KR102087416B1 - 부하 모델 기반의 전압 및 무효전력 최적화 제어를 통한 보존 전압 감소를 위한 수전계통 제어 방법 및 장치, 이를 포함하는 수전계통의 보존 전압 감소 시스템 - Google Patents

부하 모델 기반의 전압 및 무효전력 최적화 제어를 통한 보존 전압 감소를 위한 수전계통 제어 방법 및 장치, 이를 포함하는 수전계통의 보존 전압 감소 시스템 Download PDF

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Abstract

부하 모델 기반의 전압 및 무효전력 최적화 제어를 통한 보존 전압 감소를 위한 수전계통 제어 방법 및 장치, 이를 포함하는 수전계통의 보존 전압 감소 시스템이 개시된다.
부하 모델 기반의 전압 및 무효전력 최적화 제어를 통한 보존 전압 감소를 위한 수전계통 제어 방법은 수전계통의 부하 모델을 생성하여 수전계통의 전압을 통합 제어함으로써 수전계통의 보존 전압 감소를 도모한다.

Description

부하 모델 기반의 전압 및 무효전력 최적화 제어를 통한 보존 전압 감소를 위한 수전계통 제어 방법 및 장치, 이를 포함하는 수전계통의 보존 전압 감소 시스템{METHOD OF RECEVING SYSTEM CONTROL FOR CONSERVATION VOLTAGE REDUCTION WITH VOLT VAR OPTIMIZATION BASED ON LOAD MODEL, APPARATUS FOR PERFORMING THE METHOD AND CONSERVATION VOLTAGE REDUCTION SYSTEM OF RECEVING SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 부하 모델 기반의 전압 및 무효전력 최적화 제어를 통한 보존 전압 감소를 위한 수전계통 제어 방법 및 장치, 이를 포함하는 수전계통의 보존 전압 감소 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수전계통의 전압을 통합 제어함으로써 소비전력 절감을 구현하기 위한 수전계통 제어 방법 및 장치, 이를 포함하는 수전계통의 보존 전압 감소 시스템에 관한 것이다.
전기는 일반적으로 전자-기계적 발전기로 발전소에서 생성되며, 발전기는 전형적으로 화학적 연소 또는 핵분열에 의해 연료를 공급 받는 열기관으로 구동되거나, 물 또는 바람의 흐름으로부터 얻어지는 운동 에너지로 구동될 수 있다.
전기는 일반적으로 교류 신호로서 송전 망을 통하여 수요자에게 공급될 수 있다. 송전망은 발전소, 송전 회로, 변전소 등의 네트워크를 포함할 수 있다.
한편 전압 및 무효전력 최적화(VVO: Voltage Var Optimization) 제어 방법은 전압 제어 및 무효전력 제어 기능을 통합적으로 운영함으로써 전력 계통의 조상설비의 투입이나 개방 명령, 전압 조절 장치의 탭 조절 등을 미리 예측하고 원격 제어를 실행하는 계통 제어 방법으로, 지속적으로 변화하는 부하 환경에서 허용전압 변동 범위를 유지하고 전력을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
또한 보존 전압 감소(CVR: Conservation voltage reduction) 제어 방법은 전압 및 무효전력 최적화(VVO) 제어를 통해 계통을 구성하는 각 노드의 전압 크기를 허용전압 변동 범위 내에서의 최적 하한으로 유지하도록 하는 계통 제어 방법으로, 수요자의 소비전력량을 감소시켜 전력 사용 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.
그러나 전력계통에서는 무수히 많은 전력 설비가 연계되는데, 전력설비 각각의 지속적인 부하 변화에 대응하면서 보존 전압 감소(CVR) 제어를 실현하는 데에 어려움이 있어 전력계통 운용의 안정성이 떨어진다는 문제점이 있다.
