KR102546872B1 - Dc 배전망 설계 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로그리드 클러스터를 형성하는 DC(Direct Current) 배전망을 설계하는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 DC 배전망 설계 장치는 1) 복수의 공급자 마이크로그리드(MG1-1, MG2-1, ..., MGn-1) 각각의 계통 접속점(P1-1, P2-1, ..., Pn-1)의 지리적 위치 좌표 2) 복수의 사용자 마이크로그리드(MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2) 각각의 계통 접속점(P2-1, P2-2, ..., Pn-2)의 지리적 위치 좌표 3) 복수의 공급자 마이크로그리드(MG1-1, MG2-1, ..., MGn-1) 각각의 연간 발전량 정보 4) 복수의 사용자 마이크로그리드(MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2) 각각의 년간 부하량 정보를 입력 받는 MG 정보 입력부(310); 및 공급자 마이크로그리드의 년간 평균 전력 발전량 순위와 사용자 마이크로그리드의 년간 평균 전력 소비량 순위가 동일한 공급자 마이크로그리드의 계통 접속점과 사용자 마이크로그리드의 계통 접속점 간을 이으는 직접라인을 생성하는 MG 간 선로 설정부(320)를 포함한다.

Description

DC 배전망 설계 장치{DC distribution network design apparatus}
본 발명은 마이크로그리드 클러스터를 형성하는 DC(Direct Current) 배전망을 설계하는 장치에 관한 것이다.
직류(DC, Direct Current) 배전 기술은 선로의 절연 계급이 낮아 교류보다 경제적이고, 송전에 교류보다 최소 1상이 적어서 선로 구성 비용의 절감도 가능하다. 그리고, 직류 배전 기술은 교번하는 성분(주파수)이 없어 리액턴스 성분이 없어 무효전력도 발생하지 않고 표피효과도 발생하지 않는다.
단순히 비교하면 직류 송전이 교류 송전 보다 송전용량 상승, 송전손실저감, 환경적으로 적은 영향 및 투자비 감소 등에 있어 이점이 있다.
최근, DC기반 분산전원 증가, 에너지 저장장치 사용, 마이크로그리드 구축 등에 따라 기존 AC 배전망의 단점을 보완하고 효율을 증대할 수 있는 DC 배전망에 대한 관심이 증가하고 있다.
마이크로그리드(Micro Grid)는 전력망에 정보 기술이 접목되어 발전량 조절을 위한 제어가 수행되며, 발전·소비량 예측 등의 기능을 필요로 한다는 점에서 스마트그리드와 유사하지만, 그 적용 규모가 스마트그리드에 비하여 상대적으로 작고, 발전원과 수용가(전력소비 주체)의 위치가 가깝기 때문에 대규모 송전 설비가 필요하지 않다는 차이점이 있다.
미국의 에너지국(Department Of Energy, DOE)은 마이크로그리드(Micro Grid)를 다음과 같이 정의하고 있다.
명확히 정의된 전기적 범위 안에서 상호 연결된 '수용가'와 '분산 에너지 자원(Distributed Energy Resource, DER)'의 그룹으로 계통에 대하여 하나의 제어 가능한 개체(entity)이며, 계통으로부터 연결 및 독립이 가능하다.
마이크로그리드의 개념은 점점 확대되고 있다. 마이크로그리드는 수용가와 DER이 융합된 형태(공급형 MG) 외에 1) 수용가만 존재하는 형태(수요형 MG) 2) 분잔 에너지 자원 만 존재하는 형태 3) 1) 및 2)에 ESS(Energy Storage System)가 융합된 형태 등이 존재한다.
최근, 마이크로그리드 간을 DC 배전망으로 연결하기 위한 시도가 되고 있다. 이때, 마이크로그리드 간은 MVDC(Midium Voltage Direct Currnet) 계통으로 구성되며, 마이크로그리드 내부는 LVDC(Low Voltage Direct Currnet) 계통으로 구성될 수 있다.
