KR101929587B1 - 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치 및 방법 - Google Patents

스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

기상정보에 따른 분산전원의 출력변동을 고려하여 산출한 참여계수를 이용하여 분산전원의 투입량을 설정하도록 한 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치 및 방법이 제시된다. 제시된 계획급전 프로세스 생성 장치는 수집장치로부터 입력되는 기상정보를 저장하는 기상정보 저장부; 기상정보 저장부로부터 검출한 기상정보를 확률통계처리하여 기상확률을 산출하고, 기상확률을 근거로 분산전원들의 출력예측량을 산출하는 예측부; 및 산출한 기상확률 및 분산전원들의 출력예측량을 근거로 계획급전 프로세스를 생성하는 생성부를 포함한다.

Description

스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANAGING SCHEDULED DISPATCH PROCESS OF SMART DISTRIBUTION MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스마트 배전 시스템 및 DMS(Distribution Management System)에서의 전압제어를 위해 손실최소화 및 출력 예측 펙터(factor)에 따른 분산전원의 출력확률에 따라 분산전원들의 출력참여율을 변경하여 계획급전 프로세스를 설정하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치 및 방법에 대한 것이다.
일반적으로, 배전계통 급전 시스템에는 다양한 형태의 자원들로 구성된다. 배전계통 급전 시스템의 다양한 자원들은 각 자원의 특성에 따라 실시간 제어가 가능한 자원, 또는 실시간 제어가 불가능한 자원이 존재한다. 일례로, 실시간 제어가 가능한 자원으로는 OLTC, SVR, 제어가능 분산전원 등의 제어자원이 있다.
하지만, 다양한 형태의 자원들로 구성된 배전계통 급전 시스템에서는 제어자원들의 제어를 위한 체계적이 방안이 존재하지 않아, 이에 대한 연구가 지속되고 있다.
반면, 송전계통은 급전운영을 위해 발전기의 기동정지(Unit Commitment)부터 발전기의 자동 발전제어(Automatic Generation Control)까지 체계적인 전압 및 주파수 제어를 위한 다양한 방안들이 개발되어 운영되고 있다.
최근에, 배전계통은 다수의 부하들로 구성된 종래(도 1 참조)와 달리 다양한 분산전원이 연계되며, 그 계통의 구성 또한 송전계통과 유사하게 변화하고 있다(도 2 참조). 그에 따라, 배전계통은 배전계통의 부하만으로 운영되지 않게 되어 운영의 효율 및 안정성을 고려해야하며, 수지상(Radial System)에서 폐루프(Closed-Loop) 형태로 구성되어 운영되고 있다.
이처럼, 배전계통에 분산전원이 연계됨에 따라 분산전원의 출력변동에 의한 영향으로 전압품질을 일정하게 유지하기 어려운 문제점이 있다. 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해서, 전압제어해석 프로그램, 출력변동 제어기 등과 같이 분산전원의 출력을 제어하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 일례로, 한국공개특허 제10-2011-0034888호(명칭: 마이크로그리드 운영 시스템 및 방법)에서는 다수의 분산전원으로 구성되는 마이크로그리드에서 전력과 열 부하에 대한 제약조건 및 전력거래 요금을 고려하여 분산전원 발전계획을 수립하고, 발전계획에 따라 분산전원을 제어하여 마이크로그리드의 효율적/경제적 운전을 제공하는 기술을 언급하고 있다.
하지만, 분산전원의 출력을 제어하는 종래의 기술들은 현재 분산전원의 출력에 따라 배전계통의 전압문제를 해결할 수 있는지에 대한 여부를 파악하지 못하고 분산전원의 출력을 제어하기 위한 제어명령을 출력하게 된다. 예를 들어, 배전계통의 주선로(Feeder)의 말단(End of feeder)에서 전압문제가 발생한 경우, 이 문제를 해결하기 위해 분산전원의 일정 출력이 필요하여 상위 운영시스템의 응용제어 프로그램이 출력 증가를 요청할 경우 현재 해당 분산전원의 출력이 요청치만큼 출력을 낼 수 없는 경우 전압문제를 해결할 수 없게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 기상정보에 따른 분산전원의 출력변동을 고려하여 산출한 참여계수를 이용하여 분산전원의 투입량을 설정하도록 한 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치는, 수집장치로부터 입력되는 기상정보를 저장하는 기상정보 저장부; 상기 기상정보 저장부로부터 검출한 기상정보를 확률통계처리하여 기상확률을 산출하고, 상기 기상확률을 근거로 분산전원들의 출력예측량을 산출하는 예측부; 및 상기 산출한 기상확률 및 상기 분산전원들의 출력예측량을 근거로 계획급전 프로세스를 생성하는 생성부를 포함하고, 상기 예측부는, 예측주기에 해당하는 기상정보 또는 확률모델을 이용하여 기상확률을 산출하는 확률통계 처리모듈; 및 상기 확률통계 처리모듈에서 산출한 기상확률을 근거로 분산전원의 출력기대치를 산출하고, 상기 출력기대치에 기대치 범위를 감산/가산하여 출력예측량을 검출하는 출력 예측모듈을 포함하며,
[수학식]
Figure 112018121042564-pat00014

상기 출력 예측모듈에 의한 분산전원의 출력예측량을 상기 수학식으로 나타내는 것을 특징으로 한다.
