KR102568488B1 - 신재생 발전 시스템을 통해 배전 계통의 전력 품질 유지 방법 및 서버 - Google Patents

신재생 발전 시스템을 통해 배전 계통의 전력 품질 유지 방법 및 서버 Download PDF

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Abstract

산업 단지에 구비되고 적어도 하나의 분산 전원 및 적어도 하나의 에너지 저장 장치(ESS: Energy Storage System)를 포함하는 신재생 발전 시스템을 통해 배전 계통의 전력 품질 유지 방법은 상기 적어도 하나의 분산 전원에 대응하는 제 1 연계 지점의 전압을 모니터링하는 단계, 상기 제 1 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 상기 제 1 연계 지점의 전압을 제어하는 단계, 상기 산업 단지에 대응하는 제 2 연계 지점의 전압을 모니터링하는 단계 및 상기 제 2 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 무효 전력을 상기 산업 단지 내의 유도성 부하로 공급하는 단계를 포함한다.

Description

신재생 발전 시스템을 통해 배전 계통의 전력 품질 유지 방법 및 서버{METHOD AND SERVER FOR MAINTAINING POWER QUALITY OF DISTRIBUTION SYSTEM THROUGH RENEWABLE ENERGY SYSTEM}
본 발명은 신재생 발전 시스템을 통해 배전 계통의 전력 품질 유지 방법 및 서버에 관한 것이다.
신재생 에너지는 신에너지와 재생 에너지를 포함하는 용어이다. 신에너지는 기존의 화석 연료를 변화시켜 이용하거나, 수소, 산소 등의 화학 반응을 통해 전기 또는 열을 이용하는 에너지로, 예를 들어, 수소 에너지, 연료 에너지 등을 포함한다. 재생 에너지는 햇빛, 물, 지열, 강수, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로, 예를 들어, 태양 에너지, 풍력 에너지, 수력 에너지, 해양 에너지, 지열 에너지 등을 포함한다.
이러한 신재생 에너지를 발전하는 기술과 관련하여, 선행기술인 한국등록특허 제 10-1764247호는 신재생 에너지 발전장치의 제어방법을 개시하고 있다.
종래에는 신재생 에너지의 발전소와 에너지 저장 장치를 포함하는 분산형 전원을 연계하는 경우, 신재생 발전 단지의 가변 출력에 따른 규정 전압 이탈, 전기 품질 저하 등 다양한 문제가 발생된다는 문제점이 있었다.
따라서, 신재생 에너지의 발전소와 에너지 저장 장치를 포함하는 분산형 전원을 연계하더라도 배전 계통의 전력 품질이 유지되는 방법이 요구되고 있다.
적어도 하나의 분산 전원에 대응하는 제 1 연계 지점의 전압을 모니터링하여 제 1 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈했는지 여부를 판단하고, 제 1 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 제 1 연계 지점의 전압을 제어하도록 하는 신재생 발전 시스템을 통해 배전 계통의 전력 품질 유지 방법 및 서버를 제공하고자 한다.
