KR102020285B1 - 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법 - Google Patents

배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배전계통의 전압안정도 관리를 위해 전압조정이 필요한 상황이 발생할 경우 전압조정기기 사용을 대체할 수 있는 배전계통 전압조정수단들이 보유한 자원 조합을 지표화하여 이를 적용한 효과적인 배전계통 운영 방법으로서, 계통해석을 수행하여 전압조정이 필요한 시간 또는 전압조정기기가 동작하는 시간 때를 예측하는 제 1단계와, 상기 작용으로 전압조정이 필요한 경우 계통 운영자가 필요한 시간에 투입가능 용량을 전압조정수단 운영자에게 요청하고 투입가능용량 정보를 기반으로 전압조정수단의 투입가능용량을 산출하는 2단계, 투입가능용량을 바탕으로 전압조정수단이 보유한 자원 조합에 따른 운영지표를 도출하고 이를 기반으로 계통 운영자가 목적으로 하는 전압조정수단이 보유한 자원 조합을 선정하는 3단계로 구현한다.

Description

배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법{Effective Operation Method of Distribution System Using Distribution System Operation Index}
본 발명은 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 신재생, 분산자원 및 전력거래가 도입된 스마트그리드 환경에서의 배전계통 전압안정도 관리에 관한 분야, 특히, 전압조정기기(OLTC, SVR, SVC, STATCOM 등)를 이용하여 배전계통 전압안정도를 관리하는 분야에 관한 것이며, 수요반응, 가상발전소, 프로슈머 등을 이용하여 전력을 거래하는 전력거래 분야에 관한 것으로서, 배전계통의 전압안정도 관리를 위해 전압조정이 필요한 상황이 발생할 경우 전압조정기기 사용을 대체할 수 있는 배전계통 전압조정수단이 보유한 자원 조합을 지표화하여 이를 적용한 효과적인 배전계통 운영 방법에 관한 것이다.
전력기술의 발달과 스마트그리드 도입으로 인해 다양한 신재생 및 분산자원의 배전계통 연계가 증가되고 수용가의 전력시장 참여로 인해 배전계통의 전압안정도 관리의 어려움이 증가되고 있다.
이와 같은 전압안정도관리 문제를 해결하기 위해 배전계통 운영자는 기존 또는 신규 전압조정기기(SVR, SVC, STATCOM 등)를 배전계통에 도입하여 운영하고 있다.
그러나 전압조정기기의 추가적인 설치에 따른 비용 문제 및 신재생 출력 변동, 수용가의 전력거래에 따른 시간대별 부하전력의 변동으로 인해 전압조정기기의 동작이 잦아지고 있다. 이와 같은 잦은 전압조정기기 동작은 기기 수명 단축시키는 결과를 가져오며 이에 따른 경제적 비용이 발생하게 된다.
따라서 배전계통의 전압안정도 관리를 위해 전압조정기기 사용이 필요한 상황이 발생할 경우 이를 대체할 수 있는 다른 전압조정수단을 이용하여 배전계통의 전압안정도를 관리할 수 있는 배전계통 운영 방안이 필요한 실정이다.