KR10-2017-0138178 (출원일 : 2017.10.24) KR10-2013-0123408 (출원일 : 2013.10.16)
본 발명은 마이크로그리드 간을 연결하는 DC 배전망(MVDC 배전망)을 설계하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 DC 배전망 설계 장치는 1) 복수의 공급자 마이크로그리드(MG1-1, MG2-1, ..., MGn-1) 각각의 계통 접속점(P1-1, P2-1, ..., Pn-1)의 지리적 위치 좌표 2) 복수의 사용자 마이크로그리드(MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2) 각각의 계통 접속점(P2-1, P2-2, ..., Pn-2)의 지리적 위치 좌표 3) 복수의 공급자 마이크로그리드(MG1-1, MG2-1, ..., MGn-1) 각각의 연간 발전량 정보 4) 복수의 사용자 마이크로그리드(MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2) 각각의 년간 부하량 정보를 입력 받는 MG 정보 입력부(310); 및 공급자 마이크로그리드의 년간 평균 전력 발전량 순위와 사용자 마이크로그리드의 년간 평균 전력 소비량 순위가 동일한 공급자 마이크로그리드의 계통 접속점과 사용자 마이크로그리드의 계통 접속점 간을 이으는 직접라인을 생성하는 MG 간 선로 설정부(320)를 포함한다.
여기서, 상기 DC 배전망 설계 장치는 복수의 직접라인과의 거리의 합이 최소가 되는 ESS 지리적 위치 좌표를 결정하고, 상기 결정된 ESS 지리적 위치 좌표와 상기 결정된 ESS 지리적 위치 좌표에 대응되는 복수의 직접 라인 각각에서의 지점을 이으는 간접라인을 생성하는 ESS 좌표 설정부(330)를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 DC 배전망 설계 장치는 서로 직접 라인에 의해 연결된 공급자 마이크로그리드와 사용자 마이크로그리드 간의 일별 초과 공급 곡선을 생성하고, 1 년에 대하여 일별로 복수의 직접 라인과 매칭되는 초과 공급 곡선을 모두 합산하고, 상기 합산된 공급 곡선에서 지속 구간 별로 지속 구간 동안 ‘공급량 - 소비량’의 총합을 산출하고, 1 년 중 최대 ‘공급량-소비량’의 총합을 제공하는 지속구간을 선택하고, 상기 선택된 지속구간에서의 ‘공급량-소비량’의 총합을 ESS의 용량으로 설정하는 ESS 용량 설정부(340)를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 마이크로그리드 간을 연결하는 DC 배전망(MVDC 배전망)을 직접라인, 간접라인, ESS 지리적 위치 좌표, ESS 용량, 선로 용량 측면에서 자동으로 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 마이크로그리드 클러스터를 나타낸다.
도 2는 도 1의 통합 운영 장치의 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 DC 배전망 설계 장치의 기능 블록도를 나타낸다.
도 4는 일별 초과 공급 곡선의 예시를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 DC 배전망 설계 장치에 대하여 설명한다. 이하에서, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해 종래 주지된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.
* 마이크로그리드 클러스터 구조 *
이하, 본 발명의 DC 배전망 설계 장치가 설계하고자 하는 마이크로그리드 클러스터의 배전망 구조에 대하여 설명한다.
먼저, 마이크로그리드 클러스터는 복수의 공급자 마이크로그리드(MG1-1, MG2-1, ..., MGn-1), 복수의 사용자 마이크로그리드(MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2)를 포함할 수 있다. 복수의 공급자 마이크로그리드(MG1-1, MG2-1, ..., MGn-1)의 개수와 복수의 사용자 마이크로그리드(MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2)의 개수는 동일한 것으로 가정한다.
제 1 공급자 마이크로그리드(MG1-1)는 복수의 공급자 마이크로그리드에서 년간 전력 공급량이 가장 많은 마이크로그리드일 수 있다. 제 2 공급자 마이크로그리드(MG2-1)는 복수의 공급자 마이크로그리드에서 년간 전력 공급량이 두 번째로 많은 마이크로그리드일 수 있다. 제 n 공급자 마이크로그리드(MGn-1)는 복수의 공급자 마이크로그리드에서 년간 전력 공급량이 n 번째로 많은 마이크로그리드일 수 있다.
제 1 수요자 마이크로그리드(MG1-2)는 복수의 수요자 마이크로그리드에서 년간 전력 소비량이 가장 많은 마이크로그리드일 수 있다. 제 2 수요자 마이크로그리드(MG2-2)는 복수의 수요자 마이크로그리드에서 년간 전력 소비량이 두 번째로 많은 마이크로그리드일 수 있다. 제 n 수요자 마이크로그리드(MGn-2)는 복수의 수요자 마이크로그리드에서 년간 전력 소비량이 n 번째로 많은 마이크로그리드일 수 있다.
