KR20190040543A - 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법, 이를 수행하기 위한 제어 동작을 수행하는 주 제어장치 및 지역 제어 장치 - Google Patents

분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법, 이를 수행하기 위한 제어 동작을 수행하는 주 제어장치 및 지역 제어 장치 Download PDF

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Abstract

분산 전원이 연계된 배전계통에서의 분산 전원의 출력 제어 방법에 있어서, 주 제어장치에서 상기 배전계통의 임피던스 특성을 기초로 산출된 전압 민감도에 따라 상기 배전계통을 복수의 지역(zone)으로 분할하는 단계와, 전압 위반 노드 발생 시, 지역 제어장치에서, 상기 전압 위반 노드가 속하는 제1 지역과 동일한 지역(zone) 내의 각각의 분산 전원에 대한 통합 참여 지수를 기초로 상기 제1 지역내의 각각의 분산 전원에 대한 전압 조정을 위한 출력 제어량을 결정하는 단계를 포함하되, 상기 결정된 출력 제어량에 따라서 상기 제1 지역내의 각각의 분산 전원의 출력을 제어한다. 분산전원의 지역적 동작 기반의 전압조정 방법을 제공함으로써 분산전원의 도입에 큰 장벽이었던 분산 전원 출력 전압 상승 문제를 해결함으로써 더 많은 용량의 분산 전원을 도입할 수 있으며, 친환경적이고 대체 가능한 에너지원인 분산전원의 장점을 적극 활용할 수 있다.

Description

분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법, 이를 수행하기 위한 제어 동작을 수행하는 주 제어장치 및 지역 제어 장치{METHOD FOR CONTROLLING OUTPUT OF DISTRIBUTED GENERATIONS IN DISTRIBUTION SYSTEM WITH DISTRIBUTED GENERATIONS}
본 발명은 분산 전원에 관한 것이고, 더 구체적으로는 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법, 이를 수행하기 위한 제어 동작을 수행하는 주 제어장치 및 지역 제어 장치에 관한 것이다.
최근 분산전원(DG; Distributed Generation)의 배전 계통 접속이 증가하고 있고, 에너지 자립을 위한 독립계통에 대한 연구 및 실증이 다양하게 진행되고 있다.
분산전원의 경우 주로 태양광 발전과 풍력발전 그리고 연료전지와 같이 신·재생 에너지 위주로 설치가 이루어지고 있으며 배전 계통에 연계되는 방식과 배전 계통과 분리되어 운영되는 계통 독립 방식으로 분류가 된다. 각각의 방식은 주어진 환경과 경제적인 제약 그리고 필요에 의해 선택을 하게 되며 실제 배전 계통을 운영 시 발견되는 계통상의 다양한 문제점에 대한 해결방안은 거의 고려되지 않고 설계가 이루어진다. 특히 신·재생 에너지로 기저부하의 40%이상을 담당하게 되면 태양광과 풍력 같은 비 선형적인 발전패턴으로 인해 계통의 운영자체가 불안하게 되며, 자칫하면 전체 정전으로 이어지는 사고가 발생할 수 있다.
분산전원(DG)이 배전계통에 연계되면 배전계통에 주입되는 분산전원의 유효전력에 의해 분산전원 연계점의 전압이 상승하게 된다. 분산전원 연계점의 전압이 상승하는 이유는 유효출력이 배전계통 연계점에 주입됨으로 인해 연계점으로부터 변전소 방향으로(역조류의 방향), 즉 일반적인 배전계통에서의 전력의 흐름과 역방향으로 전력의 흐름이 생기게 되고 이때의 전류와 선로임피던스의 곱으로 전압이 상승하기 때문이다.
이에 전력사업자는 분산전원으로 인해 분산전원 연계점에서의 전압이 허용범위를 초과하지 않도록 배전계통에 연계하는 분산전원의 용량을 제한하고 있다.
특히 기존에 분산전원이 연계되어 있는 배전선로는 분산전원 연계점에서의 전압상승으로 인해 분산전원의 추가 연계가 더욱 곤란하다. 이는 분산전원의 연계신청이 입지 조건이 유사한 지역에 집중되기 때문이며, 그 결과 신규로 연계하고자 하는 분산전원의 용량이 작더라도 연계가 불가능한 경우가 있었다.
연계가 승인되지 않은 분산전원을 연계시키기 위해서는, 분산전원을 주변의 다른 배전선로에서 새로운 연계점을 찾거나, 변전소로부터 새로운 전용 배전선로를 건설하여야 한다. 그러나, 이 경우는 비용이 과다하게 소요되어 사업 착수가 불가능한 문제점이 있다.
전력계통운영의 목표는 전력시스템의 안정성과 신뢰성을 유지하여 원활한 전력을 공급하는 것이며, 안정적인 전력 공급을 위하여 무효전력과 모선 전압에 대한 고려를 해야 하는데, 모선의 전압을 일정 범위 이내로 유지하기 위하여 커패시터 뱅크등 다양한 방안이 사용되고 있다. 송전선의 리액턴스에 의한 손실로 인하여 발전기에서 공급하는 무효전력만으로 발전단에서 수전단까지 원활한 전력공급을 가능케 하는 것은 불가능하므로 이에 수전단까지의 공급경로에 무효전력을 공급할 수 있는 설비-예를들어, 커패시터 뱅크, 선로전압조정장치(Step Voltage Regulator, SVR)등-를 설치한다.
전술한 예상치 못한 역조류의 발생으로 인해, 분산전원이 연계된 배전계통에 대한 기존의 전압조정 방식으로는 부하시 탭 전환장치(On-Load Tap Changer; OLTC), 선로전압조정장치(Step Voltage Regulator, SVR), 커패시터 뱅크 등이 있으며, 이러한 기존 전압조정 방식의 적용은 배전계통의 전압을 적정범위 이내로 유지하기에 충분하지 못하다. 고압배전선로에 설치된 선로전압조정장치(SVR)는 급격한 부하 변동 시, 수용가의 전압을 규정치(220이내로 유지시키기 위하여, 미리 설정된 동작지연시간(Time Delay, 예를 들어 30초)에 탭(Tap)을 동작시키도록 운용된다. 부하시 탭 전환장치(OLTC)는 변압기의 탭 전환을 부하 상태인 채로 할 수 있는 장치이다.
기본적으로 기존의 배전계통 전압조정 기기들의 제어 및 정정치는 역조류의 발생 가능성을 고려하지 않기 때문에, 분산전원이 연계된 배전계통에서 역조류가 발생한다면 기존 기기들의 최적 성능을 기대하기 힘들뿐만 아니라 전압조정 기준점을 선정하기 매우 힘들다는 문제점이 있다.
정부의 친환경 정책에 대한 결과로 최근 들어 급증하고 있는 분산전원의 도입은 이산화탄소의 감소와 같은 다양한 장점들을 가지고 있지만, 배전계통의 전압상승 등 다양한 기술적 문제들을 야기한다. 이러한 문제점들은 대용량 분산전원의 도입을 어렵게 하는 커다란 장벽으로 분산전원 도입 목표치 달성을 위해 꼭 해결되어야 하는 문제이다.
또한 배전계통의 전압 문제는 고객들이 경험하는 전력품질에 직접적인 영향을 줄 수 있기 때문에 선행적으로 해결되어야 할 사항이다.
