KR102522118B1 - 스마트 분산전원의 전압-무효전력 및 주파수-유효전력 제어 곡선 설정 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

스마트 분산전원의 전압-무효전력 및 주파수-유효전력 제어 곡선 설정 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 컴퓨터 프로그램 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 분산전원의 전압-무효전력 및 주파수-유효전력 제어 곡선을 설정하는 방법에 관한 것으로,
스마트 분산전원의 전압(V)-무효전력(Q) 곡선 설정 방법에 있어서, 계통 규정에서 허용하는 범위 내에서 전압 최솟값(Vmin) 및 최댓값(Vmax), 전압의 dead band의 최솟값(VDBmin) 및 최댓값(VDBmax), 출력가능한 무효전력의 최댓값(Qavail)을 설정하는 범위 설정 단계; 상기 전압 최솟값(Vmin) 내지 전압 최댓값(Vmax)까지의 범위를 기 설정된 개수의 전압 구간으로 분할하는 전압 구간 분할 단계; 통합관리 시스템으로부터 수신한 분산전원의 전압값 및 무효전력값에 기초하여, 상기 각 전압 구간의 dV/dQ 평균값을 산출하는 단계; 및 산출된 dV/dQ 평균값에 따라 상기 각 전압 구간의 전압-무효전력 곡선의 기울기를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법을 개시한다.

Description

스마트 분산전원의 전압-무효전력 및 주파수-유효전력 제어 곡선 설정 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 컴퓨터 프로그램{METHOD, APPARATUS AND COMPUTER PROGRAM FOR SETTING CONTROL CURVE OF VOLTAGE-VAR AND FREQUENCY-WATT OF SMART DISTRIBUTED ENERGY RESOURCE}
본 발명은 배전시스템 또는 마이크로그리드 내에서 스마트 분산전원의 제어 곡선을 설정하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 IEC 61850-90-7에서 제시하는 분산전원들의 전압-무효전력 및 주파수-유효전력 제어 곡선을 설정하는 방법에 관한 것이다.
배전시스템 또는 마이크로그리드 내에서 각 분산전원에 대한 효과적인 제어를 위하여 전압, 전류 등의 데이터를 수집하여 전압-무효전력, 주파수-유효전력 등을 제어 곡선으로 표시한다.
종래에는 제어 곡선을 설정하기 위해 제어 변수가 곡선의 변곡점이 아니라 유효전력 및 무효전력의 출력 지령을 직접 제어하는 방식이었고, 이러한 경우, IEC 61850-90-7에서 제시하는 전압-무효전력 또는 주파수-유효전력 곡선의 파라미터(변곡점)를 설정할 수 없었다. 또한, 각 곡선을 단일 기울기로 표시하였으므로 각 전압 구간마다 달라지는 계통의 특성을 반영하지 못하였다. 구체적으로는 전압-무효전력 제어 곡선을 설정하는 경우에는 계통 상황에 따라 변하며 계통의 모선마다 다른 값을 갖는 전압-무효전력 민감도를 고려하지 않았고, 주파수/유효전력 제어 곡선을 설정하는 경우에는 계통마다 관성이 상이함을 고려하지 않는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 전압-무효전력 제어 곡선 설정의 경우에는 전압-무효전력 민감도(dV/dQ)와 수집된 계통의 정보를 고려하여 전압 안정도 및 무효전력 효율을 향상시키고,
주파수-유효전력 제어 곡선 설정의 경우에는 계통의 관성과 분산전원 발전량 조절로 인한 경제적 손실, 주파수 보조 제어로 인한 경제적 이익을 더 고려하여 주파수 안정도 및 유효전력 효율을 향상시키는 스마트 분산전원의 전압-무효전력 및 주파수-유효전력 제어 곡선 설정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 스마트 분산전원의 전압(V)-무효전력(Q)제어 곡선 설정 방법은,
계통 규정에서 허용하는 범위 내에서 전압 최솟값(Vmin) 및 최댓값(Vmax), 전압의 dead band의 최솟값(VDBmin) 및 최댓값(VDBmax), 출력가능한 무효전력의 최댓값(Qavail)을 설정하는 범위 설정 단계; 상기 전압 최솟값(Vmin) 내지 전압 최댓값(Vmax)까지의 범위를 기 설정된 개수의 전압 구간으로 분할하는 전압 구간 분할 단계; 통합관리 시스템으로부터 수신한 분산전원의 전압값 및 무효전력값에 기초하여, 상기 각 전압 구간의 dV/dQ 평균값을 산출하는 단계; 및 산출된 dV/dQ 평균값에 따라 상기 각 전압 구간의 전압-무효전력 곡선의 기울기를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 범위 설정 단계는, 공칭 전압값(1 pu)을 기준으로 전압 변동이 기 설정된 빈도 이상으로 발생하는 구간을 전압의 dead band로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압 구간 분할 단계는, 상기 통합관리 시스템으로부터 수신한 각 전압값의 빈도수에 기초하여 상기 전압 구간의 폭을 서로 다르게 설정할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 스마트 분산전원의 전압(V)-무효전력(Q)제어 곡선 설정 장치는,
