KR20100067343A - 피크전력 관리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피크전력 관리 방법에 관한 것으로, 특히 부하설비의 가동에 의해 소모되는 전력의 추이를 실시간 감시하던 중에 부하설비의 수요전력이 미리 설정해놓은 한계치를 상회할 것으로 예측되는 경우 부하설비들 중 일부의 가동을 일시 중지함으로써 전기 요금을 절감할 수 있도록 한 피크전력 관리 방법에 관한 것이다.
본 발명의 피크전력 관리 방법은 피크전력 제어기에 의한 부하시스템의 피크전력 관리방법에 있어서, 피크전력 산정시간의 시작 시점부터 상기 피크전력 산정시간의 완료 시점 전의 미리 정해진 시점까지, 수요전력의 추이를 감시하는 (a) 단계; 상기 수요전력의 추이를 감시한 결과를 토대로, 상기 피크전력 산정시간 동안의 평균전력인 피크전력을 예측하는 (b) 단계; 및 상기 (b) 단계의 예측치가 미리 정해놓은 한계치를 초과하는 경우에는 부하설비의 가동을 중지시키는 (c) 단계를 포함하여 이루어진다.
철도, 전동차, 피크전력, 전기요금, 전력량계, 예측, 감시, 경보

Description

피크전력 관리 방법{method for managing peak power}
본 발명은 피크전력 관리 방법에 관한 것으로, 특히 부하설비의 가동에 의해 소모되는 전력의 추이를 실시간 감시하던 중에 부하설비의 수요전력이 미리 설정해놓은 한계치를 상회할 것으로 예측되는 경우 부하설비들 중 일부의 가동을 일시 중지함으로써 전기 요금을 절감할 수 있도록 한 피크전력 관리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 피크전력요금제는 전기요금 중 기본요금을 피크전력을 기준으로 하여 부과하는 것이다. 여기서, 피크전력은 15분간의 평균전력(전력사용량[kWh]/공급시간[h])을 말하며, 일정시간(15분 단위)마다 검침한 값 중 월 최대치가 당월 피크전력이 된다. 도 1은 서울도시철도공사의 2008년 8월, 일별 피크전력의 추이를 나타내는 그래프로서, 2,985.60kW가 당월 피크전력이 됨을 보여주고 있다.
예컨대, 서울도시철도공사의 경우 7,8,9월 중에서 변전소별 최고치 합 중 가장 큰 달의 값이 해당 호선의 피크전력이 된다. 예컨대, 피크전력의 요금 단가는 5,110원/kW이며, 7,8,9월 중 최대피크전력이 발생한 달에 1[kW]가 갱신되면 12개월간 적용되므로 년간 kW 당 61,320원, 세금을 포함하면 약 7만원의 기본요금이 더 지출된다. 따라서, 피크전력의 관리는 전기요금을 절감하는데 있어서 매우 중요한 요인이 된다.
다음 표 1은 서울도시철도공사의 2007년 8월 부하 비율을 보인 것이다.

