KR102621389B1 - 분산전원의 보조 피드포워드 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분산전원의 보조 피드포워드 제어 방법에 관한 것으로, 운영자 컴퓨터가 배전망 파라미터 정보를 획득하여 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 부하의 동적 변동을 해석하는 단계; 상기 운영자 컴퓨터가 상기 해석된 부하의 동적 변동에 기반하여 보조 피드포워드 제어기(FFC)의 전달함수를 산정하는 단계; 상기 운영자 컴퓨터가 상기 산정한 FFC의 전달함수를 각 분산전원에 분배하는 단계; 상기 운영자 컴퓨터가 상기 FFC 전달함수를 전력망 네트워크 재구성(NR) 시행 전 부하 수요와 대상 스위치 동작 상태에 기반하여 업데이트하는 단계; 상기 운영자 컴퓨터가 계통 동적 재구성 개시 신호에 의해 상기 FFC 전달함수를 실시간으로 활성화하여 상기 보조 피드포워드 제어기(FFC)의 제어 신호를 생성하여 부하 복구를 수행시키는 단계; 및 모든 부하 복구가 완료될 때까지 상기 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 부하의 동적 변동을 해석하는 단계로 돌아가 부하 복구를 반복 수행하는 단계;를 포함한다.

Description

분산전원의 보조 피드포워드 제어 방법 및 장치{SUPPLEMENTARY FEEDFORWARD CONTROL METHOD OF DISTRIBUTED POWER AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은 분산전원의 보조 피드포워드 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력망 네트워크의 재구성(Network Reconfiguration, NR)을 통한 부하 회복 시, 분산전원을 선제적으로 제어하여 주파수 변동을 최소화할 수 있도록 하는, 분산전원의 보조 피드포워드 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근, 재난이나 재해로 인한 정전의 빈도 및 이로 인한 피해 규모가 전 세계적으로 증가하는 추세이다. 특히, 대규모 정전의 약 90% 이상이 배전계통에서 발생한 것으로 조사되어, 배전 계통의 운영 안정성을 확보하는 것이 매우 중요해지고 있으며, 이를 위해, 전력망 네트워크 재구성(Network Reconfiguration, NR)기법이 최근 매우 활발히 연구되고 있다.
상기 전력망 네트워크 재구성(NR)은 배전망 내 고장 발생으로 인해 송전 계통으로부터 전력 수급이 불가능할 시, 피더 라인에 설치된 스위치들의 동작을 통해 고장을 격리하고, 분산전원들을 이용하여 마이크로그리드 구성을 통해 정전 부하에 전력을 재공급하기 위해 수행된다.
이를 위해, 전력망 네트워크 재구성(NR)에서는 현재 배전 선로에 널리 설치되어 있는 개폐기, 차단기, 태양광 발전기, 및 비상 발전원 등과 같은 분산전원을 활용한다는 점에서 별도의 비용 투자 없이 종래의 배전망을 자가 복구 전력망(Self-healing grid)으로서 운영을 가능하게 하여, 배전망의 운영 안정성을 효과적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편 마이크로그리드에서 기존의 실시간 주파수 제어 기법은, 분산전원의 1차 주파수 제어(Primary Frequency Control, PFC)와 2차 주파수 제어(Secondary Frequency Control, SFC)를 통해 수행 된다.
상기 1차 주파수 제어(PFC)는 분산전원과 동일한 위치에 설치된 드룹 제어기를 통해 수행되며, 부하 변동, 복구 또는 신재생 발전량 변동으로 인한 주파수 변동을 안정화하기 위해 수행된다.
상기 2차 주파수 제어(SFC)는 변동된 주파수를 정상 값으로 회복하기 위한 제어로서 주로 비례-적분(Proportional Integral, PI) 제어를 통해 수행된다.
상기 2차 주파수 제어(SFC)에서 PI 제어기는 중앙 제어 센터에 위치하여, 통신 네트워크를 통해 각 분산전원에 지령신호를 전달하여 제어를 수행한다.
