KR101359805B1 - 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치 및 방법 - Google Patents

분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

송전계통의 계통해석 결과를 반영하여 배전계통의 계통해석을 수행하고, 배전계통의 계통해석 결과를 이용하여 송전계통의 계통해석을 재수행하도록 한 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치 및 방법이 제시된다. 제시된 계획급전 프로세스 생성 장치는 입력되는 송전계통 정보를 근거로 송전계통의 계통해석을 수행하고, 전송받은 배전계통의 계통해석 결과를 근거로 송전계통의 계통해석을 재수행하는 송전계통 해석부; 입력되는 배전계통 정보 및 전송받은 송전계통의 계통해석 결과를 근거로 배전계통의 계통해석을 수행하는 배전계통 해석부; 및 송전계통 해석부로부터 송전계통의 계통해석 결과를 수신하여 배전계통 해석부에게로 전송하고, 배전계통 해석부로부터 배전계통의 계통해석 결과를 수신하여 송전계통 해석부에게로 전송하는 연계처리부를 포함한다.

Description

분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SYNTHETICALLY ANALYZING POWER SYSTEM LINKED DISTRIBUTED GENERATION}
본 발명은 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송전계통에 연계되는 대규모 분산전원에서부터 배전계통에 연계되는 소규모의 분산전원에 이르기까지 다양한 규모와, 태양광, 태양열, 풍력, 해상풍력, 조력, 파력 등 다양한 형태의 분산전원이 연계되는 전력계통의 안정적 운영을 위한 해석을 수행하는 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치 및 방법에 대한 것이다.
전력계통은 전력을 생성하여 전송하는 송전계통과, 송전계통을 통해 전송된 전력을 수용가로 공급하는 배전계통으로 구성된다. 즉, 발전소에서 발전된 전력은 송전계통에 의해 배전계통으로 전송되고, 배전계통에서 각 수용가로 전력을 분배하여 공급하는 구조이다.
전력계통은 대규모의 발전소에서부터 수용가로 단방향의 전력공급이 이루어지는 중앙 집중형 구조로 되어 있으며, 전력계통의 설비 및 보호시스템도 이에 맞게 설계되어 운용되고 있다.
최근에는 태양광, 태양열, 풍력, 해상풍력, 조력, 파력 등으로 전력을 생산하는 다양한 형태의 분산전원이 개발됨에 따라, 송전계통 및 배전계통에 다양한 형태의 분산전원이 연계되고 있는 추세에 있다.
하지만, 분산전원은 기상 상태에 따라 발전되는 전력량의 편차가 크기 때문에 전력계통에 연계되는 분산전원의 규모가 증가함에 따라 전력계통의 안정적 운영이 어려운 문제점이 있다. 즉, 배전계통에 연계되는 분산전원은 향후 인근배전망에 전력을 충분히 공급할 수 있지만, 배전계통으로 조류가 유입되는 역조류 문제가 발생할 수 있다. 송전계통에 연계되는 대규모 분산전원은 간헐적인 출력 특성으로 인해 급격한 출력 변동시 인근배전망에 순간적인 전압 불안정이 발생할 수 있다.
이에 전력회사에서는 분산전원이 연계된 전력계통의 안정적 운영을 위해 다양한 형태의 계통해석을 수행하고 있다. 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 계통해석 장치에서는 전력계통(10)을 송전계통(11)과 배전계통(12)으로 분리하고, 각 계통에 설치된 장치들(즉, 송전계통 계통해석장치(20), 배전계통 계통해석장치(30))에서 해당 계통에 대한 독립적인 계통해석을 수행하고, 중앙 서버(40)에서 송전계통 계통해석장치(20) 및 배전계통 계통해석장치(30)들로부터 계통해석 정보를 수집하여 관리하도록 구성된다.
송전계통 계통해석장치(20)는 배전계통(12)의 계통을 고정부하로 처리한 후 단상 평형상태의 시뮬레이션을 수행한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 송전계통 계통해석장치(20)는 송전계통의 연결정보, 부하 및 발전력의 변동분 데이터를 포함하는 송전계통 정보를 입력받고(S20), 입력된 송전계통 정보를 이용하여 단상 Y-어드미턴스 행렬을 구성(S40)하여 송전계통의 조류해석, 고장해석 등을 포함하는 계통해석을 수행한다(S60).
배전계통 계통해석장치(30)는 송전계통(11)을 고정 등가 회로로 축약하여 삼상 불평형 형태의 시뮬레이션을 수행한다.