구분
부하별		 전력사용량
[kWh]		 비율
[%]
열차 전차선 전동차 27,484,019 42


역사
P1,P2		 일반(조명,편의시설,펌프 등)
21,256,766
31

환기
 공조기 2,045,735 3
역환기 1,965,510 3
P3 본선환기 2,571,311 3.5
H3 중앙환기 1,587,351 2.5
P4 역사 냉방 9,953,379 15
역사 합계 39,380,053 58
총계 66,864,072
위의 표 1을 보게 되면, 서울도시철도공사의 전력 부하는 2007년 8월 기준, 열차 운행에 따른 부하가 42%이고 역 설비에 의한 부하가 58%로 구성되는 것을 알 수 있다. 여기서, 열차 부하는 시간적 공간적 유동부하(가변부하)로서 전력 사용량이 급격히 증가하였다가 최대 6분 이내에 급감하는 형태를 나타내고 있다. 따라서, 열차 부하는 피크전력을 상승시키고 기본요금을 상승시키는 주된 요인이 되고 있다. 그렇다고, 피크전력의 일시적인 상승을 억제하고자 열차 부하 즉, 전동차의 운행을 중단할 수는 없는 것이다.
결국, 본 출원인은 열차 부하가 일시적으로 급증하는 경우 그에 맞춰 다른 부하설비(예컨대, 환기설비나 냉동기설비)의 가동을 일시적으로 중단함으로써 피크전력이 목표치를 상회하지 않도록 하는 방안을 연구 중에 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명은 부하설비의 가동에 의해 소모되는 전력의 추이를 실시간 감시하던 중에 부하설비의 수요전력이 미리 설정해놓은 한계치를 상회할 것으로 예측되는 경우 부하설비들 중 일부의 가동을 일시적으로 중지하도록 한 피크전력 관리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 피크전력 관리 방법은 피크전력 제어기에 의한 부하시스템의 피크전력 관리방법에 있어서, 피크전력 산정시간의 시작 시점부터 상기 피크전력 산정시간의 완료 시점 전의 미리 정해진 시점까지, 수요전력의 추이를 감시하는 (a) 단계; 상기 수요전력의 추이를 감시한 결과를 토대로, 상기 피크전력 산정시간 동안의 평균전력인 피크전력을 예측하는 (b) 단계; 및 상기 (b) 단계의 예측치가 미리 정해놓은 한계치를 초과하는 경우에는 부하설비의 가동을 중지시키는 (c) 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 (c) 단계에 의해 가동이 중지되는 부하설비는 환기설비 및 냉동기설비 중에서 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 (c) 단계는, 상기 예측치가 미리 정해놓은 1차 한계치를 초과하는 경우에는 환기설비의 가동을 중지시키고, 상기 예측치가 상기 1차 한계치보다 큰 미리 정해놓은 2차 한계치를 초과하는 경우에는 냉동기설비의 가동을 중지시키는 것을 특징으로 한다.
상기 피크전력 관리 방법은 상기 예측치가 상기 2차 한계치보다 큰 미리 정해놓은 3차 한계치를 초과하는 경우에는 상기 부하 시스템을 관리, 통제하는 종합관제서버에 경보를 발령하는 (d) 단계를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 미리 정해진 시점은 상기 피크전력 산정시간의 50%가 되는 시점인 것이 바람직하다.
본 발명의 피크전력 관리 방법에 따르면, 부하설비의 수요전력이 미리 설정해놓은 한계치를 상회할 것으로 예측되는 경우 부하설비들 중 일부의 가동을 일시적으로 중지함으로써 전기요금을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 1단계 조치로 환기설비의 가동이 중지되고 2단계 조치로 냉동기설비의 가동이 중지된다 하여도 수요전력이 피크시간 산정시간 이후에도 여전히 한계치(1차 한계치)를 상회할 것으로 예측되는 경우에는 종합관제서버(관제센터)에 경보를 발령함으로써, 각 철도 관계자들에 의해 기타 부하설비가 추가적으로 가동 중지될 수 있는 효과가 있다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 피크전력 관리 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 피크전력요금제에 해당되는 부하 시스템으로의 전력 공급 계통을 설명하기 위한 개략도인바, 전동차 및 역사부하설비로의 전력 공급 계통을 예시하고 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 한전변전소(10)는 예컨대, 66,000V, 154,000V 혹은 345,000V의 송전전압으로 전력을 수전변전소(110)에 송전한다.
