KR102570724B1

KR102570724B1 - 능동형 변압기 통합 운전 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR102570724B1
Application number: KR1020210075898A
Authority: KR
Inventors: 박상용; 김종안
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2021-06-11
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2023-08-29
Also published as: KR20220167420A; KR20230125153A; KR20230125154A

Abstract

본 발명의 능동형 변압기 통합 운전 시스템(1)을 이용한 변압기 통합 운전 방법은 변전소(100)의 송전선로(200)와 배전망(300)에 각각 연결된 복수개로 구성된 변압기(50a,50b,50c,50d)의 운전 중 신재생 에너지 발전원(40-2)의 발전량이 포함된 전력계통 데이터의 변압기 부하 감소량에 기반 하여 변압기 손실 최소화가 가능한 변압기 개별운전 또는 변압기 통합운전을 판단하여 출력하는 변압기 통합 운전 최적 제어(S100~S401)가 수행됨으로써 신재생발전량및 변압기 부하 변동량에 따른 변화량 데이터 관리로 변압기 통합 운전 손실 최소화가 가능하고, 특히 변화량 데이터 기반으로 변압기의 저항손과 무부하손을 조합함으로써 변압기를 부하량에 맞춘 최적 방향으로 통합운전기간의 산정이 최적화되어 경제적인 계통 운영이 이루어지는 특징을 구현한다.

Description

능동형 변압기 통합 운전 시스템 및 그 방법{Method for Transformer Integrated Operating and Active System thereof}

본 발명은 변압기 통합 운전에 관한 것으로, 특히 신재생발전량 및 부하 변동량이 반영된 부하량에 따라 변압기의 통합운전기간을 최적의 방향으로 산정할 수 있는 능동형 변압기 통합 운전 시스템 및 방법에 관한 것이다.

세계적으로 탈원전, 탈석탄에 대한 연구 및 실계통 적용이 활발히 진행되고 있고, 태양광, 풍력발전과 같은 신재생전원이 확대되고 있는 추세이며, 이에 맞춰 국내에서도 친환경에너지 정책이 확대되어 전력계통 내 신재생발전원이 기하급수적으로 연계되고 있다.

특히 신재생에너지 발전원들이 배전망에 접속되어 발전할 경우, 154kV 송전선로 및 변압기 측면에서 마치 부하가 줄어드는 것과 같은 효과를 가질 수 있다.

그러므로 변전소에서는 신재생에너지 발전원을 통한 신재생 전원의 증가에 맞춰 변압기 통합운전이 이루어짐으로써 변압기의 불필요한 손실을 줄여 주고 있다.

이러한 이유는 변전소의 변압기 부하는 화력, 수력, 원자력 발전기와 같은 기존 에너지 발전원과 다르게 출력량을 원하는 만큼 조정이 불가능 하면서 신재생 전원에 의한 출력 변동이 심한 신재생에너지 발전원으로부터 직접적으로 영향을 받을 수밖에 없기 때문이다.

일례로 상기 변압기 통합운전은 부하가 적은 경부하시기에 복수개의 변압기 중 부하량이 적은 변압기를 통합하여 운용하고, 이를 통해 매년 연간 25,000MWh, 약 20억원의 비용 절감이 이루어지고 있다.

국내등록특허 KR 10-1658705 B

하지만, 상기 변압기 통합운전 방식은 경부하기간으로 국한된 경부하 대응식 변압기 통합운전 방식으로 운용됨으로써 최근 급속도로 증가하는 태양광발전설비와 같은 신재생에너지 발전원으로 인한 배전선로 순부하의 일정 수준 이하 감소 시간의 증가에 대처할 수 없다는 한계에 부딪히고 있는 실정이다.

특히 순부하 감소 시간 증가는 신재생에너지 발전원이 배전망에 접속되는 숫자가 지속적으로 증가하는 추세에서 더욱 증가됨을 감안할 때, 변압기의 불필요한 손실을 줄여 보다 안정적으로 전력 계통운영을 할 수 있는 즉, 기존의 경부하 대응식 변압기 통합운전 방식의 한계를 극복함이 요구되고 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 기존 에너지 발전원과 함께 신재생발전량 및 부하 변동량에 따른 변화량 데이터를 관리함으로써 변압기 통합 운전의 손실 방생을 최소하여 전력계통이 경제적이고 합리적으로 운영될 수 있고, 특히 변화량 데이터 기반으로 변압기의 저항손과 무부하손을 조합함으로써 변압기를 부하량에 맞춘 최적 방향으로 통합운전기간의 산정이 최적화되어 경제적인 계통 운영이 이루어질 수 있는 능동형 변압기 통합 운전 시스템 및 방법의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 변압기 통합 운전 방법은 복수개로 구성된 변압기의 운전 중 통합 운전 최적제어장치에 의해 신재생 에너지 발전원의 발전량이 포함된 전력계통 데이터의 변압기 부하 감소량에 기반 하여 변압기 손실 최소화가 가능한 변압기 개별운전 또는 변압기 통합운전이 판단되어 출력되는 변압기 통합 운전 최적 제어가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 전력계통 데이터는 발전원의 출력량 조정이 가능한 기존 에너지 발전원의 발전량에 상기 신재생 에너지 발전원의 발전량을 실시간 합산으로 산출되고, 상기 실시간 합산은 상기 변압기 부하 감소량이다.