산업 단지에 대응하는 제 2 연계 지점의 전압을 모니터링하고, 제 2 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈했는지 여부를 판단하고, 제 2 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 무효 전력을 산업 단지 내의 유도성 부하로 공급하도록 하는 신재생 발전 시스템을 통해 배전 계통의 전력 품질 유지 방법 및 서버를 제공하고자 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는, 적어도 하나의 분산 전원에 대응하는 제 1 연계 지점의 전압을 모니터링하는 단계, 상기 제 1 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 상기 제 1 연계 지점의 전압을 제어하는 단계, 상기 산업 단지에 대응하는 제 2 연계 지점의 전압을 모니터링하는 단계 및 상기 제 2 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 무효 전력을 상기 산업 단지 내의 유도성 부하로 공급하는 단계를 포함하는 것인 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 적어도 하나의 분산 전원에 대응하는 제 1 연계 지점의 전압 및 상기 산업 단지에 대응하는 제 2 연계 지점의 전압을 모니터링하는 모니터링부 및 상기 제 1 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 상기 제 1 연계 지점의 전압을 제어하고, 상기 제 2 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 무효 전력을 상기 산업 단지 내의 유도성 부하로 공급하도록 상기 신재생 발전 시스템을 제어하는 제어부를 포함하는 것인 서버를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 적어도 하나의 분산 전원에 대응하는 제 1 연계 지점의 전압 및 상기 산업 단지에 대응하는 제 2 연계 지점의 전압을 모니터링하는 모니터링부 및 상기 제 1 연계 지점의 전압의 크기에 기초하여 상기 제 1 연계 지점의 전압을 제어하고, 상기 제 2 연계 지점의 전압의 크기에 기초하여 무효 전력을 상기 산업 단지 내의 유도성 부하로 공급하거나 상기 무효 전력을 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치로 저장하도록 상기 신재생 발전 시스템을 제어하는 제어부를 포함하는 것인 서버를 제공할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 분산 전원에 대응하는 제 1 연계 지점의 전압이 이탈한 경우, 제 1 연계 지점의 전압을 제어하고, 제 1 연계 지점의 전압의 제어로 인해 산업 단지에 대응하는 제 2 연계 지점의 전압이 이탈한 경우, 배전 계통의 전력 품질이 유지되도록 무효 전력을 산업 단지 내의 유도성 부하로 공급하도록 하는 신재생 발전 시스템을 통해 배전 계통의 전력 품질 유지 방법 및 서버를 제공할 수 있다.
무효 전력을 산업 단지 내의 유도성 부하로 공급하기 위해 적어도 하나의 분산 전원의 인버터에 의해 무효 전력을 생성하거나, 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 전력 변환 장치를 제어하여 무효 전력을 생성하여 유도성 부하로 공급함으로써, 발전 단지 또는 산업 단지 내에 추가 장비의 설치 없이 기존의 장치의 제어를 통해 무효 전력을 공급하도록 하는 신재생 발전 시스템을 통해 배전 계통의 전력 품질 유지 방법 및 서버를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 품질 유지 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우를 도시한 예시적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버에서 배전 계통의 전력 품질을 유지하는 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버에서 제 2 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위의 이탈 여부에 기초하여 배전 계통의 전력 품질을 유지하는 방법의 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.
본 명세서에 있어서 단말 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 품질 유지 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 전력 품질 유지 시스템(1)은 신재생 발전 시스템(100)에 구비된 에너지 저장 장치(101), 분산 전원(103), 로컬 제어 모듈(130) 및 서버(120)를 포함할 수 있다. 신재생 발전 시스템(100)에 구비된 에너지 저장 장치(101), 분산 전원(103), 로컬 제어 모듈(130) 및 서버(120)는 전력 품질 유지 시스템(1)에 의하여 제어될 수 있는 구성요소들을 예시적으로 도시한 것이다.
도 1의 전력 품질 유지 시스템(1)의 각 구성요소들은 일반적으로 네트워크(network)를 통해 연결된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 서버(120)는 에너지 저장 장치(101), 분산 전원(103), 로컬 제어 모듈(130)과 동시에 또는 시간 간격을 두고 연결될 수 있다.
네트워크는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다. 무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication), 라이파이(LiFi) 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
신재생 발전 시스템(100)은 신재생 에너지를 이용하여 발전시킨 전력을 산업 단지(110)로 공급할 수 있다. 이러한 신재생 발전 시스템(100)은 에너지 저장 장치(101, ESS, Energy Storage System), 분산 전원(103), 로컬 제어 모듈(130)을 포함할 수 있다.
에너지 저장 장치(101)는 분산 전원(103)에서 생산된 전기를 배전 계통저장한 후, 전기가 필요한 시기에 공급하여 에너지 효율을 높이는 시스템을 의미한다. 예를 들어, 에너지 저장 장치(101)는 실시간으로 전력 공급자와 소비자가 정보를 교환하여 전력을 안정적으로 공급하는 역할을 수행하며, 태양광, 풍력 등 신재생 에너지 전원과 결합하여 전력을 공급하고, 전기 요금이 저렴한 시간에 저장된 전기를 피크 타임에 사용되도록 할 수도 있다.
