KR101715778B1 - 시간차 동기 알고리즘 기반 송배전 계통 손실전력 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 송배전 계통 손실전력 측정 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 시간차 동기 알고리즘에 기반한 송배전 계통 손실전력 측정 방법에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 손실 전력 측정 방법은 송배전 계통에서 손실 측정 대상 구간의 시작점인 제 1 지점과 종료점인 제 2 지점에서 시간차를 두고 동시에 전력값을 계측하고, 계측된 각각의 제 1 지점 계측 전력값과 각각의 제 2 지점 계측 전력값의 차이로부터 배전계통전력설비의 손실전력을 측정하되, 배전계통전력설비의 제 1 지점과 제 2 지점의 회로적인 시간차를 검출하는 시간차 검출알고리즘을 이용하여 제 1 지점과 제 2 지점에서 검출된 전력값이 검출되는 동일시점을 검출하고, 검출된 동일시점에서의 제 1 지점/제 2 지점의 전력값을 비교하여 배전계통전력설비의 손실전력을 측정할 수 있다.
Description
본 발명은 송배전 계통 손실전력 측정 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는, 시간차 동기 알고리즘에 기반한 송배전 계통 손실전력 측정 방법에 관한 것이다.
통상의 전력계통은 발전·송전·배전으로 나누어지는데, 이 중에서 배전계통은 발전소·변전소 또는 송전선에서 다른 발전소 또는 변전소를 지나지 않고, 전력 수요 장소까지 이르는 선로이다. 즉, 일반적으로는 2차 변전소에서 수용가까지의 전력 공급 계통을 배전계통이라 한다. 이러한 배전계통은 배전용 변전소·고압배전선로·배전용 변압기·저압 배전선로 및 인입선이 있고, 경우에 따라서는 1차 변전소에서 배전용 변전소까지의 선로도 포함될 수 있다.
이러한 배전계통을 부하(負荷)에 따라서 구분하면, 전등 및 이와 같은 회로에 연결된 냉장고·세탁기 등을 포함하는 소형 전동기에 공급되는 전등선과, 일반적인 전동기에 공급되는 동력선으로 구분되고, 공급되는 전압의 크기에 따라 특별고압선로·고압선로·저압선로의 구별이 있다.
이러한 배전계통은 주로 차단기나 개폐기 및 계전기 등을 구비하고 있으며, 이러한 배전계통은 고압 전력을 저압으로 낮추어 분배하는 것으로, 배전 좌정에서 전력 손실이 발생하며, 이러한 전력 손실을 줄이기 위한 다양한 기술이 개발되고 있으며, 전력 손실을 줄이기 위해서는 전력 손실을 감지할 수 있어야 한다.
이러한 배전계통의 전력 손실을 감지하기 위한 다양한 기술이 있으며, 그 예로는 특허문헌 1 내지 2를 포함하여 다양한 것이 있다.
특허문헌 1은 a) 건물의 설계 도면을 입력하고, 전력설비의 각 구성요소에 대한 길이 및 용량을 포함하는 고정(static) 데이터를 입력하는 단계; b) 전력 설비 중 발전기 및 부하를 포함하여 동적 특성을 가지는 구성 요소에 대한 정상 상태에서의 출력(dynamic) 데이터를 입력하는 단계; c) 선로별 조류량 한계 및 모선별 전압 범위를 설정하고, 정량적 수치해석 알고리즘을 통해 배전계통의 조류 계산 및 고장 계산을 수행하는 단계; d) 선로별 조류량 계산, 모선별 전압 계산 및 차단기별 고장 조류 계산을 수행하고, 전체 구간에 대해 조류값, 전압값, 고장전류값 계산을 수행하는 단계; 및 e) 계산된 값들을 이용하여 배전 계통의 현재 상태를 파악하여 선로 조류와 모선 전압에서의 위반 여부를 확인하고, 전력 설비의 최적화 해석 알고리즘을 적용하여 실시간 감시와 제어 기능을 수행하며, 데이터베이스와 연동하여 사용자 화면에 최적 운영에 필요한 권고사항을 표출하는 단계를 포함하는 배전 계통의 최적 신뢰도 평가 방법에 관한 것이고,
특허문헌 2는 배전 계통의 Y버스(Ybus) 행렬을 구성하고 시스템 초기치를 설정한 후에 전압원만에 의한 무부하 전압을 계산하는 초기화 단계 및 상태 추정에 의해 부하 배분을 수행한 후 조류 계산을 수행하고, 편차를 확인하여 수렴 여부를 판정하는 반복 계산 단계로 이루어지는 배전 시스템의 상태추정방법에 관한 것이다.
