KR102210612B1 - 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치 및 이를 이용한 전력계통의 출력 변동성 안정화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치는 전력계통의 계통주파수를 감지하는 주파수 감지부, 발전기의 출력 정보를 수집하고, 상기 발전기에서 생산된 전력의 일부를 전력 소모 수단에 할당하는 발전기 출력 할당부, 그리고 상기 계통주파수의 변화에 따라 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 제어부를 포함한다. 이를 통해서, 본 발명은 전력계통의 제약조건 및 변동성 전원으로 인한 전력계통의 주파수 변화를 최소화하고, 전력계통의 전력수급 불균형 문제를 해소하는 효과를 제공한다.

Description

전력계통의 출력 변동성 안정화 장치 및 이를 이용한 전력계통의 출력 변동성 안정화 방법{DEVICE FOR STABLIZING OUTPUT FLUCTUATION OF ELECTRIC POWER SYSTEM, AND METHOD FOR STABLIZING OUTPUT FLUCTUATION OF ELECTRIC POWER SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치 및 이를 이용한 전력계통의 출력 변동성 안정화 방법에 관한 것이다.

전력시스템은 전력을 안정적으로 공급할 수 있도록 계통주파수를 일정하게 유지시키고 전력수급 불균형을 최소화여야 한다. 그리고, 전력시스템은 전력계통에 필요한 예비력을 적절하게 확보하여야 하며, 과도 안정도 및 전압 안정도 등과 같은 전력계통의 제약조건을 고려해서 전력계통을 상시, 지속적으로 안정되게 운영할 필요가 있다. 이러한 전력계통에 연계된 발전기들은 발전기의 증감발 속도, 최소 기동시간 및 정지시간 등의 제약조건을 가지고 있다.

기존의 전력계통은 발전기의 제약조건을 충족시키기 위해서 발전 비용 순으로 발전기들에 출력을 배분하지 못하는 어려움이 있다. 또한, 기존의 전력계통은 전력계통의 제약조건을 충족시켜 전력계통을 안정적으로 운영하거나 계통에 필요한 예비력을 확보하기 위해서, 발전 단가가 낮은 발전기들의 출력을 줄이면서 발전 단가가 높은 발전기들을 구동해야만 하는 어려움이 있다.

그리고, 최근에는 화석 연료 고갈과 에너지난으로 신재생 에너지원의 비중이 전세계적으로 꾸준히 증가하고 있다. 하지만, 신재생 에너지원과 같은 변동성 전원은 기후 및 날씨 등에 따라 발전기의 출력이 결정되는 에너지원들로 이뤄져 있어 발전원들의 출력 제어가 어려우며, 순간적으로 발생하는 출력 변동성으로 인해 전력수급의 불균형을 초래한다.

또한, 변동성 전원의 발전 특성은 기존의 발전기와 달라 계통의 관성 에너지와 응동 자원 감소를 야기한다. 이러한 변동성 전원은 전력계통에 동기화되어 있지 않아 기존의 발전원을 대체하여 계통에 투입될 시에 계통의 관성을 저하시키기 때문에, 계통에 전력수급 불균형에 따른 주파수 변화가 더욱 크게 나타난다.

이러한 전력계통의 특성상 변동성 전원의 출력 변동성에 의한 문제는 더욱 크게 나타날 것이므로, 미래 전력계통의 전력수급 안정성을 위한 대책이 시급한 실정이다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 전력계통의 제약조건 및 변동성 전원으로 인한 전력계통의 주파수 변화를 최소화하고, 전력계통의 전력수급 불균형 문제를 해소하며, 전력계통에 필요한 예비력을 확보할 수 있는 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치 및 전력계통의 출력 변동성 안정화 방법을 제안하고자 한다.

본 발명의 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치는 전력계통의 계통주파수를 감지하는 주파수 감지부, 발전기의 출력 정보를 수집하고, 상기 발전기에서 생산된 전력의 일부를 전력 소모 수단에 할당하는 발전기 출력 할당부, 그리고 상기 계통주파수의 변화에 따라 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는, 상기 계통주파수가 증가하는 경우, 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 증가시킬 수 있다.

상기 제어부는, 상기 계통주파수가 감소하는 경우, 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 감소시키거나, 상기 전력 소모 수단의 동작을 중단시키도록 제어할 수 있다.

상기 계통주파수의 변화를 기초로 상기 전력 소모 수단의 온/오프 동작을 스위칭하는 스위칭부를 더 포함할 수 있다.

상기 발전기는, 전력계통의 주파수 변화에 따른 발전기의 출력 변화를 나타내는 속도 조정율이 없거나, 상기 속도 조정율이 설정값 미만인 발전기를 포함할 수 있다.

상기 기저발전기는, 전력계통에서 주파수 추종운전을 하지 못하거나 주파수 응동 속도가 설정값 미만인 발전기를 포함할 수 있다.

상기 전력 소모 수단은, 상기 전력계통에서 공급된 전기에너지를 이용해 열에너지를 생산하는 열 생산 수단, 상기 전기에너지를 이용해 생산된 열에너지를 저장하는 열 저장 수단, 또는 상기 전기에너지를 이용해 저온수를 고온수로 변환하는 열 교환 수단 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치는 전력계통에 연계된 신재생 에너지원의 출력 데이터를 수집하는 신재생 데이터 수집부, 그리고 상기 신재생 에너지원의 출력 변동에 의한 상기 전력계통의 주파수 변동에 대응하여 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 신재생 에너지원의 출력 데이터로부터 신재생 에너지원의 출력을 예측하는 신재생 출력 예측부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 신재생 에너지원의 출력 예측값 또는 실측값을 이용하여 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하며, 상기 신재생 에너지원의 출력이 증가하는 경우 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 증가시키고, 상기 신재생 에너지원의 출력이 감소하는 경우 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 감소시키도록 제어하는 전력소모 제어부를 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 신재생 에너지원의 출력 변동에 대응하여 상기 전력 소모 수단의 온/오프 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부를 포함할 수 있다.

전력계통에 연계된 개별 신재생 에너지원의 출력 데이터를 수집하는 개별 신재생 데이터 수집부를 포함할 수 있다.

상기 개별 신재생 에너지원은, 지역 단위 또는 사업자 단위로 구분되는 신재생 에너지원 또는 전력계통에 연계되어 전력계통에 전력을 공급하는 모선 또는 선로 단위로 구분되는 신재생 에너지원을 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 개별 신재생 에너지원의 출력 변동에 의한 상기 전력계통의 주파수 변동을 억제하도록 상기 개별 신재생 에너지원의 출력 변동성에 대응하여 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 전력소모 제어부를 포함할 수 있다.