그러면, 수전변전소(110)는 송전전압을 22.9KV로 강압하여 전동차전원 공급용 변전실(200), 역사전원 공급용 변전실(300) 및 연락변전소(120)에 배전하게 된다.
그러면, 전동차전원 공급용 변전실(200)은 배전전압을 열차전원(DC 1,500V)으로 변전하여 전동차(450)에 공급하고, 역사전원 공급용 변전실(300)은 배전전압을 역사용 전원(AC 6.6KV)으로 변전하여 A역사 및 B역사 부하설비(410, 420)에 공급하며, 연락변전소(120)는 연락송전선로(160)을 통해 공급되는 송전전압을 변전하여 해당 전동차전원 공급용 변전실과 역사전원 공급용 변전실에 공급하게 된다.
전동차전원 공급용 변전실(200)은 구체적으로, 정상 상태의 전선로 이외에 이상 상태, 특히 단락이나 지락상태의 전선로를 개폐하기 위한 정류기용 교류 차단기(220), 배전전압을 590V로 강압하기 위한 정류기용 변압기(230), AC 590V을 DC 1,500V로 정류하기 위한 정류기(240), 정류기용 직류 차단기(250), 전차선 급전 차단기(260) 및 전동차(450)에서 사용되는 전력량을 측정하기 위한 DC 전력량계(210)를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 역사전원 공급용 변전실(300)은 고배용 차단기(310), 배전전압을 6.6KV로 강압하기 위한 고배용 변압기(320), 고압 배전반(340), 전기실 배전반(350) 및 역사 부하설비에서 사용되는 전력량을 측정하기 위한 역사 전력량계(33)를 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 도 1에서 미설명 부호 140, 150은 수전용 차단기이고, 130은 전동차 및 역사 부하설비에서 사용되는 전력량을 측정하기 위한 수전 전력량계이며, 160은 변전소 간을 연결하기 위한 연락 송전선로이며, 460은 각각의 역사 부하설비에 전력을 공급하기 위한 배전선로이며, 430은 전차선로이며, 440은 레일(귀선로)이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피크전력 관리시스템의 네트워크 구성도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 피크전력 관리시스템은 수전 전력량계(130)와, 수전 전력량계(130)의 계측 정보를 토대로 역사 환기설비(411)와 역사 냉동기설비(412)의 구동을 제어하는 피크전력 제어기(500)와, 전동차 및 역사 부하설비를 관리, 통제하는 종합관제서버(550)와, 철도관계자 단말기(700)와, 전동차, 기관사, 및 역사부하설비 등과 관련된 각종 정보를 철도관계자 단말기(700)에 제공하는 열차종합정보 제공서버(600)와, 열차의 운전실에 설치되어 기관사와 관제센터 간의 통화가 가능하도록 하는 열차단말기(850)와, 열차와 관제센터를 연결하는 차상/지상간 통신(train to wayside communication; TWC)망(800)과, 인터넷(650)을 포함하여 이루어질 수 있다.
피크전력 제어기(500)는 구체적으로, 전력량계(130)로부터 피크전력 정보(전력량계의 펄스(pulse) 신호)를 수신함으로써 수요전력의 추이를 실시간 감시하고, 피크전력 정보를 종합관제서버(550)를 전송하며, 감시하던 중에 수요전력이 미리 설정해놓은 한계치를 상회할 것으로 예측되는 경우 역사환기설비(411)와 역사냉동기설비(412)의 가동을 단계적으로 중지시킨다.
또한, 피크전력 제어기(500)는 역사의 환기설비와 냉동기설비의 가동을 중지시켜도 수요전력이 피크전력 산정시간 이후에도 한계치를 여전히 상회할 것으로 예측되는 경우 종합관제서버(550)에 경보를 발령한다.
다음 표 2는 도시철도공사의 부하특성에 따른 단계별 피크경보시 부하제어표를 보인 것이다.