이러한 에너지 저장 장치(101)는 전력 변환 장치(102, PCS: Power Conversion System)을 구비할 수 있다. 전력 변환 장치(102)는 에너지 저장 장치(101) 내에서 전력을 입력받아 배터리(축전지)에 저장하거나, 배전 계통으로 방출하기 위해 전기적 특성(예를 들어, 주파수, 전압, AC/DC)을 변환해주는 장치를 의미한다.
전력 변환 장치(102)는 유효 전력, 무효 전력 등의 품질을 제어하고, 전압을 측정하고, 연결 상태 및 운영 상태를 감시하고, 신재생 에너지의 최대 전력점의 추종을 제어하는 감시/제어 기능을 수행한다.
또한, 전력 변환 장치(102)는 정전 시 계통을 보호하고, 신재생 에너지원의 전력 품질을 제어하는 계통 연계 보호 기능, 신재생 에너지 및 계통 연계 운전이 가능하고, 계통 전원이 없을 시, 배터리를 활용한 독립 운전이 가능한 독립 운전 기능을 수행할 수 있다.
분산 전원(103)은 인버터(104)를 통해 생성된 무효 전력을 즉시 공급하거나, 또는 에너지 저장 장치(101)에 저장함으로써 추가 장비 설치 없이 기존 장치의 추가 제어를 통해 무효 전력을 산업 단지(110) 내 전동 부하로 공급할 수 있다.
산업 단지(110)는 신재생 발전 시스템(100)으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 예를 들어, 산업 단지(110)는 공급받은 전력을 이용하여 산업 단지(110) 내 전압 유지 및 산업 단지(110) 내 대부분의 부하를 차지하는 전동 부하인 전동기를 안정적으로 기동시킬 수 있다.
서버(120)는 전력 품질 유지 시스템(1)의 전력 품질을 감시하여 배전 계통의 전력 품질을 유지할 수 있다.
서버(120)는 적어도 하나의 분산 전원(103)에 대응하는 제 1 연계 지점(105)의 전압 및 산업 단지(110)에 대응하는 제 2 연계 지점(111)의 전압을 모니터링할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 서버(120)는 제 1 연계 지점(105)의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 제 1 연계 지점(105)의 전압을 제어하고, 제 2 연계 지점(111)의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 무효 전력을 산업 단지(110) 내의 유도성 부하(예컨대, 전동 부하)로 공급하도록 신재생 발전 시스템(100)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 서버(120)가 무효 전력을 산업 단지(110) 내의 유도성 부하로 공급하도록 하는 신호를 로컬 제어 모듈(130)로 전송하면, 로컬 제어 모듈(130)은 무효 전력을 산업 단지(110) 내의 유도성 부하로 공급할 수 있다. 예를 들어, 로컬 제어 모듈(130)은 제 1 연계 지점(105)의 전압이 상승 또는 하강되도록 부하시 탭 전환장치(OLTC: on-load tap changer)를 제어할 수 있다.
본 발명에서 서버(120)가 신재생 발전 시스템(100)을 제어하는 것은 신재생 발전 시스템(100)을 직접 제어하는 것뿐만 아니라 상술한 바와 같이 로컬 제어 모듈(130)을 통해 간접적으로 제어하는 것도 포함한다.
서버(120)는 제 2 연계 지점(111)의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 적어도 하나의 분산 전원(103)의 인버터(104)(Inverter)에 의해 무효전력을 생성하고 생성된 무효 전력을 유도성 부하로 공급하도록 신재생 발전 시스템(100)을 제어할 수 있다. 여기서, 제 2 연계 지점(111)의 전압은 부하시 탭 전환장치의 제어에 의해 변동될 수 있다.
서버(120)는 제 2 연계 지점(111)의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 적어도 하나의 에너지 저장 장치(101)의 전력 변환 장치(102)를 제어하여 무효 전력을 생성하고, 생성된 무효 전력을 유도성 부하로 공급하도록 신재생 발전 시스템(100)을 제어할 수 있다.