상기 신재생 에너지원은, 풍력 발전기, 태양광 발전기, 지열발전기, 연료전지, 바이오 에너지, 해양에너지, 또는 출력 조정이 안되는 변동성 전원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 신재생 에너지원의 출력이 설정값 이상이거나, 상기 신재생 에너지원의 출력 변동에 의해서 전력계통의 주파수값이 설정범위를 벗어날 것으로 예상되는 경우, 상기 제어부의 알람 발생 제어신호에 대응하여 알람 신호를 출력하는 알람부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 전력계통의 출력 변동성 안정화 방법은 전력계통에 연계된 발전자원의 출력 데이터를 수집하는 단계, 상기 발전자원의 출력 변동에 의한 전력계통의 주파수 변동을 모니터링하는 단계, 그리고 상기 주파수 변동에 대응하여 전력 소모 수단의 온/오프 동작을 제어하거나,상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 단계를 포함한다.

상기 발전자원은, 전력계통에서 주파수 추종운전을 하지 못하거나 주파수 응동 속도가 설정값 미만인 발전기를 포함할 수 있다.

상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 단계는, 상기 전력계통의 계통주파수가 증가하는 경우, 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 단계는, 상기 전력계통의 계통주파수가 감소하는 경우, 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 감소시키거나, 상기 전력 소모 수단의 동작을 중단시키도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 발전자원은, 전력계통에 연계된 신재생 에너지원을 포함하며, 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 단계는, 상기 신재생 에너지원의 출력이 증가하는 경우, 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 증가시키는 단계, 그리고 상기 신재생 에너지원의 출력이 감소하는 경우, 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 신재생 에너지원은, 지역 단위 또는 사업자 단위로 구분되는 개별 신재생 에너지원 또는 전력계통에 연계되어 전력계통에 전력을 공급하는 모선 또는 선로 단위로 구분되는 개별 신재생 에너지원을 포함할 수 있다.

상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 단계는, 상기 신재생 에너지원의 출력 데이터로부터 신재생 에너지원의 출력을 예측하는 단계, 그리고 상기 신재생 에너지원의 출력 예측값에 따라 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 발전자원에서 생산된 전력의 일부를 전력 소모 수단에 할당하고, 전력계통 정보를 기초로 전력 소모 수단이 전력계통의 전력을 일정하게 소모하도록 제어함으로써, 발전비용순으로 전력계통에 연계된 발전기들의 출력 분배가 가능하고, 전력계통의 예비력을 확보하며, 전력계통의 계통주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력 소모 수단을 통해 발전자원에서 생산된 전력의 일부를 일정하게 소모하면서, 전력계통의 주파수 정보 및 전력수급 정보 등을 기초로 전력 소모 수단의 전력소모량을 조절해줌으로써, 전력계통의 전력수급 불균형을 방지하고, 전력계통의 계통주파수 변화를 최소화할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통의 계통주파수를 기초로 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어함으로써, 전력계통에서 주파수 추종운전을 하지 못하거나 주파수 응동 속도가 낮은 발전기의 출력 제어를 가능하게 하고, 전력계통의 주파수 불안정성을 해소시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변화에 의한 전력계통의 순부하량 정보를 기초로 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어함으로써, 변동성 전원의 영향으로 인한 전력수급 불균형 문제를 해소하고, 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통의 응동량 정보를 기초로 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어함으로써, 변동성 전원 영향으로 인한 전력계통의 전력수급 불균형 문제를 해소하고, 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통에 연계된 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어함으로써, 신재생 에너지원의 순간적인 출력 변동에 의한 전력계통의 주파수 변화를 최소화하고, 전력계통의 주파수 변동을 방지하여 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어함으로써, 결과적으로 신재생 에너지원의 출력이 평탄화되어 전력계통에 제공되는 것과 같은 효과를 제공할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력 소모 수단의 전력소모량을 조절하여 전력계통의 부하를 증가시키거나 감소시키는 형태로 전력계통에 기여하므로, 전력계통의 전력수급을 조절하며, 배터리나 양수발전기와 달리 전력계통에 필요한 예비력을 지속적으로 제공할 수 있는 환경을 제공한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 시스템을 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 시스템의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치가 전력계통의 전력을 공급받아 전력 소모 수단의 동작을 제어하는 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따라 발전자원의 출력 데이터를 분석해서 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따라 전력계통의 계통주파수를 감지해서 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따라 전력계통의 계통주파수를 설정값과 비교해서 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따라 신재생 에너지원의 출력을 예측해서 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 제5실시예에 따라 변동성 전원의 출력 변동을 분석해서 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 10은 전력계통에서 일반적인 일일 전력수요곡선을 도시한 그래프이다.
도 11은 변동성 전원의 출력 증가로 인한 순부하량의 변화를 도시한 그래프이다.
도 12는 발전 비용순으로 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.
도 13은 발전기의 제약조건을 반영해 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.
도 14는 최소 예비력 확보를 위해 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.
도 15는 전력계통의 제약조건을 반영해 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.
도 16는 본 발명의 실시예에 따라 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어한 경우에 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 도시한 그래프이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

여기서, 전력계통은 발전소에서 생산한 전기를 전기사용자에게 공급하기 위하여 물리적으로 상호 연결된 전기설비, 즉, 발전설비, 송변전설비, 배전설비, 기타 부대설비 등을 포함한다.

그리고, 집단에너지계통은 열병합발전소, 열전용보일러, 열저장 및 자원회수시설 등의 에너지 생산시설에서 생산되는 복수의 에너지(예를 들어, 열과 전기)를 주거ㅇ상업 또는 산업단지내의 다수의 사용자에게 공급해주는 계통을 포함한다. 예를 들어, 집단에너지계통은 열계통, 열병합계통, 열생산계통, 열저장계통, 열교환계통, 열공급계통, 지역난방계통, 또는 지역냉방계통 중 적어도 하나를 포함한다.

이제 도 1 내지 도 16을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치 및 전력계통의 출력 변동성 안정화 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 시스템을 간략히 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 시스템의 구성을 간략히 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치가 전력계통의 전력을 공급받아 전력 소모 수단의 동작을 제어하는 예를 도시한 도면이다. 이때, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통(10)에 연계된 발전자원의 출력 정보를 수집하고, 발전자원의 출력 변동에 대응하여 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어한다. 여기서, 발전자원은 전력을 생산하고 생산된 전력을 전력계통(10)에 공급하는 전력 생산 자원을 포함하며, 본 발명의 한 실시예에 따라 기저발전기(12), 주파수 응동 발전기(14), 변동성 전원(16)을 포함한다.

그리고, 변동성 전원(16)은 기상조건과 같은 외부요인에 의해서 발전가능 여부가 결정되거나 전력 생산량이 증감 변동되는 전원을 포함하며, 본 발명의 한 실시예에 따라 신재생 에너지원을 포함한다.

전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통(10)에서 생산된 전력을 전력 소모 수단(20)에 공급하고, 전력 소모 수단(20)이 공급받은 전력을 일정하게 소모하도록 제어한다. 그리고, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통 정보를 분석하고, 상기 분석 결과를 기초로 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 조절하도록 제어한다.

