KR101585282B1 - 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치 및 그 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 FACTS 기기(STATCOM, SVC 등)와 조상설비(Sh.R, Sh.C)를 협조제어하여 전력계통의 모선전압을 적정한 범위로 유지하는 동시에 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치는, 제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref), 무효전력예비력의 값(Qrev) 및 변전소 내의 변전설비의 상태정보를 입력받는 입력부; 제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref), 무효전력예비력의 값(Qrev) 및 변전소 내의 변전설비의 상태정보를 이용하여 FACTS 기기 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)에 대한 제어값을 연산하는 연산부; 변전설비의 상태정보로부터 전력계통의 고장여부를 판단하여 연산부에서 연산된 FACTS 기기 및 조상설비에 대한 제어값으로 FACTS 기기와 조상설비를 제어할 것인가 여부를 결정하는 판단부; 및 판단부의 결정에 따라, 전력계통의 정상 시 FACTS 기기와 조상설비에 각각 FACTS 기기 및 조상설비에 대한 제어값을 제공하고, 전력계통의 고장 시 FACTS 기기가 독립하여 제어되도록 하는 제어부를 포함한다.

Description

순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치 및 그 방법{REACTIVE POWER DISPATCH CONTROL DEVICE AND METHO FOR RESERVING SECURE REACTIVE POWER}
본 발명은 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치 및 그 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 FACTS 기기(STATCOM, SVC 등)와 조상설비(Sh.R, Sh.C)를 협조제어하여 전력계통의 모선전압을 적정한 범위로 유지하는 동시에 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
전기의 수요와 공급은 발전소, 변전소 및 부하를 송전선으로 연결함으로써 전력의 발생에서 소비까지 일체화된 하나의 시스템으로서의 ‘전력계통’에 의해 이루어진다. 이러한 전력계통은 전력의 발생과 소비의 동질성으로 수요와 공급이 평형을 이루어야 하기 때문에 전력수요의 감시가 지속적으로 요구된다. 초기의 소규모 전력계통에서는 전력수요의 감시가 용이하였으나, 산업의 점차적인 고도화, 정보화로 전력수요가 증가하는 한편, 신재생에너지를 이용한 발전 또한 증가함에 따라 전력설비 역시 대규모화, 복잡화됨으로써 지금까지 수행되어 왔던 인위적인 방법으로는 이전보다 복잡해진 전력계통을 효과적으로 운용하는데 한계에 도달하였다. 이에 컴퓨터로 정보를 수집, 처리, 분석 및 제어하는 기능과 통신기능을 응용하여 전력계통 운용업무를 효율적으로 수행할 수 있도록 하기 위한 종합적인 전력설비의 자동화가 급속히 추진되고 있다.
여기서, 병렬형 FACTS 기기는 전력계통에 신속하게 무효전력을 공급하기 위한 설비로써, 전력계통의 모선전압 및 안정도를 향상시키는 역할을 수행한다. 이와 같이 모선전압 향상을 위한 전력설비로는 FACTS 기기 이외에도 변압기의 탭, 직/병렬 커패시터, 리액터 등이 있지만, 이러한 설비들이 개별적으로 운전되는 경우 다양한 문제들이 유발될 수 있다. 예를 들어, 전력시스템의 고장으로 인하여 모선전압이 기준치 이하로 저하되었을 때, 무효전력 공급원들이 상호 간의 협조제어가 없이 동시에 운전되는 경우에는 무효전력의 과보상으로 인하여 순간적으로 모선전압이 상승할 수 있으며, 이에 따라 전력계통의 부하의 증가가 유발되어 전력계통의 무효전력 수요가 증가하게 된다. 일반적으로 전압안정도를 평가하기 위한 지수로는 유효전력 여유, 무효전력 여유, 무효전력예비력, 모선전압 등이 사용되고 있다.