예측부는, 기상정보 저장부로부터 예측주기에 해당하는 기상정보를 검출하여 기상확률을 산출한다.
저장부는 기상모델에 대한 예측 주기별 확률모델을 더 저장하고, 예측부는 기상정보 저장부에 예측주기에 해당하는 기상정보가 저장되지 않은 경우 확률모델을 검출하여 기상확률로 설정한다.
삭제
생성부는, 분산전원들의 출력을 이용한 급전원조류계산 결과를 근거로 각 분산전원의 우선순위를 설정하고, 설정된 우선순위에 따라 설정한 각 분산전원의 참여계수 및 산출한 기상확률 및 분산전원의 출력예측량을 근거로 목적 변수를 정량화하고, 정량화한 목적 변수를 근거로 각 분산전원의 투입량을 설정하여 계획급전 프로세스를 생성한다.
생성부는, 산출한 출력예측량을 분산전원의 최대출력으로 설정한다.
생성부는, 분산전원들의 출력을 근거로 설정한 출력 레벨을 근거로 계획급전 케이스들을 생성하고, 계획급전 케이스들 각각에 대한 급전원 조류계산을 통해 선로 손실량을 산출하는 조류계산모듈을 포함한다.
생성부는, 산출한 선로 손실량을 이용하여 계획급전 케이스별 민감도를 설정하고, 설정한 계획급전 케이스별 민감도를 근거로 계획급전 케이스의 우선순위를 설정하는 우선순위 처리모듈을 더 포함한다.
생성부는, 산출한 기상확률 및 설정한 계획급전 케이스의 우선순위를 근거로 분산전원들의 참여계수를 설정하는 참여계수 산정모듈을 더 포함한다.
생성부는, 설정한 참여계수를 이용하여 정량화한 목적 변수를 근거로 분산전원 투입량을 설정하여 계획급전 프로세스를 생성하는 전압제어요소 산정모듈을 더 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 방법은, 통신부에 의해, 수집장치들로부터 분산전원이 설치된 지역의 기상정보를 수신하여 저장하는 단계; 예측부에 의해, 상기 저장한 기상정보를 근거로 분산전원이 설치된 지역의 기상확률을 산출하는 단계; 상기 예측부에 의해, 상기 산출한 기상확률을 근거로 분산전원의 출력예측량을 산출하는 단계; 및 생성부에 의해, 기산출한 기상확률 및 출력예측량을 근거로 계획급전 프로세스를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 분산전원의 출력예측량을 산출하는 단계는, 상기 예측부에 의해, 분산전원의 정격출력 대비 기상확률로 각 분산전원의 출력기대치를 산출하는 단계; 및 상기 예측부에 의해, 상기 산출한 출력기대치에서 기대치 범위를 감산 및 가산하여 출력예측량을 검출하는 단계를 포함하며,
[수학식]
Figure 112018121042564-pat00015

상기 예측부에 의한 분산전원의 출력예측량을 상기 수학식으로 나타내는 것을 특징으로 한다.
기상확률을 산출하는 단계는, 예측부에 의해, 기설정된 예측주기에 해당하는 기상정보의 존재 여부를 판단하는 단계; 예측부에 의해, 판단하는 단계에서 기상정보가 존재하는 것으로 판단하면 저장된 기상정보를 검출하는 단계; 및 예측부에 의해, 검출한 기상정보를 확률통계처리하여 해당 지역의 기상확률을 산출하는 단계를 포함한다.
기상확률을 산출하는 단계는, 예측부에 의해, 기상정보 검출을 위한 예측주기를 입력받는 단계를 더 포함한다.
기상확률을 산출하는 단계는, 예측부에 의해, 판단하는 단계에서 기상정보가 존재하지 않는 것으로 판단하면 기저장된 확률모델을 검출하는 단계; 및 예측부에 의해, 검출한 확률모델을 기상정보로 설정하는 단계를 더 포함한다.
삭제
계획급전 프로세스를 생성하는 단계는, 생성부에 의해, 분산 전원들의 출력 레벨을 근거로 계획급전 케이스들을 생성하는 단계; 생성부에 의해, 생성된 계획급전 케이스들에 대한 급전원 조류계산 결과를 근거로 우선순위를 설정하는 단계; 생성부에 의해, 산출한 기상확률 및 설정된 우선순위를 근거로 분산전원들 각각의 참여계수를 설정하는 단계; 생성부에 의해, 산출한 기상확률과 설정한 참여계수 및 산출한 출력예측량을 근거로 정량화한 목적 변수를 근거로 각 분산전원의 투입량을 설정하여 계획급전 프로세스를 생성하는 단계를 포함한다.