전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 발전기에서 생산된 전력의 일부를 전력 소모 수단(20)에 할당하고, 전력계통(10)의 계통주파수를 기초로 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어한다.

또한, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통(10)에 연계된 신재생 에너지원의 출력 데이터를 수집하고, 상기 신재생 에너지원의 출력 변동에 의한 전력계통(10)의 주파수 변동에 대응하여 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어할 수 있다.

여기서, 전력 소모 수단(20)은 전력계통에서 공급된 전기에너지를 이용해 열에너지를 생산하는 열 생산 수단(22), 상기 전기에너지를 이용해 생산된 열에너지를 저장하는 열 저장 수단(24), 그리고 상기 전기에너지를 이용해 저온수를 고온수로 변환하는 열 교환 수단(26) 중 적어도 하나를 포함한다.

예를 들어, 열 생산 수단(22)은 보일러 또는 전열기 등을 포함하고, 열 저장 수단(24)는 축열조 등을 포함하며, 열교환 수단(26)은 히트펌프 등을 포함할 수 있으나, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통 정보 수신부(102), 제어부(104), 전력 공급부(106), 알람부(108)를 포함한다.

전력계통 정보 수신부(102)는 전력계통(10)으로부터 전력계통 정보 또는 전력계통 분석 정보를 수신하거나, 전력계통 정보를 분석해 전력계통 분석 정보를 생성한다. 이때, 전력계통(10)은 기저발전기(12), 주파수 응동 발전기(14), 변동성 전원(16), 및 부하(18)을 포함할 수 있다.

기저발전기(12)는 전력계통(10)에서 주파수 추종운전을 하지 못하거나 또는 주파수 응동 속도가 설정값 미만인 발전기 등을 포함한다. 그리고, 주파수 응동 발전기(14)는 전력계통(10)에서 주파수 추종운전을 하며 주파수 응동 속도가 설정값 이상인 발전기를 포함한다. 또한, 변동성 전원(16)은 외부요인에 의해서 발전가능 여부가 결정되거나 전력 생산량이 증감 변동되는 전원을 포함한다.

그리고, 전력계통 정보 및 전력계통 분석 정보는 전력계통(10)의 주파수 정보, 전력계통(10)의 전력수급 정보를 포함한다. 또한, 전력계통 정보 및 전력계통 분석 정보는 변동성 전원(16)에 의한 순부하량 정보, 변동성 전원(16)에 의한 응동량 정보, 전력계통(10)에 연계된 신재생 출력 변동 정보, 전력계통(10)의 예비력량 정보, 및 전력계통(10)에 연계된 발전기의 출력 정보 등을 포함한다.

그리고, 전력계통 정보 수신부(102)는 본 발명의 한 실시예에 따라 발전기 출력 정보 수집부(110), 신재생 출력 데이터 수집부(112), 그리고 개별 신재생 출력 데이터 수집부(114)를 포함한다.

발전기 출력 정보 수집부(110)는 전력계통(10)에 연계된 기저발전기(12) 및 주파수 응동 발전기(14),의 출력 정보를 수집하고, 수집된 정보를 제어부(104)에 제공한다.

신재생 출력 데이터 수집부(112)는 전력계통(10)에 연계된 신재생 에너지원의 출력 데이터를 수집한다. 여기서, 신재생 에너지원은 풍력 발전기, 태양광 발전기, 지열발전기, 연료전지, 바이오 에너지, 해양에너지, 또는 출력 조정이 안되는 변동성 전원 중 적어도 하나를 포함한다.

개별 신재생 출력 데이터 수집부(114)는 전력계통(10)에 연계된 개별 신재생 에너지원의 출력 데이터를 수집한다. 여기서, 개별 신재생 에너지원은 지역 단위 또는 사업자 단위로 구분되는 신재생 에너지원 또는 전력계통에 연계되어 전력계통에 전력을 공급하는 모선 또는 선로 단위로 구분되는 신재생 에너지원을 포함한다.

제어부(104)는 발전기에서 생산된 전력의 일부를 전력 소모 수단(20)에 할당하고, 전력계통(10)의 계통주파수를 기초로 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어한다.

여기서, 발전기는 전력계통의 주파수 변화에 따른 발전기의 출력 변화를 나타내는 속도 조정율(DROOP)이 없거나 상기 속도 조정율이 설정값 미만인 발전기를 포함한다. 또한, 발전기는 전력계통에서 주파수 추종운전을 하지 못하는 발전기(예를 들어, 원자력발전기) 또는 주파수 응동 속도가 설정값 미만인 발전기(예를 들어, 석탄발전기) 등을 포함한다.

예를 들어, 제어부(104)는 전력계통(10)의 계통주파수가 증가하는 경우, 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 증가시키도록 제어한다. 그리고, 제어부(104)는 상기 계통주파수가 감소하는 경우, 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 감소시키거나, 상기 전력 소모 수단(20)의 동작을 중단시키도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부(104)는 신재생 에너지원에서 생산된 전력의 일부를 전력 소모 수단(20)에 할당하고, 신재생 에너지원의 출력 변동에 의한 전력계통의 주파수 변동에 대응하여 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어한다.

예를 들어, 제어부(104)는 신재생 에너지원의 출력이 증가하는 경우 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 증가시키고, 신재생 에너지원의 출력이 감소하는 경우 상기 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 감소시키도록 제어할 수 있다.

그리고, 제어부(104)는 본 발명의 한 실시예에 따라 주파수 감지부(116), 주파수 제어부(118), 신재생 출력 예측부(120), 전력소모 제어부(122), 그리고 스위칭 제어부(124)를 포함한다.

주파수 감지부(116)는 전력계통 정보 수신부(102)에서 수신된 전력계통 정보를 분석하고, 전력계통(10)의 주파수 정보를 감지한다. 여기서, 주파수 정보는 실시간 계통주파수, 계통주파수 예측값, 주파수 변화율, 또는 주파수 민감도 등을 포함한다. 주파수 변화율이나 주파수 민감도는 시간의 변화에 따른 계통주파수의 변화율 또는 변화 정도를 포함한다. 그리고, 주파수 변화율은 양의 값(+)을 갖거나, 음의 값(-)을 가질 수 있다. 예를 들어, 주파수 변화율이 양수 인 경우는 계통주파수가 급증하는 경우를 포함한다. 그리고, 주파수 변화율이 음수인 경우에는 계통주파수가 급감하는 경우를 포함한다.

주파수 제어부(118)는 전력계통(10)의 계통주파수를 기초로 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어한다. 주파수 제어부(118)는 계통주파수 변화에 따라 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 조정한다.

또한, 주파수 제어부(118)는 전력계통(10)의 계통주파수 또는 주파수 변화율을 주파수 설정값과 비교하고, 주파수 비교 결과를 기초로 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어한다. 그리고, 주파수 제어부(118)는 기저발전기(12)에서 생산된 전력의 일부가 상기 계통주파수의 변화에 응동하도록, 상기 주파수 비교 결과를 기초로 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어할 수 있다.

