KR102512324B1 - 재생 에너지를 연계한 부하 예측 모델 기반의 전압 최적화 제어를 통한 보전 전압 강하를 위한 전압 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 전압 제어 장치는, 전력계통으로부터 공급되는 전력을 복수의 수전계통 노드로 분배하는 수배전반. 수전계통 노드로부터 실시간으로 연속적인 전력 데이터를 전송받고, 상기 수전계통 노드의 예측 전압을 산출하는 예측전압 산출부, 또는 보전 전압 강하(CVR, conservation voltage reduction)를 위한 조정 전압을 산출하는 조정 전압 산출부를 포함하는 관리 서버, 조정 전압을 전송받아 상기 수배전반의 전압 또는 수전계통 노드의 전압을 제어하는 전압 조정부를 포함할 수 있고, 본 발명의 부하를 포함하는 수전계통 노드의 일부는 태양광 또는 풍력을 포함하는 재생 에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있고, 전력계통으로 생산한 전력을 역전송할 수 있다.
Description
본 발명은 부하 노드의 재생 에너지 발전을 연계한 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.
특히 기존과 같이 전압 제어 방법은 부하가 전력을 소비하는 것만을 고려하는 경우가 많고 부하를 포함하는 노드에서 태양광 또는 풍력을 포함하는 재생 에너지 발전과 연계되는 경우의 노드에서의 전압 변동을 제어하기 어려운 문제가 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는 부하를 포함하는 노드에서 생상되는 재생 에너지의 미래 발전량과, 노드에서 소비되는 미래 전력 사용량의 예측 정보에 기반하여 수전계통 노드의 전압을 예측함으로써, 수전계통의 노드의 전압이 보전 전압 강하(CVR)된 최적 운영 구간에서 안정정으로 운영되도록 할 수 있다.
본 발명은 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 발명은 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.
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.
본 발명의 전압 제어 장치는, 전력계통으로부터 공급되는 전력을 복수의 수전계통 노드로 분배하는 수배전반. 수전계통 노드로부터 실시간으로 연속적인 전력 데이터를 전송받고, 상기 수전계통 노드의 예측 전압을 산출하는 예측전압 산출부, 또는 보전 전압 강하(CVR, conservation voltage reduction)를 위한 조정 전압을 산출하는 조정 전압 산출부를 포함하는 관리 서버, 조정 전압을 전송받아 상기 수배전반의 전압 또는 수전계통 노드의 전압을 제어하는 전압 조정부를 포함할 수 있고, 본 발명의 부하를 포함하는 수전계통 노드의 일부는 태양광 또는 풍력을 포함하는 재생 에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있고, 전력계통으로 생산한 전력을 역전송할 수 있다.
본 발명의 전압 제어 장치는 부하를 포함하는 노드에서 생상되는 재생 에너지의 미래 발전량과, 노드에서 소비되는 미래 전력 사용량의 예측 정보에 기반하여 수전계통 노드의 전압을 예측함으로써, 수전계통의 노드의 전압이 보전 전압 강하(CVR)된 최적 운영 구간에서 안정정으로 운영되도록 할 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 1단의 전압 조정부 구성도이다.
도 2는 본 발명의 전압 제어장치의 2단의 전압 조정부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 부하에서의 재생에너지 발전량의 일 실시 예이다.
도 4는 본 발명의 예측 전압 산출의 일 실시 예이다.
도 5는 도 4의 다른 실시 예이다.
도 6은 본 발명의 예측 전압 산출의 또 다른 실시 예이다.
도 7은 본 발명의 데이터 흐름의 설명도이다.
도 8은 본 발명의 일부 구성도이다.
도 9는 본 발명의 전압 제어 장치의 동작 설명도이다.
도 10은 본 발명의 2단의 전압 조정부의 일 실시 예에 대한 설명도이다.
도 11은 본 발명의 2단의 전압 조정부의 다른 실시 예에 대한 설명도이다.
도 2는 본 발명의 전압 제어장치의 2단의 전압 조정부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 부하에서의 재생에너지 발전량의 일 실시 예이다.
도 4는 본 발명의 예측 전압 산출의 일 실시 예이다.
도 5는 도 4의 다른 실시 예이다.
도 6은 본 발명의 예측 전압 산출의 또 다른 실시 예이다.
도 7은 본 발명의 데이터 흐름의 설명도이다.