계획급전 프로세스를 생성하는 단계는, 생성부에 의해, 분산전원의 출력을 근거로 출력 레벨을 설정하는 단계를 더 포함하되, 산출한 출력예측량을 분산전원의 최대출력으로 설정한다.
우선순위를 설정하는 단계는, 생성부에 의해, 생성한 계획급전 케이스별로 급전원 조류계산을 통해 분산전원들 출력변동에 따른 선로 손실량을 산출하는 단계; 생성부에 의해, 산출한 선로 손실량을 근거로 계획급전 케이스별 민감도를 설정하는 단계; 생성부에 의해, 설정된 민감도를 근거로 계획급전 케이스별 우선순위를 설정하는 단계; 및 생성부에 의해, 설정된 민감도를 근거로 급전원별 우선순위를 설정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치 및 방법은 기상정보에 따른 분산전원의 출력변동을 고려하여 산출한 참여계수를 이용하여 분산전원의 투입량을 설정함으로써, 종래기술에서 발생하는 전압문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치 및 방법은 기상정보에 따른 분산전원의 출력변동을 고려하여 산출한 참여계수를 이용하여 분산전원의 투입량을 설정함으로써, 계통의 안정도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 배전계통을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치를 설명하기 위한 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 5는 도 4의 예측부를 설명하기 위한 블록도.
도 6 및 도 7은 도 4의 생성부를 설명하기 위한 블록도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 9는 도 8의 기상확률 산출 단계를 설명하기 위한 흐름도.
도 10은 도 8의 계획급전 프로세스 생성 단계를 설명하기 위한 흐름도.
도 11은 도 10의 급전원조류계산 단계를 설명하기 위한 흐름도.
도 12는 도 10의 우선순위 설정 단계를 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 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 5는 도 4의 예측부를 설명하기 위한 블록도이고, 도 6 및 도 7은 도 4의 생성부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치(400; 이하, "계획급전 프로세스 생성 장치(400)"라 함)는 복수의 계측장치(200)들을 통해 분산전원(100)과 연결되고, 수집장치(300), 메인 서버(500) 및 관리자 단말(600)과 연결된다.
계측장치(200)는 분산전원(100)의 출력전압을 측정하여 계획급전 프로세스 생성 장치(400)에게로 전송한다. 즉, 계측장치(200)는 연결된 분산전원(100)에서 배전계통으로 출력되는 출력전압을 측정한다. 계측장치(200)는 측정한 출력전압을 계획급전 프로세스 생성 장치(400)에게로 전송한다. 여기서, 계측장치(200)는 분산전원(100)과 일대일로 연결되는 것으로 도시하여 설명하였으나, 배전계통을 구성하는 선로, 부하, 분산전원(100)을 다수의 구간으로 구분하고, 각 구간별로 하나의 계측장치(200)를 통해 분산전원(100)들의 출력전압을 계측하여 계획급전 프로세스 생성 장치(400)에게로 전송할 수도 있다.
수집장치(300)는 분산전원(100)들이 설치된 영역의 기상정보를 수집하여 계획급전 프로세스 생성 장치(400)에게로 전송한다. 즉, 수집장치(300)는 분산전원(100)들이 설치된 영역(또는 구간)에 설치되어, 해당 영역의 일사량(또는, 일조량), 풍량 등의 기상정보를 수집한다. 수집장치(300)는 수집한 기상정보를 영역정보와 함께 계획급전 프로세스 생성 장치(400)에게로 전송한다.
계획급전 프로세스 생성 장치(400)는 계측장치(200)들로부터 수신한 분산전원(100)들의 출력전압 및 수집장치(300)로부터 수신한 기상정보를 근거로 분산전원(100)의 출력확률을 산출한다. 계획급전 프로세스 생성 장치(400)는 산출한 분산전원(100)의 출력확률을 근거로 분산전원(100)들의 출력참여율을 변경하여 계획급전 프로세스를 생성한다. 여기서, 계획급전 프로세스 생성 장치(400)의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 계획급전 프로세스 생성 장치(400)는 통신부(410), 기상정보 저장부(420), 예측부(430), 실시간 정보 저장부(440), 생성부(450)를 포함하여 구성된다.
통신부(410)는 복수의 계측장치(200)들로부터 분산전원(100)들의 현재 출력전압을 수신한다. 즉, 통신부(410)는 분산전원(100)들과 연결된 계측장치(200)들로부터 각 분산전원(100)에서 현재 출력되는 전압을 수신한다.
통신부(410)는 수집장치(300)로부터 기상정보를 수신한다. 즉, 통신부(410)는 수집장치(300)로부터 일사량(또는, 일조량), 풍량 등의 기상정보를 수신한다. 이때, 통신부(410)는 배전계통의 각 구간별로 설치된 복수의 수집장치(300)들로부터 기상정보를 수신할 수도 있다. 여기서, 통신부(410)는 수집장치(300)의 위치정보와 함께 기상정보를 수신한다. 통신부(410)는 수신한 기상정보를 기상정보 저장부(420)에게로 전송한다.