[선행기술문헌]
대한민국특허등록번호 제10-1109187호(2012년01월17일 등록)
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 사정을 감안하여 제안된 것으로서, 배전계통의 전압안정도 관리를 위해 전압조정이 필요한 상황이 발생할 경우 전압조정기기 사용을 대체할 수 있는 배전계통 전압조정수단이 보유한 자원 조합을 지표화하여 이를 적용한 효과적인 배전계통 운영 방법을 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법은
계통운영자(컴퓨터)는 배전계통의 전압안정도 관리를 위해 전압조정이 필요한 상황이 발생할 경우 전압조정기기 사용을 대체할 수 있는 배전계통 전압조정수단들이 보유한 자원 조합을 통해 배전계통 운영지표를 도출하여 이를 적용하되, 상기 전압조정이 필요한 상황은 배전계통의 전압이 규정전압을 위반하거나 또는 운영자의 전압조정이 필요하다고 생각되는 상황이며,
전압조정정보 및 운영지표 계산을 위해 필요한 데이터를 입력하는 단계,
입력데이터를 기반으로 계통해석을 수행하여 전압조정이 필요한 시간 또는 전압조정기기가 동작하는 시간 때를 예측하는 전압조정 정보 도출단계,
이후에 전압조정이 필요한 경우 전압조정이 필요한 시간에 투입가능 용량을 요청하고 전압조정수단의 투입 가능용량을 산출하기 위해 필요한 전압조정이 필요한 시간, 보상/패널티 및 요금정보를 전송하는 투입가능용량 정보 요청 단계,
전압조정수단 운영자가 계통 운영자로부터 투입가능용량 정보를 수신하여 전압조정이 필요한 시간에 투입가능용량을 산출하는 단계,
전압조정수단이 보유한 자원 조합에 따른 운영지표를 도출하고 이를 기반으로 계통 운영자가 목적으로 하는 전압조정수단이 보유한 자원 조합을 선정하는 운영지표 계산 및 전압조정수단 선정 단계,
운영지표 계산 및 전압조정수단 선정의 결과를 전압조정수단 운영자에게 전송하는 전압조정수단의 투입 정보 전송 단계, 및
상기 단계에서 선정된 전압조정수단이 보유한 자원 조합을 적용하여 배전계통의 운영계획을 수립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법을 제공한다.
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또한, 바람직하게는, 운영자가 의사결정이 필요한 특정 상황에서 의사결정의 용이성 확보를 위해 필요한 다양한 정보군 데이터들의 연관관계 분석과 의사결정 모델링을 통해 도출되는 수치로 정의된 배전계통 운영지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영 방법이 제공된다.
또한, 바람직하게는, 계통운영자가 목적으로 하는 전압조정수단을 선정하는데 있어서 전압조정수단의 운영 및 관리에 따른 경제성과 공급신뢰도 그리고 배전계통의 전압안정도를 이용하여 전압조정수단을 선정하는 방법으로
S=w1*전압안정도+w2*경제성+w3*공급신뢰도의 판별법을 이용하여 운영자가 지정한 가중치 w_i를 이용하여 전압 조정수단을 선정하는 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법이 제공된다.
여기서, 전압안정도는 계통운영자가 전압관리를 목표로 하는 배전계통 특정지점의 전압이 목표로 하는 전압 범위를 만족하는 정도를 수치로 표현한 것,
경제성은 전압조정수단 자원들의 조합에 따른 운영 비용 또는 이익,
공급신뢰도는 전압조정수단이 배전계통 전압조정에 참여하였을 경우 목표로 하는 공급용량을 충족시킬 확률이다.
또한, 바람직하게는, 전압조정이 필요한 시간 때는 안정적인 운영을 위해 전압조정이 필요한 시간 또는 전압조정기기의 동작이 예측되는 시간 t를 중심으로 t-N과 t+N 시간 사이로 정해지는 것을 특징으로 하는 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법이 제공된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법에 의하면, 본 발명에 따른 배전계통 운영지표를 이용한 전압관리 방안은 배전계통의 전압안정도 관리를 위해 전압조정이 필요한 상황이 발생할 경우 전압조정기기 사용을 대체할 수 있는 배전계통 전압조정수단을 효과적으로 선정할 수 있으며 선정된 전압조정수단을 이용하여 전압안정도 관리를 수행할 경우 기존 운영방식보다 경제적으로 효과적인 배전계통 운영 계획을 수립할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법을 구현하기 위한 시스템 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배전계통의 효과적인 운영방법에서 전압관리방안을 대체할 수 있는 수단을 DR로 선정하고 DR 투입가능 용량함수를 나타낸 그래프이다.
도 3은 배전계통에 관한 주요 계통 구성정보를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2와 관련하여 DR탭 투입시 일간 탭 동작 감소횟수를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 2와 관련하여 Tap_Total_Cost(t) 변화에 따른 월간 탭 동작 횟수 및 감소 횟수 트렌드를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 2와 관련하여 DR 투입에 따른 탭 동작 감소율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 2와 관련하여 특정일의 DR 투입 전/후에 따른 시간대별 말단 전압 트렌드를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법에서 전압조정이 필요한 시점 t와 관련한 그래프이다.
이하 본 발명에 따른 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법에 대하여 첨부도면을 참조로 상세히 설명한다.