도 8은 본 발명의 일부 구성도이다.
도 9는 본 발명의 전압 제어 장치의 동작 설명도이다.
도 10은 본 발명의 2단의 전압 조정부의 일 실시 예에 대한 설명도이다.
도 11은 본 발명의 2단의 전압 조정부의 다른 실시 예에 대한 설명도이다.
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 태양광 또는 풍력을 포함하는 재생 에너지가 생산가능하고, 전력계통(10)으로 생산된 재생 에너지를 역전송 가능한 부하를 포함하는 수전계통 노드에 대해 먼저 설명한다.
전력계통(10)에서 공급되는 전력은 수전계통의 노드로 분배될 수 있다. 전력계통(10) 말단의 부하를 포함하는 수전계통 노드의 일부는 공급받은 전력을 소비할 수 있고, 다른 일부는 재생 에너지를 생산하여 전력계통(10)으로 역으로 전력을 전송할 수 있다. 이와같이 부하(L1~Ln)의 일부에서 재생 에너지를 발전하여 역송하게되면, 수전계통 노드의 전압은 증가할 수 있고 상기 수전계통 노드의 관리자는 보전 전압 강하(CVR)를 이용한 관리 또는 운영을 위해 이러한 부하(L1~Ln) 일부의 재생에너지 발전량(D10)을 고려하여야 한다.
본 발명의 부하(L1~Ln)는 전력계통(10)의 말단까지 세분화되어 공급되는 전력을 소비하는 부하와, 재생 에너지를 생산하여 전력계통(10)으로 역전송가능한 부하로 분별될 수 있다.
따라서, 본 발명의 각 수전계통 노드에서 수집되는 과거 전력 데이터(D30)에는 일부 부하에서 생산되는 재생에너지 발전량(D10), 또는 일부 부하에서 소비되는 부하 전력사용량(D20)이 포함될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 과거 전력 데이터(D30)는 데이터 수집부(500) 또는 데이터 저장부(600)로부터 예측전압 산출부(420)로 전송될 수 있고, 예측전압 산출부(420)에서 예측 전압을 산출하기 위해 이용하는 과거 전력 데이터(D30)에는 과거의 재생에너지 발전량(D10), 또는 과거의 부하 전력사용량(D20)이 포함될 수 있다.
본 발명의 부하(L1~Ln)로 표시되는 노드의 일부는 전력계통(10)으로부터 전기를 공급받아 소비하거나, 다른 일부는 역으로 전력계통(10)으로 전기를 공급하는 전력원으로써 기능할 수 있다.
전압 조정부(210,220)가 배치되는 수전계통 노드에는 재생 에너지를 생산만하는 부하가 연결되거나, 전력을 소비만하는 부하가 연결되거나, 재생 에너지 생산과 동시에 전력 소비 가능한 부하가 연결될 수 있다. 따라서, 노드의 전압 조정부(210,220)가 제어되는 추천 전압은 재생에너지 발전량(D10)과 부하 전력사용량(D20)을 반영하여 결정될 수 있다.
수배전반(100)에 배치되는 수전계통 노드의 미래 예측 전압은 예측 전압 산출부(420)에 의해서 얻어질 수 있다. 상기 예측 전압은, 상기 재생에너지 발전량(D10)으로부터 예측되는 미래의 재생에너지 발전량, 또는 상기 부하 전력사용량(D20)으로부터 예측되는 미래의 부하 전력사용량으로부터 산출될 수 있다.
후술하는 부하 예측 모델을 생성시(S200), 반영되는 부하별 전압 변동에는 예측되는 재생에너지 발전량 또는 예측되는 부하 전력사용량이 포함되어 예측 전압 또는 조정 전압이 산출될 수 있다.
도 3을 참조하면, 태양광, 또는 풍력을 포함하는 재생 에너지는 날씨와 시간에 따라 변동될 수 있다. 재생 에너지 발전량을 예측하는 방법에는, 과거 발전량을 입력값으로 미래 발전량을 예측하는 일변량 예측 방법, 또는 과거 발전량 이외에 날씨(기온, 운량 등) 등의 환경 요인을 포함하여 예측하는 다변량 예측 방법이 이용될 수 있다. 상기의 미래 재생에너지 발전량을 예측 또는 미래 부하 전력사용량을 예측하는 부하 예측 모델이 제어부(460)에 의해 생성될 수 있다.