통합관리 시스템으로부터 계통 규정에서 허용하는 전압 최솟값(Vmin) 및 최댓값(Vmax), 전압의 dead band의 최솟값(VDBmin) 및 최댓값(VDBmax), 출력가능한 무효전력의 최댓값(Qavail)을 수신하는 통신부; 상기 전압 최솟값(Vmin) 내지 전압 최댓값(Vmax)의 범위를 기 설정된 개수의 전압 구간으로 분할하고, 상기 통합관리 시스템으로부터 수신한 분산전원의 전압값(V) 및 무효전력값(Q)에 기초하여 상기 전압 구간의 dV/dQ 평균값을 산출하여 각 전압 구간의 곡선 기울기를 설정하는 제어부; 및 전압-무효전력 그래프 상에 상기 곡선을 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 스마트 분산전원의 전압(V)-무효전력(Q) 제어 곡선 설정 방법은,
계통 규정에서 허용하는 범위 내에서 전압의 최솟값(Vmin) 및 최댓값(Vmax), 전압의 dead band의 최솟값(VDBmin) 및 최댓값(VDBmax), 출력가능한 무효전력의 최댓값(Qavail), 유효전력의 출력이 최대일 때의 무효전력의 최댓값(Qmin,avail), 곡선 기울기의 최솟값 및 최댓값을 설정하는 범위 설정 단계; 통합관리 시스템으로부터 실시간으로 dV/dQ 값을 수신하는 단계; 및 상기 곡선 기울기의 최솟값 내지 최댓값의 범위 내에서, 현재 수신된 dV/dQ가 이전에 수신된 dV/dQ보다 작으면 이전의 전압-무효전력 곡선 기울기보다 가파르게 설정하고, 현재 수신된 dV/dQ가 이전에 수신된 dV/dQ보다 크면 이전의 전압-무효전력 곡선 기울기보다 완만하게 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 스마트 분산전원의 전압(V)-무효전력(Q) 제어 곡선 설정 장치는,
통합관리 시스템으로부터 계통 규정에서 허용하는 전압 최솟값(Vmin) 및 최댓값(Vmax), 전압의 dead band의 최솟값(VDBmin) 및 최댓값(VDBmax), 곡선 기울기의 최솟값 및 최댓값을 수신하는 통신부; 상기 통합관리 시스템으로부터 실시간으로 dV/dQ 값을 수신하고, 상기 곡선 기울기의 최솟값 내지 최댓값의 범위에서, 현재 수신된 dV/dQ가 이전에 수신된 dV/dQ보다 작으면 이전의 전압-무효전력 곡선 기울기보다 가파르게 설정하고, 현재 수신된 dV/dQ가 이전에 수신된 dV/dQ보다 크면 이전의 전압-무효전력 곡선 기울기보다 완만하게 설정하는 제어부; 및 전압-무효전력 그래프 상에 상기 곡선을 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 스마트 분산전원의 주파수(f)-유효전력(W) 제어 곡선 설정 방법은,
계통 규정에서 허용하는 범위 내에서 주파수의 최솟값(fmin) 및 최댓값(fmax), 주파수의 dead band의 최솟값(fDBmin) 및 최댓값(fDBmax), 출력가능한 유효전력의 최댓값(Pavail) 및 주파수 제어로 인한 이익이 발전량 감소로 인한 손실 이상이 되는 범위를 만족시키는 유효전력의 최솟값(Pmin)을 설정하는 범위 설정 단계; 통합관리 시스템으로부터 수신한 계통의 관성에 기초하여, 상기 주파수 dead band의 최댓값(fDBmax)과 출력가능한 유효전력의 최댓값(Pavail)의 교점과, 상기 주파수 dead band의 최댓값(fDBmax) 이상이고 상기 주파수의 최댓값(fmax) 이하인 범위에서 상기 유효전력의 최솟값(Pmin)을 지나는 특정점을 잇는 제1 f-W 곡선을 설정하는 단계; 및 상기 제1 f-W 곡선과 평행하고 상기 제1 f-W 곡선으로부터 상기 주파수의 dead band 만큼 이격된 위치에 제2 f-W 곡선을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 범위 설정 단계는, 공칭 주파수 값을 기준으로 주파수 변동이 기 설정된 빈도 이상으로 발생하는 구간을 주파수의 dead band로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 f-W 곡선을 설정하는 단계는, 계통의 관성 크기가 커지는 경우에는 상기 특정점을 상기 주파수의 최댓값(fmax)에 근접시키고, 상기 계통의 관성 크기가 작아지는 경우에는 상기 특정점을 상기 주파수 dead band의 최댓값(fDBmax)에 근접시킬 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 스마트 분산전원의 주파수(f)-유효전력(W) 제어 곡선 설정 장치는,
