KR101338008B1 - 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

발명은 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 풍력 발전 설비와 전기적으로 연결된 에너지 저장 장치 및 무효 전력 보상 장치의 협조 운전을 통해 풍력 발전 설비의 무효 전력을 순시적으로 제어할 수 있는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 전력 계통과 전기적으로 연결된 풍력발전 설비에서 상기 전력 계통 측으로 전력 공급 시 발생하는 무효전력 정보를 수집하는 단계; (b) 상기 무효전력 정보를 이용하여 상기 풍력발전 설비의 역률 제어를 위한 무효전력 보상치를 결정하는 단계; 및 (c) 상기 풍력발전 설비와 전기적으로 연결된 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치 및 에너지 저장 장치별로 상기 무효전력 보상치에 따른 무효전력 보상을 위한 분배 계수를 생성하고 상기 분배 계수에 따른 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치 및 에너지 저장 장치의 동작을 위한 명령치를 생성하여 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 풍력 발전 설비와 전기적으로 연결된 에너지 저장 장치 및 무효 전력 보상 장치의 협조 제어에 의해 풍력 발전 설비의 무효 전력을 순시적으로 제어할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법 및 시스템{Method and system for compensating reactive power of wind power equipment}
본 발명은 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 풍력 발전 설비와 전기적으로 연결된 에너지 저장 장치 및 무효 전력 보상 장치의 협조 운전을 통해 풍력 발전 설비의 무효 전력을 순시적으로 제어할 수 있는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법 및 시스템에 관한 것이다.
신재생 에너지원 중 풍력 발전의 경우 발전 단가가 저렴하고 소요 면적이 적은 장점이 있어 도입이 점차 확대되고 있는 추세에 있으며, 특히 유럽의 경우 전체 발전량의 30퍼센트 정도를 차지하고 있다.
대규모 풍력 발전 설비를 전력 계통과 연계하여 안정적으로 운영하기 위해서는 풍력 발전 설비 연계 Grid-code에서 요구하는 기술적 요구 조건들을 충족시켜야 하는데, 이러한 기술적 요구 조건들에 따라 무효 전력과 관련하여 연계점의 역률을 일정범위 내에서 유지해야 한다.
이에 따라, 풍력 발전 설비의 무효 전력을 제어하기 위하여 종래에는 풍력 발전 설비에 추가로 전력용 콘덴서를 설치하는 방식을 사용하였으나, 이 경우 전력용 콘덴서의 느린 응답 시간으로 인해 속응성이 떨어지며, 전력용 콘덴서의 특성상 연속적인 무효전력 보상량을 가지지 못하고 계단형태의 보상량을 가지게 되어 제어의 정확성이 떨어지는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 최근 공개특허 제10-2011-0092397호와 같이 전력변환 기술에 바탕을 두고 있는 무효 전력 보상 장치를 이용하는 방법이 제안되었으나, 풍력 발전 설비의 규모가 큰 경우 계통 상황에 따라 무효전력 보상량이 증가하게 되므로 원활한 제어를 위해서는 무효 전력 보상 장치의 용량을 크게 증가시켜야 하는 문제점이 있었다.