재생에너지가 수전계통에 연계되면 수전계통의 노드 전압에 영향을 끼칠 수 있다. 특히, 부하의 수요보다 재생에너지의 출력이 높으면 역조류로 인해 전압이 상승할 수 있다. 전압 상승으로 인해 설비의 전압이 허용 범위에서 벗어날 가능성이 높아지고 최적 운영 구간에서 운영하기 어려워질 수 있다. 이를 극복하기 위해 재생에너지의 출력량을 실시간으로 예측할 수 있고, 재생에너지는 날씨와 시간에 영향을 많이 받으므로 이를 활용하여 예측할 수 있다.
예측 전압 산출부(420)는 미래의 재생에너지의 발전량 또는 미래의 부하 전력사용량을 이용하여 예측 전압을 산출할 수 있다. 조정 전압 산출부(440)는 보전 전압 강하(CVR)를 위한 최적 운영 구간에 포함되는 추천 전압이 되도록 하는 조정 전압을 산출할 수 있다.
제어부(460)가 전압 조정부(210,220)에 하달하는 조정 전압은, 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승을 포함하는 전압의 방향성 또는 경향성을 나타내거나, 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승의 구체적인 수치를 포함할 수 있다.
예측 전압과 최적 운영 구간의 비교에 의해 조정 전압의 방향이 결정될 수 있다. 예측 전압은 최적 운영 구간 대비 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승을 포함하는 방향성으로 표시될 수 있고, 조정 전압은 최적 운영 구간에 포함되는 추천 전압으로의 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승을 포함하는 방향성으로 표시될 수 있다.
예측전압이 전압 하강인 경우 조정 전압은 전압 상승으로 제어될 수 있고, 예측 전압이 전압 유지인 경우 조정 전압은 전압 유지될 수 있으며, 예측 전압이 전압 하강인 경우 조정 전압은 전압 상승으로 제어될 수 있다.
도 4는 상기 조정 전압의 방향성 또는 경향성을 나타내는 일 실시 예일 수 있고, 도 5는 도 4의 간략화된 다른 실시 예일 수 있으며, 도 6는 조정 전압이 구체적인 수치로 산출 표시된 것일 수 있다.
도 4를 참조하면, 미래의 재생에너지 발전량 및 미래의 부하 전력사용량은 각각 기준값에 대비하여 매우 낮음, 낮음, 유지, 높음, 또는 매우 높음 중 적어도 하나로 방향성 또는 경향성이 표시될 수 있다. 기준값의 일 예로, 미래의 재생에너지 발전량의 대비 기준값인 임계값, 또는 미래의 부하 전력사용량의 기준값인 평균 전력사용량이 제어부(460)에 의해 설정될 수 있다.
예를 들어, 재생에너지 발전량이 600kW로 임계값(400kW)보다 높다고 예측되고, 부하 전력사용량이 200kW로 평균 전력사용량(400kW) 대비 낮은 경우에는 계통에 전력이 추가로 공급되어 과전압을 유발할 수 있기 때문에 전압 조정이 필요할 수 있다. 이는 미래 재생에너지 발전량이 높음이고, 미래 부하 전력사용량이 낮음인 경우에 해당하고 예측 전압은 전압 상승일 수 있고, 조정 전압은 전압 하강일 수 있다.
이와같은 방식으로 나머지 경우에 대해서 설명한다.
미래 재생에너지 발전량이 낮음이고, 미래 부하 전력사용량이 높음인 경우에는, 예측 전압은 전압 하강일 수 있고, 조정 전압은 전압 상승일 수 있다.
따라서 상기 두 경우와 같이 예측되는 재생에너지 발전량, 및 예측되는 부하 전력사용량이 낮음 또는 높음 중 어느 하나로 서로 반대되는 방향을 가지는 경우, 예측 전압은 전압 하강 또는 전압 상승일 수 있다. 또한, 예측되는 재생에너지 발전량, 및 예측되는 부하 전력사용량이 낮음 또는 높음 중 어느 하나로 서로 반대되는 방향을 가지는 경우, 예측 전압의 방향은 재생에너지 발전량의 방향에 비례하여 결정될 수 있다.
