KR102496049B1 - 상위 계통 전압 조정 대응형 부하 예측 모델 기반의 전압 최적화 제어를 통한 보전 전압 강하를 위한 전압 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
전력계통으로 전력을 공급하는 전력 거래소의 위치를 상기 전력계통의 상위계통, 및 상기 전력계통의 말단에 인접하는 복수의 수전계통 노드의 위치를 상기 전력계통의 하위계통이라 할 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는 복수의 수전계통 노드로부터 실시간으로 연속적인 전력 데이터를 전송받고, 상기 수전계통 노드의 보전 전압 강하(CVR, conservation voltage reduction)를 위한 추천 전압을 산출하는 부하 예측 모델을 생성하는 제어부를 포함하는 관리 서버, 제어부로부터 상기 추천 전압을 전송받고, 수배전반의 전압 또는 수전계통 노드의 전압을 제어하는 전압 조정부를 포함할 수 있으며,
상위계통의 전압 조정 명령시 제어부는, 상기 전압 조정 명령과, 상기 하위계통 노드의 변동하는 예측 전압에 대한 정보를 함께 이용하여 상기 수전계통 노드의 전압을 제어할 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는 복수의 수전계통 노드로부터 실시간으로 연속적인 전력 데이터를 전송받고, 상기 수전계통 노드의 보전 전압 강하(CVR, conservation voltage reduction)를 위한 추천 전압을 산출하는 부하 예측 모델을 생성하는 제어부를 포함하는 관리 서버, 제어부로부터 상기 추천 전압을 전송받고, 수배전반의 전압 또는 수전계통 노드의 전압을 제어하는 전압 조정부를 포함할 수 있으며,
상위계통의 전압 조정 명령시 제어부는, 상기 전압 조정 명령과, 상기 하위계통 노드의 변동하는 예측 전압에 대한 정보를 함께 이용하여 상기 수전계통 노드의 전압을 제어할 수 있다.
Description
본 발명은 머신 러닝을 이용한 상위 계통 전압 조정 대응형 부하 예측 모델 기반의 전압 최적화 제어를 통한 보전 전압 강하를 위한 전압 제어 장치에 관한 것이다.
전압 저감은 시행 목적에 따라 CVR(conservation voltage reduction), EVR(emergency voltage reduction) 그리고 RVR(routine voltage reduction)을 포함할 수 있고, 전압저감에 의한 부하수요 감소라는 측면에서 CVR을 주로 사용할 수 있다.
효율적이고 안정적인 전력공급을 위한 에너지 소비 감소 및 피크 부하 절감을 포함하는 에너지 저감 기술의 하나로 보전 전압 강하(CVR)가 이용될 수 있고, 보전 전압 강하는 피더 전압을 감소하여 소비 전력을 감소하는 것일 수 있다. 즉, 배전망에 안정적이고 효율적으로 전력을 공급하기 위한 CVR은 전압을 낮춰 부하의 크기를 감소시켜 전력 소비량을 낮춰 수급 불균형 등 비상시에 사용될 수 있다.
기존에는 전력계통에 전력을 공급하거나 제어하는 측면의 전력 거래소 또는 전력 발전소에서 수용가에 전력 피크 등의 이유로 일방적 보전 전압 강하 시행이 대부분이였으나, 최근에는 태양광 또는 V2G를 포함하는 계통으로의 새로운 전력 공급원의 등장으로 인해 수전계통의 노드 인근에서 보전 전압 강하를 시행할 필요성이 높아지고 있다.
수전계통 말단 노드와 관계없이 상위계통(인입전압)에서 전압 조정이 발생하면 상위 계통에 연계된 모든 하위계통의 전압에 변동이 발생할 수 있다. 이런 경우는 부하의 전압 변동을 예측하는 것만으로는 상위계통 전압조정을 대응할 수 없어서 과전압 또는 저전압의 위험을 초래할 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는, 상위계통의 전압 조정이 있을 때 서버 또는 제어부가 상기 정보를 수신 받고 개별 부하의 전압변동 예측정보를 함께 고려하여 수전계통 노드의 전압을 제어할 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는 수전계통의 노드에서 시행되는 보전 전압 강하를 위하여 머신 러닝을 이용한 부하 예측 모델을 생성하고, 부하 예측 모델에 기반하여 허용 범위 내의 최저 구간으로 전압 제어되도록 할 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는 전력수용가 설비의 전압관리를 통해 역률 개선과 함께 전력소비를 줄여 전기 요금을 절감하는 머신러닝 기반 CVR(conservation voltage reduction)을 위해 필요한 고속의 설비 데이터를 동시에 원하는 개소만큼 경제적이고 효율적으로 수집할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 전압 제어 장치는 수배전반에 포함되거나 인근에 배치되는 제1 전압 조정부외에도 추가로 수전계통 노드 각각의 전압을 개별로 제어할 수 있는 제2 전압 조정부를 포함하여 2단계 구조로 더욱 정밀하고 안전한 보전 전압 강하(CVR)을 수행할 수 있다.
전력계통으로 전력을 공급하는 전력 거래소의 위치를 상기 전력계통의 상위계통, 및 상기 전력계통의 말단에 인접하는 복수의 수전계통 노드의 위치를 상기 전력계통의 하위계통이라 할 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는 복수의 수전계통 노드로부터 실시간으로 연속적인 전력 데이터를 전송받고, 상기 수전계통 노드의 보전 전압 강하(CVR, conservation voltage reduction)를 위한 추천 전압을 산출하는 부하 예측 모델을 생성하는 제어부를 포함하는 관리 서버, 제어부로부터 상기 추천 전압을 전송받고, 수배전반의 전압 또는 수전계통 노드의 전압을 제어하는 전압 조정부를 포함할 수 있으며,
상위계통의 전압 조정 명령시 제어부는, 상기 전압 조정 명령과, 상기 하위계통 노드의 변동하는 예측 전압에 대한 정보를 함께 이용하여 상기 수전계통 노드의 전압을 제어할 수 있다.
상위계통의 전압 조정이 있을 때 본 발명의 관리 서버 또는 제어부는 상기 정보를 수신 받고 개별 부하의 전압변동 예측정보를 함께 고려하여 수전계통 노드의 전압을 제어할 수 있다.
상위계통의 전압 조정 실시에 대한 정보를 수신받는 경우, 전압 조정이 발생하더라도 미리 대응할 수 있는 추천 전압으로 조정한다면 전압 조정으로 인한 손실을 최소화할 수 있고, 지속적으로 전압을 허용 전압 범위내 최저전압범위에 유지시킬 수 있어서 보존 전압 강하 효과를 도모할 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는 전력계통에 연계된 수전계통 노드의 전압 변동을 실시간으로 예측하여 노드들의 전압이 허용범위 안에 있으면서, 최저 구간으로 운영될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는 부하의 전압을 예측함으로써 미래의 전압 분포를 고려하여 전압을 최적 운영 구간내에서 안정적으로 운영할 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는 현재 전압에 기반한 전압 조정으로 인해 발생하는 저전압과 과전압으로 인한 손실을 최소화하기 위해 미래 전압을 예측하는 방법을 이용하여 전압 안정화를 도모하고 허용 범위 내에서 최저 전압으로 유지하여 보존 전압 강하 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는 수배전반에 포함되거나 인근에 배치되는 제1 전압 조정부외에도 추가로 수전계통 노드 각각의 전압을 개별로 제어할 수 있는 제2 전압 조정부를 포함하여 2단계 구조로 더욱 정밀하고 안전한 보전 전압 강하(CVR)을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전압 제어 장치의 일 실시 예이다.
도 2는 본 발명의 전압 제어 장치의 다른 실시 예이다.
도 3은 본 발명의 제1 데이터 내지 제3 데이터의 흐름도이다
도 4는 본 발명의 제3 데이터가 산출되는 일 실시 예이다.
도 5는 본 발명의 제3 데이터가 산출되는 다른 실시 예이다.
도 6는 본 발명의 부하 예측 모델의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 예측 전압에 대한 설명도이다.
도 8은 본 발명의 전압 조절부에 의한 노드의 전압 제어 순서도이다.
도 9는 본 발명의 조정 전압의 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 예측 전압과 조정 전압의 관계를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 전압 제어 장치의 다른 실시 예이다.
