KR20090006958A - 알티디에스와 에스엠이에스 시스템의 연계를 통한 전력계통 해석 알고리즘 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RTDS와 SMES 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘에 관한 것으로, 그 구성은 전기적 에너지를 자기적인 형태로 저장할 수 있는 SMES 시스템과, 상기 SMES 시스템과 연계하여 전력시스템의 전자기적 과도현상을 모의하고 해석하는 RTDS를 포함하여 구성되며, 상기 SMES 시스템에서 출력되는 전압과 전류데이터를 상기 RTDS 내부 전압원으로 사용하기에 실제 SMES 시스템과 유사한 데이터를 확보할 수 있으며, 상기 RTDS 내부에서 SMES 용량을 자유자재로 조절할 수 있기 때문에 수십[MW] 내지 수십[GW]까지 다양한 조건의 SMES 시스템을 제작할 수 있는 효과가 있다.

Description

알티디에스와 에스엠이에스 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘{Electric power system analysis algorithm through link of Real Time Digital Simulator and Superconducting Magnet Energy Storage system}

본 발명은 RTDS(Real Time Digital Simulator)와 SMES(Superconducting Magnet Energy Storage) 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실제 SMES 시스템에서 출력되는 전압과 전류데이터를 RTDS 내부 전압원으로 사용하기에 실제 SMES 시스템과 유사한 데이터를 확보할 수 있으며, 상기 RTDS 내부에서 SMES 용량을 자유자재로 조절할 수 있기 때문에 수십[MW] 내지 수십[GW]까지 다양한 조건의 SMES 시스템을 제작할 수 있는 RTDS와 SMES 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘에 관한 것이다.

최근 들어 국내에서도 전력품질 문제에 의해 발생하는 피해사례가 발표되고, 이에 따르는 손해배상을 한전에 요구하는 등 전력품질에 대한 관심이 증가하고 있다. 전력시스템에서 공급자와 수요자의 두 입장에서 볼 때 전력공급자는 왜곡이나 기타 잡음이 없고, 일정한 주파수를 가지는 깨끗한 정현파 전압을 소비자에게 공급하여야 하며, 전력소비자는 정현파 전류에 가까운 부하전류를 발생시켜야 한다.

전력계통에 있어서 과거와 비교해 증가하는 비선형 부하들은 전력품질에 무시할 수 없는 악영향을 미치는 문제점들이다. 또한, 부하의 갑작스러운 증가로 인해 생기는 순간전압 강하는 컴퓨터와 각종 자동화 제어기기에 장애를 일으켜 산업 전반의 시스템에 나쁜 영향을 미치고 있다.

SMES 시스템은 빠른 충·방전(Charge and Discharge) 특성 때문에 깨끗한 전압 품질을 원하는 병원, 군대 시설 및 반도체 산업 단지에 좋은 해결책이 될 수 있다. 또한, SMES 시스템은 전기 에너지를 에너지 변환하는 과정 없이 바로 저장할 수 있으므로 저장효율이 높고, 전력의 충·방전 속도가 매우 빠르다는 특징을 갖는 새로운 전력저장 기술이다.

그리고, 현용 기술인 2차 전지나 플라이 휠 등의 다른 전력저장 장치에서는 구현할 수 없는 수십[MW] 내지 수십[GW] 규모의 대 전력으로 전력에너지를 저장 및 방출할 수 있는 SMES 시스템 고유의 특성은 계통제어에 있어서 지극히 큰 장점을 지지노 있다.