이때, 송전계통(11)의 계통해석을 위해 송전계통 계통해석장치(20)에서 사용되는 해석방법으로는 Gauss-Seidel 반복기법과 Newton Raphson 반복 기법, Decoupled Power flow 기법, DC 조류해석기법 등이 있다. 배전계통(12)의 계통해석을 위해 배전계통 계통해석장치(30)에서 사용되는 해석방법으로는 3상 Newton Raphson 반복 기법, 3상 Gauss Seidel 반복 기법, 전류주입방법에 의한 배전계통 조류해석 기법, Forward-Back Sweep 기법 등이 있다. 일례로, 한국등록특허 제10-1109187호(명칭: 실시간 전력정보를 이용한 전력계통의 운영방법)에서는 전력계통을 다수의 지역으로 구분하고, 각 지역별 장치정보, 배전자동화정보, 전력량 정보, 신재생에너지 시스템의 발전량 정보 및 수용가의 충/방전량 정보를 실시간으로 수집하고, 수집된 정보를 이용하여 계산한 전력계통의 조류를 이용하여 전력계통의 이상 유무를 진단하고, 진단 결과에 따라 전력저장장치의 방전량, 신재생 에너지 시스템의 발전량을 조절하는 기술을 기재하고 있습니다.
하지만, 종래의 계통해석 방법에서는 송전계통과 배전계통을 분리하여 계통해석을 수행하기 때문에 송전계통과 배전계통 상호간에 미치는 영향을 반영하지 못하게 되어 분산전원의 전력계통 연계에 따른 전력계통에서의 역조류 발생, 전압 불안정 등의 계통 상태 예측(파악)이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 송전계통의 계통해석 결과를 반영하여 배전계통의 계통해석을 수행하고, 배전계통의 계통해석 결과를 이용하여 송전계통의 계통해석을 재수행하도록 한 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 본 발명에서는 송전계통의 계통해석을 통해 얻어진 모선의 전압과 위상각 정보를 이용하여 배전계통의 계통해석을 수행하고, 배전계통의 계통해석을 통해 얻어진 유효전력값과 무효전력값을 이용하여 송전계통의 계통해석을 수행하여 종래의 계통해석에 비해 정확한 계통해석 결과를 도출하도록 한 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치는, 입력되는 송전계통 정보를 근거로 송전계통의 계통해석을 수행하고, 전송받은 배전계통의 계통해석 결과를 근거로 송전계통의 계통해석을 재수행하는 송전계통 해석부; 입력되는 배전계통 정보 및 전송받은 송전계통의 계통해석 결과를 근거로 배전계통의 계통해석을 수행하는 배전계통 해석부; 및 송전계통 해석부로부터 송전계통의 계통해석 결과를 수신하여 배전계통 해석부에게로 전송하고, 배전계통 해석부로부터 배전계통의 계통해석 결과를 수신하여 송전계통 해석부에게로 전송하는 연계처리부를 포함한다.
송전계통 해석부는, 입력된 송전계통 정보를 이용하여 구성한 단상 Y-어드미턴스 행렬 및 삼상 Y-어드미턴스 행렬을 근거로 계통해석을 수행한다.
송전계통 해석부는, 송전계통의 계통해석 결과의 유효전력값에서 배전계통의 계통해석 결과의 유효전력값을 감산하여 유효전력값의 불일치값을 산출하고, 송전계통의 계통해석 결과의 무효전력값에서 배전계통의 계통해석 결과의 무효전력값을 감산하여 무효전력값의 불일치값을 산출한다.
송전계통 해석부는, 산출한 유효전력값의 불일치값 및 무효전력값의 불일치값을 허용오차 범위와 비교하여 송전계통의 계통해석 재수행 여부를 판단한다.
송전계통 해석부는, 유효전력의 불일치값 및 무효전력의 불일치값 중에 적어도 하나가 허용오차 범위를 벗어나면 송전계통의 계통해석 재수행으로 판단한다.
연계처리부는, 송전계통의 계통해석 결과 중에서 경계모선의 전압크기, 위상각 데이터 셋을 추출하고, 추출한 경계모선의 전압크기, 위상각 데이터 셋을 배전계통해석에 필요한 형태로 변환하여 배전계통 해석부에게로 전송한다.
연계처리부는, 배전계통의 계통해석 결과 중에서 무효전력값, 유효전력값을 추출하여 송전계통 해석부에게로 전송한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 방법은, 송전계통 해석부에 의해, 입력되는 송전계통 정보를 근거로 송전계통의 계통해석을 수행하는 단계; 배전계통 해석부에 의해, 입력되는 배전계통 정보 및 송전계통의 계통해석을 수행하는 단계의 계통해석 결과를 근거로 배전계통의 계통해석을 수행하는 단계; 및 송전계통 해석부에 의해, 배전계통의 계통해석을 수행하는 단계의 계통해석 결과 및 송전계통의 계통해석을 수행하는 단계의 계통 해석 결과를 근거로 송전계통의 계통해석을 재수행하는 단계를 포함한다.
