KR20150057287A - 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법 - Google Patents

전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 배전계통의 각 모선에 다수의 전기 자동차가 충전을 위해 연결되는 경우를 상정한 각 모선별 일부하량을 산출할 수 있는 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 배전 계통을 구성하는 복수 개의 모선 중 하나의 모선에 연결되는 가구 수를 산정하는 단계; (b) 상기 하나의 모선에 연결되는 가구 수를 이용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차 대수를 산정하는 단계; (c) 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률 밀도 함수를 산출하는 단계; (d) 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 일부하 곡선을 산출하는 단계; 및 (e) 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 일부하 곡선과 미리 산출된 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차를 제외한 나머지 부하에 의한 일부하 곡선을 합산하여 상기 하나의 모선에 대한 일부하 곡선을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법 {Method for calculating daily load curve of distribution system bus based on electric vehicle charging}
본 발명은 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 배전계통의 각 모선에 다수의 전기 자동차가 충전을 위해 연결되는 경우를 상정한 각 모선별 일부하량을 산출할 수 있는 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법에 관한 것이다.
자동차 보급의 확대에 따른 대기 오염(예를 들어, 자동차의 배기 가스에 포함된 CO2에 기인하는 대기 오염)을 해소하기 위한 대책의 하나로 전기 자동차(Electric Vehicle : EV) 보급을 위한 노력이 전세계 적으로 확산 되고 있는 추세에 있으며, 이에 따라 충전을 위해 배전계통에 연계되는 전기 자동차의 수가 향후 급격히 증가할 것으로 예상되고, 이는 결국 전력회사에 잠재적인 부담 요소로 작용할 것으로 예측된다.
따라서, 전세계적으로 전기 자동차의 보급 확대에 적절히 대비하기 위한 전기 자동차 관련 기술적 표준 및 거래 규정을 지원하기 위해, 전력회사 및 정부가 연계하여 전기 자동차 배터리 충전에 의해 발생하는 전력수요를 예측하고, 기존 배전계통에서 증가된 전력 수요를 감당할 수 있을지에 대하여 정확한 평가를 도출하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
전기 자동차의 에너지 소비량(다시 말해서, 전기 자동차 배터리충전에 따른 부하량)에 대한 다양한 연구 결과에 따르면 전기 자동차의 대규모 보급 확대시 국가 발전망 및 주거용 배전 계통에 상당한 영향을 주는 것으로 판단되거나 또는 전기 자동차의 실질적인 대수 증가가 국가 전력망에 미치는 영향이 그리 높지 않은 것 판단되고 있어, 국내 실정에 맞는 정확한 결과를 도출할 수 있는 연구 방향이 요구되고 있다.
국내의 경우 최근 전기 자동차 보급을 촉진하기 위한 충전 인프라 확충, 실시간 전기요금제 도입, 및 전기자동차 충전 요금 산정 방법 등의 다양한 이슈에 대하여 정부와 한전이 협의 중에 있으며, 지방 자치단체와 같은 정부 기관의 경우에도 이에 동참하고 있다.
또한, 전기 자동차 상용화의 경우 2009년 11월 정부가 그린카 4대 강국 청사진을 내놓으면서 빠른 속도로 진행되고 있지만, 여러 가지 현실적 문제점(예를 들어, 전기 자동차 운행 허용 도로에 대한 명확한 기준 부재, 및 전기 자동차 충전 설비의 부족 등)이 존재하고 있으며, 이러한 현실적 문제점 중 우선적으로 전기 자동차 충전 시설에 대한 확충을 당면 과제로 하고 있다.
이에 따라, 전기 자동차 관련 사업을 새로운 수익원으로 인식하고 있는 현대중공업, SK 에너지, GS파크24 등의 기업에서 향후 수년 이내 완료를 목표로 전기 자동차 충전시간을 단축할 수 있는 충전설비 및 인프라 기술 개발 사업, 주차장에서 전기를 충전할 수 있도록 충전 사업, 및 자동차 배터리 교환소로 부족한 충전소를 대체하는 사업 등과 같은 전기 자동차 충전 설비와 관련된 각종 사업모델 등을 연구하고 있다.