현재 우리나라의 전력계통에서는 상대적으로 저가(低價)의 비수도권의 발전전력을 활용하고자 함에 있어서 수도권의 융통전력이 전압안정도의 문제로 인하여 제약을 받는 현상이 발생하고 있다. 또한 이와 같은 수도권의 융통전력은 전력계통에 대한 경제적 운영 여부의 척도로 활용되기도 한다. 이에 전력계통의 계획 및 운영 측면에서 가장 효과적인 전압안정도 향상 방안은 적정한 무효전력을 투입하는 방안과 부하를 차단하는 방안이 있지만, 이 중 전압안정성의 유지를 위해 실질적으로 취할 수 있는 방안은 무효전력원의 투입이다. 그러한 이유로 적정한 범위 내로 모선전압을 유지하기 위해, 변전소 내의 STATCOM, SVC 등과 같은 병렬형 FACTS 기기와 분로 리액터(Sh.R: Shunt Reactor) 또는 분로 콘덴서(Sh.C: Shunt Capacitor)와 같은 조상설비를 설치한다. 병렬형 FACTS 기기는 적정한 모선전압을 유지하기 위해 자동으로 무효전력 공급을 공급하며, 전력계통의 고장 시에는 전압의 붕괴를 막기 위해 순동무효전력을 공급한다. 이러한 병렬형 FACTS 기기가 적정한 모선전압의 유지 뿐만 아니라 전력계통의 고장 시 순동무효전력을 공급할 수 있는 역할을 수행하기 위한 무효전력을 확보하기 위해서는 병렬형 FACTS 기기의 설정전압의 값을 제공하여야 할 뿐만 아니라 조상설비와의 협조제어 또한 필요하다.
따라서, 병렬형 FACTS 기기를 이용하여 모선전압을 유지하는 한편, 조상설비와의 협조제어를 통하여 무효전력예비력을 확보함으로써, 모선전압 및 무효전력예비력을 동시에 관리할 수 있는 전력계통의 무효전력보상에 대한 제어가 요구된다.
본 발명의 목적은 기준전압의 값 및 무효전력예비력의 값만 입력하면 자동으로 병렬형 FACTS 기기(STATCOM, SVC 등)와 조상설비(Sh.R, Sh.C)를 협조제어함으로써 전력계통의 모선전압을 적정한 범위로 유지하는 동시에 전력계통에서 필요로 하는 무효전력예비력을 확보할 수 있는 전력계통의 무효전력보상에 대한 제어장치 및 방법을 제공하고자 함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치는 제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref), 무효전력예비력의 값(Qrev) 및 변전소 내의 변전설비의 상태정보를 입력받는 입력부; 상기 제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref), 무효전력예비력의 값(Qrev) 및 변전소 내의 변전설비의 상태정보를 이용하여 FACTS 기기 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)에 대한 제어값을 연산하는 연산부; 상기 변전설비의 상태정보로부터 전력계통의 고장여부를 판단하여 상기 연산부에서 연산된 상기 FACTS 기기 및 조상설비에 대한 제어값으로 FACTS 기기와 조상설비를 제어할 것인가 여부를 결정하는 판단부; 및 상기 판단부의 결정에 따라, 전력계통의 정상 시 FACTS 기기와 조상설비에 각각 상기 FACTS 기기 및 조상설비에 대한 제어값을 제공하고, 전력계통의 고장 시 FACTS 기기가 독립하여 제어되도록 하는 제어부;를 포함한다.
이 때, 상기 입력부는 상기 제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref) 및 무효전력예비력의 값(Qrev)을 상위시스템으로 전력계통의 해석을 통하여 제공받거나 운영자로부터 직접 제공받을 수 있다
이 때, 상기 입력부는 상기 변전설비의 상태정보로써 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 단로기(DS: Disconnecting Switch) 또는 차단기(CB: Circuit Breaker)의 투입 여부, FACTS 기기가 연계된 모선전압의 값(Vline), FACTS 기기의 현재 무효전력의 값(Qo) 및 설정전압의 값(VsetO), 고장 여부의 상태정보를 입력받을 수 있다.
이 때, 상기 연산부가 입력받은 제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref)과 계기용 변압기에 의해 측정된 전력계통의 모선전압의 값(Vline)을 비교연산하여 조상설비를 제어하여 전력계통의 모선전압을 유지할 수 있다.
이 때, 상기 모선전압의 값(Vline)이 제한전압의 값(Vlim)보다 큰 경우에는 상기 조상설비의 Sh.R의 투입 또는 Sh.C의 차단을 제어를 하고, 상기 모선전압의 값(Vline)이 기준전압의 값(Vref)보다 작은 경우에는 상기 조상설비의 Sh.R의 차단 또는 Sh.C의 투입을 제어할 수 있다.
