KR20150078298A - 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 전력 계통에서의 주파수 추종 자동 발전 제어에 있어서 전력 계통에 연계되는 부하의 변동을 고려한 자동 발전 제어가 가능한 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 전력 계통에 연계되는 복수 개의 발전기에 대한 자동 발전 제어 방법에 있어서, (a) 미리 결정된 시간 간격으로 상기 복수 개의 발전기의 발전량, 상기 전력 계통에 연계된 복수 개의 부하의 부하량, 및 계통 주파수 측정값을 전송받는 단계; (b) 상기 복수 개의 발전기의 발전량, 상기 복수 개의 부하의 부하량, 및 상기 계통 주파수 측정값을 이용하여 계통 주파수 변화에 따른 상기 복수 개의 발전기 각각과 연결되는 부하의 부하 변동량을 산출하는 단계; 및 (c) 상기 산출된 부하 변동량을 이용하여 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어 이득을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 전력 계통에서의 주파수 추종 자동 발전 제어에 있어서 단순히 계통 주파수 변화만을 고려하는 것 외에 계통 주파수 변화에 따라 전력 계통에 연계되는 부하의 변동량을 추가적으로 고려하여 주파수 추종 자동 발전 제어를 수행함으로써 전력 계통에서 발생하는 다양한 상황에 능동적인 대처가 가능해지는 효과를 갖는다.

Description

부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 방법 및 시스템 {Auto generation control method and system based on load fluctuation}
본 발명은 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 전력 계통에서의 주파수 추종 자동 발전 제어에 있어서 전력 계통에 연계되는 부하의 변동을 고려한 자동 발전 제어가 가능한 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전력 계통에서의 계통 주파수(예를 들어, 60Hz) 유지는 전력 계통 및 전력 계통에 연계된 부하(예를 들어, 전력기기)에 미치는 영향이 지대한 관계로 전력 계통 운영의 가장 중요한 목표로서 활용되고 있다.
이를 위해, 전력 계통에서는 주파수 추종 자동 발전 제어 시스템이 활용되고 있고, 주파수 추종 자동 발전 제어 시스템의 경우 계통 주파수 변동에 실시간으로 대응하여 전력 계통에 연계되는 발전기의 발전량을 조절하는 방식으로 자동 발전 제어를 수행하고 있다.
그러나, 종래의 주파수 추종 자동 발전 제어 시스템의 경우 미리 결정된 전력 계통 유형에 따라 기설정된 되먹임 제어 이득값을 적용하여 주파수 추종 자동 발전 제어가 이루어지고 있는 관계로, 전력 계통에서의 계통 주파수 변화 외에 전력 계통에서 발생할 수 있는 다양한 상황에 대응하는데 한계를 갖는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 전력 계통에서의 계통 주파수 변화 외에 계통 주파수 변화에 따른 부하의 변동량을 추가로 반영하여 주파수 추종 자동 발전 제어를 위한 제어 이득을 조절함으로써 전력 계통에서 발생 가능한 다양한 상황에 대한 능동적인 대응이 가능한 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 방법은 전력 계통에 연계되는 복수 개의 발전기에 대한 자동 발전 제어 방법에 있어서, (a) 미리 결정된 시간 간격으로 상기 복수 개의 발전기의 발전량, 상기 전력 계통에 연계된 복수 개의 부하의 부하량, 및 계통 주파수 측정값을 전송받는 단계; (b) 상기 복수 개의 발전기의 발전량, 상기 복수 개의 부하의 부하량, 및 상기 계통 주파수 측정값을 이용하여 계통 주파수 변화에 따른 상기 복수 개의 발전기 각각과 연결되는 부하의 부하 변동량을 산출하는 단계; 및 (c) 상기 산출된 부하 변동량을 이용하여 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어 이득을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (b) 단계에서 상기 복수 개의 발전기 각각에 연결되는 부하의 부하 변동량은 다음 수학식에 의해 산출될 수 있다.
Figure pat00001
여기에서, △w는 계통 주파수 변화량, M은 발전기의 운동량, D는 부하 변동량, PG는 발전량, 및 PL은 부하량을 의미한다.
또한, 상기 (c) 단계에 이어서 (d) 상기 설정된 제어 이득을 이용하여 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작제어를 위한 제어치를 생성한 후 상기 복수 개의 발전기 각각으로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계에서 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어치는 상기 복수 개의 발전기 각각의 발전 변화량일 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 시스템은 전력 계통에 연계되는 복수 개의 발전기에 대한 자동 발전 제어 시스템에 있어서, 미리 결정된 시간 간격으로 상기 전력 계통의 계통 주파수 측정값을 수집하는 주파수 정보 수집부; 상기 미리 결정된 시간 간격으로 상기 복수 개의 발전기의 발전량을 수집하는 발전량 정보 수집부; 상기 미리 결정된 시간 간격으로 상기 전력 계통에 연계되는 복수 개의 부하의 부하량을 수집하는 부하량 정보 수집부; 상기 계통 주파수 측정값, 상기 복수 개의 발전기의 발전량, 및 상기 복수 개의 부하의 부하량을 이용하여 계통 주파수 변화에 따른 상기 복수 개의 발전기 각각과 연결되는 부하의 부하 변동량을 산출하는 부하 변동량 산출부; 및 상기 산출된 부하 변동량을 이용하여 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어 이득을 설정하는 제어 이득 설정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 설정된 제어 이득을 이용하여 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어치를 생성한 후 상기 복수 개의 발전기 각각으로 출력하는 제어치 생성부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어치는 상기 복수 개의 발전기 각각의 발전 변화량일 수 있다.
본 발명에 의하면 전력 계통에서의 주파수 추종 자동 발전 제어에 있어서 단순히 계통 주파수 변화만을 고려하는 것 외에 계통 주파수 변화에 따라 전력 계통에 연계되는 부하의 변동량을 추가적으로 고려하여 주파수 추종 자동 발전 제어를 수행함으로써 전력 계통에서 발생하는 다양한 상황에 능동적인 대처가 가능해지는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 시스템에 대한 블록도,
도 2는 도 1의 부하 변동량 산출부 및 제어 이득 설정부의 상세 블록도, 및
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 방법에 대한 순서도 이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부함 도면들을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 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 실시예에 따른 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 시스템의 블록도, 도 2는 도 1의 부하 변동량 산출부 및 제어 이득 설정부의 상세 블록도 이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 시스템(1)은 주파수 정보 수집부(10), 발전량 정보 수집부(20), 부하량 정보 수집부(30), 부하 변동량 산출부(40), 제어 이득 설정부(50), 및 제어치 생성부(60)를 포함한다.
주파수 정보 수집부(10)는 전력 계통의 계통 주파수 측정값을 수집하고, 발전량 정보 수집부(20)는 상기 전력 계통에 연계되는 복수 개의 발전기의 발전량을 수집하며, 부하량 정보 수집부(30)는 상기 전력 계통에 연계되는 복수 개의 부하의 부하량을 수집한다.
이때, 상기 전력 계통의 계통 주파수는 상기 전력 계통의 미리 결정된 일 지점에서 측정된 후 주파수 정보 수집부(10)로 전송될 수 있고, 상기 복수 개의 발전기의 발전량은 각 발전기에서 측정된 후 발전량 정보 수집부(20)로 전송될 수 있으며, 상기 복수 개의 부하의 부하량은 상기 전력 계통의 각 모선에서 측정된 후 부하량 정보 수집부(30)로 전송될 수 있다.
부하 변동량 산출부(40)는 상기 계통 주파수 측정값, 상기 복수 개의 발전기의 발전량, 및 상기 복수 개의 부하의 부하량을 이용하여 계통 주파수 변화에 따른 상기 복수 개의 발전기 각각과 연결되는 부하의 부하 변동량을 산출한다.
이때, 상기 복수 개의 발전기 각각에 연결되는 부하의 부하 변동량은 하기 수학식 1에 의해 산출될 수 있다.
Figure pat00002
여기에서, △w는 계통 주파수 변화량, M은 발전기의 운동량, D는 부하 변동량, PG는 발전량, 및 PL은 부하량을 의미하며, 이 중 발전기의 운동량 M의 경우 계통 주파수 측정값과 전력 계통에 연계되는 발전기의 특성인 관성 모멘트를 곱하여 획득할 수 있고, 계통 주파수의 변화가 크지 않은 경우 정주파수(다시 말해서, 60Hz)와 관성 모멘트를 곱하여 획득할 수도 있다.
다시 말해서, 부하 변동량 산출부(50)의 경우 도 3에 도시된 조속기 모델 블록 및 발전기 모델 블록으로부터 전송되는 복수 개의 발전기 각각의 발전량(상기 수학식 1의 PG )과 부하변동 블록으로부터 전송되는 복수 개의 발전기 각각과 연결되는 부하의 부하량(상기 수학식 1의 PL )의 차이값(다시 말해서, 상기 수학식 1의 PG -PL)을 적용하여 주파수 변동 모델 블록에서 부하 변동량(상기 수학식 1의 D)를 최종적으로 산출한 후 제어 이득 설정부(50)로 전송할 수 있다.
제어 이득 설정부(50)는 상기 복수 개의 발전기 각각에 연결되는 부하의 부하 변동량을 이용하여 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어 이득(control gain)을 설정한다.
다시 말해서, 제어 이득 설정부(50)의 경우 종래와 같이 계통 주파수 변화 정도에 따라 미리 결정된 제어 이득을 적용하는 대신 계통 주파수 변화량 외에 도 3에 도시된 주파수 변동 모델 블록에서 산출된 후 전송되는 계통 주파수 변화에 따른 상기 복수 개의 발전기 각각과 연결되는 부하의 부하 변동량(다시 말해서, 상기 수학식 1에서의 D)을 추가로 반영하여 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어 이득을 설정할 수 있게 된다.
또한, 제어 이득 설정부(50)는 계통 주파수 변화량 및 계통 주파수 변화에 따른 상기 복수 개의 발전기 각각과 연결되는 부하의 부하 변동량에 대해 PID tuning 기법, 최적 제어 기법, 또는 적응 제어 기법 등을 적용하여 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작을 위한 제어 이득을 설정할 수 있고, PID tuning 기법, 최적 제어 기법, 및 적응 제어 기법의 경우 공지된 내용이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
제어치 생성부(60)는 제어 이득 설정부(50)에서 설정되는 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작을 위한 제어 이득을 이용하여 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어치를 생성한 후 이를 상기 복수 개의 발전기 각각으로 전송한다.
이때, 제어치 생성부(60)에서 생성되는 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작제어를 위한 제어치는 자동 발전 제어에 의해 동작하는 상기 복수 개의 발전기 각각의 발전 변화량일 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 방법의 순서도 이다.
도 2에 도시된 바와 같이 S100에서 주파수 정보 수집부(10), 발전량 정보 수집부(20), 및 부하량 정보 수집부(30)가 미리 결정된 시간 간격으로 전력 계통의 계통 주파수 측정값, 상기 전력 계통에 연계되는 복수 개의 발전기의 발전량, 및 상기 전력 계통에 연계되는 복수 개의 부하의 부하량을 각각 전송받는다.
S200에서 부하 변동량 산출부(40)가 상기 계통 주파수 측정값, 상기 복수 개의 발전기 발전기의 발전량, 및 상기 복수 개의 부하의 부하량을 이용하여 계통 주파수 변화에 따른 상기 복수 개의 발전기 각각에 연결되는 부하의 부하 변동량을 산출한다.
이때, S200에서 상기 복수 개의 발전기 각각에 연결되는 부하의 부하 변동량의 경우 앞서 설명한 바와 같이 상기 수학식 1에 의해 산출될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
S300에서 제어 이득 설정부(50)가 부하 변동량 산출부(40)에서 산출된 상기 복수 개의 발전기 각각에 연결되는 부하의 부하 변동량을 이용하여 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어 이득을 설정하면 종료가 이루어진다.
이때, S300에 이어서 제어치 생성부(60)가 상기 설정된 제어 이득을 이용하여 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어치를 생성한 후 상기 복수 개의 발전기 각각으로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어치는 상기 복수 개의 발전기 각각의 발전 변화량일 수 있다.
본 발명은 종래의 주파수 추종 자동 발전 제어 시스템이 계통 주파수 변동값에 따라 미리 결정된 제어 이득을 적용하여 주파수 추종 자동 발전 제어를 수행함으로써 전력 계통에서 발생 가능한 다양한 상황(예를 들어, 계통 주파수 변화에 따른 부하량 변동 또는 부하의 추가 또는 제거에 따른 부하량 변동)을 추가로 반영한 제어 이득을 설정한 후 이에 따라 전력 계통에 연계된 복수 개의 발전기의 동작 제어를 위한 제어치(다시 말해서, 복수 개의 발전기 각각의 발전 변화량을)을 생성할 수 있게 되며, 이에 따라 전력 계통에서 발생 가능한 다양한 상황에 대한 능동적인 대처가 가능해진다.
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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(1) : 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 시스템
(10) : 주파수 정보 수집부 (20) : 발전량 정보 수집부
(30) : 부하량 정보 수집부 (40) : 부하 변동량 산출부
(50) : 제어 이득 설정부 (60) : 제어치 생성부

Claims (7)

  1. 전력 계통에 연계되는 복수 개의 발전기에 대한 자동 발전 제어 방법에 있어서,
    (a) 미리 결정된 시간 간격으로 상기 복수 개의 발전기의 발전량, 상기 전력 계통에 연계된 복수 개의 부하의 부하량, 및 계통 주파수 측정값을 전송받는 단계;
    (b) 상기 복수 개의 발전기의 발전량, 상기 복수 개의 부하의 부하량, 및 상기 계통 주파수 측정값을 이용하여 계통 주파수 변화에 따른 상기 복수 개의 발전기 각각과 연결되는 부하의 부하 변동량을 산출하는 단계; 및
    (c) 상기 산출된 부하 변동량을 이용하여 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어 이득을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 복수 개의 발전기 각각에 연결되는 부하의 부하 변동량은 다음 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 방법.
    Figure pat00003

    여기에서, △w는 계통 주파수 변화량, M은 발전기의 운동량, D는 부하 변동량, PG는 발전량, 및 PL은 부하량을 의미한다.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에 이어서,
    (d) 상기 설정된 제어 이득을 이용하여 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작제어를 위한 제어치를 생성한 후 상기 복수 개의 발전기 각각으로 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어치는 상기 복수 개의 발전기 각각의 발전 변화량인 것을 특징으로 하는 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 방법.
  5. 전력 계통에 연계되는 복수 개의 발전기에 대한 자동 발전 제어 시스템에 있어서,
    미리 결정된 시간 간격으로 상기 전력 계통의 계통 주파수 측정값을 수집하는 주파수 정보 수집부;
    상기 미리 결정된 시간 간격으로 상기 복수 개의 발전기의 발전량을 수집하는 발전량 정보 수집부;
    상기 미리 결정된 시간 간격으로 상기 전력 계통에 연계되는 복수 개의 부하의 부하량을 수집하는 부하량 정보 수집부;
    상기 계통 주파수 측정값, 상기 복수 개의 발전기의 발전량, 및 상기 복수 개의 부하의 부하량을 이용하여 계통 주파수 변화에 따른 상기 복수 개의 발전기 각각과 연결되는 부하의 부하 변동량을 산출하는 부하 변동량 산출부; 및
    상기 산출된 부하 변동량을 이용하여 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어 이득을 설정하는 제어 이득 설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 설정된 제어 이득을 이용하여 상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어치를 생성한 후 상기 복수 개의 발전기 각각으로 출력하는 제어치 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 복수 개의 발전기 각각의 동작 제어를 위한 제어치는 상기 복수 개의 발전기 각각의 발전 변화량인 것을 특징으로 하는 부하 변동을 고려한 자동 발전 제어 시스템.
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