KR101387061B1 - Ｐｍｕ를 이용한 ｆａｃｔｓ 기기 운용 장치 및 방법 - Google Patents

Ｐｍｕ를 이용한 ｆａｃｔｓ 기기 운용 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

PMU로부터 수집한 동기화 데이터를 이용하여 각 FACTS 기기가 확보해야할 순동 무효전력 예비력을 산출하여 제공하도록 한 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치 및 방법이 제시된다. 제시된 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치는 복수의 PMU로부터 입력되는 페이저 정보를 근거로 전압 안정도 지수를 산출하고, 산출한 전압 안정도 지수를 근거로 각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하는 연산부; 및 산출한 순동 무효전력 예비력을 각 FACTS 기기에게로 출력하는 출력부를 포함한다.

Description

ＰＭＵ를 이용한 ＦＡＣＴＳ 기기 운용 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING FACTS(Flexible AC Transmission System) USING PMU(Phasor Measurement Unit)}
본 발명은 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력계통에서 순동 무효전력 예비력을 확보하기 위해 PMU에서 측정된 데이터를 이용하여 FACTS 기기를 운영하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치 및 방법에 대한 것이다.
전력계통은 전기수요에 응하여 발전소, 변전소 및 부하를 송전선으로 연결하여 전력의 발생에서 소비까지 이루어지는 하나의 시스템으로써, 전력을 발전하는 발전계통, 발전계통에서 발전된 전력을 배전계통으로 전송하는 송전계통, 송전계통을 통해 공급되는 전력을 수용가로 분배/공급하는 배전계통을 포함하여 구성된다.
전력계통은 전력의 발생과 소비의 동질성으로 수요와 공급이 평형을 이루어야하기 때문에 전력수요의 감시가 지속적으로 이루어져야 한다.
초기의 소규모 계통에서는 감시가 용이하였으나 점차 산업의 고도화, 정보화로 전력수요가 증가하고 신재생에너지를 이용한 발전이 증가함에 따라 전력설비도 대규모화, 복잡화되어 지금까지 수행하여 온 인위적인 방법으로 계통을 효과적으로 운용하기에 한계점에 도달하였다.
따라서, 컴퓨터로 정보를 수집, 처리, 분석 및 제어하는 기능과 통신기능을 응용하여 전력계통 운용업무의 효율적인 수행을 위한 설비 종합자동화가 급속히 추진되고 있다.
설비 종합자동화 방법의 일례로는 실시간 전압안전도 해석 방법, 광역 전압안정도 평가 방법 등이 있다.
실시간 전압안정도 해석은 PMU(Phasor Measurement Unit)가 개발된 이후로 연구가 활발하게 진행되고 있다. PMU는 계통의 변전소 등에 연결되어 실시간으로 전압과 전류를 페이저(Phasor) 형태로 측정하는 장치이다. 기존의 측정 장비와는 다르게 GPS를 통하여 매우 정밀하게 시각 동기화되며, 샘플링(Sampling) 주기가 매우 짧아, 더 빠르게 더 많은 정보를 취득할 수 있다. 일례로, 한국공개특허 제10-2008-0057868호(명칭: 전압안정도 평가 및 예측 방법)에서는 전력계통의 시계열 측정 데이터를 이용하여 산출한 테브난 등가 전압 및 임피던스를 이용하여 전력계통의 전압안정도 지수를 산출하고, 산출한 전압안정도 지수를 근거로 전압안정도를 예측하는 기술을 언급하고 있습니다.
광역 전압안정도 평가 방법에는 ABB사에서 개발한 VIP++와 국내연구진이 개발한 WAVI(Wide Area Voltage stability Index)가 있다. 이들은 최소 두 개 이상의 PMU로부터 전압 및 전류 페이저 정보를 취득하고, 이를 사용하여 광역 전압안정도를 평가한다.
전력 시스템에서도 상대적으로 저가(低價)의 비수도권 발전력을 활용하는 측면에서 수도권의 융통전력이 전압안정도 문제로 제약받는 현상이 발생하고 있으며, 더욱이 이와 같은 수도권의 융통전력은 전력시스템의 경제적인 운영의 척도로 활용되고 있다. 전력시스템의 계획 및 운영 측면에서 가장 효과적인 전압안정도 향상방안은 적정한 무효전력을 투입하거나 부하를 차단하는 방법이지만, 전압안정성 유지를 위한 실질적인 방안은 무효전력원의 투입이다.
