KR20180072991A - 예측정보를 이용한 배전계통 전압안정도 향상 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 기록매체 - Google Patents

예측정보를 이용한 배전계통 전압안정도 향상 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 예측정보를 이용한 배전계통 전압안정도 향상 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 기록매체에 관한 것으로서, 본 발명의 신재생에너지원의 배전계통 제어 장치에서의 배전계통 제어 방법은, 신재생에너지원 배전계통 내 발전량과 부하량 및 계통 내 모든 선로 임피던스 정보를 포함하는 계통 정보를 이용하여 예측 시간대별로 민감도 데이터를 산출하고 데이터베이스에 저장하는 단계; 상기 계통 정보를 이용하여 소정의 목적함수 조건을 만족하고 최소값과 최대값 사이의 제약조건을 만족하는 무효전력 급전 값을 계산하는 단계; 상기 계통 정보와 상기 민감도 데이터, 및 상기 무효전력 급전값을 이용해 유효전력-무효전력 드룹 계수를 산출하고, 상기 유효전력-무효전력 드룹 계수를 이용하여 계통의 유효전력 출력 변동에 대한 전압변동이 제로가 되도록 제어하는 단계; 및 계통의 유효전력 증가에 따른 무효 전력 제한으로 계통의 모선의 전압이 계통규정의 허용범위를 위배하는 것을 방지하도록 신재생에너지원의 유효전력 제어기에 입력되는 기준값을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

예측정보를 이용한 배전계통 전압안정도 향상 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 기록매체{Method, apparatus and recording medium for enhancing distribution system voltage stability by using forecasted data}
본 발명은 신재생에너지원 제어 방법에 관한 것으로서, 특히, 배전계통(또는 마이크로그리드) 내 부하량 및 발전량 예측정보를 활용하여 배전계통 전압안정도를 향상시키는 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 기록매체에 관한 것이다.
신재생에너지원 제어 기술에서, 유효전력 기준값(reference)은 최대출력(Maximum power point tracking, MPPT) 제어 기법을 사용하여 설정한다. 무효전력 기준값은 운영자에 의해 급전된 값(Q RES,dis )에 전압-무효전력 드룹(droop)(mVQ)을 추가하여 사용한다.
전압안정도 향상을 위한 기존의 분산전원 제어 기법들(주로 전압-무효전력 droop 제어)은 전압변동이 발생해야만 무효전력 보상이 동작하기 때문에 전압변동이 필연적으로 발생한다. 그러나, 신재생에너지원의 불안정한 출력변동이 유발하는 전압변동을 정량적으로 정확히 방지하지 못한다.
또한, 출력 가능한 무효전력량(Q avail )이 신재생에너지원의 출력 유효전력량(P RES )에 따라 변하기 때문에(
Figure pat00001
, S rate = 신재생에너지원의 정격 피상전력), 순간적으로 유효전력 출력이 최대가 되면 무효전력 출력이 제한되면서 일시적으로 계통전압규정에 따른 허용범위를 위배할 수 있는 문제점이 있다.
관련 문헌으로서, 저자 A. D. Paquette, M. J. Reno, R. G. Harley, and D. M. Divan,의 논문 제목 "Sharing transient loads : Causes of unequal transient load sharing in islanded microgrid operation"(IEEE Ind. Appl. Mag., vol. 20, no. 2, pp. 23-34, Mar./Apr. 2014.) 등이 참조될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 특정 시간단위(1분, 30분, 1시간 등)마다 예측된 배전계통(또는 마이크로그리드) 내 발전량 및 부하량과 계통 내 모든 선로 임피던스 정보를 사용하여 민감도 행렬을 구하고, 이를 통해 신재생에너지원의 유효전력 출력 변동에 대한 전압변동을 방지하기 위한 무효전력의 제어로 배전계통 전압안정도를 향상시키는 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 기록매체를 제공하는 데 있다.
또한, 무효전력의 최대 출력량은 유효전력에 따라 변하는데, 유효전력이 예측 값에서 급격히 증가함에 따라 무효전력 공급능력이 감소하여 전압이 계통규정의 허용범위를 위배할 수 있으므로 유효전력을 함께 제어하여 전압위배가 발생하지 않도록 하고 배전계통 전압안정도를 향상시키는 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 기록매체를 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의일면에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 장치에서의 배전계통 제어 방법은, 신재생에너지원 배전계통 내 발전량과 부하량 및 계통 내 모든 선로 임피던스 정보를 포함하는 계통 정보를 이용하여 예측 시간대별로 민감도 데이터를 산출하고 데이터베이스에 저장하는 단계; 상기 계통 정보를 이용하여 소정의 목적함수 조건을 만족하고 최소값과 최대값 사이의 제약조건을 만족하는 무효전력 급전 값을 계산하는 단계; 상기 계통 정보와 상기 민감도 데이터, 및 상기 무효전력 급전값을 이용해 유효전력-무효전력 드룹 계수를 산출하고, 상기 유효전력-무효전력 드룹 계수를 이용하여 계통의 유효전력 출력 변동에 대한 전압변동이 제로가 되도록 제어하는 단계; 및 계통의 유효전력 증가에 따른 무효 전력 제한으로 계통의 모선의 전압이 계통규정의 허용범위를 위배하는 것을 방지하도록 신재생에너지원의 유효전력 제어기에 입력되는 기준값을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 유효전력-무효전력 드룹 계수를 이용해 계통의 유효전력 출력 변동에 대한 전압변동이 제로가 되도록 제어하는 단계는, 전압-무효전력 드룹 계수, 상기 유효전력-무효전력 드룹 계수, 및 상기 무효전력 급전 값에 따라, 신재생에너지원의 무효전력 제어기에 입력되는 무효전력 기준값을 결정하되, 리미터(Limiter)에 의해 최대 무효전력 공급값 이하로 제한되어 입력되도록 제어하는 단계를 포함한다.
상기 신재생에너지원의 유효전력 제어기에 입력되는 기준값을 제어하는 단계는, 계통의 모선의 전압이 허용범위를 위배하고, 자연 에너지원으로부터 추출할 수 있는 최대 유효전력 출력(P MPPT )이 현재 신재생에너지원 유효전력 출력보다 클 때, 샘플 앤 홀드 유닛을 이용하여, 상기 유효전력 제어기에 입력되는 기준값이 해당 순간의 P MPPT 로 고정되어 유효전력 제어기에 입력되도록 제어하는 단계를 포함한다.
상기 계통의 모선의 전압이 허용범위를 만족하거나, 상기 자연 에너지원으로부터 추출할 수 있는 최대 유효전력 출력(P MPPT )이 현재 신재생에너지원 유효전력 출력 이하일때, 상기 유효전력 제어기에 입력되는 기준값으로 현재의 P MPPT 가 입력되도록 제어하는 단계를 더 포함한다.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어를 위한 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드로 구현된 기록 매체는, 신재생에너지원 배전계통 내 발전량과 부하량 및 계통 내 모든 선로 임피던스 정보를 포함하는 계통 정보를 이용하여 예측 시간대별로 민감도 데이터를 산출하고 데이터베이스에 저장하는 기능; 상기 계통 정보를 이용하여 소정의 목적함수 조건을 만족하고 최소값과 최대값 사이의 제약조건을 만족하는 무효전력 급전 값을 계산하는 기능; 상기 계통 정보와 상기 민감도 데이터, 및 상기 무효전력 급전 값을 이용해 유효전력-무효전력 드룹 계수를 산출하고, 상기 유효전력-무효전력 드룹 계수를 이용하여 계통의 유효전력 출력 변동에 대한 전압변동이 제로가 되도록 제어하는 기능; 및 계통의 유효전력 증가에 따른 무효 전력 제한으로 계통의 모선의 전압이 계통규정의 허용범위를 위배하는 것을 방지하도록 신재생에너지원의 유효전력 제어기에 입력되는 기준값을 제어하는 기능을 수행한다.
본 발명에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 방법 및 장치에 따라, 배전계통(또는 마이크로그리드) 내 예측 발전량 및 부하량과 계통 내 모든 선로 임피던스 정보를 사용하여 무효전력과 유효전력을 적절히 제어함으로써, 전압변동에 대한 무효전력 보상만 해주어 유효전력 변동에 대해 정확히 대응할 수 없는 종래의 방법들에 비교하여, 신재생에너지원 출력에서의 유효전력 변동에 대한 전압변동을 근본적으로 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 예측 값보다 유효전력이 크게 증가하여 무효전력이 제한되며 발생하는 계통전압규정에 따른 허용범위를 위배하는 전압문제를 해소할 수 있다.
또한, 배전계통(또는 마이크로그리드)의 전압안정도를 크게 향상시킴으로써, 배전계통에 신재생에너지원을 포함한 분산전원들의 수용률을 증가시킬 수 있고, 신재생에너지원의 증가에 따른 온실가스 감소 효과를 기대할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 방법 및 장치는, 에 따라 인버터 기반의 신재생에너지원과 그 상위 제어기 등의 운영에 유용하게 활용될 수 있다.
도 1의 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 장치의 동작에 대한 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 장치에서 신재생에너지원 무효전력 기준값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 장치에서 신재생에너지원 유효전력 기준값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 방법 및 장치에 사용되는 수학식들이나 설명에 사용되는 약어들을 정리하면 다음과 같다.
t : 시간, 예측정보가 있는 시간대
V min : 계통 규정에서 허용하는 최소 전압 값
V max : 계통 규정에서 허용하는 최대 전압 값
P RES,ref , Q RES,ref : 신재생에너지원의 유효/무효전력 제어기에 입력되는 기준값
P RES (t), Q RES (t): 시간 t에서의 신재생에너지원 유효/무효전력 출력
P RES,fore (t) : 시간 t에서의 신재생에너지원 유효전력 예측 값
Q RES,dis (t) : 시간 t에서의 신재생에너지원 무효전력 급전 값, 이는 신재생에너지원의 무효전력 제어 주체가 결정 가능함.
P MPPT : 자연 에너지원(풍속, 일사량 등)으로부터 추출할 수 있는 최대 유효전력 출력
S rate : 신재생에너지원의 정격 피상전력
P rate : 신재생에너지원의 정격 유효전력
Q avail : 출력 가능한 최대 무효전력 값
n : 배전계통 또는 마이크로그리드 내 총 모선 수
V i (t) : 시간 t에서의 i번 모선의 전압크기
S θP , S θQ , S VP , S VQ : 민감도 행렬 원소 (S θP 는 유효전력(P)의 변화에 대한 전압위상각(θ)의 변화정도, S θP 는 무효전력(Q)의 변화에 대한 전압위상각(θ)의 변화정도, S VP 는 유효전력(P)의 변화에 대한 계통 전압 변화정도, S VQ 는 무효전력(Q)의 변화에 대한 계통 전압 변화정도)
J Pθ , J Qθ , J PV , J QV : 자코비안 행렬 원소(자코비안 행렬의 역행렬이 민감도 행렬이 되고, J Pθ , J Qθ , J PV , J QV 는 S θP , S θQ , S VP , S VQ 에 대응됨)
ΔP i , ΔQ i , ΔV i : 각각 i번 모선의 유효전력변동, 무효전력변동, 전압크기변동
S VP,i,j , S VQ,i,j : 각각 j번 모선의 유효전력(P) 변동에 대한 i번 모선의 전압변동 정도, j번 모선의 무효전력(Q) 변동에 대한 i번 모선의 전압변동 정도
m PQ , m VQ : 유효전력-무효전력 드룹(droop) 계수, 전압-무효전력 드룹 계수
이하 도 1의 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 참조하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 방법은, 소정의 제어 장치에서 구현될 수 있으며, 제어장치는 반도체 프로세서와 같은 하드웨어, 응용 프로그램과 같은 소프트웨어, 또는 이들의 결합으로 구현될 수 있다. 제어장치는 컴퓨팅 시스템일 수 있으며, 적어도 하나의 프로세서, 메모리, 사용자 인터페이스 입력 장치, 사용자 인터페이스 출력 장치, 스토리지, 및 네트워크 인터페이스 등을 포함할 수 있다. 프로세서는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리나 스토리지에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다.
<배전계통(또는 마이크로그리드)의 민감도 행렬>
본 발명의 신재생에너지원의 배전계통 제어 장치에서는 특정 시간 단위(1분, 30분, 1시간 등)마다, 계통의 유효전력(P), 무효전력(Q), 계통 전압(V), 전압위상각(θ) 등을 포함하는, 배전계통(또는 마이크로그리드) 내 발전량 및 부하량과 계통 내 모든 선로 임피던스 정보 등 계통 정보를 사용한다. 이와 같은 예측 시간단위는 1분, 30분, 1시간 등으로, 신재생에너지원의 무효전력을 제어할 수 있는 주체, 예를 들어, 신재생에너지원의 소유주 또는 배전계통 운영자 등이 미리 정할 수 있다.
이와 같이 예측된 계통 정보를 이용하여, 먼저, 본 발명의 제어 장치는, [수학식1]과 같이 J Pθ , J Qθ , J PV , J QV 로 이루어진 자코비안 행렬로부터 그 역행렬을 취해줌으로써 S θP , S θQ , S VP , S VQ 로 이루어진 민감도 행렬을 계산하여 민감도 데이터를 수집할 수 있다(S110).
[수학식1]
Figure pat00002
이에 따라 본 발명의 제어 장치는, 예측 시간 단위로 모선별 민감도(S θP , S θQ , S VP , S VQ )를 수집하여 데이터베이스에 저장 관리할 수 있다. [표1]에는 30분 단위로 민감도를 수집한 경우, 발전량 및 부하량 정보에 따른 예측 시간별 모선별 민감도(S VP , S VQ )와 무효전력 급전 값(Q RES,dis )에 대하여 예시하였다.
[표1]
Figure pat00003
<배전계통 전압의 최적 제어>
먼저, 본 발명의 제어 장치는 예측 시간 단위로 전력 조류계산을 수행하여 모선별 전압크기 Vi(t)를 계산한다. 이를 바탕으로 제어 장치는 소정의 최적화 알고리즘을 사용하여 목적함수를 만족하는 신재생에너지원의 무효전력 급전 값(Q RES,dis , [표1] 참조)을 계산한다(S120).
즉, 전압 프로파일 평탄화, 선로손실 최소화 등을 위한 목적함수는 계통 운영자의 운영 목적에 맞게 다양하게 변경이 가능하며, 목적함수를 만족하면서 [수학식2]와 같이 배전계통 전압이 최소값 Vmin과 최대값 Vmax 사이의 제약조건을 만족하도록 예측시간 t에서의 신재생에너지원 무효전력 급전 값 Q RES,dis (t)을 구한다.
[수학식2]
Figure pat00004
<유효전력-무효전력 droop 계수 설정>
또한, 본 발명의 제어 장치는 유효전력 출력 변동에 대한 전압변동이 제로(0)가 되도록, 위와 같이 시간 t에서 예측된 발전량 및 부하량 등 계통 정보와 민감도 데이터, 무효전력 급전 값 Q RES,dis (t)을 이용해 유효전력-무효전력 드룹 계수를 산출하고, 유효전력-무효전력 드룹 계수를 이용하여 유효전력 출력 변동에 대한 전압변동이 제로가 되도록 제어할 수 있다(S130).
먼저, 시간 t에서 예측된 발전량 및 부하량 등 계통 정보와 민감도 데이터를 통해, 제어장치는 [수학식3]과 같이 신재생에너지원이 연계된 i번 모선의 유효전력과 무효전력 변동에 대한 전압변동을 구할 수 있다. S VP,i,j , S VQ,i,j 는 해당 모선의 민감도 데이터 S VP , S VQ 로부터 산출될 수 있다.
[수학식3]
Figure pat00005
제어장치는 [수학식3]의 좌변을 0으로 놓음으로써, [수학식4]로부터 해당 시간대에서 해당 모선의 유효전력 변동에 대한 전압변동을 제거하여 전압변동이 제로(0)가 되도록 하는 무효전력 출력을 산출할 수 있다.
[수학식4]
Figure pat00006
제어장치는 [수학식4]를 무효전력에 대해 정리하여 [수학식5]를 산출할 수 있다.
[수학식5]
Figure pat00007
또한, 신재생에너지원이 연계된 i번 모선의 유효 전력의 출력변동 Pi(t), 무효전력의 출력변동 Qi(t)는 각각, [수학식6]과 같이 유효전력 예측 값의 변화량 (P RES (t)- PRES,fore(t)), 무효전력 급전 값의 변화량 (Q RES (t)- Q RES,dis (t))으로 나타낼 수 있다.
[수학식6]
Figure pat00008
이를 이용하면, [수학식7]과 같이 시간 t에서의 신재생에너지원 출력변동에 대한 전압변동을 상쇄시키기 위한 무효전력 출력 Q RES (t)을 구할 수 있다.
[수학식7]
Figure pat00009
여기서, 예측시간 t에서 i번 모선에 연계된 신재생에너지원의 유효전력-무효전력 드룹 계수는 [수학식8]과 같이 S VP,i,j 과 S VQ,i,j 의 비율에 해당한다.
[수학식8]
Figure pat00010
<무효전력 제한으로 인한 제약조건 위배 방지>
또한, 본 발명의 제어 장치는 유효전력이 예측 값에서 급격히 증가함에 따라 무효전력 공급능력이 감소하여 전압이 계통규정의 허용범위를 위배할 수 있으므로 전압위배가 발생하지 않도록 예측 시간 단위로 신재생에너지원의 유효전력 제어기에 입력되는 기준값(P RES,ref )을 제어한다(S140).
즉, 신재생에너지원의 유효전력 출력을 극대화하기 위해 출력 가능한 무효전력은 [수학식9]와 같이 제한되고, 신재생에너지원의 유효 전력이 일시적으로 예측 값보다 큰 출력을 낼 경우, [수학식9]에 따라 일시적으로 출력 가능한 최대 무효전력 공급값 Q avail 이 감소한다.
[수학식9]
Figure pat00011
이와 같이 일시적으로 무효전력 공급이 감소했을 때, 전압보조 능력이 감소되어 일시적으로 계통규정의 허용범위를 위배하여 출력 전압이 발생할 수 있다. 본 발명의 제어 장치는 이를 방지하기 위해 신재생에너지원의 유효전력 기준값(P RES,ref )을 다음 조건들을 모두 만족시킬 경우에 출력 전압이 더욱 증가하지 못하도록 제한할 수 있다. 즉, 신재생에너지원이 연계된 계통의 모선의 전압이 허용범위를 위배(V min 보다 작거나 V max 보다 큰 경우)하고, 자연 에너지원(풍속, 일사량 등)으로부터 추출할 수 있는 최대 유효전력 출력이 현재 신재생에너지원 유효전력 출력보다 클 때(PMPPT가 PRES보다 클 때), 유효전력 제어기에 입력되는 기준값(P RES,ref )을 제어하여 출력 전압이 더욱 증가하지 못하도록 제한할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 장치의 동작에 대한 개념을 설명하기 위한 도면이다.
위에서 기술한 바와 같이, 민감도 행렬의 계산에 기초가 되는 배전계통(또는 마이크로그리드) 내 발전량 및 부하량과 계통 내 모든 선로 임피던스 정보 등 계통 정보는, 신재생에너지원의 제어 주체, 예를 들어, 시스템 운영자 또는 신재생에너지원 소유자 등에 의해 예측시간대별로 수집되어, 신재생에너지원의 무효 전력(유효전력 포함) 최적화를 위한 제어장치로 입력된다.
이에 따라 본 발명의 제어 장치는 도 1의 S110과 같이, 이와 같은 예측된 계통 정보를 이용하여 민감도 데이터를 수집하고, 예측시간대별로 소정의 목적함수 조건과 제약조건을 만족하는 무효전력 급전 값(Q RES,dis )을 구한다(S120).
또한, 본 발명의 제어 장치는 유효전력 출력 변동에 대한 전압변동이 제로(0)가 되도록, 위와 같이 시간 t에서 예측된 발전량 및 부하량 등 계통 정보와 민감도 데이터 및 무효전력 급전 값(Q RES,dis (t))을 이용해 유효전력-무효전력 드룹 계수(m PQ )를 산출할 수 있다(S130). 이때 무효전력 제어기에 입력되는 무효전력 기준값(Q RES,ref )은 다음과 같이 산출된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 장치에서 신재생에너지원 무효전력 기준값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
유효전력-무효전력 드룹 계수 m PQ 는 계통 정보와 민감도 데이터를 기초로 [수학식8]과 같이 결정되고, 전압-무효전력 드룹 계수 m VQ 는 모선의 전압크기 V i , 공칭전압 Vnom 등에 따라 적절히 산출되어 입력되며, 무효전력 기준값(Q RES,ref )은 무효전력 급전 값 Q RES,dis (t), m PQ , m VQ 등에 따라 결정하여 입력되고 이때 리미터(Limiter)에 의해 [수학식9]와 같이 최대 무효전력 공급값 Q avail 이하로 제한되어 입력된다.
또한, 본 발명의 제어 장치는 유효전력이 예측 값에서 급격히 증가함에 따라 무효전력 공급능력이 감소하여 전압이 계통규정의 허용범위를 위배할 수 있으므로 전압위배가 발생하지 않도록 신재생에너지원의 유효전력 제어기에 입력되는 유효전력 기준값(P RES,ref )을 제어한다(S140).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 장치에서 신재생에너지원 유효전력 기준값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에서, 논리곱(AND) 게이트의 출력이 0이되면, 유효전력 제어기에 입력되는 기준값(P RES,ref )은, 현재 자연 에너지원(풍속, 일사량 등)으로부터 추출할 수 있는 최대 유효전력 출력 P MPPT 가 유효전력 제어기에 입력된다.
다만, 도 2의 S140에서와 같이, 신재생에너지원이 연계된 계통의 모선의 전압이 허용범위를 위배(V min 보다 작거나 V max 보다 큰 경우)하고, 자연 에너지원(풍속, 일사량 등)으로부터 추출할 수 있는 최대 유효전력 출력이 현재 신재생에너지원 유효전력 출력보다 클 때(PMPPT가 PRES보다 클 때), 논리곱(AND) 게이트의 출력이 1이되면, 샘플 앤 홀드 유닛을 이용하여, 논리곱(AND) 게이트의 출력이 0이 되기 전에는, 유효전력 제어기에 입력되는 기준값(P RES,ref )이 해당 순간의 P MPPT 로 고정되어 유효전력 제어기에 입력된다.
이에 따라, 유효전력 출력 증가 시 무효전력이 제한되고, 이에 따른 무효전력 공급 능력 감소와 전압보조 능력 감소로 인한 전압 허용범위 위배 상황을 적절히 방지할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 방법 및 장치에 따라, 배전계통(또는 마이크로그리드) 내 발전량 및 부하량과 계통 내 모든 선로 임피던스 정보를 사용하여 무효전력과 유효 전력을 적절히 제어함으로써, 전압변동에 대한 무효전력 보상만 해주어 유효전력 변동에 대해 정확히 대응할 수 없는 종래의 방법들에 비교하여, 신재생에너지원 출력에서의 유효전력 변동에 대한 전압변동을 근본적으로 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 예측 값보다 유효전력이 크게 증가하여 무효전력이 제한되며 발생하는 계통전압규정에 따른 허용범위를 위배하는 전압문제를 해소할 수 있다. 또한, 배전계통(또는 마이크로그리드)의 전압안정도를 크게 향상시킴으로써, 배전계통에 신재생에너지원을 포함한 분산전원들의 수용률을 증가시킬 수 있고, 신재생에너지원의 증가에 따른 온실가스 감소 효과를 기대할 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 방법 및 장치는, 에 따라 인버터 기반의 신재생에너지원과 그 상위 제어기 등의 운영에 유용하게 활용될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지원의 배전계통 제어 방법을 수행하기 위한 기능은 컴퓨터 등 장치로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하며, 이와 같은 기록 매체와 컴퓨터 등 장치의 결합으로 기능 수행에 필요한 데이터나 정보를 입력하거나 출력하고 디스플레이하도록 구현할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치, 하드 디스크, 이동형 저장장치 등이 있으며 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크(예, 인터넷, 이동통신 네트워크 등)로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장된 형태가 가능하며 네트워크를 통해 실행될 수도 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 신재생에너지원의 배전계통 제어 장치에서의 배전계통 제어 방법에 있어서,
    신재생에너지원 배전계통 내 발전량과 부하량 및 계통 내 모든 선로 임피던스 정보를 포함하는 계통 정보를 이용하여 예측 시간대별로 민감도 데이터를 산출하고 데이터베이스에 저장하는 단계;
    상기 계통 정보를 이용하여 소정의 목적함수 조건을 만족하고 최소값과 최대값 사이의 제약조건을 만족하는 무효전력 급전 값을 계산하는 단계;
    상기 계통 정보와 상기 민감도 데이터, 및 상기 무효전력 급전값을 이용해 유효전력-무효전력 드룹 계수를 산출하고, 상기 유효전력-무효전력 드룹 계수를 이용하여 계통의 유효전력 출력 변동에 대한 전압변동이 제로가 되도록 제어하는 단계; 및
    계통의 유효전력 증가에 따른 무효 전력 제한으로 계통의 모선의 전압이 계통규정의 허용범위를 위배하는 것을 방지하도록 신재생에너지원의 유효전력 제어기에 입력되는 기준값을 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전계통 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유효전력-무효전력 드룹 계수를 이용해 계통의 유효전력 출력 변동에 대한 전압변동이 제로가 되도록 제어하는 단계는,
    전압-무효전력 드룹 계수, 상기 유효전력-무효전력 드룹 계수, 및 상기 무효전력 급전 값에 따라, 신재생에너지원의 무효전력 제어기에 입력되는 무효전력 기준값을 결정하되, 리미터(Limiter)에 의해 최대 무효전력 공급값 이하로 제한되어 입력되도록 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전계통 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신재생에너지원의 유효전력 제어기에 입력되는 기준값을 제어하는 단계는,
    계통의 모선의 전압이 허용범위를 위배하고, 자연 에너지원으로부터 추출할 수 있는 최대 유효전력 출력(P MPPT )이 현재 신재생에너지원 유효전력 출력보다 클 때, 샘플 앤 홀드 유닛을 이용하여, 상기 유효전력 제어기에 입력되는 기준값이 해당 순간의 P MPPT 로 고정되어 유효전력 제어기에 입력되도록 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전계통 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 계통의 모선의 전압이 허용범위를 만족하거나, 상기 자연 에너지원으로부터 추출할 수 있는 최대 유효전력 출력(P MPPT )이 현재 신재생에너지원 유효전력 출력 이하일때, 상기 유효전력 제어기에 입력되는 기준값으로 현재의 P MPPT 가 입력되도록 제어하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배전계통 제어 방법.
  5. 신재생에너지원 배전계통 내 발전량과 부하량 및 계통 내 모든 선로 임피던스 정보를 포함하는 계통 정보를 이용하여 예측 시간대별로 민감도 데이터를 산출하고 데이터베이스에 저장하는 기능;
    상기 계통 정보를 이용하여 소정의 목적함수 조건을 만족하고 최소값과 최대값 사이의 제약조건을 만족하는 무효전력 급전 값을 계산하는 기능;
    상기 계통 정보와 상기 민감도 데이터, 및 상기 무효전력 급전 값을 이용해 유효전력-무효전력 드룹 계수를 산출하고, 상기 유효전력-무효전력 드룹 계수를 이용하여 계통의 유효전력 출력 변동에 대한 전압변동이 제로가 되도록 제어하는 기능; 및
    계통의 유효전력 증가에 따른 무효 전력 제한으로 계통의 모선의 전압이 계통규정의 허용범위를 위배하는 것을 방지하도록 신재생에너지원의 유효전력 제어기에 입력되는 기준값을 제어하는 기능
    을 수행하여 신재생에너지원의 배전계통 제어를 위한 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드로 구현된 기록 매체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유효전력-무효전력 드룹 계수를 이용해 계통의 유효전력 출력 변동에 대한 전압변동이 제로가 되도록 제어하는 기능은,
    전압-무효전력 드룹 계수, 상기 유효전력-무효전력 드룹 계수, 및 상기 무효전력 급전 값에 따라, 신재생에너지원의 무효전력 제어기에 입력되는 무효전력 기준값을 결정하되, 리미터(Limiter)에 의해 최대 무효전력 공급값 이하로 제한되어 입력되도록 제어하는 기능
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 매체.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 신재생에너지원의 유효전력 제어기에 입력되는 기준값을 제어하는 기능은,
    계통의 모선의 전압이 허용범위를 위배하고, 자연 에너지원으로부터 추출할 수 있는 최대 유효전력 출력(P MPPT )이 현재 신재생에너지원 유효전력 출력보다 클 때, 샘플 앤 홀드 유닛을 이용하여, 상기 유효전력 제어기에 입력되는 기준값이 해당 순간의 P MPPT 로 고정되어 유효전력 제어기에 입력되도록 제어하는 기능
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 매체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 계통의 모선의 전압이 허용범위를 만족하거나, 상기 자연 에너지원으로부터 추출할 수 있는 최대 유효전력 출력(P MPPT )이 현재 신재생에너지원 유효전력 출력 이하일때, 상기 유효전력 제어기에 입력되는 기준값으로 현재의 P MPPT 가 입력되도록 제어하는 기능
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 매체.
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