KR102232965B1 - 비상상황 발생 시 마이크로그리드 자율 운전 시스템 및 방법 - Google Patents

비상상황 발생 시 마이크로그리드 자율 운전 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

비상상황 발생 시 마이크로그리드 자율 운전 시스템 및 방법이 제공된다. 마이크로그리드의 비상상황 시 자율 운전 방법은 마이크로그리드로부터 마이크로그리드에 포함된 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 수신하는 단계; 알람 데이터를 통해 각각의 경로에 대한 비상상황을 가식별하는 단계; 퍼지 알고리즘을 이용하여 상기 가식별된 비상상황에 대해 최종 확정하는 단계; 최종 확정된 비상상황이 복합적으로 발생한 경우, 비상상황의 중요도에 따라 우선순위를 부여하는 단계; 및 상기 우선순위를 기반으로 상기 최종 확정된 비상상황의 종류에 따라 마이크로그리드를 자율 제어하는 단계;를 포함한다.

Description

비상상황 발생 시 마이크로그리드 자율 운전 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR AUTONOMOUS OPERATION OF MICROGRIDS IN EMERGENCY SITUATION}
본 발명은 비상상황 발생 시 마이크로그리드 자율 운전 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로그리드로부터 수신된 알람 데이터를 퍼지 알고리즘에 적용하여 마이크로그리드의 비상상황을 확정하고, 복수의 비상상황 발생 시 우선순위를 부여하여 우선순위에 따라 비상상황에 대응하는 비상상황 발생 시 마이크로그리드 자율 운전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 신재생 에너지의 보급 증대 정책과 배전계통 운영의 신뢰도 및 경제성 증대 등의 요구는 마이크로그리드(microgrid, MG) 보급을 가속화시키고 있다. 일반적으로 MG는 크게 두 가지 목적으로 구축된다. 첫째, MG 내부 전력사용량 및 피크전력의 감소를 통해 직접적인 경제적 이익을 얻기 위한 것으로 에너지 저장장치(energy storage system, ESS) 등의 제어 전원 최적 스케줄 수립과 수요반응(demand response, DR) 자원을 이용한 시장참여를 통해 이러한 목적을 달성한다. 둘째, MG 외부에서의 외란 발생시 독립적인 운영을 통해 전력공급의 지속성을 증가시키기 위한 것이다. 그러나 중소규모 MG의 경우, 구축비용, 운영 및 유지보수 등을 고려한 다양한 비즈니스 모델의 확보가 필요하다. 특히 일반적인 계통운영과 같이 상시 근무 운영원을 두는 경우 운영비용의 과다로 인해 그 경제성이 크게 떨어지게 되는 문제점이 있다.
한편, 마이크로그리드의 비상상황의 대응방안에 대한 연구로는 첫째, 마이크로그리드의 외란 검출 및 계전기 정정 방식에 관한 연구가 있다. 둘째, 중앙집중식 제어에 의한 적응형 보호방식을 다루는 연구가 있다. 셋째, 분산형 제어에 의한 보호방식을 다루는 연구가 있다.
하지만, 이러한 연구들은 주로 고장 발생시의 인지방법과 고장제거를 위한 보호기기의 설정 방법 및 통신을 이용한 보호기기 간의 협조 운동 등을 제시하고 있을 뿐, 앞서 언급한 바와 같이 MG 운영 상의 경제성을 확보하기 위한 마이크로그리드의 자율 운영에 관한 방법에 대해서는 제시하고 있지 않다.