통신부(410)는 메인 서버(500)에게로 분산전원(100)들의 현재 출력전압을 전송한다. 즉, 통신부(410)는 복수의 계측장치(200)들로부터 수신한 분산전원(100)들의 현재 출력전압을 메인 서버(500)에게로 전송한다.
통신부(410)는 메인 서버(500)에게로 계획급전 프로세스를 전송한다. 즉, 통신부(410)는 후술한 생성부(450)에서 생성되는 계획급전 프로세스를 메인 서버(500)에게로 전송한다.
기상정보 저장부(420)는 통신부(410)로부터 수신한 기상정보를 저장한다. 이때, 기상정보 저장부(420)는 수신한 기상정보를 분산전원 정보(예를 들면, 분산전원(100)의 고유번호, 위치정보 등)과 연계하여 저장한다. 물론, 기상정보 저장부(420)는 수신한 기상정보를 해당 기상정보를 전송한 수집장치(300)의 위치정보와 연계하여 저장할 수도 있다.
기상정보 저장부(420)는 기상모델에 대한 예측 주기별 확률모델을 저장한다. 즉, 기상정보 저장부(420)는 계절단위로 획득한 기상정보를 이용하여 생성된 확률모델, 년 단위로 획득한 기상정보를 이용하여 생성된 확률모델 등과 같이 예측 주기별 확률모델들을 저장한다.
예측부(430)는 확률통계처리를 통해 계획급전 프로세스의 생성에 기초자료인 분산전원(100)의 출력예측량을 예측한다. 즉, 예측부(430)는 기상정보 저장부(420)에 저장된 기상정보 또는 확률모델을 근거로 분산전원(100)의 정격 출력기준으로 일정시간 전의 출력예측량 검출한다. 이때, 예측부(430)는 사용자에 의해 설정도는 예측주기에 해당하는 기상정보를 이용하여 분산전원(100)의 출력예측량을 검출한다. 예측부(430)는 예측주기에 해당하는 기상정보가 저장되어 있는 경우 해당 기상정보를 이용하여 출력예측량을 검출한다. 예측부(430)는 예측주기에 해당하는 기상정보가 저장되어 있지 않은 경우 기저장된 확률모델을 이용하여 출력예측량을 검출한다. 이를 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 예측부(430)는 확률통계 처리모듈(432), 출력 예측모듈(434)을 포함하여 구성된다.
확률통계 처리모듈(432)은 분산전원(100)이 설치된 지역의 기상정보를 근거로 해당 지역의 일사량(또는, 일조량), 풍량 등에 대한 기상확률을 산출한다. 즉, 확률통계 처리모듈(432)은 기상정보 저장부(420)로부터 분산전원(100)이 설치된 지역의 기상정보를 검출한다. 확률통계 처리모듈(432)은 검출한 기상정보를 확률통계처리하여 해당 지역의 기상확률을 산출한다. 이때, 기상확률의 산출에 있어 가장 중요한 점은 예측주기이다. 예측주기가 짧을수록 산출한 기상확률의 신뢰성이 높다. 즉, 분산전원(100)들 중에서 신재생에너지원의 경우 가장 큰 출력변동요인은 기상상태이다. 이러한 기상상태는 예측주기(즉, 익일 혹은 주말, 일주일 후 등)의 시간주기가 길수록 예측의 확률은 낮아지게 된다. 따라서, 확률통계 처리모듈(432)은 예측주기를 사용자로부터 설정시간 정보를 입력받아 예측주기를 설정하고, 설정된 예측주기에 따라 기상확률을 산출하여 신뢰성을 높인다. 이때, 확률통계 처리모듈(432)은 예측주기에 해당하는 예측주기에 해당하는 기상정보가 저장되어 있지 않은 경우 기저장된 확률모델을 기상확률로 산출한다.
출력 예측모듈(434)은 확률통계 처리모듈(432)에서 산출한 기상확률을 근거로 분산전원(100)의 출력기대치를 산출한다. 즉, 출력 예측모듈(434)은 분산전원(100)의 정격출력 대비 기상확률로 각 분산전원(100)의 출력기대치를 산출한다. 이때, 출력 예측모듈(434)은 출력기대치에 사용자에 의해 설정된 기대치 범위를 반영하여 출력예측량을 검출한다. 이때, 출력 예측모델은 출력기대치에서 사용자 지정 기대치 범위를 감산/가산하여 출력예측량을 검출한다. 즉, 출력 예측 모듈에 의한 분산전원(100)의 출력예측량은 하기 수학식 1과 같다.
Figure 112012076051006-pat00001
실시간 정보 저장부(440)는 예측부(430)에서 출력되는 분산전원(100)의 출력예측량 및 기상확률을 연계하여 저장한다. 즉, 실시간 정보 저장부(440)는 각 분산전원(100)의 출력예측량 및 해당 지역의 기상확률을 연계하여 저장한다.