이에 따라, 무효 전력 보상 장치와 풍력 발전 설비의 출력 안정화 및 제어를 위해 기 설치된 에너지 저장장치의 병렬운전을 통해 풍력 발전 설비의 무효 전력 제어를 수행할 수 있는 방법의 필요성이 요구된다 하겠다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 풍력 발전 설비의 무효 전력 보상량에 따른 분배 계수를 풍력 발전 설비와 전기적으로 연결된 에너지 저장 장치 및 무효 전력 보상 장치별로 생성하여 복수의 에너지 저장 장치 및 무효 전력 보상 장치의 협조 운전을 통해 풍력 발전 설비의 무효 전력을 순시적으로 제어할 수 있는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법은 (a) 전력 계통과 전기적으로 연결된 풍력발전 설비에서 상기 전력 계통 측으로 전력 공급 시 발생하는 무효전력 정보를 수집하는 단계; (b) 상기 무효전력 정보를 이용하여 상기 풍력발전 설비의 역률 제어를 위한 무효전력 보상치를 결정하는 단계; 및 (c) 상기 풍력발전 설비와 전기적으로 연결된 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치 및 에너지 저장 장치별로 상기 무효전력 보상치에 따른 무효전력 보상을 위한 분배 계수를 생성하고 상기 분배 계수에 따른 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치 및 에너지 저장 장치의 동작을 위한 명령치를 생성하여 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (a) 단계에서 상기 무효전력 정보는 상기 풍력발전 설비와 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치 및 에너지 저장 장치의 연계점에서 수집될 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계에서 상기 무효전력 보상치는 미리 결정된 상기 연계점의 무효전력 명령치와 상기 무효전력 정보의 차를 계산하여 결정될 수 있다.
또한, (c1) 상기 무효전력 보상치가 상기 무효 전력 보상 장치의 보상 가능 용량 초과인지를 확인하는 단계; (c2) 상기 (c1) 단계에서 상기 무효전력 보상치가 상기 보상 가능 용량 초과인 경우 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치 및 에너지 저장 장치별로 상기 무효전력 보상치에 따른 무효전력 보상을 위한 분배 계수를 생성하는 단계; 및 (c3) 상기 분배 계수에 따른 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치 및 에너지 저장 장치의 동작을 위한 명령치를 생성하여 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c1) 단계에 이어서 (c11) 상기 (c1) 단계에서 상기 무효전력 보상치가 상기 무료 전력 보상 장치의 보상 용량 이하인 경우 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치에 대한 분배 계수만을 생성하는 단계; 및 (c12) 상기 (c11) 단계에서 생성된 분배 계수에 따른 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치의 동작을 위한 명령치를 생성하여 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c2) 단계에서 상기 적어도 하나 이상의 에너지 저장 장치 각각에는 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치의 보상 가능 용량 초과분에 대한 분배 계수가 생성될 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계에 이어서 (a1) 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치의 보상 가능 용량 정보 및 상기 적어도 하나 이상의 에너지 저장 장치의 저장 용량 정보를 수집하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서 상기 무효전력 보상 장치는 STATCOM(Static Synchronous Compensator)일 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 시스템은 풍력 발전 설비와 전기적으로 연결되는 무효 전력 보상부; 상기 무효 전력 보상부와 병렬 연결되는 제1 에너지 저장부; 상기 제1 에너지 저장부와 병렬 연결되는 제2 에너지 저장부; 상기 풍력 발전 설비의 무효 전력 정보를 수집하는 정보 수집부; 및 상기 무효 전력 정보를 이용하여 상기 풍력 발전 설비의 역률 제어를 위한 무효 전력 보상치를 결정하며, 상기 무효 전력 보상부, 상기 제1 에너지 저장부, 및 상기 무효 전력 정보를 이용하여 상기 풍력 발전 설비의 역률 제어를 위한 무효 전력 보상치를 결정하며, 상기 무효 전력 보상부, 상기 제1 에너지 저장부, 및 상기 제2 에너지 저장부별로 상기 무효 전력 보상치에 따른 무효 전력 보상을 위한 분배 계수를 생성하여 상기 무효 전력 보상부, 상기 제1 에너지 저장부, 및 상기 제2 에너지 저장부 측으로 전송하는 분배 계수 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 정보 수집부는 상기 풍력 발전 설비와 상기 무효 전력 보상부, 상기 제1 에너지 저장부, 상기 제2 에너지 저장부의 연계점에서 상기 무효 전력 정보를 수집할 수 있다.
또한, 상기 분배 계수 생성부는 미리 결정된 상기 연계점의 무효 전력 명령치와 상기 무효 전력 정보의 차를 계산하여 상기 무효 전력 보상치를 결정할 수 있다.
