KR102639221B1 - Inertial energy monitoring method and system - Google Patents
Inertial energy monitoring method and system Download PDFInfo
- Publication number
- KR102639221B1 KR102639221B1 KR1020190165616A KR20190165616A KR102639221B1 KR 102639221 B1 KR102639221 B1 KR 102639221B1 KR 1020190165616 A KR1020190165616 A KR 1020190165616A KR 20190165616 A KR20190165616 A KR 20190165616A KR 102639221 B1 KR102639221 B1 KR 102639221B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- inertial energy
- frequency
- critical
- power
- current
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 31
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 30
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 18
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 10
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000013480 data collection Methods 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
Abstract
본 발명의 계통의 관성 에너지 모니터링 방법은, 계통의 과거 사고 사례 데이터를 분석하여 계통의 임계 관성 에너지를 결정하는 단계; 계통의 운영 중 의도적인 미약한 전력 교란을 인가하여 계통의 현재 관성 에너지를 관측하는 단계; 및 관측된 계통의 현재 관성 에너지가 임계 관성 에너지 보다 작으면, 이를 통보하는 단계를 포함할 수 있다.The system inertial energy monitoring method of the present invention includes the steps of determining the critical inertial energy of the system by analyzing past accident case data of the system; Observing the current inertial energy of the system by applying an intentional slight power disturbance during operation of the system; And if the current inertial energy of the observed system is less than the critical inertial energy, it may include a step of notifying this.
Description
본 발명은 전력계통의 주파수 안정화를 위한 계통의 관성 에너지 모니터링 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for monitoring the inertial energy of a power system for frequency stabilization of the power system.
일반적으로 전력계통은 수요량에 따라 공급량을 변화시키면서 수급 불균형을 조절하는 것이다. 수급 불균형으로 인해 전력계통 주파수의 변동을 방지하지 못할 경우 정전으로 인해 많은 사고가 야기될 수 있기 때문이다.In general, the power system adjusts supply and demand imbalance by changing supply according to demand. If fluctuations in power system frequency are not prevented due to supply and demand imbalance, many accidents may occur due to power outages.
전력계통의 안정성은 부하변화의 예측이 가능하고 기본주파수 대비 주파수의 변화폭이 매우 작을수록 높아지는 반면, 부하변화가 예측을 벗어나고 기본주파수 대비 주파수의 변화폭이 클수록 낮아진다.The stability of the power system increases when load changes can be predicted and the range of change in frequency compared to the basic frequency is very small, while it decreases when load changes deviate from predictions and the range of change in frequency compared to the basic frequency becomes large.
전력계통에서 가장 중요한 부분은 전력 수요에 맞추어 동일한 발전력을 공급해주는 것이다. 이때, 전력 수요와 공급의 불균형을 나타내는 지표 중 가장 일반적인 것은 주파수이며, 국내의 경우 전력계통에 구성되어 있는 동기 발전기들은 항상 60Hz의 주파수를 유지하기 위해 동기를 이루어 운영되고 있다.The most important part of the power system is to supply the same power generation according to power demand. At this time, the most common indicator of the imbalance between power demand and supply is frequency, and in Korea, synchronous generators in the power system are always operated synchronously to maintain a frequency of 60Hz.
관성에너지는 주로 동기 발전원에서 전력 수요와 공급의 불균형으로 발생되는 주파수의 변동을 방지하기 위해 자연적으로 공급되는 가장 빠르게 응답되는 것으로 계통의 관성에너지가 클수록 주파수 변동을 방지시킬 수 있다. 그러나 전 세계적으로 지구온난화 등 환경오염을 방지하기 위해 기존의 석탄화력 및 원자력 발전원 등 동기 발전원의 비율을 줄이고, 풍력 및 태양광 발전원과 같은 관성에너지가 매우적거나 없는 비동기 발전원의 비율이 점점 증가됨에 따라 계통의 관성에너지가 감소되어 주파수 불안정성이 증가되고 있다. Inertial energy is the fastest response that is naturally supplied to prevent frequency fluctuations caused by imbalances in power demand and supply in synchronous power generation sources. The larger the inertial energy of the system, the more frequency fluctuations can be prevented. However, in order to prevent environmental pollution such as global warming around the world, the ratio of synchronous power generation sources such as existing coal-fired power plants and nuclear power plants is reduced, and the ratio of asynchronous power generation sources such as wind and solar power sources with very little or no inertial energy is reduced. As this gradually increases, the inertial energy of the system decreases and frequency instability increases.
해외에서 운영중인 관성 추정 시스템의 경우, 발전기들의 관성에너지만을 고려하여 계통 관성에너지를 산정하고 운영함에 따라 모터와 같은 동기기 부하들이 제공하는 관성에너지를 고려하지 못하여 정확한 계통 관성에너지를 산정하기 어렵고, 각국의 계통 규모, 발전원 구성, 주파수 기준, 취득 운전데이터 등이 상이하기 때문에 해외의 시스템을 그대로 적용하는 것은 어렵다. 계통의 관성에너지는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있으며, 여기서, 는 발전기 관성에너지, 는 부하 관성에너지이다. In the case of inertia estimation systems operated overseas, the system inertia energy is calculated and operated by considering only the inertia energy of the generators, so it is difficult to calculate the exact system inertia energy because the inertia energy provided by synchronous loads such as motors cannot be considered. It is difficult to apply overseas systems as is because the system scale, power source composition, frequency standards, and acquired operation data are different. The inertial energy of the system can be expressed as equation 1 below, where: is the generator inertial energy, is the load inertial energy.
국내 전력계통 운영자인 전력거래소에서는 전력품질을 나타내는 지표인 주파수를 60Hz로 일정하게 유지하기 위하여 '전력시장운영규칙' 및 '전력계통 신뢰도 및 전기품질 유지기준' 등 규정된 기준 및 절차에 따라 계통 내에서 예측수요의 오차, 발전기 불시고장 등으로 발생할 수 있는 주파수 변동을 방지하기 위한 예비력을 확보하고 심각한 경우 부하차단 등을 운영하고 있다. In order to maintain the frequency, which is an indicator of power quality, at a constant 60Hz, the Korea Power Exchange, the operator of the domestic power system, operates within the system in accordance with specified standards and procedures such as the 'Electricity Market Operation Rules' and 'Standards for Maintaining Power System Reliability and Electricity Quality'. We secure reserve power to prevent frequency fluctuations that may occur due to errors in forecast demand or unexpected generator failures, and operate load shedding in serious cases.
도 1은 계통 외란 시 주파수 응답 영역 및 계통관성 영향을 예시한 그래프이다. Figure 1 is a graph illustrating the frequency response area and system inertia effects during system disturbance.
계통 주파수를 안정하게 유지하기 위해서 1차 주파수제어 및 2차 주파수제어 주파수추종(GF) 및 자동발전제어(AGC) 등은 동작시간과 같은 지연시간으로 인하여 도시한 그래프에서와 같이 계통 외란 발생 후, 계통 주파수의 초기 주파수 변동률과 최소과도주파수(Frequency Nadir) 결정에는 관여하기 어려움을 알 수 있으며, 원자력 및 석탄화력 발전원과 같은 동기 발전원들이 회전부의 회전속도를 유지하기 위해 자연적으로 발생되는 관성에너지가 결정함을 알 수 있다. 또한, 관성에너지가 작을수록 빨간 점선 그래프와 같이 동일한 사고임에도 주파수가 더 가파르고 많이 하락됨을 알 수 있다. 따라서 동기 발전원들이 제공하는 관성에너지 관리가 매우 중요한 요소이지만 이를 위한 시스템 구축이 미비한 상황이다.In order to keep the system frequency stable, primary frequency control, secondary frequency control, frequency tracking (GF), and automatic generation control (AGC) have a delay time equal to the operation time, so as shown in the graph, after a system disturbance occurs, It can be seen that it is difficult to be involved in determining the initial frequency change rate and minimum transient frequency (Frequency Nadir) of the system frequency, and the inertial energy naturally generated by synchronous power generation sources such as nuclear and coal-fired power plants to maintain the rotation speed of the rotating part. It can be seen that the decision is made. Additionally, as the inertial energy is smaller, the frequency can be seen to drop steeper and more even though it is the same accident, as shown in the red dotted line graph. Therefore, management of inertial energy provided by synchronous power sources is a very important element, but the construction of a system for this is insufficient.