또한, 지식경제부의 경우 제주도에 전기 자동차 실증단지를 조성하고 실증사업을 공모하였으며, 한전/SK/GS칼텍스 컨소시엄이 선정되어 각 컨소시엄이 실증시스템을 구축하는 사업을 2009년 11월부터 진행하고 있다.
그 외에도, 지식경제부는 제주도 스마트 그리드 시범단지에 전기 자동차 시범운행지역을 선정하고 운행에 필요한 기반시설을 건설할 계획이며, 삼성물산과 같은 민간부분에서도 새로 분양되는 아파트 단지부터 전용 주차장에 충전을 위한 시설을 구축하고 충전 전력량을 관리비에 징수하는 방식을 채택할 예정이나, 지금까지의 시범적인 충전 인프라는 소규모의 충전이 가능한 규모이며, 대규모 충전을 위한 인프라 구축에 대한 연구는 미비한 실정이다.
상기와 같이, 현재 국내에서 연구가 진행되고 있는 대부분의 전기 자동차 관련 기술의 경우 주로 핵심 부품 기술 또는 충전 인프라 구축 기술 등에 치중하고 있으며, 전기 자동차 보급 시나리오에 따른 적절한 전력공급 방안에 대한 연구는 다소 미비한 실정이다.
따라서, 전기 자동차의 연계에 따라 배전계통을 구성하는 각 모선에 미칠 수 있는 과부하 영향을 최소화하기 위하여 전기 자동차의 충전 부하가 기존의 배전계통에 미치는 영향을 효과적으로 평가할 수 있는 방법의 개발이 필수적으로 요구된다 하겠다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 전기 자동차의 보급 상황을 고려한 다양한 시나리오에 따라 전기 자동차의 충전 부하가 기존의 배전계통에 미치는 영향을 효과적으로 평가할 수 있는 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법은 (a) 배전 계통을 구성하는 복수 개의 모선 중 하나의 모선에 연결되는 가구수를 산정하는 단계; (b) 상기 하나의 모선에 연결되는 가구수를 이용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차 대수를 산정하는 단계; (c) 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률 밀도 함수를 산출하는 단계; (d) 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 일부하 곡선을 산출하는 단계; 및 (e) 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 일부하 곡선과 미리 산출된 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차를 제외한 나머지 부하에 의한 일부하 곡선을 합산하여 상기 하나의 모선에 대한 일부하 곡선을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (a) 단계에서 상기 하나의 모선에 연결되는 가구수는 다음 수학식에 의해 산출될 수 있다.
Figure pat00001
여기에서, NA는 상기 하나의 모선에 연결되는 가구수, PA는 주택용 저압 계약 전력, DFA는 상기 하나의 모선의 부등률, LDFA는 상기 하나의 모선의 저압 수용률, SK는 고압계약 전력 또는 변압기 용량, 및 HDFA는 상기 하나의 모선의 고압 수용률을 의미할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계는 (b1) 상기 하나의 모선에 연결되는 가구수에 미리 결정된 각 가구당 차량수를 적용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 차량수를 결정하는 단계; 및 (b2) 상기 하나의 모선에 연결되는 차량수에 미리 결정된 전기 자동자 점유율을 적용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차 대수를 산정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률밀도 함수는 각 시간대 별로 다음 수학식을 적용하여 산출될 수 있다.