또한, 상기 분배 계수 생성부는 상기 무효 전력 보상치가 상기 무효 전력 보상부의 보상 가능 용량 이하인 경우 상기 무효 전력 보상부에 대한 분배 계수만을 생성하고, 상기 생성된 분배 계수에 따른 상기 무효 전력 보상부의 동작을 위한 명령치를 생성하여 상기 무효 전력 보상부 측으로 전송할 수 있다.
또한, 상기 분배 계수 생성부는 상기 무효 전력 보상치가 상기 무효 전력 보상부의 보상 가능 용량 초과인 경우 상기 용량 초과분에 대한 분배 계수를 상기 제1 에너지 저장부 및 상기 제2 에너지 저장부별로 생성하고, 상기 생성된 분배 계수에 따른 상기 제1 에너지 저장부 및 상기 제2 에너지 저장부의 동작을 위한 명령치를 생성하여 상기 제1 에너지 저장부 및 상기 제2 에너지 저장부 측으로 전송할 수 있다.
또한, 상기 정보 수집부는 상기 무효 전력 보상부의 보상 가능 용량 정보, 상기 제1 에너지 저장부의 저장 용량 정보, 및 상기 제2 에너지 저장부의 저장 용량 정보를 수집할 수 있다.
또한, 상기 무효 전력 보상부는 STATCOM(Static Synchronous Compensator)일 수 있다.
본 발명에 의하면 풍력 발전 설비와 전기적으로 연결된 에너지 저장 장치 및 무효 전력 보상 장치의 협조 제어에 의해 풍력 발전 설비의 무효 전력을 순시적으로 제어할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 풍력 발전 설비의 무효 전력 제어에 있어서 에너지 저장 장치의 무효 전력 보상 능력을 동시에 사용할 수 있으므로 무효 전력 보상 장치의 필요 용량을 저감시켜 무효 전력 보상 장치 설치에 따라 발생하는 비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 시스템의 블록도,
도 2는 도 1의 분배 계수 생성부의 상세 블록도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 시스템의 개념도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법에 대한 순서도, 및
도 5는 도 4의 S30에 대한 상세 순서도 이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 시스템의 블록도 이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전 무효 전력 보상 시스템(1)은 풍력 발전 설비(10), 무효 전력 보상부(20), 제1 에너지 저장부(30), 제2 에너지 저장부(40), 정보 수집부(50), 및 분배 계수 생성부(60)를 포함한다.
풍력 발전 설비(10)는 풍력 발전에 의해 생성되는 전력을 풍력 발전 설비(10)와 전기적으로 연결되는 전력 계통(Electric Power System:EPS) 측으로 출력하고, 무효 전력 보상부(20)는 풍력 발전 설비(10)와 전기적으로 연결된다.
이때, 무효 전력 보상부(20)는 정지형 무효 전력 보상 장치인 STATCOM(Static Synchronous Compenator)일 수 있다.
제1 에너지 저장부(30)는 무효 전력 보상부(20)와 병렬 연결되며 풍력 발전 설비(10)의 무효 전력 보상을 위한 에너지가 미리 저장될 수 있고, 제2 에너지 저장부(40)는 제1 에너지 저장부(30)와 병렬 연결되며 풍력 발전 설비(10)의 무효 전력 보상을 위한 에너지가 미리 저장될 수 있다.
정보 수집부(50)는 풍력 발전 설비(10)의 무효 전력 정보를 수집한다.
이때, 상기 무효 전력 정보는 풍력 발전 설비(10)에서 전력 게통(EPS) 측으로 전력 공급 시 발생하는 무효 전력에 대한 정보일 수 있으며, 풍력 발전 설비(10)와 무효 전력 보상부(20), 제1 에너지 저장부(30), 및 제2 에너지 저장부(40)의 연계점(PCC)에서 수집될 수 있다.
또한, 정보 수집부(50)는 무효 전력 보상부(20)의 보상 가능 용량 정보, 제1 에너지 저장부(30)의 저장 용량 정보, 및 제2 에너지 저장부(40)의 저장 용량 정보를 더 수집할 수 있다.
