KR20170090036A - 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력계통에서 이용 가능한 풍력발전의 연계용량을 검증할 수 있는 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 모의계통망의 계통 운용전략이 프로그램화 되고, 모니터링 및 정보저장수단의 제어하에 계통 운용을 시뮬레이션하는 계통운용 시뮬레이터와, 상기 모의계통망에 연계될 풍력발전의 운용전략이 프로그램화 되고, 상기 모니터링 및 정보저장수단의 제어하에 풍력 발전 운용을 시뮬레이션하는 풍력 운용모드 시뮬레이터를 포함해서, 저장되고 있는 풍력 연계용량 적정성 검증을 위한 기준정보에 기초해서 풍력 연계용량의 적정성을 검증한다.

Description

풍력 연계용량 적정성 검증 시스템{WIND POWER LINK CAPACITY PROPRIETY VALIDATION SYSTEM}

본 발명은 전력계통에 연계되는 적정성을 검증하기 위한 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력계통에서 이용 가능한 풍력발전의 연계용량을 검증할 수 있는 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템에 관한 것이다.

전력계통망에 연계되는 모든 발전설비는 전력계통의 운용 안정성을 저해하지 않으면서 연계되어야 한다. 이것에 대한 기술적 요건은 그리드 코드(GRID CODE)에 명시되어 있다. 따라서 새로운 발전설비를 전력계통망에 연계하고자 할 때, 상기 전력계통망의 안정성 및 신뢰성을 위협하지 않으면서 연계 가능하도록 상기 새로운 발전설비에 대하여 설계할 필요성이 있다.

최근 에너지 사용이 급증하고 그에 따른 비용 소비가 상승함에 따라서 풍력발전과 같이 수용가 지역에 분산 설치 가능한 발전설비에 대한 관심과 선호가 높아지고 있다. 상기 풍력발전은, 어느 곳이나 산재되어 있는 무공해, 무한정의 바람을 이용하므로 환경에 미치는 영향이 없고, 국토를 효율적으로 이용할 수 있다.

이와 같은 풍력발전시스템을 기존의 전력계통망에 연계되어 이용하기 위해서는 상기 전력계통망의 안정성 및 효율성 부분을 고려해서 구현되어야만 한다. 특히, 전력계통망 내에서 송전급 및 배전급에 연계 가능한 한계용량은 규정화 되어 있고, 이를 초과하는 풍력발전시스템은 상기 전력계통망에 연계되어 사용될 수 없다. 종래 풍력발전시스템이 전력계통망에 연계되어 사용되는 기술은, 대한민국 특허 10-1314913호(등록일자 : 2013년 09년 27일)에서 확인 가능하다.

그러나 상기 종래 기술에서 확인 가능한 바와 같이, 종래 풍력발전을 전력계통망에 연계되어 사용될 때, 사용 가능한 풍력의 연계용량을 검증할 수 있는 방법이 제시되지 못하고 있다. 즉, 종래 풍력발전시스템의 사용 가능한 송전급 및 배전급의 연계용량에 대한 설정 및 평가는 풍력단지 개발자에 의해서 판단되고, 상기 판단된 풍력발전의 송전급 및 배전급의 연계용량은, 전력계통망을 운용하는 계통운용자의 허가하에 결정되는 것이 일반적이었다.

결국 종래 풍력발전시스템의 사용 가능한 송전급 및 배전급의 연계용량에 대한 설정 및 평가가 풍력단지 개발자에 의해서 임의로 이루어질 수 밖에 없었다. 이러한 부분은 결정된 풍력발전시스템의 송전급 및 배전급의 연계용량의 적정성을 검증하기가 어려운 문제점이 있다. 또한, 풍력단지 개발자가 전력계통망에 연계 가능한 풍력 연계용량을 설정, 판단함에 있어서, 고려되어야 하는 각종 사항들이 복잡하여, 개발자의 어려움이 수반되었다. 따라서 풍력발전 시스템의 송전급 및 배전급의 연계용량의 적정성을 검증할 수 있는 시스템 개발이 필요한 실정이다.

본 발명의 목적은 전력계통에 이용 가능한 풍력발전의 연계용량을 검증할 수 있는 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 풍력발전의 연계용량을 전력계통망의 사용 요건에 따라서 적절히 대응해서 합리적으로 산정할 수 있는 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템을 제공하는데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 연계용량 적정성 검증시스템은, 송전급 및 배전급에 따른 임피던스 특성을 모의하도록 구현되는 모의계통망; 상기 모의계통망에 연결되어, 풍력 연계용량 적정성 검증을 위한 기준정보를 저장하고, 풍력 연계용량 적정성에 따른 동작을 모니터링하는 모니터링 및 정보저장수단; 상기 모의계통망의 계통 운용전략이 프로그램화 되고, 상기 모니터링 및 정보저장수단의 제어하에 계통 운용을 시뮬레이션하는 계통운용 시뮬레이터; 상기 모의계통망에 연계될 풍력발전의 운용전략이 프로그램화 되고, 상기 모니터링 및 정보저장수단의 제어하에 풍력 발전 운용을 시뮬레이션하는 풍력 운용모드 시뮬레이터를 포함한다.

상기 풍력 운용모드 시뮬레이터는, 그리드 코드에 규정된 기술요건에 따라서 풍력 운용전략이 프로그램화 된 것을 특징으로 한다.

상기 풍력 운용모드 시뮬레이터와 상기 계통운용 시뮬레이터의 명령신호에 따라서 전력변환을 제어하는 전력변환시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 풍력 운용모드 시뮬레이터는, 저전압보상알고리즘에 따른 풍력 연계용량의 운용을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 풍력 운용모드 시뮬레이터는, 풍력발전의 정상상태와 고장상태에 따른 운용전략이 프로그램화 된 것을 특징으로 한다.

상기 계통운용 시뮬레이터는, 상기 모의계통망을 통해서 각 장치 및 모듈로부터 상태정보를 리드하고, 계통 상태를 판단하는 계통상태정보 판단모듈; 기상상태를 판단하고, 그에 따른 풍력 출력을 산정하는 풍력출력정보 발생모듈; 전력시장의 가격과 수요관리시장에 따른 용량을 제어하는 전력시장정보 제어모듈; 상기 판단모듈, 발생모듈, 제어모듈의 제어정보에 기초하여 계통 운용을 위한 명령을 발생하는 계통운용명령 발생모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 풍력운용모드 시뮬레이터는, 상기 계통운용 시뮬레이터에서 발생하는 명령을 수신하기 위한 계통 시뮬레이터 명령 수신모듈; 상기 명령정보에 기초해서 풍력발전의 운용을 제어하는 풍력운용모드 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템은, 전력계통망에 사용 가능한 풍력 연계용량을 임의로 설정 판단하지 않고, 실제 모의 모듈에 적용하여 판단하므로서, 임의 판단에 대한 오류를 줄이고 검증효과를 높이는 잇점을 얻는다.

또한 본 발명에 따른 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템은, 풍력발전 계발자의 풍력 연계용량 설정 및 판단에 따른 어려움을 해소하여, 일의 효율성을 높이는 효과를 얻는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시하고 있는 계통운용 시뮬레이터에서 계통운용 명령을 발생하기 위한 구성이다.
도 3은 도 1에 도시하고 있는 풍력 운용모드 시뮬레이터에서 풍력운용을 제어하기 위한 제어 구성이다.

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 "부" "모듈" 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.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.

도 1에 도시되고 있는 본 발명의 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템은, 송전 급 및 배전급 모의계통망(10)을 포함한다. 상기 송전급 및 배전급 모의계통망(10)은, 실제의 전력계통망(도시하지 않음)에서 구현되어지는, 실제 거리 및 계통 재배치에 따른 송전급 및 배전급에 따른 임피던스(저항, 리액터, 캐패시터에 의해서 구현되어지는 값) 특성을 모의할 수 있도록 구성되어진다. 상기 송전급 및 배전급 모의계통망(10)은, 실제 전력계통망(도시하지 않음)에서 구현되는 송신선로 상의 송전급과, 실제 전력계통망(도시하지 않음)에서 구현되는 배전선로 상의 배전급에 따라 임피던스가 달라지는 지점에 노드를 설정하고, 각 노드마다 다른 임피던스 특성을 모의할 수 있도록 구현된다. 상기 송전급 및 배전급 모의계통망(10)은, 전원이 공급되어지는 전원선로와, 후술되는 모니터링 및 정보저장부(20)와 필요한 정보의 송수신을 수행하기 위한 통신선로에 연결된다.

이하에서는 상기 송전급 및 배전급 모의계통망(10)을 간단히 모의계통망으로 명명하여 설명한다. 또한 본 발명의 명칭인 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템에 대해서도 간단히 검증 시스템으로 명명하여 설명한다. 그리고 이하 설명되는 발전모듈, 부하모듈 들 모두 풍력 연계용량 검증을 위해서 실제 발전기의 특성, 부하의 특성을 갖도록 모의한 모듈임을 적어둔다.

상기 모니터링 및 정보저장부(20)는, 본 발명의 검증 시스템을 전체적으로 총괄하고 감시하는 제어 기능을 갖는다. 따라서 상기 모니터링 및 정보저장부(20)는, 컴퓨터와 같이 제어 기능을 갖으면서 입출력과 디스플레이 그리고 외부와 통신이 가능한 도구를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 모니터링 및 정보저장부(20)는, 계통 운용을 제어하기 위한 각종 데이터와, 사용 가능한 풍력 연계용량을 검증하고 판단하기 위해서 필요로 하는 각종 데이터들을 저장하고 있다. 일 예로 모의계통망(10)에 연결된 각 장치 또는 모듈들에 대해서 출력치, 전압, 전류 등과 같은 전력특성에 따른 각종 기준 데이터를 포함해서, 사용 가능한 풍력발전의 연계용량 판단시에 이용될 수 있는 단락용량, 불평형, 전압변동, 전압제어, 단독운전, 역조류 등과 같은 각종 운전특성 항목에 따른 다양한 파라미터를 저장한다. 상기 저장된 값들은 기존의 경험치에 따른 적정값으로 설정해서 저장하는 것이 바람직하다.

또한 상기 모니터링 및 정보저장부(20)는, 후술되는 계통운용 시뮬레이터(22)와 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)의 시뮬레이션 동작을 감시하고, 그에 따른 감시 정보를 표시해줘서 계통운용자, 또는 풍력단지 개발자가 산정된 풍력 연계용량이 적정한지를 확인할 수 있도록 한다. 이를 위해서 상기 모니터링 및 정보저장부(20)는, 상기 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)와 풍력발전의 운용전략에 따른 상호 정보 교환이 이루어진다. 또한 상기 계통운용 시뮬레이터(22)와 계통 운용전략에 따른 상호 정보 교환이 이루어진다.

즉, 상기 모니터링 및 정보저장부(20)는, 실제 전력계통망에서 전력 계통제어를 수행하기 위한 에너지 관리 시스템(Energy Maintenance System ; EMS)과 같은 기능을 담당한다. 따라서 상기 모니터링 및 정보저장부(20)는 모의계통망(10)에 연결된 각 장치 또는 모듈들을 제어하기 위해서, 각 장치 또는 모듈로부터 필요한 데이터를 송수신하기 위해서 통신선로에 연결되며, 각 장치 또는 모듈들의 제어값을 변경제어, 각 장치 또는 모듈들의 출력값을 리드하도록 구성된다.

본 발명의 검증시스템은, 실제 전력계통망에 구현되어진 각종 발전 시스템 및 장치들을 모의하는 각종 장치 및 모듈들을 상기 모의계통망(10)에 연결하고 있다. 상기 모의계통망(10)에 연결된 모의 모듈들은, 중앙급전용 발전모듈(12), 비중앙급전용 발전모듈(14), 전력저장장치(16), 모의부하모듈(18) 들을 포함한다. 이 외에도 실제 전력계통망에서 구현되고 있는 발전시스템 및 장치들에 대해서 추가적으로 모의 모듈화해서 상기 모의계통망(10)에 연결하는 것이 가능할 것이다. 이 경우 모의계통망(10)의 모의 임피던스 특성도 조절될 필요성은 당연히 있다.

상기 중앙급전용 발전모듈(12)은, 현재 가장 많은 전력을 발생해서 사용되고 있는 화력발전소와 같은 주발전시스템의 특성을 모의한 모듈이다. 상기 중앙급전용 발전모듈(12)은, 전력계통망을 운용하는 계통 운용자의 급전 지시에 따라서 신속하게 기동/정지, 출력변동이 가능하게 설계되는 동기발전기의 특성을 모의한 모듈이다. 상기 중앙급전용 발전모듈(12)의 발생 전원은 본 발명의 검증 시스템의 사용 전원으로도 이용된다. 상기 중앙급전용 발전모듈(12)은, 주파수 변동에 대한 응동특성을 보유한다.

상기 비중앙급전용 발전모듈(14)은, 전력계통망을 운용하는 계통 운용자의 급전지시에 관계없이 출력을 발생하는 발전시스템의 특성을 모의한 모듈이다. 상기 비중앙급전용 발전모듈(14)은, 유도발전기 또는 태양광 발전기 등 신재생에너지를 발생시키는 발전기의 특성을 모의한 모듈이다.

상기 전력저장장치(Eneregy Storage System : ESS; 16)는, 상기 비중앙급전용 발전모듈(14)과 같이 신재생에너지에서 생산되는 전력을 모의계통망(10)에 안정적으로 연결해주기 위해서 사용된다. 즉, 과잉 생산된 전력을 저장한 후, 전력이 부족한 경우에 방전하여 전력수급을 안정화시키기 위해서 이용된다. 따라서 상기 전력저장장치(16)는, 피크부하 절감, 신재생에너지 출력 평활화를 위해서 장시간 응동특성이 좋은 전력저장장치와 단시간 응동특성이 좋은 전력저장장치를 하이브리드로 설치한다. 본 발명에서 상기 전력저장장치(16)는, 풍력발전에 의해 발생된 에너지를 저장하고, 필요한 경우에 방전하여 사용할 수 있도록 제어되는 것이 가능하다. 또한 모의계통망(10)의 송전과 배전을 위한 임피던스 가변이 이루어지는 노드에서 필요로 하는 무효전력과 적절한 유효전력이 공급될 수 있도록 제어한다.

상기 모의부하모듈(18)은, 실제 고압수용가 및 저압수용가에서 사용하고 있는 부하특성을 모의하기 위한 모듈로서, 임피던스 부하(저항, 리액터, 캐패시터에 의해서 구현되어지는 등가회로로 구현 가능하다) 및 모터부하로 구성되어진다. 그리고 후술되는 계통운용 시뮬레이터(22)의 명령에 기초해서 고압수용가와 저압수용가에 대한 수요관리가 가능하도록 구성된다. 상기 모의부하모듈(18)은, 시뮬레이션 동작과정에 따라서 상기 모터부하에 공급되는 전류를 가변 제어하여, 실제로 부하에서 전류 소비가 이루어지는 것과 같은 상황이 연출될 수 있도록 제어한다.

그리고 본 발명의 검증시스템은, 모의계통망(10)에 연결된 각 모듈 및 장치들의 각종 제어동작에 따른 모의 운용을 제어하기 위한 계통운용 시뮬레이터(22)와, 풍력발전시스템(도시하지 않음)에서 사용 가능한 풍력 연계용량을 합리적으로 산정하기 위해서 모의 운용을 제어하는 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)를 포함한다. 상기 계통운용 시뮬레이터(22)는, 그리드 코드에 규정된 기술요건에 따라서 상기 모의계통망의 계통 운용전략이 프로그램화 되고, 상기 모니터링 및 정보저장부(20)의 제어하에 계통 운용을 시뮬레이션 한다. 상기 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)는, 그리드 코드에 규정된 기술요건에 따라서 상기 모의계통망에 연계될 풍력발전의 운용전략이 프로그램화되고, 상기 모니터링 및 정보저장부(20)의 제어하에 풍력 발전 운용을 시뮬레이션 한다.

상기 계통운용 시뮬레이터(22)와 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)는 각각의 전력변환시스템(Power Conditioning System : PCS : 26,28)에 구비되어져서 운용이 이루어진다. 상기 전력변환시스템(26,28)은, 교류를 직류로 변환하는 컨버터와, 직류를 교류로 변환하는 인버터를 포함하여 구성되고, 상기 발전모듈들에서 생성되는 전력이 안정적으로 공급될 수 있도록 제어한다. 그리고 상기 전력변환시스템의 컨버터 인버터 사용에 의해서 발전모듈들에서 생성된 불안정한 전력을 일정한 출력으로 변환하여 신뢰성 있는 전력품질을 얻도록 제어한다.

상기 전력변환시스템(26)은, 모의계통망(10)에 연결되고 있는 대부분의 발전모듈들의 전력을 제어하기 위한 기능을 담당한다. 특히 모의계통망(10)에서 필요로 하는 전력특성이 구성될 수 있도록 상기 모의계통망(10)에 연결되고 있는 발전모듈들의 발생 전력을 제어한다. 따라서 상기 전력변환시스템(26)은 계통운용 시뮬레이터(22)의 계통운용 명령에 따라서 모의계통망(10)의 전력 운용을 제어한다.

상기 전력변환시스템(28)은, 풍력발전의 전력을 제어하기 위한 기능을 담당한다. 본 발명은, 풍력발전 개발자의 임의로 설정, 판단한 값이 모의계통망(10)에 연계되었을때 그 적정성을 검증하기 위한 것이므로, 상기 전력변환시스템(28)은 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)의 운용에 따라서 풍력 연계용량이 가변적으로 적용되어져서 출력된다.

상기 계통운용 시뮬레이터(22)와 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)가 내장된 전력변환시스템(26,28)은, 통신선로를 통해서 모니터링 및 정보저장부(20)와 연결되고, 상기 전원선로를 통해서 전원도 공급받는다. 또한 상기 전력변환시스템(26,28)은 상호간의 필요한 정보를 송수신할 수 있도록 통신선로에 연결된다. 본 발명에서 통신선로라고 명명하는 것은, 유선 라인으로 구성된 통신선로일 수도 있지만, 무선 통신망, 근거리 통신망을 이용한 무선 통신도 가능함은 당연하다.

상기 계통운용 시뮬레이터(22)는, 도 2에 도시하고 있는 바와 같이 모의계통망(10)에 대한 계통운용 명령을 발생하기 위한 구성이다. 따라서 계통운용 시뮬레이터(22)는, 각종 계통상태에 따른 상태정보 기준값을 저장하고 이를 기초로 현재 상태를 판단하는 계통상태정보 판단모듈(110), 풍력발전 출력 즉 모의계통망(10)에 연계될 풍력발전 연계용량에 따른 풍력 출력 정보를 발생하는 풍력출력정보 발생모듈(120), 전력시장의 가격, 수요관리에 따른 기준값을 저장하고, 현재상태에 따른 적정값을 판단해서 그에 따른 전력시장 제어정보를 발생하는 전력시장정보 제어모듈(130)을 포함한다. 그리고 상기 모듈들(110,120,130)로부터 발생된 제어정보에 기초해서 각종 계통운용 명령을 발생하는 계통운용명령 발생모듈(100)을 포함한다.

상기 계통상태정보 판단모듈(110)은, 모의계통망(10)에 연결된 모의부하모듈(18)의 부하용량을 판단한다. 이를 위해서 모의부하모듈(18)을 제어하여 고압수용가와 저압수용가의 총용량, 현재 필요로 하는 고압수용가와 저압수용가의 사용량 등에 따라서 모의계통망(10)에서 수용되야 하는 부하용량을 판단한다. 또한 모의계통망(10)에 연결되고 있는 발전모듈들의 발생 가능한 발전 용량을 판단한다.

통상적으로 전력계통망에서 송전과 배전에 따른 전력특성은, 한국전력에서 설정한 프로토콜에 따라서 결정되어진다. 즉, 모의계통망(10)에 연결되고 있는 송출단 초기 수용가에서 말단 수용가에 이르기까지 발전, 송전, 배전 그리고 수용가에 공급되는 전기의 기본 주파수 파형의 품질적인 물리값, 즉 전압 또는 주파수, 왜율, 위상변동 등의 값이 정해진 일정 기준치에서 일정 정도 벗어난 값이 되도록 즉 벗어난 정도가 일정한 고저의 패턴을 가지도록 프로토콜에서 약속한 바대로 전기를 생산 또는 가공하여 공급한다. 이러한 프로토콜 약속대로 송전과 배전이 이루어질 수 있도록 부하용량이 기설정되고, 또한 모의부하모듈(18)의 수용가 변화에 따른 부하용량이 가변 설정 가능하도록 제어된다.

상기 계통상태정보 판단모듈(110)은, 현재 모의계통망(10)의 예비력 용량을 판단한다. 이를 위해서 일예로 상기 전력저장장치(16) 등에 저장되어 있는 전력량을 판단하는 것이 가능할 것이다. 앞서 언급한 바와 같이 모의계통망(10)을 통한 송전과 배전이 약속한 프로토콜에 따르려면, 전력의 수요 공급의 차이를 반영하는 전력예비율이 일정수준이 되어야 한다. 만약 전력예비율이 일정수준 이하로 떨어지게 되면 그 정도에 따라서 말단 수용가에 공급되는 전기의 품질이 저하될 우려가 있기 때문이다. 따라서 상기 계통상태정보 판단모듈(110)은 예비력 용량이 기설정되고 있는 기준값이 범위보다 높은 상태에 있는지를 항시 감시해야만 한다.

상기 계통상태정보 판단모듈(110)은, 모의계통망(10)의 연결된 전력설비 상태를 판단한다. 일 예로 모의계통망(10)에 연결되어 있고, 동작이 수행되는 전력설비, 동작이 수행되지 않는 전력설비 등을 판단한다. 또한 모의계통망(10)에 연결된 각각의 장치 및 모듈들이 규정된 프로토콜에 따른 전력품질을 만족시키는지를 확인하고, 이를 만족시키는 제어가 이루어지도록 전력설비 상태를 재정비 제어한다.

또한, 상기 계통상태정보 판단모듈(110)은 모의계통망(10)을 포함해서, 모의계통망(10)에 현재 연결되고 있는 각각의 장치 및 모듈들을 확인하고, 이들의 동작상태를 확인하는 과정이 필요하다. 이때 각 장치 및 모듈들의 고장상태, 정상상태에 따른 기저장되고 있는 기준값을 이용해서, 현재 동작상태를 판단한다. 일 예로 발전모듈에 대해서는, 발전모듈의 전동기 회전속도가 정상적으로 동작하는지, 발전기 토크가 정상적인 신호를 발생하는지, 발생전압 주파수가 정상신호인지, 발생전류가 정상신호인지, 발전모듈의 소비전력이 정상상태인지 등의 기설정되고 있는 기준신호에 기초해서 정상동작여부를 판단한다. 그리고 발전모듈에 구비되고 있는 센서를 포함한, 각종 장치들의 동작이 정상상태인지 등도 기설정되고 있는 값과의 비교에 의해서 판단이 이루어진다.

이상에서와 같이, 상기 계통상태정보 판단모듈(110)은, 모의계통망(10)에 연결되고 있는 각종 장치 및 모듈들의 상태를 판단하는데, 이를 위해서 각종 장치 및 모듈들의 동작상태 판단을 위한 기준이 되는 상태정보를 저장하고 있고, 통신선로를 통해서 각종 장치 및 모듈들과 데이터 송수신을 통해서 필요로 하는 상태정보를 리드한다.

상기 풍력출력정보 발생모듈(120)은, 모의계통망(10)에 연계될 풍력발전 연계용량에 따른 풍력 출력 정보를 발생하는 구성이다. 이를 위해서 상기 풍력출력정보 발생모듈(120)은, 기상상태에 따른 풍력출력값을 기설정 저장하고, 현재 기상상태를 판단해서 그에 해당하는 풍력출력값을 산정하는 기능을 담당한다.

상기 전력시장정보 제어모듈(130)은, 전력시장의 고압수용가와 저압수용가에 대한 가격정보를 저장한다. 그리고 모의계통망(10) 전체적인 수요관리에 따라서 수용가 용량을 제어하기 위한 제어정보를 저장한다. 따라서 기준이 되는 전력시장의 가격정보, 그리고 여름철/겨울철 피크 전력에 따라 전력시장의 가변되는 가격정보, 그리고 모의계통망(10)의 가능한 수요관리시장 용량 등에 기초하여 모의계통망(10) 내에서 적절한 수요와 공급이 이루어질 수 있도록 수요관리를 제어한다.

상기와 같이 계통상태정보 판단모듈(110), 풍력출력정보 발생모듈(120), 전력시장정보 제어모듈(130)에서 발생되는 상태정보는, 계통운용명령 발생모듈(100)에 입력된다. 상기 계통운용명령 발생모듈(100)은, 상기 입력된 상태정보에 기초해서 계통운용을 위한 명령신호를 발생한다. 상기 계통운용명령 발생모듈(100)에서 발생되어지는 명령신호는, 계통 사고에 따른 보호장치 동작명령, 예비력 과부족에 따른 풍력 출력제어명령, 전력품질 문제에 따른 전력설비 동작 명령, 계통 비정상상태에 따른 풍력 정지 명령, 전력시장 가격에 따른 풍력 출력 제어 명령 등이 발생되어진다. 이 외에도 상기 계통운용명령 발생모듈(100)에서 발생되는 명령신호는, 실제 전력계통망에서 계통운용자가 전력계통망을 전체적으로 총괄 제어함에 따라서 발생되어지는 각종 제어명령신호들을 추가로 발생할 수 있다.

단지 본 발명에서는 풍력 연계용량의 적정성을 판단하는 구성만을 중점적으로 설명한다. 상기 예비력 과부족에 따른 풍력 출력제어명령은, 상기 전력저장장치(16)에 저장된 예비력이 부족한 경우에 예비력의 충전을 제어하기 위해서 풍력발전을 도모할 수 있다. 이때 발생되어지는 신호가 상기 예비력 과부족에 따른 풍력 출력제어명령이다.

또한 상기 계통 비정상상태에 따른 풍력 정지 명령은, 상기 모의계통망(10)의 전체적인 동작흐름에서 비정상상태로 판단되었을 때, 풍력발전의 정지동작을 위해서 발생되어지는 신호이다. 상기 모의계통망(10)이 비정상상태일 때, 풍력발전이 이루어지는 것이 무용지물이기 때문이다. 일반적으로 풍력발전은, 모의계통망(10)에서 주전원발생을 위한 구성이 아니다. 즉, 모의계통망(10) 내에서 주전원만으로 부족한 경우, 보조전원으로 이용될 수 있도록 구성되는 것이 풍력발전이다. 따라서 모의계통망(10)이 비정상상태인 경우, 풍력발전의 동작은 억제시키는 것이 바람직하다.

그리고 상기 전력시장 가격에 따른 풍력 출력제어명령은, 전력시장 가격에 기초하여 풍력발전이 이루어져야 할 때 발생된다. 통상적으로 수요를 많이 요구하는 경우, 그에 따라서 전력시장 가격이 상승되지만 또한 적절한 공급이 필수적이다. 따라서 모의계통망(10)에서 필요로 하는 수용량을 만족시키기 위해서 풍력발전을 위한 제어명령이 발생된다.

상기와 같이 계통운용 시뮬레이터(22)에서 발생된 계통운용명령은, 그에 따른 적절한 제어를 수행하기 위해서 모의계통망(10)에 연결된 각각의 장치 및 모듈들로 전달된다. 즉, 상기 전력변환시스템(26)을 통해서 상기 계통운용명령에 따른 적절한 전력 제어가 수행되어져서 모의계통망(10)에 적용된다.

한편, 상기 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)는, 그리드 코드에 규정된 기술요건에 따라서 풍력의 정상상태(풍속변동) 및 고장상태에 대한 운용전략이 프로그램화 된다. 상기 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)는 다양한 조건에 따른 풍력 연계용량을 설정하고 평가하기 위해서 구현되어진다. 상기 계통운용 시뮬레이터(22)가 모의계통망(10)의 전체적인 동작 흐름을 관장하기 위한 시뮬레이션을 수행한다고 한다면, 상기 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)는 풍력발전만을 위한 동작 흐름을 관장하기 위한 시뮬레이션을 수행한다.

상기 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)는, 도 3에 도시하고 있는 바와 같이 풍력발전에 대한 운용 명령을 발생하기 위한 구성이다. 상기 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)는, 상기 계통운용 시뮬레이터(22)에서 발생한 계통 운용명령을 수신하는 수신모듈(200)을 포함한다. 그리고 상기 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)는, 상기 계통운용 시뮬레이터(22)의 관장하에, 풍력발전의 운용을 위한 제어신호를 발생하는 풍력 운용모드 제어모듈(210)을 포함한다.

상기 풍력 운용모드 제어모듈(210)은, 풍력발전시스템(도시하지 않음)의 동작을 기동시키거나 정지시키기 위한 풍력 기동 및 정지 신호를 발생한다. 상기 풍력기동 및 정지신호에 따른 제어전력이 전력변환시스템(28)을 통해서 모의계통망(10)에 적용되어진다.

상기 풍력 운용모드 제어모듈(210)은, 저전압보상알고리즘(Low Voltage Ride Through : LVRT)에 따른 풍력발전의 운전을 제어하여, 전력계통의 안정성을 보장한다. 따라서 상기 LVRT 검증을 위해 동작하는 LVRT 동작 모듈이 구비되어, 계통에 순간 정전이 발생하는 경우, 상기 풍력발전이 계통과 연결되는 상태를 유지도록 하여, 계통의 안정화 제어를 수행한다.

상기 풍력 운용모드 제어모듈(210)은, 모의계통망(10)이 정상상태에서 계통의 유효전력과 무효전력에 따른 공진조건에 따라서 풍력발전의 운전 제어를 수행한다. 상기 풍력 운용모드 제어모듈(210)은 모의계통망(10)이 비정상상태일 때 풍력발전의 유효전력과 무효전력에 따른 운전 제어를 수행한다. 상기 풍력 운용모드 제어모듈(210)은 풍력 발전의 전압 및 주파수가 상기 모의계통망(10)의 전력특성에서 허용하는 적정 범위내에서 유지 가능도록 운전 제어를 수행한다. 상기 풍력 운용모드 제어모듈(210)은, 풍력발전시스템의 발생 주파수가, 모의계통망(10)의 주파수와 일치하도록 주파수 제어에 따른 운전 제어를 수행한다.

상기 풍력 운용모드 제어모듈(210)은 풍력발전의 고장상태에 따른 운전 제어를 수행한다. 상기 고장상태는, 풍력발전의 전동기, 풍력 발전 시스템의 블레이드 등 풍력발전 시스템의 운전을 위해서 구동되어지는 각종 장치들의 고장을 판단하는 구성이다. 따라서 고장상태를 판단을 모의하기 위하여 전동기의 회전속도, 발전기의 토크 등의 상태정보에 따른 기준값을 저장한다.

이상에서와 같이 상기 풍력 운용모드 제어모듈(210)은, 풍력 발전의 각종 다양한 운전모드를 제어하기 위해서 각각의 운전모드에 따른 제어정보를 저장하고 이에 기초해서 필요한 제어를 수행한다. 상기 풍력 운용모드 제어모듈(210)에서 풍력발전의 운용을 위해서 발생하는 각종 제어신호에 기초해서 필요한 전력제어가 전력변환시스템(28)을 통해서 이루어지고, 상기 전력변환시스템(28)의 변환전력이 상기 모의계통망(10)에 적용되어진다.

이상 본 발명의 설명에서 그리고 이하 본 발명의 설명에서 "풍력 발전" 그리고 "풍력발전시스템"이 혼용하여 사용되는 경우가 있다. 본 발명은 풍력 연계용량을 모의계통망을 통해서 검증하기 위한 시스템에 관한 발명이고, 실제의 "풍력발전시스템"의 구성을 설명하는 것이 아니다. 또한 상기 "풍력 발전"이나 "풍력발전시스템"이나 모두 풍력 연계용량의 설명을 위하여 사용되어지는 단어이므로, 상기 두 단어가 같은 의미로 표현 될 수 있다.

이상과 같이 구성되어지는 본 발명의 검증시스템은 풍력 연계용량을 검증하기 위해서 다음과 같이 동작되어진다.

먼저 모니터링 및 정보저장부(20)는, 계통운용 시뮬레이터(22)와 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)를 초기화시켜서 운전을 시작한다. 그리고 상기 계통운용 시뮬레이터(22)에 프로그램화 된 계통 운용전략에 기초해서 계통 운용을 시뮬레이션 수행한다. 그리고 상기 계통 운용 시뮬레이션 중에, 풍력발전 운용이 필요한 시점에서, 상기 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)에 프로그램화 된 풍력발전의 운용전략에 기초해서 풍력 발전의 운용을 시뮬레이션 한다.

상기와 같은 과정에서 상기 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)에 의해서 풍력 운전모드가 수행될 때, 그에 따라 기준값으로 설정되고 있는 풍력 연계용량을 적용하고, 적용된 풍력 연계용량이 적정한지를 감시한다. 상기 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)에 의한 풍력운전 중, 적용되어지는 풍력 연계용량은, 운용자에 의해서 가변적으로 제어되도록 하므로서, 해당 운전모드에서 최적의 풍력 연계용량이 산정될 수 있도록 제어한다. 상기 풍력 운용모드 시뮬레이터에 따른 풍력운전은, 그리드 코드에 규정되고 있는 기술요건에 따른 다양한 운전모드가 적용되어서 수행되고, 각 운전모드에 따른 기준값은 기존 경험치에 따른 적정값으로 기설정하는 것이 바람직하다. 마찬가지로 상기 계통운용 시뮬레이터에 따른 계통운전도 그리드 코드에 규정되고 있는 기술요건에 따른 다양한 운전모드가 적용되어서 수행되고, 각 운전모드에 따른 기준값은 기존 경험치에 따른 적정값으로 기설정하는 것이 바람직하다.

상기 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)는, 상기 계통운용 시뮬레이터(22)와 연계되어서 합동 시뮬레이션이 이루어질 수도 있으나, 독립적으로 자신의 운전만을 제어하는 것도 가능하다. 이것은 상기 계통운용 시뮬레이터(22)의 운용전략이 모의계통망에 연계된 모든 장치 및 모듈들의 운용을 제어하는 것이라면, 상기 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)는, 풍력발전만의 운용을 제어하는 것이다. 따라서 상기 풍력 운용모드 시뮬레이터(24)의 동작만으로 다양한 풍력발전모드에 대해서 적정한 풍력 연계용량을 산정하고, 이후 상기 계통운용 시뮬레이터(22)와의 합동 시뮬레이션에서 상기 산정된 풍력 연계용량이 적정한지를 판단하는 것이 바람직할 것이다.

상기 모니터링 및 정보저장부(20)는 계통운용 시뮬레이션에 연계되어 풍력 운용모드 시뮬레이션이 수행될 때, 적용된 풍력 연계용량이 모의계통망에 적절한지를 감시해서, 가장 최적의 풍력 연계용량을 판단한다. 일 예로 상기 모니터링 및 정보저장부(20)는, 단락용량, 불평형, 전압변동, 전압제어, 단독운전, 역조류 등과 같은 기술항목에 따른 풍력 연계용량의 적정성을 검증하는 것이 바람직하다. 그리고 상기와 같은 적정성 검증과정에서, 상기 모니터링 및 정보저장부(20)는, 모의계통망(10)에 연계된 각종 장치 및 모듈들의 출력, 전압, 전류 등을 감시해서 연계가가능한 풍력 연계용량을 판단한다.

이와 같이 본 발명은 풍력 연계용량을 설정함에 있어서, 전력설비 특성을 반영하고 시뮬레이션을 수행하여 결정하고 있다. 이것은 풍력 출력변동 및 부하변동에 의한 계통 운영 특성을 실제 전력계통망에서 반영하기가 매우 어렵기 때문에, 종래 임의로 책정되었던 풍력 연계용량의 결정값의 부정확도가 높았기 때문이다. 따라서 본 발명은 결정된 풍력 연계용량에 대하여 시뮬레이션에서 실험적 검증을 통해서 그 적정성을 재확인하게 된다.

따라서, 이상의 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.

10 : 모의계통망 12 : 중앙급전용 발전모듈
14 : 비중앙급전용 발전모듈 16 : 전력저장장치
18 : 모의부하모듈 20 : 모니터링 및 정보저장부
22 : 계통운용 시뮬레이터 24 : 풍력 운용모드 시뮬레이터
26, 28 : 전력변환시스템 100 : 계통운용명령 발생모듈
110 : 계통상태정보 판단모듈 120 : 풍력출력정보 발생모듈
130 : 전력시장정보 제어모듈 200 : 계통 시물레이터 명령 수신모듈
210 : 풍력운용모드 제어모듈

Claims (7)

1. 송전급 및 배전급에 따른 임피던스 특성을 모의하도록 구현되는 모의계통망;
   상기 모의계통망에 연결되어, 풍력 연계용량 적정성 검증을 위한 기준정보를 저장하고, 풍력 연계용량 적정성에 따른 동작을 모니터링하는 모니터링 및 정보저장수단;
   상기 모의계통망의 계통 운용전략이 프로그램화 되고, 상기 모니터링 및 정보저장수단의 제어하에 계통 운용을 시뮬레이션하는 계통운용 시뮬레이터;
   상기 모의계통망에 연계될 풍력발전의 운용전략이 프로그램화 되고, 상기 모니터링 및 정보저장수단의 제어하에 풍력 발전 운용을 시뮬레이션하는 풍력 운용모드 시뮬레이터를 포함하는 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 풍력 운용모드 시뮬레이터는, 그리드 코드에 규정된 기술요건에 따라서 풍력 운용전략이 프로그램화 된 것을 특징으로 하는 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 풍력 운용모드 시뮬레이터와 상기 계통운용 시뮬레이터의 명령신호에 따라서 전력변환을 제어하는 전력변환시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 연계용량 적정성 검증시스템.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 풍력 운용모드 시뮬레이터는, 저전압보상알고리즘에 따른 풍력 연계용량의 운용을 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력 연계용량 적정성 검증시스템.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 풍력 운용모드 시뮬레이터는, 풍력발전의 정상상태와 고장상태에 따른 운용전략이 프로그램화 된 것을 특징으로 하는 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 계통운용 시뮬레이터는, 상기 모의계통망을 통해서 각 장치 및 모듈로부터 상태정보를 리드하고, 계통 상태를 판단하는 계통상태정보 판단모듈;
   기상상태를 판단하고, 그에 따른 풍력 출력을 산정하는 풍력출력정보 발생모듈;
   전력시장의 가격과 수요관리시장에 따른 용량을 제어하는 전력시장정보 제어모듈;
   상기 판단모듈, 발생모듈, 제어모듈의 제어정보에 기초하여 계통 운용을 위한 명령을 발생하는 계통운용명령 발생모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 풍력운용모드 시뮬레이터는, 상기 계통운용 시뮬레이터에서 발생하는 명령을 수신하기 위한 계통 시뮬레이터 명령 수신모듈;
   상기 명령정보에 기초해서 풍력발전의 운용을 제어하는 풍력운용모드 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템.
   
   
   
   
   

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