KR102536455B1 - Apparatus and method for computing inertia of electric power system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 계통 정보를 입력받는 입력 모듈, 및 입력 모듈과 연결된 프로세서를 포함하고, 프로세서는, 입력 모듈을 통해 입력받은 계통 정보에 기반하여 신재생에너지 발전기 및 일반 발전기가 연계된 계통의 계통관성을 연산하고, 계통의 주파수 안정도 관리에 이용되도록 연산된 계통관성을 출력하는 것을 특징으로 한다.The present invention includes an input module receiving system information, and a processor connected to the input module, and the processor calculates system inertia of a system in which a renewable energy generator and a general generator are connected based on the system information input through the input module. It is characterized by calculating and outputting the calculated system inertia to be used for frequency stability management of the system.
Description
본 발명은 계통관성 연산 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system inertia calculation device and method.
국내를 비롯한 많은 국가에서 기후변화와 화석연료 고갈에 대한 대책으로 신재생에너지원의 도입을 적극적으로 추진하고 있다. 우리나라는 2030년까지 신재생에너지원의 전력생산 비율을 전체 전력생산량의 20%까지 확대하는 이행계획을 수립하여 신재생에너지원의 비중을 증가시키고 있다.Many countries, including Korea, are actively promoting the introduction of new and renewable energy sources as a countermeasure against climate change and fossil fuel depletion. Korea is increasing the share of new and renewable energy sources by establishing an implementation plan to increase the share of electricity generation from new and renewable energy sources to 20% of total electricity production by 2030.
일반적으로, 신재생에너지원 기반의 발전기는 비동기적 특성을 가지며, 계통의 변화에 따라 제어될 수 있는 유/무효전력 예비력을 보유할 수 없다. 더욱이, 태양광 및 풍력발전 등 인버터 기반의 발전기는 계통의 동적안정도 유지에 필수요소인 계통관성을 제공하지 못한다. In general, generators based on renewable energy sources have an asynchronous characteristic and cannot retain active/reactive power reserves that can be controlled according to system changes. Moreover, inverter-based generators such as solar and wind power cannot provide system inertia, which is essential for maintaining dynamic stability of the system.
이처럼, 신재생에너지원 기반의 발전기는 기존의 동기발전기와 달리 비동기적이고 예비력을 보유할 수 없으며 계통관성을 제공하지 못하므로, 신재생에너지원의 확대로 인해 동기발전기의 발전량이 감소하게 되는 경우 계통관성이 감소할 수 있으며, 계통관성이 감소하는 경우 외란 발생에 따른 계통의 주파수 변동폭이 증가하여 계통의 안정도를 크게 저하시킬 수 있다. 또한, 계통의 주파수 변동폭이 크게 증가할 경우, 저주파수 계전기(UFR: Under Frequency Relay)이 동작하여 대규모 부하차단에 의한 광역정전이 발생할 수도 있다.In this way, generators based on renewable energy sources are asynchronous, cannot hold reserve power, and do not provide system inertia, unlike existing synchronous generators. Inertia may decrease, and when system inertia decreases, the range of frequency fluctuation of the system due to the occurrence of disturbance increases, which can significantly degrade the stability of the system. In addition, when the frequency fluctuation range of the system greatly increases, a wide-area power outage may occur due to large-scale load shedding due to the operation of an under frequency relay (UFR).
이에 따라, 계통의 안정도를 적정 수준으로 유지하고, 계통의 주파수 변동폭 증가로 인한 광역정전을 방지하도록 계통에 연계된 신재생에너지원 기반의 발전기를 고려하여 계통관성을 연산하는 기술이 요구되고 있다.Accordingly, a technique for calculating system inertia in consideration of a generator based on a renewable energy source connected to the system is required to maintain the stability of the system at an appropriate level and prevent wide-area blackouts due to an increase in frequency fluctuation of the system.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0133956호(2020.12.01.)의 '계통 주파수 측정 장치 및 방법'에 개시되어 있다.The background art of the present invention is disclosed in 'system frequency measuring device and method' of Korean Patent Publication No. 10-2020-0133956 (2020.12.01.).
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 계통관성을 연산할 수 있는 계통관성 연산 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The present invention was invented to solve the above problems, and an object according to an aspect of the present invention is to provide a system inertia calculation device and method capable of calculating system inertia.
본 발명의 일 측면에 따른 계통관성 연산 장치는 계통 정보를 입력받는 입력 모듈; 및 상기 입력 모듈과 연결된 프로세서;를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 입력 모듈을 통해 입력받은 계통 정보에 기반하여 신재생에너지 발전기 및 일반 발전기가 연계된 계통의 계통관성을 연산하고, 상기 계통의 주파수 안정도 관리에 이용되도록 상기 연산된 계통관성을 출력하는 것을 특징으로 한다.A system inertia calculation device according to an aspect of the present invention includes an input module for receiving system information; and a processor connected to the input module, wherein the processor calculates system inertia of a system in which a renewable energy generator and a general generator are connected based on system information input through the input module, and the system frequency It is characterized in that the calculated system inertia is output to be used for stability management.
본 발명에 있어 상기 계통 정보는, EMS(Energy Management System), SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 및 TSM(Transmission Security Management System) 중 적어도 하나로부터 획득된 상기 계통에 연계된 발전기의 상태 정보 및 설비용량 정보와, 상기 계통의 주파수 제어에 영향을 미치는 설비의 상태 정보 및 설비용량 정보와, 상기 계통에 연계된 동기조상기의 상태 정보 및 설비용량 정보와, 상기 계통의 부하정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the system information is obtained from at least one of EMS (Energy Management System), SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) and TSM (Transmission Security Management System) Status information and facility capacity of the generator linked to the system information, state information and facility capacity information of facilities that affect frequency control of the system, status information and facility capacity information of synchronous ancestors linked to the system, and load information of the system. .
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 계통에 연계된 발전기 및 동기조상기에 의한 제1 계통관성을 연산하고, 상기 계통의 주파수 제어에 미치는 설비에 의한 제2 계통관성을 연산하고, 상기 연산된 제1 및 제2 계통관성에 기반하여 최종 계통관성을 연산하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor calculates the first system inertia by the generator and the synchronous ancestor connected to the system, calculates the second system inertia by the facility affecting the frequency control of the system, and calculates the calculated first system inertia. and calculating final system inertia based on the second system inertia.
본 발명에 있어 상기 주파수 제어에 영향을 미치는 설비는, 상기 조속기(Governor Free)가 연계된 발전기, 주파수조정용 ESS(Energy Storage System) 및 HVDC(High Voltage Direct Current) 관련 설비를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the facilities affecting the frequency control include a generator linked to the governor free, an energy storage system (ESS) for frequency control, and high voltage direct current (HVDC) related facilities. .
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 하기 수식을 통해 상기 제1 계통관성을 연산하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor is characterized in that the first systemic inertia is calculated through the following formula.
[수식][formula]
(여기서, 는 화력 발전기의 관성지수이고, 는 수력 발전기의 관성지수이고, 는 원자력 발전기의 관성지수이고, 는 인버터 기반 발전기의 관성지수이고, 는 동기조상기의 관성지수이고, 는 계통 부하의 관성지수이고, P화력은 화력 발전기의 설비용량이고, P수력은 수력 발전기의 설비용량이고, P원자력은 원자력 발전기의 설비용량이고, PIBG는 인버터 기반 발전기의 설비용량이고, P동기조상기는 동기조상기의 설비용량이고, Pload는 계통 부하의 총량이다.)(here, is the inertia index of the thermal power generator, is the inertia index of the hydroelectric generator, is the inertia index of the nuclear power generator, is the inertia index of the inverter-based generator, is the inertia index of the synchronous ancestor, is the inertia index of the grid load, P thermal power is the installed capacity of the thermal power generator, P hydropower is the installed capacity of the hydroelectric generator, P nuclear power is the installed capacity of the nuclear generator, P IBG is the installed capacity of the inverter-based generator, and P The synchronous ancestor is the installed capacity of the synchronous ancestor, and P load is the total load of the system.)
