KR101420234B1 - 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 주기적으로 해소하는 자동발전제어 신호의 생성 방법 및 이를 이용한 계통운영시스템 - Google Patents

에너지 저장장치에 누적된 에너지를 주기적으로 해소하는 자동발전제어 신호의 생성 방법 및 이를 이용한 계통운영시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주파수 제어에 참여하는 에너지 한정자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 주기적으로 해소하는 자동발전제어 신호의 발생 방법 및 이를 이용한 계통운영시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 전력계통의 자동발전제어에 참여하는 전기자동차의 배터리 등 에너지가 한정된 발전자원들의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 자체 발전이 가능한 기존의 발전자원들을 이용하여 기 설정된 소정의 주기에 따라 해소시켜주는 자동발전제어 신호의 발생 방법 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전력계통의 자동발전제어 제어에 참여하는 전기자동차의 배터리 등 에너지가 한정된 자원들의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 기 설정된 소정의 주기마다 기존의 자체 에너지 발전이 가능한 발전자원을 이용하여 해소함을 통해 상기 에너지 저장장치가 완전 충전 혹은 환전 방전으로 발산함이 없이 안정적으로 전력계통의 자동발전제어에 참여할 수 있게 되어, 발전자원 운영에 있어 유연성을 증대시킬 수 있다.

Description

에너지 저장장치에 누적된 에너지를 주기적으로 해소하는 자동발전제어 신호의 생성 방법 및 이를 이용한 계통운영시스템{Periodically to relieve the accumulated energy int the energy storage device of automatic generation control signal generation method and system using the same operating system}
본 발명은 주파수 제어에 참여하는 에너지 한정자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 주기적으로 해소하는 자동발전제어 신호의 발생 방법 및 이를 이용한 계통운영시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 전력계통의 자동발전제어에 참여하는 전기자동차의 배터리 등 에너지가 한정된 발전자원들의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 자체 발전이 가능한 기존의 발전자원들을 이용하여 기 설정된 소정의 주기에 따라 해소시켜주는 자동발전제어 신호의 발생 방법 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.
전력 계통을 종합적으로 감시하고 제어하며, 경제 급전 및 자동 발전 전력 제어, 전력 계통 해석, 자료의 기록 및 저장, 급전원 모의훈련 등의 기능을 수행하는 계통운영시스템(EMS, Energy Management System)은 현재 전국의 중앙급전발전기(250여기)에 대한 발전 출력 제어와, 154kV이상 송전선로의 운전상태, 차단기 등 계통보호설비의 동작상태, 전력계통의 이상상태 및 고장발생 상황, 전압 및 주파수 등을 종합적으로 감시 제어하고 있다.
계통운영시스템의 발전 출력 제어 및 주파수 감시 제어 기능과 관련하여 계통주파수를 기준주파수(우리나라의 경우 60Hz)로 유지하기 위하여 전국에 분포된 각 발전자원에 발전기 출력 목표값을 제공하고 있다.
계통주파수는 전력의 공급과 소비가 균형을 이룬 경우에는 일정한 수준을 유지하지만 전력공급이 전력소비보다 큰 경우에는 계통주파수가 상승하며, 반대로 전력공급이 전력소비보다 적은 경우에는 계통주파수가 감소하게 된다. 이러한 계통주파수의 변화는 전동기를 사용하는 전기기기의 수명과 효율에 영향을 미치게 되므로 계통주파수를 일정한 수준으로 유지할 필요가 있다.
계통운영시스템의 계통주파수 제어는 자동발전제어(AGC, Automatic Generation Control)를 통하여 각 발전자원에 발전기 출력 목표값을 제공하는 방식으로 이루어진다.
계통운영시스템의 자동발전제어 방식을 설명하면 다음과 같다.
각 발전자원에서는 전력계통에서의 각각의 시간대별 전력 수요를 예측하여 전력 공급이 이루어지나, 계획된 전력수요와 실시간으로 나타나는 전력수요와의 차이로 인하여 전력 계통 내부의 모선(bus)에서는 전력 조류의 오차(ACE, Area Control Error)가 발생할 수 있으며, ACE는 연계선로가 고려되지 않는 경우, 아래의 수학식으로부터 산출될 수 있다.
<수학식>
ACE = - B × △ f
여기서, B는 계통의 특성을 나타내는 계통정수이고, △ f 는 계통의 기준주파수를 기준으로한 계통주파수의 변화량을 의미한다.