전압안정도를 관리하는 전압조정기기는 기기 종류에 따라 변전소와 고압 배전선로에 설치될 수 있다. 전압조정기기는 탭 절환기를 통해 전압을 제어하거나 유효전력과 무효전력을 배전계통으로 주입함으로써 전압관리를 수행할 수 있다.
전압조정기기 이외의 배전계통 전압을 관리할 수 있는 수단으로는 분산자원을 보유한 수용가 또는 수요반응, 가상발전소, 프로슈머 거래 등을 수행하는 사업자들의 운영 자원을 포함할 수 있다.
이와 같은 전압조정수단은 전압조정기기 사용이 필요한 상황이 발생하였을 경우 각기 다른 경제성과 신뢰도를 가지는 전압조정수단들을 어떻게 조합하여 배전계통에 투입할 지에 대한 결정이 필요하며 이 결정은 운영지표를 기반으로 결정된다.
여기서 운영지표는 운영자가 의사결정이 필요한 특정 상황에서 의사결정의 용이성 확보를 위해 필요한 다양한 정보군 데이터들의 연관관계 분석과 의사결정 모델링을 통해 도출되는 수치로 정의할 수 있다.
운영지표는 전압조정기기와 전압조정기기 이외의 다른 전압조정수단의 운영 및 관리에 따른 경제성과 공급신뢰도 그리고 배전계통의 전압안정도 등 계통 운영자의 의사결정에 영향을 미칠 수 있는 요소를 고려하여 도출된다.
운영 지표 도출을 위한 수단으로는 최적화 기법이 사용되며 도출된 운영 지표를 기반으로 운영 및 평가하기 위한 수단으로는 조류계산기법이 사용된다.
본 발명은 기존 전압조정기기를 활용하여 배전계통 전압관리를 수행하는 방법과는 달리 전압조정기기 이외의 다양한 전압조정수단이 보유한 자원 조합을 지표화하고 이를 이용하여 배전계통 운영을 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법에 있어서, 계통운영자(컴퓨터)는 배전계통의 전압안정도 관리를 위해 전압조정이 필요한 상황이 발생할 경우 전압조정기기 사용을 대체할 수 있는 배전계통 전압조정수단들이 보유한 자원 조합을 통해 배전계통 운영지표를 도출하여 이를 적용하되, 상기 전압조정이 필요한 상황은 배전계통의 전압이 규정전압을 위반하거나 위반할 수 있는 상황 또는 운영자의 전압조정이 필요하다고 생각되는 상황인 것을 특징으로 하는 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법은,
계통해석을 수행하여 전압조정이 필요한 시간 또는 전압조정기기가 동작하는 시간 때를 예측하는 제 1단계와,
상기 작용으로 전압조정이 필요한 경우 계통 운영자가 필요한 시간에 투입가능 용량을 전압조정수단 운영자에게 요청하고 투입가능용량 정보를 기반으로 전압조정수단의 투입가능용량을 산출하는 2단계와,
투입가능용량을 바탕으로 전압조정수단이 보유한 자원 조합에 따른 운영지표를 도출하고 이를 기반으로 전압조정수단을 선정하는 3단계로 구현하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법은,
운영자가 의사결정이 필요한 특정 상황에서 의사결정의 용이성 확보를 위해 필요한 다양한 정보군 데이터들의 연관관계 분석과 의사결정 모델링을 통해 도출되는 수치로 정의된 배전계통 운영지표를 이용한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법은, 계통운영자가 목적으로 하는 전압조정수단을 선정하는데 있어서 전압조정수단의 운영 및 관리에 따른 경제성과 공급신뢰도 그리고 배전계통의 전압안정도를 이용하여 전압조정수단을 선정하는 방법으로
S=w1*전압안정도+w2*경제성+w3*기타요소의 판별법을 이용하여 운영자가 지정한 가중치 w_i를 이용하여 전압 조정수단을 선정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 경제성이란 전압조정수단 자원들의 조합에 따른 운영 비용 또는 이익으로서, 전압조정수단 자원들은 각기 다른 운영비용을 가지기 때문에 조합에 따른 운영비용 및 이익이 달라진다. 기타 요소는 경제성과 같이 계통 운영자가 전압조정수단을 선정하기 위한 의사결정에 미칠 수 있는 요소로서 공급신뢰도와 같은 항목이 될 수 있다.