이러한 종래의 기술들은 통상적으로 배전계통전력설비를 위한 계측기들은 단일 지점에서의 전력요소를 계측하므로 계통사이에서 발생하는 손실을 측정하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로, 송배전 계통에서 특정 구간에서의 손실 전력을 정밀하게 계측할 수 있는 송배전 계통 손실전력 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 손실 전력 측정 방법은 송배전 계통에서 손실 측정 대상 구간의 시작점인 제 1 지점과 종료점인 제 2 지점에서 시간차를 두고 동시에 전력값을 계측하고, 계측된 각각의 제 1 지점 계측 전력값과 각각의 제 2 지점 계측 전력값의 차이로부터 배전계통전력설비의 손실전력을 측정하되, 배전계통전력설비의 제 1 지점과 제 2 지점의 회로적인 시간차를 검출하는 시간차 검출알고리즘을 이용하여 제 1 지점과 제 2 지점에서 검출된 전력값이 검출되는 동일시점을 검출하고, 검출된 동일시점에서의 제 1 지점/제 2 지점의 전력값을 비교하여 배전계통전력설비의 손실전력을 측정할 수 있다.
여기서, 상기 시간차 검출알고리즘은 손실 측정 대상 구간의 제 1 구간에서 계측된 제 1 구간전력값(A1 ~ An)과, 손실 측정 대상 구간의 제 2 구간에서 계측된 제 2 구간전력값(B1 ~ B2n)의 서로 다른 시간차를 갖는 제 1 구간/제 2 구간 전력값의 차이값으로 이루어진 다수의 제 1 구간/제 2 구간 전력 차이값의 집합으로부터 구해진 표준편차를 비교하여 최소의 표준편차를 갖는 제 1 구간/제 2 구간 전력 차이값의 집합을 동일시점으로 검출하고, 이 동일시점에서의 제 1 구간/제 2 구간의 전력값의 차이를 손실 측정 대상 구간의 손실전력으로 검출할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 구간과 제 2 구간에서 전력값을 검출하는 계측기의 종류가 다를 경우 주파수동기화알고리즘에 의해 샘플링 주파수를 동기화하고, 주파수동기화알고리즘은 보간법을 이용해서 데이터 개수가 적은 계측기의 데이터의 보간식을 구하고, 그 사이의 구간의 계측값을 예측하여 데이터수가 적은 계측기의 계측 전력값의 수를 데이터수가 많은 계측기의 계측 전력값의 수에 맞출 수 있다.
본 발명의 송배전 계통 손실전력 측정 방법에 의하면, 손실 측정 대상 구간에서 동일 시점에서 계측된 시작점과 종료점에서의 전력값을 사용해 정밀하게 손실 측정 대상 구간에서의 손실 전력을 계측할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 손실전력측정 알고리즘을 이용한 손실전력 측정장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 손실전력측정 알고리즘을 이용한 손실전력 측정과정도
도 2는 본 발명에 따른 손실전력측정 알고리즘을 이용한 손실전력 측정과정도
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.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여, 첨부도면이 참조되어 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 손실전력측정 알고리즘을 이용한 손실전력 측정장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 손실전력측정 알고리즘 구현 과정도이다.
본 발명은 배전계통전력설비 사이의 손실전력을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 건물 내의 전기시설에 전기를 배전하는 배전계통전력설비의 손실전력을 측정하는 방법은 배전계통전력설비의 동일시점에서의 전력 차를 이용하여 손실전력을 측정할 수 있게 함으로써 보다 정확한 손실전력을 측정할 수 있다.
본 발명의 요지가 되는 기술은 이러한 손질전력 측정 방법에 있어서, 두 계측기(10i, 10o)에서 감지된 전력값의 차이값으로 손실전력을 측정하되, 각 계측기(10i, 10o)에서 계측된 전력값의 계측 시점이 서로 다를 경우, 실질적으로 배전계통전력설비에서 발생하는 손실전력을 정확하게 측정할 수 없으므로 각 계측기(10i, 10o)에서의 계측 시점이 동일시점을 찾는 계측 동일시점 검출알고리즘에 그 특징이 있다.
즉, 본 발명의 손실전력측정 알고리즘을 이용한 손실전력 측정방법은 배전계통전력설비의 입력단과 출력단에 설치된 두 개의 계측기(10i, 10o)에서 동시에 전력값을 계측하되, 시간차를 두고 여러 번 계측이 이루어지고, 계측된 각각의 입력단전력값(A1 ~ An)과 각각의 출력단전력값(B1 ~ B2n)의 차이로부터 배전계통전력설비의 손실전력을 측정한다.
이때 서로 다른 시점에서 계측된 입력단 계측 전력값과 출력단 계측 전력값을 비교할 경우, 배전계통을 구성하는 회로나 부품에 의해 지연된 상태에서의 두 전력값을 비교하게 되어 실질적인 손실전력의 측정이 이루어질 수 없다.