그러나, SMES 시스템의 계통 투입을 위해서는 먼저 시뮬레이션을 통해 SMES 시스템이 계통에 어떤 영향을 미치는지를 해석해야 하는데 기존 시뮬레이션은 실제 데이터를 이용하지 않기 때문에 해석하는데 한계가 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 실제 SMES 시스템에서 출력되는 전압과 전류데이터를 RTDS 내부 전압원으로 사용하기에 실제 SMES 시스템과 유사한 데이터를 확보할 수 있으며, 상기 RTDS 내부에서 SMES 용량을 자유자재로 조절할 수 있기 때문에 수십[MW] 내지 수십[GW]까지 다양한 조건의 SMES 시스템을 제작할 수 있는 RTDS와 SMES 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 RTDS와 SMES 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘은 전기적 에너지를 자기적인 형태로 저장할 수 있는 SMES 시스템과, 상기 SMES 시스템과 연계하여 전력시스템의 전자기적 과도현상을 모의하고 해석하는 RTDS를 포함하여 구성되며, 상기 SMES 시스템에서 출력되는 전압과 전류데이터를 상기 RTDS 내부 전압원으로 사용하기에 실제 SMES 시스템과 유사한 데이터를 확보할 수 있으며, 상기 RTDS 내부에서 SMES 용량을 자유자재로 조절할 수 있기 때문에 수십[MW] 내지 수십[GW]까지 다양한 조건의 SMES 시스템을 제작할 수 있음을 특징으로 한다.

또한, 상기 RTDS는 실시간 계산이 가능한 고속의 프로세서들이 포함된 하드웨어와, 시뮬레이션을 모의하고 동작시키는 소프트웨어를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 RTDS와 SMES 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘에 의하면, 전기적 에너지를 자기적인 형태로 저장할 수 있는 SMES 시스템과, 상기 SMES 시스템과 연계하여 전력시스템의 전자기적 과도현상을 모의하고 해석하는 RTDS를 포함하여 구성되며, 상기 SMES 시스템에서 출력되는 전압과 전류데이터를 상기 RTDS 내부 전압원으로 사용하기에 실제 SMES 시스템과 유사한 데이터를 확보할 수 있으며, 상기 RTDS 내부에서 SMES 용량을 자유자재로 조절할 수 있기 때문에 수십[MW] 내지 수십[GW]까지 다양한 조건의 SMES 시스템을 제작할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 RTDS와 SMES 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 RTDS와 SMES 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘의 개념도를 도시한 것으로써 점선부분은 RTDS내에서 154/22.9[KV](△-Y) 전력 계통라인을 설계해서 임의로 장애(fault)를 일으킨 후 실제 SMES model coil으로부터 전압을 입력 받아 RTDS내부의 전력 계통라인의 전압원으로 사용된다. 입력된 전압은 전력 계통라인의 사고 전압을 보상하게 되며 수십[MW] 내지 수십[GW]의 전력을 이용하여 유효전력과 무효전력을 독립적으로 제어할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 RTDS와 SMES 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘의 블럭도를 도시한 것으로써 RTDS는 실시간 계산이 가능한 고속의 프로세 서들이 포함된 하드웨어 파트(Hardware Part)와 시뮬레이션을 모의하고 동작시키는 소프트웨어 파트(Software Part) 두 부분으로 나눌 수 있다.

상기 하드웨어 파트는 실제 SMES 코일(coil)에 직류전원을 통하여 에너지를 충전하게 되며, 상기 소프트웨어 파트는 내부에서 전력 계통라인을 설계할 수 있으며 외부 아날로그(Analogue) 및 디지털(Digital) 입력 단자를 통해 외부로부터 전원의 특성을 제공받을 수 있다.

상기 도 2에 도시된 알고리즘 흐름을 더욱 상세히 설명하면 RTDS로부터 fault 신호①이 하드웨어 쪽으로 입력되면 충전된 에너지는 축전지(Capacitor) 및 가변저항 쪽으로 방전하게 되며, 상기 축전지에 걸리는 V1전압은 신호②처럼 상기 RTDS 내부전원으로 사용하게 된다. 상기 V1전압은 RTDS 내부로 들어가서 내부 저항을 계산하는데 사용되며 계산된 저항값은 신호③처럼 GPIB(General Purpose I nterface Bus) 통신을 이용하여 전자부하장치의 셋팅(Setting)값이 되며, 전자부하장치에 셋팅된 저항 때문에 걸리는 전압V1은 신호④처럼 다시 RTDS 내부회로의 전원값으로 입력되며 이 알고리즘은 실제 SMES 시스템과 동일한 동작을 하게 된다.

도 3은 상기 도 2에 도시된 알고리즘 흐름을 구체적으로 도시한 알고리즘 흐름도이다.

아래의 [표 1]은 실제 하드웨어 파트와 소프트웨어 파트를 연계하기 위한 기본적인 파라미터 값을 나타낸 것이나, 이에 한정하여 사용하는 것은 물론 아니다.

