282-pat00035
: 변압기 부하 균등화 목적 함수
Figure 112012026386282-pat00036
: 배전 선로 부하 균등화 목적 함수
Figure 112012026386282-pat00037
: i번째 변압기의 정격 용량
Figure 112012026386282-pat00038
: i번째 변압기의 현재 용량
Figure 112012026386282-pat00039
: i번째 배전 피더 선로의 정격 용량
Figure 112012026386282-pat00040
: i번째 배전 피더 선로의 현재 용량
Figure 112012026386282-pat00041
: 배전 선로 계통의 공급 변압기 수
Figure 112012026386282-pat00042
: 배전 선로 계통의 배전 피더 선로 수
Figure 112012026386282-pat00043
,
Figure 112012026386282-pat00044
: 가중 계수
배전 계통의 부하 상태를 보면 시간대별, 일별, 계절별, 사용 대상 별 부하 특성이 모두 상이하다.
따라서 부하 균등화를 모든 시간대에서 동일한 가중치를 두는 것보다는 부하가 집중되는 시간대와 부하가 집중되는 피더에 대해서 보다 높은 가중치를 두는 것이 바람직하므로 상기 식에 시간대에 따라 변압기와 선로 별로 각각 가중치를 추가하도록 하여 최종적으로 다음 식을 부하 균등화 목적 함수로 정의하는 단계(S300)를 수행한다.
Figure 112012026386282-pat00045
Figure 112012026386282-pat00046
Figure 112012026386282-pat00047
여기서
Figure 112012026386282-pat00048
는 시간에 따른 가중치 함수이다.
<부하이력에 따른 가중치 함수 설정 방법>
가중치 함수를 갖는 이유는 시간 별로 부하 특성이 달라지는 측면도 있으나, 상기 목적함수의 연산량을 줄이기 위한 측면도 있다.
상기 부하 균등화 목적 함수를 시간 간격마다 최적화하는 것 대신에 선로 별, 일별로 부하가 집중되는 시간대가 있으므로 경부하가 걸리는 시간구간에 상기 최적화를 수행하는 것은 효과적이지 않기 때문이다.
따라서 단계(S300)를 위해, 도 5에서 보는 바와 같이 세부적인 단계를 수행하게 된다.
우선 대상 배전 계통의 부하가 중부하가 걸리는 패턴을 파악하는 단계(S310)를 수행하게 된다.
이는 상기 목적함수가 최소화되는 지점이 중부하가 걸리는 변압기와 선로가 많을 때, 선로 부하 및 변압기의 여유 용량이 적어지기 때문이다.
따라서 선로 및 변압기의 일 부하 패턴이 도 7과 같을 때 가중치 함수 곡선도 이를 반영한 특성을 갖는다.
이때 경 부하 구간에 대해서는 가중치 값을 '0'으로 처리해서 불필요한 연산을 방지하도록 한다.
도 6에서 보는 바와 같이, 선로 및 변압기 부하정보를 기반으로 일일 부하 곡선에 대한 가중치 패턴을 생성하는 과정은 다음과 같다.
도 7에서 보는 바와 같이, 피더 선로 또는 변압기의 부하 정보에 대해서 T시간 동안의 부하 곡선을 구하는 단계(S311)를 수행한다.
또한 도 8에서 보는 바와 같이, 상기 부하 곡선을 구한 다음 부하 곡선 상에서 경부하, 평균부하, 중부하 기준치를 적용하는 단계(S312)를 수행한다.
상기 기준치를 적용한 후, 도 9에서와 같이 시간대별로 계단형의 가중치함수 패턴을 생성하는 단계(S313)를 수행한다.
경부하 이하 구간에 대해서는 가중치 값 '1'을 할당하고 평균부하근처 부하구간에 대해서는 가중치 상수 K1를 할당한다. 중 부하근처의 부하구간에 대해서 가중치상수 K2를 부여한다. 여기서 K2>K1>1의 관계를 갖는다.