생성부(450)는 분산전원(100)들의 출력을 이용하여 급전원조류계산을 수행한다. 생성부(450)는 급전원조류계산 결과를 근거로 각 분산전원(100)의 우선순위를 설정한다. 생성부(450)는 설정된 우선순위에 따라 각 분산전원(100)의 참여계수를 설정한다. 생성부(450)는 설정한 참여계수 및 기산출한 기상확률 및 분산전원(100)의 출력예측량을 근거로 목적 변수를 정량화하여 각 분산전원(100)의 투입량을 설정한다. 이를 위해, 도 7에 도시된 바와 같이, 생성부(450)는 조류계산모듈(452), 우선순위 처리모듈(454), 참여계수 산정모듈(456), 전압제어요소 산정모듈(458)을 포함하여 구성된다.
조류계산모듈(452)은 해당 지역의 부하정보를 취득한다. 조류계산모듈(452)은 해당 지역에 설치된 분산전원(100)의 출력을 근거로 출력 레벨을 설정한다. 이때, 조류계산모듈(452)은 분산전원(100)의 최대 출력을 기산출한 출력예측량으로 설정하고, 최소 출력을 '0'으로 설정한다.
조류계산모듈(452)은 기설정된 출력 레벨을 근거로 분산전원(100)의 계획급전 케이스를 생성한다. 이때, 조류계산모듈(452)은 해당 지역에 설치된 분산전원(100)들 중에서 기준이 되는 분산전원(100)은 기설정된 레벨에 따라 구성하고, 다른 분산전원(100)들은 최대출력 및 최소출력으로 레벨링하여 계획급전 케이스를 구성하여 계획급전 케이스를 생성한다. 여기서, 조류계산모듈(452)은 기준이 되는 분산전원(100)의 출력변동에 따라 계통의 목적변수 변동량을 검토하기 위해 상기한 바와 같이 계획급전 케이스를 생성한다.
조류계산모듈(452)은 기생성한 계획급전 케이스별로 급전원 조류계산을 통해 분산전원(100)들 출력변동에 따른 선로 손실량을 산출한다.
우선순위 처리모듈(454)은 산출한 선로 손실량을 근거로 각 계획급전 케이스별 민감도를 분석한다. 이때, 우선순위 처리모듈(454)은 분산전원(100)의 출력이 증가함에 따른 선로 손실량의 증가율에 따라 민감도를 설정한다. 우선순위 처리모듈(454)은 선로 손실량의 증가율이 높을수록 민감도가 높은 민감도를 설정한다.
우선순위 처리모듈(454)은 기설정한 계획급전 케이스별 민감도를 근거로 계획급전 케이스들의 우선순위를 설정한다. 우선순위 처리모듈(454)은 각 계획급전 케이스에 대해 기준이 되는 분산전원(100)의 출력에 따른 우선순위를 설정한다.
참여계수 산정모듈(456)은 기상확률 및 우선순위를 근거로 참여계수를 설정한다. 이때, 참여계수 산정모듈(456)은 계획급전 케이스별 우선순위 및 급전원별 우선순위를 이용하여 기상확률별 발전원별 참여계수를 점수화하여 참여계수 테이블을 생성한다.
전압제어요소 산정모듈(458)은 참여계수 테이블 및 분산전원(100)의 출력예측량을 근거로 전압 조정을 위한 목적변수를 정량화한다. 이때, 전압제어요소 산정모듈(458)은 도 7에 도시된 그래프를 이용하여 목적 변수를 정량화한다. 전압제어요소 산정모듈(458)은 정량화된 목적변수를 근거로 분산전원(100)의 투입량을 설정하여 계획급전 프로세스를 생성한다.
메인 서버(500)는 계획급전 프로세스 생성 장치(400)에서 생성한 계획급전 프로세스를 근거로 배전계통에 연결된 분산전원(100)들의 출력전압을 제어한다. 즉, 메인 서버(500)는 계획급전 프로세스에 포함된 분산전원(100)의 출력참여율에 따라 각 분산전원(100)의 출력전압을 제어한다.
메인 서버(500)는 후술한 관리자 단말(600)로부터 분산전원(100)의 출력전압을 제어하기 위한 제어정보를 입력받을 수도 있다. 메인 서버(500)는 입력된 제어정보를 근거로 분산전원(100)들의 출력전압을 제어할 수도 있다.
메인 서버(500)는 계획급전 프로세스 생성 장치(400)로부터 분산전원(100)의 현재 출력전압을 수신한다. 물론, 메인 서버(500)는 복수의 계측장치(200)들로부터 분산전원(100)들의 현재 출력전압을 직접 수신할 수도 있다.
관리자 단말(600)은 메인 서버(500)로부터 계획급전 프로세스를 수신하여 출력한다. 관리자 단말(600)은 메인 서버(500)로부터 분산전원(100)들의 현재 출력전압을 수신하여 표시한다.