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 하기 수식을 통해 상기 제2 계통관성을 연산하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor is characterized in that the second systemic inertia is calculated through the following formula.
[수식][formula]
(여기서, 는 발전기에 연계된 조속기의 관성지수이고, 는 주파수조정용 ESS의 관성지수이고, 는 HVDC 관련 설비의 관성지수이고, PGF는 발전기의 운전 예비력이고, PESS는 주파수조정용 ESS의 설비용량이고, PHVDC는 HVDC 관련 설비의 운전 예비력이다.)(here, is the inertia index of the governor connected to the generator, Is the inertia index of the ESS for frequency adjustment, is the inertia index of the HVDC-related facility, P GF is the operating reserve power of the generator, P ESS is the facility capacity of the frequency control ESS, and P HVDC is the operating reserve power of the HVDC-related facility.)
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 하기 수식을 통해 상기 발전기의 운전 예비력 및 상기 HVDC 관련 설비의 운전 예비력을 연산하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor is characterized in that it calculates the operating reserve power of the generator and the operating reserve force of the HVDC-related facility through the following formula.
[수식][formula]
(여기서, 은 출력중인 모든 발전기의 설비용량이고, 는 출력중인 모든 발전기의 출력량이고, 는 HVDC 관련 설비의 설비용량이고, 는 HVDC 관련 설비의 출력량이다.)(here, is the installed capacity of all generators in output, is the output of all generators in output, is the installed capacity of HVDC-related facilities, is the output of HVDC-related facilities.)
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 연산된 제1 계통관성과 상기 연산된 제2 계통관성을 합산하여 상기 최종 계통관성을 연산하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor is characterized in that the final system inertia is calculated by adding the calculated first system inertia and the calculated second system inertia.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 연산된 계통관성에 기반하여 계통정수를 산출하고, 상기 산출된 계통정수를 출력하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor is characterized in that it calculates a system constant based on the calculated system inertia and outputs the calculated system constant.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 하기 수식을 통해 상기 계통정수를 산출하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor is characterized in that the system constant is calculated through the following formula.
[수식][formula]
(여기서, ITotal은 상기 연산된 계통관성이고, A는 계통관성을 계통정수로 환산하기 위한 환산 지수로, 상기 입력 모듈을 통해 입력된 값이다.)(Here, I Total is the calculated systemic inertia, A is a conversion index for converting systemic inertia into a system constant, and is a value input through the input module.)
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 연산된 계통관성과 기 설정된 기준 계통관성을 비교하여 상기 연산된 계통관성이 상기 기준 계통관성 이하인지 여부를 판단하고, 상기 연산된 계통관성이 상기 기준 계통관성 이하인 것으로 판단되는 경우 경고 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor compares the calculated system inertia with a preset reference system inertia to determine whether the calculated system inertia is less than or equal to the reference system inertia, and determines whether the calculated system inertia is less than or equal to the reference system inertia. When it is determined that it is characterized by outputting a warning signal.
본 발명의 일 측면에 따른 계통관성 연산 방법은 프로세서가, 입력 모듈을 통해 계통 정보를 입력받는 단계; 상기 프로세서가, 상기 입력받은 계통 정보에 기반하여 신재생에너지 발전기 및 일반 발전기가 연계된 계통의 계통관성을 연산하는 단계; 및 상기 프로세서가, 상기 계통의 주파수 안정도 관리에 이용되도록 상기 연산된 계통관성을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A system inertia calculation method according to an aspect of the present invention includes receiving, by a processor, system information through an input module; calculating, by the processor, system inertia of a system in which a renewable energy generator and a general generator are linked based on the received system information; and outputting, by the processor, the calculated system inertia to be used for frequency stability management of the system.
본 발명에 있어 상기 계통 정보는, EMS(Energy Management System), SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 및 TSM(Transmission Security Management System) 중 적어도 하나로부터 획득된 상기 계통에 연계된 발전기의 상태 정보 및 설비용량 정보와, 상기 계통의 주파수 제어에 영향을 미치는 설비의 상태 정보 및 설비용량 정보와, 상기 계통에 연계된 동기조상기의 상태 정보 및 설비용량 정보와, 상기 계통의 부하정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the system information is obtained from at least one of EMS (Energy Management System), SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) and TSM (Transmission Security Management System) Status information and facility capacity of the generator linked to the system information, state information and facility capacity information of facilities that affect frequency control of the system, status information and facility capacity information of synchronous ancestors linked to the system, and load information of the system. .
본 발명에 있어 상기 연산하는 단계는, 상기 프로세서가, 상기 계통에 연계된 발전기 및 동기조상기에 의한 제1 계통관성을 연산하는 단계; 상기 프로세서가, 상기 계통의 주파수 제어에 영향을 미치는 설비에 의한 제2 계통관성을 연산하는 단계; 및 상기 프로세서가, 상기 연산된 제1 및 제2 계통관성에 기반하여 최종 계통관성을 연산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the calculating step may include calculating, by the processor, a first system inertia by a generator and a synchronous ancestor connected to the system; calculating, by the processor, a second system inertia by a facility that affects frequency control of the system; and calculating, by the processor, final systemic inertia based on the calculated first and second systemic inertia.
상기 주파수 제어에 영향을 미치는 설비는, 조속기(Governor Free)가 연계된 발전기, 주파수조정용 ESS(Energy Storage System) 및 HVDC(High Voltage Direct Current) 관련 설비를 포함하는 것을 특징으로 한다.The facility influencing the frequency control is characterized in that it includes a generator associated with a governor free, an energy storage system (ESS) for frequency control, and a high voltage direct current (HVDC) related facility.
본 발명에 있어 상기 제1 계통관성을 연산하는 단계에서, 상기 프로세서는, 하기 수식을 통해 상기 제1 계통관성을 연산하는 것을 특징으로 한다.In the step of calculating the first systemic inertia in the present invention, the processor calculates the first systemic inertia through the following formula.
[수식][formula]
(여기서, 는 화력 발전기의 관성지수이고, 는 수력 발전기의 관성지수이고, 는 원자력 발전기의 관성지수이고, 는 인버터 기반 발전기의 관성지수이고, 는 동기조상기의 관성지수이고, 는 계통 부하의 관성지수이고, P화력은 화력 발전기의 설비용량이고, P수력은 수력 발전기의 설비용량이고, P원자력은 원자력 발전기의 설비용량이고, PIBG는 인버터 기반 발전기의 설비용량이고, P동기조상기는 동기조상기의 설비용량이고, Pload는 계통 부하의 총량이다.)(here, is the inertia index of the thermal power generator, is the inertia index of the hydroelectric generator, is the inertia index of the nuclear power generator, is the inertia index of the inverter-based generator, is the inertia index of the synchronous ancestor, is the inertia index of the grid load, P thermal power is the installed capacity of the thermal power generator, P hydropower is the installed capacity of the hydroelectric generator, P nuclear power is the installed capacity of the nuclear generator, P IBG is the installed capacity of the inverter-based generator, and P The synchronous ancestor is the installed capacity of the synchronous ancestor, and P load is the total load of the system.)
본 발명에 있어 상기 제2 계통관성을 연산하는 단계에서, 상기 프로세서는, 하기 수식을 통해 상기 제2 계통관성을 연산하는 것을 특징으로 한다.In the step of calculating the second systemic inertia in the present invention, the processor calculates the second systemic inertia through the following formula.
[수식][formula]
(여기서, 는 발전기에 연계된 조속기의 관성지수이고, 는 주파수조정용 ESS의 관성지수이고, 는 HVDC 관련 설비의 관성지수이고, PGF는 발전기의 운전 예비력이고, PESS는 주파수조정용 ESS의 설비용량이고, PHVDC는 HVDC 관련 설비의 운전 예비력이다.)(here, is the inertia index of the governor connected to the generator, is the inertia index of the ESS for frequency adjustment, is the inertia index of the HVDC-related facility, P GF is the operating reserve power of the generator, P ESS is the facility capacity of the frequency control ESS, and P HVDC is the operating reserve power of the HVDC-related facility.)