한국 특허등록공보 제10-1699034호 ("분산전원 대상의 지능형 자율 제어 장치 및 자율 제어 방법", (주)그린정보시스템) 한국 특허공개공보 제2016-0092244호 ("전압민감도 모선 임피던스 행렬을 이용한 모선전압 계산 방법 및 모선전압 계산 프로그램", 전남대학교산학협력단)
본 발명의 목적은 대용량 분산전원이 연계된 배전계통에서 발생할 수 있는 전압변동 문제 해결을 위해 분산전원의 지역적 동작에 기반한 분산 전원의 출력 제어 방법, 이를 수행하기 위한 제어 동작을 수행하는 주 제어장치 및 지역 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 분산 전원이 연계된 배전계통에서의 분산 전원의 출력 제어 방법에 있어서, 주 제어장치에서 상기 배전계통의 임피던스 특성을 기초로 산출된 전압 민감도에 따라 상기 배전계통을 복수의 지역(zone)으로 분할하는 단계와, 전압 위반 노드 발생 시, 지역 제어장치에서, 상기 전압 위반 노드가 속하는 제1 지역과 동일한 지역(zone) 내의 각각의 분산 전원에 대한 통합 참여 지수를 기초로 상기 제1 지역내의 각각의 분산 전원에 대한 전압 조정을 위한 출력 제어량을 결정하는 단계를 포함하되, 상기 결정된 출력 제어량에 따라서 상기 제1 지역내의 각각의 분산 전원의 출력을 제어한다. 상기 배전계통을 복수의 지역(zone)으로 분할하는 단계는 상기 주 제어장치에서 상기 배전계통의 임피던스 데이터를 제공받아 상기 배전계통내의 n개-여기서 n은 2이상의 자연수임-의 노드들간의 임피던스 데이터를 이용해 배전계통내의 노드들간의 거리 행렬을 산출하는 단계와, 상기 거리 행렬을 기초로 상기 배전계통을 k개-여기서 k는 2 이상 n 이하의 자연수임-의 복수의 지역으로 분할하는 단계와, 변전소에서 상기 k개의 지역내의 노드까지의 임피던스 데이터간의 거리가 최소가 되도록 상기 k개의 지역내에 노드들의 임피던스 데이터를 배정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 거리 행렬을 산출하는 단계는 상기 배전계통내의 n개의 노드를 k개의 지역으로 분할하고, 상기 k개의 지역내의 i번째 노드와 j번째 노드의 거리 D(I, j)를 i번째 내지 j번째 노드의 임피던스 데이터, i번째 내지 j번째 노드의 임피던스 평균값을 이용하여 구하는 단계-여기서, k는 n 이하의 자연수, i와 j는 자연수-를 포함할 수 있다. 상기 거리 행렬을 산출하는 단계는 하기의 수학식
Figure pat00001
에 의하여 산출-여기서,
Figure pat00002
는 i번째 노드로부터 j번째 노드까지의 거리,
Figure pat00003
는 임피던스 데이터,
Figure pat00004
는
Figure pat00005
에서
Figure pat00006
까지의 평균값임- 될 수 있다. 상기 복수의 지역내 전압 위반 노드 발생 시, 지역 제어장치에서, 상기 전압 위반 노드가 속하는 제1 지역과 동일한 지역 내의 각각의 분산 전원에 대한 통합 참여 지수를 기초로 상기 제1 지역내의 각각의 분산 전원에 대한 전압 조정을 위한 출력 제어량을 결정하는 단계는 상기 주 제어장치에서, 상기 배전계통의 전압 정보에 기초하여 상기 복수의 지역들 중에서 전압 위반 노드 발생을 감지하는 단계와, 상기 전압위반 노드가 발생한 상기 제1 지역에 상응하는 지역 제어장치에서, 상기 제1 지역내의 분산전원들 중에서 무효 전력 제어가 가능한 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 무효 전력 제어가 가능한 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정하는 단계는 상기 지역 제어장치에서, 상기 무효 전력 제어가 가능하고 마진이 남아있는 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정할 수 있다. 상기 출력 제어량(
Figure pat00007
,
Figure pat00008
)은 상기 통합 참여지수에 소정의 제어상수를 곱하여 산출될 수 있다. 상기 통합 참여 지수는 하기의 수학식
Figure pat00009
에 의해서 산출- 여기서,
Figure pat00010
는 통합 참여 지수,
Figure pat00011
는 출력 제어 가능 지수로서 0은 제어 불가능을 나타내고 1은 제어 가능을 나타냄,
Figure pat00012
은 출력 마진 지수로서 0은 마진 없음을 나타내고 1은 마진 있음을 나타내며,
Figure pat00013
는 전압민감도 계수,
Figure pat00014
는 발전 단가 지수로서 무효전력 제어 시 발전 단가 지수는 0임 될 수 있다. 상기 복수의 지역내 전압 위반 노드 발생 시, 지역 제어장치에서, 상기 전압 위반 노드가 속하는 제1 지역과 동일한 지역 내의 각각의 분산 전원에 대한 통합 참여 지수를 기초로 상기 제1 지역내의 각각의 분산 전원에 대한 전압 조정을 위한 출력 제어량을 결정하는 단계는 상기 전압위반 노드가 발생한 상기 제1 지역에 상응하는 지역 제어장치에서, 상기 제1 지역내의 분산전원들 중에서 무효 전력 제어가 가능하지 않은 경우 유효 전력 제어가 가능한 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 무효 전력 제어가 가능하지 않은 경우 유효 전력 제어가 가능한 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정하는 단계는 상기 무효 전력 제어가 가능하지 않은 경우 상기 유효 전력 제어가 가능하고 상기 마진이 남아있는 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정할 수 있다. 배전계통 전압 정보를 확인하여 모든 전압이 복구 가능한 범위에 위치하고 유효 전력 복구 가능한 분산 전원이 존재하는 경우에는 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 분산 전원의 유효 전력 출력을 제어할 수 있다. 배전계통 전압 정보를 확인하여 모든 전압이 복구 가능한 범위에 위치하고 유효 전력 복구 가능한 분산 전원이 존재하지 않고 무효 전력 복구 가능한 분산 전원이 존재하는 경우에는 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 분산 전원의 무효 전력 출력을 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어를 수행하기 위한 제어 동작을 수행하는 주 제어장치는 상기 배전계통의 임피던스 특성을 기초로 산출된 전압 민감도에 따라 상기 배전계통을 복수의 지역(zone)으로 분할하고, 상기 배전계통의 전압 정보에 기초하여 복수의 지역들 중에서 전압 위반 노드가 발생된 지역을 감지하는 프로세서와, 상기 전압 위반 노드가 발생되었다는 신호를 상기 전압 위반 노드가 발생된 지역에 해당되는 지역 제어장치로 전송하는 송수신부를 포함한다. 상기 프로세서에서는 상기 배전계통의 임피던스 데이터를 제공받아 상기 배전계통내의 노드들간의 임피던스 데이터를 이용해 배전계통내의 n개-여기서 n은 2이상의 자연수임-의 노드들간의 임피던스 데이터를 이용해 배전계통내의 노드들간의 거리 행렬을 산출하고, 상기 거리 행렬을 기초로 상기 배전계통을 k개-여기서 k는 2 이상 n 이하의 자연수임-의 복수의 지역으로 분할할 수 있다. 상기 거리 행렬은 상기 배전계통내의 n개의 노드를 k개의 지역으로 분할하고, 상기 k개의 지역내의 i번째 노드와 j번째 노드의 거리 D(I, j)를 i번째 내지 j번째 노드의 임피던스 데이터, i번째 내지 j번째 노드의 임피던스 평균값을 이용하여 구할 수 있다-여기서, k는 n 이하의 자연수, i와 j는 자연수-. 상기 거리 행렬은 하기의 수학식
Figure pat00015
에 의하여 산출-여기서,
Figure pat00016
는 i번째 노드로부터 j번째 노드까지의 거리,
Figure pat00017
는 임피던스 데이터,
Figure pat00018
는
Figure pat00019
에서
Figure pat00020
까지의 평균값임- 될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어를 수행하기 위한 제어 동작을 수행하는 지역 제어장치는, 전압 위반 노드가 발생되었다는 신호를 제공받는 송수신부와, 상기 전압 위반 노드가 속하는 제1 지역과 동일한 지역 내의 각각의 분산 전원에 대한 통합 참여 지수를 기초로 상기 제1 지역내의 각각의 분산 전원에 대한 전압 조정을 위한 출력 제어량을 결정하고, 상기 출력 제어량에 따라서 상기 전압 위반 노드가 속하는 제1 지역과 동일한 지역에 속하는 각각의 분산 전원의 출력 전압을 제어하는 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는, 상기 제1 지역내의 분산전원들 중에서 무효 전력 제어가 가능하고 마진이 남아있는 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정할 수 있다. 상기 프로세서는, 상기 제1 지역내의 분산전원들 중에서 무효 전력 제어가 가능하지 않은 경우 유효 전력 제어가 가능한 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정할 수 있다. 상기 통합 참여 지수는 하기의 수학식
Figure pat00021
에 의해서 산출- 여기서,
Figure pat00022
는 통합 참여 지수,
Figure pat00023
는 출력 제어 가능 지수로서 0은 제어 불가능을 나타내고 1은 제어 가능을 나타냄,
Figure pat00024
은 출력 마진 지수로서 0은 마진 없음을 나타내고 1은 마진 있음을 나타내며,
Figure pat00025
는 전압민감도 계수,
Figure pat00026
는 발전 단가 지수로서 무효전력 제어 시 발전 단가 지수는 0임 될 수 있다. 상기 지역 제어장치는 상기 배전계통을 복수의 지역으로 분할한 경우 상기 전압 위반 노드를 포함하지 않는 지역에 속하는 분산 전원들에 대해서는 출력 전압을 제어하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법, 이를 수행하는 주 제어장치 및 지역 제어 장치에 따르면, 분산전원의 전압조정을 위한 지역 분할은 배전계통의 전압민감도 및 최적 분할 기법을 이용하며, 전압민감도 지수, 분산전원의 제어 가능 여부, 분산전원의 출력 제어 마진, 및/또는 발전 단가를 고려한 통합 참여 지수를 신규로 개발하여 사용한다.