송전계통의 계통해석을 수행하는 단계는, 송전계통 해석부에 의해, 입력된 송전계통 정보를 이용하여 Y-어드미턴스 행렬을 구성하는 단계; 및 송전계통 해석부에 의해, 구성한 Y-어드미턴스 행렬을 근거로 송전계통에 대한 계통해석을 수행하는 단계를 포함한다.
Y-어드미턴스 행렬을 구성하는 단계에서는, 송전계통 해석부에 의해, 단상 Y-어드미턴스 행렬 및 삼상 Y-어드미턴스 행렬을 구성한다.
연계처리부에 의해, 송전계통의 계통해석을 수행하는 단계의 계통해석 결과 중에서 경계모선의 전압크기, 위상각 데이터 셋을 추출하는 단계; 연계처리부에 의해, 추출한 경계모선의 전압크기, 위상각 데이터 셋을 배전계통해석에 필요한 형태로 변환하는 단계; 및 연계처리부에 의해, 변환한 정보를 배전계통 해석부에게로 전송하는 단계를 더 포함한다.
송전계통의 계통해석을 재수행하는 단계는, 송전계통 해석부에 의해, 송전계통의 계통해석을 수행하는 단계의 계통해석 결과 및 배전계통의 계통해석을 수행하는 단계의 계통해석 결과를 근거로 유효전력값의 불일치값 및 무효전력값의 불일치값을 산출하는 단계; 및 송전계통 해석부에 의해, 산출한 유효전력값의 불일치값 및 무효전력값의 불일치값을 허용오차 범위와 비교하여 송전계통의 계통해석 재수행 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
유효전력값의 불일치값 및 무효전력값의 불일치값을 산출하는 단계는, 송전계통 해석부에 의해, 송전계통의 계통해석 결과의 유효전력값에서 배전계통의 계통해석 결과의 유효전력값을 감산하여 유효전력값의 불일치값을 산출하는 단계; 및 송전계통 해석부에 의해, 송전계통의 계통해석 결과의 무효전력값에서 배전계통의 계통해석 결과의 무효전력값을 감산하여 무효전력값의 불일치값을 산출하는 단계를 포함한다.
송전계통의 계통해석 재수행 여부를 판단하는 단계에서는, 송전계통 해석부에 의해, 유효전력의 불일치값 및 무효전력의 불일치값 중에 적어도 하나가 허용오차 범위를 벗어나면 송전계통의 계통해석 재수행으로 판단한다.
본 발명에 의하면, 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치 및 방법은 송전계통의 계통해석 결과를 반영하여 배전계통의 계통해석을 수행하고, 배전계통의 계통해석 결과를 이용하여 송전계통의 계통해석을 재수행함으로써, 분산전원의 변동분을 포함하는 배전계통의 계통 해석이 가능하고, 분산전원이 연계됨에 따라 발생할 수 있는 역조류 문제 및 급격한 출력 변동에 따른 인근 배전망의 전압 불안정을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 전력계통 해석 장치 및 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치를 설명하기 위한 블록도.
도 4는 도 3의 송전계통 해석부를 설명하기 위한 블록도.
도 5는 도 3의 배전계통 해석부를 설명하기 위한 블록도.
도 6은 도 3의 연계처리부를 설명하기 위한 블록도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치 및 방법의 적용예를 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 도 4는 도 3의 송전계통 해석부를 설명하기 위한 블록도이고, 도 5는 도 3의 배전계통 해석부를 설명하기 위한 블록도이고, 도 6은 도 3의 연계처리부를 설명하기 위한 블록도이다.
분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치(100; 이하, '통합 해석 장치'라 함)는 종래의 계통해석 장치에서 고려하지 않았던 인접한 다른 전력계통(예를 들면, 송전계통, 배전계통)의 분산전원 변동분을 계통해석에 반영한다. 이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 통합 해석 장치(100)는 송전계통의 계통해석을 수행하는 송전계통 해석부(120), 복수의 배전계통 각각의 계통해석을 수행하는 복수의 배전계통 해석부(140), 송전계통 해석부(120) 및 복수의 배전계통 해석부(140) 간의 계통해석 관련 정보(즉, 계통의 분산전원 변동분 등)의 교환을 중계하는 연계처리부(160)를 포함하여 구성된다. 이때, 본 발명이 적용되는 대상 시스템은 이와 유사한 형태로 마이크로그리드나 산업용/빌딩용/가정용 에너지관리시스템과 같은 서로 다른 형태의 전력계통을 상호 연계하여 계통해석을 수행할 때 상위계통과 하위계통에서의 독립적 해석 결과 중 상호 영향을 미치는 변동분 데이터를 서로 교환하기 위한 모듈을 포함한 계통해석 시스템으로 확장하여 적용할 수 있다.
