KR20190087186A - 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법 및 장치 - Google Patents

분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법은, 능동적 전압 조정 장치에 의해 수행되는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법에 있어서, 분산전원 연계 모선에서 측정된 분산전원 연계 모선의 전압 값을 수신하는 단계, 상기 수신된 분산전원 연계 모선의 모든 전압 값을 기초로 부하 시 탭 절환기(On-load tap changers, OLTCs)의 새로운 탭 위치를 계산하여 변경하는 단계, 및 상기 분산전원 연계 모선을 위한 매개변수를 탐색하여 분산전원 출력의 설정값을 변경하는 명령을 송출하는 단계를 포함한다.

Description

분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ACTIVE VOLTAGE REGULATION OF ELECTRIC POWER DISTRIBUTION SYSTEM WITH DISTRIBUTED GENERATOR}
본 발명은 배전계통의 전압 제어에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법 및 장치에 관한 것이다.
표준 IEEE 1547에 따르면, 배전계통 운영자(Distribution system operators, DSOs)가 배전계통의 전압 제어를 위하여 분산전원의 출력을 변경하도록 요구하지 않는 한, 분산전원은 배전계통의 전압 조정에 참여할 수 없다. 또한, 분산전원은 다양한 전압 제어 장치의 동시 상호 작용을 방지하기 위하여, 일정한 전력원으로만 작동되어야 한다. 풍력 및 태양광 발전 같은 유효전력을 조정할 수 없는 분산전원들의 계통 내 연계로 인하여 실시간 최적화된 전압 조정은 매우 어려워졌다.
종래에는 대규모 전력계통 전압조정용 최적화 알고리즘의 실행 시간이 매우 오래 걸린다. 따라서 실시간 전압 조정 방식에 대한 최적화 알고리즘은 사용되지 않았다. 그에 따라 일일 계획 방식의 기법이 사용되어 왔다. 그러나 이러한 방식은 풍력 및 태양광 발전의 출력 불확실성으로 인하여 예측과정에서 MW 단위의 심각한 오차가 발생할 수 있다. 따라서 실시간으로 작동하는 최적의 전압 조정 방식은 필수적으로 구현되어야만 한다. 또한, 풍속 데이터와 일사량의 확률적 모델링을 통한 실제적인 모델링도 구현되어야만 한다.
한국 등록특허공보 제10-1609148호 (2016년03월30일 등록)
분산전원이 존재하는 배전계통은 일반적으로 분산전원과 계통의 공통접속점(Points of common coupling, PCC)에서 전압상승의 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제는 분산전원의 높은 침투율이 원인이 될 수 있다. 부하 시 탭 절환기(On-load tap changers, OLTCs)와 같은 종래의 전압 조정 장치는 다른 전력 기기의 협조 없이 이러한 문제를 해결할 수 없다. 또한, 부하 시 탭 절환기(OLTC)와 커패시터 뱅크 및 다양한 분산전원 사이의 적절한 조정이 없으면, 이러한 기기들의 스위칭 작업의 횟수가 많이 증가하여 전력 품질이 저하된다. 따라서 적절한 협조 방식이 존재하지 않으면 계통 내 분산전원의 연계 과정에서 부정적인 영향이 이점보다 더 클 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 분산전원의 온라인 제어와 전압 품질 또한 향상시킬 수 있는, 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 능동적 전압 조정 장치에 의해 수행되는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법에 있어서, 분산전원 연계 모선에서 측정된 분산전원 연계 모선의 전압 값을 수신하는 단계; 상기 수신된 분산전원 연계 모선의 모든 전압 값을 기초로 부하 시 탭 절환기(On-load tap changers, OLTCs)의 새로운 탭 위치를 계산하여 변경하는 단계; 및 상기 분산전원 연계 모선을 위한 매개변수를 탐색하여 분산전원 출력의 설정값을 변경하는 명령을 송출하는 단계를 포함하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법이 제공될 수 있다.
상기 전압 값을 수신하는 단계는, 상기 분산전원 연계 모선의 전압 값을 수신하되, 집중 원격감시 제어시스템(Supervisory control and data acquisition, SCADA)에 의해 전송된 분산전원 연계 모선의 전압 값을 수신할 수 있다.
상기 새로운 탭 위치를 계산하여 변경하는 단계는, 마이크로 유전 알고리즘을 이용하여 상기 부하 시 탭 절환기의 탭 위치를 계산할 수 있다.
상기 새로운 탭 위치를 계산하여 변경하는 단계는, 분산전원을 급전 가능한 분산전원(Dispatchable distributed generators, DSPDGs)이 포함된 제1 그룹과 급전 불가능한 분산전원(Non-Dispatchable distributed generators)이 포함된 제2 그룹으로 분류할 수 있다.
상기 새로운 탭 위치를 계산하여 변경하는 단계는, 계통의 모든 모선에서의 기준 전압으로부터의 평균 제곱 오차가 최소화되는 탭 위치를 부하 시 탭 절환기의 새로운 탭 위치로 계산할 수 있다.
상기 새로운 탭 위치를 계산하여 변경하는 단계는, 분산전원 연계 모선의 전압에 대해 기설정된 전압 제약조건, 탭 위치에 대해 기설정된 위치 제약조건, 분산전원의 역률에 대해 기설정된 상태 제약조건, 분산전원의 유효전력에 대해 기설정된 전력 제약조건, 커패시터 뱅크의 상태에 대해 기설정된 상태 제약조건 중에서 적어도 하나의 제약 조건에 따라 부하 시 탭 절환기의 새로운 탭 위치를 계산할 수 있다.
상기 명령을 송출하는 단계는, 반복 유전 알고리즘을 이용하여 배전계통의 유효 및 무효 전력을 최적화하도록, 분산전원의 역률, 커패시터 뱅크 개폐 및 커패시터의 수량 중에서 적어도 하나를 탐색할 수 있다.
상기 명령을 송출하는 단계는, 배전계통의 전력 손실이 최소화되도록 상기 분산전원 연계 모선을 위한 매개변수를 탐색할 수 있다.
상기 명령을 송출하는 단계는, 분산전원 연계 모선의 전압에 대해 기설정된 전압 제약조건, 분산전원의 역률에 대해 기설정된 상태 제약조건, 다른 그룹으로 분류된 분산전원의 유효 전력에 대해 기설정된 복수의 제약조건, 계통에 연계된 커패시터 개수에 대해 기설정된 상태 제약조건 중에서 적어도 하나의 제약 조건에 따라 부하 시 탭 절환기의 새로운 탭 위치를 계산할 수 있다.
