KR102254624B1 - 무효 전력 제어 장치 및 무효 전력 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 재생 가능 에너지 발전 설비로부터 공급되는 전력의 불안정성을 고려하여, 전력 계통에 접속되는 동기 조상기가 조정하는 무효 전력이나 전력 계통에 공급되는 전력의 무효 전력을 제어하여, 각 부하단(소비지)에 있어서의 전력의 무효 전력을 최적으로 안정화 제어하는 무효 전력 제어 장치를 제공한다.
본 발명에 기재하는 무효 전력 제어 장치는, 발전기가 발전하여, 전력 계통에 공급되는 전력의 전압을 자동 조정하는 자동 전압 조정 장치가 조정하는 무효 전력과, 전력 계통에 접속되는 동기 조상기가 조정하는 무효 전력과, 재생 가능 에너지 발전 설비가 발전하는 전력의 무효 전력과, 전력을 소비하는 각 부하단(소비지)에서 설정되는 무효 전력의, 이들 무효 전력의 정보를 입력하는 입력부와, 입력부에 입력된 이들 무효 전력의 정보를 사용하여, 동기 조상기 및 자동 전압 조정 장치가 조정하기 위한 무효 전력의 설정값을 연산하는 연산부와, 연산부에서 연산된 무효 전력의 설정값을, 각각 동기 조상기 및 자동 전압 조정 장치에 출력하는 출력부를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

무효 전력 제어 장치 및 무효 전력 제어 방법{REACTIVE POWER CONTROL DEVICE AND REACTIVE POWER CONTROL METHOD}
본 발명은, 무효 전력 제어 장치 및 무효 전력 제어 방법에 관한 것이다.
근년, 환경에 대한 의식의 고조로부터, 재생 가능 에너지 발전 설비가, 급속하게 증설되고 있다. 그리고 발전된 전력의 전체에 차지하는 재생 가능 에너지 발전의 전력 비율은, 해마다 증가하고 있다. 한편, 재생 가능 에너지 발전은, 예를 들어 태양광 발전에서는 야간이나 악천후에 좌우되고, 또한 풍력 발전에서는 유효 풍속에 좌우되어, 전력의 공급이 불안정해진다. 이 때문에, 현 상황에서는, 재생 가능 에너지 발전 설비가 발전하는 전력이, 화력 발전이나 원자력 발전과 같은 베이스 로드인 발전 설비가 발전하는 전력을, 완전히 대체하는 것은 곤란하다.
따라서, 전력 계통에 공급되는 전력은, 재생 가능 에너지 발전 설비에 의해 발전된 전력과 화력 발전 설비나 원자력 발전 설비에 의해 발전된 전력이 혼재한다.
또한, 재생 가능 에너지 발전 설비에 의해 발전된 전력의 비율이 증가하는 경향이 있고, 또한 재생 가능 에너지 발전 설비에 의해 발전된 전력과 화력 발전 설비나 원자력 발전 설비에 의해 발전된 전력이 하나의 전력 계통에 혼재함으로써, 그 전력 계통에 접속되는 각 부하단(소비지)에 있어서는, 전력의 전압이나 주파수가 예측 불가능한 거동을 나타내어, 각 부하단(소비지)에 있어서의 전력의 전압이나 주파수를 최적으로 제어하는 것이 곤란해지고 있다.
본 기술분야의 배경기술로서, 일본 특허 공개 제2016-208654호 공보(특허문헌 1)가 있다. 이 공보에는, 전력 계통의 전압, 무효 전력을 조정 가능한 개별 장치에 대해 송신 데이터를 부여하는 전력 계통 전압 무효 전력 감시 제어 장치이며, 전력 계통 전압 무효 전력 감시 제어 장치는, 전력 계통의 안정성을 나타내는 하나 이상의 지표를 사용하여 하나 이상의 목표값 제약을 구하여, 목표값 제약으로부터 목표값에 관한 정보를 얻고, 목표값에 대한 정보를 포함하는 송신 데이터를 개별 장치에 부여하여, 개별 장치에 의해 당해 설치 개소에 있어서의 전압, 무효 전력을 조정하는 것을 특징으로 하는 것이 기재되어 있다(요약 참조).
일본 특허 공개 제2016-208654호 공보
특허문헌 1에는, 전력 계통의 전압과 무효 전력의 밸런스를 유지하는 전력 계통 전압 무효 전력 감시 제어 장치가 기재되어 있다. 그러나 특허문헌 1에 기재되는 전력 계통 전압 무효 전력 감시 제어 장치는, 재생 가능 에너지 발전 설비로부터 공급되는 전력의 불안정성을 고려하여, 전력 계통에 접속되는 동기 조상기가 조정하는 무효 전력이나 전력 계통에 공급되는 전력의 무효 전력을 제어하여, 각 부하단(소비지)에 있어서의 전력의 무효 전력을 최적으로 제어하는 것에 대해서는 기재되어 있지 않다.
