KR102579487B1 - 병렬형 facts 운전점 제어기의 지수 제어 장치 및 방법 - Google Patents

병렬형 facts 운전점 제어기의 지수 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치는, 변전설비 상태정보 및 FACTS 운전점 제어기 상태정보를 입력받는 입력부, 상기 변전설비 상태정보 및 FACTS 운전점 제어기 상태정보에 기초하여 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연산하는 연산부, 및 상기 연산된 지수(α)를 상기 FACTS 운전점 제어기에 제공함으로써, 상기 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 정밀 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING PARAMETER OF FACTS DEVICE}
본 발명은 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 계통상황에 따라 변경되는 FACTS 운전점 제어기의 지수(Parameter)를 실시간으로 정밀 제어함으로써, 계통 전압(모선전압)을 적정 범위로 유지하고, 계통에서 필요로 하는 적정 순동무효전력예비력을 확보할 수 있도록 하는 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
FACTS(Flexible AC Transmission System, 유연송전시스템) 기술은 대용량 전력전자 기술을 이용하여 전력조류와 전압, 및 계통안정도와 관련된 계통정수를 고속으로 정밀하게 제어하여, 계통안정도 향상과 전력조류의 효율적 제어를 통하여 전력수송능력과 계통 설비 이용률을 향상시키기 위한 기술이다.
병렬형 FACTS 기기는 기존의 조상설비(Sh.C, Sh.R)와 같이 무효전력을 공급 또는 흡수를 통하여 계통의 전압제어를 하는 역할을 하며 전력전자소자를 이용하여 순동무효전력을 선형적으로 제어가 가능하므로 계통 고장시 전력시스템에 신속하게 무효전력을 공급하여 전압 붕괴 및 광역고장파급을 예방하는 역할을 한다. 이러한 FACTS 기기를 이용함으로써 전력시스템의 모선전압제어 및 안정도를 향상시킬 수 있다.
이러한 병렬형 FACTS 기기가 계통 전압을 적정 범위로 유지하고 동시에 계통에서 필요로 하는 적정 순동무효전력예비력을 확보하기 위해서는 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수를 실시간으로 정밀 제어할 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명의 배경기술은 등록특허공보 제10-0987167호(2010.10.11. 공고)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 계통상황에 따라 변경되는 FACTS 운전점 제어기의 지수(Parameter)를 실시간으로 정밀 제어함으로써, 계통 전압(모선전압)을 적정 범위로 유지하고, 계통에서 필요로 하는 적정 순동무효전력예비력을 확보할 수 있도록 하는 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치는, 변전설비 상태정보 및 FACTS 운전점 제어기 상태정보를 입력받는 입력부, 상기 변전설비 상태정보 및 FACTS 운전점 제어기 상태정보에 기초하여 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연산하는 연산부, 및 상기 연산된 지수(α)를 상기 FACTS 운전점 제어기에 제공함으로써, 상기 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 정밀 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에서 상기 입력부는, 계기용 변압기(PT) 및 계기용 변류기(CT)로부터 전압(V) 및 전류(I)를 포함하는 변전설비 상태정보를 입력받고, 상기 FACTS 운전점 제어기로부터 모선전압값(), 운전점값(), FACTS 기기의 출력값(), 및 무효전력예비력값() 중 적어도 하나를 포함하는 FACTS 운전점 제어기 상태정보를 입력받을 수 있다.
본 발명에서 상기 연산부는, 상기 모선전압값()이 기 설정된 기준전압()과 제한전압() 사이에 존재하는 경우, 상기 FACTS 운전점 제어기로부터 입력받은 이전 운전점값()과 최근 운전점()을 비교하고, 그 비교결과 두 운전점값이 동일하지 않은 경우 상기 무효전력예비력()과 상기 FACTS 기기의 출력값()을 비교하며, 그 비교결과에 따라 상기 지수를 연산할 수 있다.
본 발명에서 상기 연산부는, 상기 무효전력예비력()과 상기 FACTS 기기의 출력값()간의 차가 기 설정된 하한값(B) 이상부터 상한값(A) 이하 사이에 존재하지 않은 경우, 상기 지수를 연산할 수 있다.
본 발명에서 상기 연산부는, 상기 계기용 변압기(PT) 및 계기용 변류기(CT)로부터의 전압(V) 및 전류(I)를 이용하여 무효전력 변화값()을 연산하고, 전압의 변화값과 상기 무효전력 변화값 간의 비율()을 산출하며, 상기 산출된 비율()을 이용하여 상기 지수(α)를 연산할 수 있다.