예를 들어, 주파수 제어부(118)는 전력계통(10)의 계통주파수가 주파수 설정값보다 크면, 전력 소모 수단(20)에 할당된 전력의 사용을 증가시키도록, 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 증가시킨다. 그리고, 주파수 제어부(118)는 전력계통(10)의 계통주파수가 주파수 설정값보다 작으면, 전력 소모 수단(20)에 할당된 전력의 사용을 감소시키도록, 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 감소시킬 수 있다.

이를 통해서, 본 발명의 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통에서 주파수 추종운전을 하지 못하는 발전기들이나 주파수 응동 속도가 낮은 발전기들의 출력 제어가 가능하게 함으로써, 기존의 기저발전기 또는 변동성 전원에 의한 전력계통의 주파수 불안정성을 해소시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 주파수 제어부(118)는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(16)의 출력 변화를 분석하고, 분석된 결과를 기초로 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어한다. 여기서, 변동성 전원(16)은 전력계통(10)에 연계된 신재생 에너지원을 포함한다.

그리고, 주파수 제어부(118)는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(16)의 출력 변동에 의한 전력계통 정보의 변화를 분석하고, 분석된 결과를 기초로 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어한다. 여기서, 전력계통 정보의 변화는 순부하량 정보, 응동량 정보, 또는 신재생 출력 정보 중 적어도 하나의 변화를 포함한다.

예를 들어, 주파수 제어부(118)는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(16)의 출력 변화에 따른 전력계통(10)의 순부하량을 계산하고, 순부하량의 변화를 예측한다. 그리고, 주파수 제어부(118)는 계산된 순부하량 또는 예측된 순부하량을 순부하량 설정값과 비교하고, 비교 결과를 기초로 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어한다. 주파수 제어부(118)는 순부하량이 순부하량 설정값 미만인 경우에 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 증가시키도록 제어할 수도 있다.

또한, 주파수 제어부(118)는 전력계통 정보를 이용해 전력계통(10)의 응동량을 계산하고, 응동량의 변화를 예측한다. 여기서, 응동량 정보는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(예를 들어, 신재생 에너지원)의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통에 연계된 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 값 또는 상기 변동성 전원의 출력 변동에 대응하여 발전기가 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 포함한다.

예를 들어,주파수 제어부(118)는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(16)의 출력 변화에 따른 전력계통(10)의 응동량을 계산하고, 응동량의 변화를 예측한다. 그리고, 주파수 제어부(118)는 계산된 응동량 또는 예측된 응동량을 변동성 전원(16)의 출력 변동에 대응하기 위해 전력계통(10)에 추가적으로 필요한 발전량과 비교한다.

또한, 주파수 제어부(118)는 전력계통 정보로부터 변동성 전원(16)의 출력 변동에 대응하여 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 분석하고, 분석된 응동 속도를 설정값과 비교할 수 있다.

그리고, 주파수 제어부(118)는 변동성 전원(16)의 출력 변동에 대응하기 위해 전력계통(10)에 추가적으로 필요한 발전량보다 상기 응동량이 작은 경우, 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 감소시키도록 제어하거나, 전력 소모 수단(20의 동작을 중단하도록 제어한다.

그리고, 주파수 제어부(118)는 전력계통(10)에 연계된 신재생 에너지원의 출력량 및 신재생 에너지원의 출력 변화를 분석한다. 주파수 제어부(118)는 전력계통(10)에 연계된 신재생 에너지원의 출력 변동에 의한 전력계통(10)의 주파수 변동을 방지하거나 전력계통(10)에서의 전력수급 불균형을 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어한다.

따라서, 본 발명의 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통(10)에 연계된 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어함으로써, 신재생 에너지원의 순간적인 출력 변동에 의한 전력계통(10)의 주파수 변화를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어함으로써, 결과적으로 신재생 에너지원의 출력이 평탄화되어 전력계통(10)에 제공되는 것과 같은 효과를 제공한다.

신재생 출력 예측부(120)는 신재생 출력 데이터 수집부(112)에서 수집된 신재생 에너지원의 출력 데이터로부터 신재생 에너지원의 출력을 예측한다. 또한, 신재생 출력 예측부(120)는 개별 신재생 출력 데이터 수집부(114)에서 수집된 데이터를 분석해 개별 신재생 에너지원의 출력을 예측할 수 있다.

전력소모 제어부(122)는 신재생 에너지원의 출력 예측값이나 신재생 에너지원의 출력 실측값을 이용하여 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어한다. 그리고, 전력소모 제어부(122)는 신재생 에너지원의 출력이 증가하는 경우 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 증가시키고, 상기 신재생 에너지원의 출력이 감소하는 경우 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 감소시키도록 제어한다.

스위칭 제어부(124)는 계통주파수의 변화를 기초로 발전기에서 생산된 전력의 일부를 소모하도록 전력 소모 수단(20)의 온/오프 스위칭을 제어한다. 또한, 스위칭 제어부(124)는 신재생 에너지원의 출력 변동에 대응하여 전력 소모 수단(20)의 온/오프 스위칭을 제어한다.

전력 공급부(106)는 전력계통(10)으로부터 전력을 공급받아 전력 소모 수단(20)에 제공한다. 그리고, 전력 공급부(106)는 본 발명의 한 실시예에 따라 발전기 출력 할당부(126) 및 스위칭부(128)를 포함한다.

발전기 출력 할당부(126)는 전력계통(10)에 연계된 발전자원의 출력 정보를 수신하고, 발전자원에서 생산된 전력의 일부를 전력 소모 수단(20)에 할당한다.

스위칭부(128)는 스위칭 제어부(124)의 제어에 의해 전력 소모 수단(20)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 스위칭부(110)는 전력 소모 수단(20)의 동작을 온/오프하거나, 스위칭 제어부(124)의 제어에 의해 전력 소모 수단(20)에 공급되는 전력량 또는 전류량을 조정한다.

알람부(108)는 신재생 에너지원의 출력이 설정값 이상인 경우에 제어부(104)의 알람 발생 제어신호에 대응하여 알람 신호를 출력한다. 또한, 알람부(108)는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(16)의 출력 변동에 의해 계통주파수가 설정 범위를 벗어나거나 상기 계통주파수가 상기 설정 범위를 벗어날 것으로 예상되는 경우에 알람 신호를 출력할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따라 발전자원의 출력 데이터를 분석해서 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 4의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통(10)의 에너지 관리 시스템(Energy Management System, EMS)로부터 전력계통 정보를 수신한다(S102). 이때, 전력계통 정보는 전력계통의 주파수 정보, 전력계통의 전력수급 정보, 변동성 전원(16)에 의한 순부하량 정보, 변동성 전원(16)에 의한 응동량 정보, 전력계통에 연계된 신재생 출력 변동 정보, 전력계통의 예비력량 정보, 또는 전력계통에 연계된 발전기의 출력 정보 등을 포함한다.