바람직한 실시예로서, 상기 신재생 에너지 발전원의 발전량은 상기 신재생발전기의 예측 발전량 또는 예측 부하량이다.

바람직한 실시예로서, 상기 기존 에너지 발전원은 화력 발전, 수력 발전 및 원자력 발전 중 어느 하나이고, 상기 신재생 에너지 발전원은 태양광 발전 또는 풍력 발전이다.

바람직한 실시예로서, 상기 변압기 통합 운전 최적 제어의 단계는 입력된 상기 전력계통 데이터에서 상기 변압기 부하 감소량을 연산하고, 복수개의 상기 변압기를 개별운전 변압기로 하여 예측되는 개별운전 손실 및 통합운전 변압기로 하여 예측되는 통합운전 손실이 각각 연산되는 단계, 복수개의 상기 변압기 각각에서 현재 운전 정보를 확인하고, 상기 현재 운전 정보로 상기 개별운전 변압기의 수량이 복수개로 확인되는 단계, 복수개의 상기 개별운전 변압기 각각에서 합산한 변압기 부하량 합이 상기 개별운전 변압기의 변압기 최대 부하량 보다 작은 값인지 판단되는 단계, 상기 개별운전 변압기를 상기 통합운전 변압기로 전환할 때 상기 통합운전 손실이 상기 개별운전 손실의 합보다 작은 값인지 판단되는 단계, 및 판단결과로 상기 변압기 개별운전 또는 상기 변압기 통합운전이 출력되는 단계로 수행된다.

바람직한 실시예로서, 상기 개별운전 손실과 상기 통합운전 손실의 예측은 상기 변압기 부하 감소량에 기반 한 연산으로 이루어지며, 상기 개별운전 손실은 변압기 한 개에 적용되고, 상기 통합운전 손실은 2개의 변압기 조합에 적용된다.

바람직한 실시예로서, 상기 현재 운전 정보로 상기 개별운전 변압기의 확인이 이루어지지 않으면, 상기 통합운전 변압기를 상기 개별운전 변압기로 전환할 때 상기 통합운전 손실이 상기 개별운전 손실의 합보다 작은 값인지 판단되는 단계로 전환된다.

바람직한 실시예로서, 상기 변압기 개별운전은 상기 변압기 부하량 합이 상기 변압기 최대 부하량 보다 큰 값에서 적용되며, 상기 변압기 개별운전은 상기 통합운전 손실이 상기 개별운전 손실의 합보다 큰 값에서 적용된다.

바람직한 실시예로서, 상기 통합 운전 최적제어장치의 출력은 전력 제어 시스템으로 전달되고, 상기 전력 제어 시스템은 복수개의 상기 변압기 각각을 상기 변압기 개별운전 또는 상기 변압기 통합운전으로 제어하며, 상기 변압기가 설치된 변전소의 송전선로와 배전망을 감시하는 SCADA 또는 EMS이다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 능동형 변압기 통합 운전 시스템은 변전소에 설치되고, 발전원의 출력량 조정이 가능한 기존 에너지 발전원의 전력을 공급하는 송전선로와 신재생 에너지 발전원의 전력을 공급하는 배전망에 각각 연결된 복수개로 구성된 제1,2,3,4 변압기; 상기 제1,2,3,4 변압기 각각의 운전 중 신재생 에너지 발전원의 발전량이 포함된 전력계통 데이터의 변압기 부하 감소량에 기반 하여 변압기 손실 최소화가 가능한 변압기 개별운전 또는 변압기 통합운전을 판단하여 출력해 주는 통합 운전 최적제어장치, 및 상기 송전선로와 상기 배전망으로 공급되는 부하량을 관리하고, 상기 통합 운전 최적제어장치의 출력으로 상기 변압기의 운전 상태를 상기 변압기 개별운전 또는 상기 변압기 통합운전으로 전환해 주는 전력 제어 시스템이 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 통합 운전 최적제어장치는 상기 전력계통 데이터와 함께 상기 제1,2,3,4 변압기 각각의 운전 전보를 입력받는 입력부, 상기 전력계통 데이터에서 상기 변압기 부하 감소량을 획득하여 개별운전 손실과 통합운전 손실을 각각 연산하고, 개별운전 변압기에 대한 변압기 부하량 합을 변압기 최대 부하량과 비교 하여 상기 변압기 개별운전과 상기 변압기 통합운전을 연산하며, 상기 통합운전 손실을 상기 개별운전 손실의 합과 비교 하여 상기 변압기 개별운전과 상기 변압기 통합운전을 연산하는 연산부, 및 상기 변압기 개별운전과 상기 변압기 통합운전의 선책 결과를 판단하여 출력하는 판단부로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 입력부애는 상기 신재생 에너지 발전원의 발전량에 대한 예측 발전량 또는 예측 부하량이 상기 전력계통 데이터로 입력되고, 상기 변압기 개별운전 또는 상기 변압기 통합운전을 확인하기 위해 상기 제1,2,3,4변압기 각각의 운전 정보가 입력된다.