미래 재생에너지 발전량이 낮음이고, 미래 부하 전력사용량이 유지인 경우에는, 예측 전압은 전압 하강 또는 전압 유지일 수 있고, 조정 전압은 전압 상승 또는 전압 유지일 수 있다. 이 경우 전압 유지는 구체적으로는 전압이 하강되었으나 그 하강된 정도가 적어 전압 조정을 할 필요가 없는 경우, 또는 하강된 예측 전압이 최적 운영 구간 내에 포함되는 경우를 포함할 수 있다.
미래 재생에너지 발전량이 높음이고, 미래 부하 전력사용량이 유지인 경우에는, 예측 전압은 전압 상승 또는 전압 유지일 수 있고, 조정 전압은 전압 하강 또는 전압 유지일 수 있다. 이 경우 전압 유지는 구체적으로는 전압이 상승되었으나 그 상승된 정도가 적어 전압 조정을 할 필요가 없는 경우, 또는 상승된 예측 전압이 최적 운영 구간 내에 포함되는 경우를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 두 경우와 같이 예측되는 재생에너지 발전량, 또는 예측되는 부하 전력사용량 중 하나가 낮음 또는 높음이고 나머지 하나가 유지인 경우, 예측 전압은 상기 낮음 또는 높음으로 산출된 것에 비례하여 또는 의하여 결정될 수 있다.
미래 재생에너지 발전량이 낮음이고, 미래 부하 전력사용량이 낮음인 경우에는, 예측 전압은 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승일 수 있고, 조정 전압은 전압 상승, 전압 유지, 또는 전압 하강일 수 있다.
미래 재생에너지 발전량이 높음이고, 미래 부하 전력사용량이 높음인 경우에는, 예측 전압은 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승일 수 있고, 조정 전압은 전압 상승, 전압 유지, 또는 전압 하강일 수 있다.
따라서, 상기와 같이 예측되는 재생에너지 발전량, 및 예측되는 부하 전력사용량이 동일한 방향성을 가지는 경우, 예측되는 재생에너지 발전량과 예측되는 부하 전력사용량의 상대적 비교에 의해 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승이 모두 가능할 수 있다. 이 경우 높음은 더 세분화되어 매우 높음과 높음으로, 낮음은 더 세분화되어 매우 낮음, 낮음으로 표시될 수 있다.
예를 들어, 미래 재생에너지 발전량이 매우 높음이고, 미래 부하 전력사용량이 높음인 경우에는, 예측 전압은 전압 상승일 수 있고, 조정 전압은 전압 하강일 수 있다.
미래 재생에너지 발전량이 높음이고, 미래 부하 전력사용량이 매우 높음인 경우에는, 예측 전압은 전압 하강일 수 있다. 미래 재생에너지 발전량이 낮음이고, 미래 부하 전력사용량이 매우 낮음인 경우에는, 예측 전압은 전압 상승일 수 있다.
미래 재생에너지 발전량이 매우 낮음이고, 미래 부하 전력사용량이 낮음인 경우에는, 예측 전압은 전압 상승일 수 있고, 조정 전압은 전압 하강으로 제어될 수 있다. 이는 재생에너지 발전량이 낮은 경우에는 재생에너지 발전량과 부하 전력사용량의 관계보다는 부하 전력사용량 자체 변화에 따른 전압 변화가 크게 나타날 수 있기 때문일 수 있다. 또한, 전압 변화 방향과 부하 전력사용량은 반대로 움직이는 경향이 있을 수 있다. 따라서, 재생에너지 발전량이 매우 낮음이고 부하 전력사용량이 낮은 경우, 예측 전압이 전압 상승으로 될 확률이 높아질 수 있다.
도 5는 도 4를 더 간략화하여 미래 재생에너지 발전량, 및 미래 부하 전력사용량 각각의 기준값을 설정하지 않고 서로를 대비하여 예측 전압의 경향성을 판단한 것일 수 있다.
예측되는 재생에너지 발전량이 예측되는 부하 전력사용량과 대비하여 더 낮은 경우, 예측 전압은 전압 상승, 전압 유지, 또는 전압 하강일 수 있고, 조정 전압은 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승으로 제어될 수 있다. 이 경우 전압 유지는 구체적으로는 전압이 하강되었으나 그 하강된 정도가 적어 전압 조정을 할 필요가 없는 경우, 또는 하강된 예측 전압이 최적 운영 구간 내에 포함되는 경우를 포함할 수 있다.