도 3은 본 발명의 제1 데이터 내지 제3 데이터의 흐름도이다
도 4는 본 발명의 제3 데이터가 산출되는 일 실시 예이다.
도 5는 본 발명의 제3 데이터가 산출되는 다른 실시 예이다.
도 6는 본 발명의 부하 예측 모델의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 예측 전압에 대한 설명도이다.
도 8은 본 발명의 전압 조절부에 의한 노드의 전압 제어 순서도이다.
도 9는 본 발명의 조정 전압의 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 예측 전압과 조정 전압의 관계를 도시한 것이다.
보전 전압 강하(CVR, conservation voltage reduction)는 부하에 공급되는 전압을 낮춰 부하에서 소비되는 전력을 감소시키는 것일 수 있다.
효율적이고 안정적인 전력공급을 위한 에너지 소비 감소 및 피크 부하 절감을 포함하는 에너지 저감 기술의 하나로 보전 전압 강하(CVR)가 이용될 수 있고, 보전 전압 강하는 피더 전압을 감소하여 소비 전력을 감소하는 것일 수 있다. 즉, 배전망에 안정적이고 효율적으로 전력을 공급하기 위한 보전 전압 강하(CVR)는 전압을 낮춰 부하의 크기를 감소시켜 전력 소비량을 낮춰 수급 불균형 등 비상시에 사용될 수 있다.
기존에는 보전 전압 강하(CVR)는 피크 수요 발생시 전력공급측에서 수용가에 소비되는 전력을 일방적으로 감소하는 방식으로 주로 운영되었다. 그러나, 최근에는 태양광 또는 V2G를 포함하는 계통으로의 새로운 전력 공급원의 등장하고, 이에 따라 수용가의 부하는 이전의 전력계통으로부터 전력을 수전받아 단순히 소비만 하는 것이 아니라, 전력계통으로 생산되거나 저장된 에너지를 공급하는 기능을 할 수 있다. 따라서, 수전계통의 노드 인근에서 보전 전압 강하를 시행할 필요성이 높아지고 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는 전력계통(10)에 연계된 여러 부하(L1~Ln)의 전압 변동을 실시간으로 예측하여 부하들의 전압이 허용범위안에 있으면서, 최저구간으로 운영될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 상위계통 전압 조정 명령과 하위계통 전압 조정과의 관계에 대하여 먼저 설명하고 나머지는 후술한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 전압 제어 장치에 포함되는 관리 서버(400)에는 정보 수신부(480), 예측 전압 산출부(420), 조정 전압 산출부(440), 제어부(460)중 적어도 하나가 포함될 수 있습니다. 본 발명의 수전계통 노드의 전압 제어 장치는 수배전반(100), 제1 전압 조정부(210), 제2 전압 조정부(220) 또는 주계측장치(300) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전력계통(10)에 전력을 공급 또는 배전하는 전력공급측에는, 한전과 같이 전력계통에 전력을 공급하거나 필요시 수요 반응(DR, demand request) 발령을 포함하는 전력 제어 명령을 내릴 수 있는 전력 거래소(700), 또는 전력 거래소(700)로 생산한 전력을 공급하는 전력 발전소가 포함될 수 있다.
전력 거래소(700)가 전력계통에 하달하는 전력 제어 명령의 실시 예에는, 사용자 또는 소비자가 전기를 아낀만큼 전력 시장에 판매하고 금전으로 보상받는 방식, 또는 전력 수요가 낮고 전력 공급이 넘치는 경우 사용자 또는 소비자가 잉여 전력을 저장하는 등의 더 높은 전력 소비로 오히려 비용을 제공받는 방식이 포함될 수 있다.
전자의 경우는 하위계통 노드가 전압 강하되도록 제어하는 전력 제어 명령일 수 있고, 후자의 경우는 하위계통 노드가 전압 상승되도록 제어하는 전력 제어 명령일 수 있다.
전력계통(10)의 상위계통으로부터의 전압 강하 명령은 상위 보전 전압 강하(상위 CVR)이라 할 수 있고, 전력계통(10)의 하위계통으로부터의 최종적인 전압 강하 조정은 하위 보전 전압 강하(하위 CVR)라 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 전압 제어 장치는 상위 CVR 및 하위 CVR를 연계하는 것이라 할 수 있다.
전력계통(10)으로부터 전력을 공급받거나 수전하는 측에는, 전력 소비자인 수요자, 또는 수요자와의 관계에서 실시간 감축 제어 및 원격 관리를 하고 전력 거래소와의 관계에서 수요 자원을 모집, 등록, 또는 관리할 수 있는 수요관리사업자가 포함될 수 있다. 수요자는 전력 소비의 주체일 수 있고, 태양광 또는 전기차를 포함하는 계통에 전력을 공급하는 새로운 공급원의 주체가 될 수 있다. 수요자는 본 발명의 각 부하(L1~Ln)의 소유자 또는 사용자일 수 있고, 다수의 부하를 포함하는 그룹 단위로 수요자 개인에 속할 수 있다. 수요관리사업자는 전력계통(10) 기준으로 전력공급측과 수요자 사이에 위치하여 전력계통(10)을 통해 수요자가 공급받는 전력을 제어할 수 있다.
전력계통(10)에 전력을 공급 또는 배전하는 전력공급측은 전력계통의 상위계통에 위치할 수 있고, 전력계통(10)으로부터 전력을 공급받거나 수전하는 측은 전력계통의 하위계통에 위치할 수 있다. 수전계통은 하위계통과 혼용되어 사용될 수 있다. 마찬가지로 수전계통의 노드는 하위계통의 노드와 혼용되어 사용될 수 있다.
정보 수신부(480)는 상위계통에서 실시하는 전압 조정에 대한 정보를 전력 거래소(700)로부터 수신할 수 있다. 전력 거래소(700)에서 전력계통(10)에 전압 제어를 실시하기 전에 그에 대한 제어 시작 시간, 전압 조정 비율 등을 포함하는 정보는, 전력 거래소(700)로부터 유선 또는 무선으로 정보 수신수(480)로 전송될 수 있다.
전력 거래소(700)는 변압기(50)를 통하여 전력계통(10)의 전압을 조절할 수 있다. 예를 들어, 수배전반(100)에 포함되는 전압 조정부(210)가 상위 계통과 하위 계통의 책임 분기점에 해당하는 경우, 수배전반(100)에 이전에 설치된 변압기(50)를 통하여 전력 거래소(700)는 상위계통의 전압 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는, 상위계통의 전압 조정이 있을 때 관리서버(400) 또는 제어부(460)가 상기 정보를 수신 받고 개별 부하(L1~Ln)의 전압 변동 예측 정보를 함께 고려하여 수전계통 노드의 전압을 제어할 수 있다.
상위계통의 전압 조정 명령 발생시 전력 거래소(700)는 정보 수신부(480)로 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승 등의 전압 조정 명령을 포함하는 제1 데이터(D1)를 전송할 수 있다. 제1 데이터에는 상위계통 보전 전압 강하(상위 CVR)가 포함될 수 있다.
하위계통 보전 전압 강하(하위 CVR)을 위한 부하 예측 모델이 산출하는 추천 전압은, 상위계통의 전압 조정 명령과는 별개로 후술하는 방식으로 지속적으로 제어부(460)에서 전압 조정부(210,220)로 전송될 수 있다.
도 3을 참조하면, 하위계통 노드의 과거 전력 데이터는 데이터 수집부(500) 또는 데이터 저장부(600)로부터 예측 전압 산출부(420)로 전송될 수 있고, 예측 전압 산출부(420)는 머신 러닝에 기반한 부하 예측 모델을 이용하여 과거 전력 데이터로부터 하위계통 노드의 예측 전압을 산출할 수 있다. 예측 전압 산출부(420)에서 제어부(460)로 전송되는 제2 데이터(D2)에는 상기 하위계통 노드의 예측 전압이 포함될 수 있다.
따라서, 제어부(460)는, 정보 수신부(480)로부터 상위계통의 전압 조정 명령을 포함하는 제1 데이터(D1)를 전송받을 수 있고, 예측 전압 산출부(420)로부터 하위계통 노드의 예측 전압을 포함하는 제2 데이터(D2)를 전송받을 수 있다.