상기 1차 주파수 제어(PFC)와 2차 주파수 제어(SFC)는 공통적으로 피드백 제어 기반으로 수행되므로, 주파수 변동이 발생한 후에만 제어 동작을 수행한다는 한계가 있다. 즉, 기존의 주파수 제어 기법이 NR에 적용될 경우, 부하 변동으로 인한 주파수 변동이 커진 후에만 제어 효과가 발생됨을 의미하고, 만약 주파수 변동이 신속히 회복되지 않는 경우, 주요 전력 설비의 손상을 발생시키며, 저주파 계전기의 동작을 발생시켜 국소 지역의 정전으로 이어질 수 있는 문제점이 있다.
일반적으로, 전력망 네트워크 재구성(NR)은 배전망 운영자에 의해 사전 계획되어 수행되는데, 이는, 전력망 네트워크 재구성(NR)을 통한 부하 회복으로 인한 주파수 변동이 선제적으로 보상될 수 있음을 의미한다.
특히, 전력망의 모델링 기술이 지속적으로 개발됨에 따라, 모델 기반의 선제적 제어가 점점 실현 가능해지고 있고, 이에 따라 전력망 동적 재구성에 따른 주파수 변동을 분석하기 위한 모델을 개발하고, 이에 기반한 선로 스위치와 분산전원들 간의 협조 제어기술 개발을 통해, 정전 부하 회복 시 주파수 변동을 효과적으로 감소시킬 수 있는 기술이 필요한 상황이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-2276778호(2021.07.07. 등록, 배전계통의 분산자원 통합관리를 위한 그룹감시 및 그룹제어 방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 전력망 네트워크의 재구성(NR)을 통한 부하 회복 시, 분산전원을 선제적으로 제어하여 주파수 변동을 최소화할 수 있도록 하는, 분산전원의 보조 피드포워드 제어 방법 및 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 분산전원의 보조 피드포워드 제어 방법은, 운영자 컴퓨터가 배전망 파라미터 정보를 획득하여 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 부하의 동적 변동을 해석하는 단계; 상기 운영자 컴퓨터가 상기 해석된 부하의 동적 변동에 기반하여 보조 피드포워드 제어기(FFC)의 전달함수를 산정하는 단계; 상기 운영자 컴퓨터가 상기 산정한 FFC의 전달함수를 각 분산전원에 분배하는 단계; 상기 운영자 컴퓨터가 상기 FFC 전달함수를 전력망 네트워크 재구성(NR) 시행 전 부하 수요와 대상 스위치 동작 상태에 기반하여 업데이트하는 단계; 상기 운영자 컴퓨터가 계통 동적 재구성 개시 신호에 의해 상기 FFC 전달함수를 실시간으로 활성화하여 상기 보조 피드포워드 제어기(FFC)의 제어 신호를 생성하여 부하 복구를 수행시키는 단계; 및 모든 부하 복구가 완료될 때까지 상기 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 부하의 동적 변동을 해석하는 단계로 돌아가 부하 복구를 반복 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 분산전원은, 동기 발전기(Synchronous Generator, SG) 기반 분산전원, 및 인버터 기반 발전기(Inverter-based Generator, IG)에 의한 분산전원;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 보조 피드포워드 제어기(FFC)는, 동기 발전기(Synchronous Generator, SG) 기반 분산전원의 협조 제어를 통해 전력망 네트워크 재구성(NR)을 수행하는 제1 제어부; 및 인버터 기반 발전기(Inverter-based Generator, IG)에 의한 분산전원의 협조 제어를 통해 전력망 네트워크 재구성(NR)을 수행하는 제2 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 분산전원의 보조 피드포워드 제어 장치는, 배전망 파라미터 정보를 획득하여 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 부하의 동적 변동을 해석하고, 상기 해석된 부하의 동적 변동에 기반하여 보조 피드포워드 제어기(FFC)의 전달함수를 산정하며, 상기 산정한 FFC의 전달함수를 각 분산전원에 분배하고, 상기 FFC 전달함수를 전력망 네트워크 재구성(NR) 시행 전 부하 수요와 대상 스위치 동작 상태에 기반하여 업데이트하는 운영자 컴퓨터; 및 상기 운영자 컴퓨터의 계통 동적 재구성 개시 신호에 의해 상기 FFC 전달함수가 실시간으로 활성화되면 제어 