이 때, 상기 모선전압의 값(Vline)이 제한전압의 값(Vlim)보다 큰 경우, m이 0또는 음수일 때 Sh.R을 투입하고, m이 양수일 때 Sh.C을 차단하는 m-1의 투입 상태 값을 갖도록 하는 조상설비의 차단기에 대한 제어값을 제공할 수 있고, 여기서 m은 조상설비에 대한 투입 상태 값이다.
이 때, 상기 모선전압의 값(Vline)이 제한전압의 값(Vlim)과 기준전압의 값(Vref) 사이에 있을 경우에는 상기 FACTS 기기의 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비의 차단기에 대한 제어값을 제공하여 상기 FACTS 기기의 무효전력을 제어할 수 있다.
이 때,
Figure 112011076124208-pat00001
일 때,
Figure 112011076124208-pat00002
에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값(n)을 제공하고,
Figure 112011076124208-pat00003
일 때,
Figure 112011076124208-pat00004
에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset)을 제공하고,
Figure 112011076124208-pat00005
일 때,
Figure 112011076124208-pat00006
에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset)을 제공하고,
Figure 112011076124208-pat00007
일 때,
Figure 112011076124208-pat00008
에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값(n)을 제공할 수 있고, 여기서, Qsh는 조상설비의 단위 용량의 값이고, Qrev는 FACTS 기기가 확보해야 하는 무효전력예비력의 값이고, Qo는 FACTS 기기의 현재 무효전력의 값이고, VsetO는 FACTS 기기의 현재 설정전압의 값이고, Vset는 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값이며, n은 양수이며, α와 β는 실험적으로 측정할 수 있는 지수이다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어방법은 제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref), 무효전력예비력의 값(Qrev) 및 변전소 내의 변전설비의 상태정보를 입력받는 단계; 상기 제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref), 무효전력예비력의 값(Qrev) 및 변전소 내의 변전설비의 상태정보를 이용하여 FACTS 기기 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)에 대한 제어값을 연산하는 단계; 상기 변전설비의 상태정보로부터 전력계통의 고장여부를 판단하여 상기 연산부에서 연산된 상기 FACTS 기기 및 조상설비에 대한 제어값으로 FACTS 기기와 조상설비를 제어할 것인가 여부를 결정하는 단계; 및 상기 판단부의 결정에 따라, 전력계통의 정상 시 FACTS 기기와 조상설비에 각각 FACTS 기기 및 조상설비에 대한 제어값을 제공하고, 전력계통의 고장 시 FACTS 기기가 독립하여 제어하도록 하는 단계;를 포함한다.
이 때, 상기 변전설비의 상태정보로써 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 단로기(DS: Disconnecting Switch) 또는 차단기(CB: Circuit Breaker)의 투입 여부, FACTS 기기가 연계된 모선전압의 값(Vline), FACTS 기기의 현재 무효전력의 값(Qo) 및 설정전압의 값(VsetO), 고장 여부의 상태정보를 입력받을 수 있다.
이 때, 제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref)과 계기용 변압기에 의해 측정된 전력계통의 모선전압의 값(Vline)을 비교연산하여 조상설비를 제어하여 전력계통의 모선전압을 유지할 수 있다.
이 때, 상기 모선전압의 값(Vline)이 제한전압의 값(Vlim)보다 큰 경우에는 상기 조상설비의 Sh.R의 투입 또는 Sh.C의 차단을 제어를 하고, 상기 모선전압의 값(Vline)이 기준전압의 값(Vref)보다 작은 경우에는 상기 조상설비의 Sh.R의 차단 또는 Sh.C의 투입을 제어할 수 있다.
이 때, 상기 모선전압의 값(Vline)이 제한전압의 값(Vlim)보다 큰 경우, m이 0또는 음수일 때 Sh.R을 투입하고, m이 양수일 때 Sh.C을 차단하는 m-1의 투입 상태 값을 갖도록 하는 조상설비의 차단기에 대한 제어값을 제공할 수 있고, 여기서 m은 조상설비에 대한 투입 상태 값이다.
이 때, 상기 모선전압의 값(Vline)이 제한전압의 값(Vlim)과 기준전압의 값(Vref) 사이에 있을 경우에는 상기 FACTS 기기의 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비의 차단기에 대한 제어값을 제공하여 상기 FACTS 기기의 무효전력을 제어할 수 있다.