복수의 공급자 마이크로그리드(MG1-1, MG2-1, ..., MGn-1)는 마이크로그리드 클러스터에서 전력 공급자의 역할을 가지고, 복수의 사용자 마이크로그리드(MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2)는 전력 소비자의 역할을 가질 수 있다. 복수의 공급자 마이크로그리드(MG1-1, MG2-1, ..., MGn-1) 각각은 계통 접속점(P1-1, P2-1, ..., Pn-1)을 가질 수 있다. 복수의 사용자 마이크로그리드(MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2) 각각은 계통 접속점(P2-1, P2-2, ..., Pn-2)을 가질 수 있다. 계통 접속점을 통해 복수의 공급자 마이크로그리드와 복수의 사용자 마이크로그리드는 MVDC 배전망 접속될 수 있다. MVDC 배전망은 계통 DC 전압이 1.5 kV ~ 100 kV인 DC 계통일 수 있다. 도 1에서 MCDC 배전망은 제 1 직접라인(L1-1), 제 1 간접라인(L1-2), 제 2 직접라인(L2-1), 제 2 간접라인(L2-2), ..., 제 n 직접라인(Ln-1), 제 n 간접라인(Ln-2)을 포함할 수 있다.
제 1 직접라인(L1-1)은 제 1 공급자 마이크로그리드의 계통 접속점(P1-1)과 제 2 사용자 마이크로그리드의 계통 접속점(P1-2)을 최단거리로 연결하는 MVDC 배전라인일 수 있다. 제 1 간접라인(L1-2)은 제 1 직접라인(L1-1)과 ESS(100)를 연결하는 MVDC 배전라인일 수 있다.
제 2 직접라인(L2-1)은 제 2 공급자 마이크로그리드의 계통 접속점(P2-1)과 제 2 사용자 마이크로그리드의 계통 접속점(P2-2)을 최단거리로 연결하는 MVDC 배전라인일 수 있다. 제 2 간접라인(L2-2)은 제 2 직접라인(L2-1)과 ESS(100)를 연결하는 MVDC 배전라인일 수 있다.
제 n 직접라인(Ln-1)은 제 n 공급자 마이크로그리드의 계통 접속점(Pn-1)과 제 n 사용자 마이크로그리드의 계통 접속점(Pn-2)을 최단거리로 연결하는 MVDC 배전라인일 수 있다. 제 n 간접라인(Ln-2)은 제 n 직접라인(Ln-1)과 ESS(100)를 연결하는 MVDC 배전라인일 수 있다.
즉, 복수의 공급자 마이크로그리드와 복수의 사용자 마이크로그리드는 동일한 개수이고, 공급자 마이크로그리드의 년간 전력 공급량 순위와 사용자 마이크로그리드의 년간 전력 소비량 순위가 동일한 공급자 마이크로그리드와 사용자 마이크로그리드 간을 직접라인으로 최단거리로 연결할 수 있다. 이는 공급자 마이크로그리드의 전력 공급 규모와 소비자 마이크로그리드의 전력 소비 규모를 매칭하고 공급자 마이크로그리드에서 최단거리로 소비자 마이크로그리드로 전력 공급을 직접하게 하는 것에 의해, MVDC 배전망에서의 전력 손실을 최소화하기 위함이다.
그리고, ESS(100)는 복수의 공급자 마이크로그리드와 복수의 사용자 마이크로그리드를 상호 연결하는 복수의 직접라인에 복수의 간접라인을 통해 연결될 수 있다. 이때, ESS(100)는 복수의 간접 라인의 길이의 합이 최소가 되는 지리적인 위치에 설치될 수 있다. 이에 의해, ESS(100)를 이용한 복수의 사용자 마이크로그리드로의 전력 공급을 위한 간접라인의 길이가 최소화될 수 있다. 이에 의해, MVDC 배전망을 위한 공사 비용이 최소화될 수 있다. 물론, 공급자 마이크로그리드의 전력 공급 규모와 소비자 마이크로그리드의 전력 소비 규모를 매칭하고 공급자 마이크로그리드에서 최단거리로 소비자 마이크로그리드로 전력 공급을 직접하게 하는 것에 의해, MVDC 배전망의 공사 비용이 최소화될 수 있다.