공개특허공보 제10-2015-0024738호, 2015.03.09
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 경험 많은 운영원과 같이, 비상상황 판단을 저해하는 오류데이터와 통신 트래픽에 의해 불규칙적으로 데이터가 발생했을 때 정확한 인지 및 대처를 할 수 있는 알고리즘을 제공하고, 또한 실제 현장에서 발생하는 비상상황은 복합적인 경우가 많기 때문에, 비상상황의 중요도를 판단하여 우선순위에 따라 복합적인 상황에 대한 대처가 가능한 비상상황 발생 시 마이크로그리드 자율 운전 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 마이크로그리드의 비상상황 시 자율 운전 장치는 마이크로그리드로부터 마이크로그리드에 포함된 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 수신하고, 알람 데이터를 통해 각각의 경로에 대한 비상상황을 가식별하는 비상상황 식별부; 퍼지 알고리즘을 이용하여 상기 가식별된 비상상황에 대해 최종 확정하는 퍼지 수행부; 최종 확정된 비상상황이 복합적으로 발생한 경우, 비상상황의 중요도에 따라 우선순위를 부여하는 다중 비상상황 처리부; 및 최종 확정된 비상상황의 종류에 따라 기기제어를 수행하거나 사용자에게 최종 확정된 비상상황의 정보를 제공하는 자율 제어부;를 포함한다.
또한, 상기 각각의 경로는 직렬 연결된 복수의 보호기기를 포함한다.
또한, 상기 퍼지 알고리즘은 마이크로그리드로부터 추가로 수신되는 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 기반으로 각 경로에 대한 확신도를 산출하여, 확신도가 미리 설정된 값보다 작은 경우, 해당 경로에 대한 알람 데이터를 오류데이터로 검출하고, 확신도가 미리 설정된 값보다 큰 경우, 해당 경로에 대해 가식별된 비상상황을 최종 확정하는 것이다.
또한, 상기 기기제어는 마이크로그리드의 운전 모드 전환 및 부하제어를 포함하며, 상기 부하제어는 현재 부하에 대한 예상 독립운전 가능 시간이 중요부하에 대한 최소 독립운전 시간보다 작을 경우 수행되는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 마이크로그리드의 비상상황 시 자율 운전 방법은 마이크로그리드로부터 마이크로그리드에 포함된 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 수신하는 단계; 알람 데이터를 통해 각각의 경로에 대한 비상상황을 가식별하는 단계; 퍼지 알고리즘을 이용하여 상기 가식별된 비상상황에 대해 최종 확정하는 단계; 최종 확정된 비상상황이 복합적으로 발생한 경우, 비상상황의 중요도에 따라 우선순위를 부여하는 단계; 및 상기 우선순위를 기반으로 상기 최종 확정된 비상상황의 종류에 따라 마이크로그리드를 자율 제어하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 각각의 경로는 직렬 연결된 복수의 보호기기를 포함한다.
또한, 상기 비상상황 가식별 단계는, 비순차적 데이터인 상기 알람 데이터를 기반으로 비상상황의 종류 및 비상상황의 발생 위치를 파악하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 최종 확정 단계는, 마이크로그리드로부터 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 반복적으로 수신하는 단계;를 포함하되, 상기 퍼지 알고리즘은 마이크로그리드로부터 반복적으로 수신되는 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 기반으로 각 경로에 대한 확신도를 산출하여, 확신도가 미리 설정된 값보다 작은 경우, 해당 경로에 대한 알람 데이터를 오류데이터로 검출하고, 확신도가 미리 설정된 값보다 큰 경우, 해당 경로에 대해 가식별된 비상상황을 최종 확정하는 것이다.
또한, 상기 자율 제어 단계는, 상기 비상상황 종류가 마이크로그리드 내에서 발생한 비상상황인 경우, 상기 비상상황 정보를 사용자 단말로 메시지의 형태로 제공하는 단계; 및 상기 비상상황 종류가 마이크로그리드 외부에서 발생한 비상상황인 경우, 기기제어를 수행하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 기기제어는 마이크로그리드의 운전 모드 전환 및 부하제어를 포함하며, 상기 부하제어는 현재 부하에 대한 예상 독립운전 가능 시간이 중요부하에 대한 최소 독립운전 시간보다 작을 경우 수행되는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 비상상황 발생 시 마이크로그리드 자율 운전 프로그램은, 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 상기 비상상황 발생 시 마이크로그리드 자율 운전 방법을 실행하며, 매체에 저장된다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 경험 많은 운영원과 같이, 비상상황 판단을 저해하는 오류데이터와 통신 트래픽에 의해 불규칙적으로 데이터가 발생했을 때 정확한 인지 및 대처를 할 수 있다.