서버(120)는 제 2 연계 지점(111)의 전압이 기설정된 전압 범위를 유지하는 경우, 적어도 하나의 분산 전원(103)의 인버터(104)에 의해 발생되는 무효전력을 적어도 하나의 에너지 저장 장치(101)로 저장하도록 신재생 발전 시스템(100)을 제어할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 서버(120)는 제 1 연계 지점(105)의 전압의 크기에 기초하여 제 1 연계 지점(105)의 전압을 제어하고, 제 2 연계 지점(111)의 전압의 크기에 기초하여 무효 전력을 산업 단지(110) 내의 유도성 부하로 공급하거나 무효 전력을 적어도 하나의 에너지 저장 장치(101)로 저장하도록 신재생 발전 시스템(100)을 제어할 수 있다.
일반적으로, 산업 단지(110)에서 이용되는 소비 전력은 에너지 및 피크 수요를 감소시키기 위해 입증된 기술인 CVR(Conservation Voltage Reduction) 이론에 기초한다. CVR 이론은 분배 시스템에서 엔드 서비스 지점의 상류에 구현되는 측정법이다.
<CVR(Conservation Voltage Reduction) 이론>
소비 전력의 단위는 kw이며, 이 단위는 유효 전력을 의미한다. 소비전력은 전압과 전류와의 관계로, 다음의 수학식 1과 같다.
수학식 1을 참조하면, 소비 전력은 전압의 제곱에 비례하며, 전압을 낮추면 소비 전력이 감소하게 된다. 그러나 산업 단지(110)에 CVR 이론의 적용시, 부하는 저항성 부하, 유도성 부하, 용량성 부하가 포함되어 있기 때문에 부하 특성에 따른 최적의 전압 제어가 필요하다.
또한, 산업 단지(110)는 자화 전류를 이용하여 공정 가동 라인을 기동시킬 수 있다.
<자화 전류>
유도기는 회전 자속을 발생시키기 위한 여자 전원을 외부에서 공급받아야 한다. 이를 위해, 콘덴서와 같은 설비가 대부분 이용된다. 고정자로부터 회전하는 자속은 회전자에 전류를 유도하여 자계를 발생시킨다. 예를 들어, 회전자가 회전자속의 비율보다 늦게 회전한다면 해당 부하는 유도 전동기와 같이 동작하며, 회전자가 회전자속의 비율보다 빠르게 회전한다면, 해당 부하는 발전기로서 기능할 수 있다.
산업 단지(110)에서 공정 가동 라인을 위해 사용하는 전동기 대부분이 유도 전동기이다. 따라서, 기동을 위해서는 외부 여자 전류의 공급이 반드시 필요하다.
유도 전동기의 기동은 정상 운전시보다 무효 전력이 급격히 소비되는 상태로 계통 수전단으로부터 무효 전력이 급하게 필요하게 되고, 이에 따라 전동기 연계 단자의 전압도 전동기 기동시 저하되게 된다. 전동기의 토크와 전압의 관계는 수학식 2와 같다.
수학식 2를 참조하면, 전동기의 회전력은 전압의 2승에 비례하므로, 전압이 낮아지면, 전동기의 기동 시간이 길어져 회전력이 가속되지 못하고, 이에 따라 전동기 소손 및 효율이 감소하게 된다.
즉, 전동기 단자의 전압이 감소하면, 전동기의 토크가 급격히 감소하게 된다. 또한, 전동기는 전력을 수전하여 기동되므로, 유도성 부하로 인한 역률이 현저하게 떨어지는 현상이 발생하게 된다.
따라서, 유도 전동기는 회전자계를 발생시키기 위해 자화 전류가 요구된다. 자화 전류는 무효 전력 성분으로서, 전원측에서 공급받을 경우, 역률이 낮아지지만, 콘덴서를 전동기 입구단에 설치할 경우, 무효 전력을 전원측을 대신하여 공급받을 수 있으므로 역률이 높아진다.
따라서, 본 발명은 추가 장비의 설치 없이 기존 장치의 추가 제어를 통해 무효 전력을 산업 단지(110) 내의 전동 부하로 공급하도록 함으로써, 산업 단지(110) 내 공장의 전압 유지 및 공장 내 대부분의 부하를 차지하는 전동 부하인 전동기를 안정적으로 기동하고 사용하도록 여자 전류를 공급하는 방안을 제안하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버의 구성도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 서버(120)는 모니터링부(210) 및 제어부(220)를 포함할 수 있다.