그래서 본 발명은, 재생 가능 에너지 발전 설비로부터 공급되는 전력의 불안정성을 고려하여, 전력 계통에 접속되는 동기 조상기가 조정하는 무효 전력이나 전력 계통에 공급되는 전력의 무효 전력을 제어하여, 각 부하단(소비지)에 있어서의 전력의 무효 전력을 최적으로 안정화 제어하는 무효 전력 제어 장치 및 무효 전력 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 기재하는 무효 전력 제어 장치는, 발전기가 발전하고, 전력 계통에 공급되는 전력의 전압을 자동 조정하는 자동 전압 조정 장치가 조정하는 무효 전력과, 전력 계통에 접속되는 동기 조상기가 조정하는 무효 전력과, 재생 가능 에너지 발전 설비가 발전하는 전력의 무효 전력과, 전력을 소비하는 각 부하단(소비지)에서 설정되는 무효 전력의, 이들 무효 전력의 정보를 입력하는 입력부와, 입력부에 입력된 이들 무효 전력의 정보를 사용하여, 동기 조상기 및 자동 전압 조정 장치가 조정하기 위한 무효 전력의 설정값을 연산하는 연산부와, 연산부에서 연산된 무효 전력의 설정값을, 각각 동기 조상기 및 자동 전압 조정 장치에 출력하는 출력부를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 기재하는 무효 전력 제어 방법은, 발전기가 발전하고, 전력 계통에 공급되는 전력의 전압을 자동 조정하는 자동 전압 조정 장치가 조정하는 무효 전력과, 전력 계통에 접속되는 동기 조상기가 조정하는 무효 전력과, 재생 가능 에너지 발전 설비가 발전하는 전력의 무효 전력과, 전력을 소비하는 각 부하단(소비지)에서 설정되는 무효 전력의, 이들 무효 전력의 정보를 입력하는 공정과, 입력된 이들 무효 전력의 정보를 사용하여, 동기 조상기 및 자동 전압 조정 장치가 조정하기 위한 무효 전력의 설정값을 연산하는 공정과, 연산된 무효 전력의 설정값을, 각각 동기 조상기 및 자동 전압 조정 장치에 출력하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 재생 가능 에너지 발전 설비로부터 공급되는 전력의 불안정성을 고려하여, 전력 계통에 접속되는 동기 조상기가 조정하는 무효 전력이나 전력 계통에 공급되는 전력의 무효 전력을 제어하여, 각 부하단(소비지)에 있어서의 전력의 무효 전력을 최적으로 안정화 제어하는 무효 전력 제어 장치 및 무효 전력 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기한 것 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시예의 설명에 의해 명백해진다.
도 1은 본 실시예에 있어서의 전력 계통에 접속되는 각 발전 설비를 설명하는 설명도이다.
도 2는 본 실시예에 있어서의 무효 전력을 제어하기 위한 기능을 설명하는 설명도이다.
도 3은 본 실시예에 있어서의 무효 전력을 제어하기 위한 흐름을 설명하는 설명도이다.
도 4는 본 실시예에 있어서의 무효 전력의 편차 설정값의 미세 조정을 설명하는 설명도이다.
이하, 도면을 사용하여, 실시예를 설명한다. 또한, 동일한 구성에는, 동일한 부호를 붙이고, 설명이 중복되는 경우에는, 그 설명을 생략하는 경우가 있다.
[실시예 1]
도 1은, 본 실시예에 있어서의 전력 계통에 접속되는 각 발전 설비를 설명하는 설명도이다.
전력 계통(1)에는, 발전기(GEN1, GEN2, GEN3)가 발전하는 전력이 공급된다. 이들 발전기(GEN1, GEN2, GEN3)는, 각 지역(각지구)에 건설되는 발전 설비(소)에 설치된다. 예를 들어, 화력 발전 설비나 원자력 발전 설비에 설치되는 발전기이다. 또한, 이들 발전기(GEN1, GEN2, GEN3)는, 1지역(1지구)에 건설되는 발전 설비(소)에 설치된다. 예를 들어, 하나의 발전 설비에 다수(다축)로 설치되는 발전기이다.
또한, 전력 계통(1)에는, 재생 가능 에너지 발전 설비(10)가 발전하는 전력이 공급된다. 재생 가능 에너지 발전 설비(10)는, 예를 들어 태양광 발전 설비나 풍력 발전 설비이다.
이와 같이, 본 실시예에서는, 전력 계통(1)에는 각 발전 설비가 접속되고, 재생 가능 에너지 발전 설비(10)에 의해 발전된 전력과 화력 발전 설비나 원자력 발전 설비에 설치되는 발전기(GEN1, GEN2, GEN3)에 의해 발전된 전력이 혼재하게 된다.
또한, 전력 계통(1)에는, 전력 계통으로부터 공급되는 전력을 소비하는 각 부하단(이하, 「소비지」로서 설명함)(2)이 접속된다.
따라서, 재생 가능 에너지 발전 설비(10)에 의해 발전된 전력과 화력 발전 설비나 원자력 발전 설비에 설치되는 발전기(GEN1, GEN2, GEN3)에 의해 발전된 전력이 혼재하는 전력 계통(1)으로부터 공급되는 전력은, 특히 재생 가능 에너지 발전 설비(10)에 의해 발전된 전력의 불안정성에 기인하여 소비지(2)로부터 요구되는 요구 무효 전력값을 적정하게 설정할 수 없을 가능성이 있다.
발전기(GEN1, GEN2, GEN3)에는, 각각 자동 전압 조정 장치(AVR: automatic voltage regulator. 이하 「AVR」로서 설명함)(AVR(11), AVR(12), AVR(13))가 설치된다.
본 실시예에 기재하는 AVR(11)(여기서는 대표하여 AVR(11)에 대해 설명하지만, AVR(12) 및 AVR(13)도 마찬가지임)은, 발전기 GEN1(여기서는 AVR(11)에 대응하는 GEN1을 사용하여 설명하지만, AVR(12)에 대응하는 GEN2 및 AVR(13)에 대응하는 GEN3도 마찬가지임)에 의해 발전된 전력의 전압이, 소정의 값이 되도록 자동적으로 조정하는 것이다. 즉, AVR(11)은, 전력 계통(1)에 공급되는 전력의 전압을 자동 조정하는 것이다. AVR(12) 및 AVR(13)도 마찬가지이다. 또한, 본 실시예에서는, 발전기가 3대 및 AVR이 3대인 경우를 기재하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
그리고 AVR(11)은, 정보 통신 기술(ICT: information and communication technology. 이하 「ICT」로서 설명함) 기능 및 자동 무효 전력 조정 장치(AQR: automatic Q regulator)의 기능(이하, 이 기능을 「Var 조정 기능」으로서 설명함)을 갖는다. 여기서 Var 조정 기능은, 발전기(GEN1)에 의해 발전된 전력의 무효 전력을, 소정의 값이 되도록 자동적으로 조정하는 기능이다. 또한, AVR(12) 및 AVR(13)도 마찬가지이다.