또한, 실제 현장에서 발생하는 비상상황은 복합적인 경우가 많기 때문에, 비상상황의 중요도를 판단하여 우선순위에 따라 복합적인 상황에 대한 대처가 가능하다는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 자율 운전 장치가 포함된 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 자율 운전 장치의 구성을 보다 상세히 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 자율 운전 장치의 구성요소들의 알고리즘을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드 계통도의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 자율 운전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼지 알고리즘의 수행 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부고장에 대한 마이크로그리드의 자율 운전의 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로그리드의 자율 운전 장치가 포함된 시스템 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 자율 운전 장치(100)와 마이크로그리드(200)는 네트워크(300)를 통해 연결된다.
자율 운전 장치(100)는 마이크로그리드(200)로부터 마이크로그리드(200)에서 발생하는 과전류, 저전압 등에 대한 알람데이터를 수신하여, 비상상황의 종류 및 발생 위치 등을 판단한다. 이때, 마이크로그리드에서 발생하는 비상상황은 마이크로그리드 내 선로 및 설비고장에 따른 내부고장, 보호기기의 오동작, 외부고장, 계측정보 전송장치 오류에 따른 통신 장애 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 자율 운전 장치(100)는 마이크로그리드(200)로부터 반복적으로 수신되는 알람데이터의 변화에 따라 비상상황에 대한 임시적 판단에서 확정적 판단을 수행할 수 있다. 이때, 알람데이터는 비주기적이며 비순차적으로 발생되는 데이터로서, 개폐기기의 상태 변화, 저전압, 과전류, 통신장애 등을 판단할 수 있는 데이터이다.
또한, 마이크로그리드(200)는 확정된 비상상황이 복합적인 경우, 각 비상상황에 대해 우선순위를 부여하여, 우선순위에 따라 비상상황에 대한 실질적 대처를 수행한다. 여기서, 실질적 대처는 유지보수원에게 비상상황 정보를 포함한 메시지를 웹발신의 형태로 제공하거나, 또는 마이크로그리드 내의 기기 제어를 의미한다.
마이크로그리드(200)(이하 'MG'라 한다)는 복수의 경로(path)를 포함하고 있으며, 이때, 각각의 경로는 MG(200)의 시작점인 보호기기부터 말단지점인 부하 또는 설비가 직렬로 연결되어 있다. 도 4를 참고하면, MG(200)의 계통도는 12개의 경로를 포함하고 있으며, 각각의 경로는 하나 이상의 보호기기를 포함하고 있다. 예를 들어, 5번 경로는 9번 보호기기를 포함하고 있으며, 9번 경로는 15번, 17번, 18번 보호기기를 포함하고 있다.
MG(200)는 각 경로 내의 각각의 보호기기에 발생하는 비상상황 정보를 비순차적인 알람데이터의 형태로 자율 운전 장치(100)로 제공한다.
네트워크(300)는 구내 정보 통신망(LAN), 도시권 통신망(MAN), 광역 통신망(WAN) 및 인터넷 등을 포함하는 데이터 통신망뿐만 아니라 방송망, 전화망 등을 포함할 수 있고, 유선과 무선을 가리지 않으며, 모든 통신 방식이 사용 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 자율 운전 장치의 구성을 보다 상세히 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 자율 운전 장치의 구성요소들의 알고리즘을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참고하면, 자율 운전 장치(100)는 비상상황 식별부(120), 퍼지 수행부(140), 다중 비상상황 처리부(160) 및 자율 제어부(180)을 포함하고, 이 구성요소들을 이용하여 자율 운전 알고리즘을 수행한다. 여기서, 자율 운전 알고리즘은 개별 마이크로그리드의 운영 시스템(MG EMS)에 응용프로그램의 형태로 탑재될 수 있다.