제 1 직접라인(L1-1)에는 제 1-1 계측기(M 1-1)가 설치될 수 있다. 제 1-1 계측기(M 1-1)는 제 1 직접라인(L1-1)을 통해 제 1 사용자 마이크로그리드(MG 1-2)에 직접 공급되는 전력량을 계측할 수 있다. 제 1-1 계측기(M 1-1)는 제 1 사용자 마이크로그리드의 계통 접속점(P1-2) 측에 설치될 수 있다.
제 1 간접라인(L1-2)에는 제 1-2 계측기(M 1-2)가 설치될 수 있다. 제 1-2 계측기(M 1-2)는 제 1 간접라인(L1-2)을 통해 ESS(100)가 제 1 사용자 마이크로그리드(MG 1-2)에 공급하는 전력량을 계측할 수 있다.
제 2 직접라인(L2-1)에는 제 2-1 계측기(M 2-1)가 설치될 수 있다. 제 2-1 계측기(M 2-1)는 제 2 직접라인(L2-1)을 통해 제 2 사용자 마이크로그리드(MG 2-2)에 직접 공급되는 전력량을 계측할 수 있다. 제 2-1 계측기(M 2-1)는 제 2 사용자 마이크로그리드의 계통 접속점(P2-2) 측에 설치될 수 있다.
제 2 간접라인(L2-2)에는 제 2-2 계측기(M 2-2)가 설치될 수 있다. 제 2-2 계측기(M 2-2)는 제 2 간접라인(L2-2)을 통해 ESS(100)가 제 2 사용자 마이크로그리드(MG 2-2)에 공급하는 전력량을 계측할 수 있다.
제 n 직접라인(Ln-1)에는 제 n-1 계측기(M n-1)가 설치될 수 있다. 제 n-1 계측기(M n-1)는 제 n 직접라인(Ln-1)을 통해 제 n 사용자 마이크로그리드(MG n-2)에 직접 공급되는 전력량을 계측할 수 있다. 제 n-1 계측기(M n-1)는 제 n 사용자 마이크로그리드의 계통 접속점(Pn-2) 측에 설치될 수 있다.
제 n 간접라인(Ln-2)에는 제 n-2 계측기(M n-2)가 설치될 수 있다. 제 n-2 계측기(M n-2)는 제 n 간접라인(Ln-2)을 통해 ESS(100)가 제 n 사용자 마이크로그리드(MG n-2)에 공급하는 전력량을 계측할 수 있다.
즉, 복수의 공급자 마이크로그리드와 복수의 사용자 마이크로그리드 간을 연결하는 직접 라인 각각에 계측기가 설치될 수 있다. 그 직접라인에 설치된 계측기는 그 직접라인과 연결된 사용자 마이크로그리드에 공급되는 전력량을 계측할 수 있다. 그리고, 복수의 직접 라인 각각에 ESS(200)를 연결하는 간접 라인 각각에 계측기가 설치될 수 있다. 간접 라인 각각에 설치된 계측기는 간접라인을 통해 그 간접라인과 직접라인을 매개로 연결되는 사용자 마이크로그리드에 ESS(200)가 공급하는 전력량을 계측할 수 있다.
ESS(100)는 복수의 공급자 마이크로그리드와 복수의 사용자 마이크로그리드를 상호 연결하는 복수의 직접라인(L1-1, L2-1, ..., Ln-1)에 복수의 간접라인(L1-2, L2-2, ..., Ln-2)을 통해 연결될 수 있다. 이때, ESS(100)는 복수의 간접 라인(L1-2, L2-2, ..., Ln-2)의 길이의 합이 최소가 되는 지리적인 위치에 설치될 수 있다.
이와 같은 마이크로그리드 클러스터는 통합 운영 장치(TOC, 200)에 의해 운영될 수 있다. 물론, 마이크로그리드 클러스터에 속하는 복수의 공급자 마이크로그리드 및 복수의 사용자 마이크로그리드 각각은 그 내부에 설치된 EMS(Energy Management Storage)에 의해 운영 동작을 수행할 수 있다. 이하, 통합 운영 장치(200)에서 전력 거래 관련된 사항을 중심으로 설명한다.
통합 운영 장치(200)는 전력량 수집부(210) 및 전력거래 정산부(220)를 포함할 수 있다.
