KR20080057868A - 전압안정도 평가 및 예측 방법 - Google Patents

전압안정도 평가 및 예측 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전압안정도 평가 및 예측 방법에 관한 것으로, 특히 축약된 전력계통의 경우 말단에서 테브난 등가 처리된 전력계통은 일반적으로 단기간에는 큰 변동이 없다는 점에 착안하여 VIP 기반으로 연산량을 감소할 수 있고, 이에 근거하여 전압안정도 지수 예측할 수 있는 전압안정도 평가 및 예측 방법에 관한 것이다.
본 발명인 전압 안정도 평가 및 예측 방법을 이루는 구성수단은, 시계열 측정 데이터를 이용하여 전력계통 말단에서의 테브난 등가 전압과 테브난 등가 임피던스를 산정하는 제1 단계, 상기 테브난 등가 전압을 이용하고 소정의 방정식을 통하여 변화된 테브난 등가 임피던스를 산정하는 제2 단계, 상기 변화된 테브난 등가 임피던스와 전력계통 말단 임피던스의 비율 비교를 통하고 Z-index를 이용하여 전압안정도 지수를 평가하고, 전압안정도를 예측하는 제3 단계, 사전에 세팅된 시간에 해당되는지 또는 전력계통 말단의 전압, 전류가 사전에 세팅된 기준치 이상으로 변동되는지를 판단하는 제4 단계, 상기 판단 결과, 세팅된 시간에 해당되거나 세팅된 기준치 이상으로 변동되는 경우에는 상기 제1단계로 귀환하는 제5 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
전압안정도, 전력계통

Description

전압안정도 평가 및 예측 방법{method for assessing and estimating voltage stability}
도 1은 전력계통의 말단에서의 테브난 등가 전압 및 임피던스를 보여주는 회로이다.
도 2는 본 발명에 따른 전압안정도 평가 및 예측 방법에 관한 절차도이다.
본 발명은 전압안정도 평가 및 예측 방법에 관한 것으로, 특히 축약된 전력계통의 경우 말단에서 테브난 등가 처리된 전력계통은 일반적으로 단기간에는 큰 변동이 없다는 점에 착안하여 VIP 기반으로 연산량을 감소할 수 있고, 이에 근거하여 전압안정도 지수 예측할 수 있는 전압안정도 평가 및 예측 방법에 관한 것이다.
전력계통의 안정성을 위해하는 여러 현상 중 전압안정도는 매우 중요한 요소로 알려져 있다. 현재 전력계통에는 실시간으로 시각 동기화된 전압 및 위상각 데이터를 측정할 수 있는 PMU(Phasor Measurement Unit)가 탑재되고 있다.
기존의 조류계산 기반의 전압안정도 감시는 발전한 IT 기술을 통하여 전력계 통에서 측정되는 빠른 정보를 이용하지 못하고 제한된 사례만을 감시함으로써 긴급한 사고 및 동적으로 변하는 계통의 전압안정도 상태를 파악하기에는 부족하다.
실시간 측정치를 이용한 전압안정도 판별기법으로 제시된 VIP 기법은 실시간 데이터 및 확고히 정립된 회로 이론에 기반을 두어 전압안정도를 판별하고 있으나 최소 자승해 기법에 근거하여 사용하므로 과도한 계산량을 요구하여 현재 개발되고 있는 지능화된 측정 단말기 PMU에 탑재하기에는 문제점이 있다.
그리고 전력계통을 운영하는 입장에서는 현재의 VIP 기반의 전압안정도 지수도 중요하나 긴급한 상황에서는 다음 시간대의 지수의 예측치 역시 전력계통 운영에 많은 도움이 된다. 그러나, 종래에는 전력 계통의 특성을 이용하여 연산량 감소를 해결하지 못하고, 미래의 전압안정도를 예측하는 시스템에 대해서는 제시되지 못하고 있는 실정이다.
실시간 측정치에 근거한 전압안정도 판별은 측정전압의 크기를 통하여 기준 값과 비교하여 전압안정성 문제를 파악하였다. 최근에 와서 실시간 측정된 값에 근거한 기법으로 미국 ABB사는 최대 전력 수송 점에서 부하 측 임피던스와 송전 측 임피던스가 같은 점이 전압 안정성 한계 점인 것에 착안하여 송전 측 임피던스를 최소 자승법에 의하여 산출하고 이의 비교를 통하여 전압안정성을 판별하는 특허를 제안하였다(WO 00/77908 A1, US 6,219,591 B1).