이러한 이유로 적정 범위 내로 전압을 유지하기 위해 변전소 내에 FACTS 기기(예를 들면, STATCOM, SVC)와 조상설비(예를 들면, Sh.R, Sh.C)를 설치한다. FACTS 기기는 적정 전압을 유지하기 위해 자동으로 적정 무효전력 공급을 공급하며, 계통고장시에는 전압붕괴를 막기 위해 순동 무효전력을 공급한다.
FACTS 기기를 적정 전압유지뿐만 아니라 계통 고장시 순동 무효전력을 공급할 수 있는 역할로 적정 순동 무효전력 값을 확보하기 위해서는 FACTS 기기가 확보해야하는 순동무효전력예비력값을 실시간으로 전력계통해석을 통한 연산의 단계가 필요하다.
FACTS(Flexible AC Transmission System, 유연송전시스템) 기술은 대용량 전력전자 기술을 이용하여 전력 조류와 전압, 계통안정도와 관련된 계통정수를 고속 정밀하게 제어하여, 계통안정도 향상과 전력 조류의 효율적 제어를 통하여 전력수송능력과 계통 설비 이용률을 향상시키기 위한 기술이다.
FACTS 기기는 기존의 조상설비(Sh.C, Sh.R)와 같이 무효전력을 공급 또는 흡수를 통하여 계통의 전압제어를 하는 역할을 하며 전력전자소자를 이용하여 순동무효전력을 선형적으로 제어가 가능하므로 계통 고장시 전력 시스템에 신속하게 무효전력을 공급하여 전압 붕괴 및 광역고장파급을 예방하는 역할을 한다. 일례로, 한국등록특허 제10-0987167호(명칭: 다기 FACTS 기기의 제어방법 및 장치)에서는 전력 시스템의 FACTS 데이터를 이용하여 전압 안정도를 모니터링하고, 이를 이용하여 FACTS 기기의 운전점을 제어하는 기술을 언급하고 있습니다.
이처럼, 종래에는 전력계통의 모선 전압제어 및 안정화를 위해 FACTS 기기를 이용하고 있지만, FACTS 기기의 운영을 위한 기초 데이터(예를 들면, 순동 무효전력 예비력)를 FACTS 기기에 제공하는 장치나 방법들이 제공되지 않아 효과적인 전력계통의 운영이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, PMU로부터 수집한 동기화 데이터를 이용하여 각 FACTS 기기가 확보해야할 순동 무효전력 예비력을 산출하여 제공하도록 한 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치는, 복수의 PMU로부터 입력되는 페이저 정보를 근거로 전압 안정도 지수를 산출하고, 산출한 전압 안정도 지수를 근거로 각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하는 연산부; 및 산출한 순동 무효전력 예비력을 각 FACTS 기기에게로 출력하는 출력부를 포함한다.
복수의 PMU로부터 전압, 전류, 위상을 포함하는 페이저 정보를 입력받아 연산부에게로 전송하는 입력부를 더 포함한다.
입력부는, 복수의 PMU로부터 동기화된 페이저 정보를 입력받는다.
연산부는, 전력계통의 전체 임피던스(ZTh)와, 수전단 임피던스(Zapp)를 이용하여 전압 안정도 지수를 산출한다.
연산부는, 위상각을 고려하여 산출한 수전단의 전압 및 전류를 근거로 수전단의 임피던스(Zapp)를 산출하고, 위상각을 고려하여 산출한 수전단의 전압 및 전류와 위상각을 고려하여 산출한 급전단의 전압을 근거로 송전선로의 임피던스(ZT)를 산출하고, 위상각을 고려하여 산출한 수전단의 전류와, 위상각을 고려하여 산출한 급전단의 전압 및 전류을 근거로 송전선로의 임피던스(Zs)를 산출하고, 급전단의 임피던스(Zg)와 기산출한 송전선로의 임피던스들(ZT 및 Zs)을 근거로 전체 임피던스(ZTh)를 산출하고, 산출한 전체 임피던스(ZTh) 및 수전단의 임피던스(Zapp)를 근거로 전압 안정도 지수를 산출한다.
연산부는, 0 이상 1 이하의 전압 안정도 지수를 산출하되, 전압 안정도 지수가 클수록 전력계통의 안정도가 낮다.
연산부는, 산출한 전압 안정도 지수를 근거로 전력계통의 전체 순동 무효전력 예비력을 산출한다.
연산부는, 각 FACTS 기기의 최대 무효전력을 합산한 값에 산출한 전압 안정도 지수를 곱한 값과 전력계통의 순동 무효전력 여유량을 합산하여 전체 순동 무효전력 예비력을 산출한다.
순동 무효전력 여유량은, 상정사고 및 전력계통의 신뢰도를 근거로 설정된 설정값과 산출한 전압 안정도를 근거로 산출한다.