통합관리 시스템으로부터 계통 규정에서 허용하는 범위 내에서 주파수의 최솟값(fmin) 및 최댓값(fmax), 주파수의 dead band의 최솟값(fDBmin) 및 최댓값(fDBmax), 출력가능한 유효전력의 최댓값(Pavail)을 수신하는 통신부; 주파수 제어로 인한 이익이 발전량 감소로 인한 손실 이상이 되는 범위를 만족시키는 유효전력의 최솟값(Pmin)을 설정하고, 상기 통합관리 시스템으로부터 수신한 계통의 관성에 기초하여 상기 주파수 dead band의 최댓값(fDBmax)과 출력가능한 유효전력의 최댓값(Pavail)의 교점과, 상기 주파수 dead band의 최댓값(fDBmax) 이상이고 상기 주파수의 최댓값(fmax) 이하인 범위에서 상기 유효전력의 최솟값(Pmin)을 지나는 특정점을 잇는 제1 f-W 곡선을 설정하고, 상기 제1 f-W 곡선과 평행하고 상기 제1 f-W 곡선으로부터 상기 주파수의 dead band 만큼 이격된 위치에 제2 f-W 곡선을 설정하는 설정하는 제어부; 및 주파수-유효전력 그래프 상에 상기 제1 f-W 곡선 및 제2 f-W 곡선을 포함하는 히스테리시스 루프를 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 스마트 분산전원의 전압-무효전력 및 주파수-유효전력 제어 곡선 설정 방법에 따르면, 전압 및 주파수 안정도 향상과 무효전력 및 유효전력 자원의 효율적인 사용이 가능하다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법의 순서를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법의 일례를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 통합관리 시스템에서 각 모선으로부터 수집 및 계산하는 데이터를 도시한 표이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법의 순서를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법의 일례를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법의 순서를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법의 일례를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 장치를 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.
이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 컴퓨터 프로그램을 예시적인 실시 형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 명세서 전반에서 사용되는 약어에 대한 설명은 아래 표 1과 같다.
Vmin 계통 규정에서 허용하는 최소 전압값
Vmax 계통 규정에서 허용하는 최대 전압값
VDBmin 계통 전압의 최소 dead band 값
VDBmax 계통 전압의 최대 dead band 값
Qavail 계통 전압의 최대 dead band 값
Qmin,avail 출력 가능한 최대 무효전력 값
fmin 계통 규정에서 허용하는 최소 주파수 값
fDBmin 계통 주파수의 최소 dead band 값
fDBmax 계통 주파수의 최대 dead band 값
Pavail 출력 가능한 최대 유효전력 값
Pmin 분산전원이 최대로 감발하여 낼 수 있는 유효전력 값
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법을 설명한다. 본 발명의 제1 실시예는 스마트 분산전원의 전압(V)-무효전력(Q) 곡선을 설정하는 방법에 관한 것으로, 구간별로 곡선을 설정하는 방법이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법은 범위 설정 단계(S110), 전압 구간 분할 단계(S120), dV/dQ 평균값 산출 단계(S130) 및 곡선 기울기 설정 단계(S140)를 포함하여 구성될 수 있다.
우선, S110 단계에서 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 장치(100)는 계통 규정에서 허용하는 범위 내에서 전압 축의 전압 최솟값(Vmin), 전압 최댓값(Vmax), 전압의 dead band의 최솟값(VDBmin), 전압의 dead band의 최댓값(VDBmax), 무효전력 축의 출력가능한 무효전력의 최댓값(Qavail)을 설정할 수 있다. 여기서, 상기 출력가능한 무효전력의 최댓값(Qavail)은 스마트 분산전원의 예상 유효전력 출력, 인버터 용량을 기반으로 설정될 수 있다. 본 단계는 전압-무효전력 곡선이 표시될 바운더리를 설정하는 단계이다.
보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선은 전압(V)를 x축으로 하고, 무효전력(Q)을 y축으로 하는 그래프에 도시될 수 있다. 전압값은 상기 전압 최솟값(Vmin) 내지 전압 최댓값(Vmax)까지의 범위 내에서, 무효전력값은 출력가능한 무효전력의 최댓값(Qavail)까지의 범위 내에서 도시될 수 있다.