도 2는 신재생 에너지 발전원 증가에 따른 계통 주파수 영향을 보여주는 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the effect on grid frequency due to the increase in renewable energy power generation sources.
관성에너지가 기존의 동기발전원보다 현저히 낮은 풍력발전기나 관성에너지가 없는 태양광 발전원으로 기존 동기 발전원들을 대체하게 된다면 도 2의 그래프와 같이 초기 주파수 변동률이 증가하여 동일한 사고에도 계통의 최소과도주파수가 훨씬 더 낮게 형성될 수 있게 된다. 그러므로 일정 주파수 이하로 하락 시, 계통 안정화를 위하여 적용되는 부하의 차단 빈도 및 차단량이 증가될 수 있다. If existing synchronous power generation sources are replaced by wind power generators whose inertial energy is significantly lower than that of existing synchronous power sources or solar power sources without inertial energy, the initial frequency fluctuation rate increases as shown in the graph in FIG. 2, resulting in the minimum transient of the system even in the same accident. The frequency can be set much lower. Therefore, when the frequency falls below a certain frequency, the frequency and amount of load blocking applied to stabilize the system may increase.
본 발명은 운영 중인 전력 계통의 안정성을 높일 수 있는 계통의 관성 에너지 모니터링 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide a method and system for monitoring the inertial energy of a system that can increase the stability of an operating power system.
구체적으로 본 발명은 전력계통의 관성에너지를 실시간 온라인으로 연산하여 고장파급을 예측하고 과거 실적 운전데이터를 기반으로 임계 관성에너지를 계산하여 신재생 발전량 및 예비력 관리를 보조하는 방안을 제시하고자 한다.Specifically, the present invention seeks to propose a method to calculate the inertial energy of the power system online in real time to predict the failure spread and calculate the critical inertial energy based on past performance operation data to assist in the management of new and renewable power generation and reserve power.
본 발명의 일 측면에 따른 계통의 관성 에너지 모니터링 방법은, 계통의 과거 사고 사례 데이터를 분석하여 계통의 임계 관성 에너지를 결정하는 단계; 계통의 운영 중 의도적인 미약한 전력 교란을 인가하여 계통의 현재 관성 에너지를 관측하는 단계; 및 관측된 계통의 현재 관성 에너지가 임계 관성 에너지 보다 작으면, 이를 통보하는 단계를 포함할 수 있다.A method for monitoring the inertial energy of a system according to an aspect of the present invention includes determining the critical inertial energy of the system by analyzing data on past accident cases of the system; Observing the current inertial energy of the system by applying an intentional slight power disturbance during operation of the system; And if the current inertial energy of the observed system is less than the critical inertial energy, it may include a step of notifying this.
여기서, 관측된 계통의 현재 관성 에너지가 임계 관성 에너지 보다 작으면 계통에 동기 발전 비율을 높이는 조치를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, if the observed current inertial energy of the system is less than the critical inertial energy, a step of taking steps to increase the synchronous power generation ratio in the system may be further included.
여기서, 상기 계통의 임계 관성 에너지를 결정하는 단계는, 각 사고 사례 마다 사고후 조속기 동작 지연 시간 동안 하락 또는 상승된 주파수로 결정되는 구간 기울기로 각 사고 사례에서의 최저 또는 최고 주파수 도달할 때까지의 시간을 산출하는 단계; 산출된 시간들 중 가장 긴 시간과 계통의 최저 또는 최대 허용 주파수로 기울기를 규정하는 단계; 및 상기 규정된 기울기로부터 계통의 임계 관성 에너지를 확정하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step of determining the critical inertial energy of the system is the section slope determined by the frequency that fell or rose during the delay time of the governor operation after the accident for each accident case until the lowest or highest frequency in each accident case is reached. calculating time; defining the slope as the longest time among the calculated times and the lowest or maximum allowable frequency of the system; And it may include determining the critical inertial energy of the system from the prescribed slope.
여기서, 상기 계통의 임계 관성 에너지는, 하기 수학식에 따라 구해질 수 있다.Here, the critical inertial energy of the system can be obtained according to the following equation.
(여기서, 는 공칭주파수, 는 탈락한 발전력, ROCOFcritical은(here, is the nominal frequency, is the power generation power eliminated, ROCOF critical is
계통의 임계 주파수 변동률)Critical frequency variation rate of the system)
여기서, 상기 계통의 현재 관성 에너지를 관측하는 단계는, 계통에 영향을 주지 않을 정도의 작은 전력 변화 외란을 가하는 단계; 상기 외란을 가한 후 계통의 주파수 변화를 관측하는 단계; 및 상기 전력 변화와 상기 주파수 변화로부터 계통의 관성 에너지를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step of observing the current inertial energy of the system includes applying a small power change disturbance that does not affect the system; Observing the change in frequency of the system after applying the disturbance; And it may include calculating the inertial energy of the system from the power change and the frequency change.
여기서, 상기 계통의 현재 관성 에너지를 관측하는 단계는, 계통이 안정화될 시간대를 예상하는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the step of observing the current inertial energy of the system may further include predicting a time period when the system will be stabilized.
여기서, 상기 계통의 현재 관성 에너지를 관측하는 단계는, 다수 회 수행된 현재 관성 에너지 관측 결과에 대하여 평균을 구하는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the step of observing the current inertial energy of the system may further include calculating an average of the current inertial energy observation results performed multiple times.
여기서, 상기 계통의 현재 관성 에너지는, 하기 수학식에 따라 구해질 수 있다.Here, the current inertial energy of the system can be obtained according to the following equation.
(여기서, 는 공칭주파수, 는 외란 전력)(here, is the nominal frequency, is the disturbance power)
본 발명의 다른 측면에 따른 계통의 관성 에너지 모니터링 시스템은, 계통의 과거 사례 데이터를 획득하기 위한 데이터 수집부; 상기 과거 사고 사례 데이터를 분석하여 계통의 임계 관성 에너지를 결정하는 임계 관성 에너지 산정부; 계통의 운영 중 의도적인 미약한 전력 교란을 인가하여 계통의 현재 관성 에너지를 측정하는 계통 관성 에너지 측정부; 및 상기 측정된 계통의 현재 관성 에너지와 상기 임계 관성 에너지를 비교한 결과를 관리자에게 통보하는 관리자 인터페이스를 포함할 수 있다.A system for monitoring inertial energy of a system according to another aspect of the present invention includes a data collection unit for acquiring past case data of the system; a critical inertial energy calculation unit that analyzes the past accident case data to determine the critical inertial energy of the system; A system inertial energy measurement unit that measures the current inertial energy of the system by applying an intentional weak power disturbance during system operation; And it may include a manager interface that notifies the manager of the result of comparing the measured current inertial energy of the system and the critical inertial energy.
여기서, 상기 측정된 계통의 현재 관성 에너지와 상기 임계 관성 에너지를 비교한 결과로부터 계통의 발전 비율을 조정하는 조치를 수행하는 발전 비율 조정부를 더 포함할 수 있다.Here, it may further include a power generation rate adjustment unit that performs measures to adjust the power generation rate of the system based on a result of comparing the measured current inertial energy of the system and the critical inertial energy.
상술한 구성에 따른 본 발명의 계통의 관성 에너지 모니터링 방법 및 시스템을 실시하면, 전력 계통의 안정성을 높이고, 계통 운영에 중요한 필수 정보를 제공할 수 있는 이점이 있다.Implementing the system inertial energy monitoring method and system of the present invention according to the above-described configuration has the advantage of increasing the stability of the power system and providing essential information important for system operation.
본 발명의 계통의 관성 에너지 모니터링 방법 및 시스템은, 고장파급을 예측하고 계통 임계 관성에너지를 계산하여 신재생 발전량 및 예비력 관리를 보조하는 이점이 있다.The system inertial energy monitoring method and system of the present invention has the advantage of predicting failure propagation and calculating system critical inertial energy to assist in managing renewable power generation and reserve power.
본 발명의 계통의 관성 에너지 모니터링 방법 및 시스템은, 최대 전력 탈락의 경우 주파수 변동율과 최소과도 주파수를 예측하여 신재생 에너지의 최대 접속용량을 산출하여 접속제한을 시행하는 등 부하차단을 예방할 수 있는 이점이 있다.The inertial energy monitoring method and system of the system of the present invention has the advantage of preventing load shedding, such as by calculating the maximum connection capacity of renewable energy and enforcing connection restrictions by predicting the frequency change rate and minimum transient frequency in case of maximum power loss. There is.