본 발명에서 상기 연산부는, 상기 전압(V) 및 전류(I)를 이용하여 위상각을 산출하고, 상기 위상각, 전압, 및 전류를 이용하여 무효전력값(Q)을 반복적으로 연산하며, 이전 무효전력()과 최근 무효전력()을 비교하여 상기 무효전력 변화값()을 연산할 수 있다.
본 발명에서 상기 연산부는, 아래 수학식을 이용하여 상기 지수(α)를 연산할 수 있다.
[수학식]
여기서, 는 0보다 작은 실수형태의 값으로 미리 설정된 값임.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 연산부에서 연산된 지수(α)를 상기 FACTS 운전점 제어기에 제공하여 상기 FACTS 운전점 제어기의 지수를 실시간으로 정밀 제어함으로써, 상기 모선전압을 기 설정된 범위로 유지하면서 계통에서 필요로 하는 순동무효전력을 확보하도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 방법은, 입력부가, 변전설비 상태정보 및 FACTS 운전점 제어기 상태정보를 입력받는 단계, 연산부가 상기 변전설비 상태정보 및 FACTS 운전점 제어기 상태정보에 기초하여 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연산하는 단계, 및 제어부가 상기 연산된 지수(α)를 상기 FACTS 운전점 제어기에 제공함으로써, 상기 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 정밀 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명은 상기 입력받는 단계에서, 상기 입력부는, 계기용 변압기(PT) 및 계기용 변류기(CT)로부터 전압(V) 및 전류(I)를 포함하는 변전설비 상태정보를 입력받고, 상기 FACTS 운전점 제어기로부터 모선전압값(), 운전점값(), FACTS 기기의 출력값(), 및 무효전력예비력값() 중 적어도 하나를 포함하는 FACTS 운전점 제어기 상태정보를 입력받을 수 있다.
본 발명은 상기 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연산하는 단계에서, 상기 연산부는, 상기 모선전압값()이 기 설정된 기준전압()과 제한전압() 사이에 존재하는 경우, 상기 FACTS 운전점 제어기로부터 입력받은 이전 운전점값()과 최근 운전점()을 비교하고, 그 비교결과 두 운전점값이 동일하지 않은 경우 상기 무효전력예비력()과 상기 FACTS 기기의 출력값()을 비교하며, 그 비교결과에 따라 상기 지수를 연산할 수 있다.
본 발명은 상기 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연산하는 단계에서, 상기 연산부는, 상기 무효전력예비력()과 상기 FACTS 기기의 출력값()간의 차가 기 설정된 하한값(B) 이상부터 상한값(A) 이하 사이에 존재하지 않은 경우, 상기 지수를 연산할 수 있다.
본 발명은 상기 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연산하는 단계에서, 상기 연산부는, 상기 계기용 변압기(PT) 및 계기용 변류기(CT)로부터의 전압(V) 및 전류(I)를 이용하여 무효전력 변화값()을 연산하고, 전압의 변화값과 상기 무효전력 변환값 간의 비율()을 산출하며, 상기 산출된 비율()을 이용하여 상기 지수(α)를 연산할 수 있다.
본 발명은 상기 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연산하는 단계에서, 상기 연산부는, 상기 전압(V) 및 전류(I)를 이용하여 위상각을 산출하고, 상기 위상각, 전압, 및 전류를 이용하여 무효전력값(Q)을 반복적으로 연산하며, 이전 무효전력()과 최근 무효전력()을 비교하여 상기 무효전력 변화값()을 연산할 수 있다.
본 발명은 상기 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연산하는 단계에서, 상기 연산부는, 아래 수학식을 이용하여 상기 지수(α)를 연산할 수 있다.
[수학식]
여기서, 는 0보다 작은 실수형태의 값으로 미리 설정된 값임.