관리자 단말(600)은 출력된 계획급전 프로세스를 확인한 관리자로부터 분산전원(100)의 출력전압을 제어하기 위한 제어정보를 입력받는다. 관리자 단말(600)은 입력된 제어정보를 메인 서버(500)로 전송하여 분산전원(100)의 출력전압 제어를 요청한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 9는 도 8의 기상확률 산출 단계를 설명하기 위한 흐름도이고, 도 10은 도 8의 계획급전 프로세스 생성 단계를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 11은 도 10의 급전원조류계산 단계를 설명하기 위한 흐름도이고, 도 12는 도 10의 우선순위 설정 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 통신부(410)는 수집장치(300)로부터 기상정보를 수신한다(S100). 즉, 통신부(410)는 수집장치(300)로부터 일사량(또는, 일조량), 풍량 등의 기상정보를 수신한다. 이때, 통신부(410)는 배전계통의 각 구간별로 설치된 복수의 수집장치(300)들로부터 기상정보를 수신할 수도 있다. 여기서, 통신부(410)는 수집장치(300)의 위치정보와 함께 기상정보를 수신한다. 통신부(410)는 수신한 기상정보를 기상정보 저장부(420)에게로 전송한다. 기상정보 저장부(420)는 통신부(410)로부터 수신되는 기상정보를 위치정보와 연계하여 저장한다.
예측부(430)는 기상정보 저장부(420)에 저장된 기상정보를 근거로 기상확률을 산출한다(S200). 즉, 예측부(430)는 분산전원(100)이 설치된 지역의 기상정보를 근거로 해당 지역의 일사량(또는, 일조량), 풍량 등에 대한 기상확률을 산출한다. 이를 첨부된 도 9를 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 아래와 같다.
예측부(430)는 사용자로부터 기상정보 검출을 위한 예측주기를 설정한다(S210). 즉, 예측부(430)는 사용자로부터 설정시간 정보를 입력받아 예측주기를 설정한다. 이때, 기상확률의 산출에 있어 가장 중요한 점은 예측주기이다. 예측주기가 짧을수록 산출한 기상확률의 신뢰성이 높다. 즉, 분산전원(100) 중 신재생에너지원의 경우 가장 큰 출력변동요인은 기상상태이다. 이러한 기상상태는 예측주기(즉, 익일 혹은 주말, 일주일 후 등)의 시간주기가 길수록 예측의 확률은 낮아지게 된다. 따라서, 확률통계 처리모듈(432)은 예측주기를 사용자로부터 설정시간 정보를 입력받아 예측주기를 설정하고, 설정된 예측주기에 따라 기상확률을 산출하여 신뢰성을 높인다.
기설정된 예측주기에 해당하는 기상정보가 존재하면(S220; 예), 예측부(430)는 기상정보 저장부(420)로부터 기상정보를 검출한다(S230). 즉, 예측부(430)는 기상정보 저장부(420)로부터 분산전원(100)이 설치된 지역의 기상정보를 검출한다.
예측부(430)는 검출한 기상정보를 확률통계처리하여 해당 지역의 기상확률을 산출한다(S240).
예측부(430)는 예측주기에 해당하는 예측주기에 해당하는 기상정보가 존재하지 않으면 기저장된 확률모델을 기상확률로 설정한다(S250).
예측부(430)는 기산출한 기상확률을 근거로 분산전원(100)의 출력예측량을 산출한다(S300). 즉, 출력 예측모듈(434)은 분산전원(100)의 정격출력 대비 기상확률로 각 분산전원(100)의 출력기대치를 산출한다. 이때, 출력 예측모듈(434)은 출력기대치에 사용자에 의해 설정된 기대치 범위를 반영하여 출력예측량을 검출한다. 이때, 출력 예측모델은 출력기대치에서 사용자 지정 기대치 범위를 감산/가산하여 출력예측량을 검출한다.
생성부(450)는 기산출한 기상확률 및 출력예측량을 근거로 계획급전 프로세스를 생성한다(S400). 이를 첨부된 도 10을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 아래와 같다.
생성부(450)는 분산전원(100)들의 출력을 이용하여 급전원조류계산을 수행한다(S410). 이를 위해, 도 11에 도시된 바와 같이, 생성부(450)는 해당 지역의 부하정보를 취득한다(S412).
생성부(450)는 해당 지역에 설치된 분산전원(100)의 출력을 근거로 출력 레벨을 설정한다(S414). 이때, 조류계산모듈(452)은 분산전원(100)의 최대 출력을 기산출한 출력예측량으로 설정하고, 최소 출력을 '0'으로 설정한다.
생성부(450)는 기설정된 출력 레벨을 근거로 분산전원(100)의 계획급전 케이스를 생성한다(S416). 이때, 조류계산모듈(452)은 해당 지역에 설치된 분산전원(100)들 중에서 기준이 되는 분산전원(100)은 기설정된 레벨에 따라 구성하고, 다른 분산전원(100)들은 최대출력 및 최소출력으로 레벨링하여 계획급전 케이스를 구성하여 계획급전 케이스를 생성한다. 여기서, 조류계산모듈(452)은 기준이 되는 분산전원(100)의 출력변동에 따라 계통의 목적변수 변동량을 검토하기 위해 상기한 바와 같이 계획급전 케이스를 생성한다.