제어부(460)는 제1 데이터(D1)와 제2 데이터(D2)를 결합하여 최종적으로 전압 조정부(210,220)가 제어될 추전 전압을 포함하는 하위계통 노드 전압 조정인 제3 데이터(D3)를 산출하여 전압 조정부(210,220)로 전송할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여 제1 데이터(D1) 내지 제3 데이터(D3)의 실시 예를 살펴본다.
제1 데이터(D1)에 포함되는 상위계통 전압 조정에는 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승이 포함될 수 있다. 상기 상위계통 전압 조정의 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승은 하위계통에 공급했거나 현재 공급중인 전압과 비교하여 판단될 수 있다. 예를 들어, 수용가가 가정인 경우 상위계통 전압 조정은 공칭 전압인 220V와 비교한 것일 수 있다.
제2 데이터(D2)에 포함되는 하위계통 노드의 예측 전압에는 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승이 포함될 수 있다. 상기 하위계통 노드의 예측 전압의 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승은, 수전계통 노드의 보전 전압 강하(CVR)용으로 산출된 최적 운영 구간과 비교하여 판단될 수 있다. 예를 들어, 수용가가 가정이고 최적 운영 구간이 210~213V으로 산출된 경우, 예측 전압이 213V이상인 경우 전압 강하로, 210~213V인 경우 전압 유지로, 210V이하인 경우 전압 상승으로 판단될 수 있다.
상기 제1 데이터(D1) 및 제2 데이터(D2)의 결합에 의해 판단되는 결합 전압에는 저전압, 전압 유지, 또는 고전압이 포함될 수 있다. 상기 결합 전압의 저전압, 전압 유지, 또는 고전압은, 수전계통 노드의 보전 전압 강하(CVR)용으로 산출된 최적 운영 구간과 비교하여 판단될 수 있다. 예를 들어, 수용가가 가정이고 최적 운영 구간이 210~213V으로 산출된 경우, 결합 전압이 213V이상인 경우 고전압으로, 210~213V인 경우 전압 유지로, 210V이하인 경우 저전압으로 판단될 수 있다.
제3 데이터(D3)에 포함되는 하위계통 노드 전압 조정에는 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승이 포함될 수 있다. 상기 결합 전압이 최적 운영 구간보다 낮은 경우 하위계통 노드 전압 조정은 전압 상승일 수 있고, 상기 결합 전압이 최적 운영 구간 이내인 경우 하위계통 노드 전압 조정은 전압 유지일 수 있으며, 상기 결합 전압이 최적 운영 구간보다 높은 경우 하위계통 노드 전압 조정은 전압 하강일 수 있다.
상기와 같은 제1 데이터 내지 제3 데이터를 통한 전압 조정은 전압 변경의 방향 또는 경향성을 제시하거나, 구체적인 수치로 수행될 수 있다. 도 4는 전자를 나타낸 것일 수 있고, 도 4는 후자를 나타낸 것일 수 있다.
상기 결합 전압은 제1 데이터 및 제2 데이터에 의해 분류될 수 있다.
제1 데이터 및 제2 데이터가 전압 강하 또는 전압 상승 중 서로 다른 경향을 가지는 경우, 상기 결합 전압은 전압 유지로 제어될 수 있다.
예를 들어, 제1 데이터가 전압 하강이고 제2 데이터가 전압 상승인 경우 결합 전압은 전압 유지일 수 있고, 제3 데이터는 전압 유지일 수 있다.
제1 데이터 및 제2 데이터가 동일한 경향을 가지는 경우, 상기 결합 전압은 상기 경향과 동일하도록 제어될 수 있다. 이 경우 제1 데이터와 제2 데이터 중 어느 하나는 전압 유지되는 경우가 포함될 수 있다.
예를 들어, 제1 데이터가 전압 하강이고 제2 데이터는 전압 하강 또는 전압 유지인 경우, 결합 전압은 저전압일 수 있고, 제3 데이터는 전압 상승일 수 있다. 제1 데이터가 전압 상승이고 제2 데이터는 전압 상승 또는 전압 유지인 경우, 결합 전압은 고전압일 수 있고, 제3 데이터는 전압 하강일 수 있다.
상위계통의 전압 조정이 있을 때 본 발명의 관리 서버(400) 또는 제어부(460)는 상기 전압 조정을 수신 받고 개별 부하의 전압 변동 예측 정보를 함께 고려하여 수전계통 노드의 전압을 제어할 수 있다.
상위계통의 전압 조정 실시에 대한 정보를 수신받는 경우, 전압 조정이 발생하더라도 미리 대응할 수 있는 추천 전압으로 조정한다면 전압 조정으로 인한 손실을 최소화할 수 있고, 지속적으로 전압을 허용 전압 범위내 최저전압범위로 유지시킬 수 있어서 보존 전압 강하 효과를 도모할 수 있다.
전력계통(10)에서 공급되는 전력은 전력선(30)을 통하여 수배전반(100)을 거쳐 부하(L1~Ln)를 포함하는 수전계통의 각 노드로 분배될 수 있다.
수배전반(100)은 전력계통(10)으로부터 공급받은 전력을 부하(L1~Ln)를 포함하는 수전계통의 노드에 분배할 수 있다. 주계측장치(300)는 수배전반(100)의 전력 상황과 수배전반(100)에 연결된 노드의 개별 전력 상황을 측정할 수 있다. 제1 전압 조정부(210)는 관리 서버(400)의 제어부(460)로부터 보전 전압 강하(CVR)를 위한 추천 전압을 전송받고 수배전반(100)의 전압 또는 수전계통 노드(L1~Ln)의 전압을 제어할 수 있다.
제1 전압 조정부(210)는 부하들(L1~Ln)보다 상위에 존재하기 때문에 전압을 조정하면 모든 부하의 전압이 동시에 같은 비율로 변동할 수 있다. 각 부하(L1~Ln) 노드는 제1 전압 조정부(210)로부터의 거리와 기기의 특성으로 인해 서로 다른 전압 분포를 보일 수 있다. 따라서, 제어부(460)가 제1 전압 조정부(210)에 하달하는 제어 명령은 제1 전압 조정부(210)와 연결된 수전계통 노드의 전력 상황이 모두 반영될 것일 수 있다. 예를 들어 제1 부하(L1)는 전압 강하로 판단되고 제2 부하(L2)는 전압 상승으로 판단된 경우 제어부(460)는 제1 전압 조정부(210)에 전압 유지를 하달할 수 있다.
또한, 본 발명의 전압 제어 장치는 현재 전력 상태만으로 전압을 조정하는 것보다 미래에 전압이 변동하는 양상을 보고 제어하여 더욱 안정적인 전압 분포를 유도할 수 있다.
따라서, 본 발명의 전압 제어 장치는 각각의 노드의 전압을 예측하여 미래의 전압 양상을 살핀 후, 조정할 수 있는 전압을 추정해서 최종적으로 제어부(46)는 제1 전압 조정부(210)에 추천 전압을 송신할 수 있다. 추천 전압은 각 노드의 설비 운영을 위한 허용 범위내일 수 있다. 각 부하(L1~Ln)를 포함하는 노드의 설비가 허용 전압 범위를 벗어나 운영되면 설비의 수명이 단축 또는 고장날 가능성이 증가할 수 있다.
보전 전압 강하(CVR)를 위한 최적 운영 구간이 설정될 수 있고(S100), 추천 전압은 최적 운영 구간 내에 포함될 수 있다. 따라서, 추천 전압은 최적 운영 구간 내의 값 또는 구간일 수 있다. 제1 전압 조정부(210)는 수신된 추천 전압으로 계통 전압을 조정할 수 있다.
허용 범위 내의 최저 전압은 최적 운영 구간에 포함될 수 있고, 각 노드의 설비가 허용 전압 범위 내에 최저 전압으로 운영되면 보존 전압 강하(CVR) 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는 수전계통의 노드를 수요관리사업자가 제어하는 것일 수 있다. 수전계통의 노드는 수배전반(100), 전압 조정부(210,220), 주계측장치(300), 데이터 수집부(500), 데이터 저장부(600), 또는 부하별(L1~Ln) 구비된 계측장치(L1a~Lna) 중 적어도 하나를 의미할 수 있다.