바람직한 실시예로서, 상기 전력계통 데이터는 전력 데이터 수집 장치를 통해 상기 통합 운전 최적제어장치로 입력된다.

바람직한 실시예로서, 상기 변압기 통합운전은 상기 제1,2,3,4변압기 중 2개의 변압기 조합으로 운영된다.

이러한 본 발명의 능동형 변압기 통합 운전 시스템을 이용한 능동형 변압기 통합 운전 방법은 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, 복수개의 변압기 통합운전이 저항손과 무부하손의 조합으로 최적화되어 운전될 수 있고, 특히 태양광, 풍력발전과 같이 출력 변동이 심하면서 출력량 조정이 불가능한 신재생에너지 발전원 들이 배전망에 접속되더라도 변압기부하를 줄여 줄 수 있다.

둘째, 변압기 부하가 적은 경부하 기간과 같이 장기간의 단위의 인접한 변압기 통합운영 방안으로 발생될 수밖에 없는 현장여건에 맞는 실시간적인 제어 어려움이 동반하는 불필요한 손실의 경제적 손해가 발생되지 않는다.

셋째, 화력, 수력, 원자력 발전기와 운영 조건이 다른 신재생에너지 발전원에 대해서도 일정기간별로(계절별, 월별 등) 부하량을 감시로 데이터 저장 및 관리가 이루어짐으로써 최소의 손실로 안정적인 부하공급이 가능하도록 복수개의 변압기 통합 운영이 가능하다.

넷째, 복수개의 변압기 통합 운영이 신재생에너지 발전원으로 인한 일정주기에 따라 변동적인 변압기부하에 대응함으로써 변압기의 설비 노후화를 막을 수 있고, 동시에 변압기손실을 줄여 경제적으로 운영할 수 있다.

다섯째, 어느 시기에, 어느 정도의 양을 발전할지 예측하기 불가한 배전망에 접속된 수 많은 신재생발전원들을 관리하기 불가한 수직적이고 중앙집중적인 기존의 변압기 통합운영방식의 단점이 모두 해결되고, 특히 신재생발전, 전력소비 감소등에 따른 경부하시 변압기 통합운전을 통해 불필요한 무부하손실을 줄일 수 있어 구입되는 전력량과 비용을 절감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 능동형 변압기 통합 운전 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 능동형 변압기 통합 운전 시스템의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 부하량 별 변압기 손실 특성 선도이고, 도 4는 본 발명에 따른 능동형 변전소의 변압기 개별운전 및 변압기 통합운전의 예이며, 도 5는 본 발명에 따른 능동형 변압기의 통합운전을 통한 부하량 별 변압기 손실 특성 선도이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 변압기 통합 운전 방법은 복수개의 변압기 운전(도 4 참조) 중 통합 운전 최적제어장치(10)가 변압기 통합 운전 최적 제어(S200~S401)를 통해 신재생 에너지 발전원(40-2)의 발전량이 포함된 전력계통 데이터(S100)로부터 변압기 손실이 최소화되는 변압기 개별운전 또는 변압기 통합운전을 판단한다.

이를 위해 상기 변압기 통합 운전 최적 제어(S200~S401)는 전력계통 데이터(S100)에 기반 하여 통합 운전 최적제어장치(10)에서 변압기(50)의 적합한 운전방식 확인(S200)이 이루진 후 변압기의 현재 운전 상태가 고려된 통합운전 가능성을 결정(S300~S302)하고, 결정 안에 기반 하여 변압기 운영이 변압기 통합운전(S400) 또는 변압기 개별운전(S401)으로 결정된다.

따라서 상기 변압기 통합 운전 방법은 배전망에 접속되어 변압기 부하를 줄이는 신재생에너지 발전원들의 영향을 일정기간별(예, 계절별, 월별 등)의 부하량 데이터 관리로 최소의 손실로 안정적인 부하공급이 가능한 운영의 최적화 방안을 확보할 수 있고, 이러한 최적운영방안으로 변압기의 설비노후화를 막으면서 동시에 줄어은 변압기손실로 경제성도 함께 달성하는 능동형 변압기 통합 운전 방법으로 특징된다.

한편 도 2를 참조하면, 상기 능동형 변압기 통합 운전 시스템(1)은 통합 운전 최적제어장치(10), 전력 데이터 수집 장치(20) 및 전력 제어 시스템(30)로 구성됨으로써 에너지 발전원(40)과 변압기(50) 사이에서 운영된다.