신호를 생성하여 부하 복구를 수행하는 보조 피드포워드 제어기(FFC);를 포함하며, 상기 운영자 컴퓨터와 상기 보조 피드포워드 제어기(FFC)는, 상기 모든 부하 복구가 완료될 때까지 상기 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 부하의 동적 변동을 해석하는 과정으로 돌아가 이후로 부하 복구를 반복 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 분산전원은, 동기 발전기(Synchronous Generator, SG) 기반 분산전원, 및 인버터 기반 발전기(Inverter-based Generator, IG)에 의한 분산전원;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 보조 피드포워드 제어기(FFC)는, 동기 발전기(Synchronous Generator, SG) 기반 분산전원의 협조 제어를 통해 전력망 네트워크 재구성(NR)을 수행하는 제1 제어부; 및 인버터 기반 발전기(Inverter-based Generator, IG)에 의한 분산전원의 협조 제어를 통해 전력망 네트워크 재구성(NR)을 수행하는 제2 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 전력망 네트워크의 재구성(NR)을 통한 부하 회복 시, 분산전원을 선제적으로 제어하여 주파수 변동을 최소화할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원의 보조 피드포워드 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원의 보조 피드포워드 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 본 발명에 관련된 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 마이크로 그리드 주파수 변동의 소신호 모델을 보인 예시도.
도 4는 상기 도 3에 기재된 각 파라미터들을 정의한 테이블.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 분산전원의 보조 피드포워드 제어 방법 및 장치의 일 실시예를 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.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원의 보조 피드포워드 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 분산전원의 보조 피드포워드 제어(Supplementary FFC(FeedForward Controller)) 장치는, 제1 및 제2 제어부(110, 120)가 각기 전력망 네트워크 재구성(NR)을 위한 스위치 동작 및 분산전원의 협조 제어를 통해 전력망 네트워크 재구성(NR)으로 인한 자가 복구 마이크로그리드의 실시간 주파수 변동의 선제적 보상 및 최소화를 달성한다.
여기서 분산전원은 동기 발전기(Synchronous Generator, SG) 기반의 비상 발전원과 태양광 발전기, 및 배터리와 같은 인버터 기반 발전기(Inverter-based Generator, IG)를 포함한다.
상기 제1 제어부(110)는 동기 발전기 기반 분산전원의 스위치 동작 및 분산전원의 협조 제어를 수행하고, 상기 제2 제어부(120)는 인버터 기반 분산전원의 스위치 동작 및 분산전원의 협조 제어를 수행한다.
이 때 상기 제1 및 제2 제어부(110, 120)는 배전망 운영자가 운영자 컴퓨터(10)를 통해 선로 및 분산전원의 파라미터, 부하량 등 배전망 관리 시스템에서 일반적으로 얻을 수 있는 정보를 사용하여 전달함수(Transfer function)의 형태로 구성된다.
여기서 FFC의 전달함수(예 : S g (s) 및 H i (s))는 계통 운영자가 운영자 컴퓨터(10)에 의해(계통 운영자의 계산에 의해) 각 분산전원에 분배되고, 각 FFC 전달함수는 스위치의 상태를 변경하기 위해 0에서 1로 변하는 계통 동적 재구성 개시 신호에 응답하여 실시간으로 활성화되어 FFC의 제어 신호를 생성한다. 상기 FFC의 제어 신호는 기존의 1차 주파수 제어(Primary Frequency Control, PFC) 및 2차 주파수 제어(Secondary Frequency Control, SFC) 지령 신호와 통합되어 분산전원(예 : SG unit g, IG unit i)의 출력을 제어한다.