본 발명의 계통의 관성 에너지 모니터링 방법 및 시스템은, 전력계통 운영 규정 개선을 위한 분석 인프라 구축을 지원할 수 있는 이점이 있다.The system inertial energy monitoring method and system of the present invention has the advantage of supporting the establishment of an analysis infrastructure for improving power system operation regulations.
본 발명의 계통의 관성 에너지 모니터링 방법 및 시스템은, 임계 관성에너지를 감시하고 관리함으로써 전력계통의 안정성을 유지하여 과도한 신재생 에너지 수용증대로 인하여 발생할 수 있는 부하차단 문제 등을 방지하여 물적 피해를 사전에 예방하는 이점이 있다.The inertial energy monitoring method and system of the system of the present invention maintains the stability of the power system by monitoring and managing critical inertial energy, preventing load shedding problems that may occur due to excessive increase in renewable energy reception, and preventing material damage. There is a preventive advantage.
도 1은 계통 외란 시 주파수 응답 영역 및 계통관성 영향을 예시한 그래프.
도 2는 신재생 에너지 발전원 증가에 따른 계통 주파수 영향을 보여주는 그래프.
도 3은 주파수 변동률(ROCOF)와 주파수의 최저점(Nadir)의 개념 등 본 발명의 사상에 관련된 개념들을 규정하고, 본 발명의 구현 원리를 나타내는 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통의 관성 에너지 모니터링 방법을 도시한 흐름도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 계통의 관성 에너지 모니터링 방법을 도시한 흐름도.
도 6은 계통의 임계 관성 에너지 산정 과정을 중심으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계통의 관성 에너지 모니터링 방법을 도시한 흐름도.
도 7은 각 사고 케이스(Case) 별로 주파수 변동률을 산정하는 원리를 나타낸 그래프.
도 8은 계통 운영 중에 실시간 계통 관성 에너지 관측 방법을 설명하기 위한 개념도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통의 관성 에너지 모니터링 시스템을 도시한 블록도.
도 10은 사고 사례를 이용하여 계통 전체의 관성 에너지와 부하측 관성 에너지를 구분하여 연산하기 위한 블록들을 도시한 블록도. Figure 1 is a graph illustrating the frequency response area and system inertia effect during system disturbance.
Figure 2 is a graph showing the effect on grid frequency due to the increase in renewable energy power generation sources.
Figure 3 is a conceptual diagram that defines concepts related to the idea of the present invention, such as the concept of rate of change of frequency (ROCOF) and the concept of lowest point of frequency (Nadir), and shows the implementation principle of the present invention.
Figure 4 is a flowchart showing a method for monitoring the inertial energy of a system according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a flowchart showing a method for monitoring the inertial energy of a system according to another embodiment of the present invention.
Figure 6 is a flowchart showing a method for monitoring the inertial energy of a system according to another embodiment of the present invention, focusing on the process of calculating the critical inertial energy of the system.
Figure 7 is a graph showing the principle of calculating the frequency change rate for each accident case.
Figure 8 is a conceptual diagram for explaining a method of observing real-time system inertial energy during system operation.
Figure 9 is a block diagram showing a system inertial energy monitoring system according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a block diagram showing blocks for calculating the inertial energy of the entire system and the inertial energy of the load side using an accident example.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 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. In describing the present invention, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. Terms are intended only to distinguish one component from another. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may be referred to as a first component without departing from the scope of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.When a component is mentioned as being connected or connected to another component, it can be understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but other components may exist in between. .
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. The terms used herein are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다. In this specification, terms such as include or have are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, including one or more other features or numbers, It can be understood that the existence or addition possibility of steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not excluded in advance.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Additionally, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation.
종래에는 주파수를 감시하여 수급 불균형으로 저하된 주파수를 60Hz로 회복시키기 위하여 1차 주파수제어, 2차 주파수제어 및 부하차단 등을 시행하고 있다. 그러나 신재생발전원이 증가하여 기존의 동기발전원을 대체함에 따라 발생되는 계통의 관성에너지 감소로 야기될 수 있는 계통 불안성 증대를 방지하기 위한 시스템은 미비하다. 이에 비하여 본 발명은 다음과 같은 특징적인 방안들을 제시한다.Conventionally, primary frequency control, secondary frequency control, and load shedding are implemented to monitor the frequency and restore the frequency lowered due to supply and demand imbalance to 60Hz. However, as new and renewable power sources increase and replace existing synchronous power sources, the system to prevent increased system instability that may be caused by a decrease in the inertial energy of the system is insufficient. In comparison, the present invention presents the following characteristic measures.
먼저, 과거 과도상태 시 운전실적 데이터를 기반으로 계통의 임계 관성에너지를 산정한다.First, the critical inertial energy of the system is calculated based on operation performance data during past transient conditions.
또한, 정상상태 시에는 계통에 매우 작은 외란을 주어 도출되는 주파수 변동값을 기반으로 계통의 관성에너지를 실시간으로 산정하고 도출된 관성에너지와 임계 관성에너지를 비교하여 항상 임계 관성에너지보다 많은 관성에너지를 확보하도록 신재생발전원의 수용을 제한하여 계통의 안정성을 확보한다.In addition, in the normal state, the inertial energy of the system is calculated in real time based on the frequency fluctuation value derived by applying a very small disturbance to the system, and the inertial energy calculated is compared with the critical inertial energy to always generate more inertial energy than the critical inertial energy. Secure the stability of the system by limiting the acceptance of new and renewable power sources.
향후, 대용량 발전기가 탈락한 과도상태 시에는 발전기 탈락량, 주파수 변동율, 최저주파수 등을 기반으로 계통의 임계 관성에너지를 산정하여 기존의 임계 관성에너지 산정 값에 적용하여 미래 계통의 지속적인 변화에 따른 영향이 고려된 그 시점에서 가장 적합한 임계 관성에너지를 결정할 수 있다.In the future, in the event of a transient state in which a large-capacity generator falls off, the critical inertial energy of the system is calculated based on the amount of generator fallout, frequency change rate, minimum frequency, etc., and applied to the existing critical inertial energy calculation value to determine the impact of continuous changes in the future system. At this point in time, the most appropriate critical inertial energy can be determined.
도 3은 주파수 변동률(ROCOF)와 주파수의 최저점(Nadir)의 개념 등 본 발명의 사상에 관련된 개념들을 규정하고, 본 발명의 구현 원리를 나타내는 개념도이다.Figure 3 is a conceptual diagram that defines concepts related to the idea of the present invention, such as the concept of rate of change of frequency (ROCOF) and the concept of lowest point of frequency (Nadir), and shows the implementation principle of the present invention.
기존에는 단순하게 전력계통의 주파수만을 감시하고 분석하여 부하차단이나 주파수 조정용 ESS 및 주파수 제어에 활용하고 신재생 연계기준 등 수요예측과 수급 관리에 활용하였다. 본 발명에서는 도 3에 나타낸 바와 같이 기존의 시스템에 추가적으로 관성 에너지를 측정하고, 관성 에너지를 고려하여 계통의 주파수 제어를 수행하고, 주파수변동율과 최저주파수를 분석하여 신재생 발전의 관리 등에 활용할 수 있다.Previously, only the frequency of the power system was monitored and analyzed and used for ESS and frequency control for load shedding or frequency adjustment, and for demand forecasting and supply and demand management such as new and renewable energy connection standards. In the present invention, as shown in FIG. 3, the inertial energy is measured in addition to the existing system, the frequency of the system is controlled by considering the inertial energy, and the frequency fluctuation rate and lowest frequency are analyzed, which can be used for management of new and renewable power generation. .
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통의 관성 에너지 모니터링 방법을 도시한 흐름도이다.Figure 4 is a flowchart showing a method for monitoring the inertial energy of a system according to an embodiment of the present invention.
도시한 계통의 관성 에너지 모니터링 방법은, 계통의 과거 사고 사례 데이터를 분석하여(S100) 계통의 임계 관성 에너지를 결정하는 단계(S200); 계통의 운영 중 의도적인 미약한 전력 교란을 인가하여 계통의 현재 관성 에너지를 관측하는 단계(S400); 및 관측된 계통의 현재 관성 에너지가 임계 관성 에너지 보다 작으면(S600), 이를 통보하는 단계(S800)를 포함할 수 있다.The illustrated system's inertial energy monitoring method includes the steps of analyzing past accident case data of the system (S100) and determining the critical inertial energy of the system (S200); Observing the current inertial energy of the system by applying an intentional weak power disturbance during operation of the system (S400); And if the current inertial energy of the observed system is less than the critical inertial energy (S600), it may include a step of notifying this (S800).