송전계통 해석부(120)는 송전계통 정보를 이용하여 송전계통의 계통해석을 수행한다. 즉, 송전계통 해석부(120)는 송전계통 연결정보, 부하의 변동분, 발전력(예컨대, 분산전원의 발전력)의 변동분 데이터 등을 포함하는 송전계통 정보를 입력받는다. 송전계통 해석부(120)는 입력된 송전계통 정보를 이용하여 단상 Y-어드미턴스 행렬 및 삼상 Y-어드미턴스 행렬을 구성한다. 송전계통 해석부(120)는 구성한 단상 Y-어드미턴스 행렬 및 삼상 Y-어드미턴스 행렬을 근거로 조류해석, 고장해석, 무효전력값 산출, 유효전력값 산출 등의 계통해석을 수행한다.
송전계통 해석부(120)는 계통해석 결과를 연계처리부(160)를 통해 배전계통 해석부(140)에게로 전송한다. 즉, 송전계통 해석부(120)는 조류해석 결과, 고장해석 결과, 무효전력값, 유효전력값 등을 포함하는 계통해석 결과를 연계처리부(160)를 통해 배전계통 해석부(140)에게로 전송한다.
송전계통 해석부(120)는 배전계통의 계통해석 결과를 이용하여 송전계통의 계통해석 재수행 여부를 판단한다. 즉, 송전계통 해석부(120)는 송전계통의 계통해석 결과에 포함된 유효전력값 및 무효전력값을 검출한다. 송전계통 해석부(120)는 배전계통의 계통해석 결과에 포함된 유효전력값 및 무효전력값을 검출한다. 송전계통 해석부(120)는 검출한 송전계통의 유효전력값 및 배전계통의 유효전력값을 이용하여 불일치값을 산출한다. 송전계통 해석부(120)는 검출한 송전계통의 무효전력값 및 배전계통의 무효전력값을 이용하여 불일치값을 산출한다. 송전계통 해석부(120)는 유효전력의 불일치값 및 무효전력의 불일치값과 허용오차 범위를 비교하여 송전계통의 계통해석 재수행 여부를 판단한다. 이때, 송전계통 해석부(120)는 유효전력의 불일치값 및 무효전력의 불일치값 중에 적어도 하나가 허용오차 범위를 벗어나면 송전계통의 계통해석 재수행으로 판단한다.
송전계통 해석부(120)는 송전계통의 계통해석 재수행이 아닌 것으로 판단하면 다음 송전계통 정보의 존재 유무를 근거로 계통해석을 수행한다. 즉, 송전계통 해석부(120)는 다음 송전계통 정보가 존재하면 송전계통의 계통해석을 수행하고, 다음 송전계통 정보가 존재하지 않으면 계통해석을 종료한다.
이를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 송전계통 해석부(120)는 입력모듈(122), 계통해석모듈(124), 판단모듈(126)을 포함하여 구성된다.
입력모듈(122)은 송전계통 연결정보, 부하의 변동분, 발전력(예컨대, 분산전원의 발전력)의 변동분 데이터 등을 포함하는 송전계통 정보를 입력받는다.
계통해석모듈(124)은 입력된 송전계통 정보를 이용하여 단상 Y-어드미턴스 행렬 및 삼상 Y-어드미턴스 행렬을 구성한다. 계통해석모듈(124)은 구성한 단상 Y-어드미턴스 행렬 및 삼상 Y-어드미턴스 행렬을 근거로 조류해석, 고장해석, 무효전력값 산출, 유효전력값 산출 등의 계통해석을 수행한다. 계통해석모듈(124)은 계통해석 결과를 연계처리부(160)를 통해 배전계통 해석부(140)에게로 전송한다.
판단모듈(126)은 배전계통의 계통해석 결과를 이용하여 송전계통의 계통해석 재수행 여부를 판단한다. 즉, 판단모듈(126)은 송전계통 및 배전계통의 계통해석 결과에 포함된 유효전력값 및 무효전력값을 검출한다. 판단모듈(126)은 검출한 송전계통 및 배전계통의 유효전력값에 대한 불일치값과, 무효전력값에 대한 불일치값을 산출한다. 이때, 판단모듈(126)은 하기의 수학식 1 및 수학식2를 이용하여 유효전력값에 대한 불일치값과, 무효전력값에 대한 불일치값을 산출한다.
Figure 112012076037718-pat00001
여기서, △P는 유효전력에 대한 불일치값이다.
Figure 112012076037718-pat00002
여기서, △Q는 무효전력에 대한 불일치값이다.
판단모듈(126)은 유효전력의 불일치값 및 무효전력의 불일치값과 허용오차 범위를 비교하여 송전계통의 계통해석 재수행 여부를 판단한다. 이때, 판단모듈(126)은 유효전력의 불일치값 및 무효전력의 불일치값 중에 적어도 하나가 허용오차 범위를 벗어나면 송전계통의 계통해석 재수행으로 판단한다.