전력량 수집부(210)는 직접라인에 설치된 계측기(M 1-1, M 2-1, ..., M n-1) 및 간접라인에 설치된 계측기(M 1-2, M 2-2, ..., M n-2)로부터 계측된 전력량을 기 설정된 제 1 주기로 수집할 수 있다.
전력거래 정산부(220)는 수집된 전력량을 기초로 다음의 수학식 1에 따라 기 설정된 제 2 주기로 전력 구매 비용을 산출할 수 있다. 여기서, 제 2 주기는 제 1 주기와 같을 수 있다.
[수학식 1]
전력 구매 비용 = 직접 구매 비용 + 간접 구매 비용
여기서,
직접 구매 비용 : 사용자 마이크로그리드가 사용자 마이크로그리드와 연결된 직접 라인을 통해 공급자 마이크로그리드로부터 직접 공급 받은 전력량에 대한 비용
간접 구매 비용 : 사용자 마이크로그리드가 사용자 마이크로그리드와 직접라인을 매개로 연결된 간접 라인을 통해 ESS로부터 공급 받은 전력량에 대한 비용
전력 구매 비용 산출시, 전력거래 정산부(220)는 사용자 마이크로그리드가 사용자 마이크로그리드와 연결된 직접 라인을 통해 공급자 마이크로그리드로부터 직접 공급 받은 전력량을 직접라인에 설치된 계측기에 의해 계측된 전력량에서 간접라인에 설치된 계측기에 의해 계측된 전력량을 차감하는 것에 의해 산출할 수 있다. 그리고, 전력거래 정산부(2200는 사용자 마이크로그리드가 사용자 마이크로그리드와 연결된 직접 라인을 통해 공급자 마이크로그리드로부터 직접 공급 받은 전력량에 단위 전력 직접 구매 비용을 곱하는 것에 의해 직접 구매 비용을 산출할 수 있다.
전력 구매 비용 산출시, 전력거래 정산부(220)는 사용자 마이크로그리드가 사용자 마이크로그리드와 직접라인을 매개로 연결된 간접 라인을 통해 ESS로부터 공급 받은 전력량을 간접라인에 설치된 계측기를 통해 파악할 수 있다. 이때, 전력거래 정산부(220)는 사용자 마이크로그리드가 사용자 마이크로그리드와 직접라인을 매개로 연결된 간접 라인을 통해 ESS로부터 공급 받은 전력량에 단위 전력 간접 구매 비용을 곱하는 것에 의해, 간접 구매 비용을 산출할 수 있다.
여기서, 단위 전력 간접 구매 비용은 다음의 수학식 2에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 2]
단위 전력 간접 구매 비용 = 단위 전력 직접 구매 비용 + (간접 라인 길이 * 간접 라인 단위 길이 당 추가 비용)
간접 라인 길이는 전력 구매 비용 부가 대상이 되는 사용자 마이크로그리드에 직접라인을 통해 연결되는 간접 라인의 길이일 수 있다. 전력 구매 비용 정산시, 사용자 마이크로그리드에 직접라인을 통해 연결되는 간접 라인의 길이에 대한 추가 비용을 반영하는 것에 의해, MVDC 배전망의 구축에 따른 투자 비용을 복수의 사용자 마이크로그리드로부터 형평성이 있게 회수할 수 있다.
* DC 배전망 설계 장치 *
이하, 도 1 및 도 2에서 설명된 DC 배전망을 설계하는 장치에 대하여 설명한다.
DC 배전망 설계 장치(300)는 설계 프로그램이 내장된 PC일 수 있다. DC 배전망 설계 장치(300)는 MG 정보 입력부(310), MG 간 선로 설정부(320), ESS 좌표 설정부(330), ESS 용량 설정부(340), 선로 용량 설정부(350) 및 사용자 인터페이스(360)를 포함할 수 있다.
MG 정보 입력부(310)는 다음의 정보를 입력 받을 수 있다.
1. 복수의 공급자 마이크로그리드(MG1-1, MG2-1, ..., MGn-1) 각각의 계통 접속점(P1-1, P2-1, ..., Pn-1)의 지리적 위치 좌표
2. 복수의 사용자 마이크로그리드(MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2) 각각의 계통 접속점(P2-1, P2-2, ..., Pn-2)의 지리적 위치 좌표
3. 복수의 공급자 마이크로그리드(MG1-1, MG2-1, ..., MGn-1) 각각의 연간 발전량 정보
4. 복수의 사용자 마이크로그리드(MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2) 각각의 년간 부하량 정보
이때, 입력되는 복수의 공급자 마이크로그리드의 개수와 복수의 사용자 마이크로그리드의 개수는 동일할 수 있다.