연산부는, 전체 순동 무효전력 예비력 및 각 FACTS 기기에 설정된 설정 지수를 근거로 각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하되, 산출한 순동 무효전력 예비력은 0 이상 FACTS 기기의 최대 무효전력 이하이다.
각 FACTS 기기에 설정된 설정 지수의 합산값은 1이다.
연산부는, 이번 단계에서 산출한 전체 순동 무효전력 예비력과 이전 단계에서 산출한 전체 순동 무효전력 예비력의 차이를 근거로 산출한 변화량이 기준범위를 벗어나면 각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 방법은, 연산부에 의해, 복수의 PMU로부터 입력되는 페이저 정보를 근거로 전압 안정도 지수를 산출하는 단계; 연산부에 의해, 산출한 전압 안정도 지수를 근거로 각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계; 및 출력부에 의해, 산출한 순동 무효전력 예비력을 각 FACTS 기기에게로 출력하는 단계를 포함한다.
입력부에 의해, 복수의 PMU로부터 전압, 전류, 위상을 포함하는 페이저 정보를 입력받는 단계를 더 포함한다.
페이저 정보를 입력받는 단계에서는, 입력부에 의해, 복수의 PMU로부터 동기화된 페이저 정보를 입력받는다.
전압 안정도 지수를 산출하는 단계에서는, 연산부에 의해, 전력계통의 전체 임피던스(ZTh)와, 수전단 임피던스(Zapp)를 이용하여 전압 안정도 지수를 산출한다.
전압 안정도 지수를 산출하는 단계는, 연산부에 의해, 위상각을 고려하여 산출한 수전단의 전압 및 전류를 근거로 수전단의 임피던스(Zapp)를 산출하는 단계; 연산부에 의해, 위상각을 고려하여 산출한 수전단의 전압 및 전류와 위상각을 고려하여 산출한 급전단의 전압을 근거로 송전선로의 임피던스(ZT)를 산출하는 단계; 연산부에 의해, 위상각을 고려하여 산출한 수전단의 전류와, 위상각을 고려하여 산출한 급전단의 전압 및 전류를 근거로 송전선로의 임피던스(Zs)를 산출하는 단계; 연산부에 의해, 급전단의 임피던스(Zg)와 기산출한 송전선로의 임피던스들(ZT 및 Zs)을 근거로 전체 임피던스(ZTh)를 산출하는 단계; 및 연산부에 의해, 산출한 전체 임피던스(ZTh) 및 수전단의 임피던스(Zapp)를 근거로 전압 안정도 지수를 산출하는 단계를 포함한다.
전압 안정도 지수는 0 이상 1 이하의 크기를 갖되, 전압 안정도 지수가 클수록 전력계통의 안정도가 낮다.
각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계는, 연산부에 의해, 산출한 전압 안정도 지수를 근거로 전력계통의 전체 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계; 연산부에 의해, 이번 단계에서 산출한 전체 순동 무효전력 예비력과 이전 단계에서 산출한 전체 순동 무효전력 예비력을 근거로 변화량을 산출하는 단계; 및 연산부에 의해, 산출한 변화량이 기준범위를 벗어나면 각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계를 포함한다.
전력계통의 전체 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계에서는, 연산부에 의해, 각 FACTS 기기의 최대 무효전력을 합산한 값에 산출한 전압 안정도 지수를 곱한 값과 전력계통의 순동 무효전력 여유량을 합산하여 전체 순동 무효전력 예비력을 산출한다.
전력계통의 전체 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계는, 연산부에 의해, 순동 무효전력 여유량은 상정사고 및 전력계통의 신뢰도를 근거로 설정된 설정값과 산출한 전압 안정도를 근거로 산출하는 단계를 더 포함한다.
각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계에선는, 연산부에 의해, 전력계통의 전체 순동 무효전력 예비력 및 각 FACTS 기기에 설정된 설정 지수를 근거로 각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계를 포함하되, 산출한 순동 무효전력 예비력은 0 이상 FACTS 기기의 최대 무효전력 이하이다.
각 FACTS 기기에 설정된 설정 지수의 합산값은 1이다.
본 발명에 의하면, PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치 및 방법은 PMU의 페이저 정보를 이용하여 실시간으로 전력계통의 전압 안정도 해석을 수행함으로써, 전력계통에 설치된 복수의 FACTS 기기가 전력계통에서 필요로 하는 적정 순동 무효전력 예비력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치 및 방법은 전력계통에 설치된 복수의 FACTS 기기가 전력계통에서 필요로 하는 적정 순동 무효전력 예비력을 확보하도록 함으로써, 고가의 FACTS 기기를 전압 자동 제어와 함께 계통 고장시 순동 무효전력 공급에 의한 전압붕괴 발생을 방지하여 전력계통의 전압안정도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치 및 방법은 전력계통의 전압안정도 향상시킴으로써, 융통전력의 여유를 증가시켜 혼잡비용을 저감하므로 경제적이고, 변전설비 이용률을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 1의 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 4 내지 도 7은 도 3의 연산부를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 방법을 설명하기 위한 흐름도.