본 발명에서는 계통의 임계 관성 에너지를 계산함에 있어 계통의 과거 사고 사례를 이용한다. 여기서, 사고는 정전과 같은 대형 사고가 아니라, 계통의 전력에 뚜렷한 교란이 발생하고 조속기 등의 안정화 설비에 의하거나, 배전 경로 변경 등의 조치로 바로 안정화된 사례들이 유용하다.In the present invention, past accident cases of the system are used to calculate the critical inertial energy of the system. Here, the accident is not a large-scale accident such as a power outage, but cases in which a clear disturbance occurs in the power of the system and are immediately stabilized by stabilization equipment such as a speed governor or by measures such as changing the distribution route are useful.
상기 과거 사고 사례 데이터는, 상기 관성 에너지 모니터링 방법을 수행하는 시스템에 저장될 수도 있지만, SCADA 등 다른 상위 시스템이 관리하는 DB에서 획득하는 것이 시스템 구축이 보다 간이하다. 후자의 경우 도시한 바와 같이 S100 단계는 SCADA나 계통 전력 관리 서버 등 다른 상위 시스템이 관리하는 DB로부터 과거 사고 사례 데이터를 수집하는 방식으로 수행될 수 있다.The past accident case data may be stored in a system that performs the inertial energy monitoring method, but it is simpler to construct the system if it is acquired from a DB managed by another upper level system such as SCADA. In the latter case, as shown, step S100 can be performed by collecting past accident case data from a DB managed by another upper level system such as SCADA or grid power management server.
여기서, 관성 에너지는 계통 전력의 주파수를 일정하게 유지하는 힘(관성력)에 의한 포텐셜로서, 발전기 회전자의 기계적인 토크 관성과 유사한 관성력의 수준을 의미하며, 회전 관성력 포텐셜 에너지와 유사할 수 있다.Here, the inertial energy is the potential due to the force (inertial force) that maintains the frequency of the system power constant, and means a level of inertial force similar to the mechanical torque inertia of the generator rotor, and may be similar to the rotational inertial force potential energy.
상기 S200 단계 및 S400 단계의 구체적인 내용은 후술하겠다.The specific details of steps S200 and S400 will be described later.
계통의 임계 관성 에너지는, 계통이 가진 관성 에너지가 이보다 낮을 경우, 향후 발생될 것으로 예상되는 사고에서 계통의 주파수가 최저 허용치 미만으로 떨어지게 되는 관성 에너지를 의미한다.The critical inertial energy of the system refers to the inertial energy that causes the frequency of the system to fall below the minimum allowable value in an accident expected to occur in the future if the inertial energy of the system is lower than this.
상기 S600 단계에서는 계통의 현재 관성 에너지가 임계 관성 에너지 보다 낮은지 여부를 확인하며, 현재 관성 에너지가 낮은 경우, 이를 계통 관리자나 상위 서버에 통보하고, 필요한 조치를 수행한다(S800). 상기 S600 단계에서 계통의 현재 관성 에너지가 정상이라면, 다시 계통의 관성 에너지를 모니터링하는 과정으로 복귀하는데, 도면에서는 S100 단계로 복귀하였지만, 다른 구현에서는 S200 단계나 S400 단계로 복귀할 수 있다.In step S600, it is checked whether the current inertial energy of the system is lower than the critical inertial energy. If the current inertial energy is low, this is notified to the system manager or upper server, and necessary actions are taken (S800). If the current inertial energy of the system is normal in step S600, the process returns to monitoring the inertial energy of the system. In the drawing, it returns to step S100, but in other implementations, it may return to step S200 or step S400.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 계통의 관성 에너지 모니터링 방법을 도시한 흐름도이다. 도시한 관성 에너지 모니터링 방법은 도 4의 경우와 비교하여, 계통의 사고 발생시의 처리 흐름이 추가되어 있으며, 계통의 관성 에너지가 부족할 때의 적극적 조치 사항이 추가된 것 외에는 도 4의 경우와 거의 동일하다. 도 4의 경우와 마찬가지로, 도시한 S601 단계, S680 단계에 의한 복귀는, 도 5에서는 S400 단계가 되었지만, 다른 구현에서는 S100 단계 또는 S200 단계가 될 수 있다. 도 5의 구성에 있어 도 4와 중복되는 설명은 생략하겠다. Figure 5 is a flowchart showing a method for monitoring the inertial energy of a system according to another embodiment of the present invention. Compared to the case of FIG. 4, the shown inertial energy monitoring method is almost identical to the case of FIG. 4 except that a processing flow in the event of a system accident has been added, and active measures have been added when the inertial energy of the system is insufficient. do. As in the case of FIG. 4, the return from step S601 and step S680 shown in FIG. 5 is step S400, but in other implementations, it may be step S100 or step S200. Regarding the configuration of FIG. 5, descriptions overlapping with FIG. 4 will be omitted.
계통의 사고 발생시의 처리 과정으로서 도시한 S501 단계에서는 계통에서 사고가 발생하였는지를 판단한다. 상기 관성 에너지 모니터링 시스템 자체적으로 사고 여부를 판단할 수도 있지만, 전용 계통 전력 관리 서버로부터 사고 신호를 수신하는 방식으로 수행됨이 일반적이다. 마찬가지로 계통에서 발생된 사고에 대한 처리 및 그 결과를 기록하는 단계(S550)도, 전용 계통 전력 관리 서버로부터 사고 신호를 수신하는 방식으로 수행됨이 일반적이다.In step S501, which is shown as a processing process when an accident occurs in the system, it is determined whether an accident occurred in the system. Although the inertial energy monitoring system itself may determine whether an accident has occurred, it is generally performed by receiving an accident signal from a dedicated grid power management server. Likewise, the step (S550) of processing an accident occurring in the system and recording the result is generally performed by receiving an accident signal from a dedicated system power management server.
상기 S501 단계 및 S550 단계는 전용 계통 전력 관리 서버에서 수행되는 당연한 내용이지만, S100 단계에서 수집되는 과거 사고 사례를 구성하므로, 이를 나타내기 위해 도 5의 흐름도에 반영한 것이다.The steps S501 and S550 are naturally performed by the dedicated grid power management server, but since they constitute past accident cases collected in step S100, they are reflected in the flowchart of FIG. 5 to illustrate this.
도시한 흐름도에서는, 계통의 관성 에너지가 부족할 때의 적극적 조치 사항으로서, 관측된 계통의 현재 관성 에너지가 임계 관성 에너지 보다 작으면 계통에 동기 발전 비율을 높이는 단계(S680)를 수행한다.In the illustrated flowchart, as an active measure when the inertial energy of the system is insufficient, if the current inertial energy of the observed system is less than the critical inertial energy, a step (S680) of increasing the synchronous power generation ratio of the system is performed.
상기 S680 단계는 상기 관성 에너지 모니터링 시스템 자체적으로 수행할 수도 있지만, 전용 계통 전력 관리 서버에 동기 발전 비율을 높일 것을 알람하는 방식으로 수행될 수 있다.Step S680 may be performed by the inertial energy monitoring system itself, but may also be performed by sending an alarm to the dedicated grid power management server to increase the synchronous power generation ratio.
다음, 상기 계통의 임계 관성 에너지를 결정하는 과정을 설명하겠다.Next, we will explain the process of determining the critical inertial energy of the system.
도 4 및 도 5에 도시한 상기 계통의 임계 관성 에너지를 결정하는 단계(S200)는, 각 사고 사례 마다 사고후 조속기 동작 지연 시간 동안 하락 또는 상승된 주파수로 결정되는 구간 기울기로 각 사고 사례에서의 최저 또는 최고 주파수 도달할 때까지의 시간(주어진 순수 계통 관성에 의한 안정화 시간으로 볼 수 있다)을 산출하는 단계; 산출된 시간들 중 가장 긴 시간과 계통의 최저 또는 최대 허용 주파수로 기울기를 규정하는 단계; 및 상기 규정된 기울기로부터 계통의 임계 관성 에너지를 확정하는 단계를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계들을 구체적인 예로서 기술하겠다.The step (S200) of determining the critical inertial energy of the system shown in FIGS. 4 and 5 is the section slope determined by the frequency that fell or rose during the delay time of the governor operation after the accident for each accident case. Calculating the time until the lowest or highest frequency is reached (which can be viewed as the stabilization time due to the given pure system inertia); defining the slope as the longest time among the calculated times and the lowest or maximum allowable frequency of the system; And it may include determining the critical inertial energy of the system from the prescribed slope. Below, each step will be described as a specific example.