또한, 전력 계통(1)에는, 동기 조상기(3)가 접속된다. 여기서 동기 조상기(3)는, 무부하의 상태에서 전력 계통(1)에 접속되고, 본 실시예에서는 전력 계통(1)의 무효 전력을 조정하는 것으로서 설명한다.
본 실시예에 기재하는 무효 전력 제어 장치(4)는, 소비지(2), 동기 조상기(3), AVR(11), AVR(12), AVR(13), 재생 가능 에너지 발전 설비(10), 중앙 급전 지령소(이하 「중급」으로서 설명함)(5)와 접속되어, 이들과 무효 전력의 정보를 송수신(입출력)한다.
또한, 여기서, 중급(5)은, 소비지(2)에 있어서의 전력의 사용량이나 각 발전기(GEN1, GEN2, GEN3)가 발전하는 발전량을, 각 AVR(11, 12, 13)을 통해 감시하고, 무효 전력 제어 장치(4)와의 사이에서 무효 전력의 정보를 포함하는, 각종 정보(유효 전력, 주파수, 전압 등)를 공유한다.
본 실시예에 기재하는 무효 전력 제어 장치(4)는, 자동 해석 및 고속 연산이 가능한 클라우드 네트워크(CLOUD NETWORK)를 사용하여 설명하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 무효 전력의 정보를 집약하고, 소비지(2)에서 설정되는 무효 전력의 변동을 자동적으로 조정할 수 있는 것이면 된다.
무효 전력 제어 장치(4)는, AVR(11)로부터 무효 전력 Q(1), AVR(12)로부터 무효 전력 Q(2), AVR(13)로부터 무효 전력 Q(3)을 각각 입력한다. 이들 무효 전력 Q(1), 무효 전력 Q(2), 무효 전력 Q(3)은, 각각 발전기(GEN1), 발전기(GEN2), 발전기(GEN3)가 발전하는 전력의 무효 전력이다.
또한, 무효 전력 제어 장치(4)는, 재생 가능 에너지 발전 설비(10)로부터, 재생 가능 에너지 발전 설비(10)가 발전하는 전력의 무효 전력 Q(r)을 입력한다.
또한, 무효 전력 제어 장치(4)는, 동기 조상기(3)로부터, 동기 조상기(3)에서 조정된 무효 전력 Q(s)를 입력한다.
또한, 무효 전력 제어 장치(4)는, 소비지(2)로부터, 소비지(2)에서 설정되는, 즉 소비지(2)가 요구하는 무효 전력 Q(req)(요구 무효 전력값)를 입력한다.
본 실시예에 기재하는 무효 전력 제어 장치(4)는, 예를 들어 무효 전력 Q(req), 무효 전력 Q(1), 무효 전력 Q(s), 무효 전력 Q(r)을 사용하여, 연산하여, 설정값으로서의 무효 전력 Q(ideal)(1)을 AVR(11)에 출력한다. 마찬가지로, 무효 전력 Q(2) 등을 사용하여, 무효 전력 Q(ideal)(2)을 AVR(12)에, 무효 전력 Q(3) 등을 사용하여, 무효 전력 Q(ideal)(3)을 AVR(13)에, 출력한다.
또한, 설정값으로서의 무효 전력 Q(ideal)(s)를 동기 조상기(3)에 출력한다.
무효 전력 제어 장치(4)는, 입력된 이들 무효 전력의 정보를 사용하여, 동기 조상기(3) 및 AVR(11)이 조정하기 위한 무효 전력(무효 전력 Q(ideal)(1) 및 무효 전력 Q(ideal)(s))을 연산하여, 연산된 무효 전력(무효 전력 Q(ideal)(1) 및 무효 전력 Q(ideal)(s))을 각각 동기 조상기(3) 및 AVR(11)에 출력한다. 그리고 동기 조상기(3) 및 AVR(11)은, 입력된 무효 전력(무효 전력 Q(ideal)(1) 및 무효 전력 Q(ideal)(s))에 기초하여, 각각 동기 조상기(3) 및 AVR(11)이 출력하는 무효 전력(무효 전력 Q(1) 및 무효 전력 Q(s))을 제어한다. 또한, AVR(12) 및 AVR(13)도 마찬가지이다.
게다가, 이러한 설정값으로서의 무효 전력 Q(ideal)을 소비지(2)에 보고(Report)한다.
이와 같이 본 실시예에 기재하는 무효 전력 제어 장치(4)는, 재생 가능 에너지 발전 설비(10)에 의해 발전된 전력과 화력 발전 설비나 원자력 발전 설비에 설치되는 발전기(GEN1, GEN2, GEN3)에 의해 발전된 전력이 혼재하는 전력 계통(1)이라도, 예를 들어 무효 전력 Q(1)(무효 전력 Q(2)나 무효 전력 Q(3)도 마찬가지임), 무효 전력 Q(s), 무효 전력 Q(r)을 사용하여, 축차적으로, 또한 실시간으로, 무효 전력 Q(ideal)을 연산함으로써, 소비지(2)로부터 요구되는 무효 전력 Q(req), 즉 소비지(2)에서 설정되는 요구 무효 전력값을 적정하게 설정하도록, 무효 전력(Q(k) 및 Q(s))을 제어한다. 또한, 여기서 Q(k)는, Q(1), Q(2), Q(3)의 총칭이다.
도 2는, 본 실시예에 있어서의 무효 전력을 제어하기 위한 기능을 설명하는 설명도이다.
본 실시예에 기재하는 무효 전력 제어 장치(4)는, 입력부로서의 입력부 데이터베이스(41), 연산부(42), 출력부로서의 출력부 데이터베이스(43)를 갖는다. 또한, 이후, 데이터베이스를 「DB」라고 표기하여 설명한다.