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 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 도 1의 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 4 내지 도 7은 도 3의 연산부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치(200; 이하, 'FACTS 기기 운용 장치'라 함)는 복수의 PMU(100) 및 복수의 FATCTS 제어기와 연결된다.
PMU(100)는 전력계통의 페이저 정보를 측정하여 FACTS 기기 운용 장치(200)에게로 전송한다. 즉, PMU(100)는 주요 변전소의 모선에 설치되어, 전압, 전류, 위상 등을 측정한다. PMU(100)는 측정한 전압, 전류, 위상을 포함하는 페이저 정보를 FACTS 기기 운용 장치(200)에게로 전송한다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 전력계통은 발전단인 지역1(420)과 수전단인 지역2(440)로 분류되며, 두 지역을 연결하는 송전선로(460)를 통해 융통전력을 전달하는 형태로 구성된다.
FACTS 기기 운용 장치(200)는 복수의 PMU(100)로부터 수신한 페이저 정보를 이용하여 복수의 FACTS 기기(340) 각각에서 확보해야할 순동 무효전력 예비력을 산출한다. 즉, FACTS 기기 운용 장치(200)는 페이저 정보를 이용하여 전력계통의 전압 안정도 지수를 산출한다. FACTS 기기 운용 장치(200)는 기산출한 전압 안정도 지수를 이용하여 각 FACTS 기기(340)에서 확보해야할 순동 무효전력 예비력을 산출한다. FACTS 기기 운용 장치(200)는 산출한 순동 무효전력 예비력을 해당 FACTS 기기(340)에게로 전송한다. 이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, FACTS 기기 운용 장치(200)는 입력부(220), 연산부(240), 출력부(260)를 포함하여 구성된다.
입력부(220)는 복수의 PMU(100)로부터 페이저 정보를 입력받는다. 즉, 입력부(220)는 복수의 PMU(100)로부터 전압(V), 전류(I), 위상(δ)을 포함하는 페이저 정보를 입력받는다. 이때, 입력부(220)는 GPS 동기시간의 전압, 전류, 위상을 포함하는 페이저 정보를 복수의 PMU(100)로부터 입력받는다.
연산부(240)는 입력부(220)를 통해 입력된 페이저 정보를 이용하여 전압 안정도 지수를 산출한다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 전력계통(도 2 참조)을 간략화하여 단선도로 구성하면 발전단(420)의 전압(V1) 및 전류(I1)와, 수전단(440)의 전압(V2) 및 전류(I2)로 표시할 수 있다. 여기서, 도 5에 도시된 바와 같이, 송전선로(460)의 임피던스를 반영하면 Eg, ZT /2, Zs, ZTh, Zl, V1, V2, I1, I2으로 표시할 수 있다.
이를 더욱 간략화하면 도 6에 도시된 바와 같이, Eg, Zg, ZT, Zs, Zl, V1, V2, I1, I2로 구성되는 단선도로 표시할 수 있다. 이때, V1, V2, I1, I2는 PMU(100)에서 취득한 전압 및 전류값으로 위상각을 고려하여 산출한 값이다. 여기서, V1은 발전단(420)측 PMU(100)로부터 취득한 전압의 평균값이고, V2는 수전단(440)측 PMU(100)로부터 취득한 전압의 평균값이고, I1은 발전단(420)측 PMU(100)로부터 취득한 전류의 총합이고, I2는 수전단(440)측 PMU(100)로부터 취득한 전류의 총합이다.
연산부(240)는 하기의 수학식 1 내지 수학식 3을 이용하여 ZT, Zs, Zl를 각각 산출한다.
Figure 112012084863017-pat00001
Figure 112012084863017-pat00002
Figure 112012084863017-pat00003
연산부(240)는 하기의 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 Eg, Zg를 각각 산출한다. 이때, Eg, Zg는 ETh, ZTh의 값과 같다.
Figure 112012084863017-pat00004
Figure 112012084863017-pat00005
도 7에 도시된 바와 같이, 간략화된 단선도(즉, 도 6에 도시된 단선도)를 테브난 등가 회로로 구성하면 ETh, ZTh, I2, Zapp로 표현할 수 있다. 이때, Zapp = Zl 이다. 이때, 테브난 등가 회로를 통해 복소전력(SL)을 구하면 하기의 수학식 6을 도출할 수 있다.
