KR20090055056A - 마이크로그리드 관리 시스템의 시험 장치 - Google Patents

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Abstract

시스템의 구축 비용 및 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 마이크로그리드 관리 시스템의 시험 장치가 제공된다. 컴퓨터 기반 실시간 모의 유닛은 마이크로그리드 관리 시스템의 정적 및 동적 특성 평가를 위하여 실시간으로 모의한다. 데이터 중재 유닛은 상기 실시간 모의 유닛과 마이크로그리드 관리 시스템 간의 인터페이스를 제공한다.
마이크로그리드, 마이크로그리드 관리 시스템, 모의 유닛

Description

마이크로그리드 관리 시스템의 시험 장치{Tester of microgrid management system}
본 발명은 마이크로그리드 관리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 분산전원과 부하 및 배전 설비로 구성되는 마이크로그리드 시스템을 효과적으로 관리 및 제어하기 위한 마이크로그리드 관리 시스템의 개발에 사용되는 시험 장치에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 마이크로그리드 관리 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2는 종래의 시험 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 마이크로그리드 관리 시스템(Microgrid Managment System)는 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 분산전원과 부하 및 배전 설비로 구성되는 마이크로그리드 시스템(Microgrid System)의 관리와 제어에 사용되는 장치이다. 마이크로그리드 관리 시스템은 관리 대상이 되는 마이크로그리드 시스템의 구성 요소(분산전원, 부하, 배전 설비 등)을 최적으로 제어하여 전기 및 열 에너지 네트웍이 고신뢰, 고품질로 운전이 가능하도록 하는데 목적이 있다. 이를 위하여 소프트웨어적으로는 에너지 관리(Energy Management), 시스템 보호(Grid Protection), 수요 관리 및 예측(Demand Area Management and Estimation) 등의 모듈로 구성되며 하드웨어적으로는 마이크로그리드를 구성하는 구성 요소와의 정보 교환 및 제어 명령을 위한 통신 장치와 운영 알고리즘이 수행되는 주 연산부로 구성된다.
마이크로그리드 관리 시스템은 마이크로그리드를 최적으로 제어하기 위한 제어 알고리즘과 이를 실행하기 위한 하드웨어의 두 부분으로 구성된다. 따라서, 마이크로그리드 관리 시스템 개발을 위해서 제어 알고리즘의 개발은 해석 소프트웨어에 의한 오프-라인 모의 환경에서 이루어지며 이를 구현한 하드웨어는 실제 시험 설비에 적용하여 최종적인 개발이 이루어진다.
종래 기술에는 다음과 같은 두 가지 문제점이 있다.
첫째, 기존의 마이크로그리드 관리 시스템 제어 알고리즘 개발 방법은 해석 소프트웨어에 의한 off-line 모의 환경을 기반으로 이루어지고 있다. 해석 소프트웨어에 의한 off-line 모의 환경은 기본적으로 시스템의 모델링에 기반을 둔다. 시스템의 모델링은 실제 시스템의 정적 및 동적 특성을 수식으로 표현한 것이기 때문에 수식화가 가능하도록 많은 가정에 기반을 두며 이에 따라 많은 부분에 간략화가 필수적이다. 따라서 off-line 모의 환경에 의한 개발 환경은 근본적으로 많은 오차를 수반하게 되며 실제 시스템에서 발생할 수 있는 상황을 모의하는데 일정부분 한계가 있는 문제점이 있다. 그러므로 off-line 모의 환경에서 개발된 알고리즘은 마이크로그리드 관리 시스템에 구현되어 오류를 수정하는 과정이 필수적이다.
둘째, off-line 모의 환경에서 개발된 알고리즘의 정상적인 동작 여부와 off-line 개발 환경에서 검토하지 못한 사항들은 실재 마이크로그리드 관리 시스템 에 구현되어 오류 수정(debugging)과정을 거쳐야한다. 이를 위해서는 마이크로그리드 관리 시스템 기능을 확인하기 위한 파일롯 플랜트(Pilot Plant)가 필요하다. 마이크로그리드 관리 시스템이 대상으로 하는 마이크로그리드 시스템은 여러 가지 분산전원과 부하, 다양한 배전 장치가 혼재되어 있는 시스템이다. 따라서 마이크로그리드 시스템의 특성을 반영할 수 있는 파일롯 플랜트를 구성하기 위해서는 축소된 형태의 배전 시스템을 구성해야 한다. 구성된 배전 시스템은 다양한 분산 전원의 특성을 반영할 수 있어야 하며 여러 배전 시스템 구성요소들을 포함해야 한다.