도 6은 계통의 임계 관성 에너지 산정 과정을 중심으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계통의 관성 에너지 모니터링 방법을 도시한 흐름도이다. Figure 6 is a flowchart illustrating a method for monitoring the inertial energy of a system according to another embodiment of the present invention, focusing on the process of calculating the critical inertial energy of the system.
도 7은 각 사고 케이스(Case) 별로 주파수 변동률을 산정하는 원리를 나타낸 그래프이다. Figure 7 is a graph showing the principle of calculating the frequency change rate for each accident case.
임계 관성에너지는 국내 계통에 적합한 값을 도출하기 위해 과거 과도상태 시 전력거래소의 EMS 또는 한전의 SCADA 정보를 취득한 운전데이터를 이용한다(S102).Critical inertial energy uses operation data obtained from the Korea Power Exchange's EMS or KEPCO's SCADA information during past transient conditions to derive a value suitable for the domestic system (S102).
그러나, 해당 주파수 데이터 결과에는 발전기들의 조속기 응답이 함께 포함되어 있기 때문에 조속기응답의 영향을 제외한 순수한 관성에너지를 도출시키기 위하여 각 Case 별 사고 직후 1초간의 주파수변동률을 하기 수학식 2과 같이 산정한다.However, since the frequency data results include the generator's governor response, in order to derive pure inertial energy excluding the influence of the governor response, the frequency change rate for 1 second immediately after the accident for each case is calculated as shown in Equation 2 below.
여기서, 1초는 도 1에 도시한 바와 같이 일반적인 계통에서 사고 발생시 조속기가 가동(도 1의 B구간)되기 전까지의 시간으로서 할당한 것이다.Here, as shown in FIG. 1, 1 second is allocated as the time until the governor is activated (section B in FIG. 1) when an accident occurs in a general system.
상기 수학식 2에 따라 도출된 주파수변동률로 주파수가 하락하여, 도 7에 도시한 바와 같이, 해당 사고 케이스(Case)의 최소과도주파수 값과 동일해지는 시간을 하기 수학식 3과 같이 산정한다(S220).The time at which the frequency decreases at the frequency change rate derived according to Equation 2 above and becomes equal to the minimum transient frequency value of the corresponding accident case, as shown in FIG. 7, is calculated using Equation 3 below (S220 ).
각 Case별로 산정된 시간 중 가장 보수적으로 최대시간을 도출하고 이를 이용하여 해당시간 동안 부하차단 주파수까지 하락될 수 있는 주파수변동률을 산정하여 이를 하기 수학식 3과 같은 해당 계통의 임계 주파수 변동률로 정의한다(S240).Among the times calculated for each case, the most conservative maximum time is derived and used to calculate the frequency change rate that can drop to the load shedding frequency during that time, which is defined as the critical frequency change rate of the system as shown in Equation 3 below. (S240).
상기 수학식에 따라 임계 관성에너지는 하기 수학식 5로 정의되는 동요방정식을 이용하여 산정한다(S260).According to the above equation, the critical inertial energy is calculated using the sway equation defined by equation 5 below (S260).
여기서, 는 계통 관성정수, 는 운전 중인 모든 발전기의 출력, 는 계통 관성에너지, 는 공칭주파수, 는 탈락한 발전력을 나타내며 일반적으로 전력계통의 검토조건인 현재의 최대용량단위 발전기 1대의 정격용량으로 정의한다. here, is the system inertia constant, is the output of all generators in operation, is the system inertial energy, is the nominal frequency, represents the lost power generation and is generally defined as the rated capacity of one current maximum capacity unit generator, which is a review condition for the power system.
즉, 임계 관성에너지는 하기 수학식 6식으로 산정할 수 있으며 이는 계통의 관성에너지가 항상 임계 관성에너지보다 커야 최대용량단위 발전기 1대가 탈락되어도 부하차단 주파수까지 하락되지 않음을 의미한다.In other words, the critical inertial energy can be calculated using Equation 6 below, which means that the inertial energy of the system must always be greater than the critical inertial energy so that the load shedding frequency does not drop even if one maximum capacity unit generator is removed.
다음, 상기 계통의 현재 관성 에너지를 관측하는 방안을 설명하겠다. 도 8은 계통 운영 중에 실시간 계통 관성 에너지 관측 방법을 설명하기 위한 개념도이다. Next, we will explain a method of observing the current inertial energy of the system. Figure 8 is a conceptual diagram to explain a method of observing real-time system inertial energy during system operation.
도 4 내지 도 6에 도시한 상기 계통의 현재 관성 에너지를 관측하는 단계(S400)는, 계통에 영향을 주지 않을 정도의 작은 전력 변화 외란을 가하는 단계; 상기 외란을 가한 후 계통의 주파수 변화를 관측하는 단계; 및 상기 전력 변화와 상기 주파수 변화로부터 계통의 관성 에너지를 산출하는 단계를 포함한다.The step of observing the current inertial energy of the system shown in FIGS. 4 to 6 (S400) includes applying a small power change disturbance that does not affect the system; Observing the change in frequency of the system after applying the disturbance; and calculating the inertial energy of the system from the power change and the frequency change.
도 8에 도시한 바와 같이, 계통 전력이 균일한 정상상태 시, 실시간으로 전력계통의 관성에너지를 산정하기 위하여 해당 계통에 영향을 거의 주지 않을 정도로 외란 를 가한 후, 이를 기반으로 도출되는 와 그 시점에서의 주파수 데이터를 이용하여 하기 수학식 7과 같이 산정할 수 있다.As shown in FIG. 8, in a steady state where the system power is uniform, in order to calculate the inertial energy of the power system in real time, disturbance is calculated to have little effect on the system. After adding, the result derived based on this is It can be calculated as shown in Equation 7 below using the frequency data at that point.
한편, 구현에 따라, 상기 계통의 현재 관성 에너지를 관측하는 단계(S400)는, 상기 계통 전력이 균일한 정상상태에서의 관성 에너지 관측 수행되는 것을 보다 확실하게 하기 위해, 계통이 안정화될 시간대를 예상하는 단계를 먼저 수행할 수 있다.Meanwhile, depending on the implementation, the step of observing the current inertial energy of the system (S400) predicts the time zone when the system will stabilize in order to more ensure that the inertial energy is observed in a steady state where the system power is uniform. You can perform the following steps first.
상기 계통이 안정화될 시간대를 예상하는 단계는, 상당 기간 누적된 계통의 운전 상황에 대한 데이터를 이용하여, 미래 시간대에 대한 계통 전력 패턴을 도출하고, 도출된 패턴에서 안정화 구간을 찾는 방식으로 수행될 수 있다. The step of predicting the time zone in which the system will be stabilized is performed by using data on the operation status of the system accumulated over a considerable period of time to derive a system power pattern for the future time period and finding a stabilization section from the derived pattern. You can.
한편, 아무리 장기간 누적 운전 데이터를 이용하여도, 미래 상황 예측은 오차가 존재할 수 있는 바, 상술한 현재 관성 에너지 관측 과정을 1회만 수행하기 보다는, 다수회 수행하여 그 평균을 적용하는 것이 바람직하다. 이러한 관점을 반영한 구현에서, 상기 계통의 현재 관성 에너지를 관측하는 단계(S400)는, 다수 회 수행된 현재 관성 에너지 관측 결과에 대하여 평균을 구하는 단계를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, no matter how long-term accumulated operation data is used, there may be errors in predicting future situations. Therefore, rather than performing the above-described current inertial energy observation process only once, it is preferable to perform it multiple times and apply the average. In an implementation reflecting this viewpoint, the step of observing the current inertial energy of the system (S400) may further include calculating an average of the current inertial energy observation results performed multiple times.