예측되는 재생에너지 발전량이 예측되는 부하 전력사용량과 대비하여 동일한 경우, 예측 전압은 전압 유지일 수 있다.
예측되는 재생에너지 발전량이 예측되는 부하 전력사용량과 대비하여 더 높은 경우, 예측 전압은 전압 유지 또는 전압 상승일 수 있다. 이 경우 전압 유지는 구체적으로는 전압이 상승되었으나 그 상승된 정도가 적어 전압 조정을 할 필요가 없는 경우, 또는 상승된 예측 전압이 최적 운영 구간 내에 포함되는 경우를 포함할 수 있다.
도 6은 도 4의 구체적인 수치가 제시된 것일 수 있다. 도 6은 1 내지 7 행은 도 4의 1 내지 7행의 구체적인 예로 대응될 수 있다. 도 6은 보전 전압 강하(CVR)를 위한 최적 운영 구간이 210~213V으로 설정된 경우일 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.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 전압 제어 장치의 전압 조정부 구조는, 복수의 개별 부하가 하나의 수전계통 노드에 연결되고 상기 공통의 수전계통 노드에 제1 전압 조정부(210)가 배치되는 경우, 또는 상기 제1 전압 조정부(210)에 더해 상기 복수의 개별 부하마다 제2 전압 조정부(220)가 배치되는 경우 중 어느 하나일 수 있다.
전자의 1단의 전압 조정부(210) 구조에서, 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.
후자의 2단 구조의 전압 조정부(210,220) 구조에서, 관리 서버(400)에는 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.
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 10은 전압 조정부(210,220)의 조정 전압을 하강, 유지, 또는 상승을 포함하는 방향 또는 경향성으로 나타낸 것일 수 있고, 도 11은 예측 전압과 조정 전압을 구체적인 수치로 나타낸 것일 수 있다. 도 11은 수전계통 노드의 부하가 가정용으로 공칭 전압 220V인 경우일 수 있고, 도 11은 노드의 최적 운영 구간이 210~213V로 설정된 경우일 수 있다. 도 10 및 도 11은 수용가 또는 개소의 노드에 수배전반(100), 제1 부하(L1), 및 제2 부하(L2)이 포함된 것일 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하여 예측 전압 및 조정 전압간의 관계에 대해 구체적으로 살펴본다. 도 10 및 도 11은 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.
상위 계층의 노드는 수배전반(100)일 수 있고, 상위 계층 노드의 전압은 제1 전압 조정부(210)에 의해서 제어될 수 있다. 하위 계층의 노드는 제1 부하(L1) 및 제2 부하(L2)일 수 있고, 하위 계층 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 상위 계층의 노드에 연결된 모든 하위 계층의 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.
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.
전력계통(10)에 전력을 공급 또는 배전하는 전력공급측에는, 한전과 같이 전력계통에 전력을 공급하거나 필요시 수요 반응(DR, demand request) 발령을 내릴 수 있는 전력 거래소, 또는 전력 거래소로 생산한 전력을 공급하는 전력 발전소가 포함될 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 수요자원을 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.
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 상위 계층인 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 상위 계층인 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.