본 발명의 실시예들에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법, 이를 수행하는 주 제어장치 및 지역 제어 장치에 따르면, 동일한 지역 내의 분산전원들은 분산전원들이 속한 지역 내의 전압위반 노드 발생 시만 우선적으로 동작하여 유효전력 및 무효전력 출력 제어를 수행하며, 인근 지역 내의 전압위반 노드 발생 시에는 전압위반 노드가 발생된 지역에 있는 분산전원이 제어 불가능하거나 더 이상 마진이 남아있지 않을 경우에만 전압조정에 참여한다.
본 발명의 실시예들에 따른 분산전원 출력 제어 방법은 기존의 전압 조정 기기인 부하시 탭 전환장치(On-Load Tap Changer; OLTC)의 불필요한 동작을 예방할 수 있으며, 전압위반 현상이 가장 심각한 노드에 연계된 분산 전원만 동작하는 개별 동작(단일 동작)에 비해 높은 신뢰성을 보장할뿐만 아니라, 모든 분산전원들을 하나의 지역으로 고려하여 전압위반 시 동시에 출력 제어를 수행하는 동시 동작에 비해 분산 전원 출력 제어 효율성이 향상된다. 구체적으로, 본 발명의 실시예들에 따른 분산 전원 출력 제어 방법의 경우, 전압 위반 현상이 나타난 노드가 속하는 영역(zone)에 포함되는 노드(들)의 분산 전원 출력 무효 전력을 유효 전력에 우선하여 먼저 제어함으로써, 단일 동작과는 달리 유효전력 소비를 최소한으로 줄일 수 있으며, 동시 동작에 비해 훨씬 더 적은 제어량으로 성공적인 분산 전원 출력 전압 조정이 가능하며, 또한 전압위반 현상이 발생한 지역의 분산 전원 출력 전압을 국부적으로 제어함에 따라 전압 위반 현상이 발생하지 않는 지역의 분산 전원 출력 전압에 불필요한 영향을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법, 이를 수행하는 주 제어장치 및 지역 제어 장치에 따르면, 분산전원의 지역적 동작 기반의 전압조정 방법을 제공함으로써 분산전원의 도입에 큰 장벽이었던 분산 전원 출력 전압 상승 문제를 해결함으로써 더 많은 용량의 분산 전원을 도입할 수 있으며, 친환경적이고 대체 가능한 에너지원인 분산전원의 장점을 적극 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법, 이를 수행하는 주 제어장치 및 지역 제어 장치를 통해 분산전원이 연계된 배전계통일지라도 능동적인 전압조정이 가능하며, 배전계통의 전압을 허용범위 이내로 유지시킴에 따라 안정된 전압을 수용가에 공급할 수 있으므로 전력품질 개선의 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 전압 조정을 위한 임피던스 데이터를 이용한 최적 분할 기법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 도 1의 최적 분할 기법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법을 수행하는 전체 시스템 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 전압 조정을 위한 분산전원 출력 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 도 3의 전체 시스템에서 주 제어장치와 지역 제어장치를 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법을 수행하는 주 제어장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법을 수행하는 지역 제어장치의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법을 수행하는 경우의 네트워크 연결 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 전압 조정을 위한 분산전원 출력 복구 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법을 검증하기 위해 사용된 모의 계통을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법 적용시 도 10의 경우 유효 전력에 대한 지역 분할 결과를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법 적용시 도 10의 경우 무효 전력에 대한 지역 분할 결과를 나타낸다.
도 13 및 도 14는 종래의 부하시 탭 전환장치(OLTC)를 이용한 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원 전압 조정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원 전압 조정 방법 적용시 주간 시간대의 전압 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원 전압 조정 방법의 경우 지역적 동작 방식에 따른 분사 전원의 출력 제어량을 나타낸 테이블이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
대용량 분산전원의 계통 연계로 인한 전압변동 문제 해결을 위해, 분산 전원의 출력을 제어하는 것은 매우 중요하며, 어떠한 기준에 의해 분산전원의 출력을 제어할지에 대한 전략을 세우는 것은 필수적으로 고려되어야 할 사항들 중 하나이다.
본 발명의 실시예들에서는 특정한 전압 위반 노드에 대한 전압 조정 참여 분산전원을 결정하기 위해 전압민감도 분석을 사용한다.
전압 민감도는 모선의 유효전력이나 무효전력의 변화가 있을 때 발생하는 모선 전압의 변화를 예측할 수 있는 지수로 전력에 대한 전압민감도가 클수록 전력 변화 시 모선 전압의 변화가 크다.
따라서 전압위반 노드를 기준으로 전압민감도를 계산하여 민감도가 큰 노드에 연계된 분산전원의 출력을 제어하는 것이 효율적이다.
수학식 1은 유효전력 및 무효전력에 대한 전압민감도 계수를 나타낸다.
Figure pat00027
여기서,
Figure pat00028
: j번째 노드의 유효전력 변화에 따른 i번째 노드 전압민감도 계수
Figure pat00029
: j번째 노드의 무효전력 변화에 따른 i번째 노드 전압민감도 계수
Figure pat00030
: 변전소로부터 노드 i와 j의 공통노드까지의 저항 성분
Figure pat00031
: 변전소로부터 노드 i와 j의 공통노드까지의 리액턴스 성분
Figure pat00032
: j번째 노드의 유효전류
Figure pat00033
: j번째 노드의 무효전류
Figure pat00034
: i번째 노드의 전압
전압민감도 분석을 통해 알 수 있듯이, 배전계통의 전압민감도는 노드 간의 임피던스가 매우 큰 영향을 미친다. 따라서 전압위반 노드와 전기적으로 멀리 떨어진 곳의 분산전원은 전압위반 노드에 대한 전압민감도가 작기 때문에 분산 전원의 출력 제어를 통해 전압 조정에 참여하더라도 높은 효과를 기대하기 어렵다. 그러므로 전압 위반 노드에 대한 영향이 미약하거나 없는 노드에 연계된 분산전원의 불필요한 출력 제어를 피하는 것이 손실을 크게 줄일 수 있는 방법이다.
본 발명의 실시예들에서는 임피던스 특성을 지역 분할의 데이터로 간주하며, 최적 분할기법을 이용하여 하나의 배전계통을 여러 개의 지역으로 분할한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 전압 조정을 위한 임피던스 데이터를 이용한 최적 분할 기법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 2는 도 1의 최적 분할 기법을 설명하기 위한 개념도이다. 상기 최적 분할 기법과 관련된 식은 하기의 수학식 2 및 수학식 3에 나타나 있다.
본 발명의 실시예들에서 그룹핑(Grouping) 하고자 하는 대상은 변전소로부터 특정 노드까지의 임피던스 데이터이다.
도 1은 복수의 노드의 복수의 임피던스(저항 성분 R과 리액턴스 성분 X로 구분됨) 데이터를 특정한 수의 그룹으로 나누기 위한 과정을 나타낸다.
이하, 도 10과 같이 11개 노드(node 1, node 1, ..., node 11)가 존재하는 경우를 가정하여 설명한다.
먼저 변전소로부터 각 노드까지의 임피던스 데이터(R, X)를 취득(단계 110)한 후, 수학식 2를 통해 배전계통내 노드들 간의 거리 행렬을 계산한다(단계 120). 수학식 2는 임피던스 데이터를 이용하여 계산된 거리 행렬을 설명하기 위한 식이다.
Figure pat00035
여기서,
Figure pat00036
: i번째 노드로부터 j번째 노드까지의 거리
Figure pat00037
: 임피던스 데이터
Figure pat00038
:
Figure pat00039
에서
Figure pat00040
까지의 평균값
도 2의 X축은 변전소에서 각 노드간의 임피던스 데이터 값을 나타내며, 변전소에서 각 노드간의 임피던스 데이터 값에 따라 3개의 제1 그룹(210a), 제2 그룹(210b), 제3 그룹(210c)으로 나누어지는 예를 도시한다. 예를 들어 제1 그룹(210a)의 경우, 201a를 포함하는 4개의 노드는 동일한 지역(zone), 예를 들어 제1 지역에 속하며, 제1 지역에 속하는 4개의 노드 각각의 임피던스 데이터들의 평균값(212a)이 도 2에 도시되어 있다. 제2 그룹(210b)의 경우, 201b를 포함하는 3개의 노드는 동일한 지역(zone), 예를 들어 제2 지역에 속하며, 제2 지역에 속하는 3개의 노드 각각의 임피던스 데이터들의 평균값(212b)이 도 2에 도시되어 있다. 제3 그룹(210c)의 경우, 201c를 포함하는 3개의 노드는 동일한 지역(zone), 예를 들어 제3 지역에 속하며, 제3 지역에 속하는 3개의 노드 각각의 임피던스 데이터들의 평균값(212c)이 도 2에 도시되어 있다.