모니터링부(210)는 적어도 하나의 분산 전원(103)에 대응하는 제 1 연계 지점(105)의 전압 및 산업 단지(110)에 대응하는 제 2 연계 지점(111)의 전압을 모니터링할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어부(220)는 제 1 연계 지점(105)의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 제 1 연계 지점(105)의 전압을 제어할 수 있다. 제 1 연계 지점(105)의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우에 대해서는 도 3을 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우를 도시한 예시적인 도면이다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 모니터링부(210)는 적어도 하나의 분산 전원(103)에 대응하는 제 1 연계 지점(105)의 전압을 모니터링하고, 제어부(220)는 제 1 연계 지점(105)의 전압이 기설정된 전압 범위(301)를 이탈한 경우, 제 1 연계 지점(105)의 전압이 상승 또는 하강되도록 탭 전환장치(OLTC: on-load tap changer)를 제어할 수 있다. 이를 통해, 제어부(220)는 소비 전력 감소 이론인 CVR 이론에 기초하여 제 1 연계 지점(105)의 전압을 낮추도록 할 수 있다.
예를 들어, 제어부(220)는 탭 전환장치(예를 들어, 단상 전압 규정범위 220V±13V)를 아래와 같이 제어할 수 있다.
TR Controlmin=Grid Busmin - Load Busmin
TR Controlmax=Grid Busmax - Load Busmax
이를 통해, 사용 부하에 따라 분산 전원(103)의 제 1 연계 지점(105)의 전압이 기설정된 전압 범위(301)를 이탈하는 경우, 제어부(220)가 탭 전환장치를 제어함으로써 규정 전압을 하한(302)으로 낮추고, 규정 전압을 유지하는 경우, 소비 전력을 감소시키고, 분산 전원(103)의 전압의 상승을 억제시킬 수 있다.
즉, 본 발명은 별도의 무효 전력 보상 장치 및 역률 제어 장치를 통하지 않고, 기존의 에너지 저장 장치(101)의 전력 변환 장치(102)와 탭 전환장치의 추가적인 제어를 통해 전력 품질 저하 등의 다양한 문제를 예방할 수 있다.
다시 도 2로 돌아와서, 제어부(220)는 제 2 연계 지점(111)의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 무효 전력을 산업 단지(110) 내의 유도성 부하로 공급하도록 신재생 발전 시스템(100)을 제어할 수 있다. 여기서, 제 2 연계 지점(111)의 전압은 부하시 탭 전환장치의 제어에 의해 변동될 수 있다.
예를 들어, 제어부(220)는 제 2 연계 지점(111)의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 적어도 하나의 분산 전원(103)의 인버터(104)(Inverter)에 의해 무효전력을 생성하고 생성된 무효 전력을 유도성 부하로 공급하도록 신재생 발전 시스템(100)을 제어할 수 있다.
다른 예를 들어, 제어부(220)는 제 2 연계 지점(111)의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 적어도 하나의 에너지 저장 장치(101)의 전력 변환 장치(102)를 제어하여 무효 전력을 생성하고, 생성된 무효 전력을 유도성 부하로 공급하도록 신재생 발전 시스템(100)을 제어할 수 있다.
이는, 대용량의 유도성 부하인 승압용 변압기와 소내 변압기의 손실도 고려하여 콘덴서 용량을 산정하는 경우, 콘덴서 용량 부족으로 인한 역률 개선의 문제를 최소화할 수는 있지만, 대부분의 산업 단지(110)의 공장은 연속 공정 외 불연속 공정 가동으로 전동기 정지 기동이 수시로 반복되고 있어, 필요한 여자 전원을 공급받을 수 없으며, 이로 인해, 수전 모드에서는 소내 계통에 전압 강하로 인한 전동기 기동 실패가 발생할 수 있는 문제가 발생될 수 있기 때문이다.