Figure 112012084863017-pat00006
연산부(240)는 상기한 수학식 6 및 최대 전력전달법칙을 통해 하기의 수학식 7과 같이 전압 안정도 지수를 도출한다. 이때, 전압 안정도 지수(α)는 0 내지 1의 범위(즉, 0≤α≤1)를 가지며, 전압 안정도 지수(α)가 0에 가까울수록 전압 안정도가 높아 전력계통이 안정함을 의미하며, 전압 안정도 지수(α)가 1에 가까울수록 전압 안정도가 낮아 전력계통이 불안정함을 의미한다.
Figure 112012084863017-pat00007
연산부(240)는 기산출한 전압 안정도 지수를 이용하여 전체 순동 무효전력 예비력을 산출한다. 이때, 연산부(240)는 하기의 수학식 8을 이용하여 전체 순동 무효전력 예비력(즉, 전체 전력계통에서 확보해야할 순동 무효전력 예비력)을 산출한다.
Figure 112012084863017-pat00008
여기서, Qmax는 각각의 FACTS 기기(340)의 용량을 고려하여 합산한 값으로 하기의 수학식 9와 같다. 즉, Qmax는 각각의 FACTS 기기(340)에서 제공할 수 있는 최대 무효전력을 합산한 값이다.
Figure 112012084863017-pat00009
Qmargin은 상정사고 및 전력계통의 신뢰도를 고려한 순동 무효전력 여유량으로 하기의 수학식 10과 같다.
Figure 112012084863017-pat00010
이때, β는 상정사고 및 전력계통의 신뢰도를 고려하여 설정된 설정값이면, MVar 단위(즉, 무효전력 단위)를 갖는다.
연산부(240)는 기산출한 순동 무효전력 예비력(Q)의 변화량이 설정 범위를 벗어나면 각 FACTS 기기(340)의 순동 무효전력 예비력을 산출한다. 예를 들어, 설정 범위의 최소값이 A이고 최대값이 B로 설정된 경우, Qm-Qm -1이 A 미만이거나 B를 초과하면 각 FACTS 기기(340)의 순동 무효전력 예비력을 산출한다.
연산부(240)는 기산출한 전체 순동 무효전력 예비력을 근거로 각 FACTS 기기(340)의 순동 무효전력 예비력을 산출한다. 이때, 전체 순동 무효전력 예비력은 하기의 수학식 11과 같이 표시할 수 있다.
Figure 112012084863017-pat00011
연산부(240)는 감도해석을 통해 산출한 감도지수 및 FACTS 기기(340)의 용량을 고려하여 설정한 설정 지수(즉, μ1, μ2, …,μn)를 이용하여 하기의 수학식 12와 같이 표시할 수 있다. 여기서, 설정 지수 μ1, μ2, …,μn은 μ1+μ2+ …+μn =1의 관계를 갖는다.
Figure 112012084863017-pat00012
이를 통해, 연산부(240)는 각 FACTS 기기(340)들의 순동 무효전력 예비력을 하기의 수학식 13과 같이 표시할 수 있으며, 각 FACTS 기기(340)들의 순동 무효전력 예비력의 범위는 하기의 수학식 14와 같다.
Figure 112012084863017-pat00013
Figure 112012084863017-pat00014
출력부(260)는 연산부(240)에서 산출한 각 FACTS 기기(340)들의 순동 무효전력 예비력을 해당 FACTS 기기(340)에게로 출력한다. 즉, 출력부(260)는 연산부(240)에서 산출한 각 FACTS 기기(340)들의 순동 무효전력 예비력을 해당 FACTS 기기(340)에 연결된 FACTS 제어기(320)에게로 출력한다.
FACTS 제어기(320)는 FACTS 기기(340)와 함께 변전소(300)에 설치되어, FACTS 기기 운용 장치(200)로부터 수신한 순동 무효전력 예비력을 근거로 FACTS 기기(340)를 제어한다. 즉, FACTS 제어기(320)는 FACTS 기기 운용 장치(200)의 출력부(260)를 통해 출력되는 순동 무효전력 예비력을 수신한다. FACTS 제어기(320)는 수신한 순동 무효전력 예비력에 해당하는 순동 무효전력을 출력하도록 FACTS 기기(340)를 제어한다. 여기서, FACTS 제어기(320)는 FACTS 운전점(V_set) 제어 및 조상설비(Sh.C, Sh.R)의 투입/개방 제어를 통해 순동 무효전력 예비력에 해당하는 순동 무효전력을 출력하도록 제어한다.