계통운영자(컴퓨터)는 경제성을 목적으로 운영하거나 전압안정도를 높이기 위해 운영하는 등 특정한 목표를 두고 배전계통 운영을 한다. 이것은 계통운영자의 운영 목적에 따라 다르게 적용될 수 있기 때문에 가중치를 적용시켜 운영자가 추구하는 운영 목적에 맞춰 운영을 할 수 있도록 한다. 예를 들어 전압안정도의 가중치가 경제성보다 높으면 운영자는 운영시 발생하는 이익 또는 비용보다 전압안정도를 높이도록 운영함으로써 다소 운영이익이 낮거나 높더라도 전압안정도를 높이는 방향으로 운영이 결정된다.
계통운영자(컴퓨터)는 상기 전압조정수단 선정을 위한 판별법인 S에서 전압안정도, 경제성, 기타요소의 가중치가 다르다. 이와 같이 다른 가중치를 적용하기 위해 계통운영자(컴퓨터)는 가중치 조정 알고리즘(미도시)을 구비할 수 있다. 전압안정도, 경제성, 기타요소(공급안정도 등, 이에 한정하지 않음)는 입력요소이다.
또한, 본 발명에 따른 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법은, 전압조정이 필요한 시간 때는 안정적인 운영을 위해 전압조정이 필요한 시간 또는 전압조정기기의 동작이 예측되는 시간 t를 중심으로 t-N과 t+N 시간 사이로 정해지는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법을 구현하기 위한 시스템 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 배전계통의 효과적인 운영방법에서 전압관리방안을 대체할 수 있는 수단을 DR로 선정하고 DR 투입가능 용량함수를 나타낸 그래프이고, 도 3은 배전계통에 관한 주요 계통 구성정보를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2와 관련하여 DR탭 투입시 일간 탭 동작 감소횟수를 나타낸 그래프이고, 도 5는 도 2와 관련하여 Tap_Total_Cost(t) 변화에 따른 월간 탭 동작 횟수 및 감소 횟수 트렌드를 나타낸 그래프이고, 도 6은 도 2와 관련하여 DR 투입에 따른 탭 동작 감소율을 나타낸 그래프이고, 도 7은 도 2와 관련하여 특정일의 DR 투입 전/후에 따른 시간대별 말단 전압 트렌드를 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명에 따른 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법에서 전압조정이 필요한 시점 t와 관련한 그래프이다.
도 1의 시스템 구성에 따른 흐름도에 따르면 배전계통 전압조정 수단을 선정하여 운영에 활용하는 계통운영자와 전압조정수단을 보유하여 운영에 활용하는 전압조정수단 운영자로 구분할 수 있다.
여기서 입력 단계는 전압조정정보 및 운영지표 계산을 위해 필요한 데이터를 입력하는 단계를 나타낸다(S2).
입력 데이터로는 전압조정정보를 도출하기 위해 계통해석에 필요한 배전계통 기본 구성정보(선로 임피던스, 부하, 분산전원 등) 및 전력거래정보, 시간대별 전기요금 정보 등이 있다.
전압조정 정보 도출 단계는(S4,S6) 입력데이터를 기반으로 계통해석을 수행하여 전압조정이 필요한 시간 또는 전압조정기기가 동작하는 시간 때를 예측하는 단계를 나타냄. 이를 예측 하기 위해 퍼지, 인공신경망(입력 변수들에 학습을 통해 가중치를 부여하여 출력값을 산출하는 기법), 수요예측 등의 예측기법이 사용될 수 있으며 이를 위해 다음과 같은 정보들을 이용할 수 있다. 즉, 전력거래참여자의 부하 및 과거 거래정보, 거래용량 등, 태양광, 풍력 등의 신재생 정보(용량, 위치, 과거 발전량 정보등) 및 기상정보(날씨, 온도, 일사량, 구름 등). (도 1에서, 전압조정이 필요한 상황은 배전계통의 전압이 규정전압을 위반하거나 위반할 수 있는 상황 또는 운영자가 전압조정이 필요하다고 생각되는 상황을 말한다).
