KR20160143156A - 전력 망 시스템 - Google Patents

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KR20160143156A
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이은재
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엘에스산전 주식회사
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Abstract

본 발명의 전력 망 시스템은 다수의 제1 시스템과, 다수의 제1 시스템에 연결되어 전체적인 관리를 수행하는 제2 시스템과, 다수의 제1 시스템에 연결되어 제2 시스템에서 전달된 제어 명령이나 제어 신호에 응답하여 해당 기능을 수행하는 다수의 제3 시스템을 포함한다.
다수의 제3 시스템은 적어도 하나 이상의 신재생 발전원에 연결된 다수의 발전원 SAS, 적어도 하나 이상의 ESS에 연결된 다수의 ESS SAS 및 HVDC에 연결되는 HVDC SAS를 포함한다.
여기서, 해당 기능은 신재생 발전원에서는 전력 발전 개시, 전력 발전 유지 및 전력의 발전 중지이다.

Description

전력 망 시스템{Power network system}
본 발명은 전력 망 시스템에 관한 것으로, 특히 최적화가 가능한 전력 망 시스템에 관한 것이다.
현대 사회에 들어서 전력은 없어서는 안될 필요 불가결한 요소가 되고 있다. 특히, 현대 사회가 고도화될수록 전력 사용량은 더더욱 늘어나게 되었으며, 기간 산업인 전력 시스템은 복잡하고 거대해지고 있다.
전술한 바와 같이 복잡하고 거대해진 전력 시스템을 제어하여 늘어나는 전력을 효율적으로 관리하는 것은 매우 중요하다.
전력 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이 EMS(Energy Management System, 이하 EMS라 함)(140), SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition, 이하 SCADA라 함)(130) 등에 의하여 통합적으로 관리 및 운영된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전력은 태양광과 풍력과 같은 신재생 발전원(110)이나 AC 계통(116)에 포함된 일반 발전원에 의해 생성된다. 일반 발전원으로는 원자력, 화력 또는 수력 등이 이용된다. 신재생 발전원으로는 풍력, 태양력 또는 조력 등이 이용된다.
전력은 에너지 저장 장치(ESS: Energy Storage System, 이하 ESS라 함)(112)에 저장되어 계통의 상황에 따라 충전과 방전을 하며 계통을 안정하게 유지하도록 제어된다. 또한, 전력은 고전압 직류 송전 시스템(HVDC: High Voltage Direct Current, 이하 HVDC라 함)(114)에 의해 송전되어 계통 연계 및 계통 분할이 가능하고, 일반 발전원에서 발전된 전력은 AC 계통(116)을 통해 송전된다. AC 계통(116)은 변전소와 송전선을 포함한다.
이와 같이 HVDC(114)이나 AC 계통(116)으을 통하여 송전된 전력은 가정, 회사, 공장 등과 같은 다양한 수요 측에 공급된다.
신재생 발전원(110)으로부터 데이터를 취득하고 제어하는 발전원 SAS(Substation Automation System, 이하 SAS라 함)(120)이 구비된다. ESS(112)로부터 데이터를 취득하고 제어하는 ESS SAS(122)가 구비된다. HVDC(114)으로부터 데이터를 취득하고 제어하는 HVDC SAS가 구비된다. AC 계통(116)으로부터 데이터를 취득하고 제어하는 AC 변전소 SASAC 변전소 SAS가 취득된다. SAS는 해당 시스템의 스위치 군의 온/오프 상태 변화 데이터와 전류, 전압, 온도, 속도 등의 아날로그 데이터를 취득하여 이를 기반으로 제어 알고리즘을 수행하고 시스템을 감시 및 제어하게 된다.
이들 데이터는 신재생 발전원(110)의 경우 발전량, 전압, 전류, 변압기 탭(TAP) 위치 등과 선로의 GIS(Gas Insulated Switchgear) 상태 등이며, ESS(112)의 경우 저장 전력량, 배터리 전압, 전력 기준값 변화 상태 등의 정보이며, HVDC(114)의 경우 무효전력량, 유효전력량, 발생 고조파 전류, 전압, 선로 차단 기류의 상태 등이다. 그리고 AC 계통(116)의 경우에 데이터로는 전압, 전류, 선로 차단기류 상태, 선로 열 제한치, 변압기 탭(TAP) 등을 나타내는 정보이다.
이들 데이터는 제어 감시 시스템(SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition, 이하 SCADA라 함)(130)를 통해 통합 에너지 관리 시스템(EMS: Energy Management System, 이하 EMS라 함)(140)로 전달된다.
EMS(140)는 전력망 시스템을 전체적으로 관리한다. EMS(140)는 신재생 발전원(110)의 상태, ESS(112)의 상태, HVDC(114)의 상태 그리고 AC 계통(116)의 상태를 바탕으로 신재생 발전원(110), ESS(112), HVDC(114) 및 AC 계통(116)을 감시 및 제어하여 운용한다.
SCADA(130)는 발전원 SAS(120), ESS SAS(122), HVDC SAS(124) 및 AC 변전소 SAS(126)로부터 전달된 데이터를 취합하고 가공하여 EMS(140)에 전달한다. 아울러, SCADA(130)는 EMS(140)로부터 전달된 제어 명령을 해당 발전원 SAS(120), ESS SAS(122), HVDC SAS(124) 및 AC 변전소 SAS(126)으로 전달한다.
해당 발전원 SAS(120), ESS SAS(122), HVDC SAS(124) 및 AC 변전소 SAS(126)은 SCADA(130)를 통해 전달된 명령에 기반하여 신재생 발전원(110), ESS(112), HVDC(114) 및 AC 계통(116)에 취해지도록 제어한다.
종래의 전력망 시스템은 모든 신재생 발전원(110), ESS(112), HVDC(114) 및 AC 계통(116)으로부터 취합된 데이터가 EMS(140)로 전달되고, EMS(140)가 이러한 모든 데이터를 바탕으로 제어 즉, 계통의 전체적인 관리나 하부 시스템으로의 명령을 내리게 된다.
이에 따라, 종래의 전력망 시스템은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫번째로, 종래의 전력망 시스템에서는 EMS(140)에 상당한 과부하가 발생되는 문제가 있다.
두번째로, 종래의 전력망 시스템에서는 신재생 발전원(110), ESS(112), HVDC(114) 및 AC 계통(116) 각각의 상태 감시와 제어가 독립적으로 이루어지며 최종 제어가 최상위 시스템, 즉 EMS(140)에서만 이루어지므로 최종 제어에 소요되는 시간이 길어져, 결국 제어의 속응성이 떨어지는 문제가 있다.
세번째로, 종래의 전력망 시스템에서는 최상위 시스템인 EMS(140)에서 취합되는 데이터 수가 많아지게 되어 각 데이터의 취득 시간이 동일하지 못해 , 제어의 정확도가 떨어지는 문제가 있다.
네번째로, 종래의 전력망 시스템에서는 상위 시스템으로 취합되는 하위 시스템의 데이터가 많은 변화 단계를 거치면서 받는 신호 왜곡 및 노이즈에 의해 오류가 발생되고, 이와 같은 오류를 포함하는 데이터를 바탕으로 제어 및 명령이 내려져, 결국 전력 망 관리에 치명적인 오류가 발생되는 신뢰도의 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 계통의 안정성과 제어의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 전력 망 시스템을 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 전력 망 시스템은, 다수의 제1 시스템; 상기 다수의 제1 시스템에 연결되어 전체적인 관리를 수행하는 제2 시스템; 및 상기 다수의 제1 시스템에 연결되어 상기 제2 시스템에서 전달된 제어 명령이나 제어 신호에 응답하여 해당 기능을 수행하는 다수의 제3 시스템을 포함한다.
상기 다수의 제3 시스템은 적어도 하나 이상의 신재생 발전원에 연결된 다수의 발전원 SAS, 적어도 하나 이상의 ESS에 연결된 다수의 ESS SAS 및 HVDC에 연결되는 HVDC SAS를 포함한다.
상기 해당 기능은 상기 신재생 발전원에서는 전력 발전 개시, 전력 발전 유지 및 전력의 발전 중지이다.
본 발명에 따른 단말기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
첫번째로, 본 발명은 다수의 시스템 각각이 서로 독립적인 제어가 가능하므로, SCADA의 상위 시스템인 EMS의 부하를 획기적으로 줄여주고, SCADA의 하위 시스템인 신재생 발전원, ESS 및 HVDC에서 취합된 모든 데이터가 전달되는 경로를 줄여, 제어의 속응성을 향상시킬 수 있다.
두번째로, 본 발명은 신재생 발전원이나 ESS의 전력을 HVDC를 통해 직류 송전이 가능하다. 따라서, HVDC를 사용하여 전력의 방향인 조류의 흐름을 제어할 수 있으므로, 충전과 필요한 전력 및 방전을 통한 전력 공급이 가능하다.
세번째로, 본 발명은 하나의 Grid SCADA가 관할 또는 커버하는 다수의 신재생 발전원이 구비되어, 하나의 Grid SCADA가 EMS로부터 전달된 전력량 정보에 따라 다수의 신재생 발전원을 선택적으로 차단시킬 수 있어, EMS에서 일일이 각 신재생 발전원의 전력 발전 중단을 제어할 필요가 없어 효율적인 망 관리가 용이하다.
네번째로, 각 SCADA 당 제1 및 제2 서브 SCADA를 구비시켜, 제1 및 제2 서브 SCADA 중 어느 하나의 SCADA가 다수의 하위 시스템 모두를 관할하지 않고 제1 및 제2 서브 SCADA가 다수의 하위 시스템을 나누어 관할하도록 제1 및 제2 서브 SCADA와 다수의 하위 시스템을 선택적으로 연결시켜 줌으로써, SCADA의 과부하와 같은 특수한 상황에 용이하게 대처할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 전력 망 시스템을 보여준다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 망 시스템을 보여준다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 망 시스템을 보여준다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 망 시스템을 보여준다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 망 시스템을 보여준다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 망 시스템은 EMS(50), 다수의 SCADA(31, 32, 46), 다수의 SAS(21 내지 26, 46), 다수의 신재생 발전원(11, 14), ESS(12, 15), HVDC(13, 16) 및 AC 계통(42)을 포함할 수 있다.
신재생 발전원(11, 14)은 태양광, 풍력, 조력 등을 이용하여 전력을 발전하는 소스이다.
본 발명의 신재생 발전원(11, 14)은 각 지역마다 다수개가 구비될 수 있다. 예컨대 A 지역에 10개의 신재생 발전원이 구비되고, B 지역에 30개의 신재생 발전원이 구비되고, C 지역에 50개의 신재생 발전원이 구비될 수 있다.
ESS(12, 15)는 신재생 발전원(11, 14)에서 발전된 전력을 저장하는 장치이다.
본 발명의 ESS(12, 15)는 신재생 발전원(11, 14)과 쌍으로 구성될 수도 있고 적어도 2개 이상의 신재생 발전원과 연관될 수도 있다.
HVDC(13, 16)는 신재생 발전원(11, 14)에서 발전되거나 ESS(12, 15)에 저장된 전력을 직류로 송전하는 계통이다.
본 발명의 HVDC(13, 16)는 지역마다 구비될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, HVDC(13, 16)는 상술한 A 지역, B 지역 그리고 C 지역에 각각 구비되어, A 지역, B 지역 그리고 C 지역 각각에서 발전된 전력이 해당 HVDC(13, 16)에 의해 목적지까지 직류 송전될 수 있다.
AC 계통(42)은 일반 발전원에서 발전된 전력을 교류로 송전하는 계통이다.
일반 발전원은 원자력, 화력, 수력 등을 이용하여 전력을 발전하는 소스이다.
일반 발전원 또한 HVDC를 이용한 직류 송전에 의해 송전될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
HVDC(13, 16)는 AC 계통(42)에 비해 전력 손실이 적고, 비동기 계통 연계가 용이하고, 블랙아웃(blackout) 시 대응이 용이하며, 전력 제어가 용이한 장점을 가지고 있다. 블랙아웃이라 함은 대규모 정전 사태를 의미한다.
이에 따라, 본 발명에서는 신재생 발전원(11, 14)에서 발전된 전력의 송전에 HVDC(13, 16)가 이용될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
다수의 SAS(21 내지 26, 46) 각각은 신재생 발전원(11, 14), ESS(12, 15), HVDC(13, 16) 및 AC 계통(42)에 연결될 수 있다. 구체적으로 보면, 발전원 SAS(21, 24)는 신재생 발전원(11, 14)에 연결되고, ESS SAS(22, 25)는 ESS(12, 15)에 연결되고, HVDC SAS(23, 26)는 HVDC(13, 16)에 연결될 수 있다.
발전원 SAS(21, 24)는 신재생 발전원(11, 14)의 상태를 감시한다. 즉, 발전원 SAS(21, 24)는 신재생 발전원(11, 14)에서 신재생 발전원(11, 14)의 상태를 나타내는 다수의 데이터를 취득한다. 신재생 발전원(11, 14)에는 신재생 발전원(11, 14)에서 발전된 전력량과 모선 전압, 전류, 유/무효 전력량, 변압기 탭(TAP) 등과 같은 상태 값과 스위치 군의 온/오프의 상태를 감지할 수 있는 다수의 포인트(point)가 구비될 수 있다. 각 포인트에는 전술한 센서류가 구비되어 해당 포인트에서의 신재생 발전원(11, 14)의 상태가 감지될 수 있다. 센서에서 검출된 신호는 아날로그 신호이므로, 각 포인트에는 이러한 아날로그 신호를 디지털 신호인 데이터로 변환하여 주기 위한 아날로그 디지털 컨버터가 구비될 수 있다.
따라서, 신재생 발전원(11, 14)의 다수의 포인트에서 검출된 다수의 데이터 즉, 발전량, 전압, 전류, 변압기 탭(TAP) 위치 등과 선로의 GIS(Gas Insulated Switchgear) 상태가 발전원 SAS(21, 24)로 전달될 수 있다.
ESS(12, 15) 또한 서로 다른 위치에 다수의 센서가 구비되어, 각 센서에서 검출된 다수의 데이터 즉, 저장 전력량, 배터리 전압, 전력 기준값 변화 상태 등의 정보가 ESS SAS(22, 25)로 전달될 수 있다.
HVDC(13, 16) 또한 서로 다른 위치에 다수의 센서가 구비되어, 각 센서에서 검출된 다수의 데이터 즉, 무효전력량, 유효전력량, 발생 고조파 전류, 전압, 선로 차단 기류의 상태가 HVDC SAS(23, 26)로 전달될 수 있다. 한편, AC 변전소 SAS(44)는 AC 계통(42)에 연결될 수 있다. AC 계통(42)의 서로 다른 위치에 다수의 센서가 구비되어, 각 센서에서 검출된 다수의 데이터 즉, 전압, 전류, 선로 차단기류 상태, 선로 열 제한치, 변압기 탭(TAP) 등을 나타내는 정보가 AC 변전소 SAS(44)로 전달될 수 있다.
다수의 SCADA(31, 32, 46)은 다수의 SAS(21 내지 26, 44)에 각각 연결된다. SCADA(31, 32, 46)는 대응하는 SAS(21 내지 26, 44)의 상위 시스템일 수 있다. SAS(21 내지 26, 44)에서 취합된 데이터는 SCADA(31, 32, 46)로 전달되고, SCADA(31, 32, 46)에서 SAS(21 내지 26, 44)로 제어 명령이나 제어 신호가 전달될 수 있다. 이러한 제어 명령이나 제어에 의해 각 SAS(21 내지 26, 44)에 연결된 신재생 발전원(11, 14), ESS(12, 15), HVDC(13, 16) 또는 AC 계통(42)이 제어될 수 있다. 예컨대, 특정 제어 명령이나 제어 신호가 SCADA(31, 32 )로부터 발전원 SAS(21, 24)를 경유하여 신재생 발전원(11, 14)으로 전달되어 신재생 발전원(11, 14)의 발전이 정지되거나 시작될 수 있다.
예컨대, 특정 제어 명령이나 제어 신호가 SCADA(31, 32 )로부터 ESS SAS(22, 25)를 경유하여 ESS(12, 15)로 전달되어 신재생 발전원(11, 14)에서 발전된 전력이 ESS(12, 15)에 저장될 수 있다. 만일 EMS(50)에 의해 판단된 전체 전력량이 소비 전력량에 비하여 많을 경우 ESS(12, 15)에 에너지가 저장될 수 있다. 또한 반대로 소비전력량에 비하여 발전량이 적지만 발전기의 추가 발전 가능한 전력량이 없을 경우 ESS(12, 15)에 저장된 에너지가 방전되어 계통에 전력을 공급할 수도 있다.
예컨대, 특정 제어 명령이나 제어 신호가 SCADA(31, 32 )로부터 HVDC SAS(23, 26)를 경유하여 HVDC(13, 16)로 전달되어 신재생 발전원(11, 14) 및/또는 ESS(12, 15)의 전력이 HVDC(13, 16)를 통해 직류 송전될 수 있다.
예컨대, 특정 제어 명령이나 제어 신호가 SCADA(46)로부터 AC 변전소 SAS(44)를 경유하여 AC 계통(42)으로 전달되어 일반 발전원에서 발전된 전력이 AC 계통(42)을 통해 교류 송전될 수 있다.
본 발명에서는 다수의 SCADA(31, 32, 46)가 구비되고, 이들 SCADA(31, 32, 46) 각각이 EMS(50)와 별개로 독립적인 제어 및 관리가 가능하다는데 그 중요한 특징이 있다.
특히, 다수의 신재생 발전원(11, 14)의 제어를 위해 다수의 SCADA(31, 32 )가 구비될 수 있다. 각 SCADA(31, 32 )는 서로 독립적이다.
예컨대, 제1 Grid SCADA(31)는 발전원 SAS(21), ESS SAS(22) 및 HVDC SAS(23)에 연결된다. 발전원 SAS(21)은 적어도 하나 이상의 신재생 발전원(11)에 연결되고, ESS SAS(22)는 적어도 하나 이상의 ESS(12)에 연결되며, HVDC SAS(23)은 HVDC(13)에 연결될 수 있다.
여기서, Grid는 각 지역에서 발전되는 신재생 발전원(11)에 의한 전력을 네트워크로 연결하여 제어 및 관리한다는 의미에서 종래와 차별화하기 위해 부가된 용어로서, Grid SCADA에서 Grid를 삭제해도 무방하다.
제1 Grid SCADA(31)는 신재생 발전원(11)으로부터 얻어진 데이터를 발전원 SAS(21)를 통해 전달받는 한편, 해당 데이터를 EMS(50)로 전달할 수 있다.
제1 Grid SCADA(31)는 EMS(50)로부터 전달된 제어 명령이나 제어 신호를 발전원 SAS(21)로 전달한다. 이러한 경우, 발전원 SAS(21)는 해당 제어 명령이나 제어 신호에 응답하여 신재생 발전원(11)의 전력 발전을 중지하거나 전력 발전을 유지하거나 전력 발전을 다시 시작하도록 제어할 수 있다.
제1 Grid SCADA(31)는 EMS(50)로부터 전달된 제어 명령이나 제어 신호를 ESS SAS(22)로 전달한다. 이러한 경우, ESS SAS(22)는 해당 제어 명령이나 제어 신호에 응답하여 신재생 발전원(11)에서 발전된 전력을 ESS(12, 15)에 저장시키거나 ESS(12, 15)에 저장된 전력을 방전시키도록 제어할 수 있다.
제1 Grid SCADA (31)는 EMS(50)로부터 전달된 제어 명령이나 제어 신호를 HVDC SAS(23)로 전달한다. 이러한 경우, HVDC SAS(23)는 해당 제어 명령이나 제어 신호에 응답하여 신재생 발전원(11)이나 ESS(12, 15)의 전력을 HVDC(13, 16)를 통해 직류 송전하도록 제어할 수 있다.
이와 같은 방식으로 나머지 Grid SCADA(32) 각각은 하위의 발전원 SAS(24), ESS SAS(25) 및 HVDC SAS(26)에 연결될 수 있다.
AC 계통(42)를 제어하기 위한 SCADA(46)이 AC 변전소 SAS(44)에 연결되고, SCADA(46)이 EMS(50)로부터 전달된 제어 명령이나 제어 신호를 AC 변전소 SAS(44)를 통해 AC 계통(42)으로 전달하여 해당 AC 계통(42)을 통해 일반 발전원에서 발전된 전력을 교류로 송전하도록 제어할 수 있다.
다수의 Grid SCADA(31, 32) 각각은 서로 독립적이며, 하위 측, 예컨대 신재생 발전원(11, 14), ESS(12, 15) 및 HVDC(13, 16)로부터 얻어진 데이터를 EMS(50)로 전달하고 EMS(50)로부터 전달된 제어 명령이나 제어 신호를 하위 측으로 전달하여, 신재생 발전원(11, 14), ESS(12, 15) 및 HVDC(13, 16) 각각의 기능이 수행되도록 제어할 수 있다.
여기서, 서로 독립적이라 함은 다수의 Grid SCADA(31, 32) 각각에 연결된 다수의 신재생 발전원(11, 14), ESS(12, 15) 및 HVDC(13, 16)의 제어에 있어서 서로 독립적이라 함을 의미한다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 다수의 SCADA(31, 32)가 구비되고 각 SCADA(31, 32)가 서로 독립적인 제어가 가능하므로, SCADA(31, 32)의 상위 시스템인 EMS(50)의 부하를 획기적으로 줄여줄 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 다수의 SCADA(31, 32)가 구비되고 각 SCADA(31, 32)가 서로 독립적인 제어가 가능하므로, SCADA(31, 32)의 하위 시스템인 신재생 발전원(11, 14), ESS(12, 15) 및 HVDC(13, 16)에서 취합된 모든 데이터를 EMS(50)로 전달할 필요가 없고 단지 SCADA(31, 32)에 전달되어 SCADA(31, 32)에서 하위 시스템에 대한 제어가 가능하므로, 각종 데이터가 EMS(50)에 전달되어 최종 제어가 결정되는데 걸리는 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 다수의 SCADA(31, 32)가 구비되고 각 SCADA(31, 32)가 서로 독립적인 제어가 가능하므로, SCADA(31, 32)의 하위 시스템인 신재생 발전원(11, 14), ESS(12, 15) 및 HVDC(13, 16)에서 취합된 모든 데이터가 전달되는 경로를 줄여, 제어의 속응성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 다수의 SCADA(31, 32)가 관할 또는 커버하는 HVDC(13, 16)가 구비되어 HVDC(13, 16)를 통해 직류 송전이 가능하므로, 종래에 AC 계통에 의한 자기장 등으로 인해 취합되는 데이터에 발생된 오류로 인한 전력 망 관리의 오류를 방지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 종래와 다음과 같이 차이가 있다.
즉, 종래에는 도 1에 도시한 바와 같이, 각각의 SAS(120 내지 126)에서 수집된 데이터가 SCADA(130)를 통해 EMS(140)으로 전달되고, EMS(140)에서 수집된 모든 데이터를 대상으로 연산을 수행하고, 이를 바탕으로 각각의 SAS(120 내지 126)에 연결되어 있는 대상, 예컨대 신재생 발전원(110), ESS(112), HVDC(114) 및 AC 계통(116)에 대한 제어 제어 명령을 생성하여 SCADA(130)를 통해 각 SAS(120 내지 126)으로 전달한다.
이에 반해, 본 발명에서는 도 2에 도시한 바와 같이, Grid SCADA(31, 32) 각각이 각각의 SAS(21 내지 26)로부터 수집된 데이터를 직접 분석 및 연산을 수행하여 그 결과를 EMS(50)으로 전달하여 주고, EMS(50)는 Grid SCADA(31, 32) 단위로 제어 명령을 각 Grid SCADA(31, 32)로 전달하면 각 Grid SCADA(31, 32)가 제어 명령을 각 SAS(21 내지 26)에 전달하여 줌으로서, 종래 대비 EMS(50)의 연산 부담이 경감되어 궁극적으로 EMS(50)의 부하가 현저히 줄어들게 된다.
한편, 본 발명에서는 Grid SCADA(31, 32) 각각이 분석 및 연산을 하지 않고 EMS(50)에서 이러한 분석 및 연산이 수행될 수도 있다. 즉, Grid SCADA(31, 32) 각각이 각각의 SAS(21 내지 26)로부터 수집된 데이터를 EMS(50)로 전달하고, EMS(50)가 상기 Grid SCADA(31, 32) 각각으로부터 전달된 결과를 기반으로 상기 Grid SCADA(31, 32) 각각 단위로 생성된 제어 명령을 상기 Grid SCADA(31, 32) 각각으로 전달할 수 있다. 상기 Grid SCADA(31, 32) 각각이 EMS(50)에서 전달된 제어 명령에 따라 상기 Grid SCADA(31, 32) 각각에 연결된 다수의 SAS(21 내지 42)에 대한 제어를 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 망 시스템을 보여준다.
제2 실시예는 다수의 신재생 발전원(11_1 내지 11_4)을 하나의 Grid SCADA(31)가 선택적으로 제어하는 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일하므로, 제1 실시예에서 설명된 내용과 중복되지 않는 내용을 위주로 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 망 시스템은 EMS(50), 다수의 SCADA(31, 32, 46), 다수의 SAS(21 내지 26, 46), 다수의 신재생 발전원(11_1 내지 11_4), ESS(12, 15), HVDC(13, 16) 및 AC 계통(42)을 포함할 수 있다.
설명의 편의를 위해, 도 3은 도 2에 도시된 다수의 SCADA(31, 32, 46) 중에서 제1 Grid SCADA(31)를 대표로 도시하지만, 나머지 SCADA(3246) 또한 도 3과 동일하게 도시되고 그 기능 또한 동일할 수 있다.
아울러, 설명의 편의를 위해, 도 3에는 ESS SAS(22, 25), ESS(12, 15), HVDC SAS(23, 26) 및 HVDC(13, 16)가 도시되지 않고 있지만, 제1 실시예와 마찬가지로 제2 실시예 또한 ESS SAS(22, 25), ESS(12, 15), HVDC SAS(23, 26) 및 HVDC(13, 16)가 구비되어 제1 실시예와 동일한 기능을 수행할 수 있다.
제1 Grid SCADA(31)는 제1 내지 제4 발전원 SAS(22_1 내지 22_4)에 연결되고, 제1 내지 제4 발전원 SAS(22_1 내지 22_4) 각각은 대응하는 제1 내지 제4 신재생 발전원(11_1 내지 11_4)에 연결될 수 있다.
본 발명에서는 설명의 편의를 위해, 4개의 발전원 SAS(22_1 내지 22_4) 그리고 4개의 신재생 발전원(11_1 내지 11_4)으로 한정하고 있지만, 이보다 더 많은 발전원 SAS 그리고 신재생 발전원이 구비될 수도 있다.
제1 Grid SCADA(31)는 EMS(50)와 연결되어, 하위측 제1 내지 제4 신재생 발전원(11_1 내지 11_4)으로부터 제1 내지 제4 발전원 SAS(22_1 내지 22_4)를 경유하여 전달된 다수의 데이터를 EMS(50)로 전달하는 한편, EMS(50)로부터 전달된 제어 명령이나 제어 신호를 제1 내지 제4 발전원 SAS(22_1 내지 22_4)를 경유하여 제1 내지 제4 신재생 발전원(11_1 내지 11_4)으로 전달할 수 있다.
제1 Grid SCADA(31)는 제1 내지 제4 신재생 발전원(11_1 내지 11_4)을 선택적으로 제어할 수 있다. 즉, 제1 Grid SCADA(31)는 EMS(50)로부터 전달된 정보, 예컨대 전력량 정보를 바탕으로 해당 전력량에 부합하도록 제1 내지 제4 신재생 발전원(11_1 내지 11_4)을 선택적으로 제어할 수 있다.
예컨대, 제1 내지 제4 신재생 발전원(11_1 내지 11_4)에서 하기 표1과 같은 전력량이 현재 발전된다고 하자. 제1 내지 제4 신재생 발전원(11_1 내지 11_4) 모두에서 발전되는 총 전력량이 70MWh이다.
발전원 전력량[MWh]
제1 신재생 발전원(11_1) 30
제2 신재생 발전원(11_2) 20
제3 신재생 발전원(11_3) 10
제4 신재생 발전원(11_4) 10
만일 제1 Grid SCADA(31)에서 60MWh의 전력량을 발전하도록 하는 전력량 정보가 EMS(50)으로부터 제1 Grid SCADA(31)로 전달되는 경우, 제1 Grid SCADA(31)는 제3 신재생 발전원(11_3) 또는 제4 신재생 발전원(11_4)의 전력 발전을 중단시키기 위해 제3 발전원 SAS(22_3) 또는 제4 발전원 SAS(22_4)로 전력 발전 중단을 나타내는 제어 신호를 전달할 수 있다. 제3 발전원 SAS(22_3) 또는 제4 발전원 SAS(22_4)로부터 해당 제어 신호에 의해 제3 신재생 발전원(11_3) 또는 제4 신재생 발전원(11_4)의 전력 발전이 중단될 수 있다.
아울러, 제1 Grid SCADA(31)는 제1 내지 제3 발전원 SAS(22_1 내지 22_3)를 통해 제1 내지 제3 신재생 발전원(11_1 내지 11_3)에 전력 발전 유지를 나타내는 제어 신호를 전달하여, 제1 내지 제3 신재생 발전원(11_1 내지 11_3)의 전력 발전을 유지하도록 제어할 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
만일 제1 Grid SCADA(31)에서 40MWh의 전력량을 발전하도록 하는 전력량 정보가 EMS(50)으로부터 제1 Grid SCADA(31)로 전달되는경우, 제1 Grid SCADA(31)는 제1 신재생 발전원(11_1)의 전력 발전을 중단시키기 위해 제1 발전원 SAS(22_1)로 전력 발전 중단을 나타내는 제어 신호를 전달할 수 있다. 제1 발전원 SAS(22_1)로부터 해당 제어 신호에 의해 제1 신재생 발전원(11_1)의 전력 발전이 중단될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에서는 하나의 Grid SCADA(31)가 관할 또는 커버하는 다수의 신재생 발전원(11_1 내지 11_4)이 구비되어, 하나의 Grid SCADA(31)가 EMS(50)로부터 전달된 특정 MWh의 전력량을 발전하도록 하는 전력량 정보에 따라 다수의 신재생 발전원(11_1 내지 11_4)을 선택적으로 차단시킬 수 있어, EMS(50)에서 일일이 각 신재생 발전원(11_1 내지 11_4)의 전력 발전 중단을 제어할 필요가 없어 효율적인 망 관리가 용이하다
본 발명의 제2 실시예는 하나의 Grid SCADA(31)가 다수의 신재생 발전원(11_1 내지 11_4)을 선택적으로 차단시키는 것으로 한정하여 설명하고 있지만, 하나의 Grid SCADA(31)가 ESS(12, 15)를 선택적으로 저장 또는 방전시키도록 제어할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 망 시스템을 보여준다.
제3 실시예는 제2 실시예와 다르게, 다수의 발전원을 관할 또는 커버하는 적어도 2개의 Grid SCADA(34, 36)를 구비시켜, 2개의 Grid SCADA(34, 36) 각각이 관할하는 하위 시스템의 개수를 선택적으로 조절할 있다.
2개의 Grid SCADA(34, 36)는 도 4에 도시한 바와 같이, 예컨대, 도 2에 도시된 다수의 SCADA(31, 32, 46) 중에서 제1 Grid SCADA(31)에 포함된 제1 및 제2 서브 Grid SCADA(34, 36)일 수 있다.
아울러, 설명의 편의를 위해, 도 4에는 ESS SAS(22, 25), ESS(12, 15), HVDC SAS(23, 26) 및 HVDC(13, 16)가 도시되지 않고 있지만, 제1 실시예와 마찬가지로 제3 실시예 또한 ESS(12, 15) SAS(22, 25), ESS(12, 15), HVDC SAS(23, 26) 및 HVDC(13, 16)가 구비되어 제1 실시예와 동일한 기능을 수행할 수 있다.
도 4a를 참고하면, Grid SCADA(31)는 제1 및 제2 서브 Grid SCADA(34, 36)를 포함할 수 있다. 아울러, 제1 및 제2 서브 Grid SCADA(34, 36)의 하위 시스템인 제1 내지 제4 발전원 SAS(22_1 내지 22_4) 및 제1 내지 제4 신재생 발전원(11_1 내지 11_4)이 구비될 수 있다.
제1 내지 제4 신재생 발전원(11_1 내지 11_4)은 제1 서브 Grid SCADA(34)의 제어에 의해 해당 기능, 예컨대 해당 신재생 발전원(11_1 내지 11_4)의 전력 발전 중단, 전력 발전 유지 또는 전력 발전 시작을 수행할 수 있다.
네트워크적으로 보면, 제1 내지 제4 발전원 SAS(22_1 내지 22_4) 모두 제1 서브 Grid SCADA(34)에 연결되지만 제2 서브 Grid SCADA(36)에는 연결되지 않을 수 있다.
이에 반해, 특수한 상황, 예컨대 제1 서브 Grid SCADA(34)의 과부하시, 도 4b에 도시한 바와 같이, 제1 서브 Grid SCADA(34)는 제1 및 제2 발전원 SAS(22_1, 22_2)에 연결되고, 제2 서브 Grid SCADA(36)는 제3 및 제4 발전원 SAS(22_3, 22_4)에 연결될 수 있다. 이러한 경우, 제1 서브 Grid SCADA(34)는 제1 및 제2 발전원 SAS(22_1, 22_2)를 통해 제1 및 제2 신재생 발전원(11_1, 11_2)을 제어하고, 제2 서브 Grid SCADA(36)는 제3 및 제4 발전원 SAS(22_3, 22_4)를 통해 제3 및 제4 신재생 발전원(11_3, 11_4)을 제어할 수 있다.
도시되지 않았지만, 만일 제1 서브 Grid SCADA(34)가 교체되어야 하거나 고장 수리 중인 경우, 제1 내지 제4 발전원 SAS(22_1 내지 22_4) 모두는 제2 서브 Grid SCADA(36)에 연결되고 제1 서브 Grid SCADA(34)에는 연결되지 않을 있다.
이와 같이, 제1 내지 제4 발전원 SAS(22_1 내지 22_4)가 제1 서브 Grid SCADA(34) 및 제2 서브 Grid SCADA(36) 중 하나에 선택적으로 연결되도록 하기 위해 제1 내지 제4 발전원 SAS(22_1 내지 22_4) 각각의 입력단과 제1 서브 Grid SCADA(34) 및 제2 서브 Grid SCADA(36)의 출력단 사이에 스위치(미도시)가 구비되고, 이러한 스위치는 상위 시스템, 예컨대 EMS(50)에서 전달된 제어 신호에 의해 스위칭될 수 있다.
예컨대, 제1 스위치의 스위칭에 의해 제1 발전원 SAS(22_1)가 제1 서브 Grid SCADA(34) 및 제2 서브 Grid SCADA(36) 중 하나에 선택적으로 연결된다. 예컨대, 제2 스위치의 스위칭에 의해 제2 발전원 SAS(22_2)가 제1 서브 Grid SCADA(34) 및 제2 서브 Grid SCADA(36) 중 하나에 선택적으로 연결된다.
예컨대, 제3 스위치의 스위칭에 의해 제3 발전원 SAS(22_3)가 제1 서브 Grid SCADA(34) 및 제2 서브 Grid SCADA(36) 중 하나에 선택적으로 연결된다. 예컨대, 제4 스위치의 스위칭에 의해 제4 발전원 SAS(22_4)가 제1 서브 Grid SCADA(34) 및 제2 서브 Grid SCADA(36) 중 하나에 선택적으로 연결된다.
본 발명의 제3 실시예는 제1 및 제2 서브 Grid SCADA(34, 36)가 제1 내지 제4 발전원 SAS(22_1 내지 22_4)에 선택적으로 연결되는 것으로 한정하여 설명하고 있지만, 제1 및 제2 서브 Grid SCADA(34, 36)가 다수의 ESS(12, 15)에 연결된 다수의 ESS SAS(22, 25)에 선택적으로 연결되도록 할 수도 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따르면, 각 SCADA(31, 32) 당 제1 및 제2 서브 SCADA(34, 36)를 구비시켜, 제1 및 제2 서브 SCADA(34, 36) 중 어느 하나의 SCADA가 다수의 하위 시스템 모두를 관할하지 않고 제1 및 제2 서브 SCADA(34, 36)가 다수의 하위 시스템을 나누어 관할하도록 제1 및 제2 서브 SCADA(34, 36)와 다수의 하위 시스템을 선택적으로 연결시켜 줌으로써, SCADA(31, 32)의 과부하와 같은 특수한 상황에 용이하게 대처할 수 있다.
이상에서 설명된 Grid SCADA(31, 32)는 제1 시스템이라 명명되고, Grid SCADA(31, 32)의 상위 시스템인 EMS(50)는 제2 시스템이라 명명되며, Grid SCADA(31, 32)의 하위 시스템인 다수의 발전원 SAS(21, 21_1 내지21_4, 24), ESS SAS(22, 25), HVDC SAS(23, 26), 신재생 발전원(11, 11_1 내지 11_4, 14, ESS(12, 15) 및 HVDC(13, 16)는 제3 시스템이라 명명될 수 있다.
아울러, 하나의 Grid SCADA(31)에 포함된 제1 및 제2 서브 Grid SCADA(34, 36)는 제1 및 제2 서브 시스템이라 명명될 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
11, 14: 신재생 발전원
12, 15: ESS
13, 16: HVDC
21, 24: 발전원 SAS
22, 25: ESS SAS
23, 26: HVDC SAS
31, 32, 46: SCADA
34, 36: Grid SCADA_sub
50: EMS

Claims (11)

  1. 다수의 제1 시스템;
    상기 다수의 제1 시스템에 연결되는 제2 시스템; 및
    상기 다수의 제1 시스템에 연결되어 상기 제2 시스템에서 전달된 제어 명령이나 제어 신호에 응답하여 해당 기능을 수행하는 제3 시스템을 포함하고,
    상기 제3 시스템은 적어도 하나 이상의 신재생 발전원에 연결된 신재생 발전원 제어 시스템, 적어도 하나 이상의 ESS에 연결된 ESS 제어 시스템 및 HVDC에 연결된 HVDC 제어 시스템 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 해당 기능은,
    상기 신재생 발전원에서는 전력 발전 개시, 전력 발전 유지 및 전력의 발전 중지인 전력 망 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 해당 기능은,
    상기 ESS에서는 상기 신재생 발전원에서 발전된 전력의 저장 및 상기 저장된 전력의 방전이며,
    상기 HVDC에서는 상기 신재생 발전원 또는 상기 ESS의 전력에 대한 직류 송전인 전력 망 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 제1 시스템 각각은 상기 다수의 제1 시스템 각각에 연결된 상기 제3 시스템의 제어에 있어서 서로 독립적인 전력 망 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시스템 각각은,
    상기 신재생 발전원, 상기 ESS 및 상기 HVDC로부터 검출된 데이터를 상기 신재생 발전원 제어 시스템, 상기 ESS 제어 시스템 및 상기 HVDC 제어 시스템을 통해 전달받고, 상기 전달된 데이터는 상기 제2 시스템으로 전달하고,
    상기 제2 시스템은 상기 전달된 데이터를 바탕으로 연산을 수행하고, 상기 연산 결과를 바탕으로 상기 제1 시스템 단위로 생성된 제어 명령을 상기 제1 시스템으로 전달하는 전력 망 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 시스템 각각은,
    상기 제2 시스템으로부터 상기 전달된 데이터를 바탕으로 생성된 제어 명령이나 제어 신호를 전달받으며,
    상기 제어 명령이나 제어 신호를 바탕으로 상기 신재생 발전원, 상기 ESS 및 상기 HVDC를 제어하는 전력 망 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시스템 각각은 상기 제어 명령이나 제어 신호를 바탕으로 상기 제1 시스템에 연결되어 있는 다수의 신재생 발전원의 전력 발전량을 각각 제어하는 전력 망 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신재생 발전원은 다수의 신재생 발전원을 포함하고,
    상기 다수의 제1 시스템 각각은 제1 및 제2 서브 시스템을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 서브 시스템 각각과 상기 다수의 신재생 발전원 사이에는 선택적으로 연결되는 전력 망 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다수의 신재생 발전원 모두는 상기 제1 및 제2 서브 시스템 중 어느 하나에 모두 연결되는 전력 망 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 다수의 신재생 발전원의 일부는 상기 제1 및 제2 서브 시스템 중 어느 하나에 연결되고 상기 다수의 신재생 발전원의 다른 일부는 상기 제1 및 제2 서브 시스템 중 어느 다른 하나에 연결되는 전력 망 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시스템은 제어 감시 시스템이고,
    상기 제2 시스템은 통합 에너지 관리 시스템인 전력 망 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시스템은 상기 제3 시스템으로부터 전달된 데이터를 바탕으로 1차 연산을 수행하고 그 결과를 상기 제2 시스템으로 전달하고, 상기 제2 시스템으로부터 수신한 제어 명령을 기반으로 제3 시스템 각각에 대한 제어를 수행하고,
    상기 제2 시스템은 상기 제1 시스템으로부터 전달된 결과를 기반으로 상기 제1 시스템 단위로 생성된 제어 명령을 상기 제1 시스템으로 전달하는 전력 망 시스템.
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