FACTS 기기(340)는 FACTS 제어기(320)와 함께 변전소(300)에 설치되어, 전압계통의 자동전압제어 및 순동 무효전력 공급을 수행한다. 이때, FACTS 기기(340)는 FACTS 제어기(320)의 제어에 따라 순동 무효전력 예비력에 해당하는 순동 무효전력을 전력계통으로 공급한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
입력부(220)는 전력계통에 설치된 복수의 PMU(100)로부터 페이저 정보를 입력받는다(S100). 이때, 입력부(220)는 복수의 PMU(100)로부터 전압(V), 전류(I), 위상(δ)을 포함하는 페이저 정보를 입력받는다.
연산부(240)는 입력된 페이저 정보를 이용하여 전압 안정도 지수를 산출한다(S200). 이때, 연산부(240)는 전력계통을 간략화하여 구성되는 단선도를 이용하여 전압 안정도 지수(α)를 산출한다. 여기서, 전압 안정도 지수(α)를 산출하는 방법은 상술한 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치(200)의 연산부(240)를 설명하는 부분(예컨대, 수학식 1 내지 수학식 7 설명 부분)에 상세하게 설명되어 있으므로 설명을 생략한다.
연산부(240)는 기산출한 전압 안정도 지수를 이용하여 각 FACTS 기기(340)의 순동 무효전력 예비력을 산출한다(S300). 즉, 연산부(240)는 기산출한 전압 안정도 지수를 이용하여 전체 전력계통에서 필요한 순동 무효전력 예비력을 산출한다. 연산부(240)는 순동 무효전력 예비력의 변화량이 설정범위를 벗어나면 기산출한 순동 무효전력 예비력과 설정 지수를 이용하여 각 FACTS 기기(340)의 순동 무효전력 예비력을 산출한다. 이를 첨부된 도 9를 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 아래와 같다.
연산부(240)는 각 FACTS 기기(340)의 최대 무효전력을 이용하여 전체 순동 무효전력 예비력을 산출한다(S320). 즉, 연산부(240)는 각 FACTS 기기(340)의 최대 무효전력을 합산한 값에 기산출한 전압 안정도 지수를 반영한다. 연산부(240)는 전압 안정도 지수를 반영한 최대 무효전력을 합산한 값과 순동 무효전력 여유량을 합산하여 전체 순동 무효전력 예비력을 산출한다. 여기서, 순동 무효전력 여유량은 상정사고 및 전력계통의 신뢰도를 고려하여 미리 설정된 값과 기산출한 전압 안정도 지수를 이용하여 산출한 값이다.
연산부(240)는 기산출한 전체 순동 무효전력 예비력을 근거로 변화량을 산출한다(S340). 이때, 연산부(240)는 이번 단계에서 산출한 전체 순동 무효전력 예비력(Qm)에서 이전 단계에서 산출한 전체 순동 무효전력 예비력(Qm-1)을 감산하여 변화량을 산출한다.
기산출한 변화량이 설정 범위를 벗어나면(S360; 예), 연산부(240)는 기산출한 전체 순동 무효전력 예비력 및 설정 지수를 이용하여 각 FACTS 기기(340)들의 순동 무효전력 예비력을 산출한다(S380). 연산부(240)는 변화량이 설정 범위를 벗어나면 각 FACTS 기기(340)의 순동 무효전력 예비력(즉, Q1, Q2, …, Qn)을 전체 순동 무효전력 예비력 및 설정 지수를 이용하여 산출한다. 이때, 순동 무효전력 예비력(즉, Q1, Q2, …, Qn) 각각은 0 이상 해당 FACTS 기기(340)의 최대 무효전력(Qm - max) 이하의 크기를 갖는다. 설정지수(즉, μ1, μ2, …,μn)는 감도해석을 통해 산출한 감도 지수 및 FACTS 기기(340)의 용량을 고려하여 설정한 값이며, μ1+μ2+ …+μn =1의 관계를 갖는다. 여기서, 설정 범위의 최소값이 A이고 최대값이 B로 설정된 경우 Qm-Qm -1이 A 미만이거나 B를 초과하면, 연산부(240)는 각 FACTS 기기(340)의 순동 무효전력 예비력을 산출한다. 즉, 연산부(240)는 전력계통에서 필요로 하는 순동 무효전력 예비력의 변화량이 일정 범위가 벗어날 때만 각 FACTS 기기(340)의 순동 무효전력 예비력을 산출하여 하위 제어기(즉, FACTS 제어기(320))에게로 전송하도록 한다.