Figure pat00002
여기에서, STP는 전기 자동차 충전 시작시간에 대한 시간대별 확률, NEV는 시간대별 전기 자동차 운행 대수, 및 EC는 시간대별 전기 요금을 의미할 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계는 (d1) 미리 결정된 전기 자동차 배터리 충전 특성 정보를 이용하여 전기 자동차의 충전 시작시간부터 충전 종료시간까지의 시간대별 충전 전력을 계산하는 단계; 및 (d2) 상기 시간대별 충전 전력, 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차 대수, 및 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률밀도 함수를 이용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 배터리 충전 일부하 곡선을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (e) 단계에 이어서 (f) 상기 배전 계통을 구성하는 복수 개의 모선 각각에 대하여 상기 일부하 곡선 산출 여부를 확인하는 단계; 및 (g) 상기 확인 결과 상기 복수 개의 모선 각각에 대하여 상기 일부하 곡선이 모두 산출되지 않은 경우 상기 (a) 단계 내지 (e) 단계를 반복 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 전기 자동차 충전 부하가 기존의 배전 계통에 미치는 영향을 정확하게 파악할 수 있게 되므로, 배전 계통의 모선별 과부하 제약 조건을 만족시키면서 배전 계통의 증설을 최대한 억제할 수 있는 방향으로 전기 자동차 충전 부하 관리 계획을 수립할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법에 대한 순서도,
도 2는 도 1의 S300에서 산출되는 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률 밀도 함수 그래프,
도 3은 도 1의 S400에서 산출되는 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 일부하 곡선에 대한 참고 그래프,
도 4는 도 1의 S500의 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차를 제외한 나머지 부하들에 의한 일부하 곡선에 대한 참고 그래프,
도 5는 도 1의 S500에서 산출되는 하나의 모선에 대한 일부하 곡선에 대한 참고 그래프,
도 6은 도 1의 S200에 대한 상세 순서도,
도 7은 도 1의 S400에 대한 상세 순서도,
도 8 및 도 9는 도 1의 S400에 대한 참고 그래프, 및
도 10 내지 도 14는 본 발명의 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법을 실제 모선에 적용한 경우에 대한 참고 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법에 대한 순서도 이다.
도 1에 도시된 바와 같이 S100에서 배전 계통을 구성하는 복수 개의 모선 중 하나의 모선에 연결되는 가구 수를 산정한다. 이때, S100에서 상기 하나의 모선에 연결되는 가구 수는 하기 수학식 1에 의해 산출될 수 있다.
Figure pat00003
여기에서, NA는 하나의 모선에 연결되는 가구수, PA는 주택용 저압 계약 전력, DFA는 하나의 모선의 부등률, LDFA는 하나의 모선의 저압 수용률, SK는 고압계약 전력 또는 변압기 용량, 및 HDFA는 하나의 모선의 고압 수용률을 의미한다.
상기 수학식 1에서 확인할 수 있듯이 상기 하나의 모선에 연결되는 가구 수(다시 말해서, 배전계통 모선인 개폐기를 통해 연결되어 계약전력을 소비하는 가구수 또는 변압기 용량에 연결되어 일반전력을 소비하는 가구 수)의 경우 고압 수용률, 저압 수용률, 부등률, 및 저압 계약전력을 이용하여 산정될 수 있게 된다.
S200에서 상기 산정된 상기 하나의 모선에 연결되는 가구 수를 이용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차 대수를 산정한다. 이때, S200의 상세 과정의 경우 이하 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
S300에서 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률 밀도 함수를 산출한다. 이때, S300에서 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률 밀도 함수의 경우 시간대별로 하기 수학식 2를 적용하여 산출될 수 있다.
Figure pat00004
여기에서, STP는 전기 자동차 충전 시작시간에 대한 시간대별 확률, NEV는 시간대별 전기 자동차 운행 대수, 및 EC는 시간대별 전기 요금을 의미한다.
이때, 상기 수학식 2을 적용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 시간대별 확률을 산정하는 이유는 전기 자동차 운행 대수가 적고 실시간 요금이 낮을수록 차량이 정차하거나 충전할 확률이 상대적으로 높을 수 있기 때문이다.