예를 들어, 계통정수 B가 6500 MW/Hz이고 계통의 기준주파수가 60Hz라 가정하고, 전력 공급이 전력 소비보다 적은 경우 계통주파수는 감소하여 현재 계통주파수가 59Hz 인 경우, 계통주파수 변화량 △ f 는 -1Hz의 값을 가지게 되어, ACE는 상기 수학식으로부터 6500MW로 산출된다.
이때, 계통운영시스템에서 발전자원의 발전량을 6500MW로 출력하도록 제어하는 과정을 통해 계통주파수 59Hz를 기준주파수 60Hz로 유지하기 위한 주파수 조정이 수행된다.
그러나, 전기자동차의 전력계통으로의 전력 전송(V2G, Vehicle to Grid)의 경우, 대규모 에너지를 공급하는 화력 발전소, 원자력 발전소 등의 자체에너지 발전이 가능한 발전자원과 비교하여 에너지 저장장치의 용량이 크지 않음에 따라, 상기 자체에너지 발전이 가능한 발전자원의 발전량을 제어하기 위한 ACE신호에 기초하여 자동발전제어가 이루어지게 되면, 상기 전기자동차 배터리 발전자원이 계통에 누적되는 에너지로 인하여 완전 충전 혹은 완전 방전으로 발산하게 되어 주파수 조정 능력을 상실하게 된다는 문제가 있다.
상기 문제를 도면을 통해 설명하면 아래와 같다.
도 1의 (a)는 종래 기술에 따른 계통주파수 변화의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1의 (a)는 종래 기술에 따른 계통주파수의 30분 동안의 변화 양상을 나타내는 그래프로서, 가로축은 시간을 나타내며 단위는 ‘초’이고, 세로축은 주파수를 나타내며 단위는 ‘Hz’ 이다.
도 1의 (b)는 종래 기술에 따른 ACE 및 계통누적에너지 변화의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1의 (b)는 도 1의 (a)에 나타낸 그래프의 양상으로 계통주파수가 변하는 경우에 있어 산출되는 ACE 신호의 변화 양상 및 계통누적에너지의 변화 양상을 나타내는 그래프로서, 가로축은 시간을 나타내며 단위는 ‘초’이고, 제1 세로축은 ACE를 나타내며 단위는 ‘MW’ 이고, 제2 세로축은 계통누적에너지를 나타내며 단위는 ‘MWh’ 이다.
도 1의 (a) 및 도 1의 (b)를 참조하면, 계통주파수가 도 1의 (a)에 나타낸 그래프의 양상으로 변화하는 경우, 30분이 경과한 시점에 계통누적에너지는 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이 약 45MWh가 된다.
이때, 도 1의 (b)에서 나타낸 ACE에 따라 전기자동차의 배터리와 같은 에너지 한정 자원용 저장장치가 자동발전제어에 참여하는 경우, 상기 전기자동차 배터리의 용량이 0.1MWh 이고, 자동발전제어에 참여하기 위한 배터리의 충전상태(SOC, State Of Charge) 초기치가 배터리 용량의50% 에 해당하는 0.05MWh라 한다면, 상기 전기자동차 배터리의 조정참여율이 0.0015라고 했을 때, 상기 전기자동차 배터리에 누적된 에너지는 자동발전제어에 참여하기 위한 배터리 초기치 0.05MWh에 계통누적에너지 45MWh와 조정참여율 0.0015을 곱해준 값인 0.0675MWh를 더해준 값으로 0.1175MWh로 산출된다.
따라서 종래 기술에 따르면, 상기한 바와 같은 전기자동차 배터리에 누적된 에너지0.1175MWh는 배터리 용량 0.1MWh 을 초과함에 따라 상기 전기자동차 배터리는 충전 발산하여 주파수 조정능력을 상실하게 된다는 문제점이 존재한다.