또한, 전압 최솟값(Vmin) 내지 전압 최댓값(Vmax)까지의 범위 내에 전압의 dead band의 최솟값(VDBmin) 및 dead band의 최댓값(VDBmax)이 설정될 수 있다. 상기 전압의 dead band는 통합관리 시스템(200)으로부터 수집하여 산출한 공칭 전압값(1 pu)을 기준으로 전압의 변동이 기 설정된 빈도 이상으로 발생하는 특정 구간으로 설정될 수도 있다.
S120 단계에서는 상기 전압 최솟값 내지 전압 최댓값까지의 범위를 복수의 전압 구간으로 분할할 수 있다. 하나의 전압 구간에는 특정한 기울기를 갖는 하나의 직선이 설정될 수 있다.
전압 구간을 분할하는 방법으로, 도 2와 같이, 상기 통합관리 시스템(200)으로 수신한 데이터를 기반으로 분산전원이 연계되는 모선의 하루 동안의 전압 분포를 참고하여 빈도수가 높은 수 개의 전압값들(도 2의 빨간색 점)을 기준으로 전압 제어 범위 구간을 나눌 수 있다.
분할되는 전압 구간의 개수는 사용자의 의도 및 목적에 따라 다르게 설정할 수 있다. 제어 곡선을 보다 상세히 나타내고자 하는 경우에는 분할되는 전압 구간의 개수를 늘리고, 개략적으로만 나타내고자 하는 경우에는 분할되는 전압 구간의 개수를 줄이는 방법으로 유동적으로 설정할 수 있다.
S130 단계에서는 통합관리 시스템(200)으로부터 분산전원의 전압값 및 무효전력값을 수신하고, 이를 이용하여 각 전압 구간의 dV/dQ 평균값을 산출할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 통합관리 시스템(200)은 복수의 모선과 본 발명에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 장치(100)를 매개한다. 상기 모선으로부터 일정 시간 간격으로 계속적으로 계통 데이터를 수집하고 저장할 수 있으며, 시간대별로 저장된 데이터를 이용하여 모선 별 발전량, 부하량, 전압-무효전력 민감도(dV/dQ) 등을 계산할 수도 있다. 상기 dV/dQ는 Jacobian 행렬에 역행렬을 취하는 방법 등을 이용하여 산출할 수 있다.
상기 계통 데이터 및 계산값을 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 장치(100)로 전송할 수 있다. 상기 계통 데이터는 계통의 모선 별 전압과 전류, 계통 관성 등의 정보를 포함할 수 있다.
도 3은 30분 단위로 계통 데이터를 수집하고 계산하는 일간 곡선 결정 방법의 일례를 도시한 것이나, 데이터가 충분히 많다면 시간별, 요일별, 월별 또는 off-peak/peak 간의 시간단위로도 설정이 가능하다.
S140 단계에서는 각 전압 구간별로 산출된 dV/dQ 평균값을 해당 전압 구간의 직선 기울기로 하여 도 2와 같이 전압-무효전력 제어 곡선을 설정할 수 있다.
산출된 dV/dQ 평균값의 크기를 비교하여 상대적으로 dV/dQ 평균값이 큰 전압 구간에는 기울기를 완만하게 설정하고, dV/dQ 평균값이 상대적으로 작은 전압 구간에는 기울기를 가파르게 설정할 수 있다.
상기 본 발명의 제1 실시예는 전압 구간과 시간대마다 dV/dQ가 달라지는 폭이 큰 경우에 효과적으로 사용할 수 있는 방법이다.
도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법을 설명한다. 본 발명의 제2 실시예는 스마트 분산전원의 전압(V)-무효전력(Q) 곡선을 설정하는 방법에 관한 것으로 지속적으로 곡선의 기울기를 업데이트하는 방법이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법은 범위 설정 단계(S210), 실시간으로 dV/dQ 값을 산출하는 단계(S220), 현재 수신된 dV/dQ와 이전에 수신된 dV/dQ를 비교하여(S230), 그에 따라 곡선 기울기를 조절하는 단계(S242, S244)를 포함하여 구성될 수 있다.
우선, S210 단계에서는 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 장치(100)는 계통 규정에서 허용하는 범위 내에서 전압 축의 전압 최솟값(Vmin), 전압 최댓값(Vmax), 전압의 dead band의 최솟값(VDBmin), 전압의 dead band의 최댓값(VDBmax), 출력가능한 무효전력의 최댓값(Qavail), 유효전력의 출력이 최대일 때의 무효전력의 최댓값(Qmin,avail), 곡선 기울기의 최솟값 및 최댓값을 설정할 수 있다. 본 단계는 전압-무효전력 곡선이 표시될 바운더리를 설정하는 단계이다.