분배 계수 생성부(60)는 상기 무효 전력 정보를 이용하여 풍력 발전 설비(10)의 역률 제어를 위한 무효 전력 보상치를 결정하며, 무효 전력 보상부(20), 제1 에너지 저장부(30), 및 제2 에너지 저장부(40)별로 상기 무효 전력 보상치에 따른 무효 전력 보상을 위한 분배 계수를 생성하고, 상기 분배 계수에 따른 무효 전력 보상부(20), 제1 에너지 저장부(30), 및 제2 에너지 저장부(40)의 동작을 위한 명령치를 생성하여 무효 전력 보상부(20), 제1 에너지 저장부(30), 및 제2 에너지 저장부(40) 측으로 전송한다.
이때, 분배 계수 생성부(60)의 상세 구성은 이하 도 2를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
또한, 무효 전력 보상부(20), 제1 에너지 저장부(30), 및 제2 에너지 저장부(40)는 각각 분배 계수 생성부(60)로부터 전송되는 명령치에 따라 무효 전력 보상부(20), 제1 에너지 저장부(30), 제2 에너지 저장부(40)의 동작을 제어하는 동작 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 도 1에서는 풍력 발전 설비(10)와 하나의 무효 전력 보상부(20) 및 두 개의 에너지 저장부(30, 40)가 전기적으로 연결된 구성을 도시하였으나, 무효 전력 보상부와 에너지 저장부의 개수는 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 도 1의 분배 계수 생성부(60)의 상세 블록도, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전 무효 전력 보상 시스템의 개념도 이다.
도 2에 도시된 바와 같이 분배 계수 생성부(60)는 무효 전력 보상치 결정부(61), 신호 분기부(63), 제1 명령치 생성부(65), 제2 명령치 생성부(67), 및 제3 명령치 생성부(69)를 포함한다.
무효 전력 보상치 결정부(61)는 상기 무효전력 정보를 이용하여 풍력발전 설비(10)의 역률 제어를 위한 무효 전력 보상치를 결정한다.
이때, 도 2에 도시된 바와 같이 미리 결정된 연계점(PCC)의 무효전력 명령치(Q_PCC_Ref)와 상기 무효 전력 정보(Q_PCC)의 차를 계산하여 상기 무효 전력 보상치(Q_cmd)가 결정될 수 있다.
신호 분기부(63)는 무효 전력 보상치 결정부(61)에서 결정된 상기 무효 전력 보상치를 제1 명령치 생성부(65), 제2 명령치 생성부(67), 및 제3 명령치 생성부(69)로 분기한다.
제1 명령치 생성부(65)는 상기 무효 전력 보상치에 따른 무효 전력 보상부(20)의 동작을 위한 제1 분배계수를 생성하고, 상기 무효 전력 보상치와 상기 제1 분배계수의 곱인 제1 명령치(Q_STAT_Ref)를 무효 전력 보상부(20) 측으로 전송한다.
제2 명령치 생성부(67)는 상기 무효 전력 보상치에 따른 제1 에너지 저장부(30)의 동작을 위한 제2 분배계수를 생성하고, 상기 무효 전력 보상치와 상기 제2 분배계수의 곱인 제2 명령치(Q_STESS_Ref)를 제1 에너지 저장부(30) 측으로 전송한다.
제3 명령치 생성부(69)는 상기 무효 전력 보상치에 따른 제2 에너지 저장부(40)의 동작을 위한 제3 분배계수를 생성하고, 상기 무효 전력 보상치와 상기 제3 분배계수의 곱인 제3 명령치(Q_LTESS_Ref)를 제2 에너지 저장부(40) 측으로 전송한다.