투입가능용량 정보 요청 단계는(S8) 상기 작용으로 인해 전압조정이 필요한 경우 전압조정이 필요한 시간에 투입가능 용량을 요청하고 전압조정수단의 투입 가능용량을 산출하기 위해 필요한 전압조정이 필요한 시간, 보상/패널티 및 요금정보 등을 전송하는 단계를 나타낸다(S10).
투입가능용량 산출 단계는(S12) 전압조정수단 운영자가 계통 운영자로부터 투입가능용량 정보를 수신하여 전압조정이 필요한 시간에 투입가능용량을 산출하는 단계를 나타낸다. 투입가능용량은 범위로 나타낼 수 있으며 최소 투입가능용량과 최대 투입가능용량을 가질 수 있다. (전압조정수단의 경우, 발전기, 신재생, 전력저장장치, 부하 등과 같은 자원들로 구성되거나 조합이 되어 있다. 따라서 배전계통으로의 투입이 가능한 용량은 기상상황이나 부하사용량 또는 전압조정수단 운영자의 운영방식에 따라 시간대별로 투입 가능한 용량이 달라질 수 있다. 따라서 전압조정수단 운영자는 특정한 투입 가능량을 제시하는 것이 아닌 범위 형태로 계통운영자에게 제공되어야 한다).
운영지표 계산 및 전압조정수단 선정 단계는(S14) 전압조정수단이 보유한 자원 조합에 따른 운영지표를 도출하고 이를 기반으로 계통 운영자가 목적으로 하는 전압조정수단이 보유한 자원 조합을 선정하는 단계이다. 운영지표는 전압조정수단의 운영 및 관리에 따른 경제성과 공급신뢰도 그리고 배전계통의 전압안정도 등 계통 운영자의 의사결정에 영향을 미칠 수 있는 요소를 고려하여 도출되며 그 결과는 종합적인 수치로 표현된다(청구항에 S로 표현됨). 계통 운영자는 전압조정수단이 보유한 자원 조합에 따른 운영지표 도출을 위해 반복법을 사용하여 운영지표를 산출하거나 최적화를 통해 목표로 하는 특정 조합에 따른 운영지표를 산출하여 선정할 수 있다. 여기서 경제성은 전압조정수단이 보유한 자원 조합에 따른 비용을 말한다. 전압안정도는 계통운영자가 전압관리를 목표로 하는 배전계통 특정지점의 전압이 목표로 하는 전압 범위를 만족하는 정도를 수치로 표현한 것을 말한다. (예를 들어, 계통 운영자가 전압관리를 목표로 하는 전압이 배전계통 전압관리 기준일 경우 관리 기준을 벗어나는 정도를 수치로 나타낼 수 있으며 다른 예로 운영자가 전압관리를 목표로 하는 전압이 22.9kV인 경우 이를 기준으로 벗어나는 정도로서 벗어나는 정도는 단순 편차 및 최소제곱법등을 이용할 수 있다.)
공급신뢰도는 전압조정수단이 배전계통 전압조정에 참여하였을 경우 목표로 하는 공급용량을 충족시킬 확률을 말한다. 여기서 공급신뢰도는 계통 운영자가 전압조정수단의 히스토리를 기반으로 자원 특성(발전의 불확실성), 고장, 계통운영자의 동작지시에 따른 전압조정수단 운영자의 응답에 따른 동작 (응동) 등과 같이 목표로 하는 공급용량을 충족시키지 못할 수 있는 상황들을 종합적으로 고려하여 산출된다.
전압조정수단의 투입 정보 전송 단계는(S16) 운영지표 계산 및 전압조정수단 선정의 결과를 전압조정수단 운영자에게 전송하는 단계를 말한다. 여기서 전압조정수단 운영자에게 전송되는 투입 정보는 시간대별 투입용량 정보가 있다. 이를 기반으로 전압조정 운영자는 자체 운영계획을 수립하여 운영할 수 있다(S18).
배전계통 운영계획 수립 단계는(S20) 상기 단계에서 선정된 전압조정수단이 보유한 자원 조합을 적용하여 배전계통의 운영계획을 수립하는 단계를 나타낸다.
실시예
본 발명의 상세한 실시예를 다음과 같이 제시하고자 한다.
계통운영자는 입력데이터를 기반으로 계통해석을 수행하고 전압조정 필요하거나 전압조정기기가 동작하는 상황을 예측한다.