도 3을 참고하면, 비상상황 식별부(120)는 마이크로그리드로부터 마이크로그리드에 포함된 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 수신하고, 알람 데이터를 통해 각각의 경로에 대한 비상상황을 가식별한다. 일 실시예로, 비상상황 식별부(120)는 단일 또는 복합적 비상상황이 발생했을 때, 계통에서 발생하는 비순차적 알람데이터를 수집하고 비상상황에 대한 종류와 발생위치를 가식별한다. 즉, MG(200)로부터 수신된 알람데이터를 통해 MG 내의 어떤 보호기기에서 어떤 종류의 비상상황이 발생했는지를 가식별한다. 예를 들어, 어떤 경로에서 과전류 알람, 저전압 알람 및 보호기기 동작상태 알람 등이 동시에 수신된 경우 비상상황의 식별 여부를 판단하는 식별자(ESCM_flag)가 1로 처리되며 이는 비상상황이 가식별 되었음을 나타낸다. 반면, 수신된 알람데이터가 비상상황을 가식별하기에는 부족한 상태라면 식별자는 0으로 처리된다. 이는 가식별이 완료되지 않았음을 의미하며, 이후에 추가로 수신되는 알람데이터를 통해 가식별이 완료될 수 있다.
퍼지 수행부(140)는 퍼지 알고리즘을 이용하여 가식별된 비상상황에 대해 최종 확정한다. 즉, 퍼지 수행부(140)는 비상상황 식별부(120)에서 시간이 지남에 따라 추가로 발생하는 알람 데이터를 처리하고 오류데이터를 필터링함으로써, 실제 운영원과 유사한 판단을 통해 가식별된 비상상황에 대해 최종 확정을 한다.
일 실시예에 따라, MG(200)의 비상상황은 내부고장, 외부고장, 내부 기기오동작, 통신장애로 구분된다. 이 중에 통신장애는 보호기기에서 발생한 알람을 그대로 사용하여 판정하기 때문에 퍼지 알고리즘에서는 고려하지 않고, 나머지 3개(내부고장, 외부고장, 내부기기오동작)의 비상상황은 공통적으로 저전압과 과전류 현상이 알람으로 발생하게 되므로 퍼지 수행부(140)는 비상상황 식별부(120)에서 가식별된 정보와, 각각의 경로에서 발생하는 저전압 및 과전류 알람의 개수를 종합하여 최종 확정을 수행하게 된다.
이때, 퍼지 알고리즘은 비상상황에 대한 최종 확정을 수행하기 위해 이용되는 퍼지 기반의 판정 알고리즘으로서, 퍼지 수행부(140)는 퍼지 알고리즘을 이용하여 MG(200)로부터 추가로 수신되는 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 기반으로 각 경로에 대한 확신도를 산출하여, 확신도가 미리 설정된 값보다 작은 경우, 해당 경로에 대한 알람 데이터를 오류데이터로 검출하고, 확신도가 미리 설정된 값보다 큰 경우, 해당 경로에 대해 가식별된 비상상황을 최종 확정할 수 있다. 또한, 다른 일실시예로, 알람데이터가 초기 발생 후 추가적으로 발생하지 않을 경우 확신도가 일정 값에 고정되는 문제가 발생하게 되므로, 이러한 문제를 해결하고 비상상황 식별 연산을 촉진시키기 위해 가식별 결과 여부에 따라 가속 요소(acceleration factor, ACF)를 적용할 수 있다.
일 실시예에 따라, 퍼지 알고리즘의 확신도 계산식은 아래 <수학식 1>과 같다.
Figure 112019005323467-pat00001
여기서, CFpath는 해당 경로의 확신도, ACFpath는 경로의 가속요소, x축은 CF의 범위, CFi는 i번째 CF값, f(CFi)는 i번째 CF의 소속도, n은 CF 범위를 분할한 개수를 나타내며, ACFpath의 결정은 아래 <수학식 2>와 같다.