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 하기 수식을 통해 상기 발전기의 운전 예비력 및 상기 HVDC 관련 설비의 운전 예비력을 연산하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor is characterized in that it calculates the operating reserve power of the generator and the operating reserve force of the HVDC-related facility through the following formula.
[수식][formula]
(여기서, 은 출력중인 모든 발전기의 설비용량이고, 는 출력중인 모든 발전기의 출력량이고, 는 HVDC 관련 설비의 설비용량이고, 는 HVDC 관련 설비의 출력량이다.)(here, is the installed capacity of all generators in output, is the output of all generators in output, is the installed capacity of HVDC-related facilities, is the output of HVDC-related facilities.)
본 발명에 있어 상기 최종 계통관성을 연산하는 단계에서, 상기 프로세서는, 상기 연산된 제1 계통관성과 상기 연산된 제2 계통관성을 합산하여 상기 최종 계통관성을 연산하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the step of calculating the final system inertia, the processor calculates the final system inertia by adding the calculated first system inertia and the calculated second system inertia.
본 발명에 있어 상기 프로세서가, 상기 연산된 계통관성에 기반하여 계통정수를 산출하는 단계; 및 상기 프로세서가, 상기 산출된 계통정수를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Calculating, by the processor, a system constant based on the calculated system inertia in the present invention; and outputting, by the processor, the calculated systematic constant.
본 발명에 있어 상기 계통정수를 산출하는 단계에서, 상기 프로세서는, 하기 수식을 통해 상기 계통정수를 산출하는 것을 특징으로 한다.In the step of calculating the systematic constant in the present invention, the processor calculates the systematic constant through the following formula.
[수식][formula]
(여기서, ITotal은 상기 연산된 계통관성이고, A는 계통관성을 계통정수로 환산하기 위한 환산 지수로, 상기 입력 모듈을 통해 입력된 값이다.)(Here, I Total is the calculated systemic inertia, A is a conversion index for converting systemic inertia into a system constant, and is a value input through the input module.)
본 발명에 있어 상기 프로세서가, 상기 연산된 계통관성과 기 설정된 기준 계통관성을 비교하여 상기 연산된 계통관성이 상기 기준 계통관성 이하인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 프로세서가, 상기 연산된 계통관성이 상기 기준 계통관성 이하인 것으로 판단되는 경우 경고 신호를 출력하는 단계;를 더 포함하는 특징으로 한다.In the present invention, the step of determining, by the processor, whether the calculated systemic inertia is equal to or less than the reference systemic inertia by comparing the calculated systemic inertia with a preset reference systemic inertia; and outputting, by the processor, a warning signal when it is determined that the calculated systemic inertia is less than or equal to the reference systemic inertia.
본 발명의 일 측면에 따르면 신재생에너지 발전기가 연계된 계통의 계통관성을 산출하고, 계통의 주파수 안정도 관리에 이용되도록 산출된 계통관성을 출력할 수 있다.According to an aspect of the present invention, system inertia of a system connected to a renewable energy generator may be calculated, and the calculated system inertia may be output to be used for frequency stability management of the system.
본 발명의 다른 측면에 따르면 계통관성을 연산하여 사용자에게 제공함으로써 계통의 주파수 관리에 대한 불확실성을 감소시킬 수 있고, 계통의 주파수 조정을 위한 예비력 확보에 소요되는 비용을 감소시킬 수 있으며, 광역정전 및 계통붕괴를 사전에 예측 및 예방하여 계통의 안정적 운영에 기여할 수 있다.According to another aspect of the present invention, by calculating system inertia and providing it to the user, uncertainty in system frequency management can be reduced, costs required for securing reserve power for system frequency adjustment can be reduced, and wide-area blackout and It can contribute to the stable operation of the system by predicting and preventing system collapse in advance.
도 1은 계통의 과도안정도를 판별하기 위한 방법 중 하나인 등면적법에 관한 개념도이다.
도 2는 발전기 1기의 무한모선계통의 개념도이다.
도 3은 고장 발생 시 계통의 시간에 따른 주파수 변화를 나타내고 있는 예시도이다.
도 4는 부하 모델을 표현하는데 이용되는 ZIP모델 구조의 등가회로이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통의 계통관성 연산 장치을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통의 계통관성 연산 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통의 계통관성 연산 방법을 통해 계통관성을 연산한 이후 과정을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a conceptual diagram of the equal area method, which is one of the methods for determining the transient stability of the system.
2 is a conceptual diagram of an infinite bus system of one generator.
3 is an exemplary diagram showing a frequency change over time of a system when a failure occurs.
4 is an equivalent circuit of a ZIP model structure used to express a load model.
5 is a block configuration diagram for explaining a system inertia calculator of a system according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a system inertia calculation method of a system according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart for explaining a process after calculating system inertia through a system inertia calculation method according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 계통관성 연산 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, a system inertia calculating device and method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or operator. Therefore, definitions of these terms will have to be made based on the content throughout this specification.
도 1은 계통의 과도안정도를 판별하기 위한 방법 중 하나인 등면적법에 관한 개념도이고, 도 2는 발전기 1기의 무한모선계통의 개념도이고, 도 3은 고장 발생 시 계통의 시간에 따른 주파수 변화를 나타내고 있는 예시도이다.1 is a conceptual diagram related to the equal area method, which is one of the methods for determining the transient stability of the system, FIG. 2 is a conceptual diagram of an infinite bus system of one generator, and FIG. 3 is a frequency change over time in the system when a failure occurs. It is an example diagram showing .
이하에서는, 도 1 내지 3을 참고하여, 계통관성 연산의 필요성을 설명하도록 한다.Hereinafter, the need for system inertia calculation will be described with reference to FIGS. 1 to 3 .
인버터 기반 신재생발전기가 계통에 연계되면서 상대적으로 동기발전기의 비율이 낮아지고 있으며, 이는 계통관성의 감소를 초래하고 있다. 계통관성의 감소에 의해 외란 시 발전기 각속도의 변화폭이 증가될 수 있다. 전술한 내용은 하기의 수학식 1에 기재된 동요방정식을 통해 파악할 수 있다.As inverter-based renewable generators are connected to the grid, the ratio of synchronous generators is relatively low, which leads to a decrease in grid inertia. Due to the decrease in system inertia, the change width of generator angular velocity can be increased in case of disturbance. The above can be grasped through the fluctuation equation described in Equation 1 below.
여기서, 는 발전기의 위상각이고, 는 발전기의 기존 각속도이고, 는 발전기의 변화된 각속도이고, 는 시간이고, 는 관성계수이고, 는 발전기의 기계적 입력이고, 는 발전기의 전기적 출력일 수 있다. here, is the phase angle of the generator, is the original angular velocity of the generator, is the changed angular velocity of the generator, is time, is the coefficient of inertia, is the mechanical input of the generator, may be the electrical output of the generator.
도 1을 참고하면, 등면적법은 발전기 위상각에 대한 전기적 출력 그래프에서 가속면적(A1)보다 감속면적(A2)이 더 크면, 외란 후 발전기는 안정적으로 동작한다는 개념이다. 가속면적과 감속면적을 동일하게 만드는 발전기의 위상각은 임계고장제거 위상각(Critical Clearing Angle, )이고, 임계고장제거 위상각에 도달하는 시간은 CCT(Critical Clearing Time)로 정의될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the equal area method is a concept in which the generator stably operates after a disturbance if the deceleration area A2 is larger than the acceleration area A1 in the electrical output graph for the generator phase angle. The phase angle of the generator that makes the acceleration area and deceleration area equal is the Critical Clearing Angle (Critical Clearing Angle). ), and the time to reach the critical fault clearing phase angle can be defined as CCT (Critical Clearing Time).
도 2를 참고하면, 발전기 1기의 무한모선계통에서 발생된 3상 지락사고 상황을 모의하여 발전기의 관성계수와 CCT 간의 상관관계를 파악할 수 있다.Referring to FIG. 2, it is possible to determine the correlation between the generator's coefficient of inertia and the CCT by simulating a three-phase ground fault situation generated in the infinite bus system of the first generator.