이 때,
Figure 112011076124208-pat00009
일 때,
Figure 112011076124208-pat00010
에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값(n)을 제공하고,
Figure 112011076124208-pat00011
일 때,
Figure 112011076124208-pat00012
에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset)을 제공하고,
Figure 112011076124208-pat00013
일 때,
Figure 112011076124208-pat00014
에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset)을 제공하고,
Figure 112011076124208-pat00015
일 때,
Figure 112011076124208-pat00016
에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값(n)을 제공할 수 있고, 여기서, Qsh 는 조상설비의 단위 용량의 값이고, Qrev는 FACTS 기기가 확보해야 하는 무효전력예비력의 값이고, Qo는 FACTS 기기의 현재 무효전력의 값이고, VsetO는 FACTS 기기의 현재 설정전압의 값이고, Vset는 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값이며, n은 양수이며, α와 β는 실험적으로 측정할 수 있는 지수이다.
본 발명에 따르면, 기준전압 및 무효전력예비력 값만 입력하면 자동으로 병렬형 FACTS 기기(STATCOM, SVC 등)와 조상설비(Sh.R, Sh.C)를 협조제어하여 전력계통의 모선전압을 적정한 범위로 유지하는 동시에 전력계통에서 필요로 하는 순동무효전력을 확보할 수 있다.
또한, 병렬형 FACTS 기기를 이용하여 전력계통의 모선전압을 자동으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 전력계통의 고장 시 순동무효전력의 공급에 의해 전압붕괴를 예방할 수 있다.
또한, 전력계통의 전압안정도가 향상되어 융통전력의 여유가 증가됨에 따라, 혼잡비용이 저감되고 변전설비의 이용률이 증가됨으로써. 전력계통의 경제성과 효율성이 증대된다.
도 1은 본 발명에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치가 FACTS 기기와 조상설비에 대해 협조제어를 수행하기 위한 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 4 및 도 5는, 도 3에 나타낸 본 발명에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어 방법에서, FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값을 연산하는 과정을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 본 발명에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어 방법을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치 및 그 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치가 FACTS 기기와 조상설비에 대해 협조제어를 수행하기 위한 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 무효전력보상 제어장치(270)는 FACTS 기기(210), Sh.R(230) 및 Sh.C(250)와 함께 변전소(200) 내에 설치되어, 상위시스템(100) 또는 운영자로부터의 전력계통의 해석을 통하여 FACTS 기기가 확보해야 하는 무효전력예비력의 값(Qrev)과 모선전압이 유지되어야 하는 기준전압의 값(Vref)을 입력받고, 모선전압이 초과해서 안되는 제한전압의 값(Vlim)이 설정된다. 또한, SCADA(300)로부터 변전소(200) 내의 변전설비들에 대한 상태정보를 제공받는다. 이 때, SCADA(300)로부터 제공받는 상태정보는 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 단로기(DS: Disconnecting Switch) 또는 차단기(CB: Circuit Breaker)의 투입 여부, FACTS 기기가 연계된 모선전압의 값(Vline), FACTS 기기의 현재 무효전력의 값(Qo) 및 설정전압의 값(VsetO) 및 고장 여부(계기용 변압기, 계기용 변류기, 계전기 등의 정보)의 상태정보이다. 무효전력보상 제어장치(270)는 입력된 무효전력예비력의 값(Qrev), 기준전압의 값(Vref) 및 변전설비의 상태정보를 이용하여 FACTS 기기의 설정전압의 값(Vset)과 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값을 연산 및 산출하고, 이들 제어값을 각각 FACTS 기기와 조상설비에 제공한다.
도 2는 본 발명에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치(270)는 입력부(271), 연산부(273), 판단부(275) 및 제어부(277)를 포함하여 구성된다.