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
500... 데이터 수집부 600... 데이터 저장부
L1... 제1 부하 L1a... 제1 계측장치
L2... 제2 부하 L2a... 제2 계측장치
Ln... 제n 부하 Lna... 제n 계측장치
D10... 재생에너지 출력량 D20... 부하 전력사용량
D30... 과거 전력 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
500... 데이터 수집부 600... 데이터 저장부
L1... 제1 부하 L1a... 제1 계측장치
L2... 제2 부하 L2a... 제2 계측장치
Ln... 제n 부하 Lna... 제n 계측장치
D10... 재생에너지 출력량 D20... 부하 전력사용량
D30... 과거 전력 데이터
Claims (12)
- 전력계통으로부터 공급되는 전력을 복수의 수전계통 노드로 분배하는 수배전반;
상기 수전계통 노드로부터 실시간으로 연속적인 전력 데이터를 전송받고, 상기 수전계통 노드의 예측 전압을 산출하는 예측 전압 산출부;
보전 전압 강하(CVR, conservation voltage reduction)를 위한 조정 전압을 산출하는 조정 전압 산출부;
상기 조정 전압을 전송받아 상기 수배전반의 전압 및 수전계통 노드의 전압을 제어하는 전압 조정부;
상기 수전계통 노드의 상기 보전 전압 강하(CVR)을 위한 최적 운영 구간을 설정하는 제어부; 를 포함하고,
상기 수전계통 노드가 가동 가능한 허용 범위 내의 저전압은 상기 최적 운영 구간에 포함되고,
상기 수전계통 노드는, 상기 허용 범위 내의 저전압에 의해 운영되면, 보존 전압 강하 효과를 얻으며,
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 수전계통의 인근 및 수배전반의 인근의 수요관리사업자에 의해 수행되고,
부하를 포함하는 수전계통 노드의 일부는, 태양광 또는 풍력을 포함하는 재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하고, 상기 전력계통으로 생산한 전력을 역전송하며,
상기 예측 전압은, 상기 수전계통 노드의 과거 재생 에너지 발전량으로부터 예측되는 미래 재생 에너지 발전량, 및 상기 수전계통 노드의 과거 전력 사용량으로부터 예측되는 미래 전력 사용량으로부터 산출되고,
상기 제어부는 상기 수전계통 노드 및 상기 수배전반이 추천 전압에 따라 동작되도록 제어하며,
상기 조정 전압은, 상기 예측 전압 및 최적 운영 구간을 비교하여 상기 예측 전압이 상기 최적 운영 구간을 벗어나도록 예측되면, 상기 추천 전압이 상기 최적 운영 구간 내에 포함되도록 결정되고,
전력계통의 상위계통으로부터 공급되는 전력은 전력계통의 하위계통에 위치하는 제1 수전계통 노드로부터 복수의 제2 수전계통 노드로 분기되며,
복수의 제2 수전계통 노드 중 적어도 일부는 재생에너지를 생산하여 전력계통으로 역전송하며,
상기 제1 수전계통 노드 및 제2 수전계통 노드의 예측 전압 또는 조정 전압 산출을 위해 사용되는 과거 전력 데이터에는, 상기 제2 수전계통 노드 중 일부에서 생산하는 재생 에너지 발전량, 또는 다른 일부에서 소비하는 전력 사용량이 포함되고,
미래 재생 에너지 발전량이 미래 전력 사용량과 대비하여 더 낮은 경우, 상기 제2 수전계통 노드의 예측 전압은 전압 상승, 전압 유지 또는 전압 하강으로 산출되고,
미래 재생 에너지 발전량이 미래 전력 사용량과 대비하여 동일한 경우, 상기 제2 수전계통 노드의 예측 전압은 전압 유지로 산출되며,
미래 재생 에너지 발전량이 미래 전력 사용량과 대비하여 더 높은 경우, 상기 제2 수전계통 노드의 예측 전압은 전압 유지 또는 전압 상승으로 산출되고,
상기 전압 유지에는, 상기 예측 전압이 하강 또는 상승하나 상기 하강 또는 상승된 정도가 적어 전압 조정 필요가 없는 경우, 또는 상기 하강되거나 상승된 예측 전압이 보전 전압 강하을 위한 최적 운영 구간 내에 포함되는 경우가 포함되며,
상기 전압 조정부는, 상기 제1 수전계통 노드에 배치되는 제1 전압 조정부, 및 제2 수전계통 노드에 연결되는 복수의 제2 전압 조정부를 포함하고,
상호 동일한 경향성 또는 다른 경향성을 포함하는 복수의 제2 수전계통 노드의 예측 전압 간의 관계에 따라, 상기 제1 전압 조정부 및 복수의 제2 전압 조정부의 조정 전압이 결정되는 전압 제어 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 수전계통 노드의 전력 데이터를 수집하는 데이터 수집부, 또는 상기 데이터 수집부에서 수집된 전력 데이터를 저장하는 데이터 저장부를 포함하고,
상기 데이터 수집부 또는 데이터 저장부는 상기 예측 전압 산출부로 상기 수전계통 노드의 과거 전력 데이터를 전송하는 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 수전계통 노드에 포함되는 일부 부하 중 태양광 또는 풍력을 포함하는 재생 에너지를 생산하는 부하의 과거 재생 에너지 발전량을 입력값으로 하여 미래 재생 에너지 발전량을 예측하거나, 상기 과거 재생 에너지 발전량 이외에 날씨를 포함하는 환경 요인을 고려하여 미래 재생 에너지 발전량을 예측하는 부하 예측 모델을 생성하는 제어부를 포함하는 전압 제어 장치.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 수전계통 노드의 미래 재생 에너지 발전량 및 미래 전력 사용량은 각각의 기준값에 대비하여 매우 낮음, 낮음, 유지, 높음, 또는 매우 높음 중 적어도 하나로 방향성 또는 경향성이 표시되며,