Figure 112019005323467-pat00002
여기서, 초기치는 100%이며, ESCM_flagpath는 비상상황 식별모듈에서 수행된 각 경로의 가식별 판단 여부이다.
다중 비상상황 처리부(160)는 최종 확정된 비상상황이 복합적으로 발생한 경우, 비상상황의 중요도에 따라 우선순위를 부여한다. 즉, 다중 비상상황 처리부(160)는 자율 운전 알고리즘에서 비상상황이 복합적으로 일어나는 경우, 비상상황의 중요도에 따라 우선순위를 부여할 수 있다.
일실시예로, ①은 내부고장, ②는 기기오동작, ③은 외부고장, ④는 통신장애라고 가정하고, <표 1>을 참고하면, MG(200) 내부에서 비상상황(① 및 ②)이 발생했을 경우, 부하 중요도에 따라 우선순위를 부여한다. 또한, MG 내부 비상상황(① 및 ②)과 외부 비상상황(③)이 동시에 발생했을 경우, MG(200) 내 모든 부하가 off 상태이므로 외부 비상상황에 우선순위를 부여한다. 또한, 통신장애(④)와 MG 내부 비상상황(① 및 ②)이 발생한 경우는 MG(200) 내 비상상황에 우선순위를 부여하여 부하 복구를 우선적으로 수행할 수 있도록 한다. 또한, 통신장애(④)와 외부 비상상황(③)이 동시에 발생했을 경우, 통신장애 발생으로 인해 자율적 기기 제어를 수행할 수 없기 때문에 MG(200) 내부 통신장애를 우선적으로 처리한다.
Figure 112019005323467-pat00003
자율 제어부(180)는 최종 확정된 비상상황의 종류에 따라 기기제어를 수행하거나 사용자에게 최종 확정된 비상상황의 정보를 제공한다. 즉, 자율 제어부(180)는 MG(200) 내 발생한 비상상황 즉, 내부 고장, 기기오동작, 통신 장애에 대해서는 비상상황 정보를 지정된 유지보수원에게 메시지로 출력하고, 외부 고장에 대해서는 MG(200)의 운전 모드 전환 또는 독립운전 수행(부하제어)과 같은 실질적 기기제어를 수행할 수 있다. 부하제어는 중요부하에 대한 독립운전 시간을 증대시키는 것을 목적으로 하며, 현재부하에 대한 예상 독립운전 가능시간이 중요부하에 대한 최소 독립운전 시간(T)보다 작을 경우에 수행된다. 이때, 부하 제어를 결정하는 계산식은 <수학식 3>과 같다.
Figure 112019005323467-pat00004
여기서, SOC는 현재 에너지 저장 장치(ESS)의 충전 상태를 나타내며, SOCmin은 ESS의 최소 운영 SOC, Batcapacity는 배터리의 정격 용량, T는 운영자에 의해 설정된 중요부하의 최소 독립운전 수행 시간을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 자율 운전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
비상상황 식별부(120)는 MG(200)로부터 MG(200)에 포함된 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 수신한다(S10). 이때, 각각의 경로는 직렬 연결된 복수의 보호기기를 포함하며, 중소 규모 MG의 경우 각 경로 당 직렬 연결되 보호기기의 최대 개수는 4개일 수 있고, 그 이상일 경우는 동일한 값을 가질 수 있다. 일 실시예에 따라, 비상상황 식별부(120)는 경로 내에 포함된 보호기기로부터 저전압, 과전류 등에 대한 알람데이터를 수신할 수 있다.
이후, 비상상황 식별부(120)는 수신된 알람 데이터를 통해 각각의 경로에 대한 비상상황을 가식별한다(S20). 즉, 비상상황 식별부(120)는 비순차적으로 수신되는 알람 데이터를 이용하여 비상상황의 종류 및 비상상황의 발생 위치를 파악함으로써, 특정 경로에 포함된 특정 보호기기에 어떤 종류의 비상상황이 발생했는지를 가식별할 수 있다.