상기 WO 00/77908 A1에서는 최소자승법을 이용하여 도 1의 축약된 계통에 대하여 도 2의 알고리즘을 이용하여 임피던스 및 전압을 계산하고 이에 따라 전압안정도 지수를 산출하였다. 그러나 이 경우 역행열을 생성하는 과정에서 많은 연산량 를 필요로 하며 이외에 여러 가지 수치적인 불안정성을(도 2에 도시된 바와 같이, 방정식이 미지수 숫자보다 적은 점 때문에)가지고 있다. 더하여, 현시점의 전압안정도 지수만으로는 향후 계통의 운전 조건을 판단하기에는 부족하므로 전압안정도 지수를 예측하는 시스템이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 축약된 전력계통의 경우 말단에서 테브난 등가 처리된 전력계통은 일반적으로 단기간에는 큰 변동이 없다는 점에 착안하여 VIP 기반으로 연산량을 감소할 수 있고, 이에 근거하여 전압안정도 지수 예측할 수 있는 전압안정도 평가 및 예측 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 전압 안정도 평가 및 예측 방법을 이루는 구성수단은, 시계열 측정 데이터를 이용하여 전력계통 말단에서의 테브난 등가 전압과 테브난 등가 임피던스를 산정하는 제1 단계, 상기 테브난 등가 전압을 이용하고 소정의 방정식을 통하여 변화된 테브난 등가 임피던스를 산정하는 제2 단계, 상기 변화된 테브난 등가 임피던스와 전력계통 말단 임피던스의 비율 비교를 통하고 Z-index를 이용하여 전압안정도 지수를 평가하고, 전압안정도를 예측하는 제3 단계, 사전에 세팅된 시간에 해당되는지 또는 전력계통 말 단의 전압, 전류가 사전에 세팅된 기준치 이상으로 변동되는지를 판단하는 제4 단계, 상기 판단 결과, 세팅된 시간에 해당되거나 세팅된 기준치 이상으로 변동되는 경우에는 상기 제1단계로 귀환하는 제5 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 변화된 테브난 등가 임피던스는 E = Er + jEi, Zthev = Rthev + jXthev, V = u + jw, I = g + jh 방정식을 통하여 산정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전압안정도 예측은, 상기 평가된 전압안정도 지수가 VIPk 라 할 때, VIPk +1 = VIPk + dVIPk*Δt + h.o.t의 수식을 이용하여 미래의 전압안정도 지수(VIPk +1)를 산출함으로써 예측하되, 상기 Δt는 시구간을 의미하고, dVIPk 는 VIP 지수의 1차 변동량을 의미하며, h.o.t는 2차 이상의 VIP 변동량을 의미하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성수단으로 이루어져 있는 본 발명인 전압안정도 평가 및 예측 방법에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 전압안정도 평가 및 예측 방법에 관한 절차도이다. 이를 참조하여 전력계통의 전압안정도 평가 및 예측 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 시계열 측정 데이터를 이용하여 전력계통 말단에서의 테브난 등가 전 압과 테브난 등가 임피던스를 산정한다(S10). 본 발명에서는 테브난 등가 회로 연산량을 줄이기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이, 축약된 전력계통의 경우 말단에서 테브난 등가 처리된 전력계통은 일반적으로 단기간에 큰 변동이 없다는 점을 착안하여 연산량 감소 기법을 이용한다.
상기와 같이 전력계통의 말단에서, 측정 데이터를 이용하여 테브난 등가 전압 및 임피던스를 산정한 후에는, 테브난 등가 전압은 변화되지 않고 테브난 등가 임피던스만 변화되는 것으로 하여, 변화되는 테브난 등가 임피던스를 산정한다(S20).
상기 변화된 테브난 등가 임피던스는 상기 변화되지 않는 테브난 등가 전압을 이용하고 소정의 방정식들을 통하여 산정된다. 상기 변화된 테브난 등가 임피던스는 E = Er + jEi, Zthev = Rthev + jXthev, V = u + jw, I = g + jh 방정식들을 통하여 산정된다. 즉, 도 2에 제시된 최소자승 산정 기법을 이용하지 않고 간단한 방정식만으로 변화된 테브난 등가 임피던스를 산정할 수 있다.