입력부(271)는 상위시스템(100)과 SCADA(300)으로부터 FACTS 기기가 확보해야 하는 무효전력예비력의 값(Qrev), 모선전압이 유지되어야 하는 기준전압의 값(Vref), 모선전압이 초과해서 안되는 제한전압의 값(Vlim) 및 변전소(200) 내의 변전설비들에 대한 상태정보를 입력받는다. 그리고, 연산부(273)는 입력부(271)에 의해 입력받은 상기 무효전력예비력의 값, 기준전압의 값(Vref), 제한전압의 값(Vlim) 및 변전설비들에 대한 상태정보를 이용하여 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값을 연산한다. 판단부(275)는 변전설비들에 대한 상태정보로부터 전력계통의 고장여부 및 상태정보의 신뢰도를 판단하여 상기 연산부(273)에서 연산된 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값으로 FACTS 기기와 조상설비(Sh.R, Sh.C)를 제어할 것인가 여부를 결정한다. 그리고, 제어부(277)는 상기 판단부(275)의 결정에 따라, 전력계통의 정상 시 FACTS 기기와 조상설비에 각각 FACTS 기기의 설정전압의 값(Vset)과 조상설비의 차단기에 대한 제어값을 제공하여 제어하고, 전력계통의 고장 시 FACTS 기기가 전압제어모드로써 독립적으로 제어되도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 발명에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어 방법은 먼저 FACTS 기기가 확보해야 하는 무효전력예비력의 값(Qrev), 모선전압이 유지되어야 하는 기준전압의 값(Vref), 모선전압이 초과해서 안되는 제한전압의 값(Vlim) 및 변전소(200) 내의 변전설비들에 대한 상태정보를 입력받는다(S100).
그리고, 입력받은 상기 무효전력예비력의 값(Qrev), 기준전압의 값(Vref), 제한전압의 값(Vlim) 및 변전설비들에 대한 상태정보를 이용하여 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값을 연산한다(S200).
그리고, 변전설비들에 대한 상태정보로부터 전력계통의 고장여부(PT, CT, 계전기 동작사항) 및 상태정보의 신뢰도를 판단한다(S300).
이 때, 전력계통이 정상인 것으로 판단되는 경우, FACTS 기기에는 설정전압의 값(Vset)을 제공하고, 조상설비에는 차단기(CB)에 대한 제어값을 제공한다(S400).
반면, 전력계통이 고장인 것으로 판단되는 경우, 제어 수행을 종료하고 FACTS 기기가 전압제어모드로써 독립적으로 제어되도록 한다.
도 4는, 도 3에 나타낸 본 발명에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어 방법에서, FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값을 연산하는 과정을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값을 연산하는 과정은 먼저 계기용 변압기(PT: Potential Transformer)에 의해 전력계통의 모선전압의 값(Vline)을 측정한다(S210).
그 다음으로, 모선전압의 값(Vline)과 제한전압의 값(Vlim)을 비교한다(S220).
이 때, 모선전압의 값(Vline)이 제한전압의 값(Vlim)보다 크다면, Sh.R 투입 또는 Sh.C 차단 제어를 하고, 처음 단계로 돌아간다. m을 조상설비(Sh.R, Sh.C)에 대한 투입 상태 값이라 할 때, m이 양수이면 Sh.C가 투입된 상태이고, m이 음수이면 Sh.R이 투입된 상태이며, m이 0일 때는 조상설비에 대한 투입이 없는 상태이다. 예를 들어 m이 +1이면 Sh.C의 1개 투입이고, +p이면 Sh.C 의 p개 투입이다. 반대로 m이 -1이면 Sh.R의 1개 투입이고, -q이면 Sh.R의 q개 투입이다. 이에 따라, 조상설비의 제어는 m이 0 또는 음수일 때 Sh.R의 1개 투입 제어, m이 양수일 때 Sh.C의 1개 차단 제어인 m-1의 투입 상태 값을 갖도록 하는 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값을 제공한다.(S230)
반면, 모선전압의 값(Vline)이 제한전압의 값(Vlim)보다 작다면, 모선전압의 값(Vline)과 기준전압의 값(Vref)을 비교한다(S240).
이 때, 모선전압의 값(Vline)이 기준전압의 값(Vref)보다 작다면, Sh.C의 투입 또는 Sh.R의 차단 제어를 하고, 처음 단계로 돌아간다. 이 경우 조상설비의 제어는 m이 음수일 때 Sh.R의 1개 차단 제어, m이 0 또는 양수일 때 Sh.C의 1개 투입제어인 m+1의 투입 상태 값을 갖도록 하는 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값을 제공한다.(S250)
반면, 모선전압의 값(Vline)이 기준전압의 값(Vref)보다 크다면, 모선전압의 값(Vline), 제한전압의 값(Vlim) 및 기준전압의 값(Vref)을 비교한다(S260).
이 때, 모선전압의 값(Vline)이 기준전압의 값(Vref)보다 크고 제한전압의 값(Vlim) 보다 작다면, 입력된 무효전력예비력의 값(Qrev), 기준전압의 값(Vref) 및 변전설비의 상태정보를 이용하여 연산을 통해 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값을 연산한다(S270).