따라서 동일시점 검출알고리즘을 이용하여 동일시점을 검출한다.
동일시점 검출알고리즘은 배전계통전력설비의 입력단에서 계측된 입력단전력값(A1 ~ An)과, 배전계통전력설비의 출력단에서 계측된 출력단전력값(B1 ~ B2n)의 서로 다른 시간차를 갖는 입출력 전력값의 차이값으로 이루어진 다수의 입출력 전력 차이값의 집합으로부터 구해진 표준편차를 비교하여 최소의 표준편차를 갖는 입출력 전력 차이값의 집합을 동일시점으로 검출한다.
구체적인 동일시점 검출방법은, 상기한 바와 같이 입력단의 계측기(10i)와 출력단의 계측기(10o) 각각에서 전력값을 계측하되, 소정 간격(Δt)으로 반복하여 입력단전력값(A1 ~ An)과 출력단전력값(B1 ~ B2n)을 얻고, 이렇게 얻어진 전력값(A1 ~ An, B1 ~ B2n)들의 차이값을 이용하여 집합을 만든다.
즉, 동시에 두 계측기(10i, 10o)에서 입력단전력값(A1 ~ An)과 출력단전력값(B1 ~ B2n)을 측정하되 전력값의 차이값의 집합은 아래와 같이 만들어진다.
여기서 n은 자연수이다.
위와 같이 만들어진 각 집합의 표준편차를 계산하고, 계산된 표준편차 중 가장 작은 표준편차를 동일시점으로 설정하고, 이 동일시점에서의 입/출력단의 전력값을 비교하여 배전계통전력설비의 손실전력을 측정하는 것이다.
각 집합의 표준편차가 작다는 것은 두 계측기(10i, 10o)에서 계측된 전력값이 최대한 같은 시점에서 계측된 값이라는 것이고, 표준편차가 0에 가깝다는 것은 계측된 데이터가 평균값에 근접한다는 것이므로 두 계측기에서 계측된 전력값의 시간에 따른 그래프는 유사한 형상을 갖게 된다.
상기한 바와 같은 손실전력측정 알고리즘을 이용한 손실전력 측정방법에 있어서, 두 계측기(10i, 10o)가 동일한 특성을 가질 경우에는 문제가 없지만, 서로 다른 특성을 가질 경우, 데이터(전력값)를 수집하는 주파수가 달라지기 때문에 같은 시간동의 데이터 개수가 다른 경우가 생긴다.
이렇게 계측된 데이터(전력값)의 개수가 다른 경우, 입/출력단의 전력값을 비교하여 배전계통전력설비의 손실전력을 측정할 수 없다. 이에 같은 시간 동안 수집한 데이터(전력값)의 개수를 같게 동기화시켜야 한다.
입력단과 출력단에서 전력값을 검출하는 계측기의 종류가 다를 경우, 샘플링 주파수를 동기화하기 위해 주파수동기화알고리즘을 수행한다.
주파수동기화알고리즘은 보간법을 이용해서 데이터 개수가 적은 계측기의 데이터의 보간식을 구하고, 그 사이의 구간의 계측값을 예측하여 데이터수가 적은 계측기의 계측 전력값의 수를 데이터수가 많은 계측기의 계측 전력값의 수에 맞춤에 의해 이루어진다.
상기와 같은 알고리즘을 이용하여 손질전력을 측정하는 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 배전계통전력설비(100)의 두 계측점에서 전력요소를 계측하기 위한 계측기(10i, 10o)와, 계측기로부터 수신한 데이터를 손실전력측정알고리즘에 의해 연산 처리하는 처리부(30)를 포함한다.
상기 계측기(10i, 10o)들은 전력을 계측하기 위한 것으로, 배전계통전력설비(100)으 입력단과 출력단에 각각 설치되는 것이 바람직하고, 이 계측기들(10i, 10o)에서 계측된 정보를 처리부(30)로 전송하기 위한 수단으로 통신부(20)를 더 구비하고 있다.
상기 통신부(20)는 도 1에 도시한 바와 같이, 모뎀, 퍼스널 컴퓨터 등에 사용하는 표준 규격의 인터페이스를 사용할 수 있다.
상기 처리부(30)는 상기한 바와 같은, 손실전력측정알고리즘에 따른 프로그램을 구비한 마이크로프로세서로 이루어지고, 계측된 전력값을 저장하는 메모리(30m)를 구비하고 있다.
상기 손실전력측정알고리즘은 이미 앞에서 설명하였으므로 부연 설명을 생략한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 손실전력측정 알고리즘을 이용한 손실전력 측정장치는 배전계통전력설비의 일측에 일체로 설치될 수 있고, 측정된 손질전력을 표시할 수 있도록 모니터(40)를 구비할 수 있으며, 장치의 구동 여부를 표시하기 위한 표시램프(60)와, 장치의 구동을 온/오프 하기 위한 스위치(50)를 더 구비하고 있다.