상기 수학식 1에 기재된 동요방정식을 각각 적분하면 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Integrating each of the fluctuation equations described in Equation 1 above can be expressed as Equation 2 below.
상기 수학식 2를 통해 관성계수는 위상각의 변화에 반비례함을 이론적으로 알 수 있다. 다시 말해, 신재생발전이 차지하는 비중이 커질수록 관성계수가 감소되어 계통에 외란이 발생하는 경우 임계고장제거 위상각에 더 빠르게 도달하게 되며, 이는 계통의 과도안정도 및 주파수안정도가 하락하는 것을 의미할 수 있다.Through Equation 2 above, it can be seen theoretically that the inertia coefficient is inversely proportional to the change in the phase angle. In other words, as the proportion of new and renewable power generation increases, the inertia coefficient decreases, and when a disturbance occurs in the system, the critical fault elimination phase angle is reached more quickly, which can mean that the transient stability and frequency stability of the system decrease. there is.
도 3을 참고하면, 기존 동기발전기와 달리 회전관성이 없는 인버터 기반의 신재생발전기의 비중이 높은 계통의 경우 그렇지 않은 계통에 비해 계통관성이 낮다. 우리나라는 블랙아웃을 예방하기 위해 일정 수준 이상으로 주파수 하락시 저주파수 계전기(UFR)를 통해 부하를 탈락시켜 계통을 안정적으로 운영하고 있는데, 계통관성이 낮은 계통의 경우 그렇지 않은 계통의 경우보다 저주파수 계전기의 동작 주파수인 59Hz까지 더 빠르게 도달하는 것을 확인할 수 있다. 계통관성이 낮은 계통의 경우 그렇지 않은 계통의 경우보다 저주파수 계전기의 동작 주파수에 더 빠르게 도달하므로, 저주파수 계전기의 동작에 의한 부하 탈락을 방지하기 위해서 계통관성이 낮은 계통의 경우 그렇지 않은 계통의 경우보다 더 많은 주파수 예비력 자원이 확보될 필요가 있다.Referring to FIG. 3 , unlike existing synchronous generators, in the case of a system with a high proportion of inverter-based new and renewable generators having no rotational inertia, system inertia is lower than that of other systems. In Korea, in order to prevent blackout, when the frequency drops above a certain level, the load is dropped through a low-frequency relay (UFR) to operate the system stably. It can be seen that the frequency reaches 59Hz faster. In the case of a system with low system inertia, the operation frequency of the low-frequency relay is reached faster than in the case of a system with low system inertia. A lot of frequency reserve resources need to be secured.
도 4는 부하 모델을 표현하는데 이용되는 ZIP모델 구조의 등가회로이다.4 is an equivalent circuit of a ZIP model structure used to express a load model.
도 4를 참고하면, 정상 상태에서 일반적인 부하는 ZIP모델 구조의 등가회로(정임피던스 모델, 정전류 모델 및 정전력 모델 포함)로 표현될 수 있다. 정임피던스 모델은 일정한 임피던스를 유지하는 부하를 표현할 수 있고, 전압이 변동할 때 정임피던스 모델의 부하값은 유효/무효 전력의 제곱에 비례한다. 정전류 모델은 일정한 전류가 흐르는 부하를 표현할 수 있고, 전압이 변동할 때 정전류 모델의 부하값은 유효/무효 전력에 비례한다. 정전력 모델은 항상 일정한 전력을 소비하는 부하를 표현할 수 있고, 정전력 모델의 부하값은 전압과 관계없이 항상 일정하다. 상술한 부하 모델은 하기의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. 본 발명은 상술한 부하 모델을 통해 계통의 부하 총량을 산출할 수 있으며, 이는 후술하는 제1 계통관성을 연산하는 과정에서 이용될 수 있다.Referring to FIG. 4 , a general load in a steady state may be expressed as an equivalent circuit (including a constant impedance model, a constant current model, and a constant power model) of a ZIP model structure. The constant impedance model can express a load maintaining a constant impedance, and when the voltage fluctuates, the load value of the constant impedance model is proportional to the square of active/reactive power. The constant current model can express a load through which a constant current flows, and when the voltage fluctuates, the load value of the constant current model is proportional to active/reactive power. The constant power model can express a load that always consumes constant power, and the load value of the constant power model is always constant regardless of voltage. The load model described above can be expressed as in Equation 3 below. The present invention can calculate the total load of the system through the load model described above, which can be used in the process of calculating the first system inertia described later.
여기서, 이면 정전력이고, 이면 정전류이고, 이면 정임피던스이고, 은 전체 부하전력이고, 은 정전력의 부하값이고, 는 정전류의 부하값이고, 은 정임피던스의 부하값이고, 는 전압이고, 은 초기전압일 수 있다.here, is the electrostatic force, is a constant current, is the constant impedance, is the total load power, is the load value of the static power, is the load value of the constant current, is the load value of the constant impedance, is the voltage, may be an initial voltage.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통의 계통관성 연산 장치을 설명하기 위한 블록 구성도이다.5 is a block configuration diagram for explaining a system inertia calculator of a system according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계통의 계통관성 연산 장치는 입력 모듈(100), 출력 모듈(200) 및 프로세서(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the system inertia calculation device of a system according to an embodiment of the present invention may include an
입력 모듈(100)은 계통 정보를 입력받을 수 있다. 입력 모듈(100)은 외부로부터 후술하는 프로세서(300)가 계통의 계통관성을 연산하기 위해 필요한 각종 데이터를 입력받아 프로세서(300)로 전달할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 계통 정보는 EMS(Energy Management System), SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 및 TSM(Transmission Security Management System) 중 적어도 하나로부터 획득된 계통에 연계된 발전기의 상태 정보 및 설비용량 정보와, 계통의 주파수 제어에 영향을 미치는 설비의 상태 정보 및 설비용량 정보와, 계통에 연계된 동기조상기의 상태 정보 및 설비용량 정보와, 계통의 부하정보를 포함할 수 있다.The
출력 모듈(200)은 후술하는 프로세서(300)의 제어에 따라 프로세서(300)가 계통의 계통관성을 연산하는 과정에서 산출되는 각종 데이터를 출력하거나, 프로세서(300)가 계통의 계통관성을 연산한 결과를 출력할 수 있다.The
프로세서(300)는 입력 모듈(100)을 통해 입력받은 계통 정보에 기반하여 신재생에너지 발전기 및 일반 발전기가 연계된 계통의 계통관성을 연산하고, 계통의 주파수 안정도 관리에 이용되도록 연산된 계통의 계통관성을 출력할 수 있다.The
이하에서는 프로세서(300)가 계통관성을 산출하는 과정을 살펴보도록 한다.Hereinafter, a process of calculating system inertia by the
먼저, 프로세서(300)는 입력 모듈(100)을 통해 계통 정보를 입력받을 수 있다. 프로세서(300)는 기 설정된 설정 주기로 계통관성을 연산하기 위해 기 설정된 설정 주기로 입력 모듈(100)을 통해 계통 정보를 입력받을 수 있다.First, the
이어서, 프로세서(300)는 입력 모듈(100)을 통해 입력받은 계통 정보에 기반하여 계통에 연계된 발전기 및 동기조상기에 의한 제1 계통관성을 연산할 수 있다.Subsequently, the
일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 상기 수학식 4를 통해 계통의 제1 계통관성을 연산할 수 있다. 여기서, IPS는 계통의 제1 계통관성이고, 는 화력 발전기의 관성지수이고, 는 수력 발전기의 관성지수이고, 는 원자력 발전기의 관성지수이고, 는 인버터 기반 발전기의 관성지수이고, 는 동기조상기의 관성지수이고, 는 계통 부하의 관성지수이고, P화력은 화력 발전기의 설비용량이고, P수력은 수력 발전기의 설비용량이고, P원자력은 원자력 발전기의 설비용량이고, PIBG는 인버터 기반 발전기의 설비용량이고, P동기조상기는 동기조상기의 설비용량이고, Pload는 계통 부하의 총량일 수 있다. 이때, 는 2~6[s]일 수 있고, 는 보다 작은 값일 수 있다. 각 발전기의 관성지수는 입력 모듈(100)을 통해 입력받은 발전기의 상태 정보에 포함되어 있을 수 있고, 동기조상기의 관성지수는 입력 모듈(100)을 통해 입력받은 동기조상기의 상태 정보에 포함되어 있을 수 있다.According to an embodiment, the
는 계통에 연계되어 운전 중인 모든 화력 발전기의 설비용량의 합이고, 는 계통에 연계되어 운전 중인 모든 수력 발전기의 설비용량의 합이고, 는 계통에 연계되어 운전 중인 모든 원자력 발전기의 설비용량의 합이고, 는 계통에 연계되어 운전 중인 모든 인버터 기반 발전기의 설비용량의 합이고, 는 계통에 연계되어 운전 중인 모든 동기조상기의 설비용량의 합일 수 있다. is the sum of the installed capacities of all thermal power generators operating in connection with the system, is the sum of the installed capacities of all hydroelectric generators operating in connection with the grid, is the sum of the installed capacities of all nuclear power generators operating in connection with the grid, is the sum of the installed capacities of all inverter-based generators operating in connection with the grid, may be the sum of the installed capacities of all synchronous ancestors operating in connection with the system.
