KR20180112996A - 전압 강하 보상 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 강하 보상 시스템은 주변압기로부터 전력을 공급받는 배전모선과 차단기를 통해 연결되는 에너지 저장 장치; 및 전력 계통 정보를 전송 받아 전압 강하 여부를 판단하고 상기 에너지 저장 장치로 방전 명령을 전송하며, 고장 상태 정보에 따라 상기 차단기를 제어하는 전력 관리 장치를 포함한다.

Description

전압 강하 보상 시스템{voltage drop compensation system}

본 발명은 에너지 저장 시스템 기반의 전압 강하 보상 시스템에 관한 것이다.

배전용 변전소는 송전선로가 연결된 송전모선과 주변압기, 배전선로가 연결된 배전모선, 각각의 선로별 차단기와 단로기 등을 포함하고, 송전전압을 배전전압으로 변환하며 배전선로를 인출한다.

일반적으로 하나의 변전소에 복수의 주변압기가 설치되며 하나의 주변압기에서 복수의 배전선로가 인출될 수 있으므로, 변전소로부터 수십 개의 배전선로가 인출될 수 있다. 이러한 배전선로 중 특정한 배전선로에 선로고장이 발생하게 되면 정상전류에 비해 수배 내지 수십 배의 고장전류가 흐르게 되면서 고장 배전선로뿐 아니라 정상 운영되고 있는 다른 배전선로의 전압이 순간적으로 강하되는 순간 전압 강하 현상이 발생할 수 있다. 또한, 변전소의 주변압기 또는 송전선로의 고장이 발생하는 경우 배전선로의 순간 전압 강하 현상이 발생할 수 있다.

상기 순간 전압 강하 현상에 의해 해당 변전소로부터 전력을 공급받는 부하설비들이 피해를 입을 수 있으므로, 이러한 피해를 경감시키기 위해 배전선로의 전압 강하를 보상해 줄 수 있는 장치가 필요하다

본 발명에서 이용하는 에너지 저장 장치는 충전과 방전을 통하여 보조전력을 공급하는 발전기나 콘덴서의 역할을 대체할 수 있다. 또한, 관련 분야에서 보다 포괄적인 의미를 가지는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System: ESS)으로 일컫기도 한다.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0005429호

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전원측 송전 및 변전 계통의 고장이나 변전소 내의 다른 배전선로에서 발생한 고장으로 인해 발생하는 배전선로의 순간 전압 강하를 보상하는 전압 강하 보상 시스템이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 강하 보상 시스템은 주변압기로부터 전력을 공급받는 배전모선과 차단기를 통해 연결되는 에너지 저장 장치; 및 전력 계통 정보를 전송받아 전압 강하 여부를 판단하고 상기 에너지 저장 장치로 방전 명령을 전송하며, 고장 상태 정보에 따라 상기 차단기를 제어하는 전력 관리 장치를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 강하 보상 시스템은 에너지 저장 시스템을 기반으로 순간 전압 강하를 보상할 수 있으므로, 순간 전압 강하에 의한 수용가측 부하 설비의 피해가 방지될 수 있고, 전력 계통이 보다 안정적으로 운영되도록 한다.

도 1은 전압 강하 보상 시스템의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 전력 관리 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 에너지 저장 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 전압 강하 보상 시스템이 배치된 배전용 변전소의 일 예를 나타내는 단선 계통도이다.
도 5는 전력 관리 장치에서 수행되는 차단 알고리즘의 일 예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은 HMI 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다.

또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 "제어기", "~부", "시스템", "장치" "인터페이스" 등과 같은 용어들은 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어, 또는 실행중인 소프트웨어인 컴퓨터 관련 엔티티를 지칭하는 것이다. 예를 들어, 하나의 구성요소는 프로세서 상에서 실행중인 프로세스, 객체, 실행 가능물(executable), 실행 스레드, 프로그램일 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 컨트롤러 상에서 구동중인 애플리케이션 및 컨트롤러 모두가 구성요소일 수 있다. 또한, 구성요소는 하나의 컴퓨터 상에서 로컬화될 수 있고, 둘 이상의 컴퓨터 사이에서 분산될 수도 있다.

도 1은 전압 강하 보상 시스템의 일 예를 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 강하 보상 시스템은 전력 계통(300)에 배치되고, 전력 관리 장치(100) 및 에너지 저장 장치(400)를 포함한다.

전력 관리 장치(100)는 전력 계통 정보를 전송 받아 전압 강하 여부를 판단한다. 예를 들어, 전력 관리 장치(100)는 상기 전력 계통 정보를 스마트 미터로부터 전송 받을 수 있다. 상기 스마트 미터는 전력 계통(300)의 전압, 전류, 역률, 전력량 등을 측정할 수 있고, 전력 계통(300)의 전압을 실시간으로 측정하여 전력 계통 정보로서 전력 관리 장치(100)에 송신할 수 있다. 여기서, 상기 전력 계통(300)의 전압은 배전용 변전소의 배전모선의 전압이 될 수 있다.

전력 관리 장치(100)는 전력 계통(300)의 전압 강하가 발생한 것으로 판단한 후, 전력 관리 장치(100)는 에너지 저장 장치(400)로 방전 명령을 전송할 수 있다.

한편, 전력 관리 장치(100)는 에너지 저장 장치(400)로부터 충전 상태 정보를 전송 받고 에너지 저장 장치(400)로 충전 명령을 전송할 수 있다.

또한, 전력 관리 장치(100)는 고장 상태 정보에 따라 에너지 저장 장치(400)와 전력 계통(300) 간의 차단기(CB)를 제어한다. 예를 들어, 상기 고장 상태 정보는 송전선로, 변전소내의 주변압기, 및 변전소내의 배전모선에 배치된 차단기들과 상기 차단기들을 제어하는 보호 계전기로부터 송신 받는 차단기 개폐 정보일 수 있다. 또한, 이러한 차단기 개폐 정보는 변전소의 통제 시스템에 수집된 후 전력 관리 장치(100)에 제공될 수 있다.

에너지 저장 장치(400)는 전력 계통(300)에 연결되어 전력 관리 장치(100)로부터 방전 명령을 수신하는 저장된 직류 전력을 교류 전력을 변환하여 전력 계통(300)에 공급할 수 있다. 에너지 저장 장치(400)에 대하여 도 3을 참조하여 보다 자세히 살펴보기로 한다.

이와 같이, 전압 강하 보상 시스템은 스마트 미터로부터 전력 계통(300)의 전압 정보에 따라 에너지 저장 장치(400)에 저장된 전력을 방전시켜 배전선로의 순간 전압 강하를 보상하고 배전선로의 전압을 정상 상태로 유지할 수 있다. 또한, 고장 상태 정보에 따라 에너지 저장 장치(400)와 전력 계통(300)을 연결하는 차단기(CB)를 신속하게 개방 및 투입할 수 있다. 따라서, 전압 강하 보상 시스템은 전력 계통의 안정적인 운영을 도모할 수 있다.

도 2는 전력 관리 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 관리 장치(100)는 전압 제어기(110), 차단 제어기(120), 및 통신부(130)을 포함한다.

통신부(130)는 스마트 미터, 에너지 저장 장치, HMI(Human Machine Interface) 장치 등과 통신을 수행할 수 있다. 또한, 상기 통신은 네트워크 정합장치(600)를 통해 이루어질 수 있다. 네트워크 정합 장치(600)는 Gigabit PHY, 네트워크 프로세서 기반의 고속 스위치, 광 변환기를 포함하고, 이더넷 기반의 통신 방식으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 통신 방식이 적용될 수 있다.

또한, 통신부(130)는 전력 계통 정보, 충전 상태 정보(SOC, state of charge), 고장 상태 정보, HMI 장치에 입력된 제어 정보를 전송 받아 전압 제어기(110), 및 차단 제어기(120)에 제공할 수 있다. 상기 HMI 장치는 전압 강하 보상 시스템의 동작 정보를 표시하고, 관리자로부터 제어 명령을 입력 받을 수 있다.

한편, 통신부(130)는 전송 받은 정보를 데이터 저장장치(500)에 제공할 수 있고, 데이터 저장장치(500)는 상기 정보를 저장한 후 HMI 장치에 제공할 수 있다.

전압 제어기(110)는 전송 받은 전력 계통 정보에 포함된 배전선로의 전압이 기준 전압 이하이면 방전 명령을 생성할 수 있다. 상기 방전 명령은 통신부(130)를 통해 에너지 저장 장치로 전송될 수 있다. 다만, 전압 제어기(110)는 주변압기의 자동 및 수동 탭변환 등 정상적인 동작에 의한 전압 강하에 대해서는 방전 명령을 생성하지 않을 수 있다.

차단 제어기(120)는 전송 받은 고장 상태 정보에 따라 차단 알고리즘을 수행하고 수행 결과에 따라 따라 에너지 저장 장치(400)와 전력 계통(300) 간의 차단기를 제어할 수 있다. 상기 차단 알고리즘에 대하여 도 6을 참조하여 보다 자세히 살펴보기로 한다.

도 3은 에너지 저장 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 장치(400)는 컨버터(410), 배터리(420), 인버터(430), 및 PCS(440)를 포함한다.

컨버터(410)는 전력 계통(300)으로부터 유입되는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 장치이며, SCR이나 IGBT등의 전력용 스위칭 반도체로 구현될 수 있다.

배터리(420)는 납축전지나 리튬-카드늄, 리튬-이온 등의 다양한 형태의 배터리로 구현될 수 있다. 또한, 배터리(420)는 전력 계통(300)의 전력을 변환한 직류전력을 이용하여 충전될 수 있고, 전압 강하의 발생시 방전될 수 있다.

인버터(430)는 배터리에 충전된 직류전력을 교류전력으로 변환하는 장치로서, 배터리가 방전하는 전력을 전력 계통(300)의 주파수와 동기화된 상태로 유입시킬 수 있다.

PCS(440)는 전력 변환 장치(Power Conversion System)로서, 전압 관리 장치(100)로부터 전송 받은 충전 명령 및 방전 명령에 따라 배터리(420)를 충전 및 방전하도록 컨버터(410), 배터리(420), 및 인버터(430)를 제어할 수 있다. 또한, 배터리(420)의 충전 상태 정보를 전압 관리 장치(100)에 전송할 수 있다. 상기 충전 상태 정보는 배터리의 상태, 추가로 저장 가능한 전력량, 방전 가능한 전력량 등을 포함할 수 있다.

도 4는 전압 강하 보상 시스템이 배치된 배전용 변전소의 일 예를 나타내는 단선 계통도이다. 구체적으로, 도 4는 154KV-22.9KV-Y 배전용 변전소의 단선 계통도를 나타내었으나 배전용 변전소의 전압레벨 및 모선연결은 변경될 수 있다.

도 4를 참조하면, 배전용 변전소는 154KV 송전선로의 전력을 154KV 모선을 통해 공급받으며, 주변압기(M.Tr 1)의 1차측에 배치된 차단기(CB1)를 통하여 주변압기(M.Tr 1)에 연결되고 주변압기(M.Tr 1)에서 22.9KV로 강압된 전력을 22.9KV 모선으로 공급한다. 또한, 22.9KV 모선은 배전선로용 차단기(CB4) 및 단로기를 통해 복수의 배전선로(A D/L, B D/L)와 연결된다.

에너지 저장 장치(ESS)는 도 5에 도시된 바와 같이, ESS용 차단기(CB3) 및 단로기를 통해 배전선로를 인출하는 22.9KV 모선의 일측에 연결될 수 있다. 또한, 계통전압과 에너지 저장 장치(ESS)의 전압을 일치시키기 위한 변압기가 설치될 수 있다. 상기 변압기는 에너지 저장 장치(ESS)의 충전시 22.9KV 계통전압을 에너지 저장 장치(ESS)의 컨버터의 규정 입력 전압으로 강압할 수 있고, 에너지 저장 장치(ESS)의 방전시 에너지 저장 장치(ESS)의 출력전압을 22.9KV로 승압할 수 있다.

한편, 변전소의 주변압기용 차단기(CB1), 제1 주변압기(M.Tr 1)측의 배전모선과 제2 주변압기(M.Tr 2)측의 배전모선 간에 배치된 차단기(CB2), 배전선로용 차단기(CB3)를 포함하는 다양한 차단기 및 단로기는 전력 계통의 고장 요인에 따라 개폐 동작이 수행될 수 있다.

또한, 상기 차단기의 개폐 동작에 대한 정보는 고장 상태 정보로서 전력 관리 장치(100, 도 1)에 제공되고, 상기 전력 관리 장치는 차단 알고리즘을 수행한다. 이하, 전력 관리 장치가 수행하는 차단 알고리즘의 일 예를 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 전력 관리 장치에서 수행되는 차단 알고리즘의 일 예를 나타내는 플로우 차트이다.

전력 관리 장치(100, 도 1)은 전력 계통의 전압이 기준 전압 이하로 저하되는 시점에서 순간 전압 강하가 발생한 것으로 판단한다(S10).

상기 전력 관리 장치는 고장 상태 정보를 전송 받고, 순간 전압 강하가 발생한 원인이 송선선로의 고장에 따른 것인지 판단하고(S20), 송전선로의 고장 발생으로 판단된 경우 일정(Setting) 시간 에너지 저장 장치와 배전모선을 연결하는 차단기(CB, 도 1)의 투입을 유지 후 개방한다(S25). 마찬가지로, 상기 전력 관리 장치는 순간 전압 강하가 발생한 원인이 변전소 내의 다른 주변압기의 고장에 따른 것인지 판단하고(S30), 주변압기의 고장 발생으로 판단된 경우 일정(Setting) 시간 상기 차단기의 투입을 유지 후 개방한다(S35).

또한, 상기 전력 관리 장치는 순간 전압 강하가 발생한 원인이 상기 전력 관리 장치가 배치된 배전모선 측의 주변압기의 고장 또는 배전모선의 고장에 따른 것인지 판단하고(S40), 배전모선의 고장 발생으로 판단된 경우 상기 차단기를 즉시 개방한다(S45).

또한, 상기 전력 관리 장치는 순간 전압 강하가 발생한 원인이 배전 모선과 연결되어 전력을 분배하는 배전선로의 고장에 따른 것인지 판단하고(S50), 배전선로의 고장 발생으로 판단된 경우 상기 차단기의 투입을 유지한다.

마지막으로, 상기 전력 관리 장치는 순간 전압 강하가 발생한 원인이 상술한 원인이 아닌 경우 일정(Setting) 시간 상기 차단기의 투입을 유지 후 차단기를 개방한다(S60).

전력 관리 장치는 차단 알고리즘에 의해 순간 전압 강하의 보상이 수행되어야 하는 상황을 판별하고 고장 원인에 따라 차단기를 제어하여 에너지 저장 장치를 전력 계통과 연결 및 분리할 수 있다.

도 6은 HMI 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.

도 6을 참조하면, HMI 장치(700)는 시스템 운전용 HMI(701), 유지 정비용 HMI(702), 운영 체제(703), 통신부(704)를 포함할 수 있다.

시스템 운전용 HMI(701)는 전압 강하 보상 시스템의 동작을 모니터하고 제어할 수 있는 그래픽 기반의 운영 프로그램이고, 유지 정비용 HMI(702)는 전압 강하 보상 시스템이 포함하는 시스템 및 장치의 소프트웨어를 수정하고 업데이트할 수 있도록 제공되는 그래픽 기반의 응용 프로그램이다. 시스템 운전용 HMI(701) 및 유지 정비용 HMI(702)은 운영 체제(703)와 시스템 API(application programming interface)를 통해 정보를 주고 받으며 사용자가 원하는 감시 및 제어 화면을 출력하고 사용자가 입력 하는 지시를 전압 강하 보상 시스템이 포함하는 시스템 및 장치에 전달할 수 있다. 또한, 통신부(704)는 네트워크 정합장치(600)를 통해 전력 관리 장치와 통신할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

100: 전력 관리 장치
110: 전압 제어기
120: 차단 제어기
200: 스마트 미터
300: 전력 계통
400: 에너지 저장 장치
500: 데이터 저장장치
600: 네트워크 정합장치
700: HMI 장치
CB: 차단기

Claims (7)

1. 주변압기로부터 전력을 공급받는 배전모선과 차단기를 통해 연결되는 에너지 저장 장치; 및
   전력 계통 정보를 전송 받아 전압 강하 여부를 판단하고 상기 에너지 저장 장치로 방전 명령을 전송하며, 고장 상태 정보에 따라 상기 차단기를 제어하는 전력 관리 장치
   를 포함하는 전압 강하 보상 시스템
   
2. 제1항에 있어서, 상기 전력 관리 장치는
   스마트 미터로부터 전력 계통 정보를 전송받고 기준 전압 이하의 전압 강하가 발생하면 상기 에너지 저장 장치로 상기 방전 명령을 전송하는 전압 제어기; 및
   변전소 내의 적어도 하나의 보호 계전기로부터 전송받은 고장 상태 정보에 따라 상기 차단기를 제어하는 차단 제어기
   를 포함하는 전압 강하 보상 시스템.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 전력 관리 장치는
   상기 주변압기 또는 상기 배전모선의 고장인 경우 상기 차단기를 즉시 개방하는 전압 강하 보상 시스템.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 전력 관리 장치는
   상기 배전모선과 연결되어 전력을 분배하는 배전선로의 고장인 경우 차단기의 투입을 유지하는 전압 강하 보상 시스템.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 전력 관리 장치는
   변전소 내의 다른 주변압기 또는 송선선로의 고장인 경우 일정 시간 경과 후 차단기를 개방하는 전압 강하 보상 시스템.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 전력 관리 장치는
   에너지 저장 장치로부터 충전 상태 정보를 전송받고 상기 에너지 저장 장치로 충전 명령을 전송하는 전압 강하 보상 시스템.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치는
   상기 충전 명령 및 상기 방전 명령에 따라 인버터 및 컨버터를 제어하고 상기 전력 관리 장치로 상기 충전 상태 정보를 전송하는 전력 변환 장치를 포함하는 전압 강하 보상 시스템.

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