그러나 본 발명은 적어도 하나의 분산 전원(103)의 인버터(104)에 의해 무효 전력을 생성하거나, 적어도 하나의 에너지 저장 장치(101)의 전력 변환 장치(102)를 제어하여 무효 전력을 생성하여 유도성 부하로 공급하도록 함으로써, 무효 전력 공급을 통해 산업 단지(110) 내 전동기로 여자 전류를 공급할 수 있게 되어, 전압이 낮아지면 전동기의 기동 시간이 길어지고 가속되지 못하는 문제를 해결할 수 있다.
제어부(220)는 제 2 연계 지점(111)의 전압이 기설정된 전압 범위를 유지하는 경우, 적어도 하나의 분산 전원(103)의 인버터(104)에 의해 발생되는 무효 전력을 적어도 하나의 에너지 저장 장치(101)로 저장하도록 신재생 발전 시스템(100)을 제어할 수 있다.
이러한 과정을 통해, 추가 유도 전동기의 구동을 위해 산업 단지(110)의 계통에서 추가적인 여자 전류 공급을 필요로 하는 경우에도 여자 전류 공급을 위해 별도의 구성 요소를 추가할 필요없이 신재생 발전 시스템(100)의 발전 상태에 따라 분산 전원(103)로부터 생성된 전력 또는 에너지 저장 장치(101)에 저장된 전력을 이용하여 전동기의 기동에 필요한 무효 전력(여자 전류)이 공급되도록 구성할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제어부(220)는 제 1 연계 지점(105)의 전압의 크기에 기초하여 제 1 연계 지점(105)의 전압을 제어하고, 제 2 연계 지점(111)의 전압의 크기에 기초하여 무효 전력을 산업 단지(110) 내의 유도성 부하로 공급하거나 무효 전력을 적어도 하나의 에너지 저장 장치(101)로 저장하도록 신재생 발전 시스템(100)을 제어할 수 있다.
이러한 산업 단지(110)의 사용 부하의 저하에 따른 탭 변환장치의 송출전압 상승, 산업 단지(110) 내 추가 전동부하 사용(기존 연속 공정외 불연속 공정 사용)의 사용률 감소에 따라 소비되는 여자 전류는 감소될 수 있다. 따라서, 본 발명은 필요한 무효 전력은 인버터(104)에서 생성되고 있으며, 불필요시 에너지 저장 장치(101)로 저장하고, 인버터(104)의 무효 전력의 생성을 중지하여 유효 전력만 배전 계통에 공급되도록 함으로써, 분산 전원(103)의 적정 전압에 대한 이탈을 방지하도록 할 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 분산 전원(103)을 배전 계통의 분리없이 지속적으로 수용하기 위해 신재생 발전 시스템(100)의 유효 전력의 출력뿐만 아니라, 무효 전력의 제어를 통해 배전 계통의 전력 품질 연계 규정 중 규정 전압 이탈을 방지하도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버에서 배전 계통의 전력 품질을 유지하는 방법의 순서도이다. 도 4에 도시된 서버에서 산업 단지에 구비되고 적어도 하나의 분산 전원 및 적어도 하나의 에너지 저장 장치를 포함하는 신재생 발전 시스템을 통해 배전 계통의 전력 품질을 유지하는 방법은 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에 따라 전력 품질 유지 시스템(1)에 의해 시계열적으로 처리되는 단계들을 포함한다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에 따른 서버(120)에도 적용된다.
단계 S410에서 서버(120)는 적어도 하나의 분산 전원(103)에 대응하는 제 1 연계 지점(105)의 전압을 모니터링할 수 있다.
단계 S420에서 서버(120)는 제 1 연계 지점(105)의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 제 1 연계 지점(105)의 전압을 제어할 수 있다.
단계 S430에서 서버(120)는 산업 단지(110)에 대응하는 제 2 연계 지점(111)의 전압을 모니터링할 수 있다.
단계 S440에서 서버(120)는 제 2 연계 지점(111)의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 무효 전력을 산업 단지(110) 내의 유도성 부하로 공급할 수 있다.