상기 유효전력의 출력이 최대일 때의 무효전력의 최댓값(Qmin,avail)은 통합관리 시스템(200)으로부터 수신한 데이터에 기초하여 설정될 수 있다. 또한, 곡선 기울기의 최솟값 및 최댓값은 각각 통합관리 시스템(200)으로부터 수신한 dV/dQ의 최솟값 및 최댓값과 동일하게 설정할 수 있다. 이외에 dead band 및 출력가능한 무효전력의 최댓값(Qavail)은 상기 S110 단계에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 설정될 수 있다.
S220 단계에서는 상기 통합관리 시스템(200)으로부터 실시간으로 및 기 설정된 시간 주기로 전압-무효전력 민감도(dV/dQ) 값을 수신할 수 있다. 본 실시예의 목적상 상기 시간 주기는 되도록 짧게 설정되는 것이 바람직할 것이다.
S230 단계에서는 현재 수신된 dV/dQ와 이전에 수신된 dV/dQ를 비교할 수 있다. 여기서, '이전에 수신된 dV/dQ'라 함은 전 단계(S220)에서 설정되는 dV/dQ의 수신 주기에 의존한다. 즉, dV/dQ가 1초 간격으로 수신되고, 현재시각이 오전 8시 10분 31초라면, '이전에 수신된 dV/dQ'는 오전 8시 10분 30초에 수신된 값임을 의미한다.
도 5를 참조하면, 빨간색 점이 현재의 운전점인 경우에 S230 단계에서 현재 수신된 dV/dQ 보다 이전에 수신된 dV/dQ가 더 큰 경우에는 해당 구간의 전압-무효전력 곡선 기울기를 이전보다 완만하게 연두색 점의 기울기로 설정하고(S242), 현재 수신된 dV/dQ 보다 이전에 수신된 dV/dQ가 더 작은 경우에는 해당 구간의 전압-무효전력 곡선 기울기를 이전보다 가파르게 보라색 점의 기울기로 설정할 수 있다(S244). 곡선의 기울기는 앞선 단계(S210)에서 설정된 곡선 기울기의 최솟값 내지 최댓값까지의 범위 내에서 설정될 수 있다.
상기 본 발명의 제2 실시예는 시간대 별로 전압이 크게 바뀌지 않거나 연산속도가 빠른 통합관리 시스템(200)에서 효과적으로 사용할 수 있는 방법이다.
도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법을 설명한다. 본 발명의 제3 실시예는 스마트 분산전원의 주파수(f)-유효전력(W) 곡선을 설정하는 방법에 관한 것으로, 발전량을 더 증가시킬 수 없는 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지원의 곡선을 설정하는 방법이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법은 범위 설정 단계(S310), 제1 f-W 곡선 설정 단계(S320) 및 제2 f-W 곡선 및 히스테리시스 루프 설정 단계(S330)를 포함하여 구성될 수 있다.
우선, S310 단계에서 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 장치(100)는 계통 규정에서 허용하는 범위 내에서 주파수(f) 축의 주파수의 최솟값(fmin) 및 최댓값(fmax), 주파수의 dead band의 최솟값(fDBmin) 및 최댓값(fDBmax), 유효전력(W) 축의 출력가능한 유효전력의 최댓값(Pavail) 및 주파수 제어로 인한 이익이 발전량 감소로 인한 손실 이상이 되는 범위를 만족시키는 유효전력의 최솟값(Pmin)을 설정할 수 있다. 본 단계는 주파수-유효전력 곡선이 표시될 바운더리를 설정하는 단계이다. 상기 유효전력의 최솟값(Pmin)은 발전량의 감소로 인한 손실 및 주파수 보조 제어로 인한 이익을 각각 수치화하고, 상기 발전량의 감소로 인한 손실이 주파수 보조 제어로 인한 이익을 초과하지 않도록 감발할 수 있는 최저 레벨의 유효전력값을 의미한다.
보다 구체적으로 도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선은 주파수(f)를 x축으로 하고, 유효전력(W)을 y축으로 하는 그래프에 도시될 수 있다. 주파수값은 상기 주파수의 최솟값(fmin) 내지 최댓값(fmax)까지의 범위에서, 유효전력값은 주파수 제어로 인한 이익이 발전량 감소로 인한 손실 이상이 되는 범위를 만족시키는 유효전력의 최솟값(Pmin) 내지 출력가능한 유효전력의 최댓값(Pavail)까지의 범위에서 도시될 수 있다.