도 5는, 도 4에 나타낸 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값을 연산하는 과정에 있어서, 모선전압의 값(Vline)이 기준전압의 값(Vref)보다 크고 제한전압의 값(Vlim) 보다 작은 경우 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값을 연산하는 과정을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 모선전압의 값(Vline)이 기준전압의 값(Vref)보다 크고 제한전압의 값(Vlim) 보다 작은 경우 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값을 연산하는 과정은 조상설비의 단위 용량의 값을 Qsh, FACTS 기기가 확보해야 하는 무효전력예비력의 값을 Qrev, FACTS 기기의 현재 무효전력의 값을 Qo, FACTS 기기의 현재 설정전압의 값을 VsetO, FACTS 기기에 대한 설정전압의 값을 Vset, n은 양수이며, α와 β는 실험적으로 측정할 수 있는 지수(단위:
Figure 112015117987081-pat00017
)라 하면,
Figure 112015117987081-pat00018
인지 여부를 판단한다(S271).
이 때,
Figure 112015117987081-pat00019
라면,
Figure 112015117987081-pat00020
로부터
Figure 112015117987081-pat00021
가 유도되고, 상기 식에 의해서 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값 Vset를 구할 수 있다. 여기서, n이 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값으로서, 앞서 설명하였듯이 m을 조상설비(Sh.R, Sh.C)에 대한 투입 상태 값이라 할 때, m이 0 또는 양수이면 n개의 수만큼 Sh.C를 투입하고, m이 음수이면 n개의 수만큼 Sh.R을 차단한다. n개 보다 Sh.R이 투입된 수가 적다면 Sh.R을 차단하고 Sh.C를 투입한다(S272). 그 합이 n과 같으면 된다.
반면,
Figure 112015117987081-pat00022
가 아니라면, 그 다음으로
Figure 112015117987081-pat00023
인지를 판단한다(S273).
이 때,
Figure 112015117987081-pat00024
라면,
Figure 112015117987081-pat00025
로부터,
Figure 112015117987081-pat00026
가 유도되고, 상기 식에 의해서 상기 식에 의해서 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값 Vset를 구할 수 있다. 그리고, 이 경우에는 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어는 없다(S274).
반면,
Figure 112015117987081-pat00027
가 아니라면,
Figure 112015117987081-pat00028
인지를 판단한다(S275).
이 때,
Figure 112015117987081-pat00029
라면,
Figure 112015117987081-pat00030
로부터,
Figure 112015117987081-pat00031
가 유도되고, 상기 식에 의해서 상기 식에 의해서 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값 Vset를 구할 수 있다. 그리고, 이 경우에는 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어는 없다(S276).
반면,
Figure 112015117987081-pat00032
가 아니라면, 그 다음으로
Figure 112015117987081-pat00033
인지를 판단한다(S277).
이 때,
Figure 112015117987081-pat00034
라면,
Figure 112015117987081-pat00035
로부터
Figure 112015117987081-pat00036
가 유도되고, 상기 식에 의해서 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값 Vset를 구할 수 있다. 여기서, n이 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값으로서, 앞서 설명하였듯이 m을 조상설비(Sh.R, Sh.C)에 대한 투입 상태 값이라 할 때, m이 양수이면 n개의 수만큼 Sh.C를 차단하고, m이 0 또는 음수이면 n개의 수만큼 Sh.R을 투입한다. n개 보다 Sh.C이 투입된 수가 적다면 Sh.C를 차단하고 Sh.R을 투입한다(S278). 그 합이 n과 같으면 된다.
도 6은, 본 발명에 따른 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어 방법을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 6을 참조하면, Sh.C의 단로기(DS)의 투입 개수를?mC라 할 때, mC는 양수이고, Sh.R의 단로기(DS)의 투입 개수를 mR이라 할 때, mR은 음수이다. 앞서 설명하였듯이 m을 조상설비(Sh.R, Sh.C)에 대한 투입 상태 값이라 할 때, m의 범위는 mC > m > mR이 된다.
m이 0보다 클 경우, n이 양수이면 n개만큼 Sh.C를 투입하고, n이 음수이면 m + n > 0 일 때 n개만큼 Sh.C를 차단하고, m + n < 0 일 때 투입된 Sh.C를 모두 차단하고 m + n개 만큼 Sh.R을 투입한다.
m이 0보다 작을 경우, n이 양수이면 Sh.R을 차단하고 m + n < 0 일 때 Sh.R을 차단하고, m + n > 0 일 때 투입된 Sh.R을 모두 차단하고 m + n개 만큼 Sh.C를 투입하고, n이 음수이면 n개 만큼 Sh.R을 투입한다.
m이 0일 경우, n이 양수면 n개만큼 Sh.C를 투입하고 n이 음수면 n개만큼 Sh.R을 투입한다.