이때, 제1 명령치 생성부(65), 제2 명령치 생성부(67), 및 제3 명령치 생성부(69)는 정보 수집부(50)에서 수집된 무효 전력 보상부(20)의 보상 가능 용량 정보, 제1 에너지 저장부(30)의 저장 용량 정보, 및 제2 에너지 저장부(40)의 저장 용량 정보를 확인하여 상기 무효 전력 보상치가 무효 전력 보상부(20)의 보상 가능 용량 이하인 경우 제1 명령치 생성부(65)에서만 제1 분배 계수를 생성하고, 제2 명령치 생성부(67) 및 제3 명령치 생성부(69)의 분배 계수는 0이 될 수 있다.
또한, 상기 무효 전력 보상치가 무효 전력 보상부(20)의 보상 가능 용량 초과인 경우 제1 명령치 생성부(65)는 무효 전력 보상부(20)의 보상 가능 용량에 따른 제1 분배 계수를 생성하고, 제2 명령치 생성부(67) 및 제3 명령치 생성부(69)는 상기 무효 전력 보상치의 상기 보상 가능 용량 초과분에 대한 분배 계수를 각각 생성할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전 무효 전력 보상 시스템의 경우 풍력 발전 설비(10)와 무효 전력 보상 장치(20), 제1 에너지 저장부(30), 및 제2 에너지 저장부의 연계점(PCC)에서 무효 전력 정보(Measured data)를 수집한 후 상기 무효 전력 정보와 미리 결정된 무효 전력 명령치(Control Reference)의 차를 계산하여 풍력 발전 설비(10)의 역률 제어를 위한 무효전력 보상치를 결정한다.
그리고, 상기 무효전력 보상치를 이용하여 무효 전력 보상 장치(20)(도 3의 STATCOM), 제1 에너지 저장부(30)(도 3의 LT_ESS), 및 제2 에너지 저장부(40)(도 3의 ST_ESS)별로 상기 무효전력 보상치에 따른 무효 전력 보상을 위한 분배 계수를 생성하고, 상기 생성된 분배 계수와 상기 무효 전력 보상치의 곱인 명령치를 무효 전력 보상 장치(20), 제1 에너지 저장부(30), 및 제2 에너지 저장부(40) 측으로 전송하여 무효 전력 보상 장치(20), 제1 에너지 저장부(30), 및 제2 에너지 저장부(40)의 동작을 제어함으로써 풍력발전 설비(10)의 무효전력 및 역률을 순시적으로 제어할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전 무효 전력 보상 방법에 대한 순서도 이다.
도 4에 도시된 바와 같이 S10에서 정보 수집부(50)가 전력 계통(EPS)과 전기적으로 연결된 풍력발전 설비(10)에서 전력 계통(EPS) 측으로 전력 공급 시 발생하는 무효전력 정보를 수집한다.
이때, S10에서 상기 무효전력 정보는 풍력 발전 설비(10)와 무효 전력 보상부(20), 제1 에너지 저장부(30), 및 제2 에너지 저장부(40)의 연계점(PCC)에서 수집될 수 있다.
또한, S10에 이어서 정보 수집부(50)가 무효 전력 보상부(20)의 보상 가능 용량 정보, 제1 에너지 저장부(30)의 저장 용량 정보, 및 제2 에너지 저장부(40)의 저장 용량 정보를 수집하는 단계를 더 포함할 수 있다.
S20에서 분배 계수 생성부(60)가 상기 무효전력 정보를 이용하여 풍력발전 설비(10)의 역률 제어를 위한 무효전력 보상치를 결정한다.
이때, S20에서 상기 무효전력 보상치는 미리 결정된 연계점(PCC)의 무효전력 명령치와 상기 무효 전력 정보의 차를 계산하여 결정될 수 있다.
S30에서 분배 계수 생성부(60)가 풍력발전 설비(10)와 전기적으로 연결된 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치 및 에너지 저장 장치별로(다시 말해서, 무효 전력 보상부(20), 제1 에너지 저장부(30), 및 제2 에너지 저장부(40) 별로) 상기 무효전력 보상치에 따른 무효 전력 보상을 위한 분배 계수를 생성하고, 상기 분배 계수에 따른 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치 및 에너지 저장 장치의 동작을 위한 명령치를 생성한 후 전송하면 종료가 이루어진다.