구분
부하별		 부하비
[%]		 1단계
조치		 2단계
조치		 3단계
조치
전차선 열차 전동차 42 42 42 42 42


역사
 일반
[P1,P2]		 일반

58

 31 31 31 31
공조기 3 3 절전10분 절전10분
역환기 3 절전10분 절전10분 절전10분

환기[P3]		 본선환기 3.5 절전10분 절전10분 절전10분
중앙환기 2.5 절전10분 절전10분 절전10분
역사냉방
[P4]		 냉동기
15
15
절전30분
절전30분
기지, 사무실, 열차 에어컨 절전 10분 2 2 2 절전10분
표 2에서 보듯이, 피크전력 제어기(500)는 1단계 조치로써 역환기, 본선환기 및 중앙환기 설비의 가동을 10분간 중지시킨다. 그러나, 수요전력이 피크시간 산정시간 이후에도 여전히 한계치를 상회할 것으로 예측되는 경우에는 2단계 조치로써 환기설비를 비롯하여 냉동기설비의 가동을 10분간 중지시킨다. 그럼에도 불구하고, 여전히 한계치를 상회할 것으로 예측되는 경우에는 3단계 조치로써 종합관제서버(550)에 경보를 발령한다. 종합관제서버(550)는 이러한 경보 발령 조치에 따라 각 철도관계자 단말기에 경보 메시지를 전송하여 사무실이나 열차 등에서 가동 중인 각종 부하 설비를 10분간 절전하도록 한다.
다시 말해, 1 단계는 한계치 대비 예측치의 초과 값이 전체 부하비의 9% 이하인 경우에 역사의 환기설비를 10분간 절전하는 조치이고, 2 단계 조치는 환기설비만으로 안되는 경우 즉, 초과 값이 전체 부하비의 9% 이상 27%이하인 경우에 환기설비를 비롯한 역사의 냉동기설비를 10분간 절전하는 조치이며, 3 단계는 환기설비와 냉동기설비만으로도 안되는 경우 즉, 초과 값이 전체 부하비의 27% 초과한 경우에 환기설비와 냉동기설비를 절전하는 것은 물론, 각 철도 관계자들에게 경보 발령하는 것이다. 이러한 경보 발령에 따라 기관사는 예컨대, "전력 과부하로 인해 냉방기를 선풍기로 대체 하겠습니다. 10분 후 재가동하겠사오니 양해해 주시기 바랍니다. 승객 여러분의 협조에 감사드립니다."라는 안내 방송을 내보내고 열차 에어컨의 가동을 10분간 중지시키게 된다. 또한, 차량기지나 승무관리소에서도 필수적인 기저부하를 제외하고 절전이 가능한 부하설비(예, 에어컨)의 가동을 10분간 중지시키게 된다.
전술한 구성에서, 인터넷(650)은 주지되어 있는 바와 같이 전 세계에 산재해 있는 컴퓨터망을 유/무선을 통해 연결하는 네트워크들의 네트워크로써, 일반적으로 TCP/IP(Transmission Control Protocol/ Internet Protocol)라는 통신규약에 따르고 있으며, 이러한 TCP/IP 체계에 따라 인터넷(650)에 연결되는 모든 클라이언트와 서버는 세계 유일(globally unique)의 IP주소를 IP주소관리대행자 즉, 인터넷서비스제공사업자(internet service provider; ISP)로부터 할당받게 된다. 여기서, IP주소는 클라이언트나 서버가 위치한 지역에 근간을 두고 있는 것이다. 한편, 무선으로 인터넷(650)에 접근하는 방식에는 WAP(Wireless Application Protocol)이나 WIPI 등의 플랫폼을 기반으로 이동통신망을 통해 접근하거나 공중 무선 LAN과 액세스 포인트(Access Point)를 통해 접근하는 무선인터넷과, ADSL 수준의 품질과 비용으로 정지 또는 저속 이동 중에도 고속 인터넷 접속할 수 있는 무선 인터넷 서비스인 '휴대인터넷'(WiBro 또는 WiMax)이 있을 수 있다.
철도 관계자단말기(700)는 인터넷(650)에 연결된 각종 서버와의 인터페이스를 위하여 왑(WAP)이나 웹(Web) 브라우저를 갖춘 노트북이나 데스크 탑 컴퓨터가 될 것이다. 여기서, 철도 관계자는 예컨대, 도시철도공사의 직원이 되는바 따라서, 철도 관계자단말기(700)는 열차관제센터에 설치된 단말기(740), 역사무소에 설치된 단말기(730), 승무관리소에 설치된 단말기(710), 또는 차량 관리소에 설치된 단말기(720)가 될 수 있다.
한편, 도 4는 피크전력 정보에 대해 검색할 수 있도록 한 화면 예시도인바, 종합관제서버(550)는 종합관제서버(550)는 피크전력 정보를 열차종합정보 제공서버(600)에 업데이트하게 되는데 이에 따라, 철도 관계자단말기(700)는 열차종합정보 제공서버(600)에 접속하여 호선별, 시간별 피크전력을 확인할 수 있다.
도 5 및 도 6은 각각, 본 발명의 일 실시예에 따른 피크전력 관리방법을 설명하기 위한 흐름도와 그래프이다. 여기서, 흐름도의 주체는 피크전력 제어기(500)임을 밝혀둔다.
먼저, 단계 S11에서는 피크전력 산정시간(예컨대, 15분)의 50%(7.5분)가 되는 시점까지 수요전력의 추이를 감시하게 된다.
다음으로, 단계 S13에서는 감시 결과를 토대로 피크전력 산정시간 동안의 피크전력을 예측하게 된다. 즉, 예측치는 감시시간(7.5분) 동안 누적된 전력량을 감시시간으로 나눈, 감시시간동안의 평균전력값이다.