분산전원 연계 모선의 전압이 기설정된 제한을 위반할 때마다 분산전원 연계 모선의 상황 정보를 다시 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 분산전원 연계 모선의 전압을 측정하는 종속 제어기; 및 상기 종속 제어기로부터 분산전원 연계 모선의 전압 값을 수신하고, 상기 수신된 분산전원 연계 모선의 모든 전압 값을 기초로 부하 시 탭 절환기(On-load tap changers, OLTCs)의 새로운 탭 위치를 계산하여 변경하고, 상기 분산전원 연계 모선을 위한 매개변수를 탐색하여 분산전원 출력의 설정값을 변경하는 명령을 상기 종속 제어기로 송출하는 주 제어기를 포함하고, 상기 종속 제어기는 상기 송출된 명령에 따라 분산전원의 출력 설정 값을 변경하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치가 제공될 수 있다.
상기 주 제어기는, 상기 종속 제어기로부터 분산전원 연계 모선의 전압 값을 수신하되, 집중 원격감시 제어시스템(Supervisory control and data acquisition, SCADA)에 의해 전송될 수 있다.
상기 주 제어기는, 마이크로 유전 알고리즘을 이용하여 상기 부하 시 탭 절환기의 탭 위치를 계산할 수 있다.
상기 주 제어기는, 분산전원을 급전 가능한 분산전원(Dispatchable distributed generators, DSPDGs)이 포함된 제1 그룹과 급전 불가능한 분산전원(Non-Dispatchable distributed generators)이 포함된 제2 그룹으로 분류할 수 있다.
상기 주 제어기는, 계통의 모든 모선에서의 기준 전압으로부터의 평균 제곱 오차가 최소화되는 탭 위치를 부하 시 탭 절환기의 새로운 탭 위치로 계산할 수 있다.
상기 주 제어기는, 분산전원 연계 모선의 전압에 대해 기설정된 전압 제약조건, 탭 위치에 대해 기설정된 위치 제약조건, 분산전원의 역률에 대해 기설정된 상태 제약조건, 분산전원의 유효전력에 대해 기설정된 전력 제약조건, 커패시터 뱅크의 상태에 대해 기설정된 상태 제약조건 중에서 적어도 하나의 제약 조건에 따라 부하 시 탭 절환기의 새로운 탭 위치를 계산할 수 있다.
상기 주 제어기는, 반복 유전 알고리즘을 이용하여 배전계통의 유효 및 무효 전력을 최적화하도록, 분산전원의 최적 역률, 커패시터 뱅크 개폐 및 커패시터의 수량 중에서 적어도 하나를 탐색할 수 있다.
상기 주 제어기는, 배전계통의 전력 손실이 최소화되도록 상기 분산전원 연계 모선을 위한 최적 매개변수를 탐색할 수 있다.
상기 주 제어기는, 분산전원 연계 모선의 전압에 대해 기설정된 전압 제약조건, 분산전원의 역률에 대해 기설정된 상태 제약조건, 다른 그룹으로 분류된 분산전원의 유효 전력에 대해 기설정된 복수의 제약조건, 계통에 연계된 커패시터 개수에 대해 기설정된 상태 제약조건 중에서 적어도 하나의 제약 조건에 따라 부하 시 탭 절환기의 새로운 탭 위치를 계산할 수 있다.
상기 종속 제어기는, 분산전원 연계 모선의 전압이 기설정된 제한을 위반할 때마다 상기 주 제어기에 분산전원 연계 모선의 상황 정보를 다시 전송할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 배전계통의 능동적 전압 조정을 위한 실시간 최적 조정 기법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 실시간 최적 조정 기법을 제공할 수 있고, 탭 선택을 위한 새로운 방법에 따라 탭 선택을 수행하며, 최적의 매개 변수 계산을 위해 온라인 유전 알고리즘을 적용하여 분산전원의 간헐성에 대한 해결책 또한 제시할 수 있다.
도 1은 분산전원이 구비된 배전계통과 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치의 구성을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증에 사용된 IEEE 37 bus 모의 계통을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증에 사용된 일사량 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증에 사용된 풍속 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증에 사용된 여름철의 부하 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 4d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증에 사용된 태양광 및 풍력 발전기의 유효 전력을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 첫 번째 케이스에 사용된 태양광 발전의 전압 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 첫 번째 케이스에 사용된 탭 위치 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 첫 번째 케이스에 사용된 태양광 발전의 무효 전력을 설명하기 위한 도면이다.
도 5d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 첫 번째 케이스에 사용된 커패시터 뱅크의 연결 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 두 번째 케이스에 사용된 태양광 발전의 전압 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 두 번째 케이스에 사용된 탭 위치 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 6c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 두 번째 케이스에 사용된 태양광 발전의 무효 전력을 설명하기 위한 도면이다.
도 6d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 두 번째 케이스에 사용된 커패시터 뱅크의 연결 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 두 번째 케이스에 사용된 급전 가능한 분산전원의 유효 및 무효 전력을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 분산전원 연계 모선의 정상 상태 전압 변동률을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 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.
제1, 제2 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 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 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.
도 1은 분산전원이 구비된 배전계통과 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치의 구성을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치(100)는 주 제어기(110) 및 종속 제어기(120)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전계통의 능동적 전압 조정 장치(100)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전계통의 능동적 전압 조정 장치(100)는 구현될 수 있다.
우선, 배전계통은 부하 시 탭 절환기(OLTC)(111), 태양광 패널(121), 풍력 발전기(122) 및 바이오매스 발전기(123)와 같은 다중 분산전원 및 커패시터 뱅크(124)를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치(100)는 배전계통의 능동적 전압 조정을 위한 최적화된 집중 원격감시 제어시스템(Supervisory control and data acquisition, SCADA) 기반의 2개의 단계를 갖는 협조 알고리즘을 수행한다. 능동적 전압 조정 장치(100)는 실시간 최적화 알고리즘을 사용하여 급전 가능한 분산전원(Dispatchable distributed generators, DSPDGs)과 급전 불가능한 분산전원(Non-Dispatchable distributed generators)을 고려하여 부하 시 탭 절환기(On-load tap changers, OLTCs)(111)의 탭 위치를 계산하여 선택한다.
이를 위한, 제1 스테이지에서, 능동적 전압 조정 장치(100)는 마이크로 유전 알고리즘(Micro Genetic Algorithm, Micro-GA)을 이용하여 탭 위치를 계산한다. 그 계산된 탭 위치로 부하 시 탭 절환기(OLTC)(111)가 탭 위치를 변경하게 된다. 능동적 전압 조정 장치(100)는 급전 가능한 분산전원과 급전이 불가능한 분산전원 모두를 고려하는 상황에서, 부하 시 탭 절환기(OLTC)(111)의 새로운 탭 위치를 마이크로 유전 알고리즘을 사용하여 탐색할 수 있다.