일일 부하 패턴에 근거한 가중치 함수를 정의하는 것만으로는 배전 계통의 부하 특성을 반영함에 있어서 보완할 사항이 있다.
배전 계통의 토폴로지를 변경하는 것은 구성 기기 및 시스템 특성상 빈번하게 수행하기는 어려운 측면이 있다. 활선 상태에서 계통을 변경하는 것은 관련된 개폐기의 투입/차단 작동을 수반하게 되는 데, 개폐기 소자의 수명과 안정상을 감안할 때 월간 단위 정도가 적당할 것으로 예상된다.
현재 계통에서는 연간 2~3회 정도 계통 변경이 있는 데, 이는 주로 계통 고장 시 연계점 변경에 해당된다.
따라서 배전 계통 운영에 무리를 주지 않기 위해서는 계통 토폴로지의 변경을 과거 부하 이력 정보를 바탕으로 1~2개월 이후의 부하 상황을 반영하여 최적의 부하 균등화 작업을 수행하는 것이 필요하다.
이를 위해서 도 10의 그래프와 같이 1월부터 12월까지 월간 단위로 가중치 함수를 조정할 필요가 있다.
부하 균등화 측면에서 특히 고려할 부분이 하계 및 동계 전력피크에 대한 사항이다. 부하 균등화 측면에서 전반적인 전력 공급 손실을 줄이는 측면도 하계/동계 피크와 같이 중요하나 수요가 증가하는 구간에서는 보다 적극적으로 계통을 안정적으로 유지할 수 있도록 사전에 계통 구성을 반영하는 것이 필요하다.
따라서 아래와 같이 하계/동계 피크 구간에서는 보다 높은 가중치를 부여하여 그 구간에서의 부하 특성이 반영된 연계점 관리 구성으로 미리 대응하도록 도 10에서와 같이 월별로 계단형이 가중치함수의 패턴을 생성하는 단계(S314)를 수행한다.
여기서 가중치 상수들은 M3>M2>M1>1의 관계를 갖는다.
따라서 가중치 함수는 일간 가중치 함수와 월간 가중치 함수의 곱으로 생성하는 단계(S320)를 수행하게 된다.
Figure 112012026386282-pat00049
이와 같이 부하가 집중되는 시간 및 계절 구간을 부하 이력 정보(트랜드) 에서 경,평균,중부하에 따른 계단형 가중치함수패턴을 도출하여 목적함수에 부여함으로써 과부하 구간에서 부하균등화 최적 연계점 관리가 될 확률을 높이도록 한다. 이와 같이 가중치를 두는 이유는 계통의 손실을 최소화하는 것보다 우선적으로 계통 과부하 상태에서 보다 안정된 피더 운영이 이루어지게 하기 위함이다.
<부하 균등화 시간 구간 설정 및 시간에 따른 가중치 부여 방법>
다음으로 부하 균등화를 위한 최적화 계산의 시간 구간을 정하는 방법에 대해서 설명하도록 한다. 시간 구간 T는 과거의 일정 시간에서 현재까지의 시간 간격으로 정의할 수도 있으나, 이럴 경우 배전 계통의 손실도 관리가 과거 이력에만 의존하게 됨으로써 앞으로 있을 계통 부하 변화에 선제적으로 대응하기가 어렵다는 단점이 있다.
따라서 부하균등화 최적화 구간을 도 11의 그래프와 같이 현재 시각 t를 기점으로 해서 과거와 미래에 대해 대칭이 되는 시간 구간을 정하여 연산하되, 과거 부하 정보가 현재와 근접할수록 부하 이력 정보에 보다 가중치를 높이고 미래에 대해서는 현재로부터 멀어질수록 가중치가 크게 감소하는 형태의 L-R 함수형태의 가중치 함수를 적용한다. (상수 A는 1보다 큰 값을 갖는다.)
따라서 부하 균등화 시간 구간의 설정 및 시간에 따른 가중치를 부여한 최종적인 가중치 함수를 생성하는 단계(S330)를 수행하게 된다.
최종적인 가중치 함수는 아래와 같다.
Figure 112012026386282-pat00050
여기서
Figure 112012026386282-pat00051
는 다음과 같이x=t를 기점으로 해서 L-R 함수로 표현될 수 있다.
Figure 112012026386282-pat00052
는 지수함수와 같이 단조 감소하는 특성의 함수값을 사용하면 된다.
Figure 112012026386282-pat00053