이렇게 설치된 손실전력 측정장치의 정보를 운격의 제어반에서 용이하게 모니터링 할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
이에 상기 처리부(30)는 통신모듈(70m)을 통해 외부의 컴퓨터(70)에 연결되는 것이 바람직하다. 물론, 상기 컴퓨터(70)에는 전술한 손실전력측정알고리즘에 따른 프로그램을 구비하여 측정장치의 계측기에서 계측된 전력값을 수신하여 다시 손실전력을 측정할 수도 있다.
상기 통신모듈(70m)로는 유선 또는 무선 장치가 사용될 수 있다.
위와 같은 본 발명의 기술적 사상은 건물 내의 전기시설에 전기를 배전하는 배전계통전력설비 뿐 아니라, 송배전 계통 관련 전력 설비 또는 구간에 모두 적용될 수 있다. 즉, 본 발명의 시간차 검출 알고리즘을 사용해 동일 시점에서의 두 지점에서의 계측값을 사용해 두 지점 사이 구간에서의 손실전력을 측정할 수 있다. 이를 위해, 손실전력을 측정하고자 하는 구간의 시작점을 규정하는 제 1 지점을 지정하고, 그 구간의 종료점을 규정하는 제 2 지점을 지정한다. 이때, 제 1 지점과 제 2 지점 사이의 구간에 전력 설비가 위치할 수 있다. 여기서, 전력 설비는 제한이 없으며 송배전 선로일 수도 있다. 상술한 시간차 검출 알고리즘을 사용해 동일 시점에서의 제 1 지점과 제 2 지점에서의 계측값이 산출될 수 있으며 그 계측값을 사용해 제 1 지점과 제 2 지점 사이에서의 손실전력이 산출될 수 있다.
10i, 10o: 계측기
20: 통신부 30: 처리부
40: 모니터 50: 스위치
60: 작동표시등
70: 컴퓨터 70m: 통신모듈
20: 통신부 30: 처리부
40: 모니터 50: 스위치
60: 작동표시등
70: 컴퓨터 70m: 통신모듈
Claims (3)
- 송배전 계통에서 손실 측정 대상 구간의 시작점인 제 1 지점과 종료점인 제 2 지점에서 시간차를 두고 동시에 전력값을 계측하고, 계측된 각각의 제 1 지점 계측 전력값과 각각의 제 2 지점 계측 전력값의 차이로부터 배전계통전력설비의 손실전력을 측정하되, 배전계통전력설비의 제 1 지점과 제 2 지점의 회로적인 시간차를 검출하는 시간차 검출알고리즘을 이용하여 제 1 지점과 제 2 지점에서 검출된 전력값이 검출되는 동일시점을 검출하고, 검출된 동일시점에서의 제 1 지점/제 2 지점의 전력값을 비교하여 배전계통전력설비의 손실전력을 측정하는 것을 특징으로 하는 손실전력측정 알고리즘을 이용한 손실전력 측정방법.
- 제1항에 있어서,
상기 시간차 검출알고리즘은 손실 측정 대상 구간의 제 1 구간에서 계측된 제 1 구간전력값(A1 ~ An)과, 손실 측정 대상 구간의 제 2 구간에서 계측된 제 2 구간전력값(B1 ~ B2n)의 서로 다른 시간차를 갖는 제 1 구간/제 2 구간 전력값의 차이값으로 이루어진 다수의 제 1 구간/제 2 구간 전력 차이값의 집합으로부터 구해진 표준편차를 비교하여 최소의 표준편차를 갖는 제 1 구간/제 2 구간 전력 차이값의 집합을 동일시점으로 검출하고, 이 동일시점에서의 제 1 구간/제 2 구간의 전력값의 차이를 손실 측정 대상 구간의 손실전력으로 검출하는 것을 특징으로 하는 손실전력측정 알고리즘을 이용한 손실전력 측정방법. - 제1항에 있어서,
제 1 구간과 제 2 구간에서 전력값을 검출하는 계측기의 종류가 다를 경우 주파수동기화알고리즘에 의해 샘플링 주파수를 동기화하고,
주파수동기화알고리즘은 보간법을 이용해서 데이터 개수가 적은 계측기의 데이터의 보간식을 구하고, 그 사이의 구간의 계측값을 예측하여 데이터수가 적은 계측기의 계측 전력값의 수를 데이터수가 많은 계측기의 계측 전력값의 수에 맞추는 것을 특징으로 하는 손실전력측정 알고리즘을 이용한 손실전력 측정방법.
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