상기와 같이 변화된 테브난 등가 임피던스를 구한 후에는, 산정된 상기 변화된 테브난 등가 임피던스와 전력 계통 말단의 임피던스의 비율을 비교하여 전압안정도 지수를 산정하고 미래의 전압안정도를 예측한다(S30). 상기 전압안정도 지수는 상기 변화된 테브난 등가 임피던스와 전력 계통 말단의 임피던스의 비율을 비교를 통하고 Z-index를 통하여 산정한다.
상기 전압안정도 예측은, 상기 평가된 전압안정도 지수가 VIPk 라 할 때, VIPk+1 = VIPk + dVIPk*Δt + h.o.t의 수식을 이용하여 미래의 전압안정도 지수(VIPk +1)를 산출함으로써 상기 미래의 전압안정도 지수를 예측한다.
여기서 상기 Δt는 시구간을 의미하고, dVIPk 는 VIP 지수의 1차 변동량을 의미하며, h.o.t는 2차 이상의 VIP 변동량을 의미한다. 그리고, 상기 변동량은 단순 VIP 지수 변동량, 가중 변동량 등 여러 가지 기법을 통하여 산출할 수 있다.
상기와 같이 전압안정도 지수를 평가하고 미래 전압안정도 지수를 예측한 후에는, 사전에 세팅된 시간에 해당하는지 또는 전력계통 말단의 전압 또는 전류가 사전에 세팅된 기준치 이상으로 변동되는지를 판단한다(S40).
상기 판단 결과, 사전에 세팅된 시간에 해당된 것으로 판단되거나, 상기 전력계통 말단의 전압 또는 전류가 사전에 세팅된 기준치 이상으로 변동된 것으로 판단된 경우에는 상술한 시계열 측정 데이터를 이용하여 전력계통 말단에서의 테브난 등가 전압 및 임피던스를 구하는 절차부터 상기 전압안정도 지수 평가 및 미래 전압안정도 예측 절차를 반복 수행한다.
상기와 같은 구성 및 바람직한 실시예를 가지는 본 발명인 전압 안정도 평가 및 예측 방법에 의하면, 전력계통의 전압 불안정 판별에 사용할 수 있고, 기존 AAB사의 VIP에 비하여 적은 연산량을 요구하므로 현장 설치 기기에 탑재하기가 용이하며, 전압안정도 예측을 통하여 향후 계통의 전압안정도를 미리 검토하여 볼 수 있 어 전력계통 안정화를 위한 사전에 예방 조치를 취할 수 있으며, 전압안정도 판단 결과를 지역 부하차단에 직접 이용하거나 또는 중앙 통제 시스템에 통보하여 전력계통 운영자의 계통운영에 도움을 줄 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 전압 안정도 평가 및 예측 방법에 있어서,
    시계열 측정 데이터를 이용하여 전력계통 말단에서의 테브난 등가 전압과 테브난 등가 임피던스를 산정하는 제1 단계;
    상기 테브난 등가 전압을 이용하고 소정의 방정식을 통하여 변화된 테브난 등가 임피던스를 산정하는 제2 단계;
    상기 변화된 테브난 등가 임피던스와 전력계통 말단 임피던스의 비율 비교를 통하고 Z-index를 이용하여 전압안정도 지수를 평가하고, 전압안정도를 예측하는 제3 단계;
    사전에 세팅된 시간에 해당되는지 또는 전력계통 말단의 전압, 전류가 사전에 세팅된 기준치 이상으로 변동되는지를 판단하는 제4 단계;
    상기 판단 결과, 세팅된 시간에 해당되거나 세팅된 기준치 이상으로 변동되는 경우에는 상기 제1단계로 귀환하는 제5 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전압 안정도 평가 및 예측 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 변화된 테브난 등가 임피던스는 E = Er + jEi, Zthev = Rthev + jXthev, V = u + jw, I = g + jh 방정식을 통하여 산정되는 것을 특징으로 하는 전압 안정도 평가 및 예측 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 전압안정도 예측은,
    상기 평가된 전압안정도 지수가 VIPk 라 할 때, VIPk +1 = VIPk + dVIPk*Δt + h.o.t의 수식을 이용하여 미래의 전압안정도 지수(VIPk +1)를 산출함으로써 예측하되, 상기 Δt는 시구간을 의미하고, dVIPk 는 VIP 지수의 1차 변동량을 의미하며, h.o.t는 2차 이상의 VIP 변동량을 의미하는 것을 특징으로 하는 전압 안정도 평가 예측 방법.
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