판단모듈(126)은 송전계통의 계통해석 재수행이 아닌 것으로 판단하면 다음 송전계통 정보의 존재 유무를 근거로 계통해석 수행 여부를 판단한다. 즉, 판단모듈(126)은 다음 송전계통 정보가 존재하면 송전계통의 계통해석 수행으로 판단하고, 다음 송전계통 정보가 존재하지 않으면 계통해석 종료로 판단한다.
배전계통 해석부(140)는 배전계통 정보 및 송전계통의 계통해석 결과를 이용하여 배전계통의 계통해석을 수행한다. 즉, 배전계통 해석부(140)는 배전계통 연결정보, 부하의 변동분 데이터, 발전력(예컨대, 분산전원의 발전력)의 변동분 데이터 등을 포함하는 배전계통 정보를 입력받는다. 배전계통 해석부(140)는 연계처리부(160)로부터 배전계통의 계통해석에 필요한 형태로 변환된 송전계통의 계통해석 결과를 입력받는다. 배전계통 해석부(140)는 입력된 배전계통 정보 및 송전계통의 계통해석 결과를 근거로 조류해석, 고장해석, 무효전력값 산출, 유효전력값 산출 등의 계통해석을 수행한다.
배전계통 해석부(140)는 계통해석 결과를 연계처리부(160)를 통해 송전계통 해석부(120)에게로 전송한다. 즉, 배전계통 해석부(140)는 조류해석 결과, 고장해석 결과, 무효전력값, 유효전력값 등을 포함하는 계통해석 결과를 연계처리부(160)를 통해 송전계통 해석부(120)에게로 전송한다.
이를 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 배전계통 해석부(140)는 입력모듈(142) 및 계통해석모듈(144)을 포함하여 구성된다.
입력모듈(142)은 배전계통 해석부(140)는 배전계통 연결정보, 부하의 변동분 데이터, 발전력(예컨대, 분산전원의 발전력)의 변동분 데이터 등을 포함하는 배전계통 정보를 입력받는다.
계통해석모듈(144)은 배전계통 정보 및 송전계통의 계통해석 결과를 이용하여 배전계통의 계통해석을 수행한다. 즉, 계통해석모듈(144)은 연계처리부(160)로부터 배전계통의 계통해석에 필요한 형태로 변환된 송전계통의 계통해석 결과를 입력받는다. 계통해석모듈(144)은 입력모듈(142)을 통해 입력된 배전계통 정보 및 송전계통의 계통해석 결과를 근거로 조류해석, 고장해석, 무효전력값 산출, 유효전력값 산출 등의 계통해석을 수행한다.
계통해석모듈(144)은 계통해석 결과를 연계처리부(160)를 통해 송전계통 해석부(120)에게로 전송한다. 즉, 계통해석모듈(144)은 조류해석 결과, 고장해석 결과, 무효전력값, 유효전력값 등을 포함하는 계통해석 결과를 연계처리부(160)를 통해 송전계통 해석부(120)에게로 전송한다.
연계처리부(160)는 송전계통 해석부(120)로부터 수신한 송전계통의 계통해석 결과를 배전계통해석에 필요한 형태로 변환하여 배전계통 해석부(140)에게로 전송한다. 즉, 연계처리부(160)는 송전계통의 계통해석 결과 중에서 경계모선의 전압크기, 위상각 데이터 셋을 추출한다. 연계처리부(160)는 추출한 경계모선의 전압크기, 위상각 데이터 셋을 배전계통해석에 필요한 형태로 변환한다. 연계처리부(160)는 변환한 정보를 배전계통 해석부(140)에게로 전송한다.
연계처리부(160)는 배전계통 해석부(140)로부터 수신한 배전계통의 계통해석 결과를 송전계통 해석부(120)에게로 전송한다. 즉, 연계처리부(160)는 배전계통의 계통해석 결과 중에서 무효전력값, 유효전력값을 추출한다. 연계처리부(160)는 추출한 무효전력값, 유효전력값을 송전계통 해석부(120)에게로 전송한다.
이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 연계처리부(160)는 변환모듈(162) 및 추출모듈(164)을 포함하여 구성된다.
변환모듈(162)은 송전계통의 계통해석 결과를 배전계통의 계통해석 결과에 필요한 형태로 변환한다. 즉, 변환모듈(162)을 추출모듈(164)에서 추출한 경계모선의 전압크기, 위상각 데이터 셋을 배전계통해석에 필요한 형태로 변환한다. 변환모듈(162)은 변환한 정보를 배전계통 해석부(140)에게로 전송한다.