MG 간 선로 설정부(320)는 복수의 공급자 마이크로그리드(MG1-1, MG2-1, ..., MGn-1) 각각의 연간 발전량 정보를 분석하여, 복수의 공급자 마이크로그리드의 연간 평균 전력 발전량 순위를 결정할 수 있다. 그리고, MG 간 선로 설정부(320)는 복수의 사용자 마이크로그리드(MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2) 각각의 년간 부하량 정보를 분석하여 연간 평균 전력 소비량 순위를 결정할 수 있다.
그리고, MG 간 선로 설정부(320)는 공급자 마이크로그리드의 년간 평균 전력 발전량 순위와 사용자 마이크로그리드의 년간 평균 전력 소비량 순위가 동일한 공급자 마이크로그리드의 계통 접속점과 사용자 마이크로그리드의 계통 접속점 간을 이으는 직접라인을 생성할 수 있다.
그리고, ESS 좌표 설정부(330)는 복수의 직접라인과의 거리의 합이 최소가 되는 ESS 지리적 위치 좌표를 결정할 수 있다. ESS 좌표 설정부(330)는 복수의 직접라인 각각에서의 좌표를 변수로 하는 목적함수를 이용하여 복수의 직접라인과의 거리의 합이 최소가 되는 ESS의 지리적 위치 좌표를 결정할 수 있다. 그리고, ESS 좌표 설정부(330)는 결정된 ESS 지리적 위치 좌표와 그 지리적 위치 좌표에 대응되는 복수의 직접 라인 각각에서의 지점을 이으는 간접라인을 생성할 수 있다. 이때, 사용자 인터페이스(360)는 1) 복수의 공급자 마이크로그리드(MG1-1, MG2-1, ..., MGn-1) 각각의 계통 접속점(P1-1, P2-1, ..., Pn-1)의 마커 및 그 좌표 2) 복수의 사용자 마이크로그리드(MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2) 각각의 계통 접속점(P2-1, P2-2, ..., Pn-2)의 마커 및 그 좌표 3) 복수의 직접라인 및 간접라인 4) ESS 마커 및 좌표 5) 간접라인과 접속되는 직접라인의 좌표 등을 디스플레이할 수 있다.
ESS 용량 설정부(340)는 서로 직접 라인에 의해 연결된 공급자 마이크로그리드와 사용자 마이크로그리드 간의 일별 초과 공급 곡선을 생성할 수 있다. 일별 초과 공급 곡선은 하루 동안 공급량에서 소비량을 차감한 전력량에 대한 그래프일 수 있다. 이때, 일별 초과 공급 곡선은 직접 라인 별로 생성될 수 있다.
도 4는 초과 공급 곡선의 예시를 나타낸다. 도 4에서 ‘공급량-소비량’이 ‘인 영역은 공급 초과 구간이고, ‘공급량-소비량’이 ‘인 영역은 공급 미달 구간일 수 있다. 그리고, ‘공급량-소비량’이 ‘인 것이 연속되는 구간을 지속구간이라 칭한다. ‘공급량-소비량’이 ‘인 영역에서 ESS(100)는 공급량에서 소비량을 초과한 부분을 저장할 수 있다. 도 4는 지속 구간이 2개인 것을 예시한다.
ESS 용량 설정부(340)는 1 년에 대하여 일별로 복수의 직접 라인과 매칭되는 초과 공급 곡선을 모두 합산할 수 있다. 그리고, ESS 용량 설정부(340)는 합산된 공급 곡선에서 지속 구간 별로 지속 구간 동안 ‘공급량 - 소비량’의 총합을 산출할 수 있다. 그리고, ESS 용량 설정부(340)는 년 중 최대 ‘공급량-소비량’의 총합을 제공하는 지속구간을 선택할 수 있다. 그리고, ESS 용량 설정부(340)는 그 선택된 지속구간에서의 ‘공급량-소비량’의 총합을 ESS의 용량으로 설정 할 수 있다. ESS 용량을 이와 같이 설정하는 것에 의해, 복수의 공급자 마이크로그리드와 복수의 사용자 마이크로그리드로 이루어진 마이크로그리드 클러스터에서 ESS는 충방전을 통해 수급 밸런싱을 충분히 지원할 수 있다. 이에 의해, 마이크로그리드 클러스터의 에너지 자립도가 높아질 수 있다. 설정된 ESS 용량은 사용자 인터페이스(360)를 통해 디스플레이될 수 있다.