Claims (6)

  1. 변압기 및 선로 부하의 정격 용량 대비 시간 t에서의 사용 용량을 시간구간 T동안의 적분값 중에서 최소값이 나오는 배전 피더 조합을 찾도록, 부하 균등화 목적 함수식을 구하는 단계(S100)와;
    일정 시간 간격으로 수집되는 전력 계통의 부하 이력 정보에 따라 상기 부하 균등화 목적 함수식을 이산수학식으로 변경하는 단계(S200)와;
    시간대에 따라 변압기와 선로 별로 각각 가중치를 추가한 가중치 함수를 포함하여 최종 부하 균등화 목적 함수를 구하는 단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단계(S100)의 부하 균등화 목적 함수식은
    Figure 112012026386282-pat00054

    여기서
    Figure 112012026386282-pat00055
    : 변압기 부하 균등화 목적 함수
    Figure 112012026386282-pat00056
    : 배전 선로 부하 균등화 목적 함수
    Figure 112012026386282-pat00057
    ,
    Figure 112012026386282-pat00058
    : 가중 계수이며, T는 최적화 시간 구간인 것을 특징으로 하는 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 단계(S200)의 이산수학식은
    Figure 112012026386282-pat00059

    Figure 112012026386282-pat00060

    Figure 112012026386282-pat00061

    여기서,
    Figure 112012026386282-pat00062

    Figure 112012026386282-pat00063
    : 변압기 부하 균등화 목적 함수
    Figure 112012026386282-pat00064
    : 배전 선로 부하 균등화 목적 함수
    Figure 112012026386282-pat00065
    : i번째 변압기의 정격 용량
    Figure 112012026386282-pat00066
    : i번째 변압기의 현재 용량
    Figure 112012026386282-pat00067
    : i번째 배전 피더 선로의 정격 용량
    Figure 112012026386282-pat00068
    : i번째 배전 피더 선로의 현재 용량
    Figure 112012026386282-pat00069
    : 배전 선로 계통의 공급 변압기 수
    Figure 112012026386282-pat00070
    : 배전 선로 계통의 배전 피더 선로 수
    Figure 112012026386282-pat00071
    ,
    Figure 112012026386282-pat00072
    : 가중 계수인 것을 특징으로 하는 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 단계(S300)는,
    가중치 함수를 설정하기 위해 선로 및 변압기 부하정보를 기반으로 일일 부하 곡선에 대한 가중치 패턴을 생성하는 단계(S310)와;
    시간대별 가중치 함수와 월별 가중치함수의 곱인
    Figure 112013059918606-pat00089
    으로 가중치 함수를 구하는 단계(S320)와;
    현재 시각 t를 기점으로 과거와 미래에 대해 대칭이 되는 시간 구간을 정하여 연산하되, L-R 함수형태의 가중치 함수를 적용하여 최종 가중치 함수를 생성하는 부하 균등화 시간 구간의 설정 및 시간에 따른 가중치 부여 단계(S330)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 단계(S310)는,
    피더 선로 또는 변압기의 부하 정보에 대해 T시간 동안의 부하 곡선을 구하는 단계(S311)와;
    상기 부하 곡선에 대해서 경부하, 평균부하, 중부하 기준치를 적용하는 단계(S312)와;
    경부하 이하 구간은 1, 평균부하 구간은 가중치 상수 K1, 중부하 구간은 가중치상수 K2를 가중치로 각각 부여하여 계단형 시간대별 가중치함수 패턴으로 생성하는 단계(S313)와;
    경부하 이하 구간은 M1, 평균부하 구간은 가중치 상수 M2, 중부하 구간은 가중치상수 M3를 가중치로 각각 부여하여 계단형 월별 가중치함수 패턴으로 생성하는 단계(S314)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 최종 가중치 함수는
    Figure 112012026386282-pat00074
    이며, 여기서
    Figure 112012026386282-pat00075
    는 x=t를 기점으로 하여 L-R 함수로 표현되어,
    Figure 112012026386282-pat00076
    인 것을 특징으로 하는 전력 손실 개선을 위한 배전 선로 구성 방법.
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