실제 발전 시스템 및 배전 요소들로 구성되어야 하므로 이러한 파일롯 플랜트의 구축에는 많은 공간과 전원 설비, 보호 설비 등이 필수적이므로 많은 구축 비용이 필요하다. 또한, 실제 시스템을 이용하여 구성되므로 전기시스템의 특성상 안전한 운전을 위해서는 많은 제약조건이 존재하며 신 재생 에너지를 이용하는 분산 전원의 경우에는 임의의 운전 조건을 설정하는 것은 불가능하다. 또한, 물리적인 제한 조건 등으로 인하여 시스템의 구성 변경 등이 쉽지 않으며 실제 에너지를 사용해야 하므로 시험의 진행을 위해서 많은 운전 비용이 든다. 또한, 신뢰성 있는 시스템을 위해서는 지속적인 유지 보수 비용이 발생한다. 따라서 실제 시스템을 이용한 마이크로그리드 관리 시스템의 기능 및 성능 시험은 많은 비용을 필요로 함에도 불구하고 임의의 특성 평가 등에는 많은 제약 조건이 있는 문제점이 있다.
본 발명의 제1 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 시스템의 구축 비용 및 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 마이크로그리드 관리 시스템의 시험 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제2 목적은 임의의 마이크로그리드 시스템을 임의의 정상상태 및 과도상태의 운전 조건에서 실시간으로 모의할 수 있기 때문에 실제 운전 상황과 동일한 효과를 신뢰성 및 안정성을 가지고 재현할 수 있는 마이크로그리드 관리 시스템의 시험 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 마이크로그리드 관리 시스템의 시험 장치는 마이크로그리드 관리 시스템의 정적 및 동적 특성 평가를 위하여 실시간으로 모의하기 위한 컴퓨터 기반 실시간 모의 유닛; 및 상기 실시간 모의 유닛과 마이크로그리드 관리 시스템 간의 인터페이스를 제공하는 데이터 중재 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 실시간 모의 유닛은 내부에 구현된 마이크로그리드가 실시간 모의 중에 파라미터 혹은 설정치의 변경을 하드웨어적인 인터페이스를 이용하여 실시간으로 수행한다. 상기 데이터 중재 유닛은 상기 실시간 모의 유닛과 상기 마이크로그리드 관리 시스템과의 신호 교환을 수행하는 것이 더욱 바람직하다.
첫째, 본 발명에서 제시하는 마이크로그리드 관리 시스템 실증 시험을 위한 시험 장치는 컴퓨터 기반의 실시간 모의 장치와 인터페이스 장치를 이용하여 실제 마이크그로그리드 파일롯 플랜트와 동일한 효과를 얻으면서 설비의 구축과 시험에 필요한 비용과 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 방법을 제공한다. 또한, 임의의 마이크로그리드 시스템을 임의의 운전 조건에서 실시간으로 모의하기 때문에 실제 운전 상황과 동일한 효과를 실시간으로 신뢰성을 가지고 재현할 수 있으므로 마이크로그리드 관리 시스템의 정적, 동적 특성 파악 및 계통 연계 운전 시 발생할 수 있는 문제점을 검토하는데 유용한 수단이 된다.
둘째, 본 발명에서 제시하는 시험 장치는 컴퓨터 기반의 실시간 시뮬레이터 시스템을 이용하기 때문에 기존에 제시된 많은 결과를 통해 실시간 모의 결과의 신뢰성을 확보할 수 있으며 소프트웨어 기반의 모델을 이용함으로 다양한 구성요소들을 임의로 사용할 수 있으며 이에 대한 변경이 용이하여 사용의 편리성을 제고할 수 있다.
셋째, 본 발명에서 제공하는 시험 장치는 실시간 모의 시스템을 이용하기 때문에 마이크로그리드의 운전 상태를 만들기가 용이하며 또한 실제 시스템을 사용하지 않으므로 운전 및 유지 비용의 절감, 시스템 구성의 용이성, 개발 시간의 단축, 평가 기능의 다양화 등 평가 시스템 제반 특성을 제고할 수 있다.
넷째, 본 발명에서 제시하는 시험 장치는 전력 계통의 임의의 과도상태를 만들기가 용이하므로 마이크로그리드 관리 시스템의 과도 상태 특성을 효과적으로 안전하게 평가할 수 있다.
다섯째, 본 발명에서 제공하는 시험 장치는 분산 전원의 발전 조건을 임의로 설정하여 반복적으로 시험하는 것이 가능하므로 마이크로그리드 관리 시스템의 동작 신뢰성 검증이 쉽다.
이하, 첨부된 예시 도면에 의거하여 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드 관리 시스템의 시험 장치를 상세히 설명한다.