참고로 상기 FFC의 전달함수는 전력망 네트워크 재구성(NR)의 해석적 모델을 이용하여 만들어지며, 이는 전력망 동적 재구성에 따른 총 부하 변동(선로 손실, 전압 의존 부하 변동량 포함)의 예측을 가능하게 하며, 특히, 배전망의 시간에 따른 운영 조건 변동을 더욱 정확히 반영하기 위해, 상기 FFC 전달함수는 NR 시행 전 부하 수요와 대상 스위치 동작 상태에 기반해 온라인으로 업데이트된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원의 보조 피드포워드 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 배전망 운영자는 운영자 컴퓨터(10)를 통해 배전망 파라미터 정보를 획득하고(S101), 이를 바탕으로, 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 전력 수요량(즉 부하)의 동적 변동을 추정(해석)한다(S102).
이를 위해, 본 실시 예에서는 전력망 네트워크 재구성(NR)의 해석적 모델(수학식1 내지 수학식(14) 참조)을 개발하고, 상기 추정된 전력 수요량(즉 부하)의 동적 변동에 기반하여, FFC의 전달함수를 산정한다(S103)(수학식 15 내지 수학식 21 참조).
그리고 상기 산정한 FFC의 전달함수(예 : S g (s) 및 H i (s))는 계통 운영자가 운영자 컴퓨터(10)에 의해(또는 계통 운영자의 계산에 의해) 각 분산전원에 분배되고(S104), 배전망의 시간에 따른 운영 조건 변동을 더욱 정확히 반영하기 위하여, 상기 FFC 전달함수는 전력망 네트워크 재구성(NR) 시행 전 부하 수요와 대상 스위치 동작 상태에 기반해 온라인으로 업데이트된다(S105).
또한 상기 FFC 전달함수는 스위치의 상태를 변경하기 위해 0에서 1로 변하는 계통 동적 재구성 개시 신호에 응답하여 실시간으로 활성화되어 FFC의 제어 신호를 생성하여(S106) 부하 복구가 수행된 후, 모든 부하 복구가 완료되었는지 체크하여(S107), 모든 부하 복구가 완료되지 않았으면(S107의 아니오), 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 전력 수요량(즉 부하)의 동적 변동을 해석하는 과정(S102)으로 돌아가 배전망 자가 복구가 완료될 때까지(S107의 예) 상기 S102 단계 내지 상기 S106 과정을 반복함으로써, 최종적으로 배전망 자가 복구를 완료한다(S108).
이하 상기 분산전원의 보조 피드포워드 제어 방법에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 전력망 네트워크 재구성(NR)의 해석적 모델의 개발을 위해, 전력망 네트워크 재구성(NR) 시행 이전 실시간 모선 전압(bus voltage)과 모선 주입 전류(bus injection current)간의 관계는 다음 수학식 1과 같이 표현된다.
여기서 Y B 는 전력망 네트워크 재구성(NR) 시행 이전의 모선 어드미턴스 행렬(Bus admittance matrix)로서, 블록 행렬로 구성되며, 각 블록 행렬은 모선 j와 k 사이의 선에 대한 선로 파라미터를 이용해 다음 수학식 2와 같이 결정된다.
또한 상기 수학식 1에서 I 0 와 V 0 는 각각 NR 시행 이전의 dq-축에서 표현된 모선 주입 전류 및 모선 전압으로서, 각 모선별 요소는 다음 수학식 3과 같이 주어진다.
상기 수학식 1 내지 수학식 3에서 3상 평형 선로를 고려하여, 3상식을 채택하는 경우, 불평형 계통에 대해서도 적용될 수 있다.