제2 스테이지에서, 능동적 전압 조정 장치(100)는 분산전원의 최적 역률, 커패시터 뱅크(124)의 개폐, 커패시터의 수량을 탐색하는 반복 유전 알고리즘(Recursive genetic algorithm, RGA)을 수행한다. 또한, 능동적 전압 조정 장치(100)는 반복 유전 알고리즘을 통하여 분산전원의 최적 역률 및 커패시터 뱅크(124)의 개폐 상태, 커패시터의 개수를 산정할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 장치(100)는 SCADA 기반 알고리즘으로 SCADA 시스템에서 얻은 값을 사용하여 실행한다. 분산전원 연계 모선의 전압은 해당 모선에서 측정되며 주 제어기(110)의 도움을 받아 구현된다. 주 알고리즘의 필요한 단계를 설명하기 전에 제어기의 기본 동작은 다음과 같다.
이하, 도 1의 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
첫 번째 제어기인 주 제어기(Master controller, MAC)(110)는 부하 시 탭 절환기(OLTC)(111)의 계전기에 설치된다. 주 제어기(110)는 SCADA 시스템에 의하여 전송된 분산전원 연계 모선의 모든 전압 값을 수신하고 부하 시 탭 절환기(OLTC)(111)의 새로운 탭 위치를 결정한다. 분산전원의 출력을 증가시키거나 감소시켜야 되는 경우 주 제어기(110)는 종속 제어기(Slave controller, SAC)(120)와의 연결을 설정하고 분산전원 출력의 설정값을 변경하는 명령을 송출한다. 주 제어기(110)는 분산전원의 출력을 변경하기 위하여 일정 기간 동안 종속 제어기(120)를 활성화 시킨다. 종속 제어기(120)는 자체적으로 분산전원 출력을 변경하는 결정을 내릴 수 없으며 도 1은 두 제어기 간의 통신과 기본 동작을 보여준다.
이를 다시 설명하면, 주 제어기(110)는 종속 제어기(120)로부터 분산전원 연계 모선의 전압 값을 수신하고, 그 수신된 분산전원 연계 모선의 모든 전압 값을 기초로 부하 시 탭 절환기(On-load tap changers, OLTCs)(111)의 새로운 탭 위치를 계산하여 변경한다. 여기서, 주 제어기(110)는, 종속 제어기(120)로부터 분산전원 연계 모선의 전압 값을 수신하되, 집중 원격감시 제어시스템(Supervisory control and data acquisition, SCADA)에 의해 전송된 분산전원 연계 모선의 전압 값을 이용할 수 있다.
두 번째 제어기인 종속 제어기(120)는 분산전원 연계 모선에 설치된다. 종속 제어기(120)는 분산전원 연계 모선의 전압을 측정한다. 종속 제어기(120)는 분산전원 연계 모선의 전압을 지역적으로 측정한다. 종속 제어기(120)는 주 제어기(110)로부터 명령을 수신받은 후, 분산전원의 출력 설정 값을 변경하게 된다. 분산전원 연계 모선의 전압이 한계치를 넘어갈 때마다, 주 제어기(110)는 종속 제어기(120)와의 연결을 설정한다. 종속 제어기(120)는 분산전원 연계 모선에 대한 새로운 전압 값을 주 제어기(110)로 송출한다. 고 주 제어기(110)는 분산전원 연계 모선을 위한 최적 매개변수를 탐색하여 분산전원 출력의 설정값을 변경하는 명령을 종속 제어기(120)로 송출한다. 이후, 종속 제어기(120)는 주 제어기(110)로부터 송출된 명령에 따라 분산전원의 출력 설정 값을 변경한다.
탭 위치 변경과 관련하여 구체적으로 살펴보면, 주 제어기(110)는 마이크로 유전 알고리즘을 이용하여 상기 부하 시 탭 절환기(111)의 탭 위치를 계산할 수 있다. 주 제어기(110)는, 분산전원을 급전 가능한 분산전원(Dispatchable distributed generators, DSPDGs)이 포함된 제1 그룹과 급전 불가능한 분산전원(Non-Dispatchable distributed generators)이 포함된 제2 그룹으로 분류할 수 있다. 주 제어기(110)는, 계통의 모든 모선에서의 기준 전압으로부터의 평균 제곱 오차가 최소화되는 탭 위치를 부하 시 탭 절환기(111)의 새로운 탭 위치로 계산할 수 있다. 주 제어기(110)는, 분산전원 연계 모선의 전압에 대해 기설정된 전압 제약조건, 탭 위치에 대해 기설정된 위치 제약조건, 분산전원의 역률에 대해 기설정된 상태 제약조건, 분산전원의 유효전력에 대해 기설정된 전력 제약조건, 커패시터 뱅크(124)의 상태에 대해 기설정된 상태 제약조건 중에서 적어도 하나의 제약 조건에 따라 부하 시 탭 절환기(111)의 새로운 탭 위치를 계산할 수 있다.
전력 최적화 과정을 구체적으로 살펴보면, 주 제어기(110)는, 반복 유전 알고리즘을 이용하여 배전계통의 유효 및 무효 전력을 최적화하도록, 분산전원의 최적 역률, 커패시터 뱅크(124) 개폐 및 커패시터의 수량 중에서 적어도 하나를 탐색할 수 있다. 주 제어기(110)는, 배전계통의 전력 손실이 최소화되도록 상기 분산전원 연계 모선을 위한 최적 매개변수를 탐색할 수 있다. 주 제어기(110)는, 분산전원 연계 모선의 전압에 대해 기설정된 전압 제약조건, 분산전원의 역률에 대해 기설정된 상태 제약조건, 다른 그룹으로 분류된 분산전원의 유효 전력에 대해 기설정된 복수의 제약조건, 계통에 연계된 커패시터 개수에 대해 기설정된 상태 제약조건 중에서 적어도 하나의 제약 조건에 따라 분산전원 연계 모선을 위한 최적 매개변수를 탐색할 수 있다.
한편, 종속 제어기(120)는, 분산전원 연계 모선의 전압이 기설정된 제한을 위반할 때마다 상기 주 제어기(110)에 분산전원 연계 모선의 상황 정보를 다시 전송할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법은 크게 제1 스테이지(S210)와 제2 스테이지(S220)로 구분하여 수행될 수 있다.