예측 결과가 전압조정이 필요하지 않거나 전압조정기기가 동작하지 않는 경우 다시 입력으로 돌아간다.
그러나 전압조정이 필요한 상황이 발생하면 계통 운영자는 전압조정에 참여 가능한 전압조정 수단 운영자들에게 전압조정이 필요한 시간대와 해당시간대별 투입가능용량을 요청한다(S8). 동시에 전압조정수단 운영자의 시간대별 투입가능용량을 산출하기 위한 보상/패널티 및 요금정보를 전송한다. 여기서 전압조정이 필요한 시간 때는 안정적인 운영을 위해 전압조정이 필요한 시간 또는 전압조정기기의 동작이 예측되는 시간 t를 중심으로 t-N과 t+N 시간 사이로 정해질 수 있다. 전압조정수단 운영자들은 이를 고려하여 시간대별 투입 가능용량을 산출하고 그 결과를 계통 운영자에게 전송한다. 상기 시간 t에 대해 좀 더 설명하면, 전압조정의 안정성 및 신뢰성 확보를 위해 전압조정이 필요한 시점 t에 전압조정수단을 투입하지 않고 t-N 부터 t+N까지 전압조정수단을 투입하여 전압조정의 안정성과 신뢰성을 확보한다(도 8참조).
전송받은 시간대별 투입 가능용량과 보상/패널티 및 요금정보를 기반으로 최적화기법을 이용하여 전압조정수단이 보유한 자원 조합을 통해 배전계통 운영지표를 도출하며 이를 기반으로 전압조정수단을 선정한다.
계통 운영자는 상기 선정된 전압조정수단 결과에 따른 시간대별 투입용량 정보를 전송하게 되고 이를 전송받은 전압조정수단 운영자는 운영계획 수립에 활용한다. 계통 운영자는 선정된 전압조정수단 정보를 이용하여 배전계통 운영계획을 수립한다.
시뮬레이션 실시예
개요
본 발명에서는 배전계통 운영지표(DNOI:Distribution Network Operation Index)의 활용성분석을 위해 배전운영지표를 이용한 로직을 개발하였다. DNOI 로직은 전압조정수단 선정 로직은 탭 운영비용과 전압조정수단의 운영비용을 바탕으로 경제성이 높은 전압조정수단을 선정하게 되며 본 연구에서는 전압조정수단의 경우 수요반응(DR:Demand Response)을 대상으로 하였다. 다음은 DNOI의 전압조정수단 선정 로직을 나타낸다.
if
Figure 112017091744164-pat00001
Figure 112017091744164-pat00002
Figure 112017091744164-pat00003
Figure 112017091744164-pat00004
else
Figure 112017091744164-pat00005
여기서 탭 동작에 따른 총 비용
Figure 112017091744164-pat00006
는 탭 비용 가중치
Figure 112017091744164-pat00007
와 탭 운영비용
Figure 112017091744164-pat00008
로 나타낼 수 있다.
Figure 112017091744164-pat00009
는 시간 t에서의 DR 투입에 따른 비용을 나타내며 해당 비용은 시간 t에서의 DR 투입 용량
Figure 112017091744164-pat00010
와 kWh당 단가
Figure 112017091744164-pat00011
그리고 지속시간
Figure 112017091744164-pat00012
로 나타낼 수 있다. 여기서 DR 투입 용량
Figure 112017091744164-pat00013
는 DR 투입 가능 용량함수
Figure 112017091744164-pat00014
와 DR용량 가중치
Figure 112017091744164-pat00015
를 통해 결정된다. 여기서 DR 투입 가능 용량함수
Figure 112017091744164-pat00016
는 탭 동작에 따른 총 비용
Figure 112017091744164-pat00017
에 따라 DR 투입 가능 용량이 결정되며 사용자는 DR 용량 가중치
Figure 112017091744164-pat00018
를 최종 DR 투입용량
Figure 112017091744164-pat00019
가 결정된다.
활용성 분석
본 발명에서는 분산자원이 도입된 배전계통 환경에서 주변압기 탭조정에 따른 전압관리 방안을 대체할 수 있는 수단을 DR로 선정하고 상기 DNOI 로직을 적용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 탭 동작 비용의 경우 운영환경에 따라 각기 다른 경제적 비용이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 탭 비용 가중치
Figure 112017091744164-pat00020
변화에 따른 OLTC 탭 동작 횟수 변화 및 배전계통 전압 안정도 분석을 통한 연계 지표의 활용성을 분석하였다.