이때, S30의 상세 과정은 이하 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
도 5는 도 4의 S30에 대한 상세 순서도 이다.
도 5에 도시된 바와 같이 S31에서 제1 명령치 생성부(65)가 상기 무효 전력 보상치에 대한 상기 무효 전력 보상 장치(다시 말해서, 무효 전력 보상부(20))의 보상 가능 용량 초과 여부를 판단한다.
S31에서 상기 무효 전력 보상치가 상기 무효 전력 보상 장치의 보상 가능 용량 이하인 경우 S33에서 제1 명령치 생성부(65)가 분배 계수를 생성하고(다시 말해서, 상기 무효 전력 보상 장치에 대해서만 분배 계수를 생성하고), 상기 생성된 분배 계수와 상기 무효 전력 보상치의 곱인 제1 명령치(도 2의 Q_STAT_Ref)를 생성하여 상기 무효 전력 보상 장치 측으로 전송하면 종료가 이루어진다.
이때, S33에서 제1 명령치 생성부(65)에서 생성되는 분배 계수는 1일 수 있고, 제2 명령치 생성부(67) 및 제3 명령치 생성부(69)에서 생성되는 분배 계수는 0일 수 있다.
S31에서 상기 무효 전력 보상치가 상기 무효 전력 보상 장치의 보상 가능 용량 초과인 경우 S35에서 제1 명령치 생성부(65)가 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치(다시 말해서, 무효 전력 보상부(20))의 보상 용량에 따른 분배 계수를 생성하고, 상기 생성된 분배 계수에 따른 제1 명령치를 생성하여 상기 무효 전력 보상 장치 측으로 전송한다.
그리고, S37에서 제1 명령치 생성부(65)가 상기 무효 전력 보상치 중 상기 무효 전력 보상 장치의 보상 가능 용량 초과분을 계산한다.
이때, S37에 이어서 정보 수집부(50)에서 수집된 상기 적어도 하나 이상의 에너지 저장 장치(다시 말해서, 제1 에너지 저장부(30) 및 제2 에너지 저장부(40))의 저장 용량 정보를 이용하여 상기 적어도 하나 이상의 에너지 저장 장치의 무효 전력 보상 여유분을 산정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
S39에서 상기 용량 초과분에 대하여 상기 적어도 하나 이상의 에너지 저장 장치별로 분배 계수를 생성하고(다시 말해서, 상기 용량 초과분에 대하여 제2 명령치 생성부(67)와 제3 명령치 생성부(69)에서 분배 계수를 생성하고), 상기 생성된 분배 계수(제2 명령치 생성부(67)에서 생성된 분배 계수)와 상기 용량 초과분의 곱인 제2 명령치(도 2의 Q_STESS_Ref) 및 상기 생성된 분배 계수(제3 명령치 생성부(69)에서 생성된 분배 계수)와 상기 용량 초과분의 곱인 제3 명령치(도 2의 Q_LTESS_Ref)를 생성한 후 상기 적어도 하나 이상의 에너지 저장 장치 각각(제1 에너지 저장부(30) 및 제2 에너지 저장부(40))에 전송하면 종료가 이루어진다.
이때, S39에서 상기 적어도 하나 이상의 에너지 저장 장치별로 생성되는 분배 계수는 상기 산정된 무효 전력 보상 여유분에 따라 결정될 수 있으며, 이를 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012025628055-pat00001
여기에서, pf_i는 에너지 저장 장치 i에 대한 분배 계수, ESSi_Q_Mar는 에너지 저장 장치 i의 무효 전력 보상 여유분, 및 Total_Q_Mar는 총 에너지 저장 장치의 무효 전력 보상 여유분의 합을 의미한다.
본 발명의 풍력 발전 설비의 무효 전력 보상 방법 및 시스템은 풍력 발전 설비(10)와 무효 전력 보상 장치(20), 제1 에너지 저장부(30), 및 제2 에너지 저장부의 연계점(PCC)에서 무효 전력 정보를 수집한 후 상기 무효 전력 정보와 미리 결정된 무효 전력 명령치의 차를 계산하여 풍력 발전 설비(10)의 역률 제어를 위한 무효전력 보상치를 결정한다.