능동적 전압 조정 방법의 제1 스테이지(S210)에서는 최적의 탭 위치만을 찾는 과정만을 수행한다. 능동적 전압 조정 방법의 제2 스테이지(S220)에서는 최종적인 최적화 문제를 해결함으로써, 최적의 변수들을 찾는 과정을 수행한다. 이와 같이, 능동적 전압 조정 방법은 두 가지의 스테이지(S210, S220)로 분리함으로써, 탭 위치 계산을 하나의 변수량에 해당하는 문제로 변환하여 탭 위치 계산에 필요한 실행시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 제1 스테이지(S210)에 따르면, 단계 S211에서, 종속 제어기(SAC)(120)는 분산전원 연계 모선의 모든 전압을 기록한다.
단계 S212에서, 종속 제어기(120)는 설정된 제약조건을 위반하면, 주 제어기(MAC)(110)에 신호를 송신한다.
단계 S213에서, 주 제어기(MAC)(110)는 종속 제어기(SAC)(120)로부터 수신된 전압을 확인하고 분산전원들 분류한다.
단계 S214에서, 주 제어기(110)는 마이크로 유전 알고리즘을 수행하고 부하 시 탭 절환기의 탭 위치를 검색한다.
단계 S215에서, 주 제어기(110)는 탭 위치를 변경한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 제2 스테이지(S220)에 따르면, 단계 S221에서, 주 제어기(110)는 반복 유전 알고리즘(RGA)을 작동시키고 메모리에 저장된 해집단에 접속한다.
단계 S222에서, 주 제어기(110)는 전력 흐름 프로그램을 작동시키고 적합도 함수를 평가한다.
단계 S223에서, 주 제어기(110)는 제약조건이 위반되는지를 확인한다.
단계 S224에서, 상기 확인 결과(S223), 제약조건이 위반되는 경우, 주 제어기(110)는 제약조건 조작을 수행한다. 반면, 상기 확인 결과(S223), 제약조건이 위반되지 않는 경우, 주 제어기(110)는 S225 단계를 바로 수행한다.
단계 S225에서, 주 제어기(110)는 반복 유전 알고리즘(RGA)에 따라 선택(selection) 연산을 수행한다.
단계 S226에서, 주 제어기(110)는 반복 유전 알고리즘(RGA)에 따라 교차(crossover) 연산을 수행한다.
단계 S227에서, 주 제어기(110)는 반복 유전 알고리즘(RGA)에 따라 변이(mutation) 연산을 수행한다.
단계 S228에서, 주 제어기(110)는 반복 유전 알고리즘(RGA)에 따라 전력 흐름 프로그램(power flow program)을 작동시키고 적합도 함수(fitness function)를 평가한다.
단계 S229에서, 주 제어기(110)는 정지 조건(stop condition)에 도착하는지를 확인한다.
단계 S230에서, 상기 확인 결과(S229), 정지 조건에 도착하는 경우, 주 제어기(110)는 최고해(best solution)를 선택한다.
단계 S231에서, 주 제어기(110)는 최종 해집단(final population)을 저장한다.
단계 S232에서, 주 제어기(110)는 분산전원 및 커패시터 뱅크를 가능하게 하는 신호를 종속 제어기(120)에 송신한다.
상기 능동적 전압 조정 방법의 제1 스테이지(S210)를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
주 제어기(110)는 분산전원 연계 모선의 모든 전압을 수신하고 기록한 후, 분산전원을 [수학식 1]과 같이 두 그룹으로 분류한다.
Figure pat00001
여기서, Y1 및 Y2는 그룹 1 및 그룹 2를 나타낸다.
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
,
Figure pat00006
, 및
Figure pat00007
는 일정한 유효 전력을 출력하는 분산전원에 대한 상수, 가변 유효 전력을 출력하는 분산전원에 대한 상수, 유효 전력, 역률, 역률의 변화, 유효전력의 변화를 나타낸다.
상기의 [수학식 1]은 분산전원을 두 그룹으로 분류한 것을 표현한다. 그룹 1은 역률을 변화시킬 수 있는 분산전원을 포함한다. 반면, 그룹 2는 급전 가능한 분산전원을 포함한다.
종래의 배전계통에서 부하 시 탭 절환기(OLTC)(111)는 일정한 규제 지점에서 전압을 안전한 동작 범위 내로 유지하게 하는 역할을 한다. 그러나 다수의 분산전원이 연계되는 경우, 어떠한 분산전원은 전압상승을 겪을 수 있고, 어떠한 분산전원은 전압강하를 겪을 수 있다. 이 때문에, 단일 제어 지점을 기준으로 새로운 탭 위치를 설정하는 것은 효과적이지 않다. 따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법은 두 상황 모두를 처리하기 위해, 모든 모선에 대하여 설정된 전압에서 평균 제곱 오차의 최소화로 탭 위치를 찾는 문제를 공식화하였다.
Figure pat00008
여기서,
Figure pat00009
,
Figure pat00010
,
Figure pat00011
, 및
Figure pat00012
은 각각 탭 위치, OLTC의 기준전압, i번째 모선의 전압, 및 계통 내 총 모선의 개수를 의미한다.
상기 [수학식 2]는 계통의 모든 모선에서의 기준 전압으로부터의 평균 제곱 오차의 최소화를 표현하는 식이다.
상기 [수학식 2]에서 주어진 목적함수는 부하 시 탭 절환기(OLTC)(111)의 최적 탭 위치를 찾기 위하여 최소화된다. 이 과정에서 최적화 알고리즘은 [수학식 3] 내지 [수학식 7에 해당하는 제약조건을 만족해야만 한다.
Figure pat00013
여기서,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
, 및
Figure pat00016
는 i 번째 모선의 전압, 전압 한계의 최소 수치, 및 최대 수치를 의미한다.
상기 [수학식 3]은 i 번째 분산전원 연계 모선의 전압이 최소 및 최대 전압 한계 내에 있어야 한다는 것을 의미한다.
Figure pat00017
여기서,
Figure pat00018
,
Figure pat00019
, 및
Figure pat00020
는 i 번째 탭 위치, 탭의 최소 수치, 탭의 최대 수치를 의미한다.
상기 [수학식 4]는 OLTC의 탭 위치는 탭의 최대 및 최소 허용 범위 내에 있어야 한다는 것을 의미한다.
Figure pat00021
여기서,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
, 및
Figure pat00024
는 태양광 패널(121), 풍력 발전기(122) 및 급전 가능한 분산전원 각각의 분산전원의 역률을 의미한다.
상기 [수학식 5]는 i 번째 태양광 패널(121), 풍력 발전기(122) 및 급전 가능한 분산전원의 역률이 제1 스테이지의 이전 시간 상태에서는 변경되어서는 안 된다는 것을 나타낸다.