구체적으로 상기 통합 운전 최적제어장치(10)는 에너지 발전원(40)의 기존 에너지 발전원(40-1)과 신재생 에너지 발전원(40-2)이 미치는 변압기(50)의 부하량을 일정기간별(예, 계절별, 월별 등)로 감시하여 데이터 저장과 관리를 수행하고, 최소의 손실로 안정적인 부하공급이 가능한 운영이 가능토록 최적운영방안을 분석및 판단하여 변압기 운영자에게 제공하여 준다.

이를 위해 상기 통합 운전 최적제어장치(10)는 입력부(11), 연산부(13) 및 판단부(15)로 구성된다.

일례로 상기 입력부(11)는 전력계통 실시간 데이터와 신재생발전기의 예측 발전량 및 예측 부하량을 입력받고, 특히 변압기(50)의 현재 변압기 운전상태 정보를 획득한다. 이 경우 상기 전력계통 실시간 데이터는 에너지 발전원(40)을 구성하는 기존 에너지 발전원(40-1)과 신재생 에너지 발전원(40-2)의 전력을 포함하며, 상기 신재생발전기는 신재생 에너지 발전원(40-2)을 의미한다.

특히 상기 입력부(11)에는 전력 데이터 수집 장치(20)나 전력 제어 시스템(30)이 갖추거나 또는 입력부(11)의 자체적으로 구출된 신재생발전기의 발전량 맵(도시되지 않음)이 포함되고, 상기 신재생발전기의 발전량 맵은 에너지 발전원(40)의 신재생 에너지 발전원(40-2)의 종류별 특성(예, 태양광 및/또는 풍력)에 맞춘 전력-시간 선도로 추출되는 예측 발전량을 기준하여 변압기(50)의 부하 감소분을 예측 부하량으로 하여 신재생발전기의 예측 발전량 및 예측 부하량을 확인 또는 산출하는데 적용된다.

일례로 상기 연산부(13)는 부하량을 바탕으로 운전중인 변압기의 개별운전시 손실과 통합운전시 손실을 연산하고, 이를 위해 변압기 개별운전 손실 연산식(예, 수학식 1), 변압기 통합운전 손실 연산식(예, 수학식 2), 변압기 운전모드 전환 비교식(예, 수학식 3) 및 운전모드 간 변압기 손실 비교식(예, 수학식 4)이 각각 적용된 연산 처리 과정을 수행한다.

일례로 상기 판단부(15)는 연산된 결과로 손실최소화를 위한 최적의 변압기 운전방안을 출력함으로써 출력된 결과를 바탕으로 일정기간단위로 결정되는 최적통합운전방안이 변압기 개별운전 또는 통합운전으로 결정할 수 있도록 한다.

구체적으로 상기 전력 데이터 수집 장치(20)는 에너지 발전원(40)의 기존 에너지 발전원(40-1)과 신재생 에너지 발전원(40-2)에 네트워크 구축됨으로써 기존 에너지 발전원(40-1)과 신재생 에너지 발전원(40-2)에 대한 전력계통 실시간 데이터를 수집하여 통합 운전 최적제어장치(10)의 입력부(11)로 제공하고, 특히 신재생 에너지 발전원(40-2)에 대한 기존의 정기간 저장 데이터를 분석하여 현재 시점에서 가능한 발전 및 부하 예측 데이터를 통합 운전 최적제어장치(10)의 입력부(11)로 제공하여 준다. 이 경우 상기 전력 데이터 수집 장치(20)는 EMS(Energy Management System)나 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)일 수 있다.

구체적으로 상기 전력 제어 시스템(30)은 통합 운전 최적제어장치(10)의 판단부(15)에서 발생된 출력 데이터를 받는 데이터 저장장치 및 감시제어장치이고, 변전소(100)로 이어진 송전선로(200)와 배전망(300)(도 4 참조)에 네트워크 구축됨으로써 변압기(50)를 제어하여 개별운전 또는 통합운전 방식으로 운영하여 준다. 이 경우 상기 전력 제어 시스템(30)은 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)나 EMS(Energy Management System)일 수 있다.

구체적으로 상기 에너지 발전원(40)은 화력/수력/원자력 발전기 등을 적용한 기존 에너지 발전원(40-1), 태양광/풍력발전 등을 적용한 신재생 에너지 발전원(40-2)을 포함한다. 이 경우 상기 신재생 에너지 발전원(40-2)은 복수개의 제1,2,3 신재생 에너지 발전원(40-2a,40-2b,40-2c)(도 4 참조)로 구성되어 그 각각이 변압기(50)와 연결된다.

구체적으로 상기 변압기(50)는 변압기특성상 손실을 발생하고, 이러한 손실은 부하량에 상관없이 고정적으로 발생하는 철손과 기계손의 무부하손, 부하량에 증감에 따라 변화하는 동손과 표류부하손의 무한손으로 구분된다.