또한, 주파수의 최솟값(fmin) 내지 주파수의 최댓값(fmax)까지의 범위 내에 주파수의 dead band의 최솟값(fDBmin) 및 주파수의 dead band 최댓값(fDBmax)이 설정될 수 있다. 상기 주파수의 dead band는 통합관리 시스템(200)에서 수집하여 산출한 공칭 주파수값을 기준으로 주파수의 변동이 기 설정된 빈도 이상으로 발생하는 특정 구간으로 설정될 수 있다. 한국의 경우, 상기 공칭 주파수 값은 60Hz이다.
S320 단계에서는 통합관리 시스템(200)으로부터 수신한 계통의 관성에 기초하여, 상기 주파수 dead band의 최댓값(fDBmax)과 출력가능한 유효전력의 최댓값(Pavail)의 교점(도 7의 X점)과, 상기 주파수 dead band의 최댓값(fDBmax) 이상이고 상기 주파수의 최댓값(fmax) 이하인 범위에서 상기 유효전력의 최솟값(Pmin)을 지나는 특정점(도 7의 A점)을 잇는 제1 f-W 곡선을 설정할 수 있다.
시스템 운영자 재량으로 계통의 최대 및 최소 관성값을 설정하여 최대 관성 값을 갖는 계통에는 최대 기울기로, 최소 관성 값을 갖는 계통에는 최소 기울기로 설정하며, 그 사이의 관성값을 갖는 계통은 그 관성의 크기가 커지는 경우에는 상기 특정점(도 7의 A점)를 상기 주파수 최댓값(fmax)에 근접시키고, 상기 계통의 관성 크기가 작아지는 경우에는 상기 특정점을 상기 주파수 dead band의 최댓값(fDBmax)에 근접시키는 방법으로 제1 f-W 곡선의 기울기를 조절할 수 있다.
S330 단계에서는 상기 제1 f-W 곡선과 평행하고 상기 제1 f-W 곡선으로부터 상기 주파수의 dead band 만큼 이격된 위치에 제2 f-W 곡선을 설정할 수 있다.
이로써, Pavail, 제1 f-W 곡선, Pmin 및 제2 f-W 곡선이 그리는 히스테리시스 루프가 설정될 수 있고, 상기 히스테리시스 루프는 주파수가 증가할 때는 파란색 곡선을 따르고, 주파수가 감소할 때는 빨간색 곡선을 따른다.
도 8은 본 발명에 따른 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 장치를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 스마트 분선전원의 제어 곡선 설정 장치(100)는 통신부(110), 제어부(120) 및 표시부(130)를 포함하여 구성될 수 있고, 통합관리 시스템(200)과 연결될 수 있다. 또한, 필요에 따라 상기 본 발명에 따른 제1 실시예 내지 제3 실시예의 방법을 수행할 수 있다. 이하, 각 실시예를 구분하여 설명한다.
- 본 발명의 제1 실시예에 따른 장치
통신부(110)는 통합관리 시스템(200)으로부터 계통 규정에서 허용하는 전압 최솟값(Vmin) 및 최댓값(Vmax), 전압의 dead band의 최솟값(VDBmin) 및 최댓값(VDBmax), 출력가능한 무효전력의 최댓값(Qavail)을 수신할 수 있다.
제어부(120)는 상기 전압 최솟값(Vmin) 내지 전압 최댓값(Vmax)의 범위를 기 설정된 개수의 전압 구간으로 분할하고, 상기 통합관리 시스템으로부터 수신한 분산전원의 전압값(V) 및 무효전력값(Q)에 기초하여 상기 전압 구간의 dV/dQ 평균값을 산출하여 각 전압 구간의 곡선 기울기를 설정할 수 있다.
표시부(130)는 전압-무효전력 그래프 상에 상기 곡선을 표시할 수 있다.
- 본 발명의 제2 실시예에 따른 장치
통신부(110)는 통합관리 시스템(200)으로부터 계통 규정에서 허용하는 전압 최솟값(Vmin) 및 최댓값(Vmax), 전압의 dead band의 최솟값(VDBmin) 및 최댓값(VDBmax), 곡선 기울기의 최솟값 및 최댓값을 수신할 수 있다.
제어부(120)는 상기 통합관리 시스템(200)으로부터 수신한 전압값(V) 및 무효전력값(Q)에 기초하여, 실시간으로 dV/dQ 값을 산출하고, 상기 곡선 기울기의 최솟값 내지 최댓값의 범위에서 상기 dV/dQ가 감소하면 현재의 전압-무효전력 곡선 기울기보다 가파르게 설정하고, 증가하면 현재의 전압-무효전력 곡선 기울기보다 완만하게 설정하는 곡선 기울기 설정할 수 있다.