Figure pat00025
여기서,
Figure pat00026
,
Figure pat00027
, 및
Figure pat00028
는 태양광, 풍력, 및 급전 가능한 분산전원의 유효전력을 의미한다.
상기 [수학식 6]은 제1 스테이지에서 태양광 발전, 풍력발전기, 급전 가능한 분산전원의 유효 전력 변화가 0이어야 함을 나타낸다.
Figure pat00029
여기서,
Figure pat00030
는 't' 시간에 연계되어 있는 커패시터 뱅크(124)의 수,
Figure pat00031
는 't-1' 시간에 연계되어 있는 커패시터 뱅크(124)의 수를 의미한다.
상기 [수학식 7]은 c 번째 커패시터 뱅크(124)의 상태는 제1 스테이지의 이전 시간 상태 값과 같아야 한다는 것을 보여준다.
한편, 능동적 전압 조정 방법의 제2 스테이지에서는 부하 시 탭 절환기(OLTC)(111)에 새로운 탭 위치를 선택하도록 지시한 후, 반복 유전 알고리즘을 실행하게 된다. 능동적 전압 조정 방법은 배전계통의 유효 및 무효 전력을 최적화하기 위하여, 반복 유전 알고리즘을 통해 배전계통의 총 전력 손실을 최소화하게 된다.
여기서, 제2 스테이지에서의 목적 함수는 [수학식 8]과 같다. 제약조건은 [수학식 9] 내지 [수학식 12]로 주어진다.
Figure pat00032
여기서,
Figure pat00033
는 모선 i와 j 사이의 선로 전도를 의미한다.
상기 [수학식 8]은 계통의 전력 손실을 최소화하는 두 번째 목적함수를 표현한다.
Figure pat00034
여기서,
Figure pat00035
,
Figure pat00036
, 및
Figure pat00037
는 i 번째 모선의 전압, 최소 전압 한계, 및 최대 전압 한계를 의미한다.
상기 [수학식 9]는 i 번째 분산전원 연계 모선의 전압이 최소 및 최대 전압 한계 내에 있어야 한다는 것을 의미한다.
Figure pat00038
여기서,
Figure pat00039
,
Figure pat00040
, 및
Figure pat00041
는 i 번째 태양광 패널(121)의 역률, 최소 역률 한계, 및 최대 역률 한계를 나타낸다.
Figure pat00042
,
Figure pat00043
, 및
Figure pat00044
는 i 번째 풍력 발전기(122)의 역률, 최소 역률 한계, 및 최대 역률 한계를 나타낸다.
Figure pat00045
,
Figure pat00046
, 및
Figure pat00047
는 i 번째 급전 가능한 분산전원의 역률, 최소 역률 한계, 및 최대 역률 한계를 나타낸다.
상기 [수학식 10]은 태양광 발전, 풍력 및 급전 가능한 분산전원의 역률에 대한 제약을 표현한다. 각 태양광 발전, 풍력 및 급전 가능한 분산전원의 역률은 역률의 최소 및 최대 한계 내에 포함되어야 한다는 것을 의미한다.
Figure pat00048
여기서,
Figure pat00049
,
Figure pat00050
, 및
Figure pat00051
는 태양광, 풍력, 및 급전 가능한 분산전원의 유효전력을 의미한다.
Figure pat00052
,
Figure pat00053
및
Figure pat00054
는 태양광 발전, 풍력 및 급전 가능한 분산전원의 내부 상수를 나타낸다.
상기 [수학식 11]은 다른 그룹에 분류된 태양광 발전, 풍력 및 급전 가능한 분산전원의 유효 전력이 해당 그룹에 따라 주어진 다양한 조건을 준수해야 한다는 것을 의미한다.
Figure pat00055
여기서,
Figure pat00056
과
Figure pat00057
는 각각 최소 및 최대 커패시터 수를 나타낸다.
상기 [수학식 12]는 계통에 연계된 커패시터 수는 커패시터의 총 개수 안에 포함되어야 한다는 것을 의미한다.
한편, 최적의 솔루션을 찾은 주 제어기(110)는 분산전원의 종속 제어기(120)에 신호를 보내고 일정 기간 동안 신호를 활성화하게 된다.
이후, 종속 제어기(120)는 최적 솔루션을 분산전원 및 커패시터 뱅크(124)의 설정점으로 설정하게 된다. 이때, 종속 제어기(120)는 허용된 시간이 경과하면 다시 비활성화되게 된다.
종속 제어기(120)는 분산전원 연계 모선의 전압이 설정된 제한을 위반할 때마다 주 제어기(110)에 상황 정보를 다시 전달하게 된다.
그러면, 또다시 주 제어기(110)에 의하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법에 대한 모든 과정이 다시 수행된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배전계통의 능동적 전압 조정 방법에서 수행된 모든 과정은 도 2a 및 도 2b에 주어진 순서도로 표현할 수 있다.
또한, 부하 시 탭 절환기(OLTC)(111)와 병렬 커패시터의 총 스위칭 동작 횟수는 [수학식 13]과 [수학식 14]를 사용하여 구할 수 있다.
Figure pat00058
여기서,
Figure pat00059
및
Figure pat00060
는 OLTC의 탭 위치 및 배타적 논리합(exclusive or) 연산자를 의미한다.
상기 [수학식 13]은 OLTC의 전체 스위칭 동작을 의미한다.
Figure pat00061
여기서,
Figure pat00062
는 시간 t에서 커패시터 뱅크(124) 내에서 계통과 연계가 되는 커패시터의 수를 나타낸다.
상기 [수학식 14]는 커패시터 뱅크(124)의 총 스위칭 수를 계산하는 식을 나타낸다.
정상 상태의 전압 변동 값의 백분율 식인 하기의 [수학식 15]를 통하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전계통의 능동적 전압 조정 방법의 성능을 평가할 수 있다.
Figure pat00063
여기서,
Figure pat00064
는 정상 상태의 전압 변동 값의 백분율,
Figure pat00065
는 i 번째 모선의 전압,
Figure pat00066
는 i-1번째 모선의 전압을 나타낸다. T는 총 시뮬레이션 시간을 나타낸다.
상기 [수학식 15]는 분산전원 연계 모선 전압의 정상 상태 변동을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증에 사용된 IEEE 37 bus 모의 계통을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에서는 종래의 모의 계통에서 몇 가지가 수정되어 서로 다르다. 종래 계통의 델타 전압 조정기는 하나의 탭 위치 변화로 두 개의 상에 영향을 미치기 때문이다.