이는 도 3의 변압기(50)의 손실 특성에서, 무부하손은 부하량에 관계없이 일정한 값을 나타내는 반면, 부하손은 부하량 증가에따라 부하량의 자승에 비례하여 증가하는 예를 알 수 있다.

그러므로 상기 변압기(50)의 운용은 그 최적운전방안의 결정에 기타 다른 손실보다 상당히 큰 값인 철손 및 동손을 감안하여 저항손과 무부하손의 조합을 통해 얻을 수 있는 최적의 변압기 통합운전 방안이 적용될 수 있다.

이하 상기 변압기 통합 운전 방법은 도 2 및 도 4,5를 참조로 상세히 설명한다. 이 경우 제어 주체는 통합 운전 최적제어장치(10)를 메인으로 하여 전력 제어 시스템(20) 또는 전력 데이터 수집 장치(30)를 서브로 하고, 제어 대상은 변전소(100)의 제1,2,3,4 변압기(50a,50b,50c,50d) 각각이다.

도 1을 참조하면, 상기 통합 운전 최적제어장치(10)는 S100의 전력계통 데이터의 수집 또는 확인 단계를 수행한다.

도 2와 같이, 상기 통합 운전 최적제어장치(10)는 입력부(11)를 통해 기존 에너지 발전원(40-1)과 신재생 에너지 발전원(40-2)의 전력계통 실시간 데이터 또는 신재생발전기의 예측 발전량 및 예측 부하량을 입력받음으로써 S100의 전력계통 데이터 단계를 수행하고, 이는 전력 데이터 수집 장치(20)를 구성하는 SCADA 또는 EMS가 네트워크 구축되어 수행된다.

그러므로 상기 전력계통 실시간 데이터는 발전원의 출력량 조정이 가능한 화력, 수력, 원자력에 기반 한 기존 에너지 발전원(40-1)의 발전량에 신재생 에너지 발전원(40-2)의 발전량이 실시간으로 합쳐진 변압기 부하 감소량을 의미한다.

특히 상기 전력계통 데이터(S100)는 변압기 부하정보에 대해 현재 전력계통의 실시간 DATA를 기반으로 반영하거나 또는 부하 및 신재생에너지발전량의 예측값을 기준으로 반영할 수 도 있고, 이는 입력값이 사용자의 목적에 따라 선택이 가능함을 나타낸다.

나아가 상기 통합 운전 최적제어장치(10)는 입력부(11)를 통해 변압기(50)의 현재 변압기 운전상태 정보를 획득하고, 이를 통해 현재 운영 중인 변압기(50)의 운전 방식을 인식하여 준다.

이어 상기 통합 운전 최적제어장치(10)는 S200의 운전 방안별 변압기 손실 연산 단계를 도 2와 같이, 입력부(11)의 정보를 받은 연산부(13)를 통해 수행한다.

특히 상기 연산부(13)는 운전 방안별 변압기 손실 연산(S200)에 대해 변압기 개별운전 손실 연산식(예, 수학식 1), 변압기 통합운전 손실 연산식(예, 수학식 2)을 적용하고, 그 적용 결과를 산출한다.

일례로 상기 변압기 개별운전 손실 연산식의 수학식 1은 도 4와 같이 제1 변압기(50a) 또는 제2 변압기(50b)에 적용함으로서 1개의 변압기에 대하여 수행된다.

수학식 1:

여기서, 는 A 변압기의 손실[MW], 는 A 변압기의 부하[MW], 는 A 변압기의 용량[MVA], 는 A 변압기의 역률, 는 A 변압기의 부하손실[MW], 는 A 변압기의 무부하손실[MW] 이다. 이 경우 A 변압기는 제1 변압기(50a) 또는 제2 변압기(50b)이다.

이로부터 상기 제1 변압기(50a) 또는 상기 제2 변압기(50b)에 대한 개별운전 손실의 결과가 산출된다.

반면 상기 변압기 통합운전 손실 연산식의 수학식 2는 도 4와 같이 제3 변압기(50c)와 제4 변압기(50d)의 조합과 같이 2개의 변압기에 대하여 적용된다.

즉, 하기의 수학식 2는 예를 들어 A,B 두 대의 변압기를 각각 개별 운전할 경우 와 모두 존재하고, A와 B변압기를 A변압기로 통합 운전하는 경우 A’라 할 경우를 나타낸다.

수학식 2:

여기서, 는 통합운전시 A 변압기의 총 손실[MW], 는 통합운전시 A 변압기의 부하[MW]로 A와 B변압기 부하를 모두 합친 부하, 는 통합운전시 A 변압기의 역률로 계산한다. 이 경우 A,B 변압기는 제3 변압기(50c)와 제4 변압기(50d)이다.

이로부터 상기 제3 변압기(50c)와 상기 제4 변압기(50d)의 조합에 대한 통합운전 손실의 결과가 산출된다.