이후, 퍼지 수행부(140)는 퍼지 알고리즘을 이용하여 상기 가식별된 비상상황에 대해 최종 확정한다(S30). 퍼지 수행부(140)는 마이크로그리드(200)로부터 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 반복적으로 수신하여, 비상상황 식별부(120)에서 가식별된 비상상황 정보와, 반복적으로 수신된 알람 데이터를 종합하여 최종 확정을 수행할 수 있다.
또한, 퍼지 수행부(140)는 퍼지 알고리즘을 이용하여 마이크로그리드(200)로부터 반복적으로 수신되는 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 기반으로 각 경로에 대한 확신도를 산출하여 비상상황에 대한 최종 판정 및 오류 데이터 검출을 수행할 수 있다. 퍼지 수행부(140)는 상기의 <수학식 1>을 이용하여 경로에 대한 확신도를 산출하고, 확신도가 미리 설정된 값보다 작은 경우, 해당 경로에 대한 알람 데이터를 오류데이터로 검출하고, 확신도가 미리 설정된 값보다 큰 경우, 해당 경로에 대해 가식별된 비상상황을 최종 확정한다.
도 6은, 도 4에 도시된 계통도에서 보호기기 9번 하단의 내부 고장 및 12번 보호기기의 오동작이 발생하였다고 가정했을 때의 퍼지 수행부(140)가 퍼지 알고리즘을 이용하여 비상상황의 최종확정을 수행하는 과정을 그래프로 나타낸 것이다.
아래의 <표 2>는 보호기기 9번 하단의 내부 고장 및 12번 보호기기의 오동작이 발생하였다고 가정했을 때 마이크로그리드(200)로부터 수신된 알람데이터를 나타내는 표이고, UV(Under Voltage)는 저전압, OC(Over Current)는 과전류, SS(Switch Status)는 기기오동작을 나타낸다. <표 2>를 참고하면, 반복 횟수 1에 10번, 11번, 12번, 13번, 15번으로부터 저전압 알람 데이터가 수신되고, 1번, 9번으로부터 과전류 알람 데이터, 12번으로부터 오동작 알람 데이터가 수신되었다. 반복 횟수 2에 7번으로부터 저전압 및 과전류 알람 데이터가 수신되었고, 반복 횟수 3에 9번으로부터 저전압 알람 데이터가 수신되었다.
Figure 112019005323467-pat00005
도 6을 참고하면, mix_band 및 min_band는 운영자에 의해 미리 설정된 비상상황을 최종확정할 수 있는 범위를 나타낸다. y축(CF_path)은 해당 경로의 비상상황 확신도, x축(Iteration)은 퍼지 알고리즘의 반복횟수를 나타낸다. 도 6을 참고하면, 퍼지 알고리즘 결과, 보호기기 9를 포함하는 경로 5는 초기 알람데이터 발생시 비상상황을 식별하지 못하지만 퍼지 알고리즘 수행 중 신규 알람데이터가 발생하여 보호기기 9 하단의 내부고장을 가식별하고 반복횟수 6에서 최종확정하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 보호기기 12를 포함하는 경로 7은 초기 알람데이터를 통해 보호기기 12의 기기오동작을 가식별하고 반복횟수 3에서 최종확정하는 것을 확인할 수 있다. 경로 1, 4, 6 등은 비상상황과 개연성이 없는 데이터로 판단하여 해당데이터를 의미 없는 데이터, 즉 오류 데이터로 필터링하여 처리하게 된다.
이후, 다중 비상상황 처리부(160)는 최종 확정된 비상상황이 복합적으로 발생한 경우, 비상상황의 중요도에 따라 우선순위를 부여하여(S40), 자율 제어부(180)가 우선순위에 따라 비상상황에 대한 대처를 수행할 수 있게 한다.