입력부 DB(41)는, 소비지(2)로부터 입력되는 무효 전력 Q(req)를 보존하는 소비지 입력 DB(25)와, 동기 조상기(3)로부터 입력되는 무효 전력 Q(s)를 보존하는 동기 조상기 입력 DB(35)와, AVR(11)로부터 입력되는 무효 전력 Q(1)을 보존하는 AVR(11) 입력 DB(21)와, AVR(12)로부터 입력되는 무효 전력 Q(2)를 보존하는 AVR(12) 입력 DB(22)와, AVR(13)로부터 입력되는 무효 전력 Q(3)을 보존하는 AVR(13) 입력 DB(23)와, 재생 가능 에너지 발전 설비(10)로부터 입력되는 무효 전력 Q(r)을 보존하는 재생 가능 에너지 발전 설비 입력 DB(15)를 갖는다.
즉, 입력부 DB(41)는, 이들 무효 전력 Q(req), 무효 전력 Q(s), 무효 전력 Q(1), 무효 전력 Q(2), 무효 전력 Q(3), 무효 전력 Q(r)을, 무효 전력의 정보로서 입력하는 입력부이다.
연산부(42)는, 예를 들어 보존된 무효 전력 Q(req), 무효 전력 Q(1), 무효 전력 Q(s), 무효 전력 Q(r)을 사용하여, 설정값으로서의 무효 전력 Q(ideal)(1)을 연산한다. 마찬가지로, 무효 전력 Q(2) 등을 사용하여, 무효 전력 Q(ideal)(2)를 무효 전력 Q(3) 등을 사용하여, 무효 전력 Q(ideal)(3)을 연산한다. 또한, 마찬가지로, 설정값으로서의 무효 전력 Q(ideal)(s)를 연산한다.
즉, 연산부(42)는, 입력된 무효 전력의 정보를 사용하여, 동기 조상기(3)가 조정하는 무효 전력 Q(ideal)(s) 및 AVR(11, 12, 13)이 조정하기 위한 무효 전력 Q(ideal)(1, 2, 3)을 연산한다.
그리고 연산부(42)는, 소비지(2)에서 설정되는 무효 전력 Q(req)로부터, 예를 들어 AVR(11)이 조정하는 무효 전력 Q(1)(AVR(12)이 조정하는 무효 전력 Q(2)나 AVR(13)이 조정하는 무효 전력 Q(3)도 마찬가지임)과, 동기 조상기(3)가 조정하는 무효 전력 Q(s)와, 재생 가능 에너지 발전 설비(10)가 발전하는 전력의 무효 전력 Q(r)이 가산된 무효 전력을, 감산하여, 편차를 연산한다.
또한, 연산부(42)는, 이 편차와, 사전에 설정된 소정의 무효 전력(후술하는 Q(gap))을 비교 연산한다.
또한, 연산부(42)는, 이 편차가 사전에 설정된 소정의 무효 전력(후술하는 Q(gap)) 이상인 경우에는, 루프 계속 시간이 소정 시간 이상인지 여부를 판정한다.
또한, 연산부(42)는, 루프 계속 시간이 소정 시간 이상인 경우에는, 루프 계속 시간을 단축화하기 위해, 사전에 설정된 소정의 무효 전력(후술하는 Q(gap))을 미세 조정한다.
출력부 DB(43)는, AVR(11) 출력 DB(31), AVR(12) 출력 DB(32), AVR(13) 출력 DB(33), 소비지 출력 DB(26), 동기 조상기 출력 DB(36)를 갖는다. 그리고 연산된 무효 전력 Q(ideal)(1)을 AVR(11) 출력 DB(31)에, 무효 전력 Q(ideal)(2)를 AVR(12) 출력 DB(32)에, 무효 전력 Q(ideal)(3)을 AVR(13) 출력 DB(33)에, 무효 전력 Q(ideal)을 소비지 출력 DB(26)에, 무효 전력 Q(ideal)(s)를 동기 조상기 출력 DB(36)에, 각각 보존함과 함께, AVR(11), AVR(12), AVR(13), 동기 조상기(3)에, 연산 결과를 출력한다.
그리고 AVR(11), AVR(12), AVR(13), 동기 조상기(3)는, 출력된 연산 결과(무효 전력 Q(ideal)(1), 무효 전력 Q(ideal)(2), 무효 전력 Q(ideal)(3), 무효 전력 Q(ideal)(s))에 기초하여, 각각 동기 조상기(3), AVR(11), AVR(12), AVR(13)이 출력하는 무효 전력(무효 전력 Q(1), 무효 전력 Q(2), 무효 전력 Q(3), 무효 전력 Q(s))을 제어한다.
즉, 출력부 DB(43)는, 연산부(42)에서 연산된 무효 전력(무효 전력 Q(ideal)(1), 무효 전력 Q(ideal)(2), 무효 전력 Q(ideal)(3), 무효 전력 Q(ideal)(s))을, 각각 AVR(11), AVR(12), AVR(13), 동기 조상기(3)에 출력하는 출력부이다.
또한, 설정값으로서의 무효 전력 Q(ideal)을 소비지(2)에 보고(Report)한다.
이에 의해, 재생 가능 에너지 발전 설비(10)에 의해 발전된 전력과, 화력 발전 설비나 원자력 발전 설비에 설치되는 발전기(GEN1, GEN2, GEN3)에 의해 발전된 전력이, 혼재하는 전력 계통(1)이라도, 예를 들어 무효 전력 Q(1)(무효 전력 Q(2)나 무효 전력 Q(3)도 마찬가지임), 무효 전력 Q(s), 무효 전력 Q(r)을 사용하여, 축차적으로, 또한 실시간으로 무효 전력 Q(ideal)을 연산함으로써, 소비지(2)로부터 요구되는 무효 전력 Q(req), 즉 소비지(2)에서 설정되는 요구 무효 전력값을 만족시키도록, 무효 전력 Q(req)의 안정화 제어가 실현 가능해진다.
그리고 본 실시예에 기재하는 무효 전력 제어 방법은, 무효 전력 Q(1)(무효 전력 Q(2), 무효 전력 Q(3)), 무효 전력 Q(s), 무효 전력 Q(r), 무효 전력 Q(req)를, 무효 전력의 정보로서 입력하는 공정과, 입력된 무효 전력의 정보를 사용하여, 동기 조상기(3) 및 AVR(11, 12, 13)이 조정하기 위한 무효 전력(무효 전력 Q(ideal)(1), 무효 전력 Q(ideal)(2), 무효 전력 Q(ideal)(3), 무효 전력 Q(ideal)(s))을 연산하는 공정과, 연산된 무효 전력(무효 전력 Q(ideal)(1), 무효 전력 Q(ideal)(2), 무효 전력 Q(ideal)(3), 무효 전력 Q(ideal)(s))을 각각 동기 조상기(3) 및 AVR(11, 12, 13)에 출력하는 공정을 갖는 것이다.
또한, 본 실시예에 기재하는 무효 전압 제어 장치(4)는, ICT 기능을 가짐으로써, 집중 감시나 집중 제어가 가능하다. 또한, 축차적으로 무효 전력을 억제하는 기능이나 실시간으로 무효 전력의 정보를 집약하는 기능을 갖는다. 그리고 전력 계통(1)에, 불안정하게 변동되는 재생 가능 에너지 발전 설비(10)가 혼재한 경우라도, 소비지(2)에 있어서의 무효 전력의 예측 불가능한 거동을 축차적으로 해소하여, 실시간으로 무효 전력을 적정하게 제어할 수 있다.
또한, 본 실시예에 기재하는 AVR은, ICT 기능이나 Var 조정 기능을 가짐으로써, 데이터 통신이나 데이터 협조가 가능하며, 축차적으로, 또한 실시간으로 무효 전력을 조정할 수 있다. 특히, 소비지(2)에 있어서의 무효 전력이 적정해지도록, 무효 전압 제어 장치(4)에서 연산된 무효 전력을, 자동적으로, 축차적으로, 또한 실시간으로 피드백 지령으로서 수신(입력)하는 기능을 갖는다. 또한, Var 조정 기능을 AVR에 집약함으로써, 현장에 있어서의 설치 면적의 공간 절약화를 기대할 수 있다.
본 실시예는, 소비지(2)에 영향을 미치는 발전 설비의 무효 전력을, 무효 전압 제어 장치(4)에 의해, 집중 감시나 집중 제어가 가능하다. 불안정하게 변동되는 재생 가능 에너지 발전 설비(10), AVR이나 동기 조상기(3)를 무효 전압 제어 장치(4)를 통해 연동시켜, 재생 가능 에너지 발전 설비(10), AVR이나 동기 조상기(3)로부터, 실시간으로 무효 전력의 정보를 수신(수집, 입력)한다. 그리고 AVR이나 동기 조상기(3)에 대해, 축차적으로 무효 전력을 제어한다.
그리고 향후 점점 재생 가능 에너지 발전 설비(10)의 발전량이 큰 비율을 차지하게 될 전력 계통(1)이라도, 소비지(2)로부터 요구되는, 즉, 소비지(2)에서 설정되는 무효 전력 Q(req)(요구 무효 전력값)의 안정화 제어가 실현 가능해진다.
도 3은, 본 실시예에 있어서의 무효 전력을 제어하기 위한 흐름을 설명하는 설명도이다.
무효 전력 제어 장치(4)는, 입력부에서, 무효 전력 Q를 자동적, 연속적(축차적, 또한 실시간)으로 수신(수집, 입력)하고, 연산부(42)에서 연산하고, 출력부에서 연산 결과를 송신(출력)한다.
그리고 무효 전력 제어 방법은, 입력부에서, 무효 전력 Q를 자동적, 연속적(축차적, 또한 실시간)으로 입력(수집, 수신)하는 공정, 연산부(42)에서 연산하는 공정, 출력부에서 연산 결과를 출력(송신)하는 공정을 갖는다.
특히, 연산부(42)에서는, 이하의 처리(연산하는 공정)가 실행된다.
먼저, 연산 루프의 반복 횟수(i), 즉 루프 횟수 i＝0으로 하여, 개시한다(101).
다음으로, 각종 무효 전력 Q를 입력한다(102).
즉, AVR(11)로부터 무효 전력 Q(1), AVR(12)로부터 무효 전력 Q(2), AVR(13)로부터 무효 전력 Q(3)을 각각 입력한다. 또한, 여기서는, 루프 횟수 i의 AVR(k)로부터의 무효 전력 Q를, 무효 전력 Q(k, i)라고 표기한다. 즉, 예를 들어 루프 횟수(1회째)의 AVR(11)로부터의 무효 전력 Q는, 무효 전력 Q(11, 1)이라고 표기된다.
또한, 재생 가능 에너지 발전 설비(10)로부터, 무효 전력 Q(r)을 입력한다. 또한, 여기서는, 루프 횟수 i의 재생 가능 에너지 발전 설비(10)로부터의 무효 전력 Q를, 무효 전력 Q(r, i)라고 표기한다.
또한, 동기 조상기(3)로부터, 무효 전력 Q(s)를 입력한다. 또한, 여기서는, 루프 횟수 i의 동기 조상기(3)로부터의 무효 전력 Q를, 무효 전력 Q(s, i)라고 표기한다.
또한, 소비지(2)로부터, 무효 전력 Q(req)(요구 무효 전력값)를 입력한다.
다음으로, 무효 전력 Q의 현재 값의 모니터링과 설정값(운전 패턴)의 설정을 실행한다(103). 특히, 본 실시예에서는, 무효 전력 Q(k, i) 및 무효 전력 Q(s, i)에 대해 실행한다. 즉, 무효 전력 Q(k, i) 및 무효 전력 Q(s, i)가, 각각 무효 전력 제어 장치(4)에서 연산된 무효 전력 Q(ideal)(k, i) 및 무효 전력 Q(ideal)(s, i)라고 설정된다. 또한, 루프 횟수 i＝0인 경우는, 초기 값으로서, 무효 전력 Q(k, 0) 및 무효 전력 Q(s, 0)이 설정된다.
또한, 현재 값인 무효 전력 Q(k, i)는, 축차적으로, 또한 실시간으로 모니터링할 수 있고, 설정값인 무효 전력 Q(ideal)(k, i)나 무효 전력 Q(ideal)(s, i)는, 변동 요소를 종합적으로 검증하여 설정된다. 변동 요소로서는, 예를 들어 발전의 형태(태양광 발전이나 풍력 발전)나 지역성을 고려한 재생 가능 에너지 발전 설비(10)에 있어서의 발전량의 변동, 소비지(2)에 있어서의 운전 패턴의 변경, 발전기(GEN1, GEN2, GEN3)나 동기 조상기(3)의 구동 대수나 설치 대수에 따른 전력 계통(1)의 안정도 등이 있다.
다음으로, 무효 전력 Q(req)(요구 무효 전력값)와, 무효 전력 Q(k, i)와 무효 전력 Q(s, i)와 무효 전력 Q(r, i)의 합계값의 편차가, 소정의 값(무효 전력 Q(gap)) 이내인지 여부를 판정한다(104). 또한, 무효 전력 Q(gap)은, 무효 전력의 편차 설정값이고, 무효 전력 Q(gap)의 초기 설정값은, 후술하는 주요 조건 소안(과거의 축적 데이터)에 기초하여 설정된다. 또한, 이 무효 전력 Q(gap)(무효 전력의 편차 설정값)은, 주간과 야간으로 변화시킬 수도 있다.
즉,
If{Q(req)－[Q(k, i)＋Q(s, i)＋Q(r, i)]＜Q(gap)} … (1)
의 관계를 판정한다. 또한, Q(k, i)＋Q(s, i)＋Q(r, i)가 복수인 경우는, 그것들을 가산한다.
즉, 연산하는 공정에서는, Q(req)로부터, Q(k, i)와 Q(s, i)와 Q(r, i)가 가산된 무효 전력을 감산하여, 편차를 연산한다.
또한, 연산하는 공정에서는, 이 편차와, Q(gap)(사전에 설정된 소정의 무효 전력)을 비교 연산한다.
이 관계식(1)을 만족시키는 경우, 즉, 좌변이 Q(gap) 미만인 경우는, 이들 무효 전력 Q는 적절하다고 판정한다(Alarm을 비점등).
이 관계식(1)을 만족시키지 않는 경우, 즉, 좌변이 Q(gap) 이상인 경우는, 이들 무효 전력 Q는 부적절하다고 판정한다(Alarm을 점등).
또한, 무효 전력 Q(gap)은, 무효 전력 제어 장치(4)의 연산부(42)에서, 조정할 수 있다.
다음으로, 관계식(1)을 만족시키는 경우, 즉, 좌변이 Q(gap) 미만인 경우는, 무효 전력 Q를 유지한다(110).
그 후, 루프 횟수 i를 「1」 증가시켜, 무효 전력 Q의 현재 값 및 설정값을 갱신한다(111).
한편, 관계식(1)을 만족시키지 않는 경우, 즉, 좌변이 Q(gap) 이상인 경우는, 루프 계속 시간이 소정 시간 이상인지 여부를 판정한다. 본 실시예에서는, 예를 들어 루프 계속 시간이 0.1초 이상인지 여부를 판정한다(105).
즉, 연산하는 공정에서는, 이 편차가 Q(gap)(사전에 설정된 소정의 무효 전력) 이상인 경우에는, 루프 계속 시간이 소정 시간(본 실시예에서는 0.1초) 이상인지 여부를 판정한다.
이러한 판정은, 특히 재생 가능 에너지 발전 설비(10)가 전력 계통(1)에 접속되는 경우, 재생 가능 에너지 발전 설비(10)에 의해 발전되는 전력은, 환경(예를 들어, 날씨)의 영향을 크게 받아, 전력의 변동이 커지는 경우가 있어, 불안정해지는 것에 기인하여 설정되는 판정이다.
루프 계속 시간이 0.1초 미만인 경우는, 설정값인 무효 전력 Q(ideal)(k, i) 및 무효 전력 Q(ideal)(s, i)를 재검토한다(106). 또한, 여기서도, 변동 요소를 종합적으로 재검증하여 재검토된다.
그리고 그 후, 루프 횟수 i를 「1」 증가시켜, 무효 전력 Q의 현재 값 및 설정값을 갱신한다(107).
한편, 루프 계속 시간이 0.1초 이상인 경우는, 루프 계속 시간을 단축화하기 위해, Q(gap)을 미세 조정한다(108).
즉, 연산하는 공정에서는, 루프 계속 시간이 소정 시간(본 실시예에서는 0.1초) 이상인 경우에는, 루프 계속 시간을 단축화하기 위해, Q(gap)(사전에 설정된 소정의 무효 전력)을 미세 조정한다.
이러한 미세 조정은, 특히 재생 가능 에너지 발전 설비(10)가 전력 계통(1)에 접속되는 경우, 재생 가능 에너지 발전 설비(10)에 의해 발전되는 전력은, 환경(예를 들어, 날씨)의 영향을 크게 받아, 전력의 변동이 커지는 경우가 있어, 불안정화되는 것에 기인하여 설정되는 미세 조정이다. 또한, 미세 조정이라 함은, Q(gap)의 초기 설정값을 수정하는 것이며, 수정값의 대소는 관계 없다.
그 후, Q(gap)을 미세 조정된 Q'(gap)으로 치환하여(Q(gap)＝Q'(gap)), 다시, 관계식(1)의 판정이 실행된다(109).
도 4는, 본 실시예에 있어서의 무효 전력의 편차 설정값의 미세 조정을 설명하는 설명도이다.
여기서, 무효 전력의 편차 설정값의 미세 조정에 대해, 도 4를 사용하여 설명한다. 도 4는, 예를 들어 시간(t)에 대한 무효 전력(Q)의 관계를 나타낸 것이며, 관계식(1)의 좌변의 무효 전력(여기서는, 이것을 (무효 전력 Q)로서 설명함)이, Q(ideal)에 수렴되는 이미지를 나타낸 것이다.
초기 설정값이, Q(gap)인 경우에는, (무효 전력 Q)는, Q(ideal)을 중심으로 한 2Q(gap)의 범위로는, 시간 t1일 때에는 수렴되어 있지 않다. 한편, 초기 설정값(초기값)을 Q'(gap)으로 미세 조정한 경우에는, (무효 전력 Q)는, Q(ideal)을 중심으로 한 2Q'(gap)의 범위로, 시간 t1일 때에는 수렴된다.
이와 같이, 초기 설정값을, Q(gap)으로부터 Q'(gap)으로 미세 조정함으로써, 시간 t1 이후에는, (무효 전력 Q), 이른바 편차가, 허용 범위 내로 수렴되었다고 판정할 수 있다.
본 실시예에서는, 무효 전력 Q를 제어하는 데 있어서, 목표값과의 편차인 Q(gap)을 자동적으로 조정하는 것은, 예측 곤란한 변동에 의해, Q(ideal)로 수렴되지 않아, 알고리즘의 판정 루프에 요하는 시간을 필요 이상으로 낭비하는 것을 해소할 수 있다.
특히, Q(gap)을 자동적으로 조정함으로써, (1)의 관계를 판정할 때, 불안정하게 변동되는 재생 에너지 발전 설비(10)의 예측 곤란한 변동에 의해, Q(ideal)이 수렴되지 않아, 알고리즘의 판정 루프에 있어서의 설정 시간(루프 계속 시간) 이상의 시간을 불필요하게 낭비하는 것을 해소할 수 있다.
또한, 설정 시간은, 짧게 할수록 판정이 엄격하고, 길게 할수록 판정이 완화되도록 설정할 수 있다.
예를 들어, 대표적인 재생 가능 에너지 발전 설비(10)로서 생각할 수 있는 태양광 발전이나 풍력 발전이, 각각 계통측으로 무효 전력 Qs(r, i)(태양광), 및 무효 전력 Qw(r, i)(풍력)으로 급전하고 있는 케이스를 고려하면, 무효 전력 Qs(r, i)(태양광) 및 무효 전력 Qw(r, i)(풍력) 모두, 소정의 조건에서, 발전량도 상이하므로, 그것에 부수되어 프리셋(초기 설정)하는 Q(gap)도 조정할 필요가 있다.
특히, 태양광 발전의 경우는, 무효 전력 Qs(r, i)(∝일광 조사량)에 영향을 미치는 주요 조건 소안은, 시각(hh시 mm분), 일시(mm월 dd일), 날씨(쾌청(구름양 0∼10％), 맑음(구름양 20∼80％), 흐림(구름양 90∼100％)＋비, 눈, 안개 등에 의한 영향), 장소(위도나 경도에 의한 지역차), 태양광 발전의 설비 사양(패널 면적, 발전 효율, 정격 일광 조사량 등) 등이다.
또한, 예를 들어 날씨에 의한 보정을 계수로 분류하고, 소정의 비율에 곱하여 조정할 수도 있다. 조정 계수 소안으로서는, 기상청 등의 데이터베이스로부터 실시간으로, 최신의 날씨 정보를 취득한다. 예를 들어, (1) 구름양에 의한 보정으로서는, 어느 양×(100－구름양)％, (2) 비, 눈, 안개에 의한 보정으로서, 어느 양×50(HOLD: typical)％를 생각할 수 있다.
또한, 특히, 풍력 발전의 경우는, 무효 전력 Qw(r, i)(발전 설비에 있어서 실제로 불고 있는 바람이 발전기의 프로펠러를 돌리는 회전수(RPM)에 좌우됨)에 영향을 미치는 주요 조건 소안은, 장소(위도나 경도에 의한 지역차), 일시(mm월 dd일)(일반적으로 겨울에 풍속이 높고, 여름에 풍속이 낮은 경향이 있음), 지상고도(일반적으로 고도가 높아질수록 풍속은 빠르고, 고도가 낮아질수록 풍속은 느려지는 경향이 있음), 풍력 발전의 설비 사양(설치 대수, 정격 풍속, 발전 효율, 풍차의 수진 기능이나 가동익의 유무 등) 등이다.
그리고 변동 요소에 의한 보정을 계수로 분류하고, 소정의 평균 풍속에 곱하여 조정할 수도 있다. 예를 들어, (1) 일시(사계)에 의한 보정으로서는, 어느 양×1.0(봄·가을), 어느 양×0.8(여름), 어느 양×1.2(겨울)(HOLD: typical), (2) 풍차의 수진 기능이나 가동익의 유무에 의한 보정으로서, 일정 양×cosθ(θ＝풍속 벡터와 풍차 회전축이 이루는 각도)를 생각할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는, 복수의 조정 계수를 사용하는 경우를 설명하였지만, 단일(일률)의 조정 계수를 사용해도 된다.
즉, 본 실시예에서는, 사전에 설정된 소정의 무효 전력은, 과거의 일시 및 시각의 재생 가능 에너지 발전량에 관한 DB를 갖고, 그 DB에 보존되어 있는 발전량에 기초하여 설정된다. 또한, 사전에 설정된 소정의 무효 전력은, 실시간의 날씨 정보에 기초하는 조정 계수(조정 계수 소안)를 사용하여 조정된다.
또한, 샘플링 시간을 길게 함으로써, 일반적으로 파라미터의 변화를 완화하여 플롯할 수 있다. 특히, 재생 에너지 발전 설비(10)와 같은 불규칙하면서 급격하게 변화되는 파라미터에 있어서는, Q(gap)의 범위 내 경계 근방에 있어서의 (1)의 관계와 같이 엄격하게 판정할 때에는, 이러한 방법은 유효하다.
이와 같이, 최적의 무효 전력 Q(ideal)(k, i) 및 무효 전력 Q(ideal)(s, i)를 연산하고, AVR(11), AVR(12), AVR(13) 및 동기 조상기(3)에 출력하고, 무효 전력 Q(1), 무효 전력 Q(2), 무효 전력 Q(3), 및 무효 전력 Q(s)를 제어함으로써, 가령 전력 계통(1)에 전력의 변동이 큰 재생 가능 에너지 발전 설비(10)가 접속되는 경우라도, 전력 계통(1)의 안정화를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다.
1 : 전력 계통
2 : 소비지
3 : 동기 조상기
4 : 무효 전력 제어 장치
5 : 중급
10 : 재생 가능 발전 설비
11, 12, 13 : AVR
15 : 재생 가능 에너지 발전 설비 DB
21, 22, 23 : AVR 입력 DB
25 : 소비지 입력 DB
26 : 소비지 출력 DB
31, 32, 33 : AVR 출력 DB
35 : 동기 조상기 입력 DB
36 : 동기 조상기 출력 DB
41 : 입력부 DB
42 : 연산부
43 : 출력부 DB

Claims (14)

  1. 발전기가 발전하는 전력의 전압을 자동 조정하는 자동 전압 조정 장치가 조정하는 무효 전력과, 동기 조상기가 조정하는 무효 전력과, 재생 가능 에너지 발전 설비가 발전하는 전력의 무효 전력과, 전력을 소비하는 부하단에서 설정되는 무효 전력의, 이들 무효 전력의 정보를 입력하는 입력부와,
    상기 입력부에 입력된 상기 무효 전력의 정보를 사용하여, 상기 동기 조상기 및 상기 자동 전압 조정 장치가 조정하기 위한 무효 전력의 설정값을 연산하는 연산부와,
    상기 연산부에서 연산된 무효 전력의 설정값을, 각각 상기 동기 조상기 및 상기 자동 전압 조정 장치에 출력하는 출력부를 갖고,
    상기 연산부는, 부하단에서 설정되는 무효 전력으로부터, 자동 전압 조정 장치가 조정하는 무효 전력과, 동기 조상기가 조정하는 무효 전력과, 재생 가능 에너지 발전 설비가 발전하는 전력의 무효 전력이 가산된 무효 전력을, 감산하여, 편차를 연산하고,
    상기 연산부는, 상기 편차와, 사전에 설정된 소정의 무효 전력을, 비교 연산하고,
    상기 연산부는, 상기 편차가 사전에 설정된 소정의 무효 전력 이상인 경우, 루프 계속 시간이 소정 시간 이상인지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 무효 전력 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 루프 계속 시간이 소정 시간 이상인 경우, 사전에 설정된 소정의 무효 전력을 조정하는 것을 특징으로 하는 무효 전력 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    사전에 설정된 소정의 무효 전력은, 과거의 일시 및 시각의 재생 가능 에너지의 발전량에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 무효 전력 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    사전에 설정된 소정의 무효 전력은, 실시간의 날씨 정보에 기초하는 조정 계수를 사용하여 조정되는 것을 특징으로 하는 무효 전력 제어 장치.
  8. 발전기가 발전하는 전력의 전압을 자동 조정하는 자동 전압 조정 장치가 조정하는 무효 전력과, 동기 조상기가 조정하는 무효 전력과, 재생 가능 에너지 발전 설비가 발전하는 전력의 무효 전력과, 전력을 소비하는 부하단에서 설정되는 무효 전력의, 이들 무효 전력의 정보를 입력하는 공정과,
    입력된 상기 무효 전력의 정보를 사용하여, 상기 동기 조상기 및 상기 자동 전압 조정 장치가 조정하기 위한 무효 전력의 설정값을 연산하는 공정과,
    연산된 무효 전력의 설정값을, 각각 상기 동기 조상기 및 상기 자동 전압 조정 장치에 출력하는 공정을 갖고,
    상기 연산하는 공정에서는, 부하단에서 설정되는 무효 전력으로부터, 자동 전압 조정 장치가 조정하는 무효 전력과, 동기 조상기가 조정하는 무효 전력과, 재생 가능 에너지 발전 설비가 발전하는 전력의 무효 전력이 가산된 무효 전력을, 감산하여, 편차를 연산하고,
    상기 연산하는 공정에서는, 상기 편차와, 사전에 설정된 소정의 무효 전력을, 비교 연산하고,
    상기 연산하는 공정에서는, 상기 편차가 사전에 설정된 소정의 무효 전력 이상인 경우, 루프 계속 시간이 소정 시간 이상인지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 무효 전력 제어 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서,
    상기 연산하는 공정에서는, 상기 루프 계속 시간이 소정 시간 이상인 경우, 사전에 설정된 소정의 무효 전력을 조정하는 것을 특징으로 하는 무효 전력 제어 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    사전에 설정된 소정의 무효 전력은, 과거의 일시 및 시각의 재생 가능 에너지 발전량에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 무효 전력 제어 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    사전에 설정된 소정의 무효 전력은, 실시간의 날씨 정보에 기초하는 조정 계수를 사용하여 조정되는 것을 특징으로 하는 무효 전력 제어 방법.
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