본 발명의 실시예에 따른 RTDS와 SMES 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘에서 가장 중요한 점은 신호의 흐름도와 얼마나 짧은 시간 내에 신호의 입·출력 동작이 이루어지느냐이다. 상기 RTDS 내부에는 수십개의 DSP(Digital Signal Processor)가 있으므로 연산속도는 수십[㎲]정도이다.

본 발명에 따른 RTDS와 SMES 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘의 구현에 앞서 알고리즘을 증명하기 위한 입·출력 실험을 하였다.

도 4는 알고리즘을 증명하기 위한 실험 시스템의 구성을 도시한 구성도이며, 상기 도 4에 도시된 바와 같이, 전원은 SMES model coil을 사용하였고, 충·방전 회로는 IGBT를 사용했으며, 데이터 수집 및 콘트롤은 LabVIEW(Laboratory VIEW) SCXI를 사용하였다.

먼저, LabVIEW(SCXI)장비의 입력단자를 통해 외부로부터 신호가 들어오면 출력단자를 통해 게이트 드라이버(Gate Driver) 충·방전 회로에 신호를 주어서 축전지 양단에 에너지를 충·방전하게 된다.

상기 축전지 양단에 걸리는 V1 전압은 RTDS 내부로 입력되어 직류회로를 계 산하게 되며 그 값은 다시 RTDS 출력단자를 통해 저항으로 흘러 저항 양단 전압 V2 값은 RTDS 내부의 직류회로의 전원 값이 된다.

아래의 [표 2]는 실험에 사용된 파라미터 값이며, 도 5는 실험에 사용된 직류회로를 도시한 도면이다.

도 6은 충·방전 실험 결과 파형을 도시한 것으로 점선은 축전지 양단에 걸리는 V1 전압을 나타낸 것이며, 실선은 RTDS 출력단자를 통해 저항 양단에 걸리는 V2 전압이다. RTDS 연산속도는 수십[㎲]정도 밖에 되지 않는다.

그러므로, 상기 도 6에 도시된 그래프와 같이 딜레이 타임(Delay time)이 거의 존재하지 않기에 본 발명에 따른 RTDS와 SMES 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘을 이용하면 RTDS와 SMES coil을 연계하여 하나의 통합 시스템으로 운영할 수 있음을 실험의 결과로 증명되는 것이다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 RTDS와 SMES 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘의 개념도

도 2는 본 발명에 따른 RTDS와 SMES 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘의 블럭도

도 3은 도 2에 도시된 알고리즘 흐름을 구체적으로 도시한 알고리즘 흐름도

도 4는 도 2에 도시된 알고리즘을 증명하기 위한 실험 시스템의 구성을 도시한 구성도

도 5는 도 4에 도시된 실험 시스템에 사용된 직류회로를 도시한 도면

도 6은 도 4에 도시된 실험 시스템으로 충·방전 실험 결과 파형을 도시한 도면

Claims (2)

1. 전기적 에너지를 자기적인 형태로 저장할 수 있는 에스엠이에스(SMES) 시스템; 및

   상기 에스엠이에스 시스템과 연계하여 전력시스템의 전자기적 과도현상을 모의하고 해석하는 알티디에스(RTDS);를 포함하여 구성되며,

   상기 에스엠이에스 시스템에서 출력되는 전압과 전류데이터를 상기 알티디에스 내부 전압원으로 사용하기에 실제 에스엠이에스 시스템과 유사한 데이터를 확보할 수 있으며, 상기 알티디에스 내부에서 에스엠이에스 용량을 자유자재로 조절할 수 있기 때문에 수십[MW] 내지 수십[GW]까지 다양한 조건의 에스엠이에스 시스템을 제작할 수 있음을 특징으로 하는 알티디에스와 에스엠이에스 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 알티디에스는,

   실시간 계산이 가능한 고속의 프로세서들이 포함된 하드웨어(Hardware)와,

   시뮬레이션을 모의하고 동작시키는 소프트웨어(Software)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 알티디에스와 에스엠이에스 시스템의 연계를 통한 전력 계통 해석 알고리즘.

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