따라서 상기 운전 방안별 변압기 손실 연산(S200)은 전력계통 데이터의 입력으로 연산된 상기 변압기 부하 감소량에 기반 하고, 복수개의 변압기(50)를 개별운전 변압기로 하여 예측되는 개별운전 손실 및 통합운전 변압기로 하여 예측되는 통합운전 손실이 각각 연산될 수 있다.

한편 상기 통합 운전 최적제어장치(10)는 S300의 현재 변압기 개별 운전 확인 단계를 수행하고, 이는 도 2와 같이 연산부(13)에서 입력부(11)의 현재 변압기 운전상태 정보 확인으로 수행된다.

도 4를 참조하면, 변전소(100)는 기존 에너지 발전원(40-1)을 이어주는 154kV의 송전선로(200) 및 신재생 에너지 발전원(40-2)을 이어주는 배전망(300)에 연결된 변압기(50)가 설치된다. 이 경우 상기 변전소(100)는 제1,2,3,4 변압기(50a,50b,50c,50d)를 4개의 뱅크(BANK)로 하여 구성된 예이다.

그러므로 상기 제1,2,3,4 변압기(50a,50b,50c,50d)의 각각은 송전선로(200)로부터 공급된 전력을 부하로 공급하며, 이러한 부하 공급 시 변압기 입장에서 배전망(300)에 접속된 신재생 발전기의 발전은 순부하를 줄여 주는 효과가 얻어 진다.

이로부터 상기 현재 변압기 개별 운전 확인(S300)은 제1,2,3,4 변압기(50a,50b,50c,50d)의 각각에 대한 운전 방식을 파악한다.

그 결과 상기 통합 운전 최적제어장치(10)는 변압기 개별운전인 경우 S301의 변압기 통합운전 가능여부 판단 단계로 진입하고, 반면 변압기 개별운전이 아닌 통합운전인 경우 S302의 통합운전 손실 저감 판단 단계로 전환된다.

이와 같이 상기 현재 변압기 개별 운전 확인(S300)은 복수개의 제1,2,3,4 변압기(50a,50b,50c,50d) 각각에서 현재 운전 정보를 확인하고, 현재 운전 정보로 개별운전 변압기의 수량이 복수개로 확인될 수 있다.

특히 상기 현재 변압기 개별 운전 확인(S300)은 현재 운전 정보로 개별운전 변압기의 확인이 이루어지지 않으면, 통합운전 변압기를 개별운전 변압기로 전환할 때 통합운전 손실이 개별운전 손실의 합보다 작은 값인지 판단되는 단계(S302)로 바로 전환될 수 있다.

계속해서 상기 통합 운전 최적제어장치(10)는 S301의 변압기 통합운전 가능여부 연산 단계 및 S302의 통합운전 손실 저감 판단 단계를 도 2와 같이, 입력부(11)의 정보를 받은 연산부(13)를 통해 수행한다.

특히 상기 연산부(13)는 변압기 통합운전 가능여부 연산(S301)에 대해 변압기 운전모드 전환 비교식(예, 수학식 3), 통합운전 손실 저감 판단(S302)에 대해 운전모드 간 변압기 손실 비교식(예, 수학식 4)을 적용하고, 그 적용 결과를 산출한다.

일례로 상기 변압기 운전모드 전환 비교식의 수학식 3은 하기와 같다.

수학식 3:

여기서,는 A변압기의 부하량, 는 B변압기의 부하량, 는 A,B변압기의 부하량을 더한 값으로 개별운전중인 변압기 부하량의 합이 통합운전하려는 변압기 최대부하량보다 작아야한다. 이 경우 A,B 변압기는 제3 변압기(50c)와 제4 변압기(50d)이다.

이러한 판단결과로부터, 상기 통합 운전 최적제어장치(10)는 통합운전이 가능한 경우 S302의 통합운전 손실 저감 판단 단계로 진입하여 운전에 따른 손실저감 비교를 수행하고, 반면 통합운전이 불가한 경우 S401의 개별운전 출력 단계로 전환된다.

일례로 상기 운전모드 간 변압기 손실 비교식의 수학식 4는 하기와 같다.

수학식 4:

여기서,는 개별운전시 A 변압기의 손실, 는 개별운전시 B 변압기의 손실, 는 통합운전시 A 변압기의 손실이다. 이 경우 A,B 변압기는 제3 변압기(50c)와 제4 변압기(50d)이다.

이러한 판단결과로부터, 상기 통합 운전 최적제어장치(10)는 제3 변압기(50c)와 제4 변압기(50d)의 조합에 의한 통합운전손실이 개별운전손실의 합보다 작거나 큰지를 결정한다.

이와 같이 상기 변압기 통합운전 가능여부 연산(S301)과 상기 통합운전 손실 저감 판단(S302)은 복수개의 개별운전 변압기 각각에서 합산한 변압기 부하량 합이 개별운전 변압기의 변압기 최대 부하량 보다 작은 값인지 판단될 수 있고, 개별운전 변압기를 통합운전 변압기로 전환할 때 통합운전 손실이 개별운전 손실의 합보다 작은 값인지 판단될 수 있다.