시뮬레이션 설정
본 발명에서는 DR 투입 가능 용량함수
Figure 112017091744164-pat00021
를 도 2와 같은 1차 함수 형태로 설정하였으며
Figure 112017091744164-pat00022
의 탭 비용 가중치
Figure 112017091744164-pat00023
를 변경하여 시뮬레이션을 진행하였다. 도 2는 DR 투입 가능 용량 함수를 나타낸다.
DR 용량 가중치
Figure 112017091744164-pat00024
는 0.9로 설정하였으며 지속시간
Figure 112017091744164-pat00025
은 1시간으로 설정하였다. DR 투입에 따른 kWh당 단가
Figure 112017091744164-pat00026
는 2016년 평균 SMP를 고려하여 75원으로 설정하였다. 또한 전압조정수단이 DR이 선정되었을 경우 수용가의 DR운영은 부하감축을 한다는 가정을 하였다. 시뮬레이션 기간은 한 달로 설정하였으며 간격은 1분으로 설정하였다. 배전계통 환경 설정의 경우 총 긍장(배전계통에서 선로길이를 긍장으로 표현한다)은 20 km로 설정하였으며 선종(전선의 종류를 말하며 시뮬레이션에 사용한 전선의 이름이 ACSR이라고 함)은 ACSR 160과 95
Figure 112017091744164-pat00027
으로 설정하였다. 부하의 경우 산업용 실 부하패턴을 적용하였으며 평균 부하는 6 MW로 설정하였다. 배전계통에 총 50개의 태양광 발전이 존재함으로 가정하였으며 총 용량은 4.5 MWp로 설정하였다. 도 3은 배전계통 구성도를 나타내며 표 1은 주요 계통 구성정보를 나타낸다. 도 3은 OLTC는(On Load Tap Changer) 부하시 탭 절환기기를 말하며, 도 3의 P는 태양광 발전 시스템, L은 부하를 말한다. 총 태양광 발전시스템은 50개, 부하는 50개로 설정하였다.
Figure 112017091744164-pat00028
시뮬레이션 결과 및 검토
시뮬레이션 결과 DNOI의 의사결정에 따라 DR 투입시 전체적으로 일간 탭 동작이 감소함을 보였다. DR 투입시 일간 탭 동작의 경우 31일 중 20일이 탭 동작이 감소한 것으로 나타났으며 4일은
Figure 112017091744164-pat00029
가 100000원 일 때 탭 동작이 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같이 탭 동작이 증가하는 결과는
Figure 112017091744164-pat00030
가 높아 DR 투입 용량 높아짐에 따라 오히려 탭 상승이 발생한 것으로 분석되었다. 도 4는 일간 탭 동작 감소횟수를 나타낸다.
월간 탭 동작 횟수는 156회로 나타났으며
Figure 112017091744164-pat00031
가 증가에 따라 DR 투입 용량이 증가함으로써 전체적인 월간 탭 동작은 감소함을 보였다. DR 투입에 따라 DR 투입 전 대비 평균 86%, 최대 82%로 탭 동작이 감소하는 것으로 분석되었다. DR 투입 전 월간 탭 동작 횟수 156회에서
Figure 112017091744164-pat00032
가 80000원 일 경우 탭 동작 횟수는 최소 128회로 18회 감소하는 것으로 나타났다. 그러나
Figure 112017091744164-pat00033
가 100000원일 경우 탭 동작 횟수는 132회로 다시 증가함을 보였다. 도 5는
Figure 112017091744164-pat00034
변화에 따른 월간 탭 동작 횟수 및 감소 횟수 트렌드를 나타내고 도 6은 탭 동작 감소율을 나타낸다.
DR 투입에 따른 배전계통 전압의 경우 배전계통의 적정 전압을 유지하는 것으로 나타났다. 도 7은 특정일의 DR 투입 전/후에 따른 시간대별 말단 전압 트렌드를 나타낸다.