따라서 본 발명의 일 실시 예에서는 2개의 개방형(open) 델타 전압 조정기를 사용하는 대신 안정된 전압 조정을 위하여 하나의 닫힌 3 상 델타 조정기(310)로 교체하여 사용한다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에서는 2개의 커패시터 뱅크(311, 312)를 노드-735(Node-735) 및 노드-741(Node-741)에 설치하였다. 본 발명의 일 실시 예에서는 도 3과 같이 단상 정격 전력이 800kW인 3개의 분산전원인 DG-1(321), DG-2(322) 및 DG-3(323)을 3개의 노드에 배치하였다. 몬테카를로 시뮬레이션을 위해 6개년(2007-2012) 및 17개년(1998-2014) 중 여름일 때의 풍속 및 일사량 데이터를 사용하였다.
또한, 풍속과 일사량의 변화가 전압 조정 과정의 복잡성을 증가시키게 된다. 그에 따라, 능동적 전압 조정 장치(100)는 또한 분산전원의 간헐적인 특성을 고려하여 본 발명의 실시 예들의 성능을 평가하기로 한다. 그러므로 본 발명의 실시 예들을 평가하기 위해, 실제 풍속 및 일사량 데이터를 적용하여 시뮬레이션을 구현하였다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증에 사용된 일사량 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증에 사용된 풍속 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 일사량 데이터의 몬테카를로 시뮬레이션 생성 데이터(401)와 사비츠키 골레이(Savitzky-Golay, S-G) 필터(filter)를 사용한 후의 곡선 데이터(402)를 나타낸 것이다.
도 4b는 풍속 데이터의 몬테카를로 시뮬레이션 생성 데이터(411)와 사비츠키 골레이(Savitzky-Golay, S-G) 필터(filter)를 사용한 후의 곡선 데이터(412)를 나타낸 것이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증에 사용된 여름철의 부하 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 4d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증에 사용된 태양광 및 풍력 발전기의 유효 전력을 설명하기 위한 도면이다.
도 4c는 시뮬레이션에서 사용한 서울 배전계통의 여름 부하 곡선을 나타낸 것이다. 도 4c에는 능동 부하(Active Load)에 대한 부하 곡선(421)과 반응 부하(Reactive Load)에 대한 부하 곡선(422)이 나타나 있다. 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증에 사용된 부하 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 4d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증에 사용된 태양광 패널(Solar Power) 및 풍력 발전기(Wind Power)의 유효 전력을 설명하기 위한 도면이다. 도 4d에는 태양광 패널의 유효 전력(431)과 풍력 발전기의 유효 전력(432)이 나타나 있다.
하기의 [표 1]은 태양광 발전과 풍력 터빈의 파라미터이다.
Charateristics Units Values
PV panel
Watt peak W 75.00
Open circuit voltage V 21.98
Short circuit current A 5.32
Voltage at maximum power V 17.32
Current at maximum power A 4.76
Voltage temperature coefficient mV/℃ 14.40
Current temperature coefficient mA/℃ 1.22
Nominal cell operating temperature ℃ 43.00
Wind turbine
Cut-in speed m/s 4.00
Rated speed m/s 14.00
Cut-out speed m/s 25.00
상기 [표 1]은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 모델링에 사용된 태양광 모듈 및 풍력 터빈의 파라미터(parameter)를 보여준다.
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 첫 번째 케이스에 사용된 태양광 발전의 전압 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 첫 번째 케이스에 사용된 탭 위치 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 첫 번째 케이스에 사용된 태양광 발전의 무효 전력을 설명하기 위한 도면이다.
도 5d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 첫 번째 케이스에 사용된 커패시터 뱅크의 연결 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하여 첫 번째 모의 케이스(Case)를 설명하기로 한다. 첫 번째 모의 케이스에서는 800kW 정격을 가지는 태양광 발전만 배전계통에 배치하였다. 태양광 발전의 역률은 커패시터 뱅크를 통해서만 변경할 수 있다.
도 5a 내지 도 5d에는 첫 번째 모의 케이스에 대한 그 결과가 나타나 있다. 도 5a에는 첫 번째 케이스에 사용된 태양광 패널 PV-718의 전압 곡선(501), 태양광 패널 PV-729의 전압 곡선(502) 및 태양광 패널 PV-738의 전압 곡선(503)이 나타나 있다. 도 5b에는 첫 번째 케이스에 사용된 탭 위치 곡선(511)이 나타나 있다. 도 5c에는 첫 번째 케이스에 사용된 태양광 패널 PV-718의 무효 전력 곡선(521), 태양광 패널 PV-729의 무효 전력 곡선(522) 및 태양광 패널 PV-738의 무효 전력 곡선(523)이 나타나 있다. 도 5d에는 첫 번째 케이스에 사용된 커패시터 뱅크 CB-1의 연결 상태(532), 커패시터 뱅크 CB-2의 연결 상태(531)가 나타나 있다.
도 5a에서는 시뮬레이션 시작 시 전력 시스템의 전압이 설정 한도보다 낮은 값을 가진다는 것을 보여준다. 분산전원 연계 모선에 설치된 종속 제어기(120)는 이러한 전압 강하를 기록하고 주 제어기(110)에 신호를 전송한다.
제1 스테이지에서 분산전원을 두 가지의 그룹으로 분류한 후, 주 제어기(110)는 부하 시 탭 절환기(OLTC)(111)의 탭 위치를 계산하는 계산 알고리즘을 실행하고, 마이크로 유전 알고리즘을 사용하여 새 탭 위치를 결정한다. 이 과정에서는 분산전원은 출력을 조정할 수 없다. 주 제어기(110)가 부하 시 탭 절환기(OLTC)(111)의 탭 위치를 변경한 후, 제2 스테이지에서 주 제어기(110)는 반복 유전 알고리즘을 실행하여 최적의 역률을 찾는다. 최적의 솔루션을 결정한 후, 주 제어기(110)는 종속 제어기(120)에 신호를 보낸다.
이는 도 5d에서 커패시터 뱅크가 작동한 것을 통하여 확인할 수 있다. 태양광 발전이 최대 전력을 출력하는 12:00 PM 근처에서, 분산전원 연계 모선의 전압이 상한을 초과하게 되면, 종속 제어기(120)는 전압의 증가를 감지한다. 그리고 종속 제어기(120)는 주 제어기(110)에 신호를 보낸다. 주 제어기(110)는 능동적 전압 조정 방법의 두 스테이지를 모두 실행한다.