최종적으로 상기 통합 운전 최적제어장치(10)는 연산부(13)의 결과를 받은 판단부(15)에서, 제3 변압기(50c)와 제4 변압기(50d)의 조합에 의한 통합운전손실이 개별운전손실의 합보다 작은 경우 S400의 통합운전 출력 단계로 진입하고, 반면 통합운전손실이 개별운전손실의 합보다 큰 경우 S401의 개별운전 출력단계로 전환된다.

도 2를 참조하면, 상기 전력 제어 시스템(20)은 통합 운전 최적제어장치(10)의 판단부(15)에서 발생된 출력 데이터인 통합운전 출력(S400) 또는 개별운전 출력(S401)에 맞춰 변압기 운전 방식을 제3 변압기(50c)와 제4 변압기(50d)에 출력한다.

도 5를 참조하면, 상기 전력 제어 시스템(30)이 통합 운전 최적제어장치(10)의 변압기 개별운전과 변압기 통합운전에 대한 결과 값을 저장하면서 실제로 최적운전방안으로 적용하여 얻은 변압기(5)의 부하량에 따른 통합운전 시 손실비교 선도이다.

도시된 바와 같이, 상기 부하량에 따른 통합운전 시 손실비교 선도로부터 무부하손과 부하손을 가장 큰 손실 요소로 하는 변압기 손실 중 무부하손은 부하량에 관계없이 일정한 값을 나타내는 반면, 부하손은 부하량 증가에따라 부하량의 자승에 비례하여 증가하는 것을 알 수 있다.

그러나 2대의 변압기(즉, 제1,2 변압기(50a,50v))가 각각 개별 운전하는 경우와 1대로 통합 운전(즉, 제3,4 변압기(50c,50d))하는 경우에서, 일정수준의 부하량에 따라 개별 운전하는 경우가 손실량이 줄어드는 지점이 발생한다.

그러므로 상기 능동형 변압기 통합 운전 방법이 적용됨으로써 2대의 제3,4 변압기(50c,50d)에 둘 다 존재하는 적은 부하량의 무부하손이 통합운전 시 1대의 무부하손만 존재하지만 부하량제곱에 비례하는 무부하손은 부하량이 적은 경우 손실이 줄어드는 효과가 있음을 실험적으로 증명한다.

이로부터 상기 부하량에 따른 통합운전시 손실비교 선도는 일정기간별 운전방안을 적용하여 변전소(100)에서 변압기 손실최소화 운전을 할 수 있음이 증명된다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 능동형 변압기 통합 운전 시스템(1)을 이용한 변압기 통합 운전 방법은 변전소(100)의 송전선로(200)와 배전망(300)에 각각 연결된 복수개로 구성된 변압기(50a,50b,50c,50d)의 운전 중 신재생 에너지 발전원(40-2)의 발전량이 포함된 전력계통 데이터의 변압기 부하 감소량에 기반 하여 변압기 손실 최소화가 가능한 변압기 개별운전 또는 변압기 통합운전을 판단하여 출력하는 변압기 통합 운전 최적 제어(S100~S401)가 수행됨으로써 신재생발전량및 변압기 부하 변동량에 따른 변화량 데이터 관리로 변압기 통합 운전 손실 최소화가 가능하고, 특히 변화량 데이터 기반으로 변압기의 저항손과 무부하손을 조합함으로써 변압기를 부하량에 맞춘 최적 방향으로 통합운전기간의 산정이 최적화되어 경제적인 계통 운영이 이루어질 수 있다.

1 : 능동형 변압기 통합 운전 시스템
10 : 통합 운전 최적제어장치 11 : 입력부
13 : 연산부 15 : 판단부
20 : 전력 제어 시스템 30 : 전력 데이터 수집 장치
40 : 에너지 발전원 40-1 : 기존 에너지 발전원
40-2 : 신재생 에너지 발전원
40-2a,40-2b,40-2c : 제1,2,3 신재생 에너지 발전원
50 : 변압기 50a,50b,50c,50d : 제1,2,3,4 변압기
100 : 변전소 200 : 송전선로
300 : 배전망