생성부(450)는 기생성한 계획급전 케이스별로 급전원 조류계산을 통해 분산전원(100)들 출력변동에 따른 선로 손실량을 산출한다(S418).
생성부(450)는 급전원조류계산 결과를 근거로 우선순위를 설정한다(S420). 이를 위해, 도 12에 도시된 바와 같이, 생성부(450)는 산출한 선로 손실량을 근거로 각 계획급전 케이스별 민감도를 분석한다(S422). 이때, 우선순위 처리모듈(454)은 분산전원(100)의 출력이 증가함에 따른 선로 손실량의 증가율에 따라 민감도를 설정한다. 우선순위 처리모듈(454)은 선로 손실량의 증가율이 높을수록 민감도가 높은 민감도를 설정한다.
생성부(450)는 기설정한 계획급전 케이스별 민감도를 근거로 계획급전 케이스들의 우선순위를 설정하고(S424), 각 계획급전 케이스에 대해 기준이 되는 분산전원(100)의 출력에 따른 우선순위를 설정한다(S426).
생성부(450)는 기상확률 및 우선순위에 따라 각 분산전원(100)의 참여계수를 설정한다(S430). 즉, 생성부(450)는 계획급전 케이스별 우선순위 및 급전원별 우선순위를 이용하여 기상확률별 발전원별 참여계수를 점수화하여 참여계수 테이블을 생성한다.
생성부(450)는 참여계수와 기상확률 및 분산전원(100)의 출력예측량을 근거로 목적 변수를 정량화한다(S440). 즉, 생성부(450)는 설정한 참여계수와 기산출한 기상확률 및 분산전원(100)의 출력예측량을 근거로 참여계수 테이블로부터 검출한 참여계수 및 분산전원(100)의 출력예측량을 근거로 전압 조정을 위한 목적변수를 정량화한다.
생성부(450)는 정량화한 목적 변수를 근거로 각 분산전원(100)의 투입량을 설정하여 계획급전 프로세스를 생성한다(S450). 그에 따라, 통신부(410)는 기생성된 계획급전 프로세스를 메인 서버(500)에게로 전송한다.
상술한 바와 같이, 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치 및 방법은 기상정보에 따른 분산전원의 출력변동을 고려하여 산출한 참여계수를 이용하여 분산전원의 투입량을 설정함으로써, 종래기술에서 발생하는 전압문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치 및 방법은 기상정보에 따른 분산전원의 출력변동을 고려하여 산출한 참여계수를 이용하여 분산전원의 투입량을 설정함으로써, 계통의 안정도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
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: 분산전원 200: 계측장치
300: 수집장치 400: 계획급전 프로세스 생성 장치
410: 통신부 420: 기상정보 저장부
430: 예측부 432: 확률통계 처리모듈
434: 출력 예측모듈 440: 실시간 정보 저장부
450: 생성부 452: 조류계산모듈
454: 우선순위 처리모듈 456: 참여계수 산정모듈
458: 전압제어요소 산정모듈 500: 메인 서버
600: 관리자 단말

Claims (18)

  1. 수집장치로부터 입력되는 기상정보를 저장하는 기상정보 저장부;
    상기 기상정보 저장부로부터 검출한 기상정보를 확률통계처리하여 기상확률을 산출하고, 상기 기상확률을 근거로 분산전원들의 출력예측량을 산출하는 예측부; 및
    상기 산출한 기상확률 및 상기 분산전원들의 출력예측량을 근거로 계획급전 프로세스를 생성하는 생성부를 포함하고,
    상기 예측부는, 예측주기에 해당하는 기상정보 또는 확률모델을 이용하여 기상확률을 산출하는 확률통계 처리모듈; 및 상기 확률통계 처리모듈에서 산출한 기상확률을 근거로 분산전원의 출력기대치를 산출하고, 상기 출력기대치에 기대치 범위를 감산/가산하여 출력예측량을 검출하는 출력 예측모듈을 포함하며,
    [수학식]
    Figure 112018121042564-pat00016

    상기 출력 예측모듈에 의한 분산전원의 출력예측량을 상기 수학식으로 나타내는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 예측부는,
    상기 기상정보 저장부로부터 예측주기에 해당하는 기상정보를 검출하여 기상확률을 산출하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장부는 기상모델에 대한 예측 주기별 확률모델을 더 저장하고,
    상기 예측부는 상기 기상정보 저장부에 상기 예측주기에 해당하는 기상정보가 저장되지 않은 경우 상기 확률모델을 검출하여 기상확률로 설정하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 생성부는,
    분산전원들의 출력을 이용한 급전원조류계산 결과를 근거로 각 분산전원의 우선순위를 설정하고, 상기 설정된 우선순위에 따라 설정한 각 분산전원의 참여계수 및 상기 산출한 기상확률 및 분산전원의 출력예측량을 근거로 목적 변수를 정량화하고, 상기 정량화한 목적 변수를 근거로 각 분산전원의 투입량을 설정하여 계획급전 프로세스를 생성하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 생성부는,
    상기 산출한 출력예측량을 분산전원의 최대출력으로 설정하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 생성부는,
    상기 분산전원들의 출력을 근거로 설정한 출력 레벨을 근거로 계획급전 케이스들을 생성하고, 상기 계획급전 케이스들 각각에 대한 급전원 조류계산을 통해 선로 손실량을 산출하는 조류계산모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 생성부는,
    상기 산출한 선로 손실량을 이용하여 계획급전 케이스별 민감도를 설정하고, 상기 설정한 계획급전 케이스별 민감도를 근거로 계획급전 케이스의 우선순위를 설정하는 우선순위 처리모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 생성부는,
    상기 산출한 기상확률 및 상기 설정한 계획급전 케이스의 우선순위를 근거로 분산전원들의 참여계수를 설정하는 참여계수 산정모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 생성부는,
    상기 설정한 참여계수를 이용하여 정량화한 목적 변수를 근거로 분산전원 투입량을 설정하여 계획급전 프로세스를 생성하는 전압제어요소 산정모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 장치.