선로 용량 결정부(350)는 복수의 사용자 마이크로그리드(MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2) 각각의 년간 부하량 정보를 이용해 년 중 최대 부하를 가지는 마이크로그리드를 특정할 수 있다. 그리고, 그 마이크로그리드에서의 최대 부하에 대응되는 MVDC 배전 전류를 산출할 수 있다. 그리고, 선로 용량 결정부(360)는 그 산출된 MVDC 배전 전류에 마진 계수(예를 들어, 1.2)를 곱한 값을 최대 허용 전류로 할 수 있다. 그리고, 그 최대 허용 전류에 기 설정된 MVDC 배전 전압(예를 들어, 10 kV)을 곱하는 것에 의해 선로 용량이 결정될 수 있다.
MG1-1, MG2-1, ..., MGn-1 : 공급자 마이크로그리드
MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2 : 사용자 마이크로그리드
L1-1, L2-1, Ln-1 : 직접라인
L1-2, L2-2, Ln-2 : 간접라인
P1-1, P1-2, P2-1, P2-2, Pn-1, Pn-2 : 계통 접속점
M1-1, M1-2, M2-1, M2-2, Mn-1, Mn-2 : 계측기
100 : ESS
200 : 통합 운영 장치
300 : DC 배전망 설계 장치

Claims (3)

1) 복수의 공급자 마이크로그리드(MG1-1, MG2-1, ..., MGn-1) 각각의 계통 접속점(P1-1, P2-1, ..., Pn-1)의 지리적 위치 좌표 2) 복수의 사용자 마이크로그리드(MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2) 각각의 계통 접속점(P2-1, P2-2, ..., Pn-2)의 지리적 위치 좌표 3) 복수의 공급자 마이크로그리드(MG1-1, MG2-1, ..., MGn-1) 각각의 연간 발전량 정보 4) 복수의 사용자 마이크로그리드(MG1-2, MG2-2, ..., MGn-2) 각각의 년간 부하량 정보를 입력 받는 MG 정보 입력부(310); 및
공급자 마이크로그리드의 년간 평균 전력 발전량 순위와 사용자 마이크로그리드의 년간 평균 전력 소비량 순위가 동일한 공급자 마이크로그리드의 계통 접속점과 사용자 마이크로그리드의 계통 접속점 간을 이으는 직접라인을 생성하는 MG 간 선로 설정부(320); 및
복수의 직접라인과의 거리의 합이 최소가 되는 ESS 지리적 위치 좌표를 결정하고, 상기 결정된 ESS 지리적 위치 좌표와 상기 결정된 ESS 지리적 위치 좌표에 대응되는 복수의 직접 라인 각각에서의 지점을 이으는 간접라인을 생성하는 ESS 좌표 설정부(330)를 더 포함하고,
상기 직접라인과 간접라인은 MVDC 배전망을 형성하고,
상기 직접라인은 상기 직접라인을 통해 연결되는 공급자 마이크로그리드와 사용자 마이크로그리드를 최단 거리로 연결하고,
ESS 용량 설정부(340)를 더 포함하고,
상기 ESS 용량 설정부(340)는
서로 직접 라인에 의해 연결된 공급자 마이크로그리드와 사용자 마이크로그리드 간의 일별 초과 공급 곡선을 생성하고,
1 년에 대하여 일별로 복수의 직접 라인과 매칭되는 초과 공급 곡선을 모두 합산하고,
상기 합산된 공급 곡선에서 지속 구간 별로 지속 구간 동안 ‘공급량 - 소비량’의 총합을 산출하고,
1 년 중 최대 ‘공급량-소비량’의 총합을 제공하는 지속구간을 선택하고,
상기 선택된 지속구간에서의 ‘공급량-소비량’의 총합을 ESS의 용량으로 설정하는 것을 특징으로 하는 DC 배전망 설계 장치.
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