즉, 프로세서(300)는 계통에 연계된 각종 설비 중 발전기 및 동기조상기에 의한 계통관성을 제1 계통관성으로 연산할 수 있다. 여기서, 발전기는 수력 발전기, 및 인버터 기반 발전기(Invertor Based Generator)(예를 들어, 태양광 발전기 및 풍력 발전기 등)를 포함하는 신재생에너지 발전기와, 화력 발전기 및 원자력 발전기를 포함하는 일반 발전기를 포함할 수 있다. 다만, 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 계통에 연계될 수 있는 다양한 형태의 발전기가 제1 계통관성의 연산 시에 고려될 수 있다.That is, the
한편, 상술한 실시예에서는 발전기의 종류가 동일한 경우 동일한 관성지수가 적용되는 것으로 기재하였으나(예를 들어, 화력 발전기의 경우, 관성지수 가 적용됨), 발전기의 종류가 동일하더라도 다른 관성지수가 적용될 수도 있다.(예를 들어, 화력 발전기1의 경우 관성지수 이 적용되고, 화력 발전기2의 경우 관성지수 가 적용될 수 있다.) 즉, 관성 지수를 보다 세부적으로 적용함으로써 연산의 정확도를 향상시킬 수 있다. 이 경우, 각 발전기에 대응하는 관성지수가 입력 모듈(100)을 통해 입력될 수 있다.On the other hand, in the above-described embodiment, it is described that the same inertia index is applied when the type of generator is the same (for example, in the case of a thermal power generator, the inertia index is applied), and even if the type of generator is the same, a different inertia index may be applied. (For example, in the case of thermal power generator 1, the inertia index is applied, and in the case of thermal power generator 2, the inertia index may be applied.) That is, the accuracy of calculation may be improved by applying the inertia index in more detail. In this case, the inertia index corresponding to each generator may be input through the
이어서, 프로세서(300)는 입력 모듈(100)을 통해 입력받은 계통 정보에 기반하여 계통의 주파수 제어에 영향을 미치는 설비에 의한 제2 계통관성을 연산할 수 있다.Subsequently, the
일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 상기 수학식 5를 통해 계통의 제2 계통관성을 연산할 수 있다. 여기서, IGF는 계통의 제2 계통관성이고, 는 발전기에 연계된 조속기(Governor Free)의 관성지수이고, 는 주파수조정용 ESS(Energy Storage System)의 관성지수이고, 는 HVDC(High Voltage Direct Current) 관련 설비의 관성지수이고, PGF는 발전기의 운전 예비력이고, PESS는 주파수조정용 ESS의 설비용량이고, PHVDC는 HVDC 관련 설비의 운전 예비력일 수 있다. 이때, 는 50~150[s]일 수 있다.According to an embodiment, the
는 계통에 연계되어 운전 중인 모든 발전기의 운전 예비력의 합이고, 는 계통에 연계되어 운전 중인 모든 주파수조정용 ESS의 설비용량의 합이고, 는 계통에 연계되어 운전 중인 모든 HVDC 관련 설비의 운전 예비력의 합일 수 있다. is the sum of the operating reserve power of all generators operating in connection with the grid, is the sum of the installed capacities of all frequency control ESSs operating in connection with the grid, may be the sum of the operating reserve power of all HVDC-related facilities in operation in connection with the grid.
발전기의 운전 예비력은 출력중인 발전기의 설비용량에서 출력중인 발전기의 출력량을 감산함으로써 산출될 수 있다. 프로세서(300)는 상기 수학식 6을 통해 발전기의 운전 예비력을 산출할 수 있다. 여기서, 은 출력중인 모든 발전기의 설비용량이고, 는 출력중인 모든 발전기의 출력량일 수 있다. 발전기의 출력량은 발전기의 상태 정보에 포함되어 있을 수 있다. 프로세서(300)는 이고, 발전기가 Inservice(병입된 상태)인 경우 제2 계통관성의 연산 시 앞서 산출된 PGF를 고려하고, 전술한 조건을 만족하지 못하는 경우 제2 계통관성의 연산 시 PGF값을 0으로 처리할 수 있다. The operating reserve power of the generator can be calculated by subtracting the output of the generator being output from the installed capacity of the generator being output. The
한편, 일반적으로 계통 운영 시 발전기의 운전 예비력은 일정한 값으로 설정되므로, 상기 수학식 6을 통해 발전기의 운전 예비력을 산출하는 대신, 프로세서(300)는 입력 모듈(100)을 통해 외부(예를 들어, 사용자 또는 서버)로부터 발전기의 운전 예비력을 직접 입력받고, 입력받은 발전기의 운전 예비력을 이용하여 제2 계통관성의 연산할 수도 있다.On the other hand, since the operating reserve power of the generator is generally set to a constant value during system operation, instead of calculating the operating reserve power of the generator through Equation 6, the
HVDC 관련 설비의 운전 예비력은 HVDC 관련 설비의 설비용량에서 HVDC 관련 설비의 출력량을 감산함으로써 산출될 수 있다. 프로세서(300)는 상기 수학식 7을 통해 HVDC 관련 설비의 운전 예비력을 산출할 수 있다. 여기서, 는 HVDC 관련 설비의 설비용량이고, 는 HVDC 관련 설비의 출력량일 수 있다. HVDC 관련 설비의 출력량은 설비의 상태 정보에 포함되어 있을 수 있다. 프로세서(300)는 이고, 발전기가 Inservice(병입된 상태)인 경우 제2 계통관성의 연산 시 앞서 산출된 PHVDC를 고려하고, 전술한 조건을 만족하지 못하는 경우 제2 계통관성의 연산 시 PHVDC를 0으로 처리할 수 있다. The operating reserve power of the HVDC-related facility may be calculated by subtracting the output of the HVDC-related facility from the facility capacity of the HVDC-related facility. The
즉, 프로세서(300)는 계통에 연계된 각종 설비 중 계통의 주파수 제어를 영향을 미치는 설비에 의한 계통관성을 제2 계통관성으로 연산할 수 있다. 여기서, 계통의 주파수 제어에 영향을 미치는 설비는 조속기가 연계된 발전기, 주파수조정용 ESS 및 HVDC 관련 설비를 포함할 수 있다. 다만, 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 계통의 주파수 제어를 위해 계통에 연계될 수 있는 다양한 형태의 설비가 제2 계통관성의 연산 시에 고려될 수 있다.That is, the
한편, 상술한 실시예에서는 설비의 종류가 동일한 경우 동일한 관성지수가 적용되는 것으로 기재하였으나(예를 들어, 발전기에 연계된 조속기의 경우, 관성지수 가 적용됨), 설비의 종류가 동일하더라도 다른 관성지수가 적용될 수도 있다. 즉, 관성 지수를 보다 세부적으로 적용함으로써 연산의 정확도를 향상시킬 수 있다. 이 경우, 각 설비에 대응하는 관성지수가 입력 모듈(100)을 통해 입력될 수 있다.On the other hand, in the above-described embodiment, it is described that the same inertia index is applied when the type of equipment is the same (for example, in the case of a governor connected to a generator, the inertia index is applied), and even if the type of facility is the same, a different inertia index may be applied. That is, the accuracy of calculation can be improved by applying the inertia index in more detail. In this case, an index of inertia corresponding to each facility may be input through the
이어서, 프로세서(300)는 앞서 연산된 제1 및 제2 계통관성에 기반하여 계통의 최종 계통관성을 연산할 수 있다. Then, the
일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 앞서 연산된 제1 및 제2 계통관성을 합산하여 최종 계통관성을 연산할 수 있다. 즉, 프로세서(300)는 상기 수학식 8을 통해 계통의 최종 계통관성을 연산할 수 있다.According to an embodiment, the
이어서, 프로세서(300)는 계통의 주파수 안정도 관리에 이용되도록 연산된 최종 계통관성을 출력 모듈(200)을 통해 외부로 출력할 수 있다. 한편, 프로세서(300)는 계통의 최종 계통관성 뿐만 아니라 제1 계통관성 및 제2 계통관성을 출력할 수도 있다. Subsequently, the