본 발명은 상기 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 정밀 제어하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 연산부에서 연산된 지수(α)를 상기 FACTS 운전점 제어기에 제공하여 상기 FACTS 운전점 제어기의 지수를 실시간으로 정밀 제어함으로써, 상기 모선전압을 기 설정된 범위로 유지하면서 계통에서 필요로 하는 순동무효전력을 확보하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어장치 및 방법은, 계통상황에 따라 변경되는 FACTS 운전점 제어기의 지수(Parameter)를 실시간으로 정밀 제어함으로써, 계통 전압(모선전압)을 적정 범위로 유지하고, 계통에서 필요로 하는 적정 순동무효전력예비력을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어장치 및 방법은, ACTS 운전점 제어기의 지수(Parameter)를 실시간으로 정밀 제어함으로써, FACTS 기기의 모선전압을 자동 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 계통 고장시 순동무효전력 공급에 의한 전압붕괴를 예방할 수 있으며, 계통의 전압안정도를 더욱 향상 시킬 수 있다. 나아가, 계통의 전압안정도 향상은 융통전력의 여유를 증가시켜 혼잡비용을 저감하므로 경제적이고, 변전설비 이용률을 증가시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어를 위한 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 FACTS 기기의 운전 특성을 설명한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통의 변화에 따른 부하라인(Load Line)에 의해 FACTS 기기의 출력값 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 FACTS 기기의 운전점 제어에 따른 FACTS 기기 출력값 변화를 설명한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연산하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치 및 방법을 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.
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 프로그래밍 가능한 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어를 위한 시스템을 설명하기 위한 도면, 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 FACTS 기기의 운전 특성을 설명한 그래프, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통의 변화에 따른 부하라인(Load Line)에 의해 FACTS 기기의 출력값 변화를 나타낸 그래프, 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 FACTS 기기의 운전점 제어에 따른 FACTS 기기 출력값 변화를 설명한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어를 위한 시스템은, 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치(이하, ‘지수 제어 장치’로 칭함, 100), 운전점 제어기(200) 및 FACTS 기기(300)를 포함한다.
지수 제어 장치(100)는 계통상황에 따라 변화하는 FACTS 운전점 제어기(200)의 지수를 실시간으로 정밀 제어할 수 있다. 이를 통해 모선전압을 적정 범위로 유지하면서 동시에 계통에서 필요로 하는 적정 순동무효전력을 확보할 수 있다.
운전점 제어기(200)는 상위시스템(미도시) 또는 계통상의 다른 시스템(미도시)으로부터 FACTS 기기(300)의 운전점 제어에 기초가 되는 정보들을 수신하고, 수신된 정보들을 기초로 하여 FACTS 기기(300)의 운전점 제어값(Vset)을 산출하며, 산출한 제어값을 FACTS 기기(300)에 제공할 수 있다. 이때, 운전점 제어기(200)는 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition, 미도시)로부터 조상설비의 단로기(DS: Disconnecting Switch) 또는 차단기(CB: Circuit Breaker)의 투입 여부 등에 대한 정보를 제공받을 수 있다.
FACTS 기기(300)는 기존의 조상설비(Sh.C, Sh.R)와 같이 무효전력을 공급 또는 흡수를 통하여 계통의 전압제어를 하는 역할을 하며 전력전자소자를 이용하여 순동무효전력을 선형적으로 제어가 가능하므로 계통 고장 시 전력시스템에 신속하게 무효전력을 공급하여 전압 붕괴 및 광역고장파급을 예방하는 역할을 한다. 이러한 FACTS 기기(300)를 이용함으로써, 전력시스템의 모선전압제어 및 안정도를 향상시킬 수 있다.
이러한 FACTS 기기(300)의 운전 특성에 대해 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, FACTS 기기(300)의 운전 특성 그래프는 무효전력(Q)을 나타내는 X축과 전압(V)을 나타내는 Y축으로 이루어진다. X축의 +는 Inductive 값을 나타내며, -는 Capacitive 값을 나타낸다.
FACTS 기기(300)에 따른 Droop Line과 전력계통 상황에 따라 변하는 Load line이 생성된다. 이때 Droop Line은 FACTS 기기(300)에 입력하는 Droop 값에 의해 생성되는 직선이다. Load Line은 전력계통 상황에 따라 의 특성으로 시간에 따라 변화하며 생성된다. 이때 기울기는 음의 값을 갖는다.
FACTS 기기(300)는 부하라인과 Droop Line이 만나는 점에서의 무효전력값(Q)을 출력하며 운전되고, 이때 모선전압은 일 수 있다.
부하라인(Load Line)의 특성에 대해 도 3을 참조하고, Droop Line의 특성에 대해 도 4를 참조하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통의 변화에 따른 부하라인(Load Line)에 의해 FACTS 기기(300)의 출력값 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 부하라인(Load Line)은 전력계통의 상황에 따라 그 값(①)이 위아래로 변화할 수 있고, 그 기울기 (②)의 값이 변화할 수도 있다.
이러한 변화로 FACTS 운전점 제어기(200)에서 제어값()을 계산하는 수식 에서 지수()는 이 되고 지수()는 특정 값이 아니라 시간에 따라 의 변화로 의해 지속적으로 변화하게 된다. 이러한 문제로 인해 정확한 운전점( )을 얻기 위해서는 지수()값을 새로 정정해야한다.