예측되는 미래 재생 에너지 발전량, 및 예측되는 미래 전력 사용량이 낮음 또는 높음 중 어느 하나로 서로 반대되는 방향성을 가지는 경우, 상기 예측 전압은 전압 하강 또는 전압 상승으로 산출되는 전압 제어 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 수전계통 노드의 미래 재생 에너지 발전량 및 미래 전력 사용량은 각각의 기준값에 대비하여 매우 낮음, 낮음, 유지, 높음, 또는 매우 높음 중 적어도 하나로 방향성 또는 경향성이 표시되며,
예측되는 미래 재생 에너지 발전량과 예측되는 미래 전력 사용량 중 하나가 낮음 또는 높음이고 나머지 하나가 전압 유지인 경우, 상기 예측 전압은, 상기 낮음 또는 높음으로 산출된 것에 따라 전압 하강 또는 전압 상승으로 산출되거나 전압 유지로 산출되는 전압 제어 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 수전계통 노드의 미래 재생 에너지 발전량 및 미래 전력 사용량은 각각의 기준값에 대비하여 매우 낮음, 낮음, 유지, 높음, 또는 매우 높음 중 적어도 하나로 방향성 또는 경향성이 표시되며,
미래 재생 에너지 발전량, 및 미래 전력 사용량이 동일한 방향성을 가지는 경우, 상기 예측 전압은, 미래 재생 에너지 발전량과 미래 전력 사용량의 상대적 비교에 의해 전압 하강, 전압 유지, 또는 전압 상승 중 하나로 산출되는 전압 제어 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 수전계통 노드의 미래 재생 에너지 발전량 및 미래 전력 사용량은 각각의 기준값에 대비하여 매우 낮음, 낮음, 유지, 높음, 또는 매우 높음 중 적어도 하나로 방향성 또는 경향성이 표시되며,
미래 재생 에너지 발전량이 매우 높음이고 미래 전력 사용량이 높음인 경우에는 상기 예측 전압은 전압 상승으로 산출되고, 미래 재생 에너지 발전량이 높음이고 미래 전력 사용량이 매우 높음인 경우에는 상기 예측 전압은 전압 하강으로 산출되며, 미래 재생 에너지 발전량이 낮음이고 미래 전력 사용량이 매우 낮음인 경우에는 상기 예측 전압은 전압 상승으로 산출되는 전압 제어 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 수전계통 노드의 미래 재생 에너지 발전량 및 미래 전력 사용량은 각각의 기준값에 대비하여 매우 낮음, 낮음, 유지, 높음, 또는 매우 높음 중 적어도 하나로 방향성 또는 경향성이 표시되며,
미래 재생 에너지 발전량이 매우 낮음이고 미래 전력 사용량이 낮음인 경우에는, 상기 예측 전압은 상기 전력 사용량의 변화에 대한 의존도가 높아져 상기 예측 전압은 전압 상승으로 산출되고, 상기 조정 전압은 전압 하강으로 제어되는 전압 제어 장치.
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Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210190169A KR102512324B1 (ko) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 재생 에너지를 연계한 부하 예측 모델 기반의 전압 최적화 제어를 통한 보전 전압 강하를 위한 전압 제어 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210190169A KR102512324B1 (ko) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 재생 에너지를 연계한 부하 예측 모델 기반의 전압 최적화 제어를 통한 보전 전압 강하를 위한 전압 제어 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102512324B1 true KR102512324B1 (ko) | 2023-03-22 |
Family
ID=86006089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210190169A KR102512324B1 (ko) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 재생 에너지를 연계한 부하 예측 모델 기반의 전압 최적화 제어를 통한 보전 전압 강하를 위한 전압 제어 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102512324B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102661087B1 (ko) * | 2023-05-26 | 2024-04-29 | 주식회사 크로커스 | 선로에 의한 전력 손실을 고려한 전압 제어 장치 및 전압 제어 방법 |
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-
2021
- 2021-12-28 KR KR1020210190169A patent/KR102512324B1/ko active IP Right Grant
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