최종 조상설비의 상태정보 값을 l이라 할 때, l = m + n의 관계를 가진다. 이때 l의 범위는 mC > l > mR이다.
100: 상위시스템
200: 변전소
210: FACTS 기기
230: Sh.R
250: Sh.C
270: 무효전력보상 제어장치
271: 입력부
273: 연산부
275: 판단부
277: 제어부

Claims (16)

  1. 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치에 있어서,
    제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref), 무효전력예비력의 값(Qrev) 및 변전소 내의 변전설비의 상태정보를 입력받는 입력부;
    상기 제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref), 무효전력예비력의 값(Qrev) 및 변전소 내의 변전설비의 상태정보를 이용하여 FACTS 기기 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)에 대한 제어값을 연산하는 연산부;
    상기 변전설비의 상태정보로부터 전력계통의 고장여부를 판단하여 상기 연산부에서 연산된 상기 FACTS 기기 및 조상설비에 대한 제어값으로 FACTS 기기와 조상설비를 제어할 것인가 여부를 결정하는 판단부; 및
    상기 판단부의 결정에 따라, 전력계통의 정상 시 FACTS 기기와 조상설비에 각각 상기 FACTS 기기 및 조상설비에 대한 제어값을 제공하고, 전력계통의 고장 시 FACTS 기기가 독립하여 제어되도록 하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력부는 상기 제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref) 및 무효전력예비력의 값(Qrev)을 상위시스템으로 전력계통의 해석을 통하여 제공받거나 운영자로부터 직접 제공받는 것을 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력부는 상기 변전설비의 상태정보로써 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 단로기(DS: Disconnecting Switch) 또는 차단기(CB: Circuit Breaker)의 투입 여부, FACTS 기기가 연계된 모선전압의 값(Vline), FACTS 기기의 현재 무효전력의 값(Qo) 및 설정전압의 값(VsetO), 고장 여부의 상태정보를 입력받는 것을 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연산부가 입력받은 제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref)과 계기용 변압기에 의해 측정된 전력계통의 모선전압의 값(Vline)을 비교연산하여 조상설비를 제어하여 전력계통의 모선전압을 유지하는 것을 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 모선전압의 값(Vline)이 제한전압의 값(Vlim)보다 큰 경우에는 상기 조상설비의 Sh.R의 투입 또는 Sh.C의 차단을 제어를 하고, 상기 모선전압의 값(Vline)이 기준전압의 값(Vref)보다 작은 경우에는 상기 조상설비의 Sh.R의 차단 또는 Sh.C의 투입을 제어하는 것을 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 모선전압의 값(Vline)이 제한전압의 값(Vlim)보다 큰 경우, m이 0또는 음수일 때 Sh.R을 투입하고, m이 양수일 때 Sh.C을 차단하는 m-1의 투입 상태 값을 갖도록 하는 조상설비의 차단기에 대한 제어값을 제공하고, 여기서 m은 조상설비에 대한 투입 상태 값인 것을 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 모선전압의 값(Vline)이 제한전압의 값(Vlim)과 기준전압의 값(Vref) 사이에 있을 경우에는 상기 FACTS 기기의 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비의 차단기에 대한 제어값을 제공하여 상기 FACTS 기기의 무효전력을 제어하는 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    Figure 112011076124208-pat00037
    일 때,
    Figure 112011076124208-pat00038
    에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값(n)을 제공하고,
    Figure 112011076124208-pat00039
    일 때,
    Figure 112011076124208-pat00040
    에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset)을 제공하고,
    Figure 112011076124208-pat00041
    일 때,
    Figure 112011076124208-pat00042
    에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset)을 제공하고,
    Figure 112011076124208-pat00043
    일 때,
    Figure 112011076124208-pat00044
    에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값(n)을 제공하고,
    여기서, Qsh는 조상설비의 단위 용량의 값이고, Qrev는 FACTS 기기가 확보해야 하는 무효전력예비력의 값이고, Qo는 FACTS 기기의 현재 무효전력의 값이고, VsetO는 FACTS 기기의 현재 설정전압의 값이고, Vset는 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값이며, n은 양수이며, α와 β는 실험적으로 측정할 수 있는 지수인 것을 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어장치.