이후, 자율 제어부(180)는 우선순위를 기반으로 최종 확정된 비상상황의 종류에 따라 마이크로그리드(200)를 자율 제어한다(S50).
일실시예로, 비상상황 종류가 마이크로그리드(200) 내에서 발생한 비상상황인 경우, 즉, 내부고장, 기기오동작, 통신장애 등의 비상상황인 경우, 자율 제어부(180)는 해당 비상상황 정보를 사용자(유지보수원)에게 메시지의 형태로 제공할 수 있다.
다른 일실시예로, 비상상황 종류가 마이크로그리드(200)의 외부고장인 경우, 자율 제어부(180)는 기기제어를 통한 자율적 대응을 수행한다. 이때, 기기제어는 마이크로그리드의 운전 모드 전환 및 부하제어를 포함하며, 부하제어는 현재 부하에 대한 예상 독립운전 가능 시간이 중요부하에 대한 최소 독립운전 시간보다 작을 경우 수행되는 것이다. 이때, 운전 모드 전환은 연계 운전에서 독립 운전으로의 전환, 또는 독립 운전에서 연계 운전으로의 전환을 의미한다.
도 7을 참고하면, 자율 제어부(180)는 외부고장 감지(17:19) 후, 독립운전지점의 보호기기 및 발전원 기동과 같은 제어를 통해 독립운전을 수행한다. 또한, 독립운전 수행 중 상기의 <수학식 3>을 통해 부하제어를 수행함에 따라 1단계 부하 제어시 초기 부하대비 약 111%의 전원공급시간을 증대할 수 있고, 2단계 부하 제어시 약 171%의 중요부하에 대한 전원공급시간이 증대되는 것을 확인할 수 있다. 이후, 외부 계통 복구를 감지(17:29)하면, 자율 제어부(180)는 독립운전 지점의 보호기기, 부하 복원과 같은 계통 재연계를 자율적으로 수행하게 된다.
이상에서 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 비상상황 시 자율 운전 방법은, 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 실행되기 위해 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현되어 매체에 저장될 수 있다.
상기 전술한 프로그램은, 상기 컴퓨터가 프로그램을 읽어들여 프로그램으로 구현된 상기 방법들을 실행시키기 위하여, 상기 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 상기 컴퓨터의 장치 인터페이스를 통해 읽힐 수 있는 C, C++, JAVA, Ruby, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 상기 방법들을 실행하는 필요한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Functional Code)를 포함할 수 있고, 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 코드는 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 상기 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조되어야 하는지에 대한 메모리 참조관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터의 프로세서가 상기 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 상기 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수 있다.
상기 저장되는 매체는, 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상기 저장되는 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터가 접속할 수 있는 다양한 서버 상의 다양한 기록매체 또는 사용자의 상기 컴퓨터상의 다양한 기록매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 자율 운전 장치
120 : 비상상황 식별부
140 : 퍼지 수행부
160 : 다중 비상상황 처리부
180 : 자율 제어부
200 : 마이크로그리드
300 : 네트워크

Claims (11)

  1. 마이크로그리드의 비상상황 시 자율 운전 장치로서,
    마이크로그리드로부터 마이크로그리드에 포함된 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 수신하고, 알람 데이터를 통해 각각의 경로에 대한 비상상황을 가식별하는 비상상황 식별부;
    퍼지 알고리즘을 이용하여 상기 가식별된 비상상황에 대해 최종 확정하는 퍼지 수행부;
    최종 확정된 비상상황이 복합적으로 발생한 경우, 비상상황의 중요도에 따라 우선순위를 부여하는 다중 비상상황 처리부; 및
    최종 확정된 비상상황의 종류에 따라 기기제어를 수행하거나 사용자에게 최종 확정된 비상상황의 정보를 제공하는 자율 제어부;를 포함하되,
    상기 퍼지 알고리즘은 마이크로그리드로부터 추가로 수신되는 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 기반으로 각 경로에 대한 확신도를 산출하여, 확신도가 미리 설정된 값보다 작은 경우, 해당 경로에 대한 알람 데이터를 오류데이터로 검출하고, 확신도가 미리 설정된 값보다 큰 경우, 해당 경로에 대해 가식별된 비상상황을 최종 확정하며,
    상기 확신도는,
    비상상황 식별 연산을 촉진시키기 위해 가식별 결과 여부에 따라 가속 요소를 적용하여 산출되는 것을 특징으로 하는, 마이크로그리드의 비상상황 시 자율 운전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 경로는 직렬 연결된 복수의 보호기기를 포함하는, 마이크로그리드의 비상상황 시 자율 운전 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기기제어는 마이크로그리드의 운전 모드 전환 및 부하제어를 포함하며,
    상기 부하제어는 현재 부하에 대한 예상 독립운전 가능 시간이 중요부하에 대한 최소 독립운전 시간보다 작을 경우 수행되는 것인, 마이크로그리드의 비상상황 시 자율 운전 장치.