또한, S300에서 계산된 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률 밀도 함수의 경우 도 2에 도시된 그래프(단, 상기 그래프를 작성하는 과정에서 현재 전기 자동차의 보급이 활성화되지 않은 점을 고려하여 상기 수학식 2의 NEV를 실제 전기 자동차의 시간대별 운행 대수가 아닌 서울시의 시간대별 차량 통행 대수로 대체하였음)와 같이 새벽 3시를 최고점으로 하는 정규 분포 함수 형태를 갖는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률 밀도 함수가 상기와 같은 형태의 그래프로 나타나는 이유는 차량을 이용한 귀가 완료 시간인 오후 11시를 기점으로 충전 확률이 급속하게 상승하여 새벽 3시에 정점에 도달한 후, 하강하기 시작하여 일반적으로 차량을 이용하여 출근하는 시간인 오전 6시를 기점으로 최저 상태를 유지하기 때문이다.
S400에서 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률밀도 함수를 이용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 일부하 곡선을 산출한다. 이때, S400에 대한 상세 과정은 이하 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
S500에서 도 3에 도시된 그래프와 같이 나타나는 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 일부하 곡선과 도 4에 도시된 그래프와 같이 나타나는 미리 산출된 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차를 제외한 나머지 부하에 의한 일부하 곡선을 합산하여 도 5에 도시된 그래프와 같이 나타나는 상기 하나의 모선에 대한 일부하 곡선을 산출하면 종료가 이루어진다.
이때, S500에서 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차를 제외한 나머지 부하에 의한 일부하 곡선의 경우 상기 하나의 모선에 연결되는 다수의 부하 각각의 부하종별 특성에 따라 결정되는 다수의 부하 각각의 일부하 곡선의 합에 의해 미리 산출될 수 있다.
또한, 본 발명의 경우 도면에는 도시되지 않았지만, S500에 이어서 배전 계통을 구성하는 복수 개의 모선 각각에 대하여 상기 일부하 곡선 산출 여부를 확인하는 단계, 및 상기 확인 결과 상기 복수 개의 모선 각각에 대하여 상기 일부하 곡선이 모두 산출되지 않은 경우 S100 내지 S500 단계를 반복 수행하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
도 6은 도 1의 S200에 대한 상세 순서도 이다. 도 6에 도시된 바와 같이 S210에서 상기 하나의 모선에 연결되는 가구 수에 미리 결정된 각 가구당 차량 수(예를 들어, 가구당 1대)를 적용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 차량수를 결정한다.
그리고, S230에서 상기 하나의 모선에 연결되는 차량 수에 미리 결정된 전기 자동차 점유율(예를 들어, 10% 또는 30%)을 적용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차 대수를 산정하면 S200이 완료되고, S300이 수행될 수 있게 된다.
이때, S210에서 상기 하나의 모선에 연결되는 차량 수를 결정한 후 S230에서 상기 하나의 모선에 연결되는 차량 수에 상기 전기 자동차 점유율을 적용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차 대수를 산정하는 이유는, 추후 전기차 보급이 확대되는 경우에 전기 자동차 충전부하가 배전 계통에 미치는 영향을 확인할 수 있도록 하기 위함이며, 상기 전기 자동차 점유율은 전기 자동차의 보급에 따라 발생하는 충전 부하가 기존의 배전 계통에 미치는 영향을 면밀하게 파악하기 위한 다양한 전기 자동차 보급 시나리오에 의해 미리 결정될 수 있다.
도 7은 도 1의 S400에 대한 상세 순서도 이다. 도 7에 도시된 바와 같이 S410에서 미리 결정된 전기 자동차 충전 특성 정보 및 전기 요금 정보를 이용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간부터 충전 종료시간까지의 시간대별 충전 전력을 계산한다.
다시 말해서, S410의 경우 도 8에 도시된 그래프와 같이 나타나는 납축전지 배터리의 시간대별 충전 부하 및 충전 상태 그래프 또는 도 9에 도시된 그래프와 같이 나타나는 리튬이온 배터리의 시간대별 충전 부하 및 충전 그래프를 이용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간부터 충전 종료시간까지의 충전 전력을 계산할 수 있게 된다
그리고, S430에서 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간부터 충전 종료시간까지의 시간대별 충전 전력, 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차 대수, 및 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률 밀도 함수를 이용하여 도 3에 도시된 그래프와 같이 나타나는 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 일부하 곡선을 산출하면 S400이 완료되고, S500이 수행될 수 있게 된다.