상기 전력망 네트워크 재구성(NR) 시행 이후, 모선 전압 및 전류 간의 관계는 다음 수학식 4과 같이 표현될 수 있다.
상기 수학식 1 및 수학식 4로부터, 전력망 네트워크 재구성(NR)으로 인한 모선 주입 전류 변동량(
Figure 112021145381874-pat00005
I)은 다음 수학식 5와 같다.
상기 수학식 5에서, 전력망 네트워크 재구성(NR)은 어드미턴스 행렬(즉, YB에서 YA로)의 이산적인 변화
Figure 112021145381874-pat00007
Y로서 반영되어, 배전망 토폴로지가 변화된 직후에 발생하는 순간적인 변화(
Figure 112021145381874-pat00008
I T )로 이어진다. 특히,
Figure 112021145381874-pat00009
I T 는 시간이 지남에 따라 감쇠하지 않고, 배전망 내의 과도 및 정상상태의 전력 부하 변동(부하 회복으로 인한 부하량 변동 및 선로 손실량 변화)을 유발하게 된다.
상기 전력망 네트워크 재구성(NR)으로 인한 배전망 내 부하 전력 수요 변동량의 동적 모델은, 수학식 5에서 주어진
Figure 112021145381874-pat00010
I를 분산전원 및 부하의 동적 모델과 연계하여 표현될 수 있다.
먼저 분산전원의 동적 모델은 다음 수학식 6 및 수학식 7과 같이 표현된다.
상기 수학식 6 및 수학식 7에서,
Figure 112021145381874-pat00013
X DG 는 배전망 내 전체 분산전원들의 상태변수이며,
Figure 112021145381874-pat00014
I DG 는 전체 분산전원의 출력 전류 변동량을 나타내고, 또한, A DG , B DG , C DG , D DG 는 각각 분산전원 동적모델을 선형화하여 얻어지는 계수 행렬들이다.
또한, 부하의 동적 모델은 다음 수학식 8과 같이 표현된다.
상기 수학식 8에서,
Figure 112021145381874-pat00016
I L 은 부하로부터의 모선 주입 전류를 나타내며, D L 은 부하의 동적모델을 선형화하여 얻어지는 블록 대각 행렬이며, 부하 동적 모델로는 ZIP 모델을 사용한다.
한편, 키르히호프 전류 법칙에 따라
Figure 112021145381874-pat00017
I =
Figure 112021145381874-pat00018
I DG +
Figure 112021145381874-pat00019
I L 이므로, 상기 수학식 7과 수학식 8을 상기 수학식 5에 대입하여
Figure 112021145381874-pat00020
V를 아래 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
따라서 상기 수학식 9를 수학식 6에 대입하면, 전력망 네트워크 재구성(NR)에 대한 배전망 상태 변수의 동적 응답은 다음 수학식 10과 같이 유도된다.
상기 수학식 10에서 A MG 와 B MG 는 각각 다음 수학식 11과 같이 주어진다.
또한, 전력 보존 법칙에 의해, 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 전력 수요 변동은 전체 분산전원의 출력 변동으로부터 상기 수학식 9를 이용하여 다음 수학식 12와 같이 추정될 수 있다.
상기 수학식 12에서,
Figure 112021145381874-pat00025
P L 과
Figure 112021145381874-pat00026
P DG 는 각각 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 부하량 및 분산전원 출력량의 변동을 나타내며,
Figure 112021145381874-pat00027
I DG0 는 전력망 네트워크 재구성(NR) 시행 이전의 분산전원 출력 전류의 정상상태 값이다.
또한, 상기 수학식 12의 K X 와 K I 는 각각 다음 수학식 13과 같이 주어진다.
결과적으로, 상기 수학식 10과 수학식 12로부터, 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 전력 수요 변동량의 동적 응답은 주파수 영역(Frequency domain)에서 다음 수학식 14와 같이 표현될 수 있다.