출력부(260)는 기산출한 순동 무효전력 예비력을 각 FACTS 기기(340)에게로 전송한다(S400). 즉, 출력부(260)는 연산부(240)에서 산출한 각 FACTS 기기(340)들의 순동 무효전력 예비력을 해당 FACTS 기기(340)에 연결된 FACTS 제어기(320)에게로 출력한다. 그에 따라, FACTS 제어기(320)는 FACTS 기기 운용 장치(200)의 출력부(260)를 통해 출력되는 순동 무효전력 예비력을 수신한다. FACTS 제어기(320)는 수신한 순동 무효전력 예비력에 해당하는 순동 무효전력을 출력하도록 FACTS 기기(340)를 제어한다. 여기서, FACTS 제어기(320)는 FACTS 운전점(V_set) 제어 및 조상설비(Sh.C, Sh.R)의 투입/개방 제어를 통해 순동 무효전력 예비력에 해당하는 순동 무효전력을 출력하도록 제어한다. FACTS 기기(340)는 전압계통의 자동전압제어 및 순동 무효전력 공급을 수행한다. 이때, FACTS 기기(340)는 FACTS 제어기(320)의 제어에 따라 순동 무효전력 예비력에 해당하는 순동 무효전력을 전력계통으로 공급한다.
상술한 바와 같이, PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치 및 방법은 PMU의 페이저 정보를 이용하여 실시간으로 전력계통의 전압 안정도 해석을 수행함으로써, 전력계통에 설치된 복수의 FACTS 기기가 전력계통에서 필요로 하는 적정 순동 무효전력 예비력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치 및 방법은 전력계통에 설치된 복수의 FACTS 기기가 전력계통에서 필요로 하는 적정 순동 무효전력 예비력을 확보하도록 함으로써, 고가의 FACTS 기기를 전압 자동 제어와 함께 계통 고장시 순동 무효전력 공급에 의한 전압붕괴 발생을 방지하여 전력계통의 전압안정도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치 및 방법은 전력계통의 전압안정도 향상시킴으로써, 융통전력의 여유를 증가시켜 혼
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: PMU
200: PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치
220: 입력부
240: 연산부
260: 출력부
300: 변전소
320: FACTS 제어기
340: FACTS 기기
420: 발전단
440: 수전단
460: 송전선로

Claims (23)

  1. 복수의 PMU로부터 입력되는 페이저 정보를 근거로 전압 안정도 지수를 산출하고, 상기 산출한 전압 안정도 지수를 근거로 각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하는 연산부; 및
    상기 산출한 순동 무효전력 예비력을 각 FACTS 기기에게로 출력하는 출력부를 포함하고,
    상기 연산부는,
    전체 순동 무효전력 예비력 및 각 FACTS 기기에 설정된 설정 지수를 근거로 각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하되, 상기 산출한 순동 무효전력 예비력은 0 이상 FACTS 기기의 최대 무효전력 이하인 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    복수의 PMU로부터 전압, 전류, 위상을 포함하는 페이저 정보를 입력받아 상기 연산부에게로 전송하는 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 입력부는,
    복수의 PMU로부터 동기화된 페이저 정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연산부는,
    전력계통의 전체 임피던스(ZTh)와, 수전단 임피던스(Zapp)를 이용하여 전압 안정도 지수를 산출하는 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 연산부는,
    위상각을 고려하여 산출한 수전단의 전압 및 전류를 근거로 수전단의 임피던스(Zapp)를 산출하고,
    위상각을 고려하여 산출한 수전단의 전압 및 전류와 위상각을 고려하여 산출한 급전단의 전압을 근거로 송전선로의 임피던스(ZT)를 산출하고,
    위상각을 고려하여 산출한 수전단의 전류와, 위상각을 고려하여 산출한 급전단의 전압 및 전류를 근거로 송전선로의 임피던스(Zs)를 산출하고,
    상기 급전단의 임피던스(Zg)와 기산출한 송전선로의 임피던스들(ZT 및 Zs)을 근거로 전체 임피던스(ZTh)를 산출하고,
    상기 산출한 전체 임피던스(ZTh) 및 수전단의 임피던스(Zapp)를 근거로 전압 안정도 지수를 산출하는 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 연산부는,
    0 이상 1 이하의 전압 안정도 지수를 산출하되, 전압 안정도 지수가 클수록 전력계통의 안정도가 낮은 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 산출한 전압 안정도 지수를 근거로 전력계통의 전체 순동 무효전력 예비력을 산출하는 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 연산부는,
    각 FACTS 기기의 최대 무효전력을 합산한 값에 상기 산출한 전압 안정도 지수를 곱한 값과 상기 전력계통의 순동 무효전력 여유량을 합산하여 전체 순동 무효전력 예비력을 산출하는 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 순동 무효전력 여유량은,
    상정사고 및 전력계통의 신뢰도를 근거로 설정된 설정값과 상기 산출한 전압 안정도를 근거로 산출하는 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치.