본 발명에서는 탭 비용 가중치
Figure 112017091744164-pat00035
변화에 따른 OLTC 탭 동작 횟수 변화 및 배전계통 전압 안정도를 통한 연계 지표 DNOI의 활용성을 분석하였다. 그 결과 배전계통 전압 탭 동작이 감소하는 것으로 나타났으며 DR 투입으로 인한 탭 동작 억제 시점에서의 배전계통 전압이 적정범위를 유지함을 보였다.
S2: 입력 단계
S4: 전압조정 정보도출단계
S6: 전압조정필요 판단단계
S8: 투입가능용량 정보요청단계
S10: 투입가능용량 정보수신단계
S12: 투입가능용량 산출단계
S14: 운영지표계산 및 전압조정수단 선정단계
S16: 전압조정수단의 투입용량전송단계
S18: 운영계획수립단계
S20: 배전계통 운영계획수립단계

Claims (5)

  1. 배전계통의 전압안정도 관리를 위해 전압조정이 필요한 상황이 발생할 경우 전압조정기기 사용을 대체할 수 있는 배전계통 전압조정수단이 보유한 자원 조합을 통해 배전계통 운영지표를 도출하여 이를 적용하되,
    상기 전압조정이 필요한 상황은 배전계통의 전압이 규정전압을 위반하거나 또는 운영자의 전압조정이 필요하다고 생각되는 상황이며,
    전압조정정보 및 운영지표 계산을 위해 필요한 데이터를 입력하는 단계,
    입력데이터를 기반으로 계통해석을 수행하여 전압조정이 필요한 시간 또는 전압조정기기가 동작하는 시간 때를 예측하는 전압조정 정보 도출단계,
    이후에 전압조정이 필요한 경우 전압조정이 필요한 시간에 투입가능 용량을 요청하고 전압조정수단의 투입 가능용량을 산출하기 위해 필요한 전압조정이 필요한 시간, 보상/패널티 및 요금정보를 전송하는 투입가능용량 정보 요청 단계,
    전압조정수단 운영자가 계통 운영자로부터 투입가능용량 정보를 수신하여 전압조정이 필요한 시간에 투입가능용량을 산출하는 단계,
    전압조정수단이 보유한 자원 조합에 따른 운영지표를 도출하고 이를 기반으로 계통 운영자가 목적으로 하는 전압조정수단이 보유한 자원 조합을 선정하는 운영지표 계산 및 전압조정수단 선정 단계,
    운영지표 계산 및 전압조정수단 선정의 결과를 전압조정수단 운영자에게 전송하는 전압조정수단의 투입 정보 전송 단계, 및
    상기 단계에서 선정된 전압조정수단이 보유한 자원 조합을 적용하여 배전계통의 운영계획을 수립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    운영자가 의사결정이 필요한 특정 상황에서 의사결정의 용이성 확보를 위해 필요한 다양한 정보군 데이터들의 연관관계 분석과 의사결정 모델링을 통해 도출 되는 수치로 정의된 배전계통 운영지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    계통운영자가 목적으로 하는 전압조정수단을 선정하는데 있어서 전압조정수단의 운영 및 관리에 따른 경제성과 공급신뢰도 그리고 배전계통의 전압안정도를 이용하여 전압조정수단을 선정하는 방법으로
    S=w1*전압안정도+w2*경제성+w3*공급신뢰도의 판별법을 이용하여 운영자가 지정한 가중치 w_i를 이용하여 전압 조정수단을 선정하는 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법.
    여기서, 전압안정도는 계통운영자가 전압관리를 목표로 하는 배전계통 특정지점의 전압이 목표로 하는 전압 범위를 만족하는 정도를 수치로 표현한 것,
    경제성은 전압조정수단 자원들의 조합에 따른 운영 비용 또는 이익,
    공급신뢰도는 전압조정수단이 배전계통 전압조정에 참여하였을 경우 목표로 하는 공급용량을 충족시킬 확률이다.
  5. 제 1항에 있어서,
    전압조정이 필요한 시간 때는 안정적인 운영을 위해 전압조정이 필요한 시간 또는 전압조정기기의 동작이 예측되는 시간 t를 중심으로 t-N과 t+N 시간 사이로 정해지는 것을 특징으로 하는 배전계통 운영 지표를 이용한 배전계통의 효과적인 운영방법.
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