도 4은 본 발명에 의한 FACTS 기기(300)의 운전점 제어에 따른 FACTS 기기(300) 출력값 변화를 설명한 그래프이다. 여기서 droop은 FACTS 기기(300)의 슬로프 리액턴스(Slope Reactance)일 수 있다. 도 4를 참조하면, Droop Line은 직선(①)에서 직선(②)로 FACTS 기기(300)에 입력되는 운전점 제어값( )에 따라 위아래로 변화할 수 있고, 그 기울기는 FACTS 기기(300)에 입력되는 Droop의 값에 따라 변화할 수도 있다. 이때 기울기(Droop)는 특별한 경우가 아니면 변경치 않고 사용된다.
운전점 제어값( )이 (①)에서 (②)의 값으로 변경됨으로 해서 모선전압은 낮아지고 FACTS 기기(300)의 출력값(Q) 값이 증가함을 알 수 있다. 이를 통해 FACTS 기기(300)가 Inductive의 무효전력 출력을 높여 모선전압을 낮춘다는 것을 알 수 있다.
FACTS 기기(300)의 운전점 변화와 무효전력 변화량의 관계를 수식으로 나타내면 으로 나타낼 수 있다. 이 수식에서 알 수 있듯이 운전점 제어를 통해 FACTS 기기(300)의 출력값을 제어할 수 있다.
그리고 모선전압의 변화와 무효전력 변화량의 관계를 수식으로 나타내면 = 이 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 FACTS 운전점 제어기(200)의 지수 제어 장치(100)는, 입력부(110), 연산부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
입력부(110)는 변전설비 상태정보 및 FACTS 운전점 제어기 상태정보를 입력받을 수 있다.
즉, 입력부(110)는 계기용 변압기(PT) 및 계기용 변류기(CT)로부터 전압(V) 및 전류(I)를 포함하는 변전설비 상태정보를 입력받을 수 있고, FACTS 운전점 제어기(200)로부터 모선전압값(), 운전점값(), FACTS 기기(300)의 출력값(), 무효전력예비력값()을 중 적어도 하나를 포함하는 FACTS 운전점 제어기 상태정보를 입력받을 수 있다.
입력부(110)는 FACTS 기기(300)가 확보해야 하는 무효전력예비력(), 모선전압이 유지되어야 하는 기준 전압(), 모선전압이 초과해서 안 되는 제한전압(), 운전점 제어 범위를 결정하기 위한 상한값 지수(A)와 하한값 지수(B) 및 FACTS 기기(300)의 현재 상태와 관련한 정보를 입력받을 수 있다. 이때, 입력부(110)는 제한전압(), 기준전압() 또는 무효전력예비력()을 상위시스템 또는 EMS(Energy Management System; 전력계통 관리 시스템)로부터 전력계통의 해석을 통하여 제공받거나 운영자로부터 직접 제공받을 수 있다. 또한, 입력부(110)는 FACTS 기기(300)의 현재 상태와 관련한 정보로써 FACTS 기기(300)로부터 FACTS 기기(300)가 연계된 모선전압(), FACTS 기기(300)의 현재 출력값(Qo) 및 FACTS 기기(300)의 현재 운전점값()을 입력받을 수 있다.
연산부(120)는 입력부(110)를 통해 입력받은 변전설비 상태정보 및 FACTS 운전점 제어기 상태정보에 기초하여 FACTS 운전점 제어기(200)의 지수(α)를 연산할 수 있다. 여기서, 지수(α)는 FACTS 기기(300)의 특성에 의해 결정되는 파라미터 값으로, 계통의 특성에 따라 민감도가 달라지므로 민감도를 추종할 수 있도록 하는 지수일 수 있다.
연산부(120)는 모선전압값()이 기준전압()과 제한전압() 사이에 있을 경우, FACTS 운전점 제어기(200)로부터 입력받은 이전 운전점값()과 최근 운전점값()을 비교하고, 그 비교결과 두 운전점값이 동일하지 않은 경우 무효전력예비력()과 FACTS 기기(300)의 출력값()을 비교하며, 그 비교결과에 따라 지수(α)를 연산할 수 있다. 연산부(120)는 무효전력예비력()과 FACTS 기기(300)의 출력값()간의 차가 기 설정된 하한값(B)와 상한값(A) 사이에 벗어나는 경우, 지수(α)를 연산할 수 있다. 여기서, 운전점 제어 범위를 결정하기 위한 상한값 지수(A)와 하한값 지수(B)는 제어기 수행 범위를 정하기 위한 파라미터 값이다. 의 범위를 조정하여 운전점 제어 범위를 조정할 수 있다. 이때, A는 0과 같거나 그보다 큰 실수(A≥0)이고 B는 0과 같거나 그보다 작은 실수(B≤0)일 수 있다. A와 B값이 0일 경우에는 무효전력예비력의 값()과 FACTS 기기(300)의 현재 출력값(Qo)이 다른 경우 연산이 수행되어 FACTS 기기(300)의 현재 운전점값(Vset0)이 변경되지만 A와 B값을 조정하면 지정된 범위에 의해 무효전력예비력의 값()과 FACTS 기기(300)의 현재 출력값(Qo)의 차이가 지정된 범위 내에 존재한다면 FACTS 기기(300)의 현재 운전점값()이 변경되지 않아 자주 변경되는 운전점에 의해 FACTS 기기(300)에 무리가 가지 않도록 제어기 설정이 가능하다.
가 에 의한 범위에 속하지 못한다는 것은 지수(α)가 정확하게 정정되지 않아 확보하고 싶은 적정 순동무효전력량()으로 FACTS 기기(300)를 운전하고 있지 못하다는 의미이다. 이에, 지수(α)을 계통 상황에 맞게 새로 연산해야 한다. 가 속하는 범위를 작게 만들수록 더욱 정밀하게 지수 제어를 할 수 있지만, 자주 지수 정정을 하게 된다는 단점이 발생한다. 그러므로 적정 범위를 지정하는 것이 중요하다. 즉, 가 정해진 범위를 벗어났을 경우에만 FACTS 운전점 제어기(200)의 지수(α)를 다시 연산하고, 연산한 지수(α)를 FACTS 운전점 제어기(200)에 제공하여 제어하며, 가 정해진 범위내에 있는 경우에는 지수(α)를 변경하지 않는다.
이하, 연산부(120)가 지수(α)를 연산하는 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
연산부(120)는 계기용 변압기(PT) 및 계기용 변류기(CT)로부터의 전압(V) 및 전류(I)를 이용하여 무효전력 변화값()을 연산하고, 전압의 변화값과 상기 무효전력 변환값 간의 비율()을 산출하며, 산출된 비율()을 이용하여 지수(α)를 연산할 수 있다.
구체적으로, 연산부(120)는 계기용 변압기(PT) 및 계기용 변류기(CT)로부터의 전압(V) 및 전류(I)를 이용하여 위상각을 산출하고, 산출된 위상각, 전압, 및 전류를 이용하여 무효전력값(Q)을 반복적으로 연산하며, 이전 무효전력()과 최근 무효전력()을 비교하여 무효전력 변화값()을 연산할 수 있다.
이처럼 연산부(120)는 변전설비인 해당 모선의 PT 및 CT로부터 입력받은 전압과 전류를 이용하여 무효전력 변화값()를 연산할 수 있다.
이를 위해 연산부(120)는 입력받은 전압과 전류를 이용하여 위상각을 연산할 수 있다. 전압 및 전류 각 입력되는 순시값으로부터 위상각을 측정하기 위해서는 먼저 주파수 성분인 60Hz의 주파수 성분을 추출한 후에, 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT) 알고리즘을 사용할 수 있다. 여기서 연산된 복소수 값을 위상각 값으로 아래 수학식 1을 이용하여 변환할 수 있다.
[수학식 1]
여기서, 은 복소수의 허수성분, 은 실수 성분을 의미할 수 있다.
위상각이 산출되면, 연산부(120)는 전압, 전류, 및 위상각을 이용하여 무효전력값(Q)을 연산할 수 있다. 교류 성분의 전압 및 전류로부터 무효전력 연산은 입력되는 전압 및 전류의 크기 및 위상에 따라 변화하는 함수로, 연산부(120)는 아래 수학식 2를 이용하여 무효전력값(Q)을 산출할 수 있다.
[수학식 2]
(단, )
연산부(120)는 무효전력 연산 과정을 반복하여 이전 무효전력()과 최근 무효전력()을 비교하고, 그 비교결과 두 무효전력간의 차()를 무효전력 변환값()으로 산출할 수 있다.
연산부(120)는 무효전력간의 차()가 '0'인지를 판단할 수 있다. 무효전력간의 차가 '0'이 아니면, 연산부(120)는 전압의 변화값과 상기 무효전력 변환값 간의 비율()을 연산할 수 있다. 이때, 연산부(120)는 새로 취득한 전압값 와 이전 전압값 의 변화량을 새로 연산한 무효전력값 와 이전 무효전력값 의 변화량으로 나눈 값을 이용하여 전압 변화값과 무효전력 변화값 간의 비율을 산출할 수 있다. 즉, 연산부(120)는 아래 수학식 3을 이용하여 전압 변화값과 무효전력 변화값 간의 비율()를 산출할 수 있다.
[수학식 3].
= =
이때 , 이고, , 이므로 해당 모선(BUS)의 조류 변화가 없는 일 때 도 4에서 설명한 = 가 성립함을 알 수 있다. 따라서 일 때는 지수()의 변화가 없는 상태이므로 지수 제어가 필요 없는 상태이다. 그러므로 전력계통의 조류 변화가 있는 일 때만 지수()를 재연산하면 된다.
연산부(120)는 일 때 전압의 변화값과 상기 무효전력 변환값 간의 비율()을 이용해 FACTS 운전점 제어기(200)의 지수(α)를 연산할 수 있다. 즉, 연산부(120)는 아래 수학식 4를 이용하여 지수(α)를 산출할 수 있다.
[수학식 4]
여기서, 는 FACTS 기기(300)의 특성에 의해 결정되는 파라미터 값일 수 있다. 는 0보다 작은 실수형태의 값을 가지며, FACTS 기기(300) 운전시험(Off-line 또는 On-line 시험)을 통해 결정할 수 있다. 전압의 변화값과 상기 무효전력 변환값 간의 비율() 역시 0보다 작은 실수형태의 값을 가지므로 지수(α)은 에 의해 0보다 큰 실수형태의 값을 갖게 된다.
제어부(130)는 연산부(120)에서 연산된 지수(α)를 FACTS 운전점 제어기(200)에 제공함으로써, FACTS 운전점 제어기(200)의 지수(α)를 정밀 제어할 수 있다. 제어부(130)는 연산부(120)에서 연산된 지수(α)를 FACTS 운전점 제어기(200)에 제공하여 FACTS 운전점 제어기(200)의 지수를 실시간으로 자동 정밀 제어함으로써, 모선전압을 기 설정된 범위로 유지하면서 계통에서 필요로 하는 순동무효전력을 확보하도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 연산부(120)는 입력부(110)를 통해 변전설비 상태정보 및 FACTS 운전점 제어기 상태정보를 입력받고(S610), 모선전압값()이 기준전압() 초과 제한전압() 미만 사이에 있는지를 판단한다(S620). 즉, 연산부(120)는 계기용 변압기(PT) 및 계기용 변류기(CT)로부터 전압(V) 및 전류(I)를 포함하는 변전설비 상태정보를 입력받을 수 있고, FACTS 운전점 제어기(200)로부터 모선전압값(), 운전점값(), FACTS 기기(300)의 출력값(), 무효전력예비력값()을 중 적어도 하나를 포함하는 FACTS 운전점 제어기 상태정보를 입력받을 수 있다. 그런 후, 연산부(120)는 모선전압값()이 기준전압() 초과 제한전압() 미만 사이에 있는지를 판단할 수 있다.
S620 단계의 판단결과, 모선전압값()이 기준전압() 초과 제한전압() 미만 사이에 있으면, 연산부(120)는 FACTS 운전점 제어기(200)로부터 입력받은 이전 운전점값()과 최근 운전점값()을 비교하여 두 운전점값이 동일한지를 판단한다(S630).
단계 S630 단계의 판단결과, 두 운전점값이 동일하지 않으면, 연산부(120)는 무효전력예비력()과 FACTS 기기(300)의 출력값() 간의 차가 기 설정된 하한값(B) 이상과 상한값(A) 이하 사이에 존재하는지를 판단한다(S640).
S640 단계의 판단결과, 무효전력예비력()과 FACTS 기기(300)의 출력값() 간의 차가 하한값(B) 이상과 상한값(A) 이하 사이에 존재하면, 연산부(120)는 FACTS 운전점 제어기(200)의 지수(α)를 연산한다(S650). FACTS 운전점 제어기(200)의 지수(α)를 연산하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 7을 참조하기로 한다.
S650 단계가 수행되면, 제어부(130)는 연산된 지수(α)를 FACTS 운전점 제어기(200)에 제공함으로써, FACTS 운전점 제어기(200)의 지수(α)를 정밀 제어한다(S660).
병렬형 FACTS 운전점 제어기(200)의 지수 제어 장치(100)는 상기와 같은 과정을 반복적으로 수행하여 전력계통 상황에 따라 변경되는 지수(α)값을 실시간으로 자동 정밀 제어할 수 있고, 이를 통해 FACTS 운전점 제어기(200)가 더욱 정확하게 FACTS 기기(300)를 모선전압 제어와 동시에 계통에서 필요로 하는 적정 순동무효전력을 확보할 수 있도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연산하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 연산부(120)는 변전설비인 해당 모선의 계기용 변압기(PT) 및 계기용 변류기(CT)로부터 입력받은 전압과 전류를 이용하여 무효전력 변화값()을 연산한다(S710). 즉, 연산부(120)는 계기용 변압기(PT) 및 계기용 변류기(CT)로부터의 전압(V) 및 전류(I)를 이용하여 위상각을 산출하고, 산출된 위상각, 전압, 및 전류를 이용하여 무효전력값(Q)을 반복적으로 연산하며, 이전 무효전력()과 최근 무효전력()을 비교하여 무효전력 변화값()을 연산할 수 있다.
S710 단계가 수행되면, 연산부(120)는 무효전력 변화값()이 ‘0’이 아닌지를 판단한다(S720).
S720 단계의 판단결과, 무효전력 변화값()이 ‘0’이 아니면, 연산부(120)는 전압의 변화값과 무효전력 변환값 간의 비율()을 연산한다(S730). 이때, 연산부(120)는 새로 취득한 전압값 와 이전 전압값 의 변화량을 새로 연산한 무효전력값 와 이전 무효전력값 의 변화량으로 나눈 값을 이용하여 전압 변화값과 무효전력 변화값 간의 비율()을 산출할 수 있다.
S730 단계가 수행되면, 연산부(120)는 전압의 변화값과 무효전력 변환값 간의 비율()을 이용해 FACTS 운전점 제어기(200)의 지수(α)를 연산한다(S740). 즉, 연산부(120)는 수학식 4를 이용하여 FACTS 운전점 제어기(200)의 지수(α)를 연산할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어장치 및 방법은, 계통상황에 따라 변경되는 FACTS 운전점 제어기의 지수(Parameter)를 실시간으로 정밀 제어함으로써, 계통 전압(모선전압)을 적정 범위로 유지하고, 계통에서 필요로 하는 적정 순동무효전력예비력을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어장치 및 방법은, ACTS 운전점 제어기의 지수(Parameter)를 실시간으로 정밀 제어함으로써, FACTS 기기의 모선전압을 자동 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 계통 고장시 순동무효전력 공급에 의한 전압붕괴를 예방할 수 있으며, 계통의 전압안정도를 더욱 향상 시킬 수 있다. 나아가, 계통의 전압안정도 향상은 융통전력의 여유를 증가시켜 혼잡비용을 저감하므로 경제적이고, 변전설비 이용률을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치
110 : 입력부
120 : 연산부
130 : 제어부
200 : 운전점 제어기
300 : FACTS 기기

Claims (16)

  1. 변전설비 상태정보 및 FACTS 운전점 제어기 상태정보를 입력받는 입력부;
    상기 변전설비 상태정보 및 FACTS 운전점 제어기 상태정보에 기초하여 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연산하는 연산부; 및
    상기 연산된 지수(α)를 상기 FACTS 운전점 제어기에 제공함으로써, 상기 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 정밀 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 연산부는,
    계기용 변압기(PT) 및 계기용 변류기(CT)로부터의 전압(V) 및 전류(I)를 이용하여 위상각을 산출하고, 상기 위상각, 전압, 및 전류를 이용하여 무효전력값(Q)을 반복적으로 연산하며, 이전 무효전력()과 최근 무효전력()을 비교하여 무효전력 변화값()을 연산하고, 전압의 변화값과 상기 무효전력 변화값 간의 비율()을 산출하며, 상기 산출된 비율( )을 이용하여 상기 지수(α)를 연산하는 것을 특징으로 하는 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력부는,
    상기 계기용 변압기(PT) 및 계기용 변류기(CT)로부터 전압(V) 및 전류(I)를 포함하는 변전설비 상태정보를 입력받고,
    상기 FACTS 운전점 제어기로부터 모선전압값(), 운전점값(), FACTS 기기의 출력값(), 및 무효전력예비력값() 중 적어도 하나를 포함하는 FACTS 운전점 제어기 상태정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 모선전압값()이 기 설정된 기준전압()과 제한전압() 사이에 존재하는 경우, 상기 FACTS 운전점 제어기로부터 입력받은 이전 운전점값()과 최근 운전점()을 비교하고, 그 비교결과 두 운전점값이 동일하지 않은 경우 상기 무효전력예비력()과 상기 FACTS 기기의 출력값()을 비교하며, 그 비교결과에 따라 상기 지수를 연산하는 것을 특징으로 하는 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 무효전력예비력()과 상기 FACTS 기기의 출력값()간의 차가 기 설정된 하한값(B) 이상부터 상한값(A) 이하 사이에 존재하지 않은 경우, 상기 지수를 연산하는 것을 특징으로 하는 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연산부는,
    아래 수학식을 이용하여 상기 지수(α)를 연산하는 것을 특징으로 하는 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치.
    [수학식]

    여기서, 는 0보다 작은 실수형태의 값으로 미리 설정된 값임.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연산부에서 연산된 지수(α)를 상기 FACTS 운전점 제어기에 제공하여 상기 FACTS 운전점 제어기의 지수를 실시간으로 정밀 제어함으로써, 모선전압을 기 설정된 범위로 유지하면서 계통에서 필요로 하는 순동무효전력을 확보하도록 하는 것을 특징으로 하는 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 장치.
  9. 입력부가, 변전설비 상태정보 및 FACTS 운전점 제어기 상태정보를 입력받는 단계;
    연산부가 상기 변전설비 상태정보 및 FACTS 운전점 제어기 상태정보에 기초 하여 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연산하는 단계; 및
    제어부가 상기 연산된 지수(α)를 상기 FAC TS 운전점 제어기에 제공함으로써, 상기 FACTS 운전점 제어기의 지수 (α)를 정밀 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연 산하는 단계에서,
    상기 연산부는, 계기용 변압기(PT) 및 계기용 변류기(CT)로부터의 전압(V) 및 전류(I)를 이용하여 위상각을 산출하고, 상기 위상각, 전압, 및 전류를 이용하여 무효전력값(Q)을 반복적으로 연산하며, 이전 무효전력()과 최근 무효전력()을 비교하여 무효전력 변화값()을 연산하고, 전압의 변화값과 상기 무효전력 변화값 간의 비율()을 산출하며, 상기 산출된 비율( )을 이용하여 상기 지수(α)를 연산하는 것을 특징으로 하는 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 입력받는 단계에서,
    상기 입력부는, 계기용 변압기(PT) 및 계기용 변류기(CT)로부터 전압(V) 및 전류(I)를 포함하는 변전설비 상태정보를 입력받고, 상기 FACTS 운전점 제어기로부터 모선전압값(), 운전점값(), FACTS 기기(300)의 출력값(), 및 무효전력예비력값() 중 적어도 하나를 포함하는 FACTS 운전점 제어기 상태정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연산하는 단계에서,
    상기 연산부는, 상기 모선전압값()이 기 설정된 기준전압()과 제한전압() 사이에 존재하는 경우, 상기 FACTS 운전점 제어기로부터 입력받은 이전 운전점값()과 최근 운전점()을 비교하고, 그 비교결과 두 운전점값이 동일하지 않은 경우 상기 무효전력예비력()과 상기 FACTS 기기의 출력값()을 비교하며, 그 비교결과에 따라 상기 지수를 연산하는 것을 특징으로 하는 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연산하는 단계에서,
    상기 연산부는, 상기 무효전력예비력()과 상기 FACTS 기기의 출력값()간의 차가 기 설정된 하한값(B) 이상부터 상한값(A) 이하 사이에 존재하지 않은 경우, 상기 지수를 연산하는 것을 특징으로 하는 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제9항에 있어서,
    상기 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 연산하는 단계에서,
    상기 연산부는, 아래 수학식을 이용하여 상기 지수(α)를 연산하는 것을 특징으로 하는 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 방법.
    [수학식]

    여기서, 는 0보다 작은 실수형태의 값으로 미리 설정된 값임.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 FACTS 운전점 제어기의 지수(α)를 정밀 제어하는 단계에서,
    상기 제어부는, 상기 연산부에서 연산된 지수(α)를 상기 FACTS 운전점 제어기에 제공하여 상기 FACTS 운전점 제어기의 지수를 실시간으로 정밀 제어함으로써, 모선전압을 기 설정된 범위로 유지하면서 계통에서 필요로 하는 순동무효전력을 확보하도록 하는 것을 특징으로 하는 병렬형 FACTS 운전점 제어기의 지수 제어 방법.
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