먼저, 탭 위치가 변경되면 뒤에 도 5c에서 볼 수 있듯이 태양광 발전의 역률이 변경된다. 또한, 커패시터 뱅크가 작동하게 된다. 밤 시간 동안에는 태양광 발전의 출력은 0이 된다. 하지만, 도 5a에서 나타나듯이 능동적 전압 조정 방법은 탭 위치를 변경하고 최적의 스케줄을 실시간으로 전달함으로써, 분산전원이 연계된 모선의 전압을 안전 범위 내에서 효과적으로 유지할 수 있었다.
도 6a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 두 번째 케이스에 사용된 태양광 발전의 전압 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 두 번째 케이스에 사용된 탭 위치 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 6c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 두 번째 케이스에 사용된 태양광 발전의 무효 전력을 설명하기 위한 도면이다.
도 6d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 두 번째 케이스에 사용된 커패시터 뱅크의 연결 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 검증을 위한 두 번째 케이스에 사용된 급전 가능한 분산전원의 유효 및 무효 전력을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하여 두 번째 모의 케이스(Case)를 설명하기로 한다. 두 번째 모의 케이스에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법을 버스 725와 732에서 종래에 설치되어 있던 정격 800kW의 태양광 발전과 정격 350kW의 두 급전 가능한 분산전원을 연계하여 모의하였다. 두 번째 모의 케이스에서는 실시간으로 최적의 유효 전력 감축이 계산된다.
도 6a에는 두 번째 케이스에 사용된 태양광 패널 PV-718의 전압 곡선(601), 태양광 패널 PV-729의 전압 곡선(602) 및 태양광 패널 PV-738의 전압 곡선(603)이 나타나 있다. 도 6b에는 두 번째 케이스에 사용된 탭 위치 곡선(611)이 나타나 있다. 도 6c에는 두 번째 케이스에 사용된 태양광 패널 PV-718의 무효 전력 곡선(621), 태양광 패널 PV-729의 무효 전력 곡선(622) 및 태양광 패널 PV-738의 무효 전력 곡선(623)이 나타나 있다. 도 6d에는 두 번째 케이스에 사용된 커패시터 뱅크 CB-1의 연결 상태(632), 커패시터 뱅크 CB-2의 연결 상태(631)가 나타나 있다. 도 6e에는 두 번째 케이스에 사용된 급전 가능한 분산전원인 DSPDG-725의 유효 전력 및 무효 전력(P-DSPDG-725 및 Q-DSPDG-725)과, 급전 가능한 분산전원인 DSPDG-732의 유효 전력 및 무효 전력(P-DSPDG-732 및 Q-DSPDG-732)을 설명하기 위한 도면이다.
두 번째 모의 케이스에 따른 능동적 전압 조정 방법은 분산전원의 유효 전력 감축 시나리오에서 시행되었다. 두 개의 급전 가능한 분산전원이 모의 계통에 배치되었다. 급전 가능한 분산전원의 유효 전력 설정점은 반복 유전 알고리즘에서 계산된다. 도 6a 내지 도 6e는 그 결과를 나타낸 것이다.
다른 모의 케이스와 마찬가지로, 시뮬레이션을 시작할 때 계통의 전압은 설정 한도보다 낮은 값을 갖는다. 주 제어기(110)는 종속 제어기(120)로부터 정보를 받은 후, 제1 스테이지를 진행한다.
다른 모의 케이스와는 달리, 이 모의 케이스에는 그룹 1과 2 모두 분산전원을 포함하고 있다. 태양광 발전은 그룹 1에 속해있다. 급전 가능한 분산전원은 그룹 2에 속해있다.
능동적 전압 조정 방법의 제1 스테이지에서, 주 제어기(110)는 탭 위치를 계산하고 변경한다. 탭 위치를 변경한 후, 제2 스테이지에서는 주 제어기(110)가 반복 유전 알고리즘을 실행하게 된다. 주 제어기(110)는 이 과정에서 급전 가능한 분산전원의 유효 전력 설정을 찾을 수 있다. 시뮬레이션의 시작 부분에서는 급전 가능한 분산전원의 출력은 차이가 있었으며 커패시터 뱅크는 작동하지 않았다.
그러나 탭 위치를 변경한 후에는, 주 제어기(110)는 급전 가능한 분산전원에 신호를 보내 유효 전력을 변경시키며, 커패시터 뱅크는 동시에 작동시켰다. 도 6e는 이런 모의에서 급전 가능한 분산전원의 유효 전력 및 무효 전력의 변화를 나타낸 것이다.
오전 9시 이후, 태양광 발전의 출력 증가로 인해 계통의 전압이 상승하기 시작한다. 전압이 상한선을 초과할 때, 능동적 전압 조정 방법으로 인해 계통의 전압은 도 6a에서 제시된 것과 같이 설정 한계치로 조정된다. 탭의 위치와 역률이 바뀐 것을 확인할 수 있다.
오후 6시 이후, 전압은 태양광 발전의 출력 감소로 인해 다시 감소한다. 전압 설정 한계를 넘어감에 따라 새로운 탭 위치와 유효 전력 설정 점이 계산되고 변경된다. 도 6a 내지 도 6e에 제시된 모든 결과는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법이 배전 계통의 무효전력을 최적화할 뿐만 아니라, 분산전원의 유효 전력 또한 제어한다는 것을 명백하게 보여준다. 또한, 모든 결과로부터 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 두 스테이지 간에 충돌이 발생하지 않았음을 알 수 있다.
두 번째 케이스에서 논의된 시나리오는 배전 계통의 운영 비용을 줄이기 위해 사용될 수 있다. [표 2]는 모든 모의 케이스에 대한 모의 계통의 에너지 손실과 부하 시 탭 절환기(OLTC)(111) 및 커패시터 뱅크의 동작 횟수를 나타낸 것이다. 태양광 발전은 야간에는 전력을 공급하지 않으므로 첫 번째 케이스에서는 손실이 높다.
Figure pat00067
상기 [표 2]는 모의된 각 케이스의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
상기 [표 2]는 모든 모의 케이스에 대한 모의 계통의 에너지 손실 및 OLTC 및 커패시터 뱅크의 스위칭 동작 수를 보여준다. 태양광 발전은 야간에 전력을 공급하지 않으므로 첫 번째 모의 케이스 1(Case 1)에서는 손실이 높다.
도 7은 분산전원 연계 모선의 정상 상태 전압 변동률을 설명하기 위한 도면이다.
마지막으로, 도 7은 정상상태 전압 변동률(Percentage steady state voltage fluctuations, PSVF) 값을 나타낸 것이다. 도 7에는 케이스별로 분산전원 DG-718, DG-729 및 DG-738의 정상상태 전압 변동률(701, 702 및 703)이 나타나 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법으로 얻은 모든 값들이 0.2224 보다 작다. 이는 전력 품질과 관련하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동적 전압 조정 방법의 성능이 상당히 우수하다는 것으로 볼 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예들에 따른 능동적 전압 조정 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다.