그리고, 상기 무효전력 보상치를 이용하여 무효 전력 보상 장치(20), 제1 에너지 저장부(30), 및 제2 에너지 저장부(40)별로 상기 무효전력 보상치에 따른 무효 전력 보상을 위한 분배 계수를 생성하고, 상기 생성된 분배 계수와 상기 무효 전력 보상치의 곱인 명령치를 무효 전력 보상 장치(20), 제1 에너지 저장부(30), 및 제2 에너지 저장부(40) 측으로 전송하여 무효 전력 보상 장치(20), 제1 에너지 저장부(30), 및 제2 에너지 저장부(40)의 동작을 제어할 수 있게 된다.
따라서, 풍력 발전 설비와 전기적으로 연결된 에너지 저장 장치 및 무효 전력 보상 장치의 협조 제어에 의해 풍력 발전 설비의 무효 전력을 순시적으로 제어할 수 있게 된다.
또한, 풍력 발전 설비의 무효 전력 제어에 있어서 에너지 저장 장치의 무효 전력 보상 능력을 동시에 사용할 수 있으므로 무효 전력 보상 장치의 필요 용량을 저감시켜 무효 전력 보상 장치 설치에 따라 발생하는 비용을 절감할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명이 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(1) : 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 시스템
(10) : 풍력 발전 설비 (20) : 무효 전력 보상부
(30) : 제1 에너지 저장부 (40) : 제2 에너지 저장부
(50) : 정보 수집부 (60) : 분배 계수 생성부
(61) : 무효 전력 보상치 결정부 (63) : 신호 분기부
(65) : 제1 명령치 생성부 (67) : 제2 명령치 생성부
(69) : 제3 명령치 생성부

Claims (15)

  1. (a) 전력 계통과 전기적으로 연결된 풍력발전 설비에서 상기 전력 계통 측으로 전력 공급 시 발생하는 무효전력 정보를 수집하는 단계;
    (b) 상기 무효전력 정보를 이용하여 상기 풍력발전 설비의 역률 제어를 위한 무효전력 보상치를 결정하는 단계; 및
    (c) 상기 무효전력 보상치 및 상기 풍력발전 설비와 전기적으로 연결된 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치 및 에너지 저장 장치의 보상 가능 용량 정보 및 저장 용량 정보에 따라 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치가 단독으로 상기 무효전력 보상치에 따라 상기 풍력발전 설비의 무효전력을 보상하기 위한 분배계수 및 상기 분배 계수에 따라 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치가 단독 동작하기 위한 명령치를 생성하여 전송하거나 또는 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치 및 에너지 저장 장치 각각이 상기 무효전력 보상치에 따라 상기 풍력발전 설비의 무효전력을 보상하기 위한 각각의 분배계수 및 상기 각각의 분배계수에 따라 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치 및 에너지 저장 장치가 협조 제어 동작하기 위한 각각의 명령치를 생성하여 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 무효전력 정보는 상기 풍력발전 설비와 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치 및 에너지 저장 장치의 연계점에서 수집되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 무효전력 보상치는 미리 결정된 상기 연계점의 무효전력 명령치와 상기 무효전력 정보의 차를 계산하여 결정되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c1) 상기 무효전력 보상치가 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치의 보상 가능 용량 초과인지를 확인하는 단계;
    (c2) 상기 (c1) 단계에서 상기 무효전력 보상치가 상기 보상 가능 용량 초과인 경우 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치 및 에너지 저장 장치별로 상기 무효전력 보상치에 따른 무효전력 보상을 위한 분배 계수를 생성하는 단계; 및
    (c3) 상기 분배 계수에 따른 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치 및 에너지 저장 장치의 동작을 위한 명령치를 생성하여 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 (c1) 단계에 이어서,
    (c11) 상기 (c1) 단계에서 상기 무효전력 보상치가 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치의 보상 용량 이하인 경우 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치에 대한 분배 계수만을 생성하는 단계; 및
    (c12) 상기 (c11) 단계에서 생성된 분배 계수에 따른 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치의 동작을 위한 명령치를 생성하여 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 (c2) 단계에서,
    상기 적어도 하나 이상의 에너지 저장 장치 각각에는 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치의 보상 가능 용량 초과분에 대한 분배 계수가 생성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에 이어서,
    (a1) 상기 적어도 하나 이상의 무효 전력 보상 장치의 보상 가능 용량 정보 및 상기 적어도 하나 이상의 에너지 저장 장치의 저장 용량 정보를 수집하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 무효전력 보상 장치는 STATCOM(Static Synchronous Compensator)인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 방법.