전술한 바와 같이, 본 발명은 신재생에너지 발전기가 연계된 계통의 계통관성을 산출하고, 계통의 주파수 안정도 관리에 이용되도록 산출된 계통관성을 출력할 수 있다. 또한, 본 발명은 계통관성을 연산하여 사용자에게 제공함으로써 계통의 주파수 관리에 대한 불확실성을 감소시킬 수 있고, 계통의 주파수 조정을 위한 예비력을 확보에 소요되는 비용을 감소시킬 수 있으며, 광역정전 및 계통붕괴를 사전에 예측 및 예방하여 계통의 안정적 운영에 기여할 수 있다.As described above, the present invention can calculate the system inertia of the system to which the renewable energy generator is connected, and output the calculated system inertia to be used for frequency stability management of the system. In addition, the present invention calculates system inertia and provides it to the user, thereby reducing uncertainty in frequency management of the system and reducing the cost required for securing reserve power for frequency adjustment of the system. It can contribute to the stable operation of the system by predicting and preventing collapse in advance.
한편, 계통의 계통관성을 연산한 이후, 프로세서(300)는 연산된 계통관성에 기반하여 계통의 계통정수를 산출하고, 산출된 계통정수를 출력할 수도 있다.Meanwhile, after calculating the system inertia of the system, the
일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 상기 수학식 9를 통해 계통의 계통정수를 산출할 수 있다. 여기서, ITotal은 계통의 계통관성이고, K는 계통의 계통정수로서 계통의 주파수 변동에 따른 계통의 전력 변동을 나타내는 지수(즉, )이고, 그 단위는 [MW/Hz]이고, A는 계통관성을 계통정수로 환산하기 위한 환산 지수로서, 그 단위는 [Hz/s]일 수 있다. 계통관성을 계통정수로 환산하기 위한 환산 지수는 입력 모듈(100)을 통해 입력될 수 있으며, 각 계통에 대응하는 환산 지수는 주파수 변동에 따른 계통의 전력 변동에 대한 데이터를 누적분석하여 산출할 수 있다.According to an embodiment, the
한편, 계통의 계통관성을 연산한 이후, 프로세서(300)는 연산된 계통관성과 기 설정된 기준 계통관성을 비교하여 연산된 계통관성이 기준 계통관성 이하인지 여부를 판단하고, 연산된 계통관성이 기준 계통관성 이하인 것으로 판단되는 경우 경고 신호를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 제1 계통관성과 기준 계통관성을 비교할 수도 있고, 최종 계통관성과 기준 계통관성을 비교할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 연산된 계통관성이 기준 계통관성 이하인 것으로 판단되는 경우, 프로세서(300)는 HMI(Human Machine Interface)를 통해 경고 신호를 출력할 수 있다.Meanwhile, after calculating the system inertia of the system, the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통의 계통관성 연산 방법을 설명하기 위한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a system inertia calculation method of a system according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도 6을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 계통의 계통관성 연산 방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to FIG. 6, a system inertia calculation method of a system according to an embodiment of the present invention will be described.
먼저, 프로세서(300)는 입력 모듈(100)을 통해 계통 정보를 입력받을 수 있다.(S100 단계)First, the
이어서, 프로세서(300)는 입력 모듈(100)을 통해 입력받은 계통 정보에 기반하여 계통에 연계된 발전기 및 동기조상기에 의한 제1 계통관성을 연산할 수 있다.(S200 단계)Subsequently, the
이어서, 프로세서(300)는 입력 모듈(100)을 통해 입력받은 계통 정보에 기반하여 계통의 주파수 제어에 영향을 미치는 설비에 의한 제2 계통관성을 연산할 수 있다.(S300 단계)Next, the
이어서, 프로세서(300)는 연산된 제1 및 제2 계통관성에 기반하여 계통의 최종 계통관성을 연산할 수 있다(S400 단계). 프로세서(300)는 연산된 제1 계통관성과 제2 계통관성을 합산하여 최종 계통관성을 연산할 수 있다.Subsequently, the
이어서, 프로세서(300)는 계통의 주파수 안정도 관리에 이용되도록 연산된 최종 계통관성을 출력 모듈(200)을 통해 외부로 출력할 수 있다. 프로세서(300)는 계통의 최종 계통관성 뿐만 아니라 제1 및 제2 계통관성을 출력할 수도 있다.(S500 단계)Subsequently, the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통의 계통관성 연산 방법을 통해 계통관성을 연산한 이후 과정을 설명하기 위한 순서도이다.7 is a flowchart for explaining a process after calculating system inertia through a system inertia calculation method according to an embodiment of the present invention.
먼저, 프로세서(300)는 연산된 계통관성과 기 설정된 기준 계통관성을 비교하여 연산된 계통관성이 기준 계통관성 이하인지 여부를 판단할 수 있다.(S600 단계)First, the
연산된 계통관성이 기준 계통관성 이하인 것으로 판단되는 경우, 프로세서(300)는 경고 신호를 출력할 수 있다(S700 단계). 프로세서(300)는 HMI(Human Machine Interface)를 통해 경고 신호를 출력할 수 있다.When it is determined that the calculated system inertia is less than or equal to the reference system inertia, the
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 계통관성 연산 장치 및 방법은 신재생에너지 발전기가 연계된 계통의 계통관성을 산출하고, 계통의 주파수 안정도 관리에 이용되도록 산출된 계통관성을 출력할 수 있다. 또한, 본 발명은 계통관성을 연산하여 사용자에게 제공함으로써 계통의 주파수 관리에 대한 불확실성을 감소시킬 수 있고, 계통의 주파수 조정을 위한 예비력을 확보에 소요되는 비용을 감소시킬 수 있으며, 광역정전 및 계통붕괴를 사전에 예측 및 예방하여 계통의 안정적 운영에 기여할 수 있다.As described above, the system inertia calculation apparatus and method according to an embodiment of the present invention calculates the system inertia of a system connected to a renewable energy generator, and outputs the calculated system inertia to be used for frequency stability management of the system. can In addition, the present invention calculates system inertia and provides it to the user, thereby reducing uncertainty in frequency management of the system and reducing the cost required for securing reserve power for frequency adjustment of the system. It can contribute to the stable operation of the system by predicting and preventing collapse in advance.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.Implementations described herein may be embodied in, for example, a method or process, an apparatus, a software program, a data stream, or a signal. Even if discussed only in the context of a single form of implementation (eg, discussed only as a method), the implementation of features discussed may also be implemented in other forms (eg, an apparatus or program). The device may be implemented in suitable hardware, software and firmware. The method may be implemented in an apparatus such as a processor, which is generally referred to as a processing device including, for example, a computer, microprocessor, integrated circuit or programmable logic device or the like. Processors also include communication devices such as computers, cell phones, personal digital assistants ("PDAs") and other devices that facilitate communication of information between end-users.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, it should be noted that this is only exemplary and various modifications and equivalent other embodiments are possible from those skilled in the art to which the technology pertains. will understand Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the claims below.