상술한 설명에서, 단계 S410 내지 S440은 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 전환될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버에서 제 2 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위의 이탈 여부에 기초하여 배전 계통의 전력 품질을 유지하는 방법의 순서도이다. 도 5에 도시된 서버에서 제 2 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위의 이탈 여부에 기초하여 배전 계통의 전력 품질을 유지하는 방법은 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에 따라 전력 품질 유지 시스템(1)에 의해 시계열적으로 처리되는 단계들을 포함한다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에 따른 서버(120)에도 적용된다.
서버(120)는 적어도 하나의 분산 전원(103)에 대응하는 제 1 연계 지점(105)의 전압을 모니터링하고(S501), 제 1 연계 지점(105)의 전압이 기설정된 범위를 이탈하는지 여부를 판단할 수 있다(S502). 예를 들어, 서버(120)는 제 1 연계 지점(105)의 전압이 208kw~220kw의 범위를 이탈하는지 여부를 판단할 수 있다.
서버(120)는 제 1 연계 지점(105)의 전압이 기설정된 범위를 이탈하지 않은 경우(S503), 제 1 연계 지점(105)을 지속적으로 모니터링하고(S501), 제 1 연계 지점(105)의 전압이 기설정된 범위를 이탈하는 경우(S504), 부하시 탭 전환장치의 제어를 통해 제 1 연계 지점(105)의 전압을 상승 또는 하강시킬 수 있다(S505).
서버(120)는 산업 단지(110)에 대응하는 제 2 연계 지점(111)의 전압을 모니터링하고(S506), 제 2 연계 지점(111)의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈하는지 여부를 판단할 수 있다(S507).
서버(120)는 제 2 연계 지점(111)의 전압이 기설정된 범위를 이탈하는 경우(S508), 적어도 하나의 분산 전원(103)의 인버터(104)에 의해 생성된 무효 전력을 유도성 부하로 공급하고(S509), 적어도 하나의 에너지 저장 장치(101)의 전력 변환 장치(102)를 제어함으로써 생성된 무효 전력을 유도성 부하로 공급할 수 있다(S510). 이와 달리, 서버(120)는 제 2 연계 지점(111)의 전압이 기설정된 범위를 이탈하지 않은 경우(S511), 적어도 하나의 분산 전원(103)의 인버터(104)에 의해 발생되는 무효 전력을 적어도 하나의 에너지 저장 장치(101)로 저장할 수 있다(S512).
상술한 설명에서, 단계 S501 내지 S512는 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 전환될 수도 있다.
도 1 내지 도 5를 통해 설명된 서버에서 산업 단지에 구비되고 적어도 하나의 분산 전원 및 적어도 하나의 에너지 저장 장치를 포함하는 신재생 발전 시스템을 통해 배전 계통의 전력 품질을 유지하는 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 또한, 도 1 내지 도 5를 통해 설명된 서버에서 산업 단지에 구비되고 적어도 하나의 분산 전원 및 적어도 하나의 에너지 저장 장치를 포함하는 신재생 발전 시스템을 통해 배전 계통의 전력 품질을 유지하는 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램의 형태로도 구현될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 신재생 발전 시스템
101: 에너지 저장 장치
102: 전력 변환 장치
103: 분산 전원
104: 인버터
105: 로컬 제어 모듈
110: 산업 단지
120: 서버
210: 모니터링부
220: 제어부

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 분산 전원 및 적어도 하나의 에너지 저장 장치(ESS: Energy Storage System)를 포함하는 신재생 발전 시스템을 통해 배전 계통의 전력 품질 유지 방법에 있어서,
    상기 적어도 하나의 분산 전원에 대응하는 제 1 연계 지점의 전압을 모니터링하는 단계;
    상기 제 1 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 상기 제 1 연계 지점의 전압을 제어하는 단계;
    산업 단지에 대응하는 제 2 연계 지점의 전압을 모니터링하는 단계; 및
    상기 제 1 연계 지점의 전압 제어에 의해 변동되는 제 2 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 무효 전력을 상기 산업 단지 내의 유도성 부하로 공급하는 단계
    를 포함하는 것인, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연계 지점의 전압을 제어하는 단계는 부하시 탭 전환장치(OLTC: on-load tap changer)의 제어를 통해 상기 제 1 연계 지점의 전압을 상승 또는 하강시키는 단계
    를 포함하는 것인, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 무효 전력을 상기 산업 단지 내의 유도성 부하로 공급하는 단계는
    상기 적어도 하나의 분산 전원의 인버터(Inverter)에 의해 무효전력을 생성하고 상기 생성된 무효 전력을 상기 유도성 부하로 공급하는 단계
    를 포함하는 것인, 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 무효 전력을 상기 산업 단지 내의 유도성 부하로 공급하는 단계는
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 전력 변환 장치(PCS: Power Conversion System)를 제어하여 무효 전력을 생성하고, 상기 생성된 무효 전력을 상기 유도성 부하로 공급하는 단계
    를 더 포함하는 것인, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 유지하는 경우, 상기 적어도 하나의 분산 전원의 인버터에 의해 발생되는 무효전력을 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치로 저장하는 단계
    를 더 포함하는 것인, 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 연계 지점의 전압은 상기 부하시 탭 전환장치의 제어에 의해 변동되는 것인, 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 산업 단지는 상기 신재생 발전 시스템으로부터 전력을 공급받는 것인, 방법.