전력수용가의 부하별 노드의 전압을 정확히 산출하는 것은 중요하다. 전력수용가는 수배전반에서 배전된 전력을 수전하는 주체의 의미일 수 있고, 개소는 수배전반에서 배전된 전력을 수전하는 장소의 의미일 수 있으나, 전력수용가와 개소는 혼용하여 사용될 수 있다.
전력수용가는 전력계통(10)으로부터 전기를 주고 받을 수 있고, 전력수용가는 수배전반을 통해 전력계통(10)으로부터 전기를 공급받을 수 있다. 수배전반에서 분배된 전기는 각 개소의 부하(L1~Ln)로 분배될 수 있다.
부하(L1~Ln)의 복잡도에 따라 수배전반의 수가 늘어날 수 있고, 수배전반(100)은 제1 수배전반 또는 제2 수배전반을 포함할 수 있다. 제1 수배전반은 전력계통(10)으로부터 각 개소로 분배되기 전에 마련될 수 있다. 도면에는 수배전반중 제1 수배전반만 도시된 것일 수 잇다.
제1 수배전반은 전력계통(10)으로부터 부하(L1~Ln)까지의 전력 경로중 처음으로 만나는 수배전반일 수 있고, 제2 수배전반은 전력계통(10)으로부터 부하(L1~Ln)까지의 전력 경로중 부하(L1~Ln)와 직접 전력을 분배하는 수배전반일 수 있다.
제1 수배전반 또는 제2 수배전반에는, 저압 전력 회로의 공기를 이용한 전력 차단기인 ACB(Air Circuit Breaker), 고압 전력 회로의 진공을 이용한 전력 차단기인 VCB(Vacuum Circuit Breaker), 고압 회로의 전압을 저압으로 낮추어 각종 전기 데이터를 측정할 수 있게 하는 PT(Potential Transformer), 또는 대전류 회로의 전류를 소전류로 변환하여 전류 데이터를 측정할 수 있게 하는 CT(Current Transformer)가 포함될 수 있다.
제1 수배전반이 제2 수배전반보다 전력계통에 가까운 상위계통인 경우, 제1 수배전반에는 VCB가 포함될 수 있고 제2 수배전반에는 ACB가 포함될 수 있다. 즉, VCB 및 ACB는 모두 차단기로, VCB는 차단기 내부 매질로 진공을 사용할 수 있고, 변압기의 1차측인 고압측에 사용될 수 있으며, ACB는 차단기 내부 매질로 공기를 사용할 수 있고, 변압기의 2차측 또는 큰 부하(L1~Ln)측에 사용될 수 있다.
따라서, 수요관리사업자는 제1 수배전반 및 제2 수배전반을 통하여 전력을 제어할 수 있고, 실시간으로 부하의 전력 현황을 파악하여 목표된 전력수용가의 전체 수요를 관리할 수 있다.
부하(L1~Ln)의 복잡도가 올라간 경우, 제1 수배전반과 제2 수배전반 사이에는 제3 수배전반이 마련될 수 있다. 전력계통(10)과 제3 수배전반 사이에는 변압기가 구비될 수 있고, 제2 수배전반과 제3 수배전반 사이에는 별개의 변압기가 마련될 수 있다. 변압기(50)는 전력계통(10)과 제1 수배전반 사이에 마련되거나, 제1 수배전반과 제3 수배전반 사이에 구비될 수 있다. 저압 전송으로 인한 전력 손실 감소를 위해, 제3 수배전반과 제2 수배전반 사이에 형성되는 제2 변압기는 제2 수배전반에 가깝게 설치될 수 있다.
예를 들어 변압기(50)가 계통의 말단에 위치하는 노드에 연결되기 전에 설치된 것이고 상기 노드가 산업 공장용인 경우, 변압기(50)는 6.6KV 1차 입력받아 380V로 2차 출력 변환하는 것일 수 있다. 또한, 변압기(50)가 상기 계통 말단보다 상위계통인 경우 변압기(50)는 22.9KV 1차 입력받아 6.6KV로 2차 출력 변환하는 것일 수 있다. 이와 같이 변압기(50)는 전력을 배분하는 수배전반(100) 전에 설치되는 변압 시설중 하나를 의미할 수 있다.
본 발명의 실시예 1로, 각 부하(L1~Ln)에 대한 전력 데이터는 수배전반(100)으로 전송될 수 있다. 전송된 각 부하(L1~Ln)의 전력 데이터는, 수배전반(100)의 전체 전력 상황을 측정하는 주계측장치(300)의 전력 데이터와 함께 통신선(40)을 통해 관리 서버(400)로 전송될 수 있다.
각 개소마다 하나의 고가의 전력 분석 장치를 설치하는 것은 비용이 높을 수 있기에, 부하(L1~Ln), 수배전반 등의 측정이 필요한 곳 모두에 저렴한 계측장치(L1a~Lna)를 설치하여 전력 데이터를 수집하여 분석하기에 비용이 절감될 수 있다. 본 발명은 계측장치(L1a~Lna)를 설치함에 있어 무정전으로 작업할 수 있는 센서들을 채용하여 작업에 영향을 주지 않고 데이터를 수집할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예 2로, 계측장치(L1a~Lna)는 각 개소의 모든 부하(L1~Ln) 및 모든 수배전반에 설치될 수 있다. 이러한 계측장치(L1a~Lna)의 초단위 또는 분단위 실시간 계측 정보를 이용해 고속으로 전력 데이터를 수집할 수 있기에, 본 발명은 각 개소의 실시간 전압 상황을 포함하는 수요 자원을 동시에 파악할 수 있고, 이를 통해 목표로 한 전력수용가의 전체 수요 자원 현황을 정확히 분석할 수 있다.
수배전반(100)와 부하(L1~Ln)를 포함하는 노드의 전력 데이터는 통신선(40)을 통해 데이터 수집부(500)로 수집될 수 있다. 예를 들어, 수배전반(100)을 통해 전력은 각 부하(L1~Ln)로 공급될 수 있고, 각 부하(L1~Ln)에는 계측장치(L1a~Lna)가 모두 마련될 수 있다. 수배전반(100)에 연결된 계측장치(L1a~Lna)의 전력 데이터와, 수배전반(100)에서 전기를 공급받은 부하(L1~Ln)에 연결된 계측장치(L1a~Lna)의 전력 데이터는 데이터 수집부(500)로 보내질 수 있다.
데이터 수집부(500)에 의해서 수집된 전력 데이터는 통신 모뎀을 통해 무선 통신으로 관리 서버(400)에 전송될 수 있다. 따라서, 관리 서버(400)에는 각 부하(L1~Ln)의 전력 데이터가 모두 전송될 수 있다.
데이터 수집부(500)에 의해 수집된 과거 전력 데이터를 저장할 수 있는 데이터 저장부(600)가 구비될 수 있다. 본 발명의 부하 예측 모델은 데이터 저장부(600)에 저장된 각 부하(L1~Ln)의 과거 전력 데이터를 이용하여 미래의 전력 예측 데이터를 산출할 수 있다.
관리 서버(400)가 수전계통의 노드로부터 실시간으로 연속적으로 전력 데이터를 전송받는 경우, 데이터 수집부(500)와 데이터 저장부(600)는 관리 서버(400)에 포함될 수 있다. 관리 서버(400)가 수전계통의 노드로부터 보전 전압 강하 필요시에만 간헐적으로 전력 데이터를 전송받는 경우, 데이터 수집부(500)와 데이터 저장부(600)는 전력수용가 또는 개소에 포함될 수 있다.
도 1에 개시된 실시예 1의 경우 데이터 수집부(500)와 데이터 저장부(600)는 관리 서버(400)에 포함될 수 있고, 도 2에 개시된 실시예 2의 경우 데이터 수집부(500)와 데이터 저장부(600)는 관리 서버(400)와는 별개로 전력수용가 또는 개소에 포함될 수 있다.
실시예 1의 경우 수용가는 전압 제어 명령 수행과 계측으로 단순화하고 계속적으로 발생하는 전력 데이터를 전부 관리 서버(400)로 전송하여 데이터 관리를 일원화할 수 있다. 실시예 2의 경우 관리 서버(400)로 전송되는 전력 데이터가 부하의 수에 따라 너무 방대한 경우 트래픽 유발이나 지연 문제가 발생할 수 있고 이를 방지하기 위해 방대한 전력 데이터의 수집 및 저장은 데이터 수집부(500)와 데이터 저장부(600)로 분리하고 보전 전압 강하 등의 필요한 이벤트 발생시에 관리 서버(400)로 전력 데이터를 전송하여 데이터 관리를 이원화할 수 있다.