상기 수학식 14에서 1/s는 t = 0 시점에서 0에서 1로 변화하는 단위 계단 함수(Unit-step function)으로서 전력망 네트워크 재구성(NR) 시행 신호를 나타내며, p(s)는 전력망 네트워크 재구성(NR)에 대한 부하 변동의 동역학을 나타낸다.
또한 I는 A MG 와 동일한 사이즈의 단위행렬(Identity matrix)이다.
특히, p(s)는 전력망 네트워크 재구성(NR)을 통해 복구되거나 분리되는 부하로 인한 변동뿐만 아니라 기존 모델로는 반영할 수 없었던 선로 손실의 변화에 의한 부하 수요량 변동 영향 또한 반영하고, 이는 FFC의 보다 정확한 설계를 가능하게 하여 분산전원들이 계통 동적 재구성으로 인한 주파수 변동을 더욱 잘 보상할 수 있도록 한다.
상기 수학식 14에서 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 부하 변동의 동역학을 고려하면, 전력망 네트워크 재구성(NR)에 대한 계통 주파수 응답의 소신호 모델(Small-signal model)은 도 3에 도시된 바와 같다.
참고로 도 3은 본 발명에 관련된 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 마이크로 그리드 주파수 변동의 소신호 모델을 보인 예시도로서, 기존의 피드백 기반 1차 주파수 제어(Primary Frequency Control, PFC) 및 2차 주파수 제어(Secondary Frequency Control, SFC)와, 본 발명에서 제시한 FFC 전달함수, 그리고 이들의 출력 신호에 응답하는 SG 및 IG들의 동역학(t g (s) 및 v i (s))을 포함한다.
상기 도 3에 기재된 각 파라미터들의 정의는 도 4의 표에 도시된 바와 같다.
상기 도 3에 도시된 소신호 모델로부터, 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 마이크로 그리드의 주파수 변동 응답은 다음 수학식 15와 같다.
상기 수학식 15에서,
Figure 112021145381874-pat00031
f는 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 마이크로 그리드의 주파수 변동을 나타내며,
Figure 112021145381874-pat00032
P Mg 는 g 번째 SG 유닛의 기계적 입력 전력 변동량,
Figure 112021145381874-pat00033
P IGi 는 i 번째 IG 유닛의 출력 전력 변동량을 나타낸다.
상기
Figure 112021145381874-pat00034
P Mg 와
Figure 112021145381874-pat00035
P IGi 는 주파수 제어를 위한 지령 신호에 대한 SG의 원동기(Prime mover) 동역학 t g (s) 및 IG의 동역학 v i (s)으로서, 다음 수학식 16과 같이 주어진다.
상기 수학식 16에서, 주파수 제어 지령 신호는 루프(PFC 및 SFC)에서 주어지는 신호, FFC 전달함수(S g (s) 및 H i (s))의 출력 신호
Figure 112021145381874-pat00037
T g (s),
Figure 112021145381874-pat00038
V i (s)로 다음 수학식 17과 같이 구성된다.
상기 수학식 16과 수학식 17을 상기 수학식 15에 대입하면, 마이크로 그리드의 주파수 응답은 다음 수학식 18과 같이 표현될 수 있다.
상기 수학식 18의 우변 첫 번째 항으로부터,
Figure 112021145381874-pat00041
T g (s) 및
Figure 112021145381874-pat00042
V i (s)을 이용해
Figure 112021145381874-pat00043
P L (s)을 상쇄시켜, 전력망 네트워크 재구성(NR)에 의한 주파수 변동
Figure 112021145381874-pat00044
f를 0으로 만들 수 있다.
본 실시 예에서는 FFC의 실제적인 적용을 위해, SG의 느린 응답 특성과 IG의 빠른 응답 특성을 고려하여
Figure 112021145381874-pat00045
T g (s) 및
Figure 112021145381874-pat00046
V i (s)를 각각 다음 수학식 19와 수학식 20과 같이 설계한다.