그리고, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 발전자원의 출력 데이터를 분석하고, 전력계통(10)의 주파수 변동을 모니터링한다(S104, S106).

전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통(10)의 계통주파수 변화를 기초로 전력 소모 수단(20)의 동작 여부를 결정하고, 계통주파수의 변화에 따라 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어한다(S108, S110).

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따라 전력계통의 계통주파수를 감지해서 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 4의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통 정보를 수신하고, 전력계통(10)에 발전자원의 출력 정보를 분석한다(S202). 여기서, 발전자원은 전력계통(10)에서 주파수 추종운전을 하지 못하는 발전기 또는 주파수 응동 속도가 설정값 미만인 발전기 등을 포함한다.

이때, 주파수 추종운전을 하지 못하는 발전기는 원자력 발전기를 포함할 수 있으나, 본 발명의 보호 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 주파수 응동 속도가 설정값 미만인 발전기는 석탄발전기를 포함할 수 있으나, 본 발명의 보호 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 발전자원에서 생산된 전력의 일부를 전력 소모 수단(20)에 할당한다(S204).

그리고, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통(10)의 계통주파수를 감지하고, 계통주파수의 변화를 기초로 전력 소모 수단(20)의 동작을 제어한다(S206, S208).

예를 들어, 전력계통(10)의 계통주파수가 증가하는 경우에는 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 증가시키고, 발전자원에서 생산된 전력의 일부가 전력계통(10)의 계통주파수 변화에 응동하도록 전력 소모 수단(20)의 동작을 제어한다(S210, S212).

또한, 전력계통(10)의 계통주파수가 감소하는 경우에는 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 감소시키고, 발전자원에서 생산된 전력의 일부가 전력계통(10)의 계통주파수 변화에 응동하도록 전력 소모 수단(20)의 동작을 제어한다(S214, S216).

예를 들어, 국내의 전력계통은 타국가와의 계통 연계가 어려워 전기적인 섬의 특성을 가지고 있으며, 주파수 추종 운전을 하지 않는 원자력 발전기의 비중이 높아서 주파수 안정도 유지 측면에서 불리한 여건에 있다. 하지만, 본 발명은 전력 소모 수단(20)이 전력계통(10)의 계통주파수 변화에 응동하여 원자력 발전기에서 생산된 전력의 일부를 소모함으로써, 원자력 발전기가 주파수 추종운전을 하는 것과 같은 효과를 제공한다.

다시 말해서, 본 발명의 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력 소모 수단(20)이 발전자원에서 생산된 전력의 일부를 소모할 때, 전력계통(10)의 주파수 정보를 기초로 전력 소모 수단(20)의 전력소비량을 제어함으로써, 전력계통(10)에서 주파수 추종운전을 하지 못하거나 주파수 응동 속도가 낮은 발전기의 출력 제어를 가능하게 하여 전력계통(10)의 주파수 불안정성을 해소시킬 수 있는 환경을 제공한다.

즉, 본 발명의 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통(10)에서 주파수 추종운전을 하지 못하는 원자력발전기나 주파수 응동 속도가 낮은 석탄발전기로 인해서 전력계통(10)의 주파수가 불안정해지는 문제를 해소시킬 수 있는 환경을 제공한다.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따라 전력계통의 계통주파수를 설정값과 비교해서 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 4의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통 정보를 수신하고, 수신된 전력계통 정보를 분석한다(S302, S304).

전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통의 주파수 정보를 분석하고, 변동성 전원의 출력 변화로 인한 계통주파수 변화를 예측한다(S306). 여기서, 주파수 정보는 실시간 계통주파수, 계통주파수 예측값, 주파수 변화율, 주파수 민감도 등을 포함한다. 그리고, 주파수 변화율은 양의 값(+)을 갖거나, 음의 값(-)을 가질 수 있다. 예를 들어, 주파수 변화율이 양수 인 경우는 계통주파수가 급증하는 경우를 포함한다. 그리고, 주파수 변화율이 음수인 경우에는 계통주파수가 급감하는 경우를 포함한다.

그리고, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통(10)의 계통주파수가 증가하여 제1 주파수 설정값보다 큰 경우, 전력계통(10)의 계통주파수를 소정범위 이내로 유지될 수 있도록 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 증가시킨다(S308, S310).

그리고, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 발전자원에서 생산된 전력의 일부가 전력계통(10)의 계통주파수 변화에 응동하도록 전력 소모 수단(20)의 동작을 제어한다(S312).

또한, 그리고, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통(10)의 계통주파수를 감소하여 제2 주파수 설정값 보다 작은 경우, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통(10)의 계통주파수가 소정범위 이내로 안정화 되도록 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 감소시킨다(S314, S316).

그리고, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 발전자원에서 생산된 전력의 일부가 전력계통(10)의 계통주파수 변화에 응동하도록 전력 소모 수단(20)의 동작을 제어한다(S318).

즉, 본 발명의 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통(10)의 주파수 정보를 기초로 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 조절함으로써, 전력계통(10)의 계통주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 주파수 변화율이 설정값보다 커져 계통주파수가 급증하는 경우, 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 증가시키도록 제어할 수 있다. 그리고, 발전기 탈락 또는 대규모 부하 급증으로 인해 상기 계통주파수가 급감하는 비상시의 경우, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 감소시키도록 제어할 수도 있다.

예를 들어, 전력계통의 주파수 변화율은 음의 값을 갖을 수 있다. 그리고, 음의 값을 갖는 주파수 변화율이 설정값보다 작아져서 계통주파수가 급감하는 경우, 본 발명의 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 감소시키도록 제어할 수 있다.

다시 말해서, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통(10)에서 발전량이 증가해 계통주파수가 증가하는 경우에 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 증가시켜 전력계통(10)의 계통주파수를 낮출 수 있다. 또한, 전력계통(10)의 발전량이 감소해 계통주파수가 감소하는 경우에 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 감소시켜 전력계통(10)의 계통주파수를 높일 수 있는 환경을 제공한다.

도 8은 본 발명의 제4실시예에 따라 신재생 에너지원의 출력을 예측해서 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 4의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통(10)에 연계된 신재생 에너지원의 출력 데이터를 수집하고, 신재생 에너지원의 출력을 예측한다(S402, S404).

그리고, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 신재생 에너지원의 출력이 증가하는 경우에 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 증가시킨다(S406).

그리고, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 신재생 에너지원의 출력이 전력계통(10)의 계통주파수 변화에 응동하도록 전력 소모 수단(20)의 동작을 제어한다(S410).

또한, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 신재생 에너지원의 출력이 증가하는 경우에 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 감소시키거나, 필요한 경우 전력 소모 수단(20)의 동작을 중단시키도록 제어한다(S412, S414).