다음으로, 피크전력 제어기(500)는 예측치가 사용자가 미리 설정해 놓은 한계치를 초과하는 경우, 피크전력 산정시간이 다 되었을 때의 누적 전력량이 사용 목표량을 초과하지 않도록 부하설비의 가동을 일시적으로 중지시킨다.
구체적으로, 단계 S15에서는 예측치가 사용자가 미리 설정해 놓은 1차 한계치를 초과하는지를 판단한다.
그 결과, 1차 한계치를 초과하는 경우에는 단계 S17로 진행하여 예측치가 미리 정해진 2차 한계치를 초과하는지를 판단한다.
그 결과, 예측치가 1차 한계치를 초과하지만 2차 한계치 이하인 경우에는 단계 S19로 진행하여 피크전력의 일시적인 상승을 억제하기 위한 1단계 조치를 수행하게 된다.
도 7은 피크전력의 상승 억제를 위한 1단계 조치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 예측치가 1차 한계치를 예컨대, 8% 정도 초과할 것으로 예측될 경우, 피크전력 제어기(500)는 1단계 조치로써 환기 부하 11%(역사환기 3%, 공조기 3%, 본선환기 3%, 중앙환기 2%)를 10분간 정지시킨다.
반면, 단계 S17에서의 판단 결과 예측치가 2차 한계치를 초과하는 경우에는 단계 S21로 진행하여 예측치가 미리 정해진 3차 한계치를 초과하는지를 판단한다.
그 결과, 예측치가 2차 한계치를 초과하지만 3차 한계치 이하인 경우에는 단계 S23으로 진행하여 피크전력의 상승 억제를 위한 2단계 조치를 수행하게 된다.
도 8은 피크전력의 상승 억제를 위한 2단계 조치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 예측치가 2차 한계치 예컨대, 8~23% 정도 초과할 것으로 예측될 경우, 피크전력 제어기(500)는 환기 부하 11%와 냉동기 부하 15%를 10분간 정지시킨다. 여기서, 냉동기설비는 재가동하는데 걸리는 시간이 통상, 30분이 소요되므로 실질적으로 30분간 정지된다.
반면, 단계 S21에서의 판단 결과 예측치가 3차 한계치를 초과하는 경우에는 단계 S25로 진행하여 피크전력의 상승 억제를 위한 3단계 조치를 수행하게 된다.
도 9는 피크전력의 상승 억제를 위한 3단계 조치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 예측치가 3차 한계치 예컨대, 26% 정도 초과할 것을 예측될 경우, 피크전력 제어기(500)는 환기 부하 11%와 냉동기 부하 15%를 10분간 정지시키는 것은 물론, 종합관제서버(550)에 경보를 발령한다. 이에 따라, 종합관제서버(550)는 각 철도관계자 단말기에 경보 메시지를 전송하여 사무실이나 열차 등에서 가동 중인 에어컨 등을 10분간 선풍기로 대체하도록 한다.
본 발명의 피크전력 관리 방법은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
도 1은 서울도시철도공사의 2008년 8월, 일별 피크전력의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 2는 피크전력요금제에 해당되는 부하 시스템으로의 전력 공급 계통을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피크전력 관리시스템의 네트워크 구성도이다.
도 4는 피크전력 정보에 대해 검색할 수 있도록 한 화면 예시도이다.
도 5 및 도 6은 각각, 본 발명의 일 실시예에 따른 피크전력 관리방법을 설명하기 위한 흐름도와 그래프이다.
도 7은 피크전력의 상승 억제를 위한 1단계 조치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 피크전력의 상승 억제를 위한 2단계 조치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 피크전력의 상승 억제를 위한 3단계 조치를 설명하기 위한 개념도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
10: 한전변전소 110: 수전변전소
120: 연락변전소 130: 수전 전력량계
140, 150: 수전용 차단기 160: 연락 송전선로
200: 전동차전원 공급용 변전실 210: DC 전력량계
220: 정류기용 교류 차단기 230: 정류기용 변압기
240: 정류기 250: 정류기용 직류 차단기
260: 전차선 급전 차단기
300: 역사전원 공급용 변전실 310: 고배용 차단기
320: 고배용 변압기 330: 역사 전력량계
340: 고압 배전반 350: 전기실 배전반
410: A역사 부하설비 411: 역사 환기설비
412: 역사 냉동기설비 420: B역사 부하설비
430: 전차선로 440: 레일(귀선로)
450: 전동차 460: 배전선로
500: 피크전력 제어기 550: 종합관제서버
600: 열차종합정보 제공서버 650: 인터넷
700: 철도관계자 단말기 710: 승무관리소 단말기
720: 차량관리소 단말기 730: 역 단말기
740: 열차관제 단말기 800: 차상/지상간 통신망
850: 열차 단말기