이와 같은 방법으로 관성에너지를 산정하게 되면 계통의 부하가 제공하는 관성에너지도 동시에 고려할 수 있기 때문에 단순히 발전기의 관성에너지만을 고려하는 방법보다 훨씬 정확한 관성에너지를 실시간으로 산정할 수 있다.When calculating the inertial energy in this way, the inertial energy provided by the system load can also be considered at the same time, so the inertial energy can be calculated in real time with much more accuracy than the method that simply considers the inertial energy of the generator.
따라서 상기 S200 단계(또는 도 6의 S220 내지 S260 단계)에서 산정한 임계 관성에너지와 실시간으로 산정되는 관성에너지를 비교하여 현재 계통의 안정정도를 파악하여 관리할 수 있다.Therefore, the stability of the current system can be identified and managed by comparing the critical inertial energy calculated in step S200 (or steps S220 to S260 in FIG. 6) with the inertial energy calculated in real time.
과도상태 시의 계통 관성에너지의 산정은 대용량 발전기가 탈락한 경우의 운전데이터[전력불균형(), 초기 ROCOF 등]를 취득한 후 임계 관성에너지 산정 시와 마찬가지로 동요방정식을 활용하여 산정하고, 이를 계속 누적하여 계통의 지속적인 변화를 고려한 임계 관성에너지를 산정하는데 이용한다.Calculation of system inertia energy during transient conditions can be done using operation data [power imbalance ( ), initial ROCOF, etc.], the critical inertial energy is calculated using the fluctuation equation as in the case of calculating the critical inertial energy, and this is continuously accumulated and used to calculate the critical inertial energy considering continuous changes in the system.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통의 관성 에너지 모니터링 시스템을 도시한 블록도이다.Figure 9 is a block diagram showing a system inertial energy monitoring system according to an embodiment of the present invention.
도시한 계통의 관성 에너지 모니터링 시스템은, 계통의 과거 사례 데이터를 획득하기 위한 데이터 수집부(100); 상기 과거 사고 사례 데이터를 분석하여 계통의 임계 관성 에너지를 결정하는 임계 관성 에너지 산정부(200); 계통의 운영 중 의도적인 미약한 전력 교란을 인가하여 계통의 현재 관성 에너지를 측정하는 계통 관성 에너지 측정부(300); 및 상기 측정된 계통의 현재 관성 에너지와 상기 임계 관성 에너지를 비교한 결과를 관리자에게 통보하는 관리자 인터페이스(700)를 포함할 수 있다.The inertial energy monitoring system of the illustrated system includes a data collection unit 100 for acquiring past case data of the system; A critical inertial energy calculation unit 200 that determines the critical inertial energy of the system by analyzing the past accident case data; A system inertial energy measurement unit 300 that measures the current inertial energy of the system by applying an intentional weak power disturbance during system operation; And it may include a manager interface 700 that notifies the manager of the result of comparing the measured current inertial energy of the system and the critical inertial energy.
구현에 따라, 상기 측정된 계통의 현재 관성 에너지와 상기 임계 관성 에너지를 비교한 결과로부터 계통의 발전 비율을 조정하는 조치를 수행하는 발전 비율 조정부(800)를 더 포함할 수 있다.Depending on the implementation, it may further include a power generation rate adjustment unit 800 that performs an action to adjust the power generation rate of the system based on a result of comparing the measured current inertial energy of the system and the critical inertial energy.
상기 데이터 수집부(100)는 계통의 임계 관성 에너지를 계산함에 있어 필요한 계통의 과거 사고 사례를 획득하기 위한 것이다. 상기 과거 사고 사례 데이터는 상기 관성 에너지 모니터링 시스템 내의 저장부에 저장될 수도 있지만, SCADA나 계통 전력 관리 서버 등 다른 상위 시스템이 관리하는 DB에서 획득하는 것이 시스템 구축이 보다 간이하다. 후자의 경우 상기 데이터 수집부(100)는 SCADA나 계통 전력 관리 서버 등 다른 상위 시스템이 관리하는 DB로부터 과거 사고 사례 데이터를 수집하는 방식으로 수행될 수 있다.The data collection unit 100 is used to obtain past accident cases of the system necessary for calculating the critical inertial energy of the system. The past accident case data may be stored in a storage unit within the inertial energy monitoring system, but it is simpler to construct the system if it is acquired from a DB managed by another upper level system such as SCADA or grid power management server. In the latter case, the data collection unit 100 may be performed by collecting past accident case data from a DB managed by another upper level system such as SCADA or a grid power management server.
상기 임계 관성 에너지 산정부(200)는, 도 4 내지 도 6에 도시한 S200 단계(또는 S220 내지 S260 단계)를 수행할 수 있다. 즉, 상기 수학식 2 내지 수학식 6에 대한 알고리즘을 수행하는 모듈일 수 있다.The critical inertial energy calculation unit 200 may perform step S200 (or steps S220 to S260) shown in FIGS. 4 to 6. That is, it may be a module that performs the algorithm for Equation 2 to Equation 6 above.
상기 계통 관성 에너지 측정부(300)는, 계통에 의도적인 미약한 전력 교란을 인가하기 위한 외란 인가부와, 상기 인가된 전력 교란에 따른 계통 전력 주파수 변화를 관측하는 주파수 관측부와, 관측된 주파수 변화량으로부터 계통의 관성 에너지를 산출하는 관성 에너지 산출부를 포함할 수 있다.The system inertial energy measurement unit 300 includes a disturbance applicator for applying an intentional weak power disturbance to the system, a frequency observation unit for observing a change in system power frequency according to the applied power disturbance, and an observed frequency. It may include an inertial energy calculation unit that calculates the inertial energy of the system from the change amount.
상기 외란 인가부는 계통에 전력 변화 를 가할 수 있는 장치로 구현될 수 있다. 일반적으로 계통에서의 사고는 감소되는 전력 변화 의 형태로 발생되는 바, 상기 외란 인가부는 계통 전력을 소모 또는 흡수할 수 있는 수단을 구비할 수 있다. 예컨대, 매우 높은 저항을 가지는 대용량 저항 소자를 구비하거나, 순간적으로 전력을 흡수하는 슈퍼 커패시터 모듈을 구비할 수 있다. The disturbance application unit changes power in the system. It can be implemented as a device that can apply. In general, accidents in the grid result in reduced power changes. Generated in the form of, the disturbance applicator may be provided with means for consuming or absorbing system power. For example, a large-capacitance resistor element with very high resistance may be provided, or a super capacitor module that instantly absorbs power may be provided.
상기 주파수 관측부는, 계통 전력의 주파수 변화 를 검출하는 별도의 센서로 구현되거나, 계통 전력을 모니터링하는 다른 수단들로부터의 주파수 관측 신호를 입력받는 입력부로 구현될 수 있다.The frequency observation unit determines the frequency change of system power. It can be implemented as a separate sensor that detects, or as an input unit that receives frequency observation signals from other means for monitoring grid power.
상기 관성 에너지 산출부는, 도 4 내지 도 6에 도시한 S400 단계를 수행할 수 있다. 즉, 상기 수학식 7에 대한 알고리즘을 수행하는 모듈일 수 있다.The inertial energy calculation unit may perform step S400 shown in FIGS. 4 to 6. In other words, it may be a module that performs the algorithm for Equation 7 above.
상기 관리자 인터페이스(700)는 상기 측정된 계통의 현재 관성 에너지와 상기 임계 관성 에너지를 비교하여, 계통의 관성 에너지에 대한 모니터링 역할도 수행한다고 볼 수 있으므로, 도면에서는 인터페이스/모니터링 수단으로 표현하였다.Since the manager interface 700 can be seen to also perform a monitoring role for the inertial energy of the system by comparing the measured current inertial energy of the system with the critical inertial energy, it is expressed as an interface/monitoring means in the drawing.
상기 발전 비율 조정부(800)는, 직접 높이는 계통에 동기 발전 전원을 접속하는 수단일 수도 있으나, 별도의 계통 전력 관리 서버에 동기 발전 비율을 높일 것을 요청하는 수단으로 구현하는 것이 간이하다. The generation ratio adjusting unit 800 may be a means of connecting synchronous generation power to a system that directly increases the power generation ratio, but it is simple to implement as a means of requesting a separate system power management server to increase the synchronous generation ratio.