따라서, 본 발명의 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통에 연계된 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어함으로써, 신재생 에너지원의 순간적인 출력 변동에 의한 전력계통의 주파수 변화를 최소화하고, 전력계통의 주파수 변동을 방지하여 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명의 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 제어함으로써, 결과적으로 신재생 에너지원의 출력이 평탄화되어 전력계통에 제공되는 것과 같은 효과를 제공할 수 있는 환경을 제공한다.

도 9는 본 발명의 제5실시예에 따라 변동성 전원의 출력 변동을 분석해서 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 4의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(16)의 출력 변동에 따른 순부하량 정보 또는 응동량 정보 분석한다(S502, S504).

여기서, 순부하량 정보는 전력계통(10)의 총부하량에서 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(예를 들어, 신재생 에너지원)의 출력량을 차감한 값을 포함한다.

그리고, 응동량 정보는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(예를 들어, 신재생 에너지원)의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통에 연계된 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 값 또는 상기 변동성 전원의 출력 변동에 대응하여 발전기가 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 포함한다.

그리고, 응동량은 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(예를 들어, 신재생 에너지원)의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통(10)에 연계된 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 발전량을 포함한다. 그리고, 응동 속도는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(16)의 출력 변동에 대응하여 전력계통(10)에 연계된 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 발전 속도를 포함한다. 이때, 이러한 응동량 및 응동 속도는 발전기의 램프레이트(Ramp Rate) 특성 정보를 포함할 수 있다.

그리고, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 변동성 전원(16)의 출력이 증가해 전력계통(10)의 전력공급이 전력수요보다 큰 경우, 전력 소모 수단(20)의 전력소모량을 증가시키도록 제어한다(S506 내지 S510).

또한, 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 변동성 전원(16)의 출력이 감소해 전력계통(10)의 전력수요가 전력공급보다 큰 경우, 전력 소모 수단의 전력소모량을 감소시키도록 제어한다(S512 내지 S516).

도 10은 전력계통에서 일반적인 일일 전력수요곡선을 도시한 그래프이고, 도 11은 변동성 전원의 출력 증가로 인한 순부하량의 변화를 도시한 그래프이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 변동성 전원(16)의 출력 변동성 증가시에 순부하량은 덕커브 형태로 형성된다. 특히, 전력계통(10)에 연계되는 변동성 전원(예를 들어, 신재생 에너지원)의 비중이 증가될 경우, 일출 후 전력부하가 급감하고, 일몰 후 전력부하가 급증하는 현상으로 인해서, 전력수요곡선이 기존의 전력수요곡선과는 다른 패턴으로 변화될 것으로 예상된다. 또한, 덕커브 현상이 심화되는 경우에는 전력수요예측 오차가 증가되고, 제약비용이 증가되는 어려움이 예상된다.

예를 들어, 신재생 에너지원인 풍력 발전기는 풍속에 의해서 출력이 크게 좌우되며, 태양광 발전기는 태양광 모듈의 일사량에 의해서 출력이 좌우된다. 그리고, 풍력 및 태양광 같은 신재생 에너지원은 낮 시간대에 출력이 증가되며, 이로 인해서 전력계통(10)의 총부하량에서 신재생 에너지원의 출력량을 차감한 전력계통(10)의 순부하량이 크게 감소된다.

특히, 신재생 에너지원의 출력 변동성이 큰 계절의 낮 시간대에 신재생 에너지원이 전력계통(10)에 연계되어 있는 경우, 전력계통(10)의 전력수급 불균형을 야기하고, 전력계통(10)의 주파수가 불안정해지는 문제가 발생된다.

따라서, 본 발명의 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치(100)는 변동성 전원(16)의 출력 변동에 대응하여 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어함으로써, 변동성 전원(16)의 영향으로 인한 전력수급 불균형 문제를 해소하고, 전력계통(10)의 계통주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

도 12는 발전 비용순으로 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.

전력계통에 연계된 발전기들의 발전 단가는 발전기(a)가 가장 낮고, 발전기(h)로 갈수록 발전 단가가 높다. 기존에는 발전 비용이 제일 낮은 발전기순(a<b<c<d<e<f<g<h)으로 발전기들의 우선순위를 정하고, 각 시간대별로 수요곡선(x)을 충족시킬 수 있도록 발전기들에 출력을 배분한다.

도 12를 참조하면, 발전 비용순으로 발전기들의 우선순위를 정하여 전력계통을 운영하는 경우에는 발전비용이 낮은 발전기들(a,b,c,d)을 하루 종일 최대 출력으로 운영하고, 각 시간대별로 수요곡선(x)과 맞닿는 부분의 발전기들(e,f,g,h)만 수요곡선(x)을 따라 발전기 출력을 증감발하도록 제어할 수 있다. 즉, 도 12는 전력계통(10)을 가장 저렴하게 운영할 있는 이상적인 발전 계획이다.

하지만, 발전기(e)는 도 12에서와 같은 새벽 시간대의 수요곡선(x)를 따라 발전량을 증감발하지 못하는 어려움이 있다. 예를 들어, 이때의 발전기(e)는 석탄 발전기일 수 있다.

도 13은 발전기의 제약조건을 반영해 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.

도 13을 참조하면, 발전기(f)는 발전기(e)가 맞추지 못하는 수요곡선(x)를 따라 발전량을 증감할 수 있다. 이때의 발전기(f)는 가스 발전기일 수 있다.

즉, 기존의 전력계통은 새벽 시간대에 발전기(f)를 켜고, 발전기(e)를 꺼야 하는 제약조건이 존재한다. 또한, 발전기(e)는 발전기의 출력을 신속하게 온오프시킬 수 없는 제약이 있는 경우, 최소 발전량을 적정하게 유지하도록 제어해야 하는 어려움이 있다.

그러므로, 기존의 전력계통은 도 12에서와 같이 발전기의 제약조건을 반영해 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 조정해야만 한다.

도 14는 최소 예비력 확보를 위해 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.

도 14를 참조하면, 기존의 전력계통은 최소 예비력 확보를 위해서 발전 단가가 발전기(h) 보다 비싼 발전기(i)를 가동해야 한다. 또한, 기존에는 전력계통의 예비력 확보를 위해서 발전기들(d,e,f,g)의 발전량을 일정하게 감발(d1,e1,f1,g1)하고, 감발된 발전량만큼 발전기들(f,g,h,i)의 발전량을 증발(f2,g2,h2,i2)시켜 운영해야 하는 어려움이 있다.

도 15는 전력계통의 제약조건을 반영해 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.

도 15를 참조하면, 기존의 전력계통은 선로 과부하, 과도 안정도, 또는 전압 안정도 등과 같은 전력계통의 제약조건을 고려해서 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 수정해야 한다.

따라서, 기존에는 상기와 같은 제약조건을 해소하고 전력계통을 안정적으로 운영하기 위해서 발전 단가가 가장 비싼 발전기(k)를 가동한다. 그리고, 기존의 전력계통은 발전기들(d,e,f,g,h)의 발전량을 일정하게 감발(d1,e1,f1,g1,h1)하고, 감발된 발전량만큼 발전기들(f,g,h,i,k)의 발전량을 증발(f2,g2,h2,i2,k2)시켜 운영해야 한다. 즉, 기존의 전력계통은 전력계통의 안정성 확보를 위해서 전력계통의 제약조건을 고려해서 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 수정하여 운영하는 어려움이 있다.

이와 같이, 도 12 내지 도 15를 비교 검토한 결과, 기존의 전력계통은 발전기의 제약조건 및 전력계통의 제약조건을 충족시키고, 전력계통의 최소 예비력 확보를 위해서, 발전 단가가 높은 발전기들로 우선순위를 수정하여 운영해야 하므로, 국가 전체적으로 에너지 비용이 증가하는 어려움이 있다.

도 16은 본 발명의 실시예에 따라 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어한 경우에 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 도시한 그래프이다.

도 16을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치 및 전력계통의 출력 변동성 안정화 방법은 전력 소모 수단(20)을 통해서 전력계통(10)에서 초과 생산되는 전력 또는 전력계통(10)에서 초과 생산될 것으로 예상되는 잉여전력을 일정하게 소모하도록 제어함으로써, 기존의 수요곡선(x)을 본 발명의 수요곡선(y)와 같이 증가시키는 효과를 제공한다.

예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치 및 전력계통의 출력 변동성 안정화 방법은 발전기의 출력 중 일부를 전력 소모 수단에 할당해 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하거나, 변동성 전원(16)의 출력 변동을 분석해서 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어함으로써, 전력계통(10)의 계통주파수를 안정적으로 유지할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.

다시 말해서, 본 발명은 발전 단가가 낮은 발전기순으로 출력을 배분하도록 하면서도 발전기의 제약조건 및 전력계통의 제약조건을 충족시키고, 전력계통의 최소 예비력을 확보할 수 있는 환경을 제공한다. 그리고, 이를 통해서 본 발명은 국가 전체적으로 에너지 비용을 최소화하여 전력계통 및 집단에너지계통의 경제성을 확보할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 전기자동차와 같은 충전부하의 확대로 인해서 전력계통의 전력수요가 증가하여 전력수요의 불확실성이 증가될 수 있다. 하지만, 본 발명은 발전기의 출력 중 일부를 전력 소모 수단에 할당해 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하거나, 변동성 전원(16)의 출력 변동을 분석해서 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어함으로써, 전기자동차 확대로 인한 전력수요의 불확실성을 해소하고, 전력계통의 안정성 악화를 방지할 수 있는 환경을 제공한다.

이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치 및 전력계통의 출력 변동성 안정화 방법은 발전자원에서 생산된 전력의 일부를 전력 소모 수단에 할당하고, 전력계통 정보를 기초로 전력 소모 수단이 전력계통의 전력을 일정하게 소모하도록 제어함으로써, 발전비용순으로 전력계통에 연계된 발전기들의 출력 분배가 가능하고, 전력계통의 예비력을 확보하며, 전력계통의 계통주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력 소모 수단을 통해 발전자원에서 생산된 전력의 일부를 일정하게 소모하면서, 전력계통의 주파수 정보 및 전력수급 정보 등을 기초로 전력 소모 수단의 전력소모량을 조절해줌으로써, 전력계통의 전력수급 불균형을 방지하고, 전력계통의 계통주파수 변화를 최소화할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통의 계통주파수를 기초로 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어함으로써, 전력계통에서 주파수 추종운전을 하지 못하거나 주파수 응동 속도가 낮은 발전기의 출력 제어를 가능하게 하고, 전력계통의 주파수 불안정성을 해소시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변화에 의한 전력계통의 순부하량 정보를 기초로 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어함으로써, 변동성 전원의 영향으로 인한 전력수급 불균형 문제를 해소하고, 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통의 응동량 정보를 기초로 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어함으로써, 변동성 전원 영향으로 인한 전력계통의 전력수급 불균형 문제를 해소하고, 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통에 연계된 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어함으로써, 신재생 에너지원의 순간적인 출력 변동에 의한 전력계통의 주파수 변화를 최소화하고, 전력계통의 주파수 변동을 방지하여 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어함으로써, 결과적으로 신재생 에너지원의 출력이 평탄화되어 전력계통에 제공되는 것과 같은 효과를 제공할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력 소모 수단의 전력소모량을 조절하여 전력계통의 부하를 증가시키거나 감소시키는 형태로 전력계통에 기여하므로, 전력계통의 전력수급을 조절하며, 배터리나 양수발전기와 달리 전력계통에 필요한 예비력을 지속적으로 제공할 수 있는 환경을 제공한다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다. 이러한 기록 매체는 서버뿐만 아니라 사용자 단말에서도 실행될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (23)