최종적으로 도출하고자 하는 결과는 그룹 내의 데이터들(변전소에서 특정 노드까지의 임피던수 데이터) 간의 거리가 최소가 되도록 각각의 그룹에 데이터들(변전소에서 특정 노드까지의 임피던수 데이터)을 배정한다.
이는 하기의 수학식 3과 같이 반복적인 계산을 통해 이루어진다.
수학식 3은 최소거리 MD의 초기화 및 반복 계산을 설명하기 위한 식이다.
Figure pat00041
여기서, n은 2이상의 자연수, k는 2이상의 자연수이며,
Figure pat00042
:
Figure pat00043
개의 데이터를 2개의 지역으로 분할했을 때의 최소거리
Figure pat00044
:
Figure pat00045
개의 데이터를
Figure pat00046
개의 지역으로 분할했을 때의 최소거리
먼저 n개의 노드에 대한 지역분할(partitioning) 횟수(또는 지역분할 개수) k=2로 초기화하여 n개의 노드에 대한 지역분할을 초기화(단계 130)하고, n개의 노드에 대해 k를 증가시켜가며 반복적으로 지역 분할시 총거리를 계산(단계 140)하며, n개의 노드를 k개의 지역(zone)으로 분할했을 때 최소거리(MD)를 찾고 최소 거리에 해당되는 지역 분할 후보를 도출한다(단계 150). 구체적으로, 수학식 3에서 k=2, 즉 2개의 그룹으로 n개의 데이터(변전소에서 특정 노드까지의 임피던수 데이터)를 분할했을 경우의 최소값을 계산하여 이를 k=3, 즉 3개 그룹, k=4, 즉 4개 그룹등으로 확장시켜가며 반복적인 계산을 수행한다. 수학식 3의 계산을 통해 도출된 MD의 값은 최소거리이며, 이 최소거리에 해당하는 데이터(변전소에서 특정 노드까지의 임피던수 데이터)의 분할이 최적 분할 결과가 된다.
본 발명의 실시예들에 따른 분산 전원의 전압조정 방법은 배전계통의 전압조정 지역 분할 결과를 이용한다. 각 지역 내의 분산전원들은 그들이 속한 지역 내의 전압위반 노드 발생 시만 우선적으로 동작하여 유효전력 및 무효전력 출력 제어를 수행하며, 인근 지역 내의 전압위반 노드 발생 시에는 그 지역에 있는 분산전원이 제어 불가능하거나 더 이상 마진이 남아있지 않을 경우에만 전압조정에 참여한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법을 수행하는 전체 시스템 구성도이고, 도 5는 도 3의 전체 시스템에서 주 제어장치와 지역 제어장치를 나타낸 구성도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법을 수행하는 주 제어장치의 구성도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법을 수행하는 지역 제어장치의 구성도이다.
전체 시스템은 주 제어장치(310), 적어도 하나의 분산전원(331)을 포함하는 각각의 지역(330-1, 330-2, 330-3)의 분산 전원 출력을 제어하는 지역 제어장치(zone controller, 320-1, 320-2, 320-3), 배전자동화시스템(Distribution Automation System, DAS)의 복수의 배전선로 운전용 단말장치(Feeder Remote Terminal Unit; FRTU)들(340)로 구성된다. 도 3 및 도 5에서는 제1 지역(330-1), 제2 지역(330-2), 제3 지역(330-3)을 각각 제1 지역 제어장치(320-1), 제2 지역 제어장치(320-1), 제3 지역 제어장치(320-1)에서 제어하는 경우를 나타낸 것이다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 각각의 지역(zone)은 전용 제어기인 지역 제어장치(zone controller, 320-1, 320-2, 320-3)를 통해 제어되며, 지역 제어장치들 간의 통신을 통해 다른 지역 내 분산전원들의 상태를 점검할 수 있다.
도 3 및 도 5에 도시된 바와같이, 주 제어장치(310)는 배전계통의 임피던스 데이터(352), 배전선로 운전용 단말장치(FRTU)로부터 배전계통의 전압 정보(351), 부하시 탭 전환장치(OLTC) 상태 정보 또는 OLTC 제어 신호 (354)를 제공받아 하위의 지역 제어장치들(320-1, 320-2, 320-3)을 제어한다. 구체적으로, 주 제어장치(310)는 배전계통의 임피던스 데이터(352)를 받아 전압 조정 지역을 분할하며, 배전자동화시스템(DAS)의 배전선로 운전용 단말장치(FRTU)로부터 배전계통의 전압 정보(351)를 취득하여 규정범위를 벗어나는 전압상승 발생 시 전압조정 알고리즘에 따라 하위 지역 제어장치들에 동작 신호를 전송한다. 상기 배전계통의 임피던스 데이터(352)는 변전소로부터 각 노드까지의 임피던스 데이터를 의미한다.
도 6을 참조하면, 주 제어장치(310)는 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법을 수행하는 프로세서(315)와 송수신부(317)를 포함한다. 프로세서(315)는 배전계통의 임피던스 특성을 기초로 산출된 전압 민감도에 따라 분산전원의 출력 전압 조정을 위하여 배전계통을 복수의 지역(zone)으로 분할하고, 상기 배전계통의 전압 정보에 기초하여 복수의 지역들 중에서 전압 위반 노드가 발생된 지역을 감지하도록 동작한다.
프로세서(315)는 전압 민감도 산출부(313)와 전압 위반 노드 감지부(311)를 포함하도록 구현될 수 있으며, 전압 민감도 산출부(313), 전압 위반 노드 감지부(311)는 도 6에서 별도의 블록으로 구현된 예를 도시하였으나 구현시에는 하나의 통합된 블록으로도 구현이 가능함은 물론이다.
전압 민감도 산출부(313)는 배전계통의 임피던스 특성을 기초로 전압 민감도를 산출한다.
전압 위반 노드 감지부(311)는 복수의 지역들 중에서 전압 위반 노드가 발생된 지역을 감지한다.
송수신부(317)는 전압 위반 노드가 발생되었다는 신호를 상기 전압 위반 노드가 발생된 지역에 해당되는 지역 제어장치(320)로 전송한다.
도 7을 참조하면, 지역 제어장치(320)는 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법을 수행하는 프로세서(324)와 송수신부(327)를 포함한다. 송수신부(327)는 전압 위반 노드가 발생되었다는 신호를 제공받는다. 프로세서(324)는 전압 위반 노드가 속하는 제1 지역과 동일한 지역 내의 각각의 분산 전원에 대한 통합 참여 지수를 기초로 상기 제1 지역내의 각각의 분산 전원에 대한 전압 조정을 위한 출력 제어량을 결정하고, 상기 출력 제어량에 따라서 상기 전압 위반 노드가 속하는 제1 지역과 동일한 지역에 속하는 각각의 분산 전원의 출력 전압을 제어한다. 프로세서(324)는 출력 제어량 산출부(321)를 포함하도록 구현될 수 있으며, 출력 제어량 산출부(321)는 통합 참여지수 산출부(322)룰 포함하도록 구현 될 수 있다.
통합 참여지수 산출부(322)는 수학식 4와 같이 동일한 지역 내의 분산전원들에 대해 통합 참여 지수(
Figure pat00047
)를 계산한다. 출력 제어량 산출부(321)는 상기 계산된 통합 참여 지수(
Figure pat00048
)를 이용하여 수학식 5의 분산전원 출력 제어량(
Figure pat00049
,
Figure pat00050
)을 결정하여 복수의 지역들 중에서 전압 위반 노드가 발생된 지역내의 분산 전원의 출력을 제어한다.
본 발명의 실시예들에서는, 다양한 조건을 고려한 통합 참여 지수(
Figure pat00051
) 계산을 통해 동일한 지역 내의 분산전원들의 참여 비율을 결정할 수 있다.
수학식 4는 통합 참여 지수(
Figure pat00052
)를 계산하는 식을 나타낸다.
Figure pat00053
여기서,
Figure pat00054
: 통합 참여 지수
Figure pat00055
: 출력 제어 가능 지수 (0 : 제어 불가능, 1 : 제어 가능)
Figure pat00056
: 출력 마진 지수 (0 : 마진없음, 1 : 마진있음)
Figure pat00057
: 전압민감도 계수
Figure pat00058
: 발전 단가 지수 (무효전력 제어 시 : 0)
마진 지침(예를 들어, 1000 와트(w)에서 500 와트(w)까지만 줄여라는 지침)이 있는 경우 출력 마진 지수는 마진 있음을 의미하는 ' 을 나타낼 수 있다.
수학식 4와 같이 계산된 통합 참여 지수(
Figure pat00059
)에 따라 수학식 5의 분산전원 출력 제어량(
Figure pat00060
,
Figure pat00061
)이 결정된다. 수학식 5는 분산 전원 출력 제어량(
Figure pat00062
,
Figure pat00063
)을 이용한 새로운 분산 전원의 출력 지령치를 나타낸다.
Figure pat00064
여기서,
Figure pat00065
,
Figure pat00066
: 출력 제어 후 유효출력 및 무효출력
Figure pat00067
,
Figure pat00068
: 출력 제어 전 유효출력 및 무효출력
Figure pat00069
,
Figure pat00070
: 출력 제어량 (
Figure pat00071
'
Figure pat00072
' 는 제어상수)
여기서, k '는 제어상수로서, k' 값이 크면 제어량을 크게 할 수 있으며, 물리적 기기의 능력(capability)에 따라 k '값이 달라지며, 예를 들어 인버터 성능이 좋으면 k' 값을 크게 할 수 있다.
시뮬레이션 조건에 따른 실제 통합 참여 지수(
Figure pat00073
)의 값보다는 설명을 위한 예시로서, 예를 들어 도 10의 노드 11에 전압 위반 현상이 발생하였다고 가정할 때, 전술한 바와 같이 노드 11과 동일한 지역에 속하는 노드 9 내지 노드 11에 연계된 분산전원에 대하여 출력 전압 제어를 수행하며, 이때 출력 제어량은 통합 참여 지수(
Figure pat00074
)에 의해 결정된다.
전압민감도 계수
Figure pat00075
는 임피던스 데이터에 의존하므로 노드 11에 대한 노드 11의 전압민감도 계수는 동일한 노드이므로 0이 되며, 또한 노드 11에 대한 노드 10의 전압민감도 계수는 노드 11과 노드 10 간의 임피던스만큼 증가할 것이며, 노드 11에 대한 노드 9의 전압민감도 계수 또한 노드 11과 노드 9 간의 임피던스만큼 증가한다. 수학식 4의 통합 참여 지수(
Figure pat00076
) 계산식에서와 같이 전압민감도 계수
Figure pat00077
가 낮으면 그만큼 더욱 민감하다는 것을 의미하며
Figure pat00078
의 값은 증가하므로 제어량은 그만큼 커지게 된다. 따라서 노드 11의 전압 위반에 대해서는 노드 11 > 노드 10 > 노드 9 순으로 출력 제어량의 크기가 결정될 수 있다.
이 밖에도 발전 단가가 더 낮은 분산전원을 제어하는 것이 더욱 효율적이므로 발전 단가 지수
Figure pat00079
의 경우는 발전 단가가 더 낮을수록 통합 참여 지수(
Figure pat00080
)는 증가하고 이는 더 많은 제어량을 의미한다.
출력 제어 가능 지수
Figure pat00081
와 출력 마진 지수
Figure pat00082
의 경우는 분산전원이 출력 제어가 가능하고, 출력 제어가 가능한 마진이 남아있다면 1이 되어 통합 참여 지수(
Figure pat00083
)의 값이 특정한 값으로 계산되지만, 출력 제어 가능 지수
Figure pat00084
와 출력 마진 지수
Figure pat00085
둘 중 하나가 0이라면 통합 참여 지수(
Figure pat00086
)는 0이 되어 제어를 할 수 없다는 것을 나타낸다.
계산 시 정규화 된 결과를 얻기 위해 전압민감도 계수
Figure pat00087
및 발전 단가 지수
Figure pat00088
는 하기 수학식 6에 명시된 최소-최대 정규화(min-max normalization) 기법을 통해 ε~1 사이값을 가지도록 정규화될 수 있다. 수학식 4에서 전압민감도 계수
Figure pat00089
및 발전 단가 지수
Figure pat00090
가 0이 되면 분모가 0이 되어 무한대값이 되므로 ε(ε는 매우 작은 값이지만 0은 아님)를 사용한다.
Figure pat00091
여기서,
Figure pat00092
: 정규화 된 데이터
Figure pat00093
: 정규화 대상 데이터
Figure pat00094
: 상위 한계값
Figure pat00095
: 하위 한계값
분산전원의 참여 비율은 계산된 통합 참여 지수(
Figure pat00096
)에 의해 결정되며, 통합 참여 지수(
Figure pat00097
)의 값이 큰 분산전원은 더 많은 양의 출력이 제어된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 전압 조정을 위한 분산전원 출력 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 주 제어장치(310)는 배전선로 운전용 단말장치(FRTU)로부터 배전계통의 전압 정보(351)를 취득(단계 410)하고, 지역(zone) 내에 전압 위반 노드가 발생했는지 판단한다(단계 420).
각각의 지역 제어장치(320-1, 320-2, 320-3)는 전술한 지역적 동작 기반의 통합 참여 지수를 이용한 분산전원의 전압조정 방식을 사용한다. 지역 제어장치는 주 제어장치(310)로부터 지역 내에 전압위반 노드가 발생했다는 신호를 취득할 수 있다.
지역 제어장치에서 지역 내 무효전력 제어가 가능한 분산전원(DG)이 존재(또는 무효전력 제어가 가능하고, 마진이 남아있는 분산전원(DG)이 존재하는 경우)하는지 확인(단계 430)한다. 지역 제어장치에서는 지역 내의 분산전원들과의 통신을 통해 무효전력 제어가 가능한 분산전원의 존재하는지 여부를 확인한다. 또는 지역 제어장치에서는 지역 내의 분산전원들과의 통신을 통해 무효전력 제어가 가능하고, 마진이 남아있는 분산전원의 존재 여부를 확인할 수 있다.
지역 제어장치에서는 무효 전력 제어가 가능한 분산 전원(DG)이 존재하는 경우(또는 무효전력 제어가 가능하고, 마진이 남아있는 분산전원이 존재하는 경우) 통합 참여 지수(
Figure pat00098
)를 이용하여 분산전원(DG)에 무효전력 출력 제어량을 결정(단계 440)한다. 지역 제어장치에서는 만일 무효 전력 제어가 가능한 분산 전원(DG)이 존재하는 경우(또는 무효전력 제어가 가능하고, 마진이 남아있는 분산전원이 존재하는 경우), 통합 참여 지수(
Figure pat00099
)를 이용하여 수학식 5의 출력 제어 후 무효출력
Figure pat00100
계산을 수행하며 가용할 수 있는 분산전원에 출력 제어 명령을 내린다.
그 다음, 지역 제어장치에서는 분산전원(DG)의 무효 전력 출력을 제어한다(단계 450).
하지만 모든 지역내 분산전원이 무효 전력 제어가 가능하지 않다면, 지역 제어장치에서는 유효전력 제어가 가능한 분산전원(DG)이 존재(또는 유효전력 제어가 가능하고, 마진이 남아있는 분산전원(DG)이 존재하는 경우)하는지 확인(단계 470)한다. 지역 제어장치에서는 지역 내의 분산전원들과의 통신을 통해 유효전력 제어가 가능한 분산전원의 존재하는지 여부를 확인한다. 또는 지역 제어장치에서는 지역 내의 분산전원들과의 통신을 통해 유효전력 제어가 가능하고, 마진이 남아있는 분산전원의 존재 여부를 확인할 수 있다.
지역 제어장치에서는 유효 전력 제어가 가능한 분산 전원(DG)이 존재하는 경우(또는 유효전력 제어가 가능하고, 마진이 남아있는 분산전원이 존재하는 경우) 통합 참여 지수(
Figure pat00101
)를 이용하여 분산전원(DG)에 유효전력 출력 제어량을 결정(단계 480)한다. 지역 제어장치에서는 만일 유효 전력 제어가 가능한 분산 전원(DG)이 존재하는 경우(또는 유효전력 제어가 가능하고, 마진이 남아있는 분산전원이 존재하는 경우), 통합 참여 지수(
Figure pat00102
)를 이용하여 수학식 5의 출력 제어 후 유효출력
Figure pat00103
계산을 수행하며 가용할 수 있는 분산전원에 출력 제어 명령을 내린다.
반면, 단계 470에서 유효 전력 제어가 가능한 분산 전원(DG)이 존재하지 않는 경우(또는 유효전력 제어가 가능하고 마진이 남아있는 분산전원이 존재하지 않는 경우)에는 시스템 운영자에게 이를 알리는 알람 신호를 전송한다(단계 460).
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법을 수행하는 경우의 네트워크 연결 구성도이다. 도 8을 참조하면, 주 제어 레벨(310a)로 동작하는 주 제어장치(310)과 지역(zone) 제어 레벨(320a)로 동작하는 지역 제어장치(320)는 라우터(840)를 통하여 배전자동화시스템(Distribution Automation System, DAS) 네트워크(830), 라우터(820)을 통하여 그룹으로 구성된 하위의 분산 전원들과 통신할 수 있다.
주간 시간대 이후 감소된 일사량에 따른 낮은 분산 전원 출력으로 인해 더 이상 전압 상승 문제가 발생하지 않음에도 불구하고 감축된 출력을 유지하는 것은 에너지 손실로 이어지기 때문에 일정한 수준 이하로 전압이 다시 감소되었을 경우에는 분산전원 출력을 원상태로 복구시키는 것이 필수적이다. 따라서 본 발명에서는 도 9와 같이 지역 기반의 분산 전원 출력 복구 제어 방법을 전술한 분산 전원 출력 전압 제어 방법과 함께 적용한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 전압 조정을 위한 분산전원 출력 복구 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
전술한 전압 위반 현상에 대해 도 4에 따른 분산 전원 출력 제어를 수행하여 전압 위반 현상이 해결된 이후에는 원래의 상태로 분산 전원 출력을 복구하는 것이 필요하다.
모든 전압이 복구 제어가 가능한 지역(restoration control region)에 위치하면 도 4와는 달리 유효 전력 -> 무효 전력 순으로 복구를 수행한다. 이는 사업자의 경제적 이익과 직관되는 유효전력을 먼저 복구하는 것이 필요하기 때문이다. 도 4와의 또 다른 차이점은 통합 참여 지수(
Figure pat00104
)의 값과 분산 전원 출력 제어량은 반비례하게 되는데, 이는 분산 전원 출력 복구시에는 전압에 영향을 덜 미치는 분산전원을 우선적으로 제어해야 또 다른 전압 문제가 발생하지 않기 때문이다.
도 9를 참조하면, 먼저 분산 전원 출력을 다시 복구시킬 지에 대한 결정을 위하여 주 제어장치(310)는 전압측정기기인 배전선로 운전용 단말장치(FRTU)로부터 배전계통의 전압 정보(351)를 취득(단계 910)한다.
주 제어장치(310)는 취득된 전압 정보 또는 전압 데이터를 확인하여 모든 전압들이 복구가 가능한 범위(restoration control region, 다시 분산 전원의 출력을 복구하더라도 전압 문제가 발생하지 않을 것으로 예상되는 범위)에 위치하는지 판단(단계 920)하여, 모든 전압들이 복구가 가능한 범위에 위치하는 경우에는 유효 전력 -> 무효 전력 순으로 복구를 수행한다. 즉, 전술한 도 4의 분산 전원 출력 전압 조정과는 달리 분산 전원 출력 전압 복구의 경우는 사업자의 경제적 이익을 다시 회복할 수 있는 유효전력을 무효전력 보다 먼저 복구한다.
구체적으로, 지역 제어장치에서는 모든 전압들이 복구가 가능한 범위에 위치하는 경우에는 유효 전력(P)이 복구 가능한 분산 전원(DG)가 존재하는지 판단하여(단계 930) 존재하는 경우에는 통합 참여 지수(
Figure pat00105
)를 이용하여 분산전원(DG)에 유효전력 출력 제어량을 결정(단계 940)한다. 지역 제어장치에서는 만일 유효 전력(P)이 복구 가능한 분산 전원(DG)가 존재하는 경우, 통합 참여 지수(
Figure pat00106
)를 이용하여 수학식 5의 출력 제어 후 유효 출력 전압 계산을 수행하며 가용할 수 있는 분산 전원에 출력 제어 명령을 내린다. 다만, 분산 전원 출력 전압 복구량 또한 통합 참여 지수(
Figure pat00107
)의 값을 이용하지만, 도 4의 분산 전원 출력 전압 조정과의 차이점은 통합 참여 지수(
Figure pat00108
)의 값과 분산 전원 출력 제어량은 반비례한다는 점이며, 이는 분산 전원 출력 전압 복구시에는 전압에 영향을 덜 미치는 분산전원을 우선적으로 제어해야 또 다른 전압 문제가 발생하지 않기 때문이다.
분산 전원의 유효 전력 복구가 모두 완료되면 분산 전원의 무효 전력 또한 원래의 상태로 복구시키는 절차로 이동하며 원리는 유효 전력의 복구와 동일하다. 구체적으로, 지역 제어장치에서는 유효 전력(P)이 복구 가능한 분산 전원(DG)가 존재하는지 판단하여(단계 930) 존재하지 않는 경우에는 무효 전력(Q)이 복구 가능한 분산 전원(DG)가 존재하는지 판단하여(단계 960) 무효 전력(Q)이 복구 가능한 분산 전원(DG)가 존재하는 경우에는 통합 참여 지수(
Figure pat00109
)를 이용하여 분산전원(DG)에 무효전력 출력 제어량을 결정(단계 970)한다. 지역 제어장치에서는 만일 무효 전력(Q)이 복구 가능한 분산 전원(DG)가 존재하는 경우, 통합 참여 지수(
Figure pat00110
)를 이용하여 수학식 5의 출력 제어 후 무효 출력 전압 계산을 수행하며 가용할 수 있는 분산 전원에 출력 제어 명령을 내린다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법을 검증하기 위해 사용된 모의 계통을 나타낸다.
본 발명의 실시예들에 따른 분산 전원 출력 전압 조정 방법을 검증하기 위해 MATLAB/Simulink를 이용하여 모델링 한 모의 계통은 도 10과 같다.
도 10을 참조하면, 모의 계통은 파트 1과 파트 2로 이루어지며, 본 발명의 실시예들에 따른 분산 전원 출력 전압 조정 방법 검증은 파트 2(1010)만 고려하여 수행하였다. 도 10에서 GA는 자동화 개폐기, RA는 리클로저 개폐기, AS는 고장구간 자동 개폐기, GM, GC는 GA의 하위 타입이며, L1, L2, ..., L11은 부하(load)를 나타내며 본 발명과 분산 전원 출력 전압 조정 방법과 직접적인 관련이 없는 구성이므로 구체적인 설명은 생략한다. 도 10에서, 350은 변전소 전원을 나타내고, 1015는 파트 1과 파트 2가 이단으로 합쳐지는 부분에 해당된다. 도 10에서는 파트 2(1010) 지역에서 노드가 11개(node 1, node 2, ..., node 11) 존재하는 경우를 예를 들어 도시한다.
본 발명의 실시예들에 따른 도 1 및 도 2의 최적 분할 기법을 이용한 대상 배전계통의 지역 분할 결과는 도 11 및 도 12에 나타나 있다. 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법 적용시 도 10의 경우 유효 전력에 대한 지역 분할 결과를 나타낸다. 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법 적용시 도 10의 경우 무효 전력에 대한 지역 분할 결과를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 도 1 및 도 2의 최적 분할 기법을 이용한 대상 배전계통의 유효 전력에 대한 지역 분할 결과 지역(zone) 1(1110), 지역(zone) 2(1120), 지역(zone) 3(1130)의 3개의 지역(zone)으로 분할된다. 지역(zone) 1(1110)에는 노드 1, 노드 2, 노드 3 및 노드 4의 4개의 노드가 포함되며, 지역(zone) 2(1120)에는 노드 5, 노드 6, 노드 7 및 노드 8의 4개의 노드가 포함되며, 지역(zone) 3(1130)에는 노드 9, 노드 10 및 노드 11의 3개의 노드가 포함된다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 도 1 및 도 2의 최적 분할 기법을 이용한 대상 배전계통의 무효 전력에 대한 지역 분할 결과 지역(zone) 1(1210), 지역(zone) 2(1220), 지역(zone) 3(1230)의 3개의 지역(zone)으로 분할된다. 지역(zone) 1(1210)에는 노드 1, 노드 2, 노드 3 및 노드 4의 4개의 노드가 포함되며, 지역(zone) 2(1220)에는 노드 5, 노드 6, 노드 7 및 노드 8의 4개의 노드가 포함되며, 지역(zone) 3(1230)에는 노드 9, 노드 10 및 노드 11의 3개의 노드가 포함된다.
도 10 내지 도 12, 도 16에서는 지역 3에서 노드 11에 상응하는 분산 전원의 출력 전압이 상승하는 경우를 예를 들어 지역적 동작 방식에 따른 분산전원의 출력 제어 방법을 적용한 결과를 나타낸다. 자세한 설명은 도 16을 참조하여 후술한다.
도 13 및 도 14는 종래의 부하시 탭 전환장치(OLTC)를 이용한 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원 전압 조정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 종래의 부하시 탭 전환장치(OLTC)를 이용한 LDC 방식(1번 노드(node 1)의 전압을 기준 전압으로 선정)에 따른 전압 프로파일 및 OLTC의 탭 위치를 나타낸다. 도 13에서는 노드 1의 출력 전압(1301a), 노드 8의 출력 전압(1308a), 노드 9의 출력 전압(1309a), 노드 10의 출력 전압(1310a), 노드 11의 출력 전압(1311a)을 나타내며, 노드 1은 OLTC의 탭 조절을 하지 않는 영역, 즉 OLTC의 비동작 지역(1320, OLTC non-operation zone)에 속하며 노드 1의 출력 전압(1301a)은 전압 제어를 받지 않는다.
도 13에서 Y축 전압의 단위 pu는 per unit으로 정격 전압에 대한 비율을 나타내며, Y축의 정격 전압에 대한 비율이 1인 경우 정상 전압을 나타내며, Y축의 정격 전압에 대한 비율이 상한(upper limit)인 1.05를 넘는 경우 전압 상승으로 인해 전압 위반이 발생한 것이다. 기본적으로 분산전원이 연계되지 않을 경우, 도 13과 같이 주간 시간대에 증가하는 부하 곡선에 따라 부하 전류 또한 증가하여 부하시 탭 전환장치(OLTC)가 이를 고려한 탭 조정을 실시한다.
하지만 도 14와 같이 분산전원 연계로 인해 영역(zone) 3의 선로 말단에 위치하는 노드들(여기서는 노드 11)의 전압 상승 현상이 크게 발생함에도 불구하고, 1번 노드(node 1)의 전압이 OLTC의 비동작 지역에 위치하여 OLTC의 탭 변환을 수행하지 않으므로 배전계통의 전압위반 현상이 계속해서 지속되는 문제점을 가지게 된다. 고려된 배전계통의 다른 노드의 전압을 기준 전압으로 선정하더라도 기존의 LDC 방식은 분산전원에 의한 역조류 현상을 고려하지 않으므로 효과적인 전압 조정의 수단이 될 수 없다. 따라서 주간 시간대에 발생하는 전압상승 현상으로 인해 고객에게 전달되는 전력의 품질 또한 매우 악화될 것이며, 이를 통해 기존의 LDC 방식은 분산전원이 연계된 배전계통의 전압조정에 적합하지 않다는 결론을 내릴 수 있다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원 출력 전압 조정 방법 적용 시의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원 전압 조정 방법 적용시 주간 시간대의 전압 프로파일을 나타낸 그래프이다. 도 15에서는 노드 7의 출력 전압(1307b), 노드 8의 출력 전압(1308b), 노드 9의 출력 전압(1309b), 노드 10의 출력 전압(1310b), 노드 11의 출력 전압(1311b)을 나타낸다.
도 15를 참조하면, 태양광 발전량이 증가하기 시작하는 9시에서 Y축의 정격 전압에 대한 비율이 상한(upper limit, 1.05 값)을 넘는 3개의 전압위반 노드(영역(Zone) 3에 속하는 9번, 10번 및 11번 노드)가 발생함에 따라 OLTC가 전압조정에 대한 우선권을 가지고 일정 시간 후 1차 탭 조정 동작(tap operation #1, 1503)을 수행한다. 1차 탭 조정 이후 모든 노드의 전압은 정상 범위를 유지하지만, 증가된 태양광 발전의 출력으로 인해 10시 이후 영역(Zone) 3에 해당하는 10번 및 11번 노드에 전압 위반 현상이 발생하며, 따라서 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원 출력 전압 조정 방법에 따라 계산된 참여지수에 따라 분산 전원의 출력 제어- 도 15의 DG's output control #1(1505)-를 수행함으로써 분산 전원의 출력 전압을 허용 범위 이내로 복구시킨다.
태양광 발전량이 다시 증가하여 10시에서 Y축의 정격 전압에 대한 비율이 상한을 넘는 2개의 전압위반 노드(영역(Zone) 3에 속하는 9번 및 11번 노드)가 발생함에 따라 OLTC가 전압조정에 대한 우선권을 가지고 일정 시간 후 2차 탭 조정 동작(tap operation #2, 1513)을 수행한다. 2차 탭 조정 이후 모든 노드의 전압은 정상 범위를 유지하지만, 증가된 태양광 발전의 출력으로 인해 12시 이후 영역(Zone) 3에 해당하는 10번 및 11번 노드에 전압 위반 현상이 발생하며, 따라서 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원 출력 전압 조정 방법에 따라 계산된 참여지수에 따라 분산 전원의 출력 제어- 도 15의 DG's output control #2(1515)-를 수행함으로써 분산 전원의 출력 전압을 허용 범위 이내로 복구시킨다.
증가된 태양광 발전의 출력으로 인해 13시 이후 영역(Zone) 3에 해당하는 10번 및 11번 노드에 전압 위반 현상이 발생하며, 따라서 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원 출력 전압 조정 방법에 따라 계산된 참여지수에 따라 분산 전원의 출력 제어- 도 15의 DG's output control #3(1525)-를 수행함으로써 분산 전원의 출력 전압을 허용 범위 이내로 복구시킨다.
주간 시간대 이후 감소된 일사량에 따른 낮아진 태양광 발전의 출력(낮은 분산 전원 출력)으로 인해 15시 이후 모든 노드의 전압이 일정 수준 이하로 떨어진 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원 출력 전압 조정 방법에 따라 분산 전원의 출력 복구 제어- 도 15의 DG's restoration control #1(1511)-를 수행함으로써 분산 전원의 출력 전압을 원 상태로 복구시킨다.
시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원 출력 전압 조정 방법은 기존의 방식들과는 달리 분산전원의 높은 출력으로 인한 과전압 문제를 능동적으로 해결함을 알 수 있으며, 협조된 동작을 통해 OLTC와 분산전원의 동시 동작을 피함으로써 불필요한 조정을 방지한다. 또한, 이러한 분산전원의 출력 제어는 OLTC의 기계적 탭 변환 수를 감소시킴으로써 기기의 수명을 향상시킬 수 있다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원 전압 조정 방법의 경우 지역적 동작 방식에 따른 분사 전원의 출력 제어량을 나타낸 표이다.
도 16을 참조하면, 전압 위반 현상이 가장 심각한 노드-예를 들어 노드 11-에 연계된 분산 전원만 동작하는 단일 동작의 경우, 고려된 조건하에서 전압을 허용범위 이내로 조정하지만, 도 16의 표에 나타난 것과 같이 예를 들어 노드 11의 유효 전력을 500kW에서 325kW로 줄이는 경우 유효전력을 사용함으로써 개인 사업자에 금전적 손실을 입힐 수 있다. 또한 전압상승이 심할 경우에는 제어 가능한 출력의 마진이 작다면, 전압조정에 실패할 가능성이 높으므로 출력 마진에 매우 큰 영향을 받는다.
모든 분산전원들을 하나의 지역(zone)으로 고려하여 전압위반 시 동시에 분산 전원 출력 제어를 수행하는 동시 동작의 경우에는 예를 들어 도 16과 같이 노드 1 내지 노드 11의 무효 전력을 모두 조절하는 경우 동시적인 제어로 인해 상대적으로 빠른 분산 전원의 출력 전압 조정 성능을 보인다. 하지만, 상대적으로 영향이 작은 노드에서도 분산전원의 출력 제어를 수행함에 따라 많은 출력 제어량이 요구되며, 이는 불필요한 출력 손실로 이어질 수 있다. 또한 전압위반 현상이 발생하지 않은 지역의 분산전원도 분산전원의 출력 제어에 참여함에 따라 의도치 않은 지역(zone)에도 전압 변동을 야기할 가능성이 존재한다.
반면에, 본 발명의 실시예들에 따른 분산 전원 출력 전압 조정 방법의 경우, 예를 들어 도 16의 표에 나타난 바와 같이 전압 위반 현상이 나타난 노드 11이 속하는 영역(zone) 3에 포함되는 노드 9, 노드 10 및 노드 11의 분산 전원 출력 무효 전력을 유효 전력에 우선하여 먼저 제어함으로써, 전술한 단일 동작과는 달리 유효전력 소비를 최소한으로 줄일 수 있으며, 동시 동작에 비해 훨씬 더 적은 제어량으로 성공적인 분산 전원 출력 전압 조정이 가능하다. 또한 전압위반 현상이 발생한 지역의 분산 전원 출력 전압을 국부적으로 제어함에 따라 전압 위반 현상이 발생하지 않는 지역의 분산 전원 출력 전압에 불필요한 영향을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 분산 전원이 연계된 배전계통에서의 분산 전원의 출력 제어 방법에 있어서,
    주 제어장치에서 상기 배전계통의 임피던스 특성을 기초로 산출된 전압 민감도에 따라 상기 배전계통을 복수의 지역(zone)으로 분할하는 단계; 및
    전압 위반 노드 발생 시, 지역 제어장치에서, 상기 전압 위반 노드가 속하는 제1 지역과 동일한 지역(zone) 내의 각각의 분산 전원에 대한 통합 참여 지수를 기초로 상기 제1 지역내의 각각의 분산 전원에 대한 전압 조정을 위한 출력 제어량을 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 결정된 출력 제어량에 따라서 상기 제1 지역내의 각각의 분산 전원의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배전계통을 복수의 지역(zone)으로 분할하는 단계는
    상기 주 제어장치에서 상기 배전계통의 임피던스 데이터를 제공받아 상기 배전계통내의 n개-여기서 n은 2이상의 자연수임-의 노드들간의 임피던스 데이터를 이용해 배전계통내의 노드들간의 거리 행렬을 산출하는 단계; 및
    상기 거리 행렬을 기초로 상기 배전계통을 k개-여기서 k는 2 이상 n 이하의 자연수임-의 복수의 지역으로 분할하는 단계; 및
    변전소에서 상기 k개의 지역내의 노드까지의 임피던스 데이터간의 거리가 최소가 되도록 상기 k개의 지역내에 노드들의 임피던스 데이터를 배정하는 단계
    를 포함하는 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 거리 행렬을 산출하는 단계는
    상기 배전계통내의 n개의 노드를 k개의 지역으로 분할하고, 상기 k개의 지역내의 i번째 노드와 j번째 노드의 거리 D(I, j)를 i번째 내지 j번째 노드의 임피던스 데이터, i번째 내지 j번째 노드의 임피던스 평균값을 이용하여 구하는 단계-여기서, k는 n 이하의 자연수, i와 j는 자연수-를 포함하는 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 거리 행렬을 산출하는 단계는 하기의
    수학식
    Figure pat00111

    에 의하여 산출-여기서,
    Figure pat00112
    는 i번째 노드로부터 j번째 노드까지의 거리,
    Figure pat00113
    는 임피던스 데이터,
    Figure pat00114
    는
    Figure pat00115
    에서
    Figure pat00116
    까지의 평균값임- 되는 것을 특징으로 하는 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 지역내 전압 위반 노드 발생 시, 지역 제어장치에서, 상기 전압 위반 노드가 속하는 제1 지역과 동일한 지역 내의 각각의 분산 전원에 대한 통합 참여 지수를 기초로 상기 제1 지역내의 각각의 분산 전원에 대한 전압 조정을 위한 출력 제어량을 결정하는 단계는
    상기 주 제어장치에서, 상기 배전계통의 전압 정보에 기초하여 상기 복수의 지역들 중에서 전압 위반 노드 발생을 감지하는 단계; 및
    상기 전압위반 노드가 발생한 상기 제1 지역에 상응하는 지역 제어장치에서, 상기 제1 지역내의 분산전원들 중에서 무효 전력 제어가 가능한 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정하는 단계를 포함하는 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 무효 전력 제어가 가능한 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정하는 단계는
    상기 지역 제어장치에서, 상기 무효 전력 제어가 가능하고 마진이 남아있는 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정하는 것을 특징으로 하는 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 출력 제어량(
    Figure pat00117
    ,
    Figure pat00118
    )은 상기 통합 참여지수에 소정의 제어상수를 곱하여 산출되는 것을 특징으로 하는 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 통합 참여 지수는 하기의
    수학식
    Figure pat00119

    에 의해서 산출- 여기서,
    Figure pat00120
    는 통합 참여 지수,
    Figure pat00121
    는 출력 제어 가능 지수로서 0은 제어 불가능을 나타내고 1은 제어 가능을 나타냄,
    Figure pat00122
    은 출력 마진 지수로서 0은 마진 없음을 나타내고 1은 마진 있음을 나타내며,
    Figure pat00123
    는 전압민감도 계수,
    Figure pat00124
    는 발전 단가 지수로서 무효전력 제어 시 발전 단가 지수는 0임 되는 것을 특징으로 하는 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 복수의 지역내 전압 위반 노드 발생 시, 지역 제어장치에서, 상기 전압 위반 노드가 속하는 제1 지역과 동일한 지역 내의 각각의 분산 전원에 대한 통합 참여 지수를 기초로 상기 제1 지역내의 각각의 분산 전원에 대한 전압 조정을 위한 출력 제어량을 결정하는 단계는
    상기 전압위반 노드가 발생한 상기 제1 지역에 상응하는 지역 제어장치에서, 상기 제1 지역내의 분산전원들 중에서 무효 전력 제어가 가능하지 않은 경우 유효 전력 제어가 가능한 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정하는 단계를 포함하는 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 무효 전력 제어가 가능하지 않은 경우 유효 전력 제어가 가능한 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정하는 단계는
    상기 무효 전력 제어가 가능하지 않은 경우 상기 유효 전력 제어가 가능하고 상기 마진이 남아있는 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정하는 것을 특징으로 하는 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법.
  11. 제5항에 있어서, 배전계통 전압 정보를 확인하여 모든 전압이 복구 가능한 범위에 위치하고 유효 전력 복구 가능한 분산 전원이 존재하는 경우에는 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 분산 전원의 유효 전력 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서, 배전계통 전압 정보를 확인하여 모든 전압이 복구 가능한 범위에 위치하고 유효 전력 복구 가능한 분산 전원이 존재하지 않고 무효 전력 복구 가능한 분산 전원이 존재하는 경우에는 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 분산 전원의 무효 전력 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어 방법.
  13. 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어를 수행하기 위한 제어 동작을 수행하는 주 제어장치에 있어서,
    상기 배전계통의 임피던스 특성을 기초로 산출된 전압 민감도에 따라 상기 배전계통을 복수의 지역(zone)으로 분할하고, 상기 배전계통의 전압 정보에 기초하여 복수의 지역들 중에서 전압 위반 노드가 발생된 지역을 감지하는 프로세서; 및
    상기 전압 위반 노드가 발생되었다는 신호를 상기 전압 위반 노드가 발생된 지역에 해당되는 지역 제어장치로 전송하는 송수신부를 포함하는 주 제어장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 프로세서에서는
    상기 배전계통의 임피던스 데이터를 제공받아 상기 배전계통내의 노드들간의 임피던스 데이터를 이용해 배전계통내의 n개-여기서 n은 2이상의 자연수임-의 노드들간의 임피던스 데이터를 이용해 배전계통내의 노드들간의 거리 행렬을 산출하고, 상기 거리 행렬을 기초로 상기 배전계통을 k개-여기서 k는 2 이상 n 이하의 자연수임-의 복수의 지역으로 분할하는 주 제어장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 거리 행렬은
    상기 배전계통내의 n개의 노드를 k개의 지역으로 분할하고, 상기 k개의 지역내의 i번째 노드와 j번째 노드의 거리 D(I, j)를 i번째 내지 j번째 노드의 임피던스 데이터, i번째 내지 j번째 노드의 임피던스 평균값을 이용하여 구하는 것-여기서, k는 n 이하의 자연수, i와 j는 자연수-을 특징으로 하는 주 제어장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 거리 행렬은 하기의
    수학식
    Figure pat00125

    에 의하여 산출-여기서,
    Figure pat00126
    는 i번째 노드로부터 j번째 노드까지의 거리,
    Figure pat00127
    는 임피던스 데이터,
    Figure pat00128
    는
    Figure pat00129
    에서
    Figure pat00130
    까지의 평균값임- 되는 것을 특징으로 하는 주 제어장치.
  17. 분산 전원이 연계된 배전계통의 분산 전원의 출력 제어를 수행하기 위한 제어 동작을 수행하는 지역 제어장치에 있어서,
    전압 위반 노드가 발생되었다는 신호를 제공받는 송수신부; 및
    상기 전압 위반 노드가 속하는 제1 지역과 동일한 지역 내의 각각의 분산 전원에 대한 통합 참여 지수를 기초로 상기 제1 지역내의 각각의 분산 전원에 대한 전압 조정을 위한 출력 제어량을 결정하고, 상기 출력 제어량에 따라서 상기 전압 위반 노드가 속하는 제1 지역과 동일한 지역에 속하는 각각의 분산 전원의 출력 전압을 제어하는 프로세서
    를 포함하는 지역 제어장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 제1 지역내의 분산전원들 중에서 무효 전력 제어가 가능하고 마진이 남아있는 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정하는 것을 특징으로 하는 지역 제어장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 제1 지역내의 분산전원들 중에서 무효 전력 제어가 가능하지 않은 경우 유효 전력 제어가 가능한 분산 전원에 대하여 상기 통합 참여 지수를 이용하여 상기 출력 제어량을 결정하는 것을 특징으로 하는 지역 제어장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 통합 참여 지수는 하기의
    수학식
    Figure pat00131

    에 의해서 산출- 여기서,
    Figure pat00132
    는 통합 참여 지수,
    Figure pat00133
    는 출력 제어 가능 지수로서 0은 제어 불가능을 나타내고 1은 제어 가능을 나타냄,
    Figure pat00134
    은 출력 마진 지수로서 0은 마진 없음을 나타내고 1은 마진 있음을 나타내며,
    Figure pat00135
    는 전압민감도 계수,
    Figure pat00136
    는 발전 단가 지수로서 무효전력 제어 시 발전 단가 지수는 0임 되는 것을 특징으로 하는 지역 제어장치.
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