여기서, 상기 동기 발전 비율을 높이기 위해 계통에 추가되는 전원은, 동기 발전에 원동기 발전기 전원 뿐만 아니라, 계통 주파수로 운전 또는 매우 빠른 속도로 주파수 추종 운전하는 ESS에 의한 전원도 포함될 수 있다.Here, the power added to the system to increase the synchronous power generation ratio may include not only the prime mover generator power but also power from an ESS that operates at the grid frequency or follows the frequency at a very high speed.
상기 발전 비율 조정부(800)는 계통의 현재 관성 에너지가 상기 임계 관성 에너지 보다 떨어졌을 때의 대응 조치를 취하는 조치부로 볼 수 있다.The power generation ratio adjustment unit 800 can be viewed as an action unit that takes countermeasures when the current inertial energy of the system falls below the critical inertial energy.
구현에 따라, 상기 조치부는 계통의 현재 관성 에너지가 떨어진 이후 뿐만 아니라, 떨어질 것으로 예상되는 경우에 미리 선제적 조치를 취할 수 있다. Depending on the implementation, the action unit may take preemptive action not only after the current inertial energy of the system has dropped, but also in advance when it is expected to drop.
예컨대, 상기 조치부는, 현재 운전 중인 상태에서 전체 관성에너지를 계산한 결과, 임계 관성에너지와 비교하여 계통의 관성이 부족하여 대용량 발전기 탈락 시 주파수가 미리 정해진 일정치(예:59.0Hz) 이하로 저하할 것이 예측되는 경우에는, 신재생 출력의 제한, 정지 중인 동기 발전기의 추가 기동 및 부하차단의 진입 가능성 등에 대한 경보신호를 발생할 수 있다. 또한, 추가 관성의 확보를 위하여 정지 중인 동기발전기를 기동하고, 회전부가 없는 신재생 발전기의 출력을 감발하는 등 발전계획을 수립할 수 있다. 이 경우, 상기 인터페이스/모니터링 수단은, 계통의 현재 관성 에너지를 기준 관성 에너지(Ecritical)(임계 관성 에너지 보다는 높은 값임)와 하기 수학식 8과 같이 비교할 수 있다.For example, the action unit calculates the total inertial energy in the current operating state, and as a result, the inertia of the system is insufficient compared to the critical inertial energy, so when the large capacity generator is removed, the frequency drops below a predetermined certain value (e.g., 59.0 Hz). In cases where this is predicted, an alarm signal may be generated for limitations on renewable output, additional starting of a stopped synchronous generator, and the possibility of entering load shedding. In addition, in order to secure additional inertia, a power generation plan can be established, such as starting a stationary synchronous generator and reducing the output of a renewable generator without a rotating part. In this case, the interface/monitoring means can compare the current inertial energy of the system with the reference inertial energy (Ecritical) (a value higher than the critical inertial energy) as shown in Equation 8 below.
다른 구현에서, 본 발명의 사상에 따라 구해지는 계통의 관성 에너지는, 전력계통의 전력품질 유지를 위해 예비력 확보 시 대용량 발전기 탈락에도 계통 안정도를 유지하기 위한 예비력 확보량 산정요소 중 하나의 지표로 사용될 수 있다.In another implementation, the inertial energy of the system obtained according to the idea of the present invention can be used as one of the factors for calculating the amount of reserve power to maintain system stability even when a large capacity generator is dropped when securing reserve power to maintain the power quality of the power system. there is.
다른 구현에서, 계통의 관성 에너지와 별도로 발전기들을 제외한 부하의 관성 에너지가 이용될 수도 있다.In another implementation, the inertial energy of the load excluding the generators may be used separately from the inertial energy of the system.
도 10은 사고 사례를 이용하여 계통 전체의 관성 에너지와 부하측 관성 에너지를 구분하여 연산하기 위한 블록들을 도시한 블록도이다. 도시한 블록도의 블록들은 계통 사고 데이터 수집 블록(100)을 제외하고는, 도 9의 임계 관성 에너지 산정부(200)의 내부 블록들일 수 있다. Figure 10 is a block diagram showing blocks for calculating the inertial energy of the entire system and the inertial energy of the load side using an accident example. Blocks in the illustrated block diagram may be internal blocks of the critical inertial energy calculation unit 200 of FIG. 9, except for the system fault data collection block 100.
도시한 바와 같이, 블록(202) 및 블록(203)에 의해 과거 사고 사례에서 수집된 정보들은 초기 ROCOF를 구하고, 발전기 관성을 구하는데 필요한 /를 구하는데 이용될 수 있다. As shown, the information collected from past accident cases by blocks 202 and 203 is necessary to obtain the initial ROCOF and generator inertia. / It can be used to find .
2단계 관성 정량화에 의해 전체 관성 Esys는, 블록(202), 블록(201) 및 블록(203)에서 획득된 초기 ROCOF, , 를 이용하여, 블록(231)에서 상술한 수학식들에 의해 구해질 수 있다. By two-step inertia quantification, the total inertia Esys is: initial ROCOF obtained in block 202, block 201 and block 203; , It can be obtained by using the equations described above in block 231.
도시한 바와 같이, 블록(222), 블록(223) 및 블록(244)를 구비하여, 비록 비중이 낮지만 풍력 발전기 등 신재생 발전원들에 의한 관성도 고려할 수 있다.As shown, by providing the block 222, block 223, and block 244, inertia due to renewable power generation sources such as wind power generators can also be considered, although the proportion is low.
도시한 블록들(221, 242, 244)에 의해 구해진 신재생 발전원들을 포함한 전체 발전기 관성 Eg을, 블록(246)에서 상기 계통 전체 관성 Esys에서 차감하여 부하측 관성을 구할 수 있다. The load-side inertia can be obtained by subtracting the total generator inertia Eg, including the renewable power generation sources, obtained by the illustrated blocks 221, 242, and 244 from the total system inertia Esys in the block 246.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains should understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features, and that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. Just do it. The scope of the present invention is indicated by the claims described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. .
100 : 데이터 수집부
200 : 임계 관성 에너지 산정부
300 : 계통 관성 에너지 측정부
700 : 관리자 인터페이스
800 : 발전 비율 조정부100: data collection unit
200: Critical inertial energy calculation unit
300: System inertial energy measurement unit
700: Administrator interface
800: Power generation ratio adjustment unit
Claims (10)
계통의 운영 중 의도적인 미약한 전력 교란을 인가하여, 이를 기반으로 도출되는 주파수 변화와 그 시점에서의 주파수 데이터를 이용하여, 정상상태시 계통의 현재 관성 에너지를 관측하는 단계; 및
관측된 계통의 현재 관성 에너지가 임계 관성 에너지 보다 작으면, 이를 통보하는 단계
를 포함하는 계통의 관성 에너지 모니터링 방법.
Analyzing past accident case data of the system to determine the critical inertial energy of the system in a transient state;
Applying an intentional weak power disturbance during operation of the system and observing the current inertial energy of the system in a normal state using the frequency change derived based on this and the frequency data at that point; and
Step of notifying if the current inertial energy of the observed system is less than the critical inertial energy
Inertial energy monitoring method of a system including.
관측된 계통의 현재 관성 에너지가 임계 관성 에너지 보다 작으면 계통에 동기 발전 비율을 높이는 조치를 수행하는 단계
를 더 포함하는 계통의 관성 에너지 모니터링 방법.
According to paragraph 1,
If the current inertial energy of the observed system is less than the critical inertial energy, taking measures to increase the synchronous power generation ratio in the system
A method for monitoring inertial energy of a system further comprising:
상기 계통의 임계 관성 에너지를 결정하는 단계는,
각 사고 사례 마다 사고후 조속기 동작 지연 시간 동안 하락 또는 상승된 주파수로 결정되는 구간 기울기로 각 사고 사례에서의 최저 또는 최고 주파수 도달할 때까지의 시간을 산출하는 단계;
산출된 시간들 중 가장 긴 시간과 계통의 최저 또는 최대 허용 주파수로 기울기를 규정하는 단계; 및
상기 규정된 기울기로부터 계통의 임계 관성 에너지를 확정하는 단계
를 포함하는 계통의 관성 에너지 모니터링 방법.
According to paragraph 1,
The step of determining the critical inertial energy of the system is,
Calculating the time until the lowest or highest frequency in each accident case is reached with a section slope determined by the frequency that falls or rises during the delay time of the governor operation after the accident for each accident case;
defining the slope as the longest time among the calculated times and the lowest or maximum allowable frequency of the system; and
Determining the critical inertial energy of the system from the prescribed slope
Inertial energy monitoring method of a system including.