100: 입력 모듈
200: 출력 모듈
300: 프로세서100: input module
200: output module
300: processor
Claims (22)
상기 입력 모듈과 연결된 프로세서;를 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 입력 모듈을 통해 입력받은 계통 정보에 기반하여 신재생에너지 발전기 및 일반 발전기가 연계된 계통의 계통관성을 연산하고, 상기 계통의 주파수 안정도 관리에 이용되도록 상기 연산된 계통관성을 출력하고,
상기 프로세서는, 상기 계통에 연계된 발전기 및 동기조상기에 의한 제1 계통관성을 연산하고, 상기 계통의 주파수 제어에 영향을 미치는 설비에 의한 제2 계통관성을 연산하고, 상기 연산된 제1 및 제2 계통관성에 기반하여 최종 계통관성을 연산하고,
상기 프로세서는, 상기 연산된 제1 계통관성과 상기 연산된 제2 계통관성을 합산하여 상기 최종 계통관성을 연산하고,
상기 주파수 제어에 영향을 미치는 설비는, 조속기(Governor Free)가 연계된 발전기, 주파수조정용 ESS(Energy Storage System) 및 HVDC(High Voltage Direct Current) 관련 설비를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통관성 연산 장치.
An input module for receiving system information; and
Including; a processor connected to the input module;
The processor calculates system inertia of a system in which a renewable energy generator and a general generator are connected based on system information input through the input module, and outputs the calculated system inertia to be used for frequency stability management of the system. do,
The processor calculates a first system inertia by a generator and a synchronous ancestor connected to the system, calculates a second system inertia by a facility affecting frequency control of the system, and calculates the calculated first and second system inertia. 2 Calculate final system inertia based on system inertia,
The processor calculates the final system inertia by adding the calculated first system inertia and the calculated second system inertia;
The facility influencing the frequency control includes a generator associated with a governor free, an energy storage system (ESS) for frequency adjustment, and a high voltage direct current (HVDC) related facility.
상기 계통 정보는, EMS(Energy Management System), SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 및 TSM(Transmission Security Management System) 중 적어도 하나로부터 획득된 상기 계통에 연계된 발전기의 상태 정보 및 설비용량 정보와, 상기 계통의 주파수 제어에 영향을 미치는 설비의 상태 정보 및 설비용량 정보와, 상기 계통에 연계된 동기조상기의 상태 정보 및 설비용량 정보와, 상기 계통의 부하정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통관성 연산 장치.
According to claim 1,
The system information includes state information and facility capacity information of a generator connected to the system obtained from at least one of an energy management system (EMS), a supervisory control and data acquisition (SCADA), and a transmission security management system (TSM), and the System inertia calculation device comprising state information and facility capacity information of facilities that affect frequency control of the system, status information and facility capacity information of synchronizing ancestors linked to the system, and load information of the system .
상기 프로세서는, 하기 수식을 통해 상기 제1 계통관성을 연산하는 것을 특징으로 하는 계통관성 연산 장치
[수식]
(여기서, 는 화력 발전기의 관성지수이고, 는 수력 발전기의 관성지수이고, 는 원자력 발전기의 관성지수이고, 는 인버터 기반 발전기의 관성지수이고, 는 동기조상기의 관성지수이고, 는 계통 부하의 관성지수이고, P화력은 화력 발전기의 설비용량이고, P수력은 수력 발전기의 설비용량이고, P원자력은 원자력 발전기의 설비용량이고, PIBG는 인버터 기반 발전기의 설비용량이고, P동기조상기는 동기조상기의 설비용량이고, Pload는 계통 부하의 총량이다).
According to claim 1,
The processor calculates the first system inertia through the following formula.
[formula]
(here, is the inertia index of the thermal power generator, is the inertia index of the hydroelectric generator, is the inertia index of the nuclear power generator, is the inertia index of the inverter-based generator, is the inertia index of the synchronous ancestor, is the inertia index of the grid load, P thermal power is the installed capacity of the thermal power generator, P hydropower is the installed capacity of the hydroelectric generator, P nuclear power is the installed capacity of the nuclear generator, P IBG is the installed capacity of the inverter-based generator, and P Synchronous ancestor is the installed capacity of the synchronizing ancestor, and P load is the total load of the system).
상기 프로세서는, 하기 수식을 통해 상기 제2 계통관성을 연산하는 것을 특징으로 하는 계통관성 연산 장치
[수식]
(여기서, 는 발전기에 연계된 조속기의 관성지수이고, 는 주파수조정용 ESS의 관성지수이고, 는 HVDC 관련 설비의 관성지수이고, PGF는 발전기의 운전 예비력이고, PESS는 주파수조정용 ESS의 설비용량이고, PHVDC는 HVDC 관련 설비의 운전 예비력이다).
According to claim 1,
The system inertia calculator, characterized in that the processor calculates the second system inertia through the following formula
[formula]
(here, is the inertia index of the governor connected to the generator, Is the inertia index of the ESS for frequency adjustment, is the inertia index of the HVDC-related facility, P GF is the operating reserve power of the generator, P ESS is the facility capacity of the frequency control ESS, and P HVDC is the operating reserve power of the HVDC-related facility).
상기 프로세서는, 하기 수식을 통해 상기 발전기의 운전 예비력 및 상기 HVDC 관련 설비의 운전 예비력을 연산하는 것을 특징으로 하는 계통관성 연산 장치
[수식]
(여기서, 은 출력중인 모든 발전기의 설비용량이고, 는 출력중인 모든 발전기의 출력량이고, 는 HVDC 관련 설비의 설비용량이고, 는 HVDC 관련 설비의 출력량이다).
According to claim 6,
The processor calculates the operating reserve force of the generator and the operating reserve force of the HVDC-related facility through the following formula.
[formula]
(here, is the installed capacity of all generators in output, is the output of all generators in output, is the installed capacity of HVDC-related facilities, is the output of HVDC-related facilities).
상기 프로세서는, 상기 연산된 계통관성에 기반하여 계통정수를 산출하고, 상기 산출된 계통정수를 출력하는 것을 특징으로 하는 계통관성 연산 장치.
According to claim 1,
The processor calculates a system constant based on the calculated system inertia and outputs the calculated system inertia.
상기 프로세서는, 하기 수식을 통해 상기 계통정수를 산출하는 것을 특징으로 하는 계통관성 연산 장치
[수식]
(여기서, ITotal은 상기 연산된 계통관성이고, A는 계통관성을 계통정수로 환산하기 위한 환산 지수로, 상기 입력 모듈을 통해 입력된 값이다).
According to claim 9,
The processor calculates the system constant through the following formula.
[formula]
(Here, I Total is the calculated systemic inertia, A is a conversion index for converting the systemic inertia into a system constant, and is a value input through the input module).
상기 프로세서는, 상기 연산된 계통관성과 기 설정된 기준 계통관성을 비교하여 상기 연산된 계통관성이 상기 기준 계통관성 이하인지 여부를 판단하고, 상기 연산된 계통관성이 상기 기준 계통관성 이하인 것으로 판단되는 경우 경고 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 계통관성 연산 장치.
According to claim 1,
The processor compares the calculated system inertia with a preset reference system inertia to determine whether the calculated system inertia is equal to or less than the reference system inertia, and when it is determined that the calculated system inertia is less than or equal to the reference system inertia. System inertia calculation device characterized in that for outputting a warning signal.