본 발명은 배전 계통을 구성하는 모선별 전기 자동차 충전 일부하 곡선을 산출하기 위하여 모선별로 연결되는 가구 수를 산정하고, 상기 산정된 가구 수를 이용하여 상기 모선별로 연결되는 전기 자동차 대수를 산정한다.
그리고, 상기 모선별로 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률밀도 함수를 산출한 후, 상기 확률 밀도 함수, 전기 자동차의 충전 시작시간부터 충전 종료시간까지의 시간대별 충전 전력, 및 상기 모선별로 연결되는 전기 자동차 대수를 이용하여 상기 모선별로 연결되는 전기 자동차 충전 일부하 곡선을 산출할 수 있게 되며, 상기 모선별로 연결되는 전기 자동차 충전 일부하 곡선과 상기 모선별로 연결되는 전기 자동차를 제외한 나머지 부하에 의한 일부하 곡선을 합산하여 전기 자동차 충전을 고려한 모선별 일부하 곡선을 산출하는 것이 가능해진다.
따라서, 본 발명의 경우 전기 자동차 충전 부하가 기존의 배전 계통에 미치는 영향을 정확하게 파악할 수 있게 되므로, 배전 계통의 모선별 과부하 제약 조건을 만족시키면서 배전 계통의 증설을 최대한 억제할 수 있는 방향으로 전기 자동차 충전 부하 관리 계획을 수립할 수 있게 된다.
<실시예>
한국 동탄 신도시의 상가 및 아파트 그리고 단독 주택단지가 밀집해 있는 제3 공구 지역을 대상 지역으로 하여 전기 자동차 충전 부하가 기존 배전계통에 미치는 영향에 대한 검토를 실시하였다.
먼저, 동탄 신도시 3공구 지역의 5개 회선 중 하나의 회선(이하, A 회선이라고 함)의 각 모선에 대한 모선별 일부하 곡선을 산출하기 위해 3개의 시나리오를 설정하였다.
다시 말해서, 첫 번째 시나리오로써 기존 부하에 대하여 전기 자동차로 인한 추가적인 부하가 없는 기본 케이스를 설정하였고, 두 번째 시나리오로써 (이하, 시나리오 1이라고 함) 상기 기본 케이스에 전기 자동차가 10%의 점유율을 가질 때의 부하 증가를 고려한 케이스를 설정하였고, 세 번째 시나리오로써(이하, 시나리오 2라고 함) 상기 기본 케이스에 전기 자동차가 30%의 점유율을 가질 때의 부하 증가를 고려한 케이스를 설정하였다.
다음 표 1은 A 회선에 대한 부하 특성과 가구 수를 나타낸 것이다.
구분 수용가 명(모선 명) 계약전력(KW) 가구 수




A/DL



 베스텍 상가 300 1
휴먼시아 아파트 2750 1,719
덕천프라자 500 1
프라스틱 상가 700 1
벡텔글로벌 상가 500 1
프레스트 상가 750 1
단독주택 1구역 300 178
단독주택 2구역 300 156
단독주택 3구역 300 191
단독주택 4구역 300 145
표 1에서 확인할 수 있듯이 A D/L에는 10개의 모선이 있으며, 10개의 모선 중 아파트 및 단독주택 모선 각각에서의 가구 수 산정은 상기 수학식 1에 의해 계산되었고, 상업용 모선(베스텍 상가, 덕천프라자, 프라스틱 상가, 벡텔글로벌 상가, 프레스트 상가)에 대한 가구 수는 1로 산정하였다.(다시 말해서, 전기 자동차 충전은 주차 및 충전 시간을 고려하여 아파트 및 단독주택 모선에서만 이루어지는 것으로 가정하였다.)
그리고, 다음 표 2와 표 3에서는 상기 표 1에서 제시한 A D/L의 아파트 및 단독주택 모선에 대하여 가구당 차량 대수를 평균 1대로 가정하여 상기 시나리오 1 및 상기 시나리오 2 각각에 대하여(다시 말해서, 표 2의 경우 전기 자동차 점유율 10%로 가정하고, 표 3의 경우 전기 자동차 점유율 30%로 가정함)전기 자동차 대수를 산정하였다.
이때, 전기 자동차 배터리 용량과 일간 운행거리를 고려하여 일간 기준으로 전체 전기 자동차 차량 대수의 50% 정도가 충전하는 것으로 전기 자동차 일간 충전 대수를 산정하였다.
모선 명 전기자동차 대수 전기자동차 충전 대수(일간)
휴먼시아 아파트 172 86
단독 주택 1 18 9
단독 주택 2 16 8
단독 주택 3 19 10
단독 주택 4 15 7
모선 명 전기자동차 대수 전기자동차 충전 대수(일간)
휴먼시아 아파트 516 258
단독 주택 1 53 27
단독 주택 2 47 23
단독 주택 3 57 29
단독 주택 4 44 22
그리고, 상기 수학식 2를 이용하여 도 10에 도시된 그래프와 같이 나타나는 전기요금제 중 실시간 전기요금이 적용되는 경우의 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률밀도 함수 및 TOU(Time Of Use) 전기요금이 적용되는 경우의 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률밀도 함수를 산출하였으며, 전기 자동차 충전이 이루어지는 5개의 모선 중 휴먼시아 아파트 모선에 대해서 전기 자동차 충전 일부하 곡선, 전기 자동차를 제외한 나머지 부하에 의한 일부하 곡선, 및 전체 일부하 곡선을 산출한 그래프를 도 11 내지 14에 도시하였다.
이때, 도 11은 TOU 전기 요금 및 상기 시나리오 1(전기차 점유율 10%)이 적용된 경우의 휴먼시아 아파트 모선에서의 전기 자동차 충전 일부하 곡선, 전기 자동차를 제외한 나머지 부하에 의한 일부하 곡선, 및 전체 일부하 곡선 그래프, 도 12는 TOU 전기 요금 및 상기 시나리오 2(전기차 점유율 30%)가 적용된 경우의 휴먼시아 아파트 모선에서의 전기 자동차 충전 일부하 곡선, 전기 자동차를 제외한 나머지 부하에 의한 일부하 곡선, 및 전체 일부하 곡선 그래프이다.
그리고, 도 13은 실시간 전기 요금 및 상기 시나리오 1이 적용된 경우의 휴먼시아 아파트 모선에서의 전기 자동차 충전 일부하 곡선, 전기 자동차를 제외한 나머지 부하에 의한 일부하 곡선, 및 전체 일부하 곡선 그래프, 도 14는 실시간 전기 요금 및 상기 시나리오 2가 적용된 경우의 휴먼시아 아파트 모선에서의 전기 자동차 충전 일부하 곡선, 전기 자동차를 제외한 나머지 부하에 의한 일부하 곡선, 및 전체 일부하 곡선 그래프이다.
또한, 도 11 내지 도 14의 그래프에서 확인할 수 있는 TOU 전기 요금 및 실시간 전기 요금에 따른 시나리오별 휴먼시아 아파트 모선의 일부하 곡선에 대한 분석 결과를 다음 표 4 내지 표 7와 같이 나타낼 수 있다.
부하 종별 피크 시간 최대 부하(KW) 수용율(%)
기존 부하 오후 3시 1645 60
충전 부하 오전 5시 280 10
합산 부하 오후 3시 1676 61
부하 종별 피크 시간 최대 부하(KW) 수용율(%)
기존 부하 오후 3시 1645 60
충전 부하 오전 5시 841 31
합산 부하 오전 5시 1880 68
부하 종별 피크 시간 최대 부하(KW) 수용율(%)
기존 부하 오후 3시 1645 60
충전 부하 오전 5시 223 8
합산 부하 오후 3시 1706 62
부하 종별 피크 시간 최대 부하(KW) 수용율(%)
기존 부하 오후 3시 1645 60
충전 부하 오전 5시 669 24
합산 부하 오후 3시 1827 67
상기 표 4 내지 표 7에 나타나는 결과를 분석해보면 전기 요금제 및 시나리오와 상관없이 기존 부하는 피크 시간이 오후 3시이며 충전 부하의 피크 시간은 오전 5시임을 알 수 있다.
그리고, 합산 부하는 표 5에 나타나는 TOU 전기 요금을 적용한 상기 시나리오 2(전기 자동차 점유율 30%)에 대해서 합산 부하의 피크 시간이 오전 5시이며, 나머지는 모두 오후 3시가 피크 시간임을 알 수 있다.
또한, 충전 시나리오별 합산 부하를 분석해보면 상기 시나리오 1(전기 자동차 점유율 10%)에 대해서는 요금제에 따라 합산 부하의 수용률이 61%~62%로 기존 부하의 수용률 60%에 비해 거의 차이가 없어 충전부하에 대한 영향이 거의 없음을 알 수 있다.
다만, 상기 시나리오 2의 경우 합산 부하의 수용률이 67%~68%로 70%에 근접하여 해당 모선에서의 변압기 또는 계약전력의 업그레이드를 고려해야 할 것으로 분석된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정학 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. (a) 배전 계통을 구성하는 복수 개의 모선 중 하나의 모선에 연결되는 가구수를 산정하는 단계;
    (b) 상기 하나의 모선에 연결되는 가구수를 이용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차 대수를 산정하는 단계;
    (c) 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률 밀도 함수를 산출하는 단계;
    (d) 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 일부하 곡선을 산출하는 단계; 및
    (e) 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 일부하 곡선과 미리 산출된 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차를 제외한 나머지 부하에 의한 일부하 곡선을 합산하여 상기 하나의 모선에 대한 일부하 곡선을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 하나의 모선에 연결되는 가구수는 다음 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법.
    Figure pat00005

    여기에서, NA는 상기 하나의 모선에 연결되는 가구수, PA는 주택용 저압 계약 전력, DFA는 상기 하나의 모선의 부등률, LDFA는 상기 하나의 모선의 저압 수용률, SK는 고압계약 전력 또는 변압기 용량, 및 HDFA는 상기 하나의 모선의 고압 수용률을 의미한다.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 상기 하나의 모선에 연결되는 가구수에 미리 결정된 각 가구당 차량수를 적용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 차량수를 결정하는 단계; 및
    (b2) 상기 하나의 모선에 연결되는 차량수에 미리 결정된 전기 자동자 점유율을 적용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차 대수를 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률밀도 함수는 각 시간대 별로 다음 수학식을 적용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법.
    Figure pat00006

    여기에서, STP는 전기 자동차 충전 시작시간에 대한 시간대별 확률, NEV는 시간대별 전기 자동차 운행 대수, 및 EC는 시간대별 전기 요금을 의미한다.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 미리 결정된 전기 자동차 배터리 충전 특성 정보를 이용하여 전기 자동차의 충전 시작시간부터 충전 종료시간까지의 시간대별 충전 전력을 계산하는 단계; 및
    (d2) 상기 시간대별 충전 전력, 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차 대수, 및 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 충전 시작시간에 대한 확률밀도 함수를 이용하여 상기 하나의 모선에 연결되는 전기 자동차의 배터리 충전 일부하 곡선을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 (e) 단계에 이어서,
    (f) 상기 배전 계통을 구성하는 복수 개의 모선 각각에 대하여 상기 일부하 곡선 산출 여부를 확인하는 단계; 및
    (g) 상기 확인 결과 상기 복수 개의 모선 각각에 대하여 상기 일부하 곡선이 모두 산출되지 않은 경우 상기 (a) 단계 내지 (e) 단계를 반복 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전을 고려한 배전계통 모선별 일부하 곡선 산출 방법.
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KR20200061820A (ko) * 2018-11-26 2020-06-03 브이젠 주식회사 가상발전소(vpp)를 이용한 전기차 충전 및 방전 시스템 및 그 방법

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