본 발명에서 제시하는 마이크로그리드 관리 시스템 실증 시험을 위한 시험 장치는 도 3에 나타낸 바와 같이 컴퓨터 기반 실시간 모의 유닛(310) 및 데이터 중재 유닛(320)을 포함한다.
컴퓨터 기반 실시간 모의 유닛(310)은 마이크로그리드 관리 시스템(210)의 정적 및 동적 특성 평가를 위하여 실시간으로 모의한다.
상기 실시간 모의 유닛(310)은 분산 전원과 부하, 선로 등의 다양한 배전 장치로 구성되어 있는 마이크로그리드 시스템을 실시간으로 모의하기 위한 장치이다. 실시간 모의 유닛(310)은 소프트웨어와 하드웨어로 구성되어 모의 장치 내부에 구성된 대상 모델을 실시간으로 모의하는 기능을 하며 모의 중인 내부 장치와 실시간으로 입출력의 인터페이스가 가능한 시스템이다. 따라서 마이크로그리드 관리 시스템(210)을 적용하고자 하는 임의의 마이크로그리드 시스템을 실시간 모의 장치에 구현하여 개발하고자 하는 마이크로그리드 관리 시스템을 실제 시스템에 적용한 것과 동일한 상황에서 시험할 수 있도록 한다. 상기 실시간 모의 유닛(310)은 상기 실시간 모의 유닛(310) 내부에 구현된 마이크로그리드가 실시간 모의 중에 파라미 터 혹은 설정치의 변경을 하드웨어적인 인터페이스를 이용하여 실시간으로 수행한다.
상기 실시간 모의 유닛(310)에 있어서 임의의 마이크로그리드의 구성이 소프트웨어적인 방법에 의하여 간략하게 실행된다.
데이터 중재 유닛(320)은 상기 실시간 모의 유닛(310)과 마이크로그리드 관리 시스템(210) 간의 통신 인터페이스를 제공한다. 상기 데이터 중재 유닛(320)은 상기 실시간 모의 유닛(310)과 상기 마이크로그리드 관리 시스템(210)과의 신호 교환을 수행한다.
상기 데이터 중재 유닛(320)에 있어서 상기 실시간 모의 유닛(310)과의 하드웨어적인 실시간 인터페이스를 제공한다.
도 1의 일반적인 마이크로그리드 관리 시스템의 구성에 표현한 바와 같이 마이크로그리드 관리 시스템은 마이크로그리드를 구성하는 구성 모듈과 인터페이스를 위한 방법으로 통신을 이용한다. 그러나 일반적인 실시간 모의 시스템의 경우, 실시간 모의 인터페이스로 통신 보다는 AD(Analog to Digital) 혹은 DA(Digital to Analog), 디지털 접점과 같은 인터페이스로 구성되어 있다. 따라서 마이크로그리드 관리 시스템과 실시간 모의 시스템과의 적절한 인터페이스를 위하여 데이터 중재 장치가 필요하다.
마이크로그리드 관리 시스템(210)의 정적, 동적 특성 평가를 위한 실시간 모의 유닛(310) 및 데이터 중재 장치(320)로 구성되는 마이크로그리드 관리 시스템의 시험 장치에 있어서 마이크로그리드 실증 운전의 신뢰성 및 편이성을 제고를 목적 으로 실시간 모의 유닛(310) 및 데이터 중재 장치(320)를 이용한다.
상기 시험 장치에 있어서 마이크로그리드의 실시간 모의의 신뢰성, 안정성 및 사용의 편이성 제고를 목적으로 컴퓨터 기반의 실시간 모의 유닛(310)을 이용한다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
본 발명에 따른 마이크로그리드 관리 시스템의 시험 장치는 마이크로그리드시스템 분야에 사용될 수 있다.
도 1은 일반적인 마이크로그리드 관리 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 시험 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로그리드 관리 시스템의 시험 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

Claims (3)

  1. 마이크로그리드 관리 시스템의 정적 및 동적 특성 평가를 위하여 실시간으로 모의하기 위한 컴퓨터 기반 실시간 모의 유닛; 및
    상기 실시간 모의 유닛과 마이크로그리드 관리 시스템 간의 인터페이스를 제공하는 데이터 중재 유닛을 포함하는 마이크로그리드 관리 시스템의 시험 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 실시간 모의 유닛은 내부에 구현된 마이크로그리드가 실시간 모의 중에 파라미터 혹은 설정치의 변경을 하드웨어적인 인터페이스를 이용하여 실시간으로 수행하는 마이크로그리드 관리 시스템의 시험 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 데이터 중재 유닛은 상기 실시간 모의 유닛과 상기 마이크로그리드 관리 시스템과의 신호 교환을 수행하는 마이크로그리드 관리 시스템의 시험 장치.
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