상기 프로세서가, 상기 입력받은 계통 정보에 기반하여 신재생에너지 발전기 및 일반 발전기가 연계된 계통의 계통관성을 연산하는 단계; 및
상기 프로세서가, 상기 계통의 주파수 안정도 관리에 이용되도록 상기 연산된 계통관성을 출력하는 단계;를 포함하고,
상기 연산하는 단계는,
상기 프로세서가, 상기 계통에 연계된 발전기 및 동기조상기에 의한 제1 계통관성을 연산하는 단계;
상기 프로세서가, 상기 계통의 주파수 제어에 영향을 미치는 설비에 의한 제2 계통관성을 연산하는 단계; 및
상기 프로세서가, 상기 연산된 제1 및 제2 계통관성에 기반하여 최종 계통관성을 연산하는 단계;를 포함하고,
상기 최종 계통관성을 연산하는 단계에서, 상기 프로세서는,
상기 연산된 제1 계통관성과 상기 연산된 제2 계통관성을 합산하여 상기 최종 계통관성을 연산하고,
상기 주파수 제어에 영향을 미치는 설비는, 조속기(Governor Free)가 연계된 발전기, 주파수조정용 ESS(Energy Storage System) 및 HVDC(High Voltage Direct Current) 관련 설비를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통관성 연산 방법.
receiving, by a processor, system information through an input module;
calculating, by the processor, system inertia of a system in which a renewable energy generator and a general generator are linked based on the received system information; and
Outputting, by the processor, the calculated system inertia so as to be used for frequency stability management of the system;
The calculation step is
calculating, by the processor, a first system inertia by a generator and a synchronous ancestor linked to the system;
calculating, by the processor, a second system inertia by a facility that affects frequency control of the system; and
Comprising, by the processor, a final systemic inertia based on the calculated first and second systemic inertia;
In the step of calculating the final systemic inertia, the processor,
calculating the final system inertia by adding the calculated first system inertia and the calculated second system inertia;
The facility influencing the frequency control includes a generator associated with a governor free, an energy storage system (ESS) for frequency control, and a high voltage direct current (HVDC) related facility.
상기 계통 정보는, EMS(Energy Management System), SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 및 TSM(Transmission Security Management System) 중 적어도 하나로부터 획득된 상기 계통에 연계된 발전기의 상태 정보 및 설비용량 정보와, 상기 계통의 주파수 제어에 영향을 미치는 설비의 상태 정보 및 설비용량 정보와, 상기 계통에 연계된 동기조상기의 상태 정보 및 설비용량 정보와, 상기 계통의 부하정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통관성 연산 방법.
According to claim 12,
The system information includes state information and facility capacity information of a generator connected to the system obtained from at least one of an energy management system (EMS), a supervisory control and data acquisition (SCADA), and a transmission security management system (TSM), and the System inertia calculation method characterized in that it includes state information and facility capacity information of facilities that affect frequency control of the system, status information and facility capacity information of synchronizing ancestors linked to the system, and load information of the system. .
상기 제1 계통관성을 연산하는 단계에서, 상기 프로세서는,
하기 수식을 통해 상기 제1 계통관성을 연산하는 것을 특징으로 하는 계통관성 연산 방법
[수식]
(여기서, 는 화력 발전기의 관성지수이고, 는 수력 발전기의 관성지수이고, 는 원자력 발전기의 관성지수이고, 는 인버터 기반 발전기의 관성지수이고, 는 동기조상기의 관성지수이고, 는 계통 부하의 관성지수이고, P화력은 화력 발전기의 설비용량이고, P수력은 수력 발전기의 설비용량이고, P원자력은 원자력 발전기의 설비용량이고, PIBG는 인버터 기반 발전기의 설비용량이고, P동기조상기는 동기조상기의 설비용량이고, Pload는 계통 부하의 총량이다).
According to claim 12,
In the step of calculating the first systemic inertia, the processor,
System inertia calculation method characterized in that the first system inertia is calculated through the following formula
[formula]
(here, is the inertia index of the thermal power generator, is the inertia index of the hydroelectric generator, is the inertia index of the nuclear power generator, is the inertia index of the inverter-based generator, is the inertia index of the synchronous ancestor, is the inertia index of the grid load, P thermal power is the installed capacity of the thermal power generator, P hydropower is the installed capacity of the hydroelectric generator, P nuclear power is the installed capacity of the nuclear generator, P IBG is the installed capacity of the inverter-based generator, and P Synchronous ancestor is the installed capacity of the synchronizing ancestor, and P load is the total load of the system).
상기 제2 계통관성을 연산하는 단계에서, 상기 프로세서는,
하기 수식을 통해 상기 제2 계통관성을 연산하는 것을 특징으로 하는 계통관성 연산 방법
[수식]
(여기서, 는 발전기에 연계된 조속기(Governor Free)의 관성지수이고, 는 주파수조정용 ESS(Energy Storage System)의 관성지수이고, 는 HVDC(High Voltage Direct Current) 관련 설비의 관성지수이고, PGF는 발전기의 운전 예비력이고, PESS는 주파수조정용 ESS의 설비용량이고, PHVDC는 HVDC 관련 설비의 운전 예비력이다).
According to claim 12,
In the step of calculating the second systemic inertia, the processor,
System inertia calculation method characterized in that the second system inertia is calculated through the following formula
[formula]
(here, is the inertia index of the governor-free connected to the generator, Is the inertia index of the ESS (Energy Storage System) for frequency adjustment, is the inertia index of HVDC (High Voltage Direct Current) related facilities, P GF is the operating reserve power of the generator, P ESS is the facility capacity of the ESS for frequency regulation, and P HVDC is the operating reserve power of the HVDC related facilities).
상기 프로세서는, 하기 수식을 통해 상기 발전기의 운전 예비력 및 상기 HVDC 관련 설비의 운전 예비력을 연산하는 것을 특징으로 하는 계통관성 연산 방법
[수식]
(여기서, 은 출력중인 모든 발전기의 설비용량이고, 는 출력중인 모든 발전기의 출력량이고, 는 HVDC 관련 설비의 설비용량이고, 는 HVDC 관련 설비의 출력량이다).
According to claim 17,
The system inertia calculation method, characterized in that the processor calculates the operating reserve power of the generator and the operating reserve force of the HVDC-related facility through the following formula
[formula]
(here, is the installed capacity of all generators in output, is the output of all generators in output, is the installed capacity of HVDC-related facilities, is the output of HVDC-related facilities).
상기 프로세서가, 상기 연산된 계통관성에 기반하여 계통정수를 산출하는 단계; 및
상기 프로세서가, 상기 산출된 계통정수를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계통관성 연산 방법.
According to claim 12,
calculating, by the processor, a system constant based on the calculated system inertia; and
The system inertia calculation method further comprising outputting, by the processor, the calculated system constant.
상기 계통정수를 산출하는 단계에서, 상기 프로세서는,
하기 수식을 통해 상기 계통정수를 산출하는 것을 특징으로 하는 계통관성 연산 방법
[수식]
(여기서, ITotal은 상기 연산된 계통관성이고, A는 계통관성을 계통정수로 환산하기 위한 환산 지수로, 상기 입력 모듈을 통해 입력된 값이다).
21. The method of claim 20,
In the step of calculating the systematic constant, the processor,
System inertia calculation method characterized in that for calculating the system constant through the following formula
[formula]
(Here, I Total is the calculated systemic inertia, A is a conversion index for converting the systemic inertia into a system constant, and is a value input through the input module).
상기 프로세서가, 상기 연산된 계통관성과 기 설정된 기준 계통관성을 비교하여 상기 연산된 계통관성이 상기 기준 계통관성 이하인지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 프로세서가, 상기 연산된 계통관성이 상기 기준 계통관성 이하인 것으로 판단되는 경우 경고 신호를 출력하는 단계;를 더 포함하는 특징으로 하는 계통관성 연산 방법.According to claim 12,
determining, by the processor, whether the calculated system inertia is equal to or less than the reference system inertia by comparing the calculated system inertia with a preset reference system inertia; and
and outputting, by the processor, a warning signal when it is determined that the calculated systemic inertia is less than or equal to the reference systemic inertia.
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