즉, 상기 수학식 19와 수학식 20으로부터, FFC의 전달함수는 각각 다음 수학식 21과 같이 결정된다.
한편 3상 평형 계통이 아닌 불평형 계통에도 본 실시 예에 따른 주파수 제어 기법을 사용하여 전력품질을 개선할 수 있다.
즉, 3상 불평형 어드미턴스 행렬과 3상 불평형 전압 전류를 사용하는 경우, 본 실시 예에 따른 FFC는 3상 불평형 계통에 대해서도 적용 가능하다.
상기 3상 불평형 어드미턴스 행렬은 다음 수학식 22와 같이 주어진다.
또한, 3상 불평형 전압 및 전류는 다음 수학식 23과 수학식 24와 같이 주어진다.
상기 수학식 2와 수학식 3 대신, 수학식 22 내지 수학식 24를 사용함으로써, 3상 불평형 계통에 대한 FFC의 개발이 가능하다.
상기와 같이 본 실시 예는, 기존의 피드백 제어 기반의 계통 실시간 주파수 제어(PFC 및 SFC)로는 달성할 수 없었던 선제적 제어를 가능하게 하여, 계통 주파수 실시간 변동의 최대치 및 RMS(Root Mean Square) 수치를 각각 83.8% 및 85.8% 만큼 감소시켜 배전망 자가 복구 시 발생할 수 있는 전력 품질을 크게 개선하는 효과가 있다.
또한 본 실시 예는 일반적인 배전망 관리 시스템에서 얻어질 수 있는 정보들을 이용하여 개발될 수 있으며, 간단한 전달함수의 형태로서 제어기를 설계하여 높은 실용성 및 폭넓은 확장성을 갖추어, 다수의 스위치 및 분산전원을 포함하는 대규모 배전망에도 적용 가능한 효과가 있다.
또한 본 실시 예는 제어기 설계에 사용되는 선로, 분산전원, 부하의 파라미터 불확실성 및 통신 시간 지연에도 강인한 성능을 나타내며, 3상 평형 계통뿐만 아니라 불평형 계통에도 적용 가능하여 실제 배전망 운영에 즉시 적용 가능한 효과가 있다.
또한 본 실시 예는 재난 및 재해로 인한 배전망 정전 발생 시 주요 부하 시설에 대하여 안정적으로 전력 서비스를 복구하는 데 도움을 줄 수 있으며, 이를 기반으로 배전망 운영에 대한 신뢰성 제고에 기여할 수 있는 효과가 있다.
이상으로 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 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 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.
10 : 분산전원 시스템의 운영자
110 : 제1 제어부
120 : 제2 제어부
130 : 재구성 분산전원 네트워크

Claims (6)

  1. 운영자 컴퓨터가 배전망 파라미터 정보를 획득하여 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 부하의 동적 변동을 해석하는 단계;
    상기 운영자 컴퓨터가 상기 해석된 부하의 동적 변동에 기반하여 보조 피드포워드 제어기(FFC)의 전달함수를 산정하는 단계;
    상기 운영자 컴퓨터가 상기 산정한 FFC의 전달함수를 각 분산전원에 분배하는 단계;
    상기 운영자 컴퓨터가 상기 FFC의 전달함수를 전력망 네트워크 재구성(NR) 시행 전 부하 수요와 대상 스위치 동작 상태에 기반하여 업데이트하는 단계;
    상기 운영자 컴퓨터가 계통 동적 재구성 개시 신호에 의해 상기 FFC의 전달함수를 실시간으로 활성화하여 상기 보조 피드포워드 제어기(FFC)의 제어 신호를 생성하여 부하 복구를 수행시키는 단계; 및
    모든 부하 복구가 완료될 때까지 상기 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 부하의 동적 변동을 해석하는 단계로 돌아가 부하 복구를 반복 수행하는 단계;를 포함하되,
    상기 FFC의 전달함수는,
    NR 시행 전 부하와 동기발전기 기반의 발전원을 제어하는 제1제어부 및 인버터 기반의 발전원을 제어하는 제2제어부의 스위치 동작 상태에 기반해 온라인으로 업데이트된 것으로서, 이를 통해 분산전원의 스위치의 상태를 변경하기 위해 0에서 1로 변하는 계통 동적 재구성 개시 신호에 응답하여 실시간으로 활성화되어 FFC의 제어 신호를 생성하며, 상기 FFC의 제어 신호는 1차 주파수 제어(PFC) 및 2차 주파수 제어(SFC) 지령 신호와 통합되어 분산전원의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 분산전원의 보조 피드포워드 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 분산전원은,