표시부(130)는 전압-무효전력 그래프 상에 상기 곡선을 표시할 수 있다.
- 본 발명의 제3 실시예에 따른 장치
통신부(110)는 통합관리 시스템(200)으로부터 계통 규정에서 허용하는 범위 내에서 주파수(f) 축의 주파수의 최솟값(fmin) 및 최댓값(fmax), 주파수의 dead band의 최솟값(fDBmin) 및 최댓값(fDBmax), 유효전력(W) 축의 출력가능한 유효전력의 최댓값(Pavail)을 수신할 수 있다.
제어부(120)는 주파수 제어로 인한 이익이 발전량 감소로 인한 손실 이상이 되는 범위를 만족시키는 유효전력의 최솟값(Pmin)을 설정하고, 상기 통합관리 시스템으로부터 수신한 계통의 관성에 기초하여 상기 주파수 dead band의 최댓값(fDBmax)과 출력가능한 유효전력의 최댓값(Pavail)의 교점과, 상기 주파수 dead band의 최댓값(fDBmax) 이상이고 상기 주파수의 최댓값(fmax) 이하인 범위에서 상기 유효전력의 최솟값(Pmin)을 지나는 특정점을 잇는 제1 f-W 곡선을 설정하고, 상기 제1 f-W 곡선과 평행하고 상기 제1 f-W 곡선으로부터 상기 주파수의 dead band 만큼 이격된 위치에 제2 f-W 곡선을 설정하는 설정할 수 있다.
표시부(130)는 주파수-유효전력 그래프 상에 상기 제1 f-W 곡선 및 제2 f-W 곡선을 포함하는 히스테리시스 루프를 표시할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 작성된 프로그램은 매체에 저장될 수 있다.
상기 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 제어 곡선 설정 장치 110: 통신부
120: 제어부 130: 표시부
200: 통합관리 시스템

Claims (11)

  1. 스마트 분산전원의 전압(V)-무효전력(Q) 곡선 설정 방법에 있어서,
    계통 규정에서 허용하는 범위 내에서 전압 최솟값(Vmin) 및 최댓값(Vmax), 전압의 dead band의 최솟값(VDBmin) 및 최댓값(VDBmax), 출력가능한 무효전력의 최댓값(Qavail)을 설정하는 범위 설정 단계;
    상기 전압 최솟값(Vmin) 내지 전압 최댓값(Vmax)까지의 범위를 기 설정된 개수의 전압 구간으로 분할하는 전압 구간 분할 단계;
    통합관리 시스템으로부터 수신한 분산전원의 전압값 및 무효전력값에 기초하여, 상기 각 전압 구간의 dV/dQ 평균값을 산출하는 단계; 및
    산출된 dV/dQ 평균값에 따라 상기 각 전압 구간의 전압-무효전력 곡선의 기울기를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 범위 설정 단계는,
    공칭 전압값(1 pu)을 기준으로 전압 변동이 기 설정된 빈도 이상으로 발생하는 구간을 전압의 dead band로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압 구간 분할 단계는,
    상기 통합관리 시스템으로부터 수신한 각 전압값의 빈도수에 기초하여 상기 전압 구간의 폭을 서로 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법.
  4. 통합관리 시스템으로부터 계통 규정에서 허용하는 전압 최솟값(Vmin) 및 최댓값(Vmax), 전압의 dead band의 최솟값(VDBmin) 및 최댓값(VDBmax), 출력가능한 무효전력의 최댓값(Qavail)을 수신하는 통신부;
    상기 전압 최솟값(Vmin) 내지 전압 최댓값(Vmax)의 범위를 기 설정된 개수의 전압 구간으로 분할하고, 상기 통합관리 시스템으로부터 수신한 분산전원의 전압값(V) 및 무효전력값(Q)에 기초하여 상기 전압 구간의 dV/dQ 평균값을 산출하여 각 전압 구간의 곡선 기울기를 설정하는 제어부; 및
    전압-무효전력 그래프 상에 상기 곡선을 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 장치.
  5. 스마트 분산전원의 전압(V)-무효전력(Q) 곡선 설정 방법에 있어서,
    계통 규정에서 허용하는 범위 내에서 전압의 최솟값(Vmin) 및 최댓값(Vmax), 전압의 dead band의 최솟값(VDBmin) 및 최댓값(VDBmax), 출력가능한 무효전력의 최댓값(Qavail), 유효전력의 출력이 최대일 때의 무효전력의 최댓값(Qmin,avail), 곡선 기울기의 최솟값 및 최댓값을 설정하는 범위 설정 단계;
    통합관리 시스템으로부터 실시간으로 dV/dQ 값을 수신하는 단계; 및
    상기 곡선 기울기의 최솟값 내지 최댓값의 범위 내에서, 현재 수신된 dV/dQ가 이전에 수신된 dV/dQ보다 작으면 이전의 전압-무효전력 곡선 기울기보다 가파르게 설정하고, 현재 수신된 dV/dQ가 이전에 수신된 dV/dQ보다 크면 이전의 전압-무효전력 곡선 기울기보다 완만하게 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법.
  6. 통합관리 시스템으로부터 계통 규정에서 허용하는 전압 최솟값(Vmin) 및 최댓값(Vmax), 전압의 dead band의 최솟값(VDBmin) 및 최댓값(VDBmax), 곡선 기울기의 최솟값 및 최댓값을 수신하는 통신부;
    상기 통합관리 시스템으로부터 실시간으로 dV/dQ 값을 수신하고, 상기 곡선 기울기의 최솟값 내지 최댓값의 범위에서, 현재 수신된 dV/dQ가 이전에 수신된 dV/dQ보다 작으면 이전의 전압-무효전력 곡선 기울기보다 가파르게 설정하고, 현재 수신된 dV/dQ가 이전에 수신된 dV/dQ보다 크면 이전의 전압-무효전력 곡선 기울기보다 완만하게 설정하는 제어부; 및
    전압-무효전력 그래프 상에 상기 곡선을 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 장치.
  7. 스마트 분산전원의 주파수(f)-유효전력(W) 곡선 설정 방법에 있어서,
    계통 규정에서 허용하는 범위 내에서 주파수의 최솟값(fmin) 및 최댓값(fmax), 주파수의 dead band의 최솟값(fDBmin) 및 최댓값(fDBmax), 출력가능한 유효전력의 최댓값(Pavail) 및 주파수 제어로 인한 이익이 발전량 감소로 인한 손실 이상이 되는 범위를 만족시키는 유효전력의 최솟값(Pmin)을 설정하는 범위 설정 단계;
    통합관리 시스템으로부터 수신한 계통의 관성에 기초하여, 상기 주파수 dead band의 최댓값(fDBmax)과 출력가능한 유효전력의 최댓값(Pavail)의 교점과, 상기 주파수 dead band의 최댓값(fDBmax) 이상이고 상기 주파수의 최댓값(fmax) 이하인 범위에서 상기 유효전력의 최솟값(Pmin)을 지나는 특정점을 잇는 제1 f-W 곡선을 설정하는 단계; 및
    상기 제1 f-W 곡선과 평행하고 상기 제1 f-W 곡선으로부터 상기 주파수의 dead band 만큼 이격된 위치에 제2 f-W 곡선을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 범위 설정 단계는,
    공칭 주파수 값을 기준으로 주파수 변동이 기 설정된 빈도 이상으로 발생하는 구간을 주파수의 dead band로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 f-W 곡선을 설정하는 단계는,
    계통의 관성 크기가 커지는 경우에는 상기 특정점을 상기 주파수의 최댓값(fmax)에 근접시키고, 상기 계통의 관성 크기가 작아지는 경우에는 상기 특정점을 상기 주파수 dead band의 최댓값(fDBmax)에 근접시키는 것을 특징으로 하는 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법.
  10. 통합관리 시스템으로부터 계통 규정에서 허용하는 범위 내에서 주파수의 최솟값(fmin) 및 최댓값(fmax), 주파수의 dead band의 최솟값(fDBmin) 및 최댓값(fDBmax), 출력가능한 유효전력의 최댓값(Pavail)을 수신하는 통신부;
    주파수 제어로 인한 이익이 발전량 감소로 인한 손실 이상이 되는 범위를 만족시키는 유효전력의 최솟값(Pmin)을 설정하고, 상기 통합관리 시스템으로부터 수신한 계통의 관성에 기초하여 상기 주파수 dead band의 최댓값(fDBmax)과 출력가능한 유효전력의 최댓값(Pavail)의 교점과, 상기 주파수 dead band의 최댓값(fDBmax) 이상이고 상기 주파수의 최댓값(fmax) 이하인 범위에서 상기 유효전력의 최솟값(Pmin)을 지나는 특정점을 잇는 제1 f-W 곡선을 설정하고, 상기 제1 f-W 곡선과 평행하고 상기 제1 f-W 곡선으로부터 상기 주파수의 dead band 만큼 이격된 위치에 제2 f-W 곡선을 설정하는 설정하는 제어부; 및
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  11. 하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제3항, 제5항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항의 스마트 분산전원의 제어 곡선 설정 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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