  5. 마이크로그리드의 비상상황 시 자율 운전 방법으로서,
    마이크로그리드로부터 마이크로그리드에 포함된 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 수신하는 단계;
    알람 데이터를 통해 각각의 경로에 대한 비상상황을 가식별하는 단계;
    퍼지 알고리즘을 이용하여 상기 가식별된 비상상황에 대해 최종 확정하는 단계;
    최종 확정된 비상상황이 복합적으로 발생한 경우, 비상상황의 중요도에 따라 우선순위를 부여하는 단계; 및
    상기 우선순위를 기반으로 상기 최종 확정된 비상상황의 종류에 따라 마이크로그리드를 자율 제어하는 단계;를 포함하되,
    상기 최종 확정 단계는,
    마이크로그리드로부터 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 반복적으로 수신하는 단계;를 포함하되,
    상기 퍼지 알고리즘은 마이크로그리드로부터 반복적으로 수신되는 복수의 경로에 대한 알람 데이터를 기반으로 각 경로에 대한 확신도를 산출하여, 확신도가 미리 설정된 값보다 작은 경우, 해당 경로에 대한 알람 데이터를 오류데이터로 검출하고, 확신도가 미리 설정된 값보다 큰 경우, 해당 경로에 대해 가식별된 비상상황을 최종 확정하며,
    상기 확신도는,
    비상상황 식별 연산을 촉진시키기 위해 가식별 결과 여부에 따라 가속 요소를 적용하여 산출되는 것을 특징으로 하는, 마이크로그리드의 비상상황 시 자율 운전 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 각각의 경로는 직렬 연결된 복수의 보호기기를 포함하는, 마이크로그리드의 비상상황 시 자율 운전 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 비상상황 가식별 단계는,
    비순차적 데이터인 상기 알람 데이터를 기반으로 비상상황의 종류 및 비상상황의 발생 위치를 파악하는 단계;를 포함하는, 마이크로그리드의 비상상황 시 자율 운전 방법.
  8. 삭제
  9. 제5항에 있어서,
    상기 자율 제어 단계는,
    상기 비상상황 종류가 마이크로그리드 내에서 발생한 비상상황인 경우, 상기 비상상황 정보를 사용자 단말로 메시지의 형태로 제공하는 단계; 및
    상기 비상상황 종류가 마이크로그리드 외부에서 발생한 비상상황인 경우, 기기제어를 수행하는 단계;를 포함하는, 마이크로그리드의 비상상황 시 자율 운전 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기기제어는 마이크로그리드의 운전 모드 전환 및 부하제어를 포함하며,
    상기 부하제어는 현재 부하에 대한 예상 독립운전 가능 시간이 중요부하에 대한 최소 독립운전 시간보다 작을 경우 수행되는 것인, 마이크로그리드의 비상상황 시 자율 운전 방법.
  11. 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어, 제5항 내지 제7항, 제9항 및 제10항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된, 마이크로그리드의 비상상황 시 자율 운전 프로그램.
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