미래의 전압 분포가 어떻게 분포될지 모른 채 현재 전압만을 기준으로 수전계통의 노드를 제어하는 경우, 각 노드의 현재 전압이 최적 운영 구간보다 높아서 전압 조정을 했는데 몇 분 후 부하 사용량이 많아지면서 전압이 하강하면 최적 운영 구간보다 낮아질 수 있고 저전압 위험을 초래할 수 있다.
즉, 미래 전압의 양상을 파악하지 못하여 최적 제어를 하지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 이런 경우에는 유지를 하는 것이 전압 안정화 효과와 더불어 전압 조정 장치의 수명을 연장시킬 수 있는 최적의 제어 방법일 수 있다.
따라서, 본 발명의 전압 제어 장치는 부하(L1~Ln)의 전압을 예측함으로써 미래의 전압 분포를 고려하여 전압을 최적 운영 구간 내에서 안정적으로 운영할 수 있다. 즉, 현재 전압에 기반한 전압 조정으로 인해 발생하는 저전압과 과전압으로 인한 손실을 최소화하기 위해 미래 전압을 예측하는 방법을 이용하여 전압 안정화를 도모하고 허용 범위 내에서 최저 전압으로 유지하여 보존 전압 강하(CVR) 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는 수전계통 노드의 전력 데이터를 전송받아 각 노드의 전압을 제어할 수 있는 제1 전압 조정부(210)로 추천 전압을 전송하는 관리 서버(400)를 포함할 수 있다.
수전계통의 각 노드의 전압 또는 전력은 실시간으로 변동하기 때문에 현재를 기준으로 전압을 조정하면 미래에 문제를 야기시킬 수 있다. 현재를 기준으로 전압을 상승시켜야 한다고 판단하여 전압을 상승시켰는데, 곧 전력 사용량 변동에 의해 전압이 상승하면 다시 전압을 하강시켜야 할 수 있다. 이런 경우는 전압 조정으로 인해 오히려 과전압을 유발할 수 있습니다. 즉, 미래의 전력 상황을 고려하지 못하면 최적으로 운영되지 못할 수 있다.
제어부(460)는 부하(L1~Ln)의 과거 전력 데이터를 이용하여 보전 전압 강하(CVR)를 위한 추천 전압을 산출하는 부하 예측 모델을 생성할 수 있다(S200). 부하 예측 모델은 과거 전력 데이터로부터 추천 전압 산출까지의 일련의 과정을 모두 포함하는 것일 수 있다.
전력계통(10)에 여러 부하가 존재할 때 부하의 특성 및 거리 등으로 인해 부하마다 전압이 다를 수 있다. 그리고 부하를 포함하는 수전계통의 노드는 허용 전압 범위에서 운영되어야 하는 조건을 가질 수 있다. 허용 전압 범위를 벗어나서 운영되면 노드 설비의 수명이 단축 및 고장 가능성이 증가할 수 있다.
본 발명은 허용 전압 범위 내에 최저 전압으로 운영되면 보존 전압 강하 효과를 얻을 수 있다. 보존 전압 강하된 추천 전압으로 노드의 전압이 낮추어지더라도 노드의 설비의 동작에는 영향이 없을 수 있다. 수요자 또는 소비자는 전압을 낮춘만큼 전력이 감소하여 요금을 절약할 수 있다.
설비의 전압을 저압 구간에 유지시키기 위해서 미래의 전압을 알면 미리 대응할 수 있어서 안정적으로 저압 구간에서 운영할 수 있다. 현재를 기준으로 전압을 조정하면 조정을 하지 않았으면 발생하지 않았을 과전압 또는 저전압이 발생하는 문제가 발생할 수 있기에, 예측 전압 산출부(420)는 미래 전압까지 고려하여 전압을 조정하기 위해 부하의 전압 변동을 실시간으로 예측할 수 있다(S220).
노드의 각 과거 전력 데이터는 데이터 수집부(500) 또는 데이터 저장부(600)로부터 예측 전압 산출부(420)로 전송될 수 있다.
과거 계측한 전력 데이터에서 보전 전압 강하(CVR)를 예측 또는 추정하기 위해서는 적절한 보전 전압 강하용 데이터가 필요할 수 있다. 상기 보전 전압 강하(CVR)용 데이터는 전압, 유효전력, 무효전력, 또는 탭 위치 중 적어도 하나를 포함하는 정보를 소정의 시간 단위 별로 제공할 수 있다. 부하별로 계측되는 데이터는 데이터량이 적고 데이터 처리가 비교적 용이할 뿐만 아니라 시간대별 데이터 제공으로 데이터 재구성 최소화할 수 있어 데이터의 정확성과 프로그램 효율성 측면에서 보전 전압 강하(CVR) 추정에 적당한 데이터일 수 있다. 계측 데이터의 특성상 데이터 누설시 부분적으로 데이터 정정이 필요할 수 있다.
제어부(460)는 노드 설비의 운영에 적절한 허용 전압 범위를 설정할 수 있고, 제어부(460)는 허용 전압 범위에 포함되는 최적 운영 구간을 설정할 수 있다(S100). 최적 운영 구간은 소비 전력 감소를 위한 것이기에 허용 전압 범위중 하위 구간에 포함될 수 있다.
예측 전압 산출부(420)가 부하(L1~Ln)의 전압을 예측하기 위해 이용하는 머신 러닝 방법에는 커널회귀(Kernel regression), 자기회귀모형(Autoregressive, AR), 또는 이동평균모형(Moving average, MA)이 포함될 수 있다.
이하 머신 러닝에서 현재값 또는 현재 전압값은 과거 전력 데이터로부터 머신 러닝을 통하여 산출 또는 예측될 수 있는 값을 의미할 수 있다.
커널 회귀(Kernel regression)는 확률 변수의 조건부 기대치를 추정하는 비모수적 기법일 수 있고, 목표는 확률 변수 X와 Y 쌍 사이의 비선형 관계를 찾는 것일 수 있다. 커널 회귀는 비모수적 회귀에서 변수 X에 대한 변수 Y의 조건부 기대값을 찾는 것일 수 있다.
이를 수학식 1로 아래와 같이 나타낼 수 있다.
상기 X는 입력값이고 Y는 목표값일 수 있다. 시계열 예측에서 X는 부하를 포함하는 노드의 과거의 히스토리로서 과거 전력 데이터에 포함되는 전압값이 될 수 있으며, Y는 노드의 현재 전압 또는 미래 예측 전압이 될 수 있다. E는 기대값을 나타내는 기호일 수 있고, | 는 조건을 나타낼 수 있다. 즉, E(Y|X=x)는 X=x일때, Y의 기대값을 표현하는 것일 수 있다.
m은 X와 Y 사이의 비선형 관계를 나타내는 함수이고 과거 전력 데이터를 통해 추정해야하는 값일 수 있다. 함수 m을 추정하는 방법의 일 실시 예는 다음과 같다.
따라서, 
을 wi의 함수로 표현하면, 수학식 3으로 표현될 수 있다.
yi에 대한 가중치가 존재할 때 yi의 가중 평균은 수학식 3을 통해 구할 수 있다. 커널 회귀에서 가중치는 대역폭(bandwith, h)을 가지는 커널 함수 K일 수 있다. 커널 함수는 대표적으로 가우스 커널일 수 있다.
자기회귀모형(Autoregressive, AR)은 일변량 시계열분석에서 현재값이 자신의 과거값에 선형적으로 의존하고 오차항을 가진 모형을 말할 수 있다. 따라서, 자기회귀모형중 AR(p) 모형은 과거 p 시점의 전압값까지 현재의 전압값에 영향을 주는 모형을 말하고 아래와 같이 표현할 수 있다.