변환모듈(162)은 배전계통의 계통해석 결과를 송전계통의 계통해석 결과에 필요한 형태로 변환할 수도 있다. 즉, 변환 모듈을 추출모듈(164)에서 추출한 무효전력값, 유효전력값을 송전계통의 계통해석 결과에 필요한 형태로 변환한다. 변환모듈(162)은 변환한 정보를 송전계통 해석부(120)에게로 전송한다.
추출모듈(164)은 송전계통의 계통해석 결과 중에서 경계모선의 전압크기, 위상각 데이터 셋을 추출한다. 추출모듈(164)은 추출한 경계모선의 전압크기, 위상각 데이터 셋을 변환모듈(162)에게로 전송한다.
추출모듈(164)은 배전계통의 계통해석 결과 중에서 무효전력값, 유효전력값을 추출한다. 추출모듈(164)은 추출한 무효전력값, 유효전력값을 변환모듈(162)에게로 전송한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 송전계통 해석부(120)는 송전계통 정보를 입력받는다(S110). 이때, 송전계통 해석부(120)는 송전계통 연결정보, 부하의 변동분, 발전력(예컨대, 분산전원의 발전력)의 변동분 데이터 등을 포함하는 송전계통 정보를 입력받는다.
송전계통 해석부(120)는 입력된 송전계통 정보를 이용하여 Y-어드미턴스 행렬을 구성한다(S120). 이때, 송전계통 해석부(120)는 입력된 송전계통 정보를 이용하여 단상 Y-어드미턴스 행렬 및 삼상 Y-어드미턴스 행렬을 구성한다.
송전계통 해석부(120)는 구성한 Y-어드미턴스 행렬을 근거로 송전계통에 대한 계통해석을 수행한다(S130). 이때, 송전계통 해석부(120)는 구성한 단상 Y-어드미턴스 행렬 및 삼상 Y-어드미턴스 행렬을 근거로 조류해석, 고장해석, 무효전력값 산출, 유효전력값 산출 등의 계통해석을 수행하고, 그 계통해석 결과를 연계처리부(160)에게로 전송한다.
연계처리부(160)는 송전계통 해석부(120)로부터 수신한 송전계통의 계통해석 결과를 배전계통해석에 필요한 형태로 변환하기 위해 수신한 송전계통의 계통해석 결과 중에서 경계모선의 전압크기, 위상각 데이터 셋을 추출한다(S140). 연계처리부(160)는 추출한 경계모선의 전압크기, 위상각 데이터 셋을 배전계통해석에 필요한 형태로 변환한 정보를 배전계통 해석부(140)에게로 전송한다.
배전계통 해석부(140)는 배전계통 연결정보, 부하의 변동분 데이터, 발전력(예컨대, 분산전원의 발전력)의 변동분 데이터 등을 포함하는 배전계통 정보와 연계처리부(160)로부터 배전계통의 계통해석에 필요한 형태로 변환된 송전계통의 계통해석 결과를 입력받고, 입력된 배전계통 정보 및 계통 해석 결과를 이용하여 배전계통의 계통해석을 수행한다(S150). 배전계통 해석부(140)는 입력된 배전계통 정보 및 송전계통의 계통해석 결과를 근거로 조류해석, 고장해석, 무효전력값 산출, 유효전력값 산출 등의 계통해석을 수행한다.
배전계통 해석부(140)는 계통해석 결과를 연계처리부(160)에게로 전송한다. 그에 따라, 연계처리부(160)는 배전계통 해석부(140)로부터 수신한 배전계통의 계통해석 결과를 송전계통 해석부(120)에게로 전송한다. 이때, 연계처리부(160)는 배전계통의 계통해석 결과 중에서 무효전력값, 유효전력값을 추출하여 송전계통 해석부(120)에게로 전송한다.
송전계통 해석부(120)는 송전계통의 유효전력값 및 배전계통의 유효전력값을 이용하여 불일치값(△P)을 산출한다. 송전계통 해석부(120)는 송전계통의 무효전력값 및 배전계통의 무효전력값을 이용하여 불일치값(△Q)을 산출한다. 송전계통 해석부(120)는 기산출한 유효전력의 불일치값 및 무효전력의 불일치값과 허용오차 범위를 비교하여 송전계통의 계통해석 재수행 여부를 판단한다. 이때, 유효전력의 불일치값 및 무효전력의 불일치값 중에 적어도 하나가 허용오차 범위를 벗어나면(S170; 예), 송전계통 해석부(120)는 송전계통의 계통해석 재수행으로 판단하여 상술한 S130 단계 내지 S160 단계를 반복하여 송전계통의 계통해석을 재수행한다.
송전계통 해석부(120)는 유효전력의 불일치값 및 무효전력의 불일치값이 모두 허용오차 범위 내이면 다음 송전계통 정보 존재 여부를 판단한다. 이때, 다음 송전계통 정보가 존재하면(S180; 아니오), 송전계통 해석부(120)는 다음 송전계통 정보로 이동한다(S190). 이후, 송전계통 해석부(120)는 상술한 S130 단계 내지 S160 단계를 반복하여 다음 송전계통 정보를 이용한 송전계통의 계통해석을 수행한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치 및 방법의 적용예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치 및 방법의 적용예를 설명하기 위한 도면이다.
IEEE 30 모선 송전계통과 방사상 20 모선 배전계통으로 구성된 전력계통을 기반으로 각각 송전계통 평형 조류계산과 배전계통 불평형 조류계산을 본 발명을 적용하기 이전과 본 발명을 적용한 이후 결과를 살펴보면 다음과 같다. 입력 데이터로 계통의 연결정보는 송전계통을 도 8과 같이 구성하고, 배전계통을 도 9와 같이 구성한다.
종래의 계통해석 장치 및 방법의 경우, 우선 IEEE 30 모선 송전계통을 대상으로 평형 조류계산을 수행하면, IEEE 30 모선에서의 계산결과는 하기의 표 1과 같이 전압은 1.02737 PU이고, 위상은 -7.60344˚이다. 배전계통의의 유효전력과 무효전력은 각각 2.4 MW와 1.2 MVar로 고정된 부하형태로 처리했음을 알 수 있다. 이와 마찬가지로, 방사상 20 모선 배전계통에서의 불평형 조류계산 결과는 유효전력은 2.40536 MW이고, 무효전력은 1.21650 MVar이며, 송전급의 전압과 위상은 각각 1.0 PU와 0˚로 고정값으로 처리했음을 알 수 있다.
Figure 112012076037718-pat00003
여기에서 본 발명을 적용하면, 경계모선의 전압크기와 위상 데이터 셋은 (1.02737, -7.60344)이 되고(404), 이값을 이용하여 배전계통의 계통해석을 수행한다. 그에 따라, 하기의 표 2와 같이 고정부하 형태로 처리되었던 배전계통의 유효전력과 무효전력이 각각 2.411 MW와 1.214 MVar로 해석됨을 알 수 있다. 이값을 이용하여 유효전력과 무효전력의 불일치값을 계산하여 그 변동분이 허용범위 이내에 있는지를 판단한다. 이때, 허용오차 범위를 넘어가면 다시 송전계통 계통해석 단계로 넘어가서 송전계통의 조류계산을 수행한다. 그 결과, 전압과 위상이 (1.02737, -7.60344)에서 (1.02845, -7.17554)로 정정되었으며 동일한 절차를 거쳐 변동값이 허용범위 이내로 들어오면 계산을 종료하고 다음 송전계통 정보를 대상으로 동일한 과정을 수행한다.
Figure 112012076037718-pat00004
상술한 바와 같이, 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치 및 방법은 송전계통의 계통해석 결과를 반영하여 배전계통의 계통해석을 수행하고, 배전계통의 계통해석 결과를 이용하여 송전계통의 계통해석을 재수행함으로써, 분산전원의 변동분을 포함하는 배전계통의 계통 해석이 가능하고, 분산전원이 연계됨에 따라 발생할 수 있는 역조류 문제 및 급격한 출력 변동에 따른 인근 배전망의 전압 불안정을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100: 통합 해석 장치 120: 송전계통 해석부
122: 입력모듈 124: 계통해석모듈
126: 판단모듈 140: 배전계통 해석부
142: 입력모듈 144: 계통해석모듈
160: 연계처리부 162: 변환모듈
164: 추출모듈

Claims (14)

  1. 입력되는 송전계통 정보를 근거로 송전계통의 계통해석을 수행하고, 전송받은 배전계통의 계통해석 결과를 근거로 송전계통의 계통해석을 재수행하는 송전계통 해석부;
    입력되는 배전계통 정보 및 전송받은 상기 송전계통의 계통해석 결과를 근거로 배전계통의 계통해석을 수행하는 배전계통 해석부; 및
    상기 송전계통 해석부로부터 송전계통의 계통해석 결과를 수신하여 상기 배전계통 해석부에게로 전송하고, 상기 배전계통 해석부로부터 배전계통의 계통해석 결과를 수신하여 상기 송전계통 해석부에게로 전송하는 연계처리부를 포함하고,
    상기 송전계통 해석부는, 송전계통의 계통해석 결과와 배전계통의 계통해석 결과의 불일치값을 근거로 송전계통의 계통해석 재수행 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 송전계통 해석부는,
    상기 입력된 송전계통 정보를 이용하여 구성한 단상 Y-어드미턴스 행렬 및 삼상 Y-어드미턴스 행렬을 근거로 계통해석을 수행하는 것을 특징으로 하는 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 송전계통 해석부는,
    송전계통의 계통해석 결과의 유효전력값에서 배전계통의 계통해석 결과의 유효전력값을 감산하여 유효전력값의 불일치값을 산출하고, 송전계통의 계통해석 결과의 무효전력값에서 배전계통의 계통해석 결과의 무효전력값을 감산하여 무효전력값의 불일치값을 산출하는 것을 특징으로 하는 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 송전계통 해석부는,
    상기 산출한 유효전력값의 불일치값 및 무효전력값의 불일치값을 허용오차 범위와 비교하여 송전계통의 계통해석 재수행 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 송전계통 해석부는,
    상기 산출한 유효전력의 불일치값 및 무효전력의 불일치값 중에 적어도 하나가 허용오차 범위를 벗어나면 송전계통의 계통해석 재수행으로 판단하는 것을 특징으로 하는 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 연계처리부는,
    송전계통의 계통해석 결과 중에서 경계모선의 전압크기, 위상각 데이터 셋을 추출하고, 상기 추출한 경계모선의 전압크기, 위상각 데이터 셋을 배전계통해석에 필요한 형태로 변환하여 상기 배전계통 해석부에게로 전송하는 것을 특징으로 하는 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 연계처리부는,
    배전계통의 계통해석 결과 중에서 무효전력값, 유효전력값을 추출하여 상기 송전계통 해석부에게로 전송하는 것을 특징으로 하는 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 장치.
  8. 송전계통 해석부에 의해, 입력되는 송전계통 정보를 근거로 송전계통의 계통해석을 수행하는 단계;
    배전계통 해석부에 의해, 입력되는 배전계통 정보 및 상기 송전계통의 계통해석을 수행하는 단계의 계통해석 결과를 근거로 배전계통의 계통해석을 수행하는 단계; 및
    송전계통 해석부에 의해, 상기 배전계통의 계통해석을 수행하는 단계의 계통해석 결과 및 상기 송전계통의 계통해석을 수행하는 단계의 계통 해석 결과를 근거로 송전계통의 계통해석을 재수행하는 단계를 포함하고,
    상기 송전계통의 계통해석을 재수행하는 단계에서는, 상기 송전계통 해석부에 의해, 송전계통의 계통해석 결과와 배전계통의 계통해석 결과의 불일치값을 근거로 송전계통의 계통해석 재수행 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 송전계통의 계통해석을 수행하는 단계는,
    상기 송전계통 해석부에 의해, 입력된 송전계통 정보를 이용하여 Y-어드미턴스 행렬을 구성하는 단계; 및
    상기 송전계통 해석부에 의해, 상기 구성한 Y-어드미턴스 행렬을 근거로 송전계통에 대한 계통해석을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 Y-어드미턴스 행렬을 구성하는 단계에서는,
    상기 송전계통 해석부에 의해, 단상 Y-어드미턴스 행렬 및 삼상 Y-어드미턴스 행렬을 구성하는 것을 특징으로 하는 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    연계처리부에 의해, 상기 송전계통의 계통해석을 수행하는 단계의 계통해석 결과 중에서 경계모선의 전압크기, 위상각 데이터 셋을 추출하는 단계;
    상기 연계처리부에 의해, 상기 추출한 경계모선의 전압크기, 위상각 데이터 셋을 배전계통해석에 필요한 형태로 변환하는 단계; 및
    상기 연계처리부에 의해, 상기 변환한 정보를 배전계통 해석부에게로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 송전계통의 계통해석을 재수행하는 단계는,
    상기 송전계통 해석부에 의해, 상기 송전계통의 계통해석을 수행하는 단계의 계통해석 결과 및 상기 배전계통의 계통해석을 수행하는 단계의 계통해석 결과를 근거로 유효전력값의 불일치값 및 무효전력값의 불일치값을 산출하는 단계; 및
    상기 송전계통 해석부에 의해, 상기 산출한 유효전력값의 불일치값 및 무효전력값의 불일치값을 허용오차 범위와 비교하여 송전계통의 계통해석 재수행 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 유효전력값의 불일치값 및 무효전력값의 불일치값을 산출하는 단계는,
    상기 송전계통 해석부에 의해, 송전계통의 계통해석 결과의 유효전력값에서 배전계통의 계통해석 결과의 유효전력값을 감산하여 유효전력값의 불일치값을 산출하는 단계; 및
    상기 송전계통 해석부에 의해, 송전계통의 계통해석 결과의 무효전력값에서 배전계통의 계통해석 결과의 무효전력값을 감산하여 무효전력값의 불일치값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 송전계통의 계통해석 재수행 여부를 판단하는 단계에서는,
    상기 송전계통 해석부에 의해, 유효전력의 불일치값 및 무효전력의 불일치값 중에 적어도 하나가 허용오차 범위를 벗어나면 송전계통의 계통해석 재수행으로 판단하는 것을 특징으로 하는 분산전원이 연계된 전력계통의 통합 해석 방법.
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