  11. 통신부에 의해, 수집장치들로부터 분산전원이 설치된 지역의 기상정보를 수신하여 저장하는 단계;
    예측부에 의해, 상기 저장한 기상정보를 근거로 분산전원이 설치된 지역의 기상확률을 산출하는 단계;
    상기 예측부에 의해, 상기 산출한 기상확률을 근거로 분산전원의 출력예측량을 산출하는 단계; 및
    생성부에 의해, 기산출한 기상확률 및 출력예측량을 근거로 계획급전 프로세스를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 분산전원의 출력예측량을 산출하는 단계는, 상기 예측부에 의해, 분산전원의 정격출력 대비 기상확률로 각 분산전원의 출력기대치를 산출하는 단계; 및 상기 예측부에 의해, 상기 산출한 출력기대치에서 기대치 범위를 감산 및 가산하여 출력예측량을 검출하는 단계를 포함하며,
    [수학식]
    Figure 112018121042564-pat00017

    상기 예측부에 의한 분산전원의 출력예측량을 상기 수학식으로 나타내는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 기상확률을 산출하는 단계는,
    상기 예측부에 의해, 기설정된 예측주기에 해당하는 기상정보의 존재 여부를 판단하는 단계;
    상기 예측부에 의해, 상기 판단하는 단계에서 기상정보가 존재하는 것으로 판단하면 상기 저장된 기상정보를 검출하는 단계; 및
    상기 예측부에 의해, 상기 검출한 기상정보를 확률통계처리하여 해당 지역의 기상확률을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 기상확률을 산출하는 단계는,
    상기 예측부에 의해, 기상정보 검출을 위한 예측주기를 입력받는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 기상확률을 산출하는 단계는,
    상기 예측부에 의해, 상기 판단하는 단계에서 기상정보가 존재하지 않는 것으로 판단하면 기저장된 확률모델을 검출하는 단계; 및
    상기 예측부에 의해, 상기 검출한 확률모델을 기상정보로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 방법.
  15. 삭제
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 계획급전 프로세스를 생성하는 단계는,
    상기 생성부에 의해, 분산 전원들의 출력 레벨을 근거로 계획급전 케이스들을 생성하는 단계;
    상기 생성부에 의해, 상기 생성된 계획급전 케이스들에 대한 급전원 조류계산 결과를 근거로 우선순위를 설정하는 단계;
    상기 생성부에 의해, 상기 산출한 기상확률 및 상기 설정된 우선순위를 근거로 분산전원들 각각의 참여계수를 설정하는 단계;
    상기 생성부에 의해, 상기 산출한 기상확률과 상기 설정한 참여계수 및 상기 산출한 출력예측량을 근거로 정량화한 목적 변수를 근거로 각 분산전원의 투입량을 설정하여 계획급전 프로세스를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 계획급전 프로세스를 생성하는 단계는,
    상기 생성부에 의해, 분산전원의 출력을 근거로 출력 레벨을 설정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 산출한 출력예측량을 상기 분산전원의 최대출력으로 설정하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 우선순위를 설정하는 단계는,
    상기 생성부에 의해, 상기 생성한 계획급전 케이스별로 급전원 조류계산을 통해 분산전원들 출력변동에 따른 선로 손실량을 산출하는 단계;
    상기 생성부에 의해, 상기 산출한 선로 손실량을 근거로 계획급전 케이스별 민감도를 설정하는 단계;
    상기 생성부에 의해, 상기 설정된 민감도를 근거로 계획급전 케이스별 우선순위를 설정하는 단계; 및
    상기 생성부에 의해, 상기 설정된 민감도를 근거로 급전원별 우선순위를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 운영 시스템의 계획급전 프로세스 생성 방법.
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