Zt는 현재 시계열값이고 Zt-n은 n 시점 이전의 시계열값으로 과거 전압값 또는 과거 전력값일 수 있다. φp는 오차항일수 있다. φp는 과거 시계열값(Zt-p)의 계수일 수 있고, Zt에 미치는 영향력을 나타낼 수 있다. AR 모형의 가장 간단한 형태는 AR(1)모형일 수 있고, AR(1) 모형은 과거 한 시점 전에 값과 오차항으로 현재값을 나타낼 수 있다. AR(1) 모형은 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
이동평균모형(Moving -average, MA)은 일변량 시계열분석에서 현재값이 자신의 과거 오차값에 선형적으로 의존하고 오차항을 가진 모형일 수 있다. 이동평균모형중 MA(p) 모형은 과거 p시점의 오차값까지 현재값에 영향을 주는 모형을 말하고 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.
Zt는 현재 시계열값이고 αt-n은 n 시점 이전의 오차값일 수 있다. θp는 과거 오차값(αt-p)의 계수이고 
에 미치는 영향력을 나타낼 수 있다. MA 모형의 가장 간단한 형태는 MA(1) 모형일 수 있고, MA(1) 모형은 과거 한 시점 전의 오차값과 현재 오차값으로 나타낼 수 있다. MA(1)은 다음의 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.
조정 전압 산출부(440)는 예측 전압 산출부(420)에 의해서 산출된 예측 전압을 바탕으로 조정해야 할 전압값인 조정 전압을 산출할 수 있다(S240). 예측 전압은 기설정된 간격의 시간 간격을 가진 값으로 산출될 수 있고, 소정의 시간 간격동안의 구간으로 산출될 수 있다.
제어부(460)는 산출된 추천 전압으로 노드 설비가 운영되도록 제1 전압 조정부(210)를 통제할 수 있고, 제어부(460)는 전압 조정부(210,220)를 이용하여 계통의 전압이 산출된 추천 전압이 되도록 원격으로 제어할 수 있다.
전압 조정부(210,220)는 계통의 전압 제어 또는 무효전력 제어를 위해 마련되는 장치일 수 있고, 온-로드 탭 체인저(OLTC; On-Load Tap Changer), 에스브이알(SVR;Step Voltage Regulator), 브이알(Voltage Regulator), 인버터(Inverter) 및 (전력용) 컨덴서(SC; Shunt Condenser) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 온-로드 탭 체인저의 조절을 통해 전력 선로의 전압을 올리거나 낮출 수 있고, 컨덴서의 조상설비에 대한 투입이나 개방 명령을 통해 무효전력 제어가 가능할 수 있다.
예를 들어 설명하면, 전력수용가가 산업 공장인 경우 공칭 전압은 380V 정도일 수 있고, 가정인 경우 220V 정도일 수 있다. 이하 전력수용가가 가정인 경우를 예로 설명한다.
제어부(460)는 노드의 설비 상태 또는 노드의 과거 전력 데이터에 기반하여 최적 운영 구간을 설정할 수 있고, 최적 운영 구간은 210~213V로 설정될 수 있다. 노드의 현재 측정된 전압이 218V인 경우 최적 운영 구간인 210~213V로 조정하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 예측 전압 산출부(420)에 의해 산출된 예측 전압에 따라 조정되는 전압은 다르게 판단될 수 있다.
예를 들어, 예측 전압이 현재 전압과 동일하거나 근사한 218V 정도인 경우 제어부(460)는 전압 강하로 판단할 수 있고, 예측 전압이 현재 전압보다 낮은 213V 정도인 경우 제어부(460)는 전압 유지로 판단할 수 있으며, 예측 전압이 현재 전압보다 낮고 최적 운영 구간 이하인 208V 정도인 경우 제어부(460)는 전압 상승으로 판단할 수 있다.
제어부(460)는 현재 전압, 예측 전압, 및 최적 운영 구간을 서로 비교하여 전압 강하, 전압 유지, 전압 상승을 포함하는 전압 제어 경향성을 산출할 수 있다. 제어부(460)는 전압 제어 경향성을 산출하는 경우 제1 전압 조정부(210) 또는 제2 전압 조정부(220)에 추천 전압으로 동작할 것을 명령할 수 있다(S300). 추천 전압은 최적 운영 구간에 포함되는 값이거나 구간으로 산출될 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치의 2단 구조의 전압 조정부(210,220)에 대하여 설명한다.
서로 다른 전압 분포를 가진 부하(L1~Ln)는 여러 개이지만 이를 조정할 수 있는 전압조정장치인 전압 조정부(210)는 상위단에만 존재하는 경우가 있다. 각각의 부하들(L1~Ln)을 자식으로 보면 전압조정장치는 부모의 위치에 존재할 수 있다. 이런 경우, 하나의 부하는 높은 전압에 있어서 전압을 내려야 하고, 다른 부하는 낮은 전압에 있어서 부하를 높여야 하지만 부모 위치에 존재하는 전압 조정 장치로 제어하면 두 부하를 최적 범위로 조정할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 방지하기 위해 본 발명의 전압 제어 장치는, 수배전반(100)에 포함되거나 인근에 배치되는 제1 전압 조정부(210)외에도 추가로 수전계통 노드(L1~Ln) 각각의 전압을 개별로 제어할 수 있는 제2 전압 조정부(220,221,222)를 포함하여 2단계 구조로 더욱 정밀하고 안전한 보전 전압 강하(CVR)을 수행할 수 있다.
따라서, 제2 전압 조정부(220,221,222)는 제1 전압 조정부(210)보다 수전계통의 말단에 위치할 수 있고, 수전계통 노드에 더 인접할 수 있다. 즉, 제1 전압 조정부(210)는 제2 전압 조정부(220,221,222)보다 수전계통의 부모 노드중 하나에 위치할 수 있고, 제2 전압 조정부(220,221,222)는 제1 전압 조정부(210)보다 수전계통의 자식 노드중 하나에 위치할 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는 개별 부하(L1~Ln)의 전압 변동을 예측하고 최적 전압에서 운영되기 위해 조정해야 할 전압 또는 방향을 산출할 수 있다.
이하 실시 예의 부하의 고전압 또는 저전압은, 각 부하(L1~Ln)의 머신러닝에 의한 예측 전압과, 수전계통 노드 설비의 보전 전압 강하(CVR)를 수행하기에 최적으로 판단되어 산출되는 최적 운영 구간과의 비교에 의한 것일 수 있다.
예를 들어, 부하가 2개인 경우 제1 부하(L1)은 고전압 220V가 예측되고, 제2 부하(L2)는 저전압(최적전압대비) 208V가 예측될 때 제1 부하(L1)를 조정하는 제2-1 전압 조정부(221)는 제1 부하(L1)의 전압을 하강시키고, 제2 부하(L2)를 조정하는 제2-2 전압 조정부(222)는 제2 부하(L2)의 전압을 상승하도록 제어할 수 있다. 이러한 전압 조정은 상승과 하강과 같이 방향 또는 경향성만을 제시하거나, 8V 하강과 3V 상승과 같이 구체적인 수치로 수행될 수 있다.
본 발명의 예측 전압 및 조정 전압의 일 실시 예로써, 도 9는 전압 조정부(210,220)의 조정 전압을 하강, 유지, 또는 상승을 포함하는 방향 또는 경향성으로 나타낸 것일 수 있고, 도 10은 예측 전압과 조정 전압을 구체적인 수치로 나타낸 것일 수 있다. 도 10은 수전계통 노드의 부하가 가정용으로 공칭 전압 220V인 경우일 수 있고, 도 10은 노드의 최적 운영 구간이 210~213V로 설정된 경우일 수 있다. 도 9 및 도 10은 수용가 또는 개소의 노드에 수배전반(100), 제1 부하(L1), 및 제2 부하(L2)이 포함된 것일 수 있다.
도 9 및 도 10를 참조하여 예측 전압 및 조정 전압간의 관계에 대해 구체적으로 살펴본다. 도 9 및 도 10은 부하가 2개인 경우의 예이지만 논의한 내용은 세 개이상의 부하인 경우로도 확장될 수 있다.
제어부(460)는 추천 전압을 보전 전압 강하(CVR)을 위해 제어 조정부(210,220)로 하달할 수 있다. 추천 전압은 최적 운영 구간 내에 포함될 수 있고, 예측 전압과 추천 전압의 차이가 조정 전압일 수 있다.
추천 전압은 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승을 포함하는 전압 변경의 방향 또는 경향성으로 표시되거나, 추천 전압은 12V 하강, 전압 유지, 또는 9V 상승을 포함하는 구체적인 수치로 표시될 수 있다.