  10. 삭제
  11. 청구항 1에 있어서,
    각 FACTS 기기에 설정된 설정 지수의 합산값은 1인 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 연산부는,
    이번 단계에서 산출한 전체 순동 무효전력 예비력과 이전 단계에서 산출한 전체 순동 무효전력 예비력의 차이를 근거로 산출한 변화량이 기준범위를 벗어나면 각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하는 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 장치.
  13. 연산부에 의해, 복수의 PMU로부터 입력되는 페이저 정보를 근거로 전압 안정도 지수를 산출하는 단계;
    상기 연산부에 의해, 상기 산출한 전압 안정도 지수를 근거로 각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계; 및
    출력부에 의해, 상기 산출한 순동 무효전력 예비력을 각 FACTS 기기에게로 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계는,
    상기 연산부에 의해, 전력계통의 전체 순동 무효전력 예비력 및 각 FACTS 기기에 설정된 설정 지수를 근거로 각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계를 포함하되, 상기 산출한 순동 무효전력 예비력은 0 이상 FACTS 기기의 최대 무효전력 이하인 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    입력부에 의해, 복수의 PMU로부터 전압, 전류, 위상을 포함하는 페이저 정보를 입력받는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 페이저 정보를 입력받는 단계에서는,
    상기 입력부에 의해, 복수의 PMU로부터 동기화된 페이저 정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 전압 안정도 지수를 산출하는 단계에서는,
    상기 연산부에 의해, 전력계통의 전체 임피던스(ZTh)와, 수전단 임피던스(Zapp)를 이용하여 전압 안정도 지수를 산출하는 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 전압 안정도 지수를 산출하는 단계는,
    상기 연산부에 의해, 위상각을 고려하여 산출한 수전단의 전압 및 전류를 근거로 수전단의 임피던스(Zapp)를 산출하는 단계;
    상기 연산부에 의해, 위상각을 고려하여 산출한 수전단의 전압 및 전류와 위상각을 고려하여 산출한 급전단의 전압을 근거로 송전선로의 임피던스(ZT)를 산출하는 단계;
    상기 연산부에 의해, 위상각을 고려하여 산출한 수전단의 전류와, 위상각을 고려하여 산출한 급전단의 전압 및 전류를 근거로 송전선로의 임피던스(Zs)를 산출하는 단계;
    상기 연산부에 의해, 상기 급전단의 임피던스(Zg)와 기산출한 송전선로의 임피던스들(ZT 및 Zs)을 근거로 전체 임피던스(ZTh)를 산출하는 단계; 및
    상기 연산부에 의해, 상기 산출한 전체 임피던스(ZTh) 및 수전단의 임피던스(Zapp)를 근거로 전압 안정도 지수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 방법.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 전압 안정도 지수는 0 이상 1 이하의 크기를 갖되, 전압 안정도 지수가 클수록 전력계통의 안정도를 낮은 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 방법.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계는,
    상기 연산부에 의해, 상기 산출한 전압 안정도 지수를 근거로 전력계통의 전체 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계;
    상기 연산부에 의해, 이번 단계에서 산출한 전체 순동 무효전력 예비력과 이전 단계에서 산출한 전체 순동 무효전력 예비력을 근거로 변화량을 산출하는 단계; 및
    상기 연산부에 의해, 상기 산출한 변화량이 기준범위를 벗어나면 각 FACTS 기기의 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 전력계통의 전체 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계에서는,
    상기 연산부에 의해, 각 FACTS 기기의 최대 무효전력을 합산한 값에 상기 산출한 전압 안정도 지수를 곱한 값과 상기 전력계통의 순동 무효전력 여유량을 합산하여 전체 순동 무효전력 예비력을 산출하는 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 전력계통의 전체 순동 무효전력 예비력을 산출하는 단계는,
    상기 연산부에 의해, 상기 순동 무효전력 여유량은 상정사고 및 전력계통의 신뢰도를 근거로 설정된 설정값과 상기 산출한 전압 안정도를 근거로 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 방법.
  22. 삭제
  23. 청구항 13에 있어서,
    각 FACTS 기기에 설정된 설정 지수의 합산값은 1인 것을 특징으로 하는 PMU를 이용한 FACTS 기기 운용 방법.
KR20120116052A 2012-10-18 2012-10-18 Ｐｍｕ를 이용한 ｆａｃｔｓ 기기 운용 장치 및 방법 KR101387061B1 (ko)

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