  9. 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어방법에 있어서,
    입력부에 의해, 제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref), 무효전력예비력의 값(Qrev) 및 변전소 내의 변전설비의 상태정보를 입력받는 단계;
    연산부에 의해, 상기 제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref), 무효전력예비력의 값(Qrev) 및 변전소 내의 변전설비의 상태정보를 이용하여 FACTS 기기 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)에 대한 제어값을 연산하는 단계;
    판단부에 의해, 상기 변전설비의 상태정보로부터 전력계통의 고장여부를 판단하여 상기 연산부에서 연산된 상기 FACTS 기기 및 조상설비에 대한 제어값으로 FACTS 기기와 조상설비를 제어할 것인가 여부를 결정하는 단계; 및
    제어부에 의해, 상기 판단부의 결정에 따라, 전력계통의 정상 시 FACTS 기기와 조상설비에 각각 상기 FACTS 기기 및 조상설비에 대한 제어값을 제공하고, 전력계통의 고장 시 FACTS 기기가 독립하여 제어하도록 하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref) 및 무효전력예비력의 값(Qrev)은 상위시스템으로 전력계통의 해석을 통하여 제공받거나 운영자로부터 직접 제공받는 것을 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 변전설비의 상태정보로써 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 단로기(DS: Disconnecting Switch) 또는 차단기(CB: Circuit Breaker)의 투입 여부, FACTS 기기가 연계된 모선전압의 값(Vline), FACTS 기기의 현재 무효전력의 값(Qo) 및 설정전압의 값(VsetO), 고장 여부의 상태정보를 입력받는 것을 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    제한전압의 값(Vlim), 기준전압의 값(Vref)과 계기용 변압기에 의해 측정된 전력계통의 모선전압의 값(Vline)을 비교연산하여 조상설비를 제어하여 전력계통의 모선전압을 유지하는 것을 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 모선전압의 값(Vline)이 제한전압의 값(Vlim)보다 큰 경우에는 상기 조상설비의 Sh.R의 투입 또는 Sh.C의 차단을 제어를 하고, 상기 모선전압의 값(Vline)이 기준전압의 값(Vref)보다 작은 경우에는 상기 조상설비의 Sh.R의 차단 또는 Sh.C의 투입을 제어하는 것을 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 모선전압의 값(Vline)이 제한전압의 값(Vlim)보다 큰 경우, m이 0또는 음수일 때 Sh.R을 투입하고, m이 양수일 때 Sh.C을 차단하는 m-1의 투입 상태 값을 갖도록 하는 조상설비의 차단기에 대한 제어값을 제공하고, 여기서 m은 조상설비에 대한 투입 상태 값인 것을 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 모선전압의 값(Vline)이 제한전압의 값(Vlim)과 기준전압의 값(Vref) 사이에 있을 경우에는 상기 FACTS 기기의 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비의 차단기에 대한 제어값을 제공하여 상기 FACTS 기기의 무효전력을 제어하는 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    Figure 112011076124208-pat00045
    일 때,
    Figure 112011076124208-pat00046
    에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값(n)을 제공하고,
    Figure 112011076124208-pat00047
    일 때,
    Figure 112011076124208-pat00048
    에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset)을 제공하고,
    Figure 112011076124208-pat00049
    일 때,
    Figure 112011076124208-pat00050
    에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset)을 제공하고,
    Figure 112011076124208-pat00051
    일 때,
    Figure 112011076124208-pat00052
    에 의해서 상기 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값(Vset) 및 조상설비(Sh.R, Sh.C)의 차단기(CB)에 대한 제어값(n)을 제공하고,
    여기서, Qsh는 조상설비의 단위 용량의 값이고, Qrev는 FACTS 기기가 확보해야 하는 무효전력예비력의 값이고, Qo는 FACTS 기기의 현재 무효전력의 값이고, VsetO는 FACTS 기기의 현재 설정전압의 값이고, Vset는 FACTS 기기에 대한 설정전압의 값이며, n은 양수이며, α와 β는 실험적으로 측정할 수 있는 지수인 것을 특징으로 하는, 순동무효전력을 확보하기 위한 무효전력보상 제어방법.
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