  9. 풍력 발전 설비와 전기적으로 연결되는 무효 전력 보상부;
    상기 무효 전력 보상부와 병렬 연결되는 제1 에너지 저장부;
    상기 제1 에너지 저장부와 병렬 연결되는 제2 에너지 저장부;
    상기 풍력 발전 설비의 무효 전력 정보, 상기 무효 전력 보상부의 보상 가능 용량 정보, 상기 제1 에너지 저장부의 저장 용량 정보, 및 상기 제2 에너지 저장부의 저장 용량 정보를 수집하는 정보 수집부; 및
    상기 무효 전력 정보를 이용하여 상기 풍력 발전 설비의 역률 제어를 위한 무효 전력 보상치를 결정하며, 상기 무효 전력 보상치, 상기 무효 전력 보상부의 보상 가능 용량 정보, 상기 제1 에너지 저장부의 저장 용량 정보, 및 상기 제2 에너지 저장부의 저장 용량 정보에 따라 상기 무효 전력 보상부 단독으로 상기 무효 전력 보상치에 따라 상기 풍력 발전 설비의 무효 전력을 보상하기 위한 분배계수를 생성하거나 또는 상기 무효 전력 보상부, 상기 제1 에너지 저장부, 및 상기 제2 에너지 저장부 각각이 상기 무효전력 보상치에 따라 상기 풍력 발전 설비의 무효 전력을 보상하기 위한 각각의 분배계수를 생성하여 상기 무효 전력 보상부 측 또는 상기 무효 전력 보상부, 상기 제1 에너지 저장부, 및 상기 제2 에너지 저장부 측으로 전송하는 분배 계수 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 정보 수집부는 상기 풍력 발전 설비와 상기 무효 전력 보상부, 상기 제1 에너지 저장부, 상기 제2 에너지 저장부의 연계점에서 상기 무효 전력 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 분배 계수 생성부는 미리 결정된 상기 연계점의 무효 전력 명령치와 상기 무효 전력 정보의 차를 계산하여 상기 무효 전력 보상치를 결정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 시스템.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 분배 계수 생성부는 상기 무효 전력 보상치가 상기 무효 전력 보상부의 보상 가능 용량 이하인 경우 상기 무효 전력 보상부에 대한 분배 계수만을 생성하고, 상기 생성된 분배 계수에 따른 상기 무효 전력 보상부의 동작을 위한 명령치를 생성하여 상기 무효 전력 보상부 측으로 전송하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 시스템.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 분배 계수 생성부는 상기 무효 전력 보상치가 상기 무효 전력 보상부의 보상 가능 용량 초과인 경우 상기 용량 초과분에 대한 분배 계수를 상기 제1 에너지 저장부 및 상기 제2 에너지 저장부별로 생성하고, 상기 생성된 분배 계수에 따른 상기 제1 에너지 저장부 및 상기 제2 에너지 저장부의 동작을 위한 명령치를 생성하여 상기 제1 에너지 저장부 및 상기 제2 에너지 저장부 측으로 전송하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 시스템.
  14. 삭제
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 무효 전력 보상부는 STATCOM(Static Synchronous Compensator)인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 무효 전력 보상 시스템.
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