Claims

복수개로 구성된 변압기의 운전 중 통합 운전 최적제어장치에 의해 변압기 통합 운전 최적 제어가 포함되고;
상기 변압기 통합 운전 최적 제어의 단계는
신재생 에너지 발전원의 발전량이 포함되어 입력된 전력계통데이터에서 변압기부하감소량을 연산하고, 복수개의 상기 변압기를 개별운전 변압기로 하여 예측되는 개별운전 손실 및 통합운전 변압기로 하여 예측되는 통합운전 손실이 각각 연산되는 단계, 복수개의 상기 변압기 각각에서 현재 운전 정보를 확인하고, 상기 현재 운전 정보로 상기 개별운전 변압기의 수량이 복수개로 확인되는 단계, 복수개의 상기 개별운전 변압기 각각에서 합산한 변압기 부하량 합이 상기 개별운전 변압기의 변압기 최대 부하량 보다 작은 값인지 판단되는 단계, 상기 개별운전 변압기를 상기 통합운전 변압기로 전환할 때 상기 통합운전 손실이 상기 개별운전 손실의 합보다 작은 값인지 판단되는 단계, 및 판단결과로 상기 변압기 개별운전 또는 상기 변압기 통합운전이 출력되는 단계로 수행되는 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 전력계통 데이터는
발전원의 출력량 조정이 가능한 기존 에너지 발전원의 발전량에 상기 신재생 에너지 발전원의 발전량을 실시간 합산으로 산출되고,
상기 실시간 합산은 상기 변압기 부하 감소량인 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 신재생 에너지 발전원의 발전량은 신재생발전기의 예측 발전량 또는 예측 부하량인 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 기존 에너지 발전원은 화력 발전, 수력 발전 및 원자력 발전 중 어느 하나이고,
상기 신재생 에너지 발전원은 태양광 발전 또는 풍력 발전인 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 방법.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 개별운전 손실과 상기 통합운전 손실의 예측은 상기 변압기 부하 감소량에 기반 한 연산으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 개별운전 손실은 변압기 한 개에 적용되고,
상기 통합운전 손실은 2개의 변압기 조합에 적용되는 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 현재 운전 정보로 상기 개별운전 변압기의 확인이 이루어지지 않으면,
상기 통합운전 변압기를 상기 개별운전 변압기로 전환할 때 상기 통합운전 손실이 상기 개별운전 손실의 합보다 작은 값인지 판단되는 단계로 전환되는 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 변압기 개별운전은 상기 변압기 부하량 합이 상기 변압기 최대 부하량 보다 큰 값에서 적용되는 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 변압기 개별운전은 상기 통합운전 손실이 상기 개별운전 손실의 합보다 큰 값에서 적용되는 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 통합 운전 최적제어장치의 출력은 전력 제어 시스템으로 전달되고,
상기 전력 제어 시스템은 복수개의 상기 변압기 각각을 상기 변압기 개별운전 또는 상기 변압기 통합운전으로 제어하는 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 전력 제어 시스템은
상기 변압기가 설치된 변전소의 송전선로와 배전망을 감시하는 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 또는 EMS(Energy Management System)인 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 방법.
변전소에 설치되고, 발전원의 출력량 조정이 가능한 기존 에너지 발전원의 전력을 공급하는 송전선로와 신재생 에너지 발전원의 전력을 공급하는 배전망에 각각 연결된 복수개의 제1,2,3,4 변압기;
상기 제1,2,3,4변압기 각각의 운전 중 신재생 에너지 발전원의 발전량이 포함된 전력계통 데이터의 변압기 부하 감소량에 기반 하여 변압기 손실 최소화가 가능한 변압기 개별운전 또는 변압기 통합운전을 판단하여 출력해 주는 통합 운전 최적제어장치, 및
상기 송전선로와 상기 배전망으로 공급되는 부하량을 관리하고, 상기 통합 운전 최적제어장치의 출력으로 상기 제1,2,3,4 변압기의 운전 상태를 상기 변압기 개별운전 또는 상기 변압기 통합운전으로 전환해 주는 전력 제어 시스템이 포함되고;
상기 변압기 통합운전은 상기 제1,2,3,4변압기 중 2개의 변압기 조합으로 운영되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 시스템.
청구항 13에 있어서, 상기 통합 운전 최적제어장치는
상기 전력계통 데이터와 함께 상기 제1,2,3,4변압기 각각의 운전 정보를 입력받는 입력부,
상기 전력계통 데이터에서 상기 변압기 부하 감소량을 획득하여 개별운전 손실과 통합운전 손실을 각각 연산하고, 개별운전 변압기에 대한 변압기 부하량 합을 변압기 최대 부하량과 비교 하여 상기 변압기 개별운전과 상기 변압기 통합운전을 연산하며, 상기 통합운전 손실을 상기 개별운전 손실의 합과 비교 하여 상기 변압기 개별운전과 상기 변압기 통합운전을 연산하는 연산부, 및
상기 변압기 개별운전과 상기 변압기 통합운전의 선책 결과를 판단하여 출력하는 판단부
로 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 시스템.
청구항 14에 있어서, 상기 입력부에는 상기 신재생 에너지 발전원의 발전량에 대한 예측 발전량 또는 예측 부하량이 상기 전력계통 데이터로 입력되는 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 시스템.
청구항 14에 있어서, 상기 입력부에는 상기 변압기 개별운전 또는 상기 변압기 통합운전을 확인하기 위해 상기 제1,2,3,4변압기 각각의 운전 정보가 입력되는 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 시스템.
청구항 13에 있어서, 상기 전력계통 데이터는 전력 데이터 수집 장치를 통해 상기 통합 운전 최적제어장치로 입력되는 것을 특징으로 하는 능동형 변압기 통합 운전 시스템.
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