여기서, 조정참여율이란 자동발전제어에 참여하는 모든 발전자원의 증감발율 대비 해당 발전자원의 증감발율을 의미하는 것으로, 출력변환 속도가 빠른 발전자원이 더 많이 자동발전제어에 참여할 수 있도록 만든 참여계수이며, 상기 증감발율은 자동발전제어에 참여하는 발전자원의 출력변환 속도로 단위시간당 상기 발전자원의 최대 출력량을 의미한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 전력계통의 자동발전제어 제어에 참여하는 전기자동차의 배터리 등 에너지가 한정된 자원들의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 기 설정된 소정의 주기마다 해소함을 통해 상기 에너지 저장장치가 완전 충전 혹은 완전 방전으로 발산함이 없이 안정적으로 전력계통의 자동발전제어에 참여하는 자동발전제어 신호의 발생 방법 및 이를 이용한 계통운영시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태 일 실시예에 따른 자동발전제어 신호의 발생 방법은, 전력계통의 설비들로부터 전력계통 데이터를 수집하는 단계, 상기 전력계통 데이터로부터 자동발전제어에 참여하는 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 산출하고, 기 설정된 소정의 주기마다 상기 누적된 에너지를 해소하기 위한 자동발전제어 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는 경제급전 주기마다 상기 누적된 에너지를 해소하기 위한 자동발전 제어 신호를 생성할 수 있다.
한편, 상기 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호는 상기 누적된 에너지를 해소하기 위한 자동발전제어 신호를 생성하며, 자체 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 신호는 상기 누적된 에너지를 해소하는 과정에서 발생하는 부하 변동을 보상하기 위한 자동발전제어 신호를 생성할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양태 일 실시예에 따른 계통운영시스템은, 전력계통의 설비들로부터 전력계통 데이터를 수집하고 상기 전력계통 설비들을 제어하는 전력계통감시부 및 상기 전력계통 데이터로부터 자동발전제어에 참여하는 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 산출하고, 기 설정된 소정의 주기 마다 상기 누적된 에너지를 해소하기 위한 자동발전제어 신호를 생성하는 전력계통제어부를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 전력계통제어부는 경제급전 주기마다 상기 자동발전제어 신호를 생성할 수 있다.
한편, 상기 전력계통제어부는 상기 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호는 상기 누적된 에너지를 해소하기 위한 자동발전제어 신호를 생성하며, 자체 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 신호는 상기 누적된 에너지를 해소하는 과정에서 발생하는 부하 변동을 보상하기 위한 자동발전제어 신호를 생성할 수 있다.
이때, 상기 전력계통제어부는, 상기 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호를 아래의 수학식을 통해 산출되는 기준 발전량 정보를 포함하여 생성할 수 있다.
Figure 112012097709762-pat00001
여기서 P BASE ,j 는 j 번째 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호의 기준 발전량을 나타내고, AE ES ,j 는 j 번째 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치의 누적 에너지를 나타내고, T Cor 는 누적 에너지 해소 주기를 나타내고 단위는‘초’이다.
이때, 상기 전력계통제어부는, 상기 자체 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 신호를 아래의 수학식을 통해 산출되는 기준 발전량 정보를 포함하여 생성할 수 있다.
Figure 112012097709762-pat00002
여기서, P BASE ,i 는 i 번째 자체 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 신호의 기준 발전량을 나타내고, P ED ,i 는 i 번째 자체 발전이 가능한 발전자원의 경제급전 전력을 나타내고, AE ES 는 자동발전 제어에 참여하는 한정 자원용 발전자원들의 각 에너지 저장장치에 누적된 에너지의 총합을 나타내고, T Cor 는 누적 에너지의 해소 주기를 나타내며 단위는 ‘초’이고, EPF i 는 i 번째 자체 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 참여 계수를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전력계통의 자동발전제어 제어에 참여하는 전기자동차의 배터리 등 에너지가 한정된 자원들의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 기 설정된 소정의 주기마다 기존의 자체 에너지 발전이 가능한 발전자원을 이용하여 해소함을 통해 상기 에너지 저장장치가 완전 충전 혹은 완전 방전으로 발산함이 없이 안정적으로 전력계통의 자동발전제어에 참여할 수 있게 되어, 발전자원 운영에 있어 유연성을 증대시킬 수 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1의 (a)는 종래 기술에 따른 계통주파수 변화의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1의 (b)는 종래 기술에 따른 ACE 및 계통누적에너지 변화의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템 구성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호 및 경제급전 신호의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 한정 자원용 발전자원의 누적 에너지 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 계통주파수 변화의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
본 발명은 전력계통의 자동발전제어에 참여하는 에너지 한정자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 주기적으로 해소하는 자동발전제어 신호의 발생 방법 및 이를 이용한 계통운영시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 계통운영시스템의 자동발전제어(AGC, Automatic Generation Control)에 참여하는 전기자동차의 배터리 등 에너지가 한정된 발전자원들의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 자체 발전이 가능한 기존의 발전자원을 이용하여 설정된 소정의 주기마다 해소시켜주는 자동발전제어 신호의 발생 방법 및 이를 이용한 계통운영시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템의 자동발전제어 신호 생성은 전력계통의 설비들로부터 전력계통 데이터를 수집하는 단계 및 상기 전력계통 데이터로부터 자동발전제어에 참여하는 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 산출하고, 기 설정된 소정의 주기마다 상기 누적 에너지를 해소하기 위한 자동발전제어 신호를 생성하는 단계를 통해 수행될 수 있다.
이하에서는 전술한 단계를 통해 자동발전제어 신호를 생성할 수 있는 계통운영시스템의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템 구성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템(200)의 구성은, 전력계통감시부(210)와 전력계통제어부(220)를 포함하여 구성할 수 있다.
여기서, 상기 전력계통감시부(210)는 전력계통설비(230)로부터 전력계통 데이터를 수집하고, 상기 전력계통설비(230)를 제어할 수 있다.
상기 전력계통설비(230)는 발전자원에서 생산한 전기를 전기사용자에게 공급하기 위한 발전자원설비(231), 송변전설비(232), 배전설비(233) 및 기타 부대설비(234)를 포함하며, 상기 전력계통 데이터는 상기 전력계통설비(230)의 포괄적 상태관련 정보를 이르는 것으로 계통주파수 정보, 계통누적에너지 정보를 포함할 수 있다.
상기 발전자원설비(231)는 자체 발전이 가능한 발전자원과 에너지 한정 자원용 발전자원으로 분류할 수 있으며, 상기 자체 발전이 가능한 발전자원의 일 예로는 기존의 화력 발전소, 수력 발전소, 원자력 발전소, 풍력 발전소가 될 수 있으며, 상기 에너지 한정 자원용 발전자원의 일 예로는 전기자동차의 에너지 저장장치에 해당하는 배터리가 될 수 있다.
상기 전력계통감시부(210)는 상기 전력계통제어부(220)를 통해 생성되는 자동발전제어 신호를 상기 발전자원 설비에 송출하는 과정을 통해 상기 발전자원 설비의 발전량을 제어할 수 있다.
여기서 상기 자동발전제어 신호는 각 발전자원에서 발전해야 할 발전량에 대한 정보를 포함하고 있으며, 자체 발전이 가능한 발전자원의 경우 전송 받은 상기 자동발전제어 신호에 기초하여 조속기(속도조정기)에서 발전용 터빈의 속도를 조절하는 과정을 통해 발전자원의 출력이 제어될 수 있다.
여기서, 상기 전력계통제어부(220)는 상기 전력계통감시부(210)에서 수집하는 상기 전력계통 데이터로부터 자동발전제어에 참여하는 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 산출하고, 기 설정된 소정의 주기 동안 상기 누적 에너지를 해소하기 위한 자동발전제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 전력계통제어부(220)에서 생성하는 상기 자동발전제어 신호는 자동발전제어에 참여하는 발전자원의 목표 발전량에 대한 정보를 포함할 수 있으며, 상기 발전자원의 목표 발전량은 아래의 <수학식 2>을 통해 산출될 수 있다.
Figure 112012097709762-pat00003
여기서 P DES ,j 는 j 번째 발전자원의 목표 발전량을 나타내고, P BASE ,j 는 j 번째 발전자원의 기준 발전량을 나타내며, pf j 는 j 번째 발전자원의 자동발전제어 참여 비율을 나타내고, ACE(Area Control Error)는 전력 조류의 오차를 나타낸다.
한편, 상기 전력계통제어부(220)는 본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템(200)의 경제급전 주기 마다 상기 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 해소하기 위한 자동발전제어 신호를 생성할 수 있다.
이때, 상기 자동발전제어 신호의 생성은 상기 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호의 경우 상기 전력계통제어부(220)의 누적에너지 해소보정을 통해 생성될 수 있으며, 자체 에너지 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 신호의 경우 상기 전력계통제어부(220)의 누적에너지 보상보정을 통해 생성될 수 있다.
상기 누적에너지 해소보정은, 상기 에너지 한정 자원용 발전자원에 누적된 에너지를 해소하기 위한 것으로, 상기 에너지 한정 자원용 발전자원의 기준발전량 조절 과정을 포함할 수 있다.
상기 누적에너지 보상보정은, 상기 누적에너지 해소보정으로 인하여 발생한 전력계통의 부하변동을 보상하기 위한 것으로, 상기 자체 에너지 발전이 가능한 발전자원의 기준발전량 조절 과정을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 경제급전이란 본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템(200)에서 전력계통설비(230)의 수급 균형 유지와 운전 예비력 확보, 송전 선로의 안정도 유지 등을 고려하면서 전력 수요에 맞추어 총 발전 비용과 송전 손실이 최소가 되도록 운전중인 각 발전자원의 전력 출력을 경제적으로 배분하는 것을 말한다.
이하에서는 상기 전력계통제어부(220)에서의 상기 누적에너지 해소보정과 상기 누적에너지 보상보정에 대하여 설명한다.
먼저 전력계통제어부(220)의 상기 누적에너지 해소보정을 통한 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호 생성에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템(200)에서 경제급전 신호를 전송하는 주기에 맞추어 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 해소하는 경우, 직전의 경제급전 신호 주기 동안에 j 번째 에너지 저장장치에 누적된 에너지는 아래 <수학식 3>을 통해 산출될 수 있다.
Figure 112012097709762-pat00004
여기서, AE ES ,j 는 j 번째 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 나타내고, P t ES ,j 는 자동발전제어 신호의 t 번째 주기에서 j 번째 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치 출력 전력을 나타내고, T Cor 는 누적 에너지 해소 주기를 나타내고 단위는‘초’이며, T AGC 는 자동발전제어 신호의 주기를 나타내고 단위는 ‘초’이다.
전력계통의 자동발전제어에 참여하는 에너지 한정 자원용 발전자원들의 각 에너지 저장장치에 직전의 경제급전 신호 주기 동안에 누적된 에너지의 총합은 아래의 <수학식 4>를 통해 산출될 수 있다.
Figure 112012097709762-pat00005
여기서, AE ES 는 전력계통의 자동발전제어에 참여하는 에너지 한정 자원용 발전자원들의 각 에너지 저장장치에 누적된 에너지의 총합을 나타내고, AE ES ,j 는 j 번째 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 나타내고, n ES 는 자동발전제어에 참여하는 에너지 한정 자원용 발전자원들의 총 개수를 나타낸다.
직전의 경제급전 신호 주기 동안에 상기 j 번째 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 해소하기 위하여 자동발전제어 신호의 기준 발전량을 아래 <수학식 5>을 통해 산출할 수 있다.
Figure 112012097709762-pat00006
여기서, P BASE ,j 는 j 번째 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호의 기준 발전량을 나타내며, AE ES ,j 는 j 번째 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 나타내고, T Cor 는 누적 에너지 해소 주기를 나타내고 단위는‘초’이다.
본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템(200)의 전력계통제어부(220)는 에너지 한정 자원용 발전자원에 누적된 에너지를 해소하기 위하여 상기 <수학식 5>를 통해 산출할 수 있는 기준 발전량 정보를 포함하는 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호를 생성하는 누적에너지 해소보정을 수행할 수 있다.
다음으로 전력계통제어부(220)의 상기 누적에너지 보상보정을 통한 자체 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 신호 생성에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템(200)에서 경제급전 신호를 전송하는 주기에 맞추어 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 해소하는 경우, 상기 자체 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 신호는 아래의 <수학식 6>를 통해 산출되는 기준 발전량 정보를 포함하여 생성될 수 있다.
Figure 112012097709762-pat00007
여기서, P BASE ,i 는 i 번째 자체 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 신호의 기준 발전량을 나타내고, PED ,i 는 i 번째 자체 발전이 가능한 발전자원의 경제급전 전력을 나타내고, AE ES 는 전력계통의 자동발전제어에 참여하는 에너지 한정 자원용 발전자원들의 각 에너지 저장장치에 누적된 에너지의 총합을 나타내고, T Cor 는 누적 에너지 해소 주기를 나타내며 단위는‘초’이고, EPFi 는 i 번째 자체 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 참여 계수를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템(200)의 전력계통제어부(220)는 상기 누적에너지 해소보정으로 인하여 발생한 전력계통의 부하변동을 보상하기 위하여 상기 <수학식 5>를 통해 산출할 수 있는 기준 발전량 정보를 포함하는 자체 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 신호를 생성하는 누적에너지 보상보정을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템(200)은 전술한 상기 누적에너지 해소보정을 통해 경제급전 신호를 전송하는 주기에 맞추어 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 해소할 수 있으며, 전술한 상기 누적에너지 보상보정을 통해 전력계통의 부하를 일정하게 유지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템(200)의 상기 누적에너지 해소보정 및 상기 누적에너지 보상보정에 따른 자체 에너지 발전자원에 미치는 영향, 에너지 한정 자원용 발전자원의 누적 에너지 변화, 계통주파수에 미치는 영향을 각 도면을 이용하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호 및 경제급전 신호의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 나타낸 그래프는 자체 발전이 가능한 기존의 발전자원이 자동발전제어의 90%를 담당하고, 에너지 한정 자원용 발전자원이 자동발전 제어의 10%를 담당하는 경우의, 자동발전제어 신호 및 경제급전 신호의 일 예를 나타낸 것으로, 가로축은 시간을 나타내고 단위는 ‘초’이며, 세로축은 자동발전제어 신호 및 경제급전 신호를 나타내고 단위는 ‘MW’ 이다.
도 3에는 누적에너지 해소보정이 수행되지 않은 경우의 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호(301), 누적에너지 해소보정이 수행된 경우의 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호(302) 및 경제급전 신호(303)를 나타내고 있다.
도 3에서 나타낸 바와 같이, 경제급전 신호(303)의 주기는 약 300초이며, 약 20MW 내외로 변화한다. 상기 변화는 전체 계통 부하에 비하여 극히 작은 변화에 해당하여, 본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템(200)의 상기 누적에너지 해소보정 및 상기 누적에너지 보상보정이 수행되더라도 자체 발전이 가능한 기존의 발전자원에 거의 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 한정 자원용 발전자원의 누적 에너지 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 나타낸 그래프는 본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템(200)의 상기 누적에너지 해소보정을 통한 에너지 한정 자원용 발전자원의 누적 에너지 변화를 나타낸 것으로, 가로축은 시간을 나타내고 단위는 ‘초’이며, 세로축은 에너지 한정 자원용 발전자원에 누적된 에너지를 나타내고 단위는 ‘MWh’이다.
도 4에서 나타나는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템(200)은 경제급전 주기 마다 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 해소하는 누적에너지 해소보정을 수행함으로써 상기 에너지 한정 자원용 발전자원이 주파수 조정 능력을 유지할 수 있어 지속적으로 자동발전제어에 참여 할 수 있음을 알 수 있다.
상기 누적에너지 해소보정이 수행되지 않은 경우와 상기 누적에너지 해소보정이 수행된 경우의 에너지 한정 자원용 발전자원의 최대 방전 전력, 최대 충전 전력, 최대 방전 에너지, 최대 충전 에너지를 표를 이용하여 비교 설명한다.
아래의 표 1은 자체 발전이 가능한 발전자원이 자동발전제어의 90%를 담당하고, 에너지 한정 자원용 발전자원이 자동발전제어의 10%를 담당하는 경우의 최대 방전 전력, 최대 충전 전력, 최대 방전 에너지, 최대 충전 에너지를 나타낸다.
최대 방전 전력[MW] 최대 충전
전력 [MW]		 최대 방전
에너지 [MWh]		 최대 충전
에너지 [MWh]
무보정 67.6 59.15 4.99 27.35
300초 보정 79.71 59.15 2.07 2.14
상기 표 1을 참조하면, 상기 에너지 한정 자원용 발전자원은 상기 누적에너지 해소보정이 수행되지 않은 경우 약 70MW 의 출력 전력과 약 28MWh의 용량의 에너지 저장장치가 요구됨에 반하여, 상기 누적에너지 해소보정이 300초 주기로 수행된 경우 약 80MW의 출력 전력과 약 2MWh 가량의 용량을 갖는 에너지 저장장치가 요구됨을 알 수 있다.
상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템(200)의 누적에너지 해소보정을 통해 자동발전제어에 참여하는 에너지 한정 자원용 발전자원의 필요 에너지 밀도를 큰 폭으로 낮출 수 있어 상기 에너지 한정 자원용 발전자원을 지속적으로 자동발전제어에 참여 시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예와 관련된 계통주파수 변화의 일 예를 설명하기위한 도면이다.
도 5는 자체 발전이 가능한 발전자원만 전력계통의 자동발전제어에 참여한 경우의 계통주파수(501)와 자체 발전이 가능한 발전자원이 자동발전제어의 90%를 담당하고 에너지 한정 자원용 발전자원이 자동발전제어의 10%를 담당한 경우의 계통주파수(502)를 나타낸 도면으로, 가로축은 시간을 나타내고 단위는 ‘초’이며, 세로축은 계통주파수를 나타내고 단위는 ‘Hz’ 이다.
상기 자체 발전이 가능한 발전자원이 자동발전제어의 90%를 담당하고 에너지 한정 자원용 발전자원이 자동발전제어의 10%를 담당한 경우의 계통주파수(502)는 본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템(200)의 누적에너지 해소보정 및 누적에너지 보상보정이 수행된 경우의 계통주파수 변화를 나타낸 것이다.
도 5에서 나타나는 바와 같이, 자체 발전이 가능한 발전자원만 전력계통의 자동발전제어에 참여한 경우의 계통주파수(501)와 에너지 한정 자원용 발전자원도 자동발전제어에 참여한 경우의 계통주파수(502)를 비교 했을 때 계통주파수 변화에 큰 차이가 없어 본 발명의 실시예에 따른 계통운영시스템(200)의 누적에너지 해소보정 및 누적에너지 보상보정이 수행되더라도 계통주파수에 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 전력계통의 설비들로부터 전력계통 데이터를 수집하는 단계; 및
    상기 전력계통 데이터로부터 자동발전제어에 참여하는 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 산출하고, 경제급전 주기마다 상기 누적된 에너지를 해소하기 위한 자동발전제어 신호를 생성하는 단계;
    를 포함하는, 자동발전제어 신호 생성 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호는 상기 누적된 에너지를 해소하기 위한 자동발전제어 신호를 생성하며,
    자체 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 신호는 상기 누적된 에너지를 해소하는 과정에서 발생하는 부하 변동을 보상하기 위한 자동발전제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 자동발전제어 신호 생성 방법.
  4. 전력계통의 설비들로부터 전력계통 데이터를 수집하고 상기 전력계통 설비들을 제어하는 전력계통감시부; 및
    상기 전력계통 데이터로부터 자동발전제어에 참여하는 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 산출하고, 경제급전 주기마다 상기 누적된 에너지를 해소하기 위한 자동발전제어 신호를 생성하는 전력계통제어부; 를 포함하는, 계통운영시스템.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전력계통제어부는,
    상기 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호는 상기 누적된 에너지를 해소하기 위한 자동발전제어 신호를 생성하며,
    자체 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 신호는 상기 누적된 에너지를 해소하는 과정에서 발생하는 부하 변동을 보상하기 위한 자동발전제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 계통운영시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전력계통제어부는,
    상기 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호를 아래의 수학식을 통해 산출되는 기준 발전량 정보를 포함하여 생성하는 것을 특징으로 하는, 계통운영시스템.
    Figure 112012097709762-pat00008

    여기서 P BASE ,j 는 j 번째 에너지 한정 자원용 발전자원의 자동발전제어 신호의 기준 발전량을 나타내고, AE ES ,j 는 j 번째 에너지 한정 자원용 발전자원의 에너지 저장장치의 누적 에너지를 나타내고, T Cor 는 누적 에너지 해소 주기를 나타내고 단위는‘초’이다.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 전력계통제어부는,
    상기 자체 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 신호를 아래의 수학식을 통해 산출되는 기준 발전량 정보를 포함하여 생성하는 것을 특징으로 하는, 계통운영시스템.
    Figure 112012097709762-pat00009

    여기서, P BASE ,i 는 i 번째 자체 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 신호의 기준 발전량을 나타내고, P ED ,i 는 i 번째 자체 발전이 가능한 발전자원의 경제급전 전력을 나타내고, AE ES 는 자동발전 제어에 참여하는 한정 자원용 발전자원들의 각 에너지 저장장치에 누적된 에너지의 총합을 나타내고, T Cor 는 누적 에너지의 해소 주기를 나타내며 단위는 ‘초’이고, EPF i 는 i 번째 자체 발전이 가능한 발전자원의 자동발전제어 참여 계수를 나타낸다.
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