    동기 발전기(Synchronous Generator, SG) 기반 분산전원, 및
    인버터 기반 발전기(Inverter-based Generator, IG)에 의한 분산전원;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산전원의 보조 피드포워드 제어 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 보조 피드포워드 제어기(FFC)는,
    동기 발전기(Synchronous Generator, SG) 기반 분산전원의 협조 제어를 통해 전력망 네트워크 재구성(NR)을 수행하는 제1 제어부; 및
    인버터 기반 발전기(Inverter-based Generator, IG)에 의한 분산전원의 협조 제어를 통해 전력망 네트워크 재구성(NR)을 수행하는 제2 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산전원의 보조 피드포워드 제어 방법.
  4. 배전망 파라미터 정보를 획득하여 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 부하의 동적 변동을 해석하고, 상기 해석된 부하의 동적 변동에 기반하여 보조 피드포워드 제어기(FFC)의 전달함수를 산정하며, 상기 산정한 FFC의 전달함수를 각 분산전원에 분배하고, 상기 FFC의 전달함수를 전력망 네트워크 재구성(NR) 시행 전 부하 수요와 대상 스위치 동작 상태에 기반하여 업데이트하는 운영자 컴퓨터; 및
    상기 운영자 컴퓨터의 계통 동적 재구성 개시 신호에 의해 상기 FFC의 전달함수가 실시간으로 활성화되면 제어 신호를 생성하여 부하 복구를 수행하는 보조 피드포워드 제어기(FFC);를 포함하며,
    상기 운영자 컴퓨터와 상기 보조 피드포워드 제어기(FFC)는, 상기 모든 부하 복구가 완료될 때까지 상기 전력망 네트워크 재구성(NR)에 따른 부하의 동적 변동을 해석하는 과정으로 돌아가 이후로 부하 복구를 반복 수행하며,
    상기 FFC의 전달함수는,
    NR 시행 전 부하와 동기발전기 기반의 발전원을 제어하는 제1제어부 및 인버터 기반의 발전원을 제어하는 제2제어부의 스위치 동작 상태에 기반해 온라인으로 업데이트된 것으로서, 이를 통해 분산전원의 스위치의 상태를 변경하기 위해 0에서 1로 변하는 계통 동적 재구성 개시 신호에 응답하여 실시간으로 활성화되어 FFC의 제어 신호를 생성하며, 상기 FFC의 제어 신호는 1차 주파수 제어(PFC) 및 2차 주파수 제어(SFC) 지령 신호와 통합되어 분산전원의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 분산전원의 보조 피드포워드 제어 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 분산전원은,
    동기 발전기(Synchronous Generator, SG) 기반 분산전원, 및
    인버터 기반 발전기(Inverter-based Generator, IG)에 의한 분산전원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산전원의 보조 피드포워드 제어 장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 보조 피드포워드 제어기(FFC)는,
    동기 발전기(Synchronous Generator, SG) 기반 분산전원의 협조 제어를 통해 전력망 네트워크 재구성(NR)을 수행하는 제1 제어부; 및
    인버터 기반 발전기(Inverter-based Generator, IG)에 의한 분산전원의 협조 제어를 통해 전력망 네트워크 재구성(NR)을 수행하는 제2 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산전원의 보조 피드포워드 제어 장치.
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