Claims (6)

  1. 피크전력 제어기에 의한 부하시스템의 피크전력 관리방법에 있어서,
    피크전력 산정시간의 시작 시점부터 상기 피크전력 산정시간의 완료 시점 전의 미리 정해진 시점까지, 수요전력의 추이를 감시하는 (a) 단계;
    상기 수요전력의 추이를 감시한 결과를 토대로, 상기 피크전력 산정시간 동안의 평균전력인 피크전력을 예측하는 (b) 단계; 및
    상기 (b) 단계의 예측치가 미리 정해놓은 한계치를 초과하는 경우에는 부하설비의 가동을 중지시키는 (c) 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 피크전력 관리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에 의해 가동이 중지되는 부하설비는 환기설비 및 냉동기설비 중에서 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 피크전력 관리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 예측치가 미리 정해놓은 1차 한계치를 초과하는 경우에는 환기설비의 가동을 중지시키고,
    상기 예측치가 상기 1차 한계치보다 큰 미리 정해놓은 2차 한계치를 초과하 는 경우에는 냉동기설비의 가동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 피크전력 관리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 예측치가 상기 2차 한계치보다 큰 미리 정해놓은 3차 한계치를 초과하는 경우에는 상기 부하 시스템을 관리, 통제하는 종합관제서버에 경보를 발령하는 (d) 단계를 더 포함하여 이루어지는 것 특징으로 하는 피크전력 관리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 시점은 상기 피크전력 산정시간의 50%가 되는 시점인 것을 특징으로 하는 피크전력 관리 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 피크전력 관리 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
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