상기 계통의 임계 관성 에너지는,
하기 수학식에 따라 구해지는 계통의 관성 에너지 모니터링 방법.
(여기서, 는 공칭주파수, 는 탈락한 발전력, ROCOFcritical은
계통의 임계 주파수 변동률)
According to paragraph 1,
The critical inertial energy of the system is,
A method of monitoring the inertial energy of the system obtained according to the equation below.
(here, is the nominal frequency, is the power generation power eliminated, ROCOF critical is
Critical frequency variation rate of the system)
상기 계통의 현재 관성 에너지를 관측하는 단계는,
계통에 영향을 주지 않을 정도의 작은 전력 변화 외란을 가하는 단계;
상기 외란을 가한 후 계통의 주파수 변화를 관측하는 단계; 및
상기 전력 변화와 상기 주파수 변화로부터 계통의 관성 에너지를 산출하는 단계
를 포함하는 관성 에너지 모니터링 방법.
According to paragraph 1,
The step of observing the current inertial energy of the system is,
Applying a small power change disturbance that does not affect the system;
Observing the change in frequency of the system after applying the disturbance; and
Calculating the inertial energy of the system from the power change and the frequency change
Inertial energy monitoring method comprising.
상기 계통의 현재 관성 에너지를 관측하는 단계는,
계통이 안정화될 시간대를 예상하는 단계
를 더 포함하는 관성 에너지 모니터링 방법.
According to clause 5,
The step of observing the current inertial energy of the system is,
Step to predict the time frame when the system will stabilize
An inertial energy monitoring method further comprising:
상기 계통의 현재 관성 에너지를 관측하는 단계는,
다수 회 수행된 현재 관성 에너지 관측 결과에 대하여 평균을 구하는 단계
를 더 포함하는 관성 에너지 모니터링 방법.
According to clause 5,
The step of observing the current inertial energy of the system is,
Step of calculating the average of the current inertial energy observation results performed multiple times
An inertial energy monitoring method further comprising:
상기 계통의 현재 관성 에너지는,
하기 수학식에 따라 구해지는 계통의 관성 에너지 모니터링 방법.
(여기서, 는 공칭주파수, 는 외란 전력)
According to paragraph 1,
The current inertial energy of the system is,
A method of monitoring the inertial energy of the system obtained according to the equation below.
(here, is the nominal frequency, is the disturbance power)
상기 과거 사고 사례 데이터를 분석하여 과도상태시 계통의 임계 관성 에너지를 결정하는 임계 관성 에너지 산정부;
계통의 운영 중 의도적인 미약한 전력 교란을 인가하여, 이를 기반으로 도출되는 주파수 변화와 그 시점에서의 주파수 데이터를 이용하여, 정상상태시 계통의 현재 관성 에너지를 측정하는 계통 관성 에너지 측정부; 및
상기 측정된 계통의 현재 관성 에너지와 상기 임계 관성 에너지를 비교한 결과를 관리자에게 통보하는 관리자 인터페이스
를 포함하는 계통의 관성 에너지 모니터링 시스템.
A data collection unit to acquire data on past accident cases in the system;
a critical inertial energy calculation unit that analyzes the past accident case data and determines the critical inertial energy of the system in a transient state;
A system inertial energy measurement unit that applies an intentional weak power disturbance during operation of the system and measures the current inertial energy of the system in a normal state using the frequency change derived based on this and the frequency data at that point in time; and
An administrator interface that notifies the administrator of the result of comparing the current inertial energy of the measured system and the critical inertial energy
Inertial energy monitoring system of the system including.
상기 측정된 계통의 현재 관성 에너지와 상기 임계 관성 에너지를 비교한 결과로부터 계통의 발전 비율을 조정하는 조치를 수행하는 발전 비율 조정부
를 더 포함하는 계통의 관성 에너지 모니터링 시스템.
According to clause 9,
A power generation ratio adjustment unit that performs measures to adjust the power generation ratio of the system based on the results of comparing the measured current inertial energy of the system and the critical inertial energy.
An inertial energy monitoring system for a system further comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190165616A KR102639221B1 (en) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | Inertial energy monitoring method and system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190165616A KR102639221B1 (en) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | Inertial energy monitoring method and system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210074663A KR20210074663A (en) | 2021-06-22 |
| KR102639221B1 true KR102639221B1 (en) | 2024-02-22 |
Family
ID=76600651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190165616A KR102639221B1 (en) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | Inertial energy monitoring method and system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102639221B1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112909921A (en) * | 2021-01-15 | 2021-06-04 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | Dynamic prediction method for inertia center frequency of power system |
| KR20230069462A (en) | 2021-11-12 | 2023-05-19 | 한국전력공사 | Apparatus and Method for effective virtual inertia adapt ion control in independent system and Computer readable having the mothod |
| CN114725939B (en) * | 2022-05-31 | 2022-08-16 | 中国电力科学研究院有限公司 | Method and system for determining maximum disturbance power bearable by power grid system |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001103669A (en) | 1999-07-28 | 2001-04-13 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Frequency-stabilizing device of power system |
| JP2015053847A (en) * | 2013-08-06 | 2015-03-19 | 一般財団法人電力中央研究所 | Contraction model determination device, contraction model determination method, and contraction model determination program |
| JP2017118722A (en) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 株式会社日立製作所 | Power supply system, control apparatus for power supply system, and program |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100863237B1 (en) | 2007-01-22 | 2008-10-15 | 성균관대학교산학협력단 | An adaptive reclosing technique considering the distributed generation |
| DK2384540T3 (en) * | 2009-01-30 | 2015-01-19 | Siemens Ag | Power system frequency inertia for a power generation system |
-
2019
- 2019-12-12 KR KR1020190165616A patent/KR102639221B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001103669A (en) | 1999-07-28 | 2001-04-13 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Frequency-stabilizing device of power system |
| JP2015053847A (en) * | 2013-08-06 | 2015-03-19 | 一般財団法人電力中央研究所 | Contraction model determination device, contraction model determination method, and contraction model determination program |
| JP2017118722A (en) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 株式会社日立製作所 | Power supply system, control apparatus for power supply system, and program |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20210074663A (en) | 2021-06-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102639221B1 (en) | Inertial energy monitoring method and system | |
| Ørum et al. | Future system inertia | |
| Delfino et al. | Implementation and comparison of different under frequency load-shedding schemes | |
| Sharma et al. | System inertial frequency response estimation and impact of renewable resources in ERCOT interconnection | |
| Wu et al. | Synchrophasor-based monitoring of critical generator buses for transient stability | |
| KR100846396B1 (en) | Generator Operation Data Analysis System | |
| US20130270914A1 (en) | Method and system for regulating power of an electricity grid system | |
| WO2014106095A1 (en) | Responding to local grid events and distributed grid events | |
| CN110120686A (en) | A kind of new energy bearing capacity method for early warning based on the online inertia estimation of electric system | |
| RU2747622C2 (en) | Method to control electrical distribution micro network, information carrier, computer device and control device | |
| Vournas et al. | Local identification of voltage emergency situations | |
| Das et al. | Frequency stability of power system with large share of wind power under storm conditions | |
| KR20200022954A (en) | Electric power system contol device according to output fluctuation of renewable energy source and electric power system contol method using the same | |
| Parniani et al. | SCADA based under frequency load shedding integrated with rate of frequency decline | |
| Che et al. | Primary frequency response based rescheduling for enhancing microgrid resilience | |
| JP7131971B2 (en) | Power system stabilization system and power system stabilization method | |
| US10544778B2 (en) | Method of operating a DFIG wind turbine under SSR | |
| JP6244247B2 (en) | System stability monitoring apparatus and method | |
| Bašakarad et al. | Rocof importance in electric power systems with high renewables share: A simulation case for croatia | |
| Hillberg | Perception, Prediction and Prevention of Extraordinary Events in the Power System | |
| Alhelou | Under frequency load shedding techniques for future smart power systems | |
| KR100933197B1 (en) | System and method for monitoring transient stability using localized pager information | |
| CN114221377B (en) | Off-grid multi-energy-storage response control method and system | |
| CN114123233B (en) | Transient frequency stability quantitative evaluation method for systems with different photovoltaic duty ratios | |
| KR101338125B1 (en) | Intelligent and Adaptive Protection System for Varying Power System Conditions to Prevent Transient Instability |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |