KR20190044299A

KR20190044299A - 전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 장치 및 방법

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Publication number: KR20190044299A
Application number: KR1020170136555A
Authority: KR
Inventors: 남궁원; 강현구; 신창훈; 안선주; 정원욱; 최준호
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2019-04-30

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 장치는, 목표전압에 적합한 수용가 전압 및 송출전압을 수집하는 계통정보 수집부; 상기 시간별 수용자 전압중 특정 수용가 전압 및 목표전압을 이용하여 이전 송출전압을 변경하여 신규 송출전압을 생성하는 송출전압 생성부; 상기 신규 송출전압의 1주기 동안에 대한 복수의 구간별 대표 송출전압과 대표 부하를 선정하는 대표값 선정부; 상기 대표 송출전압과 대표 부하로 이루어지는 복수의 조합에서, 상기 각 조합별 저항값 및 리액턴스값을 계산하는 임피던스 산출부; 상기 각 조합별 목표전압, 상기 대표 송출전압, 상기 대표 부하, 상기 저항값 및 상기 리액턴스값을 이용하여 신규 목표전압 및 신규 계산 송출전압을 생성하는 목표전압 조정부; 및 상기 신규 목표전압과 상기 신규 계산 송출전압과의 차이값에 기초로 하는 목적함수가 최소가 되는 해당 저항값, 리액턴스값 및 신규 목표전압을 최적의 선로 강하 보상(LDC) 인자로 설정하는 최적 LDC 설정부; 를 포함한다.

Description

전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 장치 및 방법{VOLTAGE CONTROL APPARATUS AND METHOD USING POWER SYSTEM OPERATION INFORMATION}

본 발명은 전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 변압기 탭 전환장치(On Load Tap Changer: OLTC) 등에서는, 전압 제어의 주요 방식으로 변압기 권선비 변동 방식을 이용할 수 있다.

이러한 시스템에서의 전압 결정 방식은 선로 강하 보상(Line Drop Compensation: LDC)방식이 될 수 있고, 이 LDC 빙식은 부하가 변동하더라도 특정 지점의 전압이 일정하도록 송출전압을 변동시키는 방식이므로, 이 LDC 방식을 이용하여 수용가에 적정 전압을 공급하기 위해서는 적합한 LDC 인자의 결정이 필요하다.

실제 기존의 배전 계통에서는 하나의 변압기 탭 전환장치(OLTC)로 다수의 배전선로의 전압을 제어하고 있다. 이에 따라 LDC 인자를 결정시 가상의 모의 계통과 상황을 상정하여 계산하고 있다.

기존 기술에서는 상정계산 시 계통 전압 정보와 부하의 발생 빈도 등의 고려 없이 LDC 인자를 결정하고 있다.

이러한 기존의 배전 계통에서의 전압 제어 방식에서, LDC 인자의 설정이 계측 기반이 아닌 특정 상황을 가정하여 계산하는 방식이므로, 저항값(R)과 리액턴스값(X)의 비율, 임피던스(Z)의 크기, 그리고 목표전압을 실제 상황에 맞게 산출하기 어렵다는 문제점이 있다.

한국 공개특허 제2016-0036313호 공보

본 발명의 일 실시 예는, 사용가 전압을 비롯한 다양한 운영정보를 이용하여 최적의 선로 강하 보상(LDC) 인자를 산출할 수 있고, 이에 따라 계통 및 부하의 가변적인 상황에서도 적합한 송출전압을 공급할 수 있는 전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 의해, 목표전압에 적합한 수용가 전압 및 송출전압을 수집하는 계통정보 수집부; 상기 시간별 수용자 전압중 특정 수용가 전압 및 목표전압을 이용하여 이전 송출전압을 변경하여 신규 송출전압을 생성하는 송출전압 생성부; 상기 신규 송출전압의 1주기 동안에 대한 복수의 구간별 대표 송출전압과 대표 부하를 선정하는 대표값 선정부; 상기 대표 송출전압과 대표 부하로 이루어지는 복수의 조합에서, 상기 각 조합별 저항값 및 리액턴스값을 계산하는 임피던스 산출부; 상기 각 조합별 목표전압, 상기 대표 송출전압, 상기 대표 부하, 상기 저항값 및 상기 리액턴스값을 이용하여 신규 목표전압 및 신규 계산 송출전압을 생성하는 목표전압 조정부; 및 상기 신규 목표전압과 상기 신규 계산 송출전압과의 차이값에 기초로 하는 목적함수가 최소가 되는 해당 저항값, 리액턴스값 및 신규 목표전압을 최적의 선로 강하 보상(LDC) 인자로 설정하는 최적 LDC 설정부; 를 포함하는 전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 장치가 제안된다.

상기 송출전압 생성부는, 상기 수용가 전압중 특정 수용가 전압과 상기 목표전압의 차이 전압인 변동 전압을 이용하여 상기 기존 송출전압을 변경하여 상기 신규 송출전압을 생성하도록 이루어질 수 있다.

상기 임피던스 산출부는, 상기 대표 송출전압과 부하로 이루어지는 복수의 조합에서, 각 조합별 대표 송출전압 및 목표전압을 이용하여 각 조합별 부하를 구하고, 각 조합별 대표 송출전압, 목표전압 및 부하를 이용하여, 상기 저항값 및 상기 리액턴스값을 계산하도록 이루어질 수 있다.

상기 목표전압 조정부는, 상기 각 조합별 목표전압, 상기 대표 부하, 상기 저항값 및 상기 리액턴스값을 이용하여 계산 송출전압을 계산하고, 상기 각 조합별 상기 대표 송출전압과 상기 계산 송출전압과의 차이 전압중 최대값을 이용하여 상기 목표전압을 변경하여 신규 목표전압을 구하고, 상기 신규 목표전압을 이용하여 상기 조합별 저항값 및 리액턴스값을 이용하여 상기 신규 계산 송출전압을 구하도록 이루어질 수 있다.

상기 최적 LDC 설정부는, 상기 신규 목표전압과 상기 각 조합별 상기 신규 계산 송출전압과의 차이 전압, 상기 대표 송출전압의 가중치를 이용한 목적함수를 구하고, 상기 각 조합별 목적함수중에서 가장 최소의 목적함수에 대응되는 저항값, 리액턴스값 및 신규 목표전압을 최적의 선로 강하 보상(LDC) 인자로 설정하도록 이루어질 수 있다.

상기 특정 수용가 전압은, 규정범위내의 상기 수용가 전압중 하나의 전압으로, 최저전압, 최고전압 또는 임의의 특정 전압이 될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 전압 제어 장치에 적용되는 전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 방법에 있어서, 목표전압에 적합한 수용가 전압 및 송출전압을 수집하는 단계: 상기 시간별 수용자 전압중 특정 수용가 전압 및 목표전압을 이용하여 이전 송출전압을 변경하여 신규 송출전압을 생성하는 단계; 상기 신규 송출전압의 1주기 동안에 대한 복수의 구간별 대표 송출전압과 대표 부하를 선정하는 단계; 상기 대표 송출전압과 대표 부하로 이루어지는 복수의 조합에서, 상기 각 조합별 저항값 및 리액턴스값을 계산하는 단계; 상기 각 조합별 목표전압, 상기 대표 송출전압, 상기 대표 부하, 상기 저항값 및 상기 리액턴스값을 이용하여 신규 목표전압 및 신규 계산 송출전압을 생성하는 단계; 및 상기 신규 목표전압과 상기 신규 계산 송출전압과의 차이값에 기초로 하는 목적함수가 최소가 되는 해당 저항값, 리액턴스값 및 신규 목표전압을 최적의 선로 강하 보상값으로 설정하는 단계; 를 포함할 수 있다.

상기 신규 송출전압을 생성하는 단계는, 상기 수용가 전압중 특정 수용가 전압과 상기 목표전압의 차이 전압인 변동 전압을 이용하여 상기 기존 송출전압을 변경하여 상기 신규 송출전압을 생성하도록 이루어질 수 있다.

상기 저항값 및 리액턴스값을 계산하는 단계는, 상기 선정된 대표 송출전압과 부하로 이루어지는 복수의 조합에서, 각 조합별 대표 송출전압 및 목표전압을 이용하여 각 조합별 부하를 구하고, 각 조합별 대표 송출전압, 목표전압 및 부하를 이용하여, 저항값 및 리액턴스값을 계산하도록 이루어질 수 있다.

상기 신규 목표전압 및 신규 계산 송출전압을 생성하는 단계는, 상기 각 조합별 목표전압, 대표 부하, 저항값 및 리액턴스값을 이용하여 계산 송출전압을 계산하고, 상기 각 조합별 상기 대표 송출전압과 상기 계산 송출전압과의 차이 전압중 최대값을 이용하여 상기 목표전압을 변경하여 신규 목표전압을 구하고, 상기 신규 목표전압을 이용하여 상기 조합별 저항값 및 리액턴스값을 이용하여 신규 계산 송출전압을 구하도록 이루어질 수 있다.

상기 최적의 선로 강하 보상(LDC) 인자로 설정하는 단계는, 상기 신규 목표전압과 상기 각 조합별 상기 신규 계산 송출전압과의 차이 전압, 상기 대표 송출전압의 가중치를 이용한 목적함수를 구하고, 상기 각 조합별 목적함수중에서 가장 최소의 목적함수에 대응되는 최적의 저항값, 리액턴스값 및 신규 목표전압을 선로 강하 보상(LDC) 인자로 산정하도록 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 효과는 다음과 같다.

○ 계통 전압 정보와 부하의 발생 빈도, 제약조건을 고려한 수용가 전압, 송출전압, 부하의 이력을 바탕으로 LDC 인자를 설정하기 때문에 발생 가능한 경우에 대한 적합한 송출전압을 공급할 수 있다.

○ 사용자 목적에 맞도록 수용가 전압중 최고전압, 최저전압 등 특정전압을 선정이 가능해 적용성이 넓다.

○ 수용가 전압을 실시간으로 변압기 탭 전환장치(OLTC) 제어에 활용할 수 있는 스마트그리드 환경이 구축되지 않아도 이력 데이터 활용만으로 기존 방식보다 충분히 적합한 전압의 공급이 가능하다.

○ 이력 기반기준 빈도수에 따른 가중치 적용으로 실제 상황에 맞는 설정 계산이 가능하다.

○ 계통 전체를 통합 제어하는 실시간 계통 운영시스템이 없는 상황에서도 적용이 가능하다.

○ 또한 저전압 또는 과전압 방지, 탭동작 횟수 저감 등 다양한 목적에 맞는 설정 도출이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 제어 장치의 블록 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 중심 기준 라인 드랍 보상(LDC) 설정 예시도이다.
도 3은 전력 계통상 변압기의 2차 전류의 분배 예시도이다.
도 4는 시간별 송출전압, 최저전압 및 목표전압 예시도이다.
도 5는 최저전압과 목표전압 간의 차이전압인 변동 전압(Vdiff)의 범위 산출 예시도이다.
도 6은 신규 송출전압(Vsend_new) 생성 예시도이다.
도 7은 신규 송출전압(Vsend_new)에서 구간별 대표 송출전압(Vsend_new_re) 선정 예시도이다.
도 8은 신규 목표전압(Vref_new) 계산 예시도이다.
도 9는 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new) 예시도이다.
도 10은 신규 송출전압(Vsend_new)과 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new)의 분포도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 에에 따른 전압 제어 방법을 보이는 순서 예시도이다.

이하에서는, 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 하나의 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 예에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시 예들은 서로 조합되어 여러 가지 새로운 실시 예가 이루어질 수 있다.

그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 제어 장치의 블록 예시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 제어 장치는, 계통정보 수집부(100), 송출전압 생성부(200), 대표값 선정부(300), 임피던스 산출부(400), 목표전압 조정부(500) 및 최적 LDC 설정부(600)를 포함할 수 있다.

상기 계통정보 수집부(100)는, 목표전압(Vref)에 적합한 수용가 전압(Vcustomer) 및 송출전압(Vsend)을 수집할 수 있다. 일 예로, 전력계통 운영정보는 목표전압(Vref), 수용가 전압(Vcustomer), 송출전압(Vsend)가 될 수 있다.

상기 송출전압 생성부(200)는, 상기 시간별 수용자 전압(Vcustomer)중 특정 수용가 전압(Vmin or Vmax) 및 목표전압(Vref)을 이용하여 이전 송출전압(Vsend)을 변경하여 신규 송출전압(Vsend_new)을 생성할 수 있다.

일 예로, 특정 수용가 전압(Vmin or Vmax)은 규정범위내의 상기 수용가 전압중 하나의 전압으로, 최저전압, 최고전압 또는 임의의 특정 전압이 될 수 있으며, 이하 본 발명의 일 실시 예에서는 특정 수용가 전압(Vmin or Vmax)이 최저전압(Vmin)인 경우에 대해 설명하며, 이에 한정되지 않는다.

상기 대표값 선정부(300)는, 상기 신규 송출전압(Vsend_new)의 1주기 동안에 대한 복수의 구간별 대표 송출전압(Vsend_new_rv)과 대표 부하(I,θ)를 선정할 수 있다.

일 예로, 상기 1주기는 24시간이 될 수 있고, 상기 송출전압은 대략 0.94(pu) 내지 1.06(pu) 범위가 될 수 있다.

상기 임피던스 산출부(400)는, 상기 대표 송출전압(Vsend_new_rv)과 대표 부하(I,θ)로 이루어지는 복수의 조합에서, 상기 각 조합별 저항값(R) 및 리액턴스값(X)을 계산할 수 있다.

일 예로, 상기 대표 송출전압은 7개가 될 수 있고, 이 경우, 21가지의 조합이 이루어질 수 있다.

상기 목표전압 조정부(500)는, 상기 각 조합별 목표전압(Vref), 상기 대표 송출전압(Vsend_new_re), 상기 대표 부하(I,θ), 상기 저항값(R) 및 상기 리액턴스값(X)을 이용하여 신규 목표전압(Vref_new) 및 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new)을 생성할 수 있다.

그리고, 상기 최적 LDC 설정부(600)는, 상기 신규 목표전압(Vref_new)과 상기 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new)과의 차이값에 기초로 하는 목적함수가 최소가 되는 해당 저항값(R), 리액턴스값(X) 및 신규 목표전압(Vref_new)을 최적의 선로 강하 보상(LDC) 인자로 설정할 수 있다. 이후 상기 LDC 인자가 변압기에 공급되고, 이에 따라 송출전압이 조절될 수 있다.

본 발명의 각 도면에 대해, 동일한 부호 및 동일한 기능의 구성요소에 대해서는 가능한 불필요한 중복 설명은 생략될 수 있고, 각 도면에 대해 가능한 차이점에 대한 사항이 설명될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 중심 기준 라인 드랍 보상(LDC) 설정 예시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 선로 중심의 기준 라인 드랍 보상(LDC) 방식은 부하변동에 관계없이 특정지점(중간지점)의 전압을 일정하게 유지시키기 위한 보상값을 설정하는 방식이다.

즉, 라인 드랍 보상(LDC) 방식은 특정지점에 목표전압(Vref)을 부하변동에 관계없이 일정하게 유지하기 위해 송출전압(Vsend)을 변동시키며, 송출전압(Vsend)은 하기 수학식 1과 같이 결정될 수 있다.

한편, 부하 변동시 특정지점의 목표전압(Vref)을 유지시키기 위해서는 인출점부터 그 특정 지점까지의 임피던스(R, X)를 선정하는 것이 필요하다.

도 3은 전력 계통상 변압기의 2차 전류의 분배 예시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 실제 현장에서는 하나의 변압기 탭 전환장치(OLTC)로 다수의 배전선로의 전압을 제어하므로, 계통의 한 지점을 기준으로 임피던스(R, X)를 결정하여도 인출지점부터 그 특정지점까지 발생하는 전압강하에 단순히 전류(I(cosθ+sinθ))만이 영향을 미치는 것이 아니고, 하기와 같은 영향 인자를 고려하여야 한다.

먼저, 변압기 2차측 전류(I(cosθ+sinθ)는 다수의 배전선로로 분기(I1,I2,I3)되어 전력을 공급할 수 있고, 이 경우 2차측 전류(I(cosθ+sinθ))가 항상 동일한 비율로 어느 특정지점에 공급되지 않을 수 있다는 점을 고려하여야 한다.

또한, 배전선로 인출부터 특정지점까지의 부하가 변동될 수 있다는 점을 고려하여야 한다. 이에 따라, 2차측 전류(I(cosθ+sinθ)) 및 특정지점의 전류(I2)는 그 특정지점까지의 공급 비율은 항상 변동될 수 있다는 점을 고려하여야 한다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 동일 역률 가정 시 특정지점에서의 목표전압(Vref)은 하기 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.

상기 수학식 2를 참조하면, 목표전압은, 송출전압, 배기 전류, 선로 임피던스 등에 의해 결정될 수 있으므로, 단순히 특정 상황을 상정한 선로 강하 보상(LDC) 인자를 산출하는 것은 적합한 송출전압 생성에 한계가 있음을 알 수 있다.

도 4는 시간별 송출전압, 최저전압 및 목표전압 예시도이다.

도 4를 참조하면, 특정지점에서 목표전압(Vref)을 유지하기 위해서는, 그 지점에서의 최저전압(Vmin)이 목표전압(Vref)이 되도록 송출전압(Vsend)을 제공하여야 함을 알 수 있다.

도 5는 최저전압과 목표전압 간의 차이전압인 변동 전압(Vdiff)의 범위 산출 예시도이고, 도 6은 신규 송출전압(Vsend_new) 생성 예시도이다.

도 1 내지 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 송출전압 생성부(200)는 상기 수용가 전압중 최저전압(Vmin)과 상기 목표전압(Vref)의 차이 전압인 변동 전압(Vdiff)을 이용하여 상기 기존 송출전압(Vsend)을 변경하여 상기 신규 송출전압(Vsend_new)을 생성할 수 있다.

한편, 상기 송출전압, 최소전압, 목표전압, 변동전압 및 신규 송출전압에 대해 하기 표1 을 참조하여 설명한다.

상기 표 1에서, 가로칸 1 내지 24는 시간을 의미하고, 상기 표 1을 참조하면, 상기 변동전압(Vdiff)은 최저전압(Vmin)이 목표전압(Vref)이 되기 위해 필요한 전압 변동을 의미한다.

일 예로, 상기 표 1에서, 1시 목표전압(Vref)이 =0.94(pu)이고 최저전압(Vmin)이 1.04pu인 경우, 변동전압(Vdiff)은 -0.1(pu)이 될 수 있다. 이에 따라, 최저전압(Vmin)을 목표전압(Vref)과 일치시키기 위해서 송출전압(Vsend)을 -0.1pu 변동시켜야 함을 알 수 있다.

결국, 1시의 신규 송출전압(Vsned_new)은 하기 수학식 3과 같이 계산될 수 있으며, 이에 따라 계산하면 상기 송출전압(Vsend_new)은 이전 송출전압과 변동전압을 연산하면 0.945pu가 될 수 있다.

상기 대표값 선정부(300)에 대해 보다 더 자세히 설명하면, 상기 송출전압 생성부(200)에서 생성된 신규 송출전압(Vsend_new)과 동일시간 대 부하를 기준으로 대표 송출전압(Vsend_new_rv)을 산출할 수 있다.

일 예로, 상기 대표 송출전압(Vsend_new_rv)은 특정 구간을 대표하여 계산에 사용되기 때문에 목적에 맞는 값을 산출해야 하며, 또한 제약조건, 계산시간 감소도 고려해야 한다.

예를 들면, 하기 표 2(특정 구간 부하 분포)는 특정구간내의 발생한 부하 예시이고, 하기 표 2의 4번은 다른 경우보다 전류 크기와 전압과의 위상차가 커서 전압강하(I(cosθ+sinθ))가 클 수 있고, 하기 표 2의 2번은 다른 경우보다 전류 크기와 전압과의 위상차가 작아 전압강하[I(cosθ+sinθ)]가 작을 수 있으며, 전류 (I(cosθ+sinθ))가 클수록 전압강하가 커져 동일한 송출전압과 수용가 전압에서 임피던스(Z)의 저항값(R) 및 리액턴스값(X)이 작게 계산될 수 있다.

따라서 대표 부하는 평균 또는 상위 몇% 등과 같이 목적에 맞는 기준을 적용하여 설정될 수 있다.

도 7은 신규 송출전압(Vsend_new)에서 구간별 대표 송출전압(Vsend_new_re) 선정 예시도이다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 일 예로, 상기 신규 송출전압(Vsend_new)의 1주기는 하루인 24시간이 될 수 있고, 이 경우, 상기 대표값 선정부(300)는, 24시간을 7개의 구간으로 구분하고, 각 7개의 구간별 대표 송출전압(Vsend_new_rv)과 대표 부하(I,θ)를 하기 표 3과 같이 선정할 수 있다.

일 예로, 하기 표 3은 0.01pu단위로 대표 송출전압(Vsend_new_re)을 분류하고 각 대표 송출전압(Vsend_new_re)에 해당되는 부하를 선정할 수 있다.

상기 표 3에서, 첫 번째 구간 1의 전압범위는 0.941~0.95(pu)이고, 이 전압범위에서 대표 송출전압(Vsend_new_re)은 0.95(pu)이고 3번 발생하였으므로 가중치는 3이 될 수 있다.

상기 임피던스 산출부(400)는, 상기 대표 송출전압(Vsend_new_rv)과 부하(I,θ)로 이루어지는 복수의 조합에서, 각 조합별 대표 송출전압(Vsend_new_rv) 및 목표전압(Vref)을 이용하여 각 조합별 부하(I,θ)를 구하고, 각 조합별 대표 송출전압(Vsend_new_rv), 목표전압(Vref) 및 부하(I,θ)를 이용하여, 상기 저항값(R) 및 상기 리액턴스값(X)을 계산할 수 있다.

일 예로, 상기 임피던스 산출부(400)는, 상기 대표 송출전압(Vsend_new_re)을 기준으로 조합 가능한 모든 경우의 저항값(R) 및 리액턴스값(X)을 계산할 수 있다.

상기 표 3은 7개의 대표 송출전압(Vsend_new_re)이 있으므로 전체 21가지의 조합(1/2*7*(7-1)=21)별 저항값(R) 및 리액턴스값(X)이 계산될 수 있다. 여기서, 조합의 예로는, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6, 1-7, 2-3, 2-4, 2-5,..., 6-7 등이 될 수 있다.

상기 표 3에서 구간 1번과 구간 2번의 경우에 상기 수학식 1(Vsend=Vref+I(Rcosθ+Xsinθ))을 적용할 수 있다.

상기 수학식 1에, 상기 표 3의 구간 1번 및 구간 2번을 적용하면 하기 1번 케이스 및 2번 케이스와 같이 된다.

[1번 케이스]: 0.95=0.94+I1(Rcosθ1+Xsinθ1)

[2번 케이스]: 0.96=0.94+I2(Rcosθ2+Xsinθ2)

상기 구간 1번 및 구간 2번의 경우, 조합에서 발생되는 저항값(R) 및 리액턴스값(X)은 하기 수학식 4 및 5와 같이 구해질 수 있다.

상기 수학식 3 및 수학식 4를 이용하면, 구간 1번 및 구간 2번 각각에 대한 대표 부하(I,θ)는 하기와 같다.

○ I1=0.0079, cosθ1=0.9, sinθ1=0.4359

○ I2=0.0164, cosθ2=0.92, sinθ2=0.3919

일 예로, 상기 구간 1번 및 구간 2번의 조합에 대한 대표 송출전압(Vsend_new_rv), 목표전압(Vref) 및 부하(I,θ)를 이용하여 계산하면 상기 저항값(R1_2) 및 상기 리액턴스값(X1_2) 각각은 'R1_2=0.7346' 및 'X1_2=1.3873'이 될 수 있다.

예를 들어, 조합에 따라 저항값(R) 및 리액턴스값(X)이 정상범위에서 벗어나는 경우는 계산에서 제외할 수 있다.

이와 같은 방식으로, 각 조합에 대한 대표 총출전압, 목적전압 및 부하를 이용하여, 저항값 및 리액턴스값을 구할 수 있다.

도 8은 신규 목표전압(Vref_new) 계산 예시도이고, 도 9는 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new) 예시도이다. 그리고, 도 10은 신규 송출전압(Vsend_new)과 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new)의 분포도이다.

도 8, 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 목표전압 조정부(500)는 상기 각 조합별 목표전압(Vref), 상기 대표 부하(I,θ), 상기 저항값(R) 및 상기 리액턴스값(X)을 이용하여, 하기 표 4에 참조되는 바와 같은 계산 송출전압(Vsend_cal)을 계산할 수 있다.

또한, 상기 목표전압 조정부(500)는 상기 각 조합별 상기 대표 송출전압(Vsend_new_re)과 상기 계산 송출전압(Vsend_cal)과의 차이 전압중 최대값을 이용하여, 상기 표 4에 참조되는 바와 같이, 상기 목표전압(Vref)을 변경하여 신규 목표전압(Vref_new)을 구할 수 있다.

그리고, 상기 목표전압 조정부(500)는 상기 신규 목표전압(Vref_new)을 이용하여 상기 조합별 저항값(R) 및 리액턴스값(X)을 이용하여, 하기 표 5에 참조되는 바와 같이, 상기 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new)을 구할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서는, 상기 목표전압 조정부(500)에서의 제약조건은 최저전압(0.94pu) 이상의 전압을 공급하는 것이다. 일 예로, 계산 송출전압(Vsend_cal)이 상기 표 2의 대표 송출전압(Vsend_new_re)보다 작으면 수용가 전압은 0.94pu 이하가 될 수 있다. 따라서 'Vsend_new_re-Vsend_cal'중 최대값을 기존 목표전압(Vref)에 더한 신규 목표전압(Vref_new)을 기준으로 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new)을 구할 수 있다.

예를 들어, 상기 임피던스 산출부(400)에서 계산된 21개의 조합 중 'Z1_2(R1_2, X1_2, 1-2번 조합)'으로 설명하면 하기와 같다.

일 예로, 도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 표 4의 구간 4번의 'Vsend_new_re-Vsend_cal'이 0.01로 가장 크고, 최대값 max(Vsend_new_re-Vsend_cal)는 0.01이 될 수 있다. 신규 목표전압(Vref_new)은 'Vref+max(Vsend_new_re-Vsend_cal)=0.94+0.01=0.95'가 될 수 있다.

또한, 신규 목표전압(Vref_new)을 적용한 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new)은 하기 수학식 6과 같이 계산될 수 있다.

상기 수학식 5 및 도 9를 참조하면, 상기 임피던스 산출부(400)에서 계산된 저항값(R) 및 리액턴스값(X)이 모두 유효할 경우, 조합 21개에 대한 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new)이 상기 표 5와 같이 계산될 수 있다.

상기 최적 LDC 설정부(600)는, 상기 신규 목표전압(Vref_new)과 상기 각 조합별 상기 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new)과의 차이 전압, 상기 대표 송출전압(Vsend_new_re)의 가중치를 이용한 목적함수를 구할 수 있다.

일 예로, 상기 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new)중 최적은 가중치를 고려한 대표 송출전압(Vsend_new_re)과의 차이 전압의 합이 가장 작은 것이 될 수 있다.

일 예로, 하기 표 6은 목적함수(G)를 계산하기 위한 신규 송출전압(Vsend_new), 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new) 및 가중치에 대한 예시를 보이고 있다. 상기 목적함수는 하기 수학식 7과 같이 계산할 수 있다.

예를 들어, 상기 수학식 6을 이용하여, 21개의 조합중 조합 1번에 대한 목적 함수(G1)는 하기와 같이 계산될 수 있고, 이와 같은 방식은 조합 1번, 조합 2번 및 조합 3에 대한 목적 함수는 하기 표 6에 보인 바와 같다.

○G1=3(0.95-0.96)2+3(0.96-0.97)2+4(0.97-0.975)2+4(0.98-0.98)2

+4(0.99-1.005)2+4(1-1.025)2+2(1.01-1.02)2=0.00430

상기 표 6에서, 일 예로, 조합 2번에 해당되는 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new_2)에 대한 목적함수(G2)가 0.00018로 가장 작음을 알 수 있다. 이에 따라 조합 2번에 해당되는 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new_2)의 저항값(R), 리액턴스값(X) 및 목표전압(Vref)을 선로 강하 보상(LDC) 인자로 설정할 수 있다.

그리고, 상기 최적 LDC 설정부(600)는, 상기 각 조합별 목적함수중에서 가장 최소의 목적함수에 대응되는 저항값(R), 리액턴스값(X) 및 신규 목표전압(Vref_new)을 최적의 선로 강하 보상(LDC) 인자로 설정할 수 있다.

이후, 도 11을 참조하여, 전압 제어 방법에 대해 설명한다. 본 출원 서류에서, 전압 제어 장치에 대한 설명과 전압 제어 방법에 대한 설명은, 특별한 사정이 없는 한, 서로 보완 적용될 수 있다. 즉, 도 1 내지 도 10을 참조하여 이루어진 정차에 대한 설명이 방법의 설명에 적용될 수 있으며, 이에 따라 전압 제어 방법에 대한 설명에서, 가능한 중복되는 세부 설명은 생략될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시 에에 따른 전압 제어 방법을 보이는 순서 예시도이다.

도 11을 참조하여 본 발명의 일 실시 에에 따른 전압 제어 방법은 전압 제어 장치에서 수행될 수 있으며, 먼저, S100 단계에서, 목표전압(Vref)에 적합한 수용가 전압 및 송출전압(Vsend)이 수집될 수 있다. 일 예로, S100 단계는 계통정보 수집부(100)에 의해 수행될 수 있다.

다음, S200 단계에서, 상기 시간별 수용자 전압중 특정 수용가 전압(Vmin or Vmax) 및 목표전압(Vref)을 이용하여 이전 송출전압(Vsend)이 변경되어 신규 송출전압(Vsend_new)이 생성될 수 있다. 일 예로, S200 단계는 송출전압 생성부(200)에 의해 수행될 수 있다.

다음, S300 단계에서, 상기 신규 송출전압(Vsend_new)의 1주기 동안에 대한 복수의 구간별 대표 송출전압(Vsend_new_rv)과 대표 부하(I,θ)가 선정될 수 있다. S300 단계는 대표값 선정부(300)에 의해 수행될 수 있다.

다음, S400 단계에서, 상기 대표 송출전압(Vsend_new_rv)과 대표 부하(I,θ)로 이루어지는 복수의 조합에서, 상기 각 조합별 저항값(R) 및 리액턴스값(X)이 계산될 수 있다. 일 예로, S400 단계는 임피던스 산출부(400)에 의해 수행될 수 있다.

다음, S500 단계에서, 상기 각 조합별 목표전압(Vref), 상기 대표 송출전압(Vsend_new_re), 상기 대표 부하(I,θ), 상기 저항값(R) 및 상기 리액턴스값(X)을 이용하여 신규 목표전압(Vref_new) 및 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new)이 생성될 수 있다. 일 예로, S500 단계는 목표전압 조정부(500)에 의해 수행될 수 있다.

그리고, S600 단계에서, 상기 신규 목표전압(Vref_new)과 상기 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new)과의 차이값에 기초로 하는 목적함수가 최소가 되는 해당 저항값(R), 리액턴스값(X) 및 신규 목표전압(Vref_new)이 최적의 선로 강하 보상(LDC) 인자로 설정될 수 있다. 일 예로, S600 단계는 최적 LDC 설정부(600)에 의해 수행될 수 있다.

상기 신규 송출전압(Vsend_new)을 생성하는 단계(S200)에서, 상기 수용가 전압중 특정 수용가 전압(Vmin or Vmax)과 상기 목표전압(Vref)의 차이 전압인 변동 전압(Vdiff)을 이용하여 상기 기존 송출전압(Vsend)이 변경되어 상기 신규 송출전압(Vsend_new)이 생성될 수 있다.

상기 저항값(R) 및 리액턴스값(X)을 계산하는 단계(S400)에서, 상기 선정된 대표 송출전압(Vsend_new_rv)과 부하(I,θ)로 이루어지는 복수의 조합에서, 각 조합별 대표 송출전압(Vsend_new_rv) 및 목표전압(Vref)을 이용하여 각 조합별 부하(I,θ)가 구해지고, 각 조합별 대표 송출전압(Vsend_new_rv), 목표전압(Vref) 및 부하(I,θ)를 이용하여, 저항값(R) 및 리액턴스값(X)이 계산될 수 있다.

상기 신규 목표전압(Vref_new) 및 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new)을 생성하는 단계(S500)에서, 상기 각 조합별 목표전압(Vref), 대표 부하(I,θ), 저항값(R) 및 리액턴스값(X)을 이용하여 계산 송출전압(Vsend_cal)이 계산되고, 상기 각 조합별 상기 대표 송출전압(Vsend_new_re)과 상기 계산 송출전압(Vsend_cal)과의 차이 전압중 최대값을 이용하여 상기 목표전압(Vref)이 변경되어 신규 목표전압(Vref_new)이 구해지며, 상기 신규 목표전압(Vref_new)을 이용하여 상기 조합별 저항값(R) 및 리액턴스값(X)을 이용하여 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new)이 구해질 수 있다.

그리고, 상기 최적의 선로 강하 보상(LDC) 인자로 설정하는 단계(S600)에서, 상기 신규 목표전압(Vref_new)과 상기 각 조합별 상기 신규 계산 송출전압(Vsend_cal_new)과의 차이 전압, 상기 대표 송출전압(Vsend_new_re)의 가중치를 이용한 목적함수가 구해지고, 상기 각 조합별 목적함수중에서 가장 최소의 목적함수에 대응되는 최적의 저항값(R), 리액턴스값(X) 및 신규 목표전압(Vref_new)이 LDC(Line Drop Compensation)로 산정될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 계통정보 수집부(100), 송출전압 생성부(200), 대표값 선정부(300), 임피던스 산출부(400), 목표전압 조정부(500) 및 최적 LDC 설정부(600)는, 프로세서(예: 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등), 메모리(예: 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등), 자기 스토리지, 광학 스토리지 등), 입력 디바이스(예: 키보드, 마우스, 펜, 음성 입력 디바이스, 터치 입력 디바이스, 적외선 카메라, 비디오 입력 디바이스 등), 출력 디바이스(예: 디스플레이, 스피커, 프린터 등) 및 통신접속(예: 모뎀, 네트워크 인터페이스 카드(NIC), 통합 네트워크 인터페이스, 무선 주파수 송신기/수신기, 적외선 포트, USB 접속 등)이 서로 상호접속(예: 주변 구성요소 상호접속(PCI), USB, 펌웨어(IEEE 1394), 광학적 버스 구조, 네트워크 등)된 컴퓨팅 환경으로 구현될 수 있다. 상기 컴퓨팅 환경은 개인 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 핸드헬드 또는 랩탑 디바이스, 모바일 디바이스(모바일폰, PDA, 미디어 플레이어 등), 멀티프로세서 시스템, 소비자 전자기기, 미니 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 임의의 전술된 시스템 또는 디바이스를 포함하는 분산 컴퓨팅 환경 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

100: 계통정보 수집부
200: 송출전압 생성부
300: 대표값 선정부
400: 임피던스 산출부
500: 목표전압 조정부
600: 최적 LDC 설정부
Vref: 목표전압
Vsend: 송출전압
Vmin or Vmax: 특정 수용가 전압
Vsend: 이전 송출전압
Vsend_new: 신규 송출전압
Vsend_new_rv: 대표 송출전압
I,θ: 대표 부하
R: 저항값
X: 리액턴스값
Vref_new: 신규 목표전압
Vsend_cal_new: 신규 계산 송출전압

Claims

목표전압에 적합한 수용가 전압 및 송출전압을 수집하는 계통정보 수집부;
상기 시간별 수용자 전압중 특정 수용가 전압 및 목표전압을 이용하여 이전 송출전압을 변경하여 신규 송출전압을 생성하는 송출전압 생성부;
상기 신규 송출전압의 1주기 동안에 대한 복수의 구간별 대표 송출전압과 대표 부하를 선정하는 대표값 선정부;
상기 대표 송출전압과 대표 부하로 이루어지는 복수의 조합에서, 상기 각 조합별 저항값 및 리액턴스값을 계산하는 임피던스 산출부;
상기 각 조합별 목표전압, 상기 대표 송출전압, 상기 대표 부하, 상기 저항값 및 상기 리액턴스값을 이용하여 신규 목표전압 및 신규 계산 송출전압을 생성하는 목표전압 조정부; 및
상기 신규 목표전압과 상기 신규 계산 송출전압과의 차이값에 기초로 하는 목적함수가 최소가 되는 해당 저항값, 리액턴스값 및 신규 목표전압을 최적의 선로 강하 보상(LDC) 인자로 설정하는 최적 LDC 설정부;
를 포함하는 전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 송출전압 생성부는
상기 수용가 전압중 특정 수용가 전압과 상기 목표전압의 차이 전압인 변동 전압을 이용하여 기존 송출전압을 변경하여 상기 신규 송출전압을 생성하는 전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 임피던스 산출부는,
상기 대표 송출전압과 부하로 이루어지는 복수의 조합에서, 각 조합별 대표 송출전압 및 목표전압을 이용하여 각 조합별 부하를 구하고, 각 조합별 대표 송출전압, 목표전압 및 부하를 이용하여, 상기 저항값 및 상기 리액턴스값을 계산하는 전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 목표전압 조정부는
상기 각 조합별 목표전압, 상기 대표 부하, 상기 저항값 및 상기 리액턴스값을 이용하여 계산 송출전압을 계산하고,
상기 각 조합별 상기 대표 송출전압과 상기 계산 송출전압과의 차이 전압중 최대값을 이용하여 상기 목표전압을 변경하여 신규 목표전압을 구하고,
상기 신규 목표전압을 이용하여 상기 조합별 저항값 및 리액턴스값을 이용하여 상기 신규 계산 송출전압을 구하는
전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 최적 LDC 설정부는,
상기 신규 목표전압과 상기 각 조합별 상기 신규 계산 송출전압과의 차이 전압, 상기 대표 송출전압의 가중치를 이용한 목적함수를 구하고,
상기 각 조합별 목적함수중에서 가장 최소의 목적함수에 대응되는 저항값, 리액턴스값 및 신규 목표전압을 최적의 선로 강하 보상(LDC) 인자로 설정하는
전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 특정 수용가 전압은
규정범위내의 상기 수용가 전압중 하나의 전압으로, 최저전압, 최고전압 또는 임의의 특정 전압인 전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 장치.
전압 제어 장치에 적용되는 전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 방법에 있어서,
목표전압에 적합한 수용가 전압 및 송출전압을 수집하는 단계:
상기 시간별 수용자 전압중 특정 수용가 전압 및 목표전압을 이용하여 이전 송출전압을 변경하여 신규 송출전압을 생성하는 단계;
상기 신규 송출전압의 1주기 동안에 대한 복수의 구간별 대표 송출전압과 대표 부하를 선정하는 단계;
상기 대표 송출전압과 대표 부하로 이루어지는 복수의 조합에서, 상기 각 조합별 저항값 및 리액턴스값을 계산하는 단계;
상기 각 조합별 목표전압, 상기 대표 송출전압, 상기 대표 부하, 상기 저항값 및 상기 리액턴스값을 이용하여 신규 목표전압 및 신규 계산 송출전압을 생성하는 단계; 및
상기 신규 목표전압과 상기 신규 계산 송출전압과의 차이값에 기초로 하는 목적함수가 최소가 되는 해당 저항값, 리액턴스값 및 신규 목표전압을 최적의 선로 강하 보상값으로 설정하는 단계;
를 포함하는 전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 신규 송출전압을 생성하는 단계는
상기 수용가 전압중 특정 수용가 전압과 상기 목표전압의 차이 전압인 변동 전압을 이용하여 기존 송출전압을 변경하여 상기 신규 송출전압을 생성하는 전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 저항값 및 리액턴스값을 계산하는 단계는
상기 선정된 대표 송출전압과 부하로 이루어지는 복수의 조합에서, 각 조합별 대표 송출전압 및 목표전압을 이용하여 각 조합별 부하를 구하고, 각 조합별 대표 송출전압, 목표전압 및 부하를 이용하여, 저항값 및 리액턴스값을 계산하는 전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 신규 목표전압 및 신규 계산 송출전압을 생성하는 단계는
상기 각 조합별 목표전압, 대표 부하, 저항값 및 리액턴스값을 이용하여 계산 송출전압을 계산하고,
상기 각 조합별 상기 대표 송출전압과 상기 계산 송출전압과의 차이 전압중 최대값을 이용하여 상기 목표전압을 변경하여 신규 목표전압을 구하고,
상기 신규 목표전압을 이용하여 상기 조합별 저항값 및 리액턴스값을 이용하여 신규 계산 송출전압을 구하는
전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 최적의 선로 강하 보상(LDC) 인자로 설정하는 단계는
상기 신규 목표전압과 상기 각 조합별 상기 신규 계산 송출전압과의 차이 전압, 상기 대표 송출전압의 가중치를 이용한 목적함수를 구하고,
상기 각 조합별 목적함수중에서 가장 최소의 목적함수에 대응되는 최적의 저항값, 리액턴스값 및 신규 목표전압을 선로 강하 보상(LDC) 인자로 산정하는
전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 특정 수용가 전압은
규정범위내의 상기 수용가 전압중 하나의 전압으로, 최저전압, 최고전압 또는 임의의 특정 전압인 전력계통 운영정보를 활용한 전압 제어 방법.