1. 전력계통의 전력계통 정보 및 전력계통 분석 정보를 수신하는 전력계통 정보 수신부,
   전력계통의 계통주파수를 감지하는 주파수 감지부,
   상기 전력계통에 연계된 발전기의 출력 정보를 수집하고, 전력계통에서 주파수 추종운전을 하지 못하거나 주파수 응동 속도가 설정값 미만인 발전기에서 생산된 전력의 일부를 전력 소모 수단에 할당하는 발전기 출력 할당부, 그리고
   상기 계통주파수의 변화에 따라 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하되, 전력계통의 전력계통 정보 및 전력계통 분석 정보를 이용하여 상기 발전기에서 생성된 전력의 일부가 상기 계통주파수의 변화에 응동하도록 상기 전력 소모 장치의 동작을 제어하며, 상기 전력계통에 연계된 변동성전원의 출력변동이나 상기 전력계통의 제약조건으로 인해서 상기 전력계통을 불안정하게 하는 상기 전력계통에서 초과 생산되는 전력 또는 전력계통에서 초과 생산될 것으로 예상되는 전력을 소모하도록 상기 전력 소모 수단의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 계통주파수가 증가하는 경우, 상기 전력 소모 수단에 할당된 전력의 사용을 증가시키도록 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 증가시키고, 상기 계통주파수가 감소하는 경우, 상기 전력 소모 수단에 할당된 전력의 사용을 감소시키도록 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 감소시키거나, 상기 전력 소모 수단의 동작을 중단시키도록 제어하되,
   전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통에 연계된 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 및 변동성 전원의 출력 변동에 대응하여 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 분석하고, 상기 응동량 및 상기 응동 속도를 설정값과 비교하여 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하되, 상기 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 위해 상기 전력계통에 추가적으로 필요한 발전량보다 상기 응동량이 작은 경우 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 감소시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에서,
   상기 계통주파수의 변화를 기초로 상기 전력 소모 수단의 온/오프 동작을 스위칭하는 스위칭부
   를 더 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치.
5. 제1항에서,
   상기 발전기는,
   전력계통의 주파수 변화에 따른 발전기의 출력 변화를 나타내는 속도 조정율이 없거나, 상기 속도 조정율이 설정값 미만인 발전기
   를 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치.
6. 삭제
7. 제1항에서,
   상기 전력 소모 수단은,
   상기 전력계통에서 공급된 전기에너지를 이용해 열에너지를 생산하는 열 생산 수단, 상기 전기에너지를 이용해 생산된 열에너지를 저장하는 열 저장 수단, 또는 상기 전기에너지를 이용해 저온수를 고온수로 변환하는 열 교환 수단 중 적어도 하나를 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치.
8. 전력계통에 연계된 신재생 에너지원의 출력 데이터를 수집하는 신재생 데이터 수집부, 그리고
   상기 전력계통에서 주파수 추종운전을 하지 못하거나 주파수 응동 속도가 설정값 미만인 발전기에서 생산된 전력의 일부를 전력 소모 수단에 할당하고, 전력계통의 전력계통 정보 및 전력계통 분석 정보를 이용하여 상기 발전기에서 생성된 전력의 일부가 계통주파수의 변화에 응동하도록 상기 전력 소모 장치의 동작을 제어하되, 상기 신재생 에너지원의 출력 변동에 의한 상기 전력계통의 주파수 변동에 대응하여 상기 전력계통에 연계된 변동성전원의 출력변동이나 상기 전력계통의 제약조건으로 인해서 상기 전력계통을 불안정하게 하는 상기 전력계통에서 초과 생산되는 전력 또는 전력계통에서 초과 생산될 것으로 예상되는 전력을 소모하도록 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 제어부를 포함하며,
   상기 제어부는,
   전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통에 연계된 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 및 변동성 전원의 출력 변동에 대응하여 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 분석하고, 상기 응동량 및 상기 응동 속도를 설정값과 비교하여 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하되, 상기 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 위해 상기 전력계통에 추가적으로 필요한 발전량보다 상기 응동량이 작은 경우 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 감소시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치.
9. 제8항에서,
   상기 신재생 에너지원의 출력 데이터로부터 신재생 에너지원의 출력을 예측하는 신재생 출력 예측부
   를 더 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치.
10. 제9항에서,
    상기 제어부는,
    상기 신재생 에너지원의 출력 예측값 또는 실측값을 이용하여 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하며, 상기 신재생 에너지원의 출력이 증가하는 경우 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 증가시키고, 상기 신재생 에너지원의 출력이 감소하는 경우 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 감소시키도록 제어하는 전력소모 제어부
    를 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치.
11. 제8항에서,
    상기 제어부는,
    상기 신재생 에너지원의 출력 변동에 대응하여 상기 전력 소모 수단의 온/오프 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부
    를 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치.
12. 제8항에서,
    전력계통에 연계된 개별 신재생 에너지원의 출력 데이터를 수집하는 개별 신재생 데이터 수집부
    를 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치.
13. 제12항에서,
    상기 개별 신재생 에너지원은,
    지역 단위 또는 사업자 단위로 구분되는 신재생 에너지원 또는 전력계통에 연계되어 전력계통에 전력을 공급하는 모선 또는 선로 단위로 구분되는 신재생 에너지원을 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치.
14. 제12항에서,
    상기 제어부는,
    상기 개별 신재생 에너지원의 출력 변동에 의한 상기 전력계통의 주파수 변동을 억제하도록 상기 개별 신재생 에너지원의 출력 변동성에 대응하여 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 전력소모 제어부
    를 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치.
15. 제8항에서,
    상기 신재생 에너지원은,
    풍력 발전기, 태양광 발전기, 지열발전기, 연료전지, 바이오 에너지, 해양에너지, 또는 출력 조정이 안되는 변동성 전원 중 적어도 하나를 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치.
16. 제8항에서,
    상기 신재생 에너지원의 출력이 설정값 이상이거나, 상기 신재생 에너지원의 출력 변동에 의해서 전력계통의 주파수값이 설정범위를 벗어날 것으로 예상되는 경우, 상기 제어부의 알람 발생 제어신호에 대응하여 알람 신호를 출력하는 알람부
    를 더 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 장치.
17. 전력계통에 연계된 발전자원의 출력 데이터를 수집하고, 전력계통에서 주파수 추종운전을 하지 못하거나 주파수 응동 속도가 설정값 미만인 발전기에서 생산된 전력의 일부를 전력 소모 수단에 할당하는 단계,
    전력계통의 전력계통 정보 및 전력계통 분석 정보를 수신하는 단계,
    상기 발전자원의 출력 변동에 의한 전력계통의 주파수 변동을 모니터링하는 단계, 그리고
    전력계통의 전력계통 정보 및 전력계통 분석 정보를 이용하여 상기 발전기에서 생성된 전력의 일부가 계통주파수의 변화에 응동하도록 상기 전력 소모 장치의 동작을 제어하되, 상기 주파수 변동에 대응하여 상기 전력계통에 연계된 변동성전원의 출력변동이나 상기 전력계통의 제약조건으로 인해서 상기 전력계통을 불안정하게 하는 상기 전력계통에서 초과 생산되는 전력 또는 전력계통에서 초과 생산될 것으로 예상되는 전력을 소모하도록 전력 소모 수단의 온/오프 동작을 제어하거나, 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 단계는,
    전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통에 연계된 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 및 변동성 전원의 출력 변동에 대응하여 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 분석하고, 상기 응동량 및 상기 응동 속도를 설정값과 비교하여 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 방법.
18. 삭제
19. 제17항에서,
    상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 단계는,
    상기 전력계통의 계통주파수가 증가하는 경우, 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 증가시키는 단계
    를 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 방법.
20. 제17항에서,
    상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 단계는,
    상기 전력계통의 계통주파수가 감소하는 경우, 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 감소시키거나, 상기 전력 소모 수단의 동작을 중단시키도록 제어하는 단계
    를 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 방법.
21. 제17항에서,
    상기 발전자원은,
    전력계통에 연계된 신재생 에너지원을 포함하며,
    상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 단계는,
    상기 신재생 에너지원의 출력이 증가하는 경우, 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 증가시키는 단계, 그리고
    상기 신재생 에너지원의 출력이 감소하는 경우, 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 감소시키는 단계
    를 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 방법.
22. 제21항에서,
    상기 신재생 에너지원은,
    지역 단위 또는 사업자 단위로 구분되는 개별 신재생 에너지원 또는 전력계통에 연계되어 전력계통에 전력을 공급하는 모선 또는 선로 단위로 구분되는 개별 신재생 에너지원을 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 방법.
23. 제22항에서,
    상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 단계는,
    상기 신재생 에너지원의 출력 데이터로부터 신재생 에너지원의 출력을 예측하는 단계, 그리고
    상기 신재생 에너지원의 출력 예측값에 따라 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 단계
    를 포함하는 전력계통의 출력 변동성 안정화 방법.

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