상위계통의 노드는 수배전반(100)일 수 있고, 상위계통 노드의 전압은 제1 전압 조정부(210)에 의해서 제어될 수 있다. 하위계통의 노드는 제1 부하(L1) 및 제2 부하(L2)일 수 있고, 하위계통 노드의 전압은 제2 전압 조정부(220)에 의해 제어될 수 있으며, 제1 부하(L1)의 전압은 제2-1 전압 조정부(221), 제2 부하(L2)의 전압은 제2-2 전압 조정부(222)에 의해 제어될 수 있다.
추천 전압이 수전계통 노드의 전압 변경의 방향 또는 경향성으로 표시되는 경우를 먼저 살펴본다.
추천 전압의 실시 예들은 상위계통의 노드에 연결된 모든 하위계통의 노드의 예측 전압에 따라 분별될 수 있다. 예를 들어, 제1 부하(L1)와 제2 부하(L2)의 예측 전압이 모두 저전압 또는 고전압의 같은 경향성을 가지는 제1 경우, 제1 부하(L1)와 제2 부하(L2)의 예측 전압 중 하나는 고전압이고 다른 하나는 저전압인 경우로 서로 다른 경향성을 가지는 제2 경우, 또는 제1 부하(L1)와 제2 부하(L2)의 예측 전압 중 하나는 전압 유지이고 다른 하나는 고전압 또는 저전압인 제3 경우로 분별될 수 있다.
상기 제1 경우, 제1 전압 조정부(210)는 제1 부하(L1) 및 제2 부하(L2)의 예측 전압과 반대 경향성이 되도록 제어될 수 있고, 제2-1 전압 조정부(221) 및 제2-2 전압 조정부(222)는 전압 유지로 제어될 수 있다.
예를 들어 제1 부하(L1) 및 제2 부하(L2)의 예측 전압이 모두 저전압인 경우, 제2-1 전압 조정부(221)와 제2-2 전압 조정부(222)가 모두 동작하여 제1 부하(L1)와 제2 부하(L2)의 전압을 제어할 수 있지만, 부모 노드의 제1 전압 조정부(210)를 제어하여 제1 부하(L1) 및 제2 부하(L2)를 한 번에 제어하는 것이 더 효율적일 수 있다. 따라서, 제1 전압 조정부(210)는 전압 상승으로 제어될 수 있고, 제2-1 전압 조정부(221) 및 제2-2 전압 조정부(222)는 전압 유지로 제어될 수 있다.
상기 제2 경우, 제1 전압 조정부(210)는 전압 유지로 제어될 수 있고, 제2-1 전압 조정부(221)와 제2-2 전압 조정부(222)가 각각 연결된 제1 부하(L1) 및 제2 부하(L2)와 반대 경향성이 되도록 제어될 수 있다.
예를 들어, 제1 부하(L1)는 최적 운영 구간 대비 고전압이고, 제2 부하(L2)는 최적 운영 구간 대비 저전압인 경우, 제1 전압 조정부(210)는 전압 유지로 제어될 수 있고, 제2-1 전압 조정부(221)은 전압 하강으로 제어될 수 있으며, 제2-2 전압 조정부(222)는 전압 상승으로 제어될 수 있다.
상기 제3 경우, 제1 전압 조정부(210)는 전압 유지로 제어될 수 있고, 제1 부하(L1)와 제2 부하(L2) 중 전압 유지인 쪽과 연결된 제2 전압 조정부(220)는 전압 유지로 제어될 수 있으며, 제1 부하(L1)와 제2 부하(L2) 중 고전압 또는 저전압인 쪽과 연결된 제2 전압 조정부(220)는 연결된 부하와 반대 경향성을 갖도록 제어될 수 있다.
예를 들어, 제1 부하(L1)는 저전압이고 제2 부하(L2)는 전압 유지인 경우, 제1 전압 조정부(210)는 전압 유지로 제어될 수 있고, 제2-1 조정 전압부(221)는 전압 상승으로 제어될 수 있으며, 제2-2 조정 전압부(222)는 전압 유지로 제어될 수 있다.
추천 전압이 수전계통 노드의 전압 변경의 구체적인 수치로 표시되는 경우는 전압 변경의 방향 또는 경향성으로 표시되는 경우와 비교하여 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승을 포함하는 전압 조정부(210,220)의 전압 조정 방향은 동일할 수 있다.
수치 표시와 경향성 표시 둘 간의 차이는 전압 유지 판단시는 차이가 없을 수 있고, 전압 하강 또는 전압 상승시 구체적인 조정 수치가 제시될 수 있다.
제어부(460)는, 상기 제1 경우 내지 제3 경우의 판단에 의해 전압 하강 또는 전압 상승하는 전압 조정부가 결정된 경우, 추천 전압이 최적 운영 구간 내에 포함되도록 전압 제어 명령을 전송할 수 있다.
구체적으로 제2 전압 조정부(221,222)의 전압 상승 또는 전압 하강이 결정된 경우, 제어부(460)는 전압 상승 또는 전압 하강이 결정된 각각의 부하(L1,L2)의 추천 전압이 최적 운영 구간 내에 포함되도록 구체적인 예측 전압 및 조정 전압을 부하별로 각각 산출할 수 있다.
예를 들어, 최적 운영 구간이 210~213V이고 제1 부하(L1)는 예측 전압 220V로 고전압이며 제2 부하(L2)는 208V로 저전압인 경우, 제1 전압 조정부(210)는 전압 유지로 제어될 수 있고, 제2-1 전압 조정부(221)는 조정 전압 -8V로 전압 하강으로 제어되어 추천 전압 212V로 최적 운영 구간에 포함되도록 설정될 수 있으며, 제2-2 전압 조정부(222)는 조정 전압 +3V로 전압 상승으로 제어되어 추천 전압 211V로 최적 운영 구간에 포함되도록 설정될 수 있다.
상기 제1 경우와 같이 제1 전압 조정부(210)가 전압 하강 또는 전압 상승되도록 제어되는 경우, 상위 노드인 제1 전압 조정부(210)에 연결된 모든 하위 노드인 제1 부하(L1) 및 제2 부하(L2)의 추천 전압이 모두 최적 운영 구간에 포함되도록 제1 전압 조정부(210)는 제어될 수 있다.
예를 들어, 최적 운영 구간이 210~213V이고 제1 부하(L1)의 예측 전압은 225V로 고전압이며 제2 부하(L2)의 예측 전압은 223V로 고전압인 경우, 제2 전압 조정부(220)는 전압 유지로 제어될 수 있고, 제1 전압 조정부(210)는 전압 하강으로 제어될 수 있다. 이 경우 제1 부하(L1)의 조정 전압은 12~15V 이내로 결정되는 것이 바람직할 수 있고, 제2 부하(L2)의 조정 전압은 10~13V 이내로 결정되는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 두 부하(L1,L2)의 조정 전압 범위가 중첩되는 12~13V 이내로 제1 전압 조정부(210)가 전압 하강하도록 제어하는 것이 바람직할 수 있다.
10... 전력계통 30... 전력선
40... 통신선 50... 변압기
100... 수배전반 210... 제1 전압 조정부
220,221,222... 제2 전압 조정부 300... 주계측장치
400... 관리 서버 420... 예측 전압 산출부
440... 조정 전압 산출부 460... 제어부
480... 정보 수신부 500... 데이터 수집부
600... 데이터 저장부 700... 전력 거래소
L1... 제1 부하 L1a... 제1 계측장치
L2... 제2 부하 L2a... 제2 계측장치
Ln... 제n 부하 Lna... 제n 계측장치
D1... 제1 데이터 D2... 제2 데이터
D3... 제3 데이터
40... 통신선 50... 변압기
100... 수배전반 210... 제1 전압 조정부
220,221,222... 제2 전압 조정부 300... 주계측장치
400... 관리 서버 420... 예측 전압 산출부
440... 조정 전압 산출부 460... 제어부
480... 정보 수신부 500... 데이터 수집부
600... 데이터 저장부 700... 전력 거래소
L1... 제1 부하 L1a... 제1 계측장치
L2... 제2 부하 L2a... 제2 계측장치
Ln... 제n 부하 Lna... 제n 계측장치
D1... 제1 데이터 D2... 제2 데이터
D3... 제3 데이터
Claims (7)
- 전력계통으로 전력을 공급하는 전력 거래소의 위치를 상기 전력계통의 상위계통이라하고, 상기 전력계통의 말단에 인접하는 복수의 수전계통 노드의 위치를 상기 전력계통의 하위계통이라하며,
복수의 수전계통 노드로부터 실시간으로 연속적인 전력 데이터를 전송받고, 상기 수전계통 노드의 보전 전압 강하(CVR, conservation voltage reduction)를 위한 추천 전압을 산출하는 부하 예측 모델을 생성하는 제어부를 포함하는 관리 서버;
상기 제어부로부터 상기 추천 전압을 전송받고, 수배전반의 전압 또는 수전계통 노드의 전압을 제어하는 전압 조정부; 를 포함하며,
상기 상위계통의 전압 조정 명령시 상기 제어부는, 상기 전압 조정 명령과, 상기 하위계통 노드의 변동하는 예측 전압에 대한 정보를 함께 이용하여 상기 수전계통 노드의 전압을 제어하고,
상기 제어부는 상기 수전계통 노드의 상기 보전 전압 강하(CVR)을 위한 최적 운영 구간을 설정하며,
상기 최적 운영 구간은 상기 수전계통 노드가 보전 전압 강하되어 운영되는 전압 범위이며,
상기 보전 전압 강하는, 상기 전력계통을 기준으로 상류에 위치하는 전력공급측에 의해 수행되지 않고, 하류에 위치하는 상기 수전계통 노드의 인근 및 수배전반의 인근의 수요관리사업자에 의해 수행되고,
상기 제어부는, 정보 수신부로부터 상기 상위계통의 전압 조정 명령을 포함하는 제1 데이터를 전송받고, 예측 전압 산출부로부터 상기 하위계통 노드의 예측 전압을 포함하는 제2 데이터를 전송받으며,
상기 제어부는 상기 제1 데이터와 제2 데이터를 비교하여 결합 전압을 산출하고,
상기 제어부는, 상기 최적 운영 구간과 결합 전압을 비교하여, 상기 전압 조정부가 제어될 추전 전압을 포함하는 하위계통 노드 전압 조정에 대한 제3 데이터를 산출하며,
전력계통의 상위계통으로부터 공급되는 전력은 전력계통의 하위계통에 위치하는 상위 노드로부터 복수의 하위 노드로 분기되며,
상기 전압 조정부는, 상기 상위 노드에 배치되는 제1 전압 조정부, 및 복수의 하위 노드에 배치되는 제2 전압 조정부를 포함하고,
상기 제2 전압 조정부는, 제1 부하의 전압을 제어하는 제2-1 전압 조정부, 및 제2 부하의 전압을 제어하는 제2-2 전압 조정부를 포함하며,
상기 제2 데이터는 상기 제1 부하 및 제2 부하의 예측 전압을 포함하고,
상기 제1 부하 및 제2 부하의 예측 전압은, 최적 운영 구간과 비교하여 저전압, 고전압, 또는 전압 유지로 판단되고,
상기 제1 부하와 제2 부하의 예측 전압이 모두 저전압 또는 고전압의 같은 경향성을 가지는 제1 경우에는, 상기 제1 전압 조정부는 상기 제1 부하 및 제2 부하의 예측 전압과 반대 경향성이 되도록 제어되고, 상기 제2-1 전압 조정부 및 제2-2 전압 조정부는 전압 유지로 제어되며,
상기 제1 부하와 제2 부하의 예측 전압 중 하나는 고전압이고 다른 하나는 저전압인 경우로 서로 다른 경향성을 가지는 제2 경우에는, 상기 제1 전압 조정부는 전압 유지로 제어되고, 상기 제2-1 전압 조정부와 제2-2 전압 조정부가 각각 연결된 상기 제1 부하 및 제2 부하와 반대 경향성이 되도록 제어되고,
상기 제1 부하와 제2 부하의 예측 전압 중 하나는 전압 유지이고 다른 하나는 고전압 또는 저전압인 경우인 제3 경우에는, 상기 제1 전압 조정부는 전압 유지로 제어되고, 상기 제1 부하와 제2 부하 중 전압 유지인 쪽과 연결된 제2 전압 조정부는 전압 유지로 제어되며, 상기 제1 부하와 제2 부하 중 고전압 또는 저전압인 쪽과 연결된 제2 전압 조정부는 연결된 부하와 반대 경향성을 갖도록 제어되는 전압 제어 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 정보 수신부는, 전압 제어 시작 시간과, 전압 조정 비율을 포함하는 전압 조정 명령을 포함하는 제1 데이터를 상기 전력 거래소로부터 수신하고,
상기 예측 전압 산출부는, 상기 하위계통 노드의 과거 전력 데이터를 전송받고, 머신 러닝에 기반한 부하 예측 모델을 이용하여 상기 과거 전력 데이터로부터 하위계통 노드의 예측 전압을 산출하는 전압 제어 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 전력계통으로부터 전력을 공급받거나 수전하는 측에는, 전력 소비자인 수요자, 및 수요관리사업자가 포함되고,
상기 수요자는, 상기 전력계통의 전력 소비자이고, 재생 에너지의 공급원이며,
상기 수요관리사업자는, 상기 수요자와의 관계에서 실시간 감축 제어 및 원격 관리를 하고, 전력 거래소를 포함하는 전력공급측과의 관계에서 수요자원을 모집, 등록, 또는 관리하며,
상기 수요관리사업자는 상기 전력계통 기준으로 상류의 전력공급측과 하류의 수요자 사이에 위치하고,
상기 수요자가 공급받는 전력은 상기 수요관리사업자에 의해 보전 전압 강하(CVR)된 전압으로 제어되는 전압 제어 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 수배전반은 상기 전력계통의 하류에 위치하고,
상기 수배전반을 통해 복수의 수전계통 노드로 전력이 분배되며,
제1 수배전반에는, 상기 제1 수배전반의 하류에 위치하는 제1 수전계통 노드 및 제2 수전계통 노드가 포함되고,
상기 제1 수전계통 노드 및 제2 수전계통 노드는 상기 제1 수배전반으로부터의 거리와 설비의 특성으로 인해 서로 다른 전력 분포를 보이며,
상기 제1 수배전반에 대한 전압 조정은, 상기 제1 수전계통 노드의 전압, 및 제2 수전계통 노드의 전압을 동시에 같은 비율로 변동시키고,
상기 제1 수배전반에 대한 전압 조정은, 상기 제1 수전계통 노드의 전력 상황, 및 제2 수전계통 노드의 전력 상황을 모두 반영하여 결정되는 전압 제어 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 결합 전압이 최적 운영 구간보다 낮은 경우 하위계통 노드 전압 조정은 전압 상승이고, 상기 결합 전압이 최적 운영 구간 이내인 경우 하위계통 노드 전압 조정은 전압 유지이며, 상기 결합 전압이 최적 운영 구간보다 높은 경우 하위계통 노드 전압 조정은 전압 하강인 전압 제어 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 데이터 및 제2 데이터가 전압 강하 또는 전압 상승 중 서로 다른 경향을 가지는 경우, 상기 결합 전압은 전압 유지가 되도록 제어되는 전압 제어 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 데이터 및 제2 데이터가 전압 강하, 전압 유지, 또는 전압 상승 중 어느하나의 동일한 경향을 가지는 경우, 상기 결합 전압은 상기 경향과 동일하도록 제어되고, 상기 제1 데이터와 제2 데이터 중 어느 하나는 전압 유지되는 경우가 포함되는 전압 제어 장치.
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| KR1020210181756A KR102496049B1 (ko) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | 상위 계통 전압 조정 대응형 부하 예측 모델 기반의 전압 최적화 제어를 통한 보전 전압 강하를 위한 전압 제어 장치 |
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| KR1020210181756A KR102496049B1 (ko) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | 상위 계통 전압 조정 대응형 부하 예측 모델 기반의 전압 최적화 제어를 통한 보전 전압 강하를 위한 전압 제어 장치 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020210181756A KR102496049B1 (ko) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | 상위 계통 전압 조정 대응형 부하 예측 모델 기반의 전압 최적화 제어를 통한 보전 전압 강하를 위한 전압 제어 장치 |
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Legal Events
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| AMND | Amendment | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |