KR101529296B1 - 에너지 저장장치가 포함된 배전계통의 구간부하 계산방법 - Google Patents

에너지 저장장치가 포함된 배전계통의 구간부하 계산방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구간부하계산방법에 관한 것으로, 배전선로상의 자동화 개폐기를 경계로 구간을 분류하는 단계, 분류된 각 구간에 대하여 전력손실을 이용한 조류계산을 수행하여 각 구간의 모선 전압을 산출하는 단계, 산출된 각 구간의 모선 전압과 대응되는 구간에서 측정된 전류값을 곱하여 각 구간의 최종 모선 전력을 산출하는 단계 및 산출된 각 구간의 최종 모선 전력을 이용하여 각 구간의 구간부하를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

에너지 저장장치가 포함된 배전계통의 구간부하 계산방법{Method for Section Load Calculation in Distribution Networks Including Energy Storage Systems}
본 발명은 에너지 저장장치가 포함된 배전계통의 구간부하 계산방법에 관한 것이다.
배전계통은 원격제어가 가능한 자동화 개폐기 (automatic switches)와 원격제어가 불가능한 수동개폐기 (manual switches)가 혼재되어 운영되고 있다.
배전계통을 제어하는 제어실 (control center) 내에서는 자동화 개폐기를 통해 전류, 전압 등이 관측가능하며, 자동화 개폐기의 On/Off 조작으로 수용가의 전원공급 및 차단이 가능하게 한다.
배전계통에서 사용되는 자동화 개폐기에서 원격으로 관측되는 것들은 On/Off 상태와 전류 및 전압의 크기이다. On/Off 상태 정보와 전류 크기 정보는 측정 신뢰도가 매우 높으나, 전압 크기 정보는 측정 신뢰도가 매우 낮아서, 실제로는 On/Off 상태 정보와 전류 크기 정보만을 배전계통 운영에 사용할 수 있는 것이 현실이어서, 실제 운영에 있어 많은 제약이 존재한다.
전압 크기 관측 데이터의 신뢰도가 낮은 이유는 자동화 개폐기 장치와 함께 설치되는 전압 측정기기 (potential transformer, PT)의 변압 비 (ratio)가 전류 측정기기 (current transformer, CT)의 변류 비에 비해 약 60배 정도 커서 전압 측정기기에서 발생하는 오차도 함께 커지기 때문이다.
현재 배전계통 운영에서는 자동화 개폐기로 측정된 전압 정보를 배제하여 운전하므로, 배전선로에서 구간부하 (section load)를 계산하는데 어려움을 겪고 있어 배전설비의 신증설과 같은 배전계획 수립에도 장애로 작용하고 있다.
종래에는 구간부하를 계산하기 위한 방법으로, 구간 시작 부분과 구간 끝 부분에 있는 자동화 개폐기에서 관측된 전류값에 단순히 공칭전압 크기 (예: 22.9kV 선간전압, 또는 13.22kV 상전압)를 각각 곱하여 나온 전력량의 차를 이용하였다.
이러한 특허기술로 한국등록특허 제10-1132015호가 있으나, 배전선로에서 전압강하가 반드시 발생하므로, 모든 구간 내의 전압이 같다는 가정 하에 구간부하를 계산하는 것은 정확성이 매우 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 배전계통 계획 및 운영을 위해 구간부하를 정확하게 계산할 수 있는 방법이 필요하다.
1. 한국등록특허 제10-1132015호
본 발명은 배전선로 상의 자동화 개폐기를 경계로 구분된 각 구간 내의 자동화 개폐기의 전류 측정값을 이용하여 미지의 부하소비전력을 산정하고, 이를 이용해 배전계통의 조류 계산을 수행하는 과정을 반복 수행함으로써 부하배분이 합리적으로 이뤄지도록 보정하여 모선 전압을 정확하게 산출하고, 계산된 모선 전압을 이용하여 각 구간의 구간부하를 산출할 수 있는 구간부하계산방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 구간부하계산방법은 배전선로상의 자동화 개폐기를 경계로 구간을 분류하는 단계, 상기 분류된 각 구간에 대하여 전력손실을 이용한 조류계산을 수행하여 각 구간의 모선 전압을 산출하는 단계, 상기 산출된 각 구간의 모선 전압과 대응되는 구간에서 측정된 전류값을 곱하여 각 구간의 최종 모선 전력을 산출하는 단계 및 상기 산출된 각 구간의 최종 모선 전력을 이용하여 각 구간의 구간부하를 산출하는 단계를 포함하며, 모선 전압 산출단계 내지 구간부하 산출단계는 상기 분류된 구간별로 반복 수행될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 구간부하계산방법은 배전계통의 실제 운영에 있어서 배전선로 상의 유효전력과 무효전력에 관한 정보가 거의 없으므로 변전소의 인출값과 일부 모선의 측정에 의한 기지값들을 반영하여 미지의 부하소비전력를 산정하고, 이를 이용해 배전계통의 조류 계산을 수행하는 과정을 반복 수행함으로써 부하배분이 합리적으로 계산되어 보정될 수 있는 효과가 있다.
또한, 손실함수와 개별 전압의 편차가 허용 수준에 이를 때까지 반복 계산하여 전력 수급 조건을 만족시킬 수 있고, 그에 대한 부하전력 배정계수를 구하게 되어 미지의 부하소비전력의 배분이 합리적으로 수행될 수 있어 배전 계통의 손실이 계산되며, 또한 부하 배분을 반영하여 정확한 조류 계산 알고리즘을 수행한 후 그에 대한 수리적인 해석 결과를 토대로 배전계통의 현재 상태를 정확히 파악하여 현 상태의 문제점 및 위반 상황을 확인하고, 발견된 제반사항을 해소하여 합리적으로 운영될 수 있다.
또한, 배전선로상의 자동화 개폐기를 경계로 구간을 분류하고, 각 구간에 대하여 전력손실을 이용한 조류계산을 수행하여 각 구간의 모선 전압을 산출하고, 산출된 모선전압을 이용하여 각 구간의 전원측(source side) 전력 및 싱크측(sink side) 전력을 산출함으로써, 각 구간의 부하를 정확하게 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 구간부하계산은 각 구간을 이진트리(binary tree)로 구조화함으로써 노드 단위로 분산된 계산을 수행할 수 있어 조류계산과 같은 복잡한 알고리즘 연산시 효율성을 높일 수 있다.
또한, 각 구간의 부하를 정확하게 산출함으로써, 배전계통 또는 마이크로그리드의 전압계산, 전압강하, 과전압, 에너지 손실 개선, 과부하 해소 및 부하절체에 활용할 수 있다.
특히, 부하 절체를 수행하기 전에 구간부하의 크기를 정확히 산정한 후 절체 업무를 수행할 수 있어 사고저감 등 배전계통의 안정화에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 구간부하 계산방법을 설명하기 위한 배전선로를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 배선선로 상의 분류된 구간을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 각 구간의 구간부하 계산방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 분류된 구간을 이진트리로 구조화한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 구간부하 계산방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 도 5의 초기화 단계 및 모선전압 산출단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 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 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 에너지 저장 장치를 포함하는 배선계통의 구간부하 계산방법에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어, 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 종래 주지된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 구간부하 계산방법을 설명하기 위한 배전선로를 도시한 도면이다. 본 발명의 배선선로는 일실시 예로 도 1과 같이 도시될 수 있다. 도 1에 따르면, 배선선로는 배전 변전소에서 차단기(CB)를 통해 인출되는 형태이며, 자동화 개폐기와 수동화 개폐기 및 수용가를 포함할 수 있다. 여기서, 수용가는 전력을 소모하는 일반 부하 및 에너지저장장치(BESS: Battery Energy Storage System)로 구성될 수 있다.
여기서, 배선선로를 제어하는 한전 본부나 제어실 내에서는 자동화 개폐기를 통해 전류, 전압 등이 관측가능하고 자동화 개페기의 온/오프를 제어하여 수용가의 전원공급 및 차단을 수행할 수 있다. 이에 따라, 배선선로 상에서 자동화 개폐기를 경계로 구간을 분류하고(S110), 각 구간의 구간부하를 측정함으로써 배선선로의 구간부하를 정확하게 측정할 수 있다.
도 2는 도 1의 배선선로 상의 자동화 개폐기를 경계로 분류된 각 구간을 나타내고 있다. 도 2에 따르면, 배전변전소의 차단기(CB)를 시작으로 제1자동화 개폐기까지를 구간1로 분류하고, 제1자동화 개폐기를 시작으로 다음 자동화 개폐기까지를 구간2로 분류하였다. 동일한 방법으로 구간3 내지 구간5도 분류될 수 있다.
도 2와 같이 분류된 각 구간을 살펴보면, 도 3과 같이 전원-부하-싱크 모델로 고안될 수 있다. 여기서, A는 전원(source)으로, 구간의 시작 부분으로서 전력을 공급하는 부분이 될 수 있다. 또한, B는 싱크(sink)로, 구간의 끝 부분으로서 전력을 흡수하는 부분이 될 수 있다. 한편, 싱크는 구간에서 적어도 하나 이상이 될 수 있다. 또한, C1 및 C2는 부하가 될 수 있다.
또한, Ss는 전원측 전력이며, is는 전원측에서 흐르는 전류로서 해당 자동화 개폐기에서 측정될 수 있다. 또한, SL은 부하소비전력(부하에서 소비된 전력)이며, SK는 싱크측에 흡수된 전력이며, iK는 싱크측에서 흐르는 전류로서 해당 자동화 개폐기에서 측정될 수 있다.
본 발명의 구간부하 계산은 전원-부하-싱크 모델을 이용하여 각 구간의 구간부하를 산출할 수 있으며, 구간부하의 산출 전 시스템 초기치를 설정하는 초기화 단계를 수행할 수 있다(S120).
배전계통의 상태파악을 위해서는 조류계산이 수행되어야 하는데, 배전계통에서는 부하의 유효전력과 무효전력에 대한 정보가 거의 없는 편이다. 그러나 변전소의 인출값과 일부 모선의 측정에 의한 기지(旣知) 값들을 반영하면 미지 모선의 부하(부하소비전력)를 산정할 수 있게 된다. 시스템의 초기지 설정은 다음과 같다.
배전계통에서는 하기한 정보들을 기지값으로 사용한다.
˚ 변전소의 전압크기 및 위상각 (
Figure 112014121805994-pat00001
,
Figure 112014121805994-pat00002
), 유효 및 무효 전력(P, Q)-변전소 모선(차단기(CB))은 발전 모선으로 취급
˚ 모든 부하모선의 역률(
Figure 112014121805994-pat00003
) - 역률이 주어지지 않으면 0.9 지상을 가정
˚모든 모선 전류(iS, ik)는 정확하게 측정된 값을 가짐
이와 같이, 알고있는 값들과 부하산정 결과를 이용해 배전계통 조류계산을 수행할 수 있는데 이러한 절차를 반복하여 수행하면 부하배분이 합리적으로 계산되어 구간의 모선전압을 정확하게 예측할 수 있다.
먼저, 부하 배분을 위한 부하 배분 알고리즘은 하기한 수학식 1로 표현될 수 있는 손실 함수(
Figure 112014121805994-pat00004
)를 이용하여 계산한다. 이때, 손실함수는 각 구간별로 산출될 수 있다.
Figure 112014121805994-pat00005
여기서, SLoss 는 구간 내에서의 전력손실, SS는 구간의 시작 부분인 전원측에 공급된 전원측 전력, SLC는 구간 내 선로에 충전된 전력, SK는 구간의 끝부분인 싱크측에 흡수된 싱크측 전력, SL은 부하에서 소비된 전력이 될 수 있다.
배전 계통의 정확한 손실을 알 수 없어 그에 따른 부하 배분이 어려우므로 반복 계산에 의해 계통의 손실이 계산되도록 부하를 배분하는 방법을 적용하고, 정확한 부하 배분을 위해 조류 계산을 수행하면 미지 부하에 대한 부하 배분이 보정되게 할 수 있다. 부하 배분 알고리즘은 도 5와 같이 크게 초기화 단계와 반복계산 단계로 구분될 수 있는데, 먼저 초기화 단계에서는 기지값 데이터를 입력하고(S121), 배전 계통의 Ybus 행렬을 구성하고(S122), 시스템 초기치를 설정(S123)한 후에 전압원만에 의한 무부하 전압(
Figure 112014121805994-pat00006
)을 수학식 2를 이용해 계산할 수 있다(S124).
Figure 112014121805994-pat00007
이때, 상기 시스템 초기치를 설정하는 단계에서는 총 공급전력으로서 변전소의 주입전력을 하기한 수학식 3과 같이 설정한다.
Figure 112014121805994-pat00008
그리고, 변전소의 전압은 기지값(1.0pu)으로 부하 모선의 전압은 1.0pu로 설정하고, 미지 부하전력은 수학식 4과 같이 부하 용량으로 설정하며, 부하 배분을 위한 유효전력 배경계수(
Figure 112014121805994-pat00009
) 및 무효전력 배정계수(
Figure 112014121805994-pat00010
)를 1로 설정한다.
Figure 112014121805994-pat00011
상기와 같이 시스템 초기치가 설정되면, 분류된 각 구간의 모선전압을 산출하여 구간부하를 산출할 수 있다. 이때 구간부하는 도 4의 이진트리 구조에 따른 노드 순회법으로 순차적으로 각 노드(구간)에 대한 구간부하를 산출할 수 있다.
여기서, 이진트리는 배전 변전소의 차단기에서 첫 번째 자동화 개폐기까지의 구간을 루트 노드로 설정하고, 상기 루트 노드를 기준으로 자식 노드는 왼쪽, 형제 노드는 오른쪽으로 설정된 구조를 가질 수 있다.
이에 따라, 구조화된 배선선로의 이진트리는 도 4와 같이 도시될 수 있다. 여기서, 1은 루트 노드(구간1)이며, 2는 1의 자식노드(구간2), 3과 4는 2의 형제노드(각각 구간3, 구간4), 5는 3의 자식노드(구간5) 및 6은 5의 형제노드(구간6)로 구분될 수 있다. 즉, 구간부하계산은 노드1 부터 노드6까지 이진트리 순회방법 (전위순회 또는 후위순회)으로 산출될 수 있다.
구간부하계산은, 다음과 같은 단계를 통해 산출될 수 있다.
분류된 각 구간에 대하여 전력손실을 이용한 조류계산을 수행하여 각 구간의 모선 전압을 산출할 수 있다. 이때, 구간1(노드1)에 대한 모선 전압 산출 후 대응하는 최종 모선 전력이 산출되고 구간1의 구간 부하가 산출되면 구간2(노드2)에 대한 모선 전압을 산출할 수 있다. 구간3 내지 구간6(노드6)도 동일하게 수행될 수 있다.
전압 모선 산출방법은 도 6의 반복계산 단계를 통해서 산출될 수 있다. 여기서, 반복 계산 단계는 크게 부하 배분을 수행하는 단계(S131), 조류 계산을 수행하는 단계(S132), 및 편차를 확인하여 수렴 여부를 판정하는 단계(S133 내지 S135)의 소단계로 구성된다.
도 6에 따르면, 전력손실 함수를 이용하여 계통손실이 계산되도록 부하 배분을 수행할 수 있다(S131). 구체적으로 부하 배분은 다음과 같이 수행될 수 있다.
부하 배분을 수행하는 단계는, 미지의 부하소비전력을 수학식 5와 같이 설정한다.
Figure 112014121805994-pat00012
Figure 112014121805994-pat00013
그리고, 수학식 6과 같이 모선 전력을 계산한 후에 수학식 7로 표현되는 손실함수를 계산한다.
Figure 112014121805994-pat00014
Figure 112014121805994-pat00015
이때, 상기 손실함수 계산은 변전소를 전압원으로 두고, 부하전력을 등가 주입전류원으로 변환하여 전압값을 계산하므로, 전압원과 전류원을 각각 활성화했을 때의 수학식 2 및 수학식 8을 합성하면 수학식 9와 같이 된다.
Figure 112014121805994-pat00016
Figure 112014121805994-pat00017
결국, Ybus 행렬과 정해진 V의 곱은 주입전류(I)가 되므로 주입전력 S는 수학식 10과 같이 되고, 전 모선의 주입전력을 계산하여 모든 모선의 주입전력을 합하면 상기 수학식 7과 같이 계통의 총 손실이 된다.
Figure 112014121805994-pat00018
이렇게 손실 함수를 계산한 후에는 부하전력 배정계수를 계산한다.
상기 수학식 1에서 부하의 총 전력은 수학식 11 및 수학식 12와 같이 유효 전력과 무효 전력으로 구분하여 나타낼 수 있다.
Figure 112014121805994-pat00019
Figure 112014121805994-pat00020
여기서,
Figure 112014121805994-pat00021
은 각각 부하의 총 유효 및 무효 전력이고,
Figure 112014121805994-pat00022
는 i번째 모선의 유효 및 무효 전력이다.
미지의 부하 모선에 대해 부하의 정격 용량에 일정하게 비례하도록 각각의 계수를 두어 다음 수학식 13 및 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014121805994-pat00023
Figure 112014121805994-pat00024
여기서,
Figure 112014121805994-pat00025
는 각각 부하 전력을 모르는 i번째 모선의 정격 유효전력과 정격 무효전력이고,
Figure 112014121805994-pat00026
는 각각 부하 전력을 모르는 i번째 모선의 유효전력 배정계수와 무효전력 배정계수이다.
미지의 부하소비전력이 배정계수가 모두 같다고 가정하면, 상기 수학식 13과 수학식 14는 수학식 15 및 수학식 16과 같이 1개의 유효전력 배정계수와 1개의 무효전력 배정계수로 나타낼 수 있다.
Figure 112014121805994-pat00027
Figure 112014121805994-pat00028
단,
Figure 112014121805994-pat00029
는 부하 배분을 위한 유효전력 배정계수 및 무효전력 배정계수이다.
상기 수학식 1을 이용하면 하기한 수학식 17 및 수학식 18과 같이 유효전력 배정계수와 무효전력 배정계수를 구할 수 있다.
Figure 112014121805994-pat00030
Figure 112014121805994-pat00031
여기서, Ps 및 Qs는 전원측 공급전력의 유효전력과 무효전력이며, PLC 및 QLC는 구간 내 충전 전력의 유효전력과 무효전력이며, Pk 및 Qk는 싱크측(구간의 끝부분)에 흡수된 전력의 유효전력과 무효전력이고, Ploss 및 Qloss는 구간 내 유효전력 손실과 무효전력 손실이다.
이렇게 구한 배정계수를 모든 미지 부하 모선에 적용하면 수학식 19와 같이 유효전력과 무효 전력을 배분할 수 있게 된다.
Figure 112014121805994-pat00032
Figure 112014121805994-pat00033
다음으로, 부하 배분을 반영하여 조류 계산을 수행할 수 있다(S132). 구체적으로 조류 계산은 다음과 같이 수행될 수 있다.
조류 계산은 부하 모선의 주입 전류(
Figure 112014121805994-pat00034
)를 수학식 20을 이용해 계산하고, 전류원에 의한 전압을 상기 수학식 8을 이용해 계산한 후에 각 계산된 전압 결과를 수학식 21과 같이 합성한다.
Figure 112014121805994-pat00035
Figure 112014121805994-pat00036
다음으로, 조류계산에서 예측된 모선 전압을 이용하여 전력손실을 재계산할 수 있다(S133).
다음으로, 재계산된 전력손실과 부하 배분 단계(S131) 수행시 이용한 이전의 전력손실 사이의 편차가 허용 편차 내에 있는지 판단하여 해당구간의 모선 전압을 결정할 수 있다(S134).
구체적으로, 예측된 모선 전압과 부하 배분시 산출된 모선전력의 편차가 허용 편차 내에 있으면 예측된 모선 전압을 해당구간의 모선 전압으로 결정할 수 있다. 한편, 예측된 모선 전압과 부하 배분시 산출된 모선전력의 편차가 허용 편차를 벗어나면, 각 구간의 모선 전압을 산출하는 단계(반복계산단계)를 반복수행할 수 있다
상기 모선 전압 산출단계에 의해, 구간1의 싱크측 모선전압이 결정되면, 산출된 구간의 모선 전압과 대응되는 구간에서 측정된 전류값을 곱하여 각 구간의 최종 모선 전력을 산출할 수 있다(S140).
다음으로, 산출된 각 구간의 최종 모선 전력을 이용하여 각 구간의 구간부하를 산출할 수 있다(S150). 이때, 구간1의 전원측 전력값(차단기(CB) 전력값)은 이미 알고 있는 값이므로, 구간1의 구간부하는 이미 알고 있는 전원측 전력값(Ss1)과 S150에서 산출된 구간1의 싱크측 전력값(Sk1)의 차이를 산출하여 구할 수 있다.
한편, S150단계 이후 산출된 구간부하(구간p)가 끝 구간의 구간부하인지 판단(이진트리 순회방법을 이용 : 전위 및 후위 순회)하여(S160), 끝 구간이 아니면 S130단계로 돌아가 다음 구간(구간c)에 대한 구간부하를 산출할 수 있다. 이때, 부모노드(구간P)의 싱크측 모선전압(Vk)은 자식노드(구간c)의 전원측 모선전압(Vs)이 되고, 자식노드(구간c)의 전원측 전력은 Ss=Vs·Is 으로 산출될 수 있다(S170).
즉, S150단계에서 구간1의 구간부하를 산출한 이후, S170단계에서 구간1의 싱크측 모선전압(Vk1)은 구간2, 3, 4의 전원측 모선전압으로 취할 수 있다(즉, Vs2=Vs3=Vs4=Vk1)으며, 구간2, 3, 4의 전원측 전력(각각 Ss2, Ss3, Ss4)은 각 구간의 전원측 모선전압과 자동화 개폐기에서 측정된 전류값 (각각 Is2, Is3, Is4)을 각각 곱하여 계산될 수 있다 (즉, Ss2=Vs2Is2, Ss3=Vs3Is3, Ss4=Vs4Is4). 구간 2, 3, 4에 대해서도 전원측 전력이 설정되었으므로, 각 구간에 대해 S130단계 내지 S150을 통해 각각 구간부하를 산출할 수 있다. 동일한 방법으로 마지막 구간까지 구간부하를 산출할 수 있으며, 이에 따라 자동화개폐기를 경계로 분류된 각각의 구간에 대한 구간부하를 모두 정확하게 산출할 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 배전선로상의 자동화 개폐기를 경계로 구간을 분류하는 단계;
    상기 분류된 구간을 이진 트리의 노드로 구조화하는 단계;
    상기 분류된 각 구간에 대하여 전력손실을 이용한 조류계산을 수행하여 각 구간의 모선 전압을 산출하는 단계;
    상기 산출된 각 구간의 모선 전압과 대응되는 구간에서 측정된 전류값을 곱하여 각 구간의 최종 모선 전력을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 각 구간의 최종 모선 전력을 이용하여 각 구간의 구간부하를 산출하는 단계를 포함하며,
    모선 전압 산출단계 내지 구간부하 산출단계는 상기 분류된 구간별로 반복 수행되며,
    상기 이진 트리는,
    배전 변전소의 차단기에서 첫 번째 자동화 개폐기까지의 구간을 루트 노드를 시작으로 하여 상기 루트 노드를 기준으로 자식 노드는 왼쪽, 형제 노드는 오른쪽으로 설정된 구조를 가지며,
    상기 모선 전압 산출단계 내지 구간부하 산출단계는 상기 이진트리의 순회방법으로 수행하여 구간 단위(노드 단위)로 계산되게 하는 것을 특징으로 하는 구간부하 계산방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 구간의 모선 전압을 산출하는 단계는,
    전력손실 함수를 이용하여 계통손실이 계산되도록 부하 배분을 수행하는 단계;
    상기 부하 배분을 반영하여 조류 계산을 수행하는 단계;
    상기 조류계산에서 예측된 모선 전압을 이용하여 전력손실을 재계산하는 단계; 및
    상기 재계산된 전력손실과 상기 부하 배분 수행시 이용한 이전의 전력손실 사이의 편차가 허용 편차 내에 있는지 판단하여 해당구간의 모선 전압을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구간부하 계산방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모선 전압을 결정하는 단계는,
    상기 편차가 허용 편차 내에 있으면 상기 예측된 모선 전압을 해당구간의 모선 전압으로 결정하는 단계; 및
    상기 편차가 허용 편차를 벗어나면, 상기 각 구간의 모선 전압을 산출하는 단계를 반복수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구간부하 계산방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 부하 배분을 수행하는 단계는,
    (a)하기 수학식을 이용해 부하소비전력(PLi, QLi)을 설정하는 단계;
    Figure 112015016583069-pat00037

    Figure 112015016583069-pat00038

    여기서, α 및 β는 부하 배분을 위한 유효전력 배정계수 및 무효전력 배정계수이고, PBi 및 QBi는 부하소비전력을 모르는 i번째 모선의 정격 유효전력과 정격 무효 전력임.
    (b)하기 수학식을 이용해 모선 전력을 산출하는 단계;
    Figure 112015016583069-pat00039

    여기서, I는 모선 주입전류이고, V는 모선 전압이며, S는 모선전력이며, Ybus는 상기 배전선로에서 분류된 해당 구간의 모선 어드미턴스 행렬임.
    (c)하기 수학식을 이용해 손실전력을 계산하는 단계;
    Figure 112015016583069-pat00040

    여기서, Sloss는 구간의 총 손실전력이며, Ploss 및 Qloss는 구간의 총 손실의 유효전력과 무효전력임.
    (d)하기 수학식을 이용해 유효전력 배정계수와 무효전력 배정계수를 산출하는 단계;
    Figure 112015016583069-pat00041
    ,
    Figure 112015016583069-pat00042

    여기서, Ps 및 Qs는 전원측 공급전력의 유효전력과 무효전력이며, PLC 및 QLC는 구간 내의 충전 전력의 유효전력과 무효전력이며, Pk 및 Qk는 싱크측(구간의 끝부분)에 흡수된 전력의 유효전력과 무효전력이고, Ploss 및 Qloss는 구간 내 유효전력 손실과 무효전력 손실임.
    (e)상기 부하소비전력(PLi, QLi)을 배분하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구간부하계산방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구간부하 계산방법은,
    상기 모선 전압 산출단계 이전에,
    상기 배전선로에서 분류된 해당구간의 모선 어드미턴스 행렬인 Ybus 행렬을 구성하고 시스템 초기치를 설정한 후에 전압원만에 의한 무부하 전압(VNL)을 계산하는 초기화 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구간부하계산방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시스템 초기치를 설정하는 단계는,
    변전소의 주입전력을 구간1의 공급전력으로 설정하는 단계;
    변전소의 전압은 기지값으로 부하 모선의 전압을 1.0pu로 설정하는 단계;
    미지값인 부하소비전력을 부하 용량으로 설정하는 단계; 및
    부하 배분을 위한 유효전력 배정계수, 무효전력 배정계수를 1로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구간부하계산방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 조류 계산을 수행하는 단계는,
    부하모선의 주입전류(
    Figure 112014121805994-pat00043
    )를 산출하는 단계;
    전류원에 의한 전압(
    Figure 112014121805994-pat00044
    )을 산출하는 단계; 및
    전압 결과를 합성(
    Figure 112014121805994-pat00045
    )하여 모선전압을 예측하는 단계를 포함하며,
    상기 조류계산은 상기 각 구간 별로 수행되는 것을 특징으로 하는 구간부하계산방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 최종 모선 전력을 산출하는 단계는,
    상기 조류계산에 의해 모선전압이 결정되면, 결정된 모선 전압을 이용하여 해당구간의 싱크측 전력(Sk:구간의 끝부분에 흡수되는 전력)을 산출하고, 산출된 싱크측 모선 전압(Vk)을 다음 자식노드에 해당하는 구간들의 전원측 모선전압(Vs)으로 취하고 각 자식노드에 대응하는 구간에서 측정된 전류값(Is)을 곱하여 전원측 전력(SS=VsIs: 구간의 시작부분에 공급되는 전력)으로 이용되는 것을 특징으로 하는 구간부하 계산방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 각 구간의 부하는,
    상기 각 구간의 전원측 전력(Ss)과 싱크측 전력(Sk)의 차이값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 구간부하 계산방법.
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