  8. 적어도 하나의 분산 전원 및 적어도 하나의 에너지 저장 장치(ESS: Energy Storage System)를 포함하는 신재생 발전 시스템을 통해 배전 계통의 전력 품질을 유지하는 서버에 있어서,
    상기 적어도 하나의 분산 전원에 대응하는 제 1 연계 지점의 전압 및 산업 단지에 대응하는 제 2 연계 지점의 전압을 모니터링하는 모니터링부; 및
    상기 제 1 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 상기 제 1 연계 지점의 전압을 제어하고, 상기 제 1 연계 지점의 전압 제어에 의해 변동되는 상기 제 2 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 무효 전력을 상기 산업 단지 내의 유도성 부하로 공급하도록 상기 신재생 발전 시스템을 제어하는 제어부
    를 포함하는 것인, 서버.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1 연계 지점의 전압이 상승 또는 하강되도록 부하시 탭 전환장치(OLTC: on-load tap changer)를 제어하는 것인, 서버.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 상기 적어도 하나의 분산 전원의 인버터(Inverter)에 의해 무효전력을 생성하고 상기 생성된 무효 전력을 상기 유도성 부하로 공급하도록 상기 신재생 발전 시스템을 제어하는 것인, 서버.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 이탈한 경우, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 전력 변환 장치(PCS: Power Conversion System)를 제어하여 무효 전력을 생성하고, 상기 생성된 무효 전력을 상기 유도성 부하로 공급하도록 상기 신재생 발전 시스템을 제어하는 것인, 서버.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 연계 지점의 전압이 기설정된 전압 범위를 유지하는 경우, 상기 적어도 하나의 분산 전원의 인버터에 의해 발생되는 무효전력을 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치로 저장하도록 상기 신재생 발전 시스템을 제어하는 것인, 서버.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 연계 지점의 전압은 상기 부하시 탭 전환장치의 제어에 의해 변동되는 것인, 서버.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 산업 단지는 상기 신재생 발전 시스템으로부터 전력을 공급받는 것인, 서버.
  15. 적어도 하나의 분산 전원 및 적어도 하나의 에너지 저장 장치(ESS: Energy Storage System)를 포함하는 신재생 발전 시스템을 통해 배전 계통의 전력 품질을 유지하는 서버에 있어서,
    상기 적어도 하나의 분산 전원에 대응하는 제 1 연계 지점의 전압 및 산업 단지에 대응하는 제 2 연계 지점의 전압을 모니터링하는 모니터링부; 및
    상기 제 1 연계 지점의 전압의 크기에 기초하여 상기 제 1 연계 지점의 전압을 제어하고, 상기 제 1 연계 지점의 전압 제어에 의해 변동되는 상기 제 2 연계 지점의 전압의 크기에 기초하여 무효 전력을 상기 산업 단지 내의 유도성 부하로 공급하거나 상기 무효 전력을 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치로 저장하도록 상기 신재생 발전 시스템을 제어하는 제어부
    를 포함하는 것인, 서버.
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