본 발명의 일측면은 수전계통의 각 노드에서 수집하는 전력 데이터를 이용하여 수전계통의 부하 모델을 실시간으로 생성하고, 부하 모델에 기반하여 수전계통의 전압을 통합 제어함으로써 수전계통의 보존 전압 감소를 도모하는 부하 모델 기반의 전압 및 무효전력 최적화 제어를 통한 보존 전압 감소를 위한 수전계통 제어 방법 및 장치, 이를 포함하는 수전계통의 보존 전압 감소 시스템을 제공한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 수전계통 제어 장치는 수전계통을 구성하는 각 노드에서 실시간 측정되는 전력 데이터에 따라 상기 수전계통의 부하 모델을 설정하고, 상기 수전계통의 부하 모델을 이용하여 수전설비가 접속되는 노드의 전압을 산출하는 전압 산출부, 상기 수전설비가 접속되는 노드의 전압이 상기 수전계통을 구성하는 각 노드의 허용 전압 범위 내에서의 하한치로 제어되도록 하는 상기 수전설비의 전압 제어 장치의 제어 변수 값을 산출하는 제어 변수 산출부 및 상기 제어 변수 값으로 상기 전압 제어 장치를 제어하여 상기 수전계통의 전압 및 무효전력 중 적어도 하나를 제어하는 전압 제어부를 포함한다.
한편, 상기 수전계통을 구성하는 각 노드의 무효전력의 변화량을 분석하여 상기 수전계통을 구성하는 각 노드에 구비되는 전압 제어 장치를 제어하는 관할 노드 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압 산출부는, 상기 수전계통을 구성하는 각 노드에서 실시간 측정되는 전압, 전류 및 역률 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 수전계통을 나타내는 4단자망(constants of four terminals)의 상기 수전계통의 부하 모델을 설정하고, 상기 수전계통의 부하 모델을 이용하여 상기 수전설비가 접속되는 노드의 전압을 산출할 수 있다.
또한, 상기 전압 산출부는, 뉴튼-랩손 법(Newton-Raphson method), 어댑티브 뉴튼-랩손 법(Adaptive Newton-Raphson method), 패스트-디커플드 법(Fast-Decoupled method), 엑셀러레이티드 가우스-자이델 법(Accelerated Gauss-Seidel method) 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 수전설비가 접속되는 노드의 전압을 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어 변수 산출부는, 상기 수전설비가 접속되는 노드의 전압 및 이를 제어하기 위한 상기 전압 제어 장치의 제어 변수를 포함하는 목적 함수를 설정하고, 상기 목적 함수가 최소값을 갖도록 하는 상기 제어 변수의 값을 산출할 수 있다.
또한, 상기 전압 제어부는, 상기 수전계통의 전압 및 무효전력을 모두 제어하는 경우, 무효전력을 제어할 수 있도록 상기 전압 제어 장치를 제어한 뒤, 전압을 제어할 수 있도록 상기 전압 제어 장치를 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 수전계통의 보존 전압 감소 시스템은 전력회사 계통으로부터 공급받은 전력을 수용가로 공급하며, 전압 및 무효전력 중 적어도 하나를 제어하기 위한 전압 제어 장치가 구비된 수전설비 및 수전계통을 구성하는 각 노드에서 실시간 측정되는 전력 데이터에 따라 상기 수전계통의 부하 모델을 설정하고, 상기 수전계통의 부하 모델을 이용하여 상기 수전설비가 접속되는 노드의 전압을 산출하고, 상기 수전설비가 접속되는 노드의 전압이 상기 수전계통을 구성하는 각 노드의 허용 전압 범위 내에서의 하한치로 제어되도록 하는 상기 수전설비의 제어 변수 값을 산출하며, 상기 제어 변수 값으로 상기 전압 제어 장치를 제어하여 상기 수전계통의 전압 및 무효전력 중 적어도 하나를 제어하는 수전계통 제어 장치를 포함한다.
한편, 상기 수전설비는, 풍력발전, 태양광 발전, 비상 및 상용 발전기 및 연료전지 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 수전계통 제어 방법은, 수전계통에 포함되는 수전설비의 전압을 제어하는 수전계통 제어 장치에서의 부하 모델 기반의 전압 및 무효전력 최적화 제어를 통한 보존 전압 감소를 위한 수전계통 제어 방법에 있어서, 수전계통을 구성하는 각 노드에서 실시간 측정되는 전력 데이터에 따라 상기 수전계통의 부하 모델을 설정하여 상기 수전설비가 접속되는 노드의 전압을 산출하는 단계, 상기 수전설비가 접속되는 노드의 전압이 상기 수전계통을 구성하는 각 노드의 허용 전압 범위 내에서의 하한치로 제어되도록 하는 상기 수전설비의 제어 변수 값을 산출하는 단계 및 상기 제어 변수 값으로 상기 전압 제어 장치를 제어하여 상기 수전계통의 전압 및 무효전력 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 수전계통을 구성하는 각 노드에서 실시간 측정되는 전력 데이터에 따라 상기 수전계통의 부하 모델을 설정하여 상기 수전설비가 접속되는 노드의 전압을 산출하는 단계는, 상기 수전계통을 구성하는 각 노드에서 실시간 측정되는 전압, 전류 및 역률 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 수전계통을 나타내는 4단자망(constants of four terminals)의 상기 수전계통의 부하 모델을 설정하는 단계 및 상기 수전계통의 부하 모델을 이용하여 상기 수전설비가 접속되는 노드의 전압을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수전설비가 접속되는 노드의 전압이 상기 수전계통을 구성하는 각 노드의 허용 전압 범위 내에서의 하한치로 제어되도록 하는 상기 수전설비의 제어 변수 값을 산출하는 단계는, 상기 수전설비가 접속되는 노드의 전압 및 이를 제어하기 위한 상기 전압 제어 장치의 제어 변수를 포함하는 목적 함수를 설정하는 단계 및 상기 목적 함수가 최소값을 갖도록 하는 상기 제어 변수의 값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어 변수 값으로 상기 전압 제어 장치를 제어하여 상기 수전계통의 전압 및 무효전력 중 적어도 하나를 제어하는 단계는, 상기 수전계통의 무효전력을 제어할 수 있도록 상기 전압 제어 장치를 제어하는 단계 및 상기 수전계통의 무효전력을 제어할 수 있도록 상기 전압 제어 장치를 제어하는 단계 이후에, 상기 수전계통의 전압을 제어할 수 있도록 상기 전압 제어 장치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 수전계통의 실시간 부하 모델에 기반하여 전압 및 무효전력 최적화 제어를 실행함으로써, 전압 제어의 정확성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 수요자의 소비전력량 감소에 따른 전력 사용 비용 절감의 효과를 달성할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통의 보존 전압 감소 시스템을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통 제어 장치의 제어 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통 제어 방법을 보여주는 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통의 보존 전압 감소 시스템을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전력 시스템은 전기를 공급하는 전력계통(1) 및 전력계통(1)으로부터 전기를 공급 받아 수용가로 제공하는 수전계통(10)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 전력계통(1)은 전기공급사업자의 배전변소로부터 책임 분계점까지에 해당하고, 수전계통(10)은 전기공급사업자의 책임 분계점으로부터 부하 말단까지에 해당한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통의 보존 전압 감소 시스템은 수전계통(10)에 적용되어 전압 및 무효전력 최적화(VVO: Volt/Var Optimization) 제어를 실행하여 수전계통의 보존 전압 감소(CVR: Conservation Voltage Reduction)를 도모할 수 있다.
전압 및 무효전력 최적화(VVO) 제어는, 전압 제어(Voltage control) 및 무효전력 제어(VAR control) 기능을 통합적으로 운영한다는 개념으로, 계통의 조상설비의 투입, 개방 명령, 전압 조절 장치의 탭 조절 등을 미리 예측하고 원격으로 제어하는 방식이다. 이러한 전압 및 무효전력 최적화(VVO) 제어에 따르면 지속적으로 부하가 변하는 경우에도 허용 전압 변동 범위를 유지하고, 전력을 최소화하여 손실을 최소화할 수 있다.
보존 전압 감소(CVR)는 계통을 구성하는 각 노드의 전압 크기가 실제 계통의 안정성을 담보로 하는 허용 전압 범위 내의 최적 하한으로 유지되도록 하여, 수요자의 소비 전력량을 감소시켜 전력 사용 비용 효과를 달성할 수 있다. 이러한 보존 전압 감소(CVR)를 위해서는 부하가 변하는 경우에도 허용 전압 변동 범위를 유지하는 전압 및 무효전력 최적화(VVO) 제어가 요구된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통의 보존 전압 감소 시스템은 수전설비(11) 및 수전계통 제어 장치(100)를 포함할 수 있다.
수전설비(11)는 전력계통(1)으로부터 공급 되는 전기를 수용가의 건축물 안으로 받아들이는 설비로, 하나의 수용가에 하나의 수전설비(11)가 설치되는 것이 일반적이다. 일예로 수전설비(11)는 수전전압을 수용가의 건출물에서 필요한 전압으로 바꾸는 변전설비 등을 포함할 수 있다.
수전설비(11)는 전압 제어 장치(20)가 구비될 수 있다. 전압 제어 장치(20)는 수전계통(10)의 전압 제어 또는 무효전력 제어를 위해 마련되는 장치로, 온-로드 탭 체인저(OLTC; On-Load Tap Changer), 에스브이알(SVR; Step Voltage Regulator), 브이알(Voltage Regulator), 인버터(Inverter) 및 션트(전력용) 컨덴서(SC; Shunt Condenser) 등에 해당한다. 예를 들면, 온-로드 탭 체인저의 조절을 통해 전력선로의 전압을 올리거나 낮출 수 있고, 컨덴서의 조상설비에 대한 투입이나 개방 명령을 통해 무효전력 제어가 가능하다.
본 실시예에서 수전설비(11)는 풍력발전, 태양광발전, 비상/상용 발전기 및 연료전지 중 적어도 하나 이상으로 구성되는 분산전원을 포함할 수도 있다.
수전계통 제어 장치(100)는 수전계통(10) 전압의 통합 제어장치일 수 있으며, 수전계통(10)의 실시간 부하 모델을 생성하고, 수전계통(10)의 실시간 부하 모델에 기반한 수전계통(10)의 전압 및 무효전력 최적화 제어를 위해 전압 제어 장치(20)를 제어할 수 있다. 이를 통해 수전계통 제어 장치(100)는 수전계통(10)의 보존 전압 감소를 구현하여 수요자의 소비전력량 감소에 따른 전력 사용 비용 절감의 효과를 달성할 수 있을 것이다.
이하 도 3을 참조하여 도 2에 도시된 수전계통 제어 장치에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통 제어 장치의 제어 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통 제어 장치(100)는 전압 산출부(110), 제어 변수 산출부(130), 전압 제어부(150) 및 관할 노드 제어부(170)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통 제어 장치(100)는 도 3에 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 구현될 수 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해 구현될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통 제어 장치(100)는 정보의 입출력이 가능한 장치로, 부하 모델 기반의 전압 및 무효전력 최적화 제어를 통한 보존 전압 감소를 위한 수전계통 제어 방법을 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)가 설치되어 실행될 수 있다. 도 3에 도시된 전압 산출부(110), 제어 변수 산출부(130), 전압 제어부(150) 및 관할 노드 제어부(170)는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통 제어 장치(100)에서 실행되는 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통 제어 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 수전계통(10)의 일 구성으로 포함되거나 수전계통(10)과 연계되는 별도의 장치로 구성되어 수전계통(10)의 각종 측정 정보를 수신하고, 전압 제어 장치(20)를 원격으로 제어할 수 있도록 마련될 수 있다.
이하 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통 제어 장치(100)의 각 구성 요소에 대해 구체적으로 설명한다.
전압 산출부(110)는 수전계통(10)을 구성하는 각 노드에서 실시간 측정되는 전력 데이터에 따라 수전계통(10)의 부하 모델을 설정하고, 수전계통(10)의 부하 모델을 이용하여 수전설비(11)가 접속되는 노드의 전압을 산출할 수 있다.
구체적으로는, 전압 산출부(110)는 수전계통(10)을 구성하는 각 노드에서 실시간 측정되는 전력 데이터를 수집할 수 있다. 여기서 전력 데이터에는 전압, 전류 및 역률 중 적어도 하나 이상이 포함될 수 있다.
전압 산출부(110)는 수전계통(10)을 구성하는 각 노드에서 실시간 측정되는 전력 데이터를 이용하여 수전계통(10)을 나타내는 4단자망(constants of four terminals)의 부하 모델을 설정할 수 있다.
4단자 정수법은 복잡한 방사상의 계통 시스템에 있어서 각 노드에서의 전압 산출에 널리 사용되는 방식이다. 아래 수학식 1은 4단자망의 기본 식에 해당한다.
Figure 112019124071582-pat00001
Figure 112019124071582-pat00002
수학식 1에서 V1 및 I1은 각각 입력 측의 전압 및 전류에 해당하고, V2 및 I2는 각각 출력 측의 전압 및 전류에 해당한다. A, B, C 및 D는 각각 전압비, 임피던스, 어드미턴스 및 전류에 해당하는데, 4단자 정수법에 따르면 A, B, C 및 D를 알면 입력 측의 전압 및 전류를 가지고 출력 측의 전압 및 전류 값을 산출할 수 있다.
전압 산출부(110)는 이러한 4단자 정수법을 적용하여 수전계통(10)의 노드 간 전압비(A), 임피던스(B), 어드미턴스(C) 및 전류(D)의 파라미터를 산출할 수 있다. 즉 전압 산출부(110)는 수전계통(10)를 구성하는 복수의 노드 중 실시간으로 전력 데이터가 측정되는 두 노드를 선정하고, 두 노드를 각각 입력 측 및 출력 측으로 한 4단자 정수법을 적용하여 전압비(A), 임피던스(B), 어드미턴스(C) 및 전류(D)의 파라미터를 산출함으로써 4단자망의 부하 모델을 설정할 수 있다.
전압 산출부(110)는 이러한 4단자망의 부하 모델을 이용하여 수전설비(11)가 접속되는 노드의 전압을 산출할 수 있다. 전압 산출부(110)는 실시간 측정되는 전력 데이터로부터 산출된 전압비(A), 임피던스(B), 어드미턴스(C) 및 전류(D)의 파라미터를 갖는 수학식 1을 뉴튼-랩손 법(Newton-Raphson method), 어댑티브 뉴튼-랩손 법(Adaptive Newton-Raphson method), 패스트-디커플드 법(Fast-Decoupled method) 및 엑셀러레이티드 가우스-자이델 법(Accelerated Gauss-Seidel method) 중 적어도 하나 이상을 이용하여 연산함으로써 수전설비(11)가 접속되는 노드의 전압을 산출할 수 있다.
이와 같이 전압 산출부(110)는 수전계통(10)을 구성하는 노드의 전력 데이터를 수집할 때마다 전압비(A), 임피던스(B), 어드미턴스(C) 및 전류(D)의 파라미터를 산출하여 수전계통(10)의 부하 모델을 재설정할 수 있다. 그리고 전압 산출부(110)는 이러한 실시간 부하 모델을 적용하여 수전설비(11)의 전압을 산출함으로써, 실시간으로 변화하는 부하 변화량을 반영하면서도 정확도가 높은 전압 산출이 가능하다.
제어 변수 산출부(130)는 수전설비(11)가 접속되는 노드의 전압을 제어하기 위한 전압 제어 장치(20)의 제어 변수 값을 산출할 수 있다.
구체적으로는, 제어 변수 산출부(130)는 수전계통(10)의 전압 및 무효전력 최적화(VVO) 제어를 실행하기 위한 전압 제어 장치(20)의 제어 변수 값을 산출할 수 있다. 예를 들면, 제어 변수 산출부(130)는 수전설비(11)가 접속되는 노드의 전압이 수전계통(10)을 구성하는 각 노드의 허용 전압 범위 내에서의 하한치로 제어되도록 하는 전압 제어 장치(20)의 제어 변수 값을 산출할 수 있다.
상술한 것처럼 전압 제어 장치(20)는 수전설비(11)에 마련되는 장치로, 온-로드 탭 체인저(OLTC; On-Load Tap Changer), 에스브이알(SVR; Step Voltage Regulator), 브이알(Voltage Regulator), 인버터(Inverter) 및 션트(전력용) 컨덴서(SC; Shunt Condenser) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
이러한 전압 제어 장치(20)를 이용한 수전설비(11)가 접속되는 노드의 전압 제어 방법으로는, 기계적인 방법과 전기적인 방법이 있다. 예를 들면, 기계적인 방법으로는 온-로드 탭 체인저의 조절을 통해 변압기의 2차측 출력 전압을 제어할 수 있다. 또한, 전기적인 방법으로는 무효전력을 크게 하면 해당 노드의 전압은 하강하고, 반대로 해당 노드의 무효전력을 작게 하면 해당 노드의 전압은 상승한다는 점에 기인하여, 무효전력을 제어함으로써 전압을 제어하는 방법으로, 조상설비에 대한 투입이나 개방 명령에 따른 무효전력 제어를 통한 전압 제어가 가능하다.
따라서 제어 변수 산출부(130)는 기계적 방식의 전압 제어를 수행하는 전압 제어 장치(20)의 제어 변수를 산출하거나, 전기적 방식의 전압 제어(무효전력 제어)를 수행하는 전압 제어 장치(20)의 제어 변수를 산출할 수 있다. 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 기계적 방식의 전압 제어는 수전계통(10)의 전압 제어라 하고, 전기적 방식의 전압 제어는 수전계통(10)의 무효전력 제어라 칭하기로 한다.
제어 변수 산출부(130)는 수전설비(11)가 접속되는 노드의 전압 및 이를 제어하기 위한 전압 제어 장치(20)의 제어 변수를 포함하는 목적 함수를 설정하고, 목적 함수가 최소값을 갖도록 하는 제어 변수의 값을 산출할 수 있다.
예를 들면, 제어 변수 산출부(130)는 그래디언트 방법(Gradient method)을 이용하여 목적 함수를 풀어 제어 변수의 값을 산출할 수 있다.
이와 같이 제어 변수 산출부(130)는 수전설비(11)가 접속되는 노드의 전압이 수전계통(10)을 구성하는 각 노드의 허용 전압 범위 내에서의 하한치로 제어되도록 하는 전압 제어 장치(20)의 제어 변수 값을 산출할 수 있다. 이때, 제어 변수 값은 전압 제어를 실행하는 전압 제어 장치(20)의 제어 값이거나, 무효전력 제어를 실행하는 전압 제어 장치(20)의 제어 값이거나, 두 가지 제어 값을 모두 포함할 수도 있다.
전압 제어부(150)는 제어 변수 값으로 전압 제어 장치(20)를 원격 제어하여 수전계통(10)의 전압 및 무효전력 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
여기에서 전압 제어부(150)는 수전계통(10)의 전압 및 무효전력을 모두 제어하도록 복수의 전압 제어 장치(20)를 제어하는 경우, 무효전력을 먼저 제어할 수 있도록 하는 전압 제어 장치(20)를 먼저 제어한 뒤, 전압을 제어할 수 있도록 하는 전압 제어 장치(20)를 제어할 수 있다.
상술한 것처럼 무효전력을 제어하는 것은 전기적 방식으로 전압을 제어하는 것으로, 전기적 방식으로 전압을 제어한 뒤 기계적 방식으로 전압을 제어하는 경우 전압 제어의 효율을 높일 수 있을 것이다.
관할 노드 제어부(170)는 전압 제어부(150)와는 별도로 수전계통(10)의 전압 및 무효전력 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 다른 수전계통 제어 장치(100)는 이러한 관할 노드 제어부(170)를 포함하여 전압 제어부(150)의 통신이상이나 전압 산출부(110), 제어 변수 산출부(130) 등의 고장에도 독립적으로 수전계통(10)의 보존 전압 감소를 도모할 수 있을 것이다.
관할 노드 제어부(170)는 수전계통(10)을 구성하는 복수의 노드를 각각 제어하도록 복수 개 마련될 수 있으며, 각각 하나의 노드가 매칭되어 관할 노드로 지정될 수 있다.
관할 노드 제어부(170)는 지정된 관할 노드의 전압 제어를 실행할 수 있는데, 예를 들면, 관할 노드의 무효전력의 변화량을 나타내는 기울기를 산출하고, 관할 노드의 무효전력의 변화량이 기준 무효전력의 변화량을 추종하도록 관할 노드의 전압 제어를 실행할 수 있다. 이때 각 관할 노드에는 전압 제어를 위한 전압 제어 장치가 구비될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통 제어 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통 제어 방법은 도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통 제어 장치(100)와 실질적으로 동일한 구성 하에서 진행될 수 있다. 따라서 도 1 내지 도 3의 장치(100)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고 반복되는 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전계통 제어 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 전압 산출부(110) 수전설비(11)가 접속되는 노드의 전압을 산출할 수 있다(S1000).
전압 산출부(110)는 수전계통(10)을 구성하는 각 노드에서 실시간 측정되는 전력 데이터에 따라 수전계통(10)의 부하 모델을 설정하고, 수전계통(10)의 부하 모델을 이용하여 수전설비(11)가 접속되는 노드의 전압을 산출할 수 있다.
전압 산출부(110)는 수전계통(10)을 구성하는 각 노드에서 실시간 측정되는 전력 데이터를 수집할 수 있다. 여기서 전력 데이터에는 전압, 전류 및 역률 중 적어도 하나 이상이 포함될 수 있다.
전압 산출부(110)는 수전계통(10)을 구성하는 각 노드에서 실시간 측정되는 전력 데이터를 이용하여 수전계통(10)을 나타내는 4단자망(constants of four terminals)의 부하 모델을 설정할 수 있다.
전압 산출부(110)는 4단자망의 부하 모델을 이용하여 수전설비(11)가 접속되는 노드의 전압을 산출할 수 있다. 전압 산출부(110)는 실시간 측정되는 전력 데이터로부터 산출된 전압비(A), 임피던스(B), 어드미턴스(C) 및 전류(D)의 파라미터를 갖는 수학식 1을 뉴튼-랩손 법(Newton-Raphson method), 어댑티브 뉴튼-랩손 법(Adaptive Newton-Raphson method), 패스트-디커플드 법(Fast-Decoupled method) 및 엑셀러레이티드 가우스-자이델 법(Accelerated Gauss-Seidel method) 중 적어도 하나 이상을 이용하여 연산함으로써 수전설비(11)가 접속되는 노드의 전압을 산출할 수 있다.
제어 변수 산출부(130)는 수전설비(11)에 구비되는 전압 제어 장치(20)의 제어 변수 값을 산출할 수 있다(S200).
제어 변수 산출부(130)는 수전계통(10)의 전압 및 무효전력 최적화(VVO) 제어를 실행하기 위한 전압 제어 장치(20)의 제어 변수 값을 산출할 수 있다. 예를 들면, 제어 변수 산출부(130)는 수전설비(11)가 접속되는 노드의 전압이 수전계통(10)을 구성하는 각 노드의 허용 전압 범위 내에서의 하한치로 제어되도록 하는 전압 제어 장치(20)의 제어 변수 값을 산출할 수 있다.
제어 변수 산출부(130)는 수전설비(11)가 접속되는 노드의 전압 및 이를 제어하기 위한 전압 제어 장치(20)의 제어 변수를 포함하는 목적 함수를 설정하고, 목적 함수가 최소값을 갖도록 하는 제어 변수의 값을 산출할 수 있다.
예를 들면, 제어 변수 산출부(130)는 그래디언트 방법(Gradient method)을 이용하여 목적 함수를 풀어 제어 변수의 값을 산출할 수 있다.
이때, 제어 변수 값은 전압 제어를 실행하는 전압 제어 장치(20)의 제어 값이거나, 무효전력 제어를 실행하는 전압 제어 장치(20)의 제어 값이거나, 두 가지 제어 값을 모두 포함할 수도 있다.
전압 제어부(150)는 제어 변수 값으로 전압 제어 장치(20)를 원격 제어할 수 있다(S3000).
전압 제어부(150)는 수전계통(10)의 전압 및 무효전력 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
여기에서 전압 제어부(150)는 수전계통(10)의 전압 및 무효전력을 모두 제어하도록 복수의 전압 제어 장치(20)를 제어하는 경우, 무효전력을 먼저 제어할 수 있도록 하는 전압 제어 장치(20)를 먼저 제어한 뒤, 전압을 제어할 수 있도록 하는 전압 제어 장치(20)를 제어할 수 있다.
한편, 관할 노드 제어부(170)는 전압 제어부(150)와는 별도로 수전계통(10)의 전압 및 무효전력 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
관할 노드 제어부(170)는 수전계통(10)을 구성하는 복수의 노드를 각각 제어하도록 복수 개 마련될 수 있으며, 각각 하나의 노드가 매칭되어 관할 노드로 지정될 수 있다.
관할 노드 제어부(170)는 지정된 관할 노드의 전압 제어를 실행할 수 있는데, 예를 들면, 관할 노드의 무효전력의 변화량을 나타내는 기울기를 산출하고, 관할 노드의 무효전력의 변화량이 기준 무효전력의 변화량을 추종하도록 관할 노드의 전압 제어를 실행할 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 수전계통 제어 방법은 어플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 전력 계통
10: 수전 계통
11: 수전 설비
20: 전압 제어 장치
100: 수전계통 제어 장치

Claims (2)

  1. 수전계통을 구성하는 각 노드에서 실시간 측정되는 전력 데이터에 따라 상기 수전계통의 부하 모델을 설정하고, 상기 수전계통의 부하 모델을 이용하여 수전설비가 접속되는 노드의 전압을 산출하는 전압 산출부;
    상기 수전설비가 접속되는 노드의 전압이 상기 수전계통을 구성하는 각 노드의 허용 전압 범위 내에서의 하한치로 제어되도록 하는 상기 수전설비의 전압 제어 장치의 제어 변수 값을 산출하는 제어 변수 산출부;
    상기 제어 변수 값으로 상기 전압 제어 장치를 제어하여 상기 수전계통의 전압 및 무효전력 중 적어도 하나를 제어하는 전압 제어부; 및
    상기 수전계통을 구성하는 각 노드의 무효전력의 변화량을 분석하여 상기 수전계통을 구성하는 각 노드에 구비되는 상기 전압 제어 장치를 제어하는 관할 노드 제어부를 포함하되,
    상기 전압 산출부는,
    상기 수전계통을 구성하는 각 노드에서 실시간 측정되는 전압, 전류 및 역률 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 수전계통을 나타내는 4단자망(constants of four terminals)의 상기 수전계통의 부하 모델을 실시간으로 설정하고,
    상기 수전계통의 부하 모델을 이용하여 어댑티브 뉴튼-랩손 법(Adaptive Newton-Raphson method), 패스트-디커플드 법(Fast-Decoupled method) 및 엑셀러레이 티드 가우스-자이델 법(Accelerated Gauss-Seidel method) 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 수전설비가 접속되는 노드의 전압을 산출하며,
    상기 제어 변수 산출부는,
    기계적 방법으로 상기 전압 제어 장치의 제어 변수 값을 산출하거나, 전기적 방법으로 상기 전압 제어 장치의 제어 변수 값을 산출하되, 전기적 방법은 무효전력의 크기에 따라 노드의 전압이 하강 또는 상승하는 점에 기인하여 산출하며,
    상기 관할 노드 제어부는,
    상기 수전계통을 구성하는 각 노드의 무효전력의 변화량을 나타내는 기울기를 산출하고, 상기 수전계통을 구성하는 각 노드의 무효전력의 변화량이 기준 무효전력의 변화량을 추종하도록 관할 노드의 전압 제어를 실행하는 부하 모델 기반의 전압 및 무효전력 최적화(VVO: Volt Var Optimization) 제어를 통한 보존 전압 감소(CVR: Conservation Voltage Reduction)를 위한 수전계통 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 변수 산출부는,
    상기 수전설비가 접속되는 노드의 전압 및 이를 제어하기 위한 상기 전압 제어 장치의 제어 변수를 포함하는 목적 함수를 설정하고, 상기 목적 함수가 최소값을 갖도록 하는 상기 제어 변수의 값을 산출하는 부하 모델 기반의 전압 및 무효전력 최적화 제어를 통한 보존 전압 감소를 위한 수전계통 제어 장치.
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