본 발명의 실시 예들에 따른 능동적 전압 조정 방법은, 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체로서, 상기 명령어들은 상기 프로세서로 하여금, 상기 종속 제어기가 분산전원 연계 모선의 전압을 측정하는 단계, 상기 주 제어기가 상기 종속 제어기로부터 분산전원 연계 모선의 전압 값을 수신하는 단계, 상기 주 제어기가 상기 수신된 분산전원 연계 모선의 모든 전압 값을 기초로 부하 시 탭 절환기(On-load tap changers, OLTCs)의 새로운 탭 위치를 계산하여 변경하는 단계, 상기 분산전원 연계 모선을 위한 최적 매개변수를 탐색하여 상기 주 제어기가 분산전원 출력의 설정값을 변경하는 명령을 상기 종속 제어기로 송출하는 단계, 및 상기 종속 제어기가 상기 송출된 명령에 따라 분산전원의 출력 설정 값을 변경하는 단계를 포함하여 실행하도록 구성되는, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
구체적으로, 설명된 특징들은 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 또는 그들의 조합들 내에서 실행될 수 있다. 특징들은 예컨대, 프로그래밍 가능한 프로세서에 의한 실행을 위해, 기계 판독 가능한 저장 디바이스 내의 저장장치 내에서 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품에서 실행될 수 있다. 그리고 특징들은 입력 데이터 상에서 동작하고 출력을 생성함으로써 설명된 실시예들의 함수들을 수행하기 위한 지시어들의 프로그램을 실행하는 프로그래밍 가능한 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 설명된 특징들은, 데이터 저장 시스템으로부터 데이터 및 지시어들을 수신하기 위해, 및 데이터 저장 시스템으로 데이터 및 지시어들을 전송하기 위해 결합된 적어도 하나의 프로그래밍 가능한 프로세서, 적어도 하나의 입력 디바이스, 및 적어도 하나의 출력 디바이스를 포함하는 프로그래밍 가능한 시스템 상에서 실행될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들 내에서 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 소정 결과에 대해 특정 동작을 수행하기 위해 컴퓨터 내에서 직접 또는 간접적으로 사용될 수 있는 지시어들의 집합을 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 해석된 언어들을 포함하는 프로그래밍 언어 중 어느 형태로 쓰여지고, 모듈, 소자, 서브루틴(subroutine), 또는 다른 컴퓨터 환경에서 사용을 위해 적합한 다른 유닛으로서, 또는 독립 조작 가능한 프로그램으로서 포함하는 어느 형태로도 사용될 수 있다.
지시어들의 프로그램의 실행을 위한 적합한 프로세서들은, 예를 들어, 범용 및 특수 용도 마이크로프로세서들 둘 모두, 및 단독 프로세서 또는 다른 종류의 컴퓨터의 다중 프로세서들 중 하나를 포함한다. 또한 설명된 특징들을 구현하는 컴퓨터 프로그램 지시어들 및 데이터를 구현하기 적합한 저장 디바이스들은 예컨대, EPROM, EEPROM, 및 플래쉬 메모리 디바이스들과 같은 반도체 메모리 디바이스들, 내부 하드 디스크들 및 제거 가능한 디스크들과 같은 자기 디바이스들, 광자기 디스크들 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크들을 포함하는 비휘발성 메모리의 모든 형태들을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 ASIC들(application-specific integrated circuits) 내에서 통합되거나 또는 ASIC들에 의해 추가될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 일련의 기능 블록들을 기초로 설명되고 있지만, 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 실시 예들의 조합은 전술한 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 구현 및/또는 필요에 따라 전술한 실시예들 뿐 아니라 다양한 형태의 조합이 제공될 수 있다.
전술한 실시 예들에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로서 순서도를 기초로 설명되고 있으나, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타난 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나, 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시 예는 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.
이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 능동적 전압 조정 장치
110: 주 제어기
111: 부하 시 탭 절환기(OLTC)
120: 종속 제어기
121: 태양광 패널
122: 풍력 발전기
123: 바이오매스 발전기
124: 커패시터 뱅크

Claims (20)

  1. 능동적 전압 조정 장치에 의해 수행되는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법에 있어서,
    분산전원 연계 모선에서 측정된 분산전원 연계 모선의 전압 값을 수신하는 단계;
    상기 수신된 분산전원 연계 모선의 모든 전압 값을 기초로 부하 시 탭 절환기(On-load tap changers, OLTCs)의 새로운 탭 위치를 계산하여 변경하는 단계; 및
    상기 분산전원 연계 모선을 위한 매개변수를 탐색하여 분산전원 출력의 설정값을 변경하는 명령을 송출하는 단계를 포함하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 값을 수신하는 단계는,
    상기 분산전원 연계 모선의 전압 값을 수신하되, 집중 원격감시 제어시스템(Supervisory control and data acquisition, SCADA)에 의해 전송된 분산전원 연계 모선의 전압 값을 수신하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 새로운 탭 위치를 계산하여 변경하는 단계는,
    마이크로 유전 알고리즘을 이용하여 상기 부하 시 탭 절환기의 탭 위치를 계산하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 새로운 탭 위치를 계산하여 변경하는 단계는,
    분산전원을 급전 가능한 분산전원(Dispatchable distributed generators, DSPDGs)이 포함된 제1 그룹과 급전 불가능한 분산전원(Non-Dispatchable distributed generators)이 포함된 제2 그룹으로 분류하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 새로운 탭 위치를 계산하여 변경하는 단계는,
    계통의 모든 모선에서의 기준 전압으로부터의 평균 제곱 오차가 최소화되는 탭 위치를 부하 시 탭 절환기의 새로운 탭 위치로 계산하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 새로운 탭 위치를 계산하여 변경하는 단계는,
    분산전원 연계 모선의 전압에 대해 기설정된 전압 제약조건, 탭 위치에 대해 기설정된 위치 제약조건, 분산전원의 역률에 대해 기설정된 상태 제약조건, 분산전원의 유효전력에 대해 기설정된 전력 제약조건, 커패시터 뱅크의 상태에 대해 기설정된 상태 제약조건 중에서 적어도 하나의 제약 조건에 따라 부하 시 탭 절환기의 새로운 탭 위치를 계산하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 명령을 송출하는 단계는,
    반복 유전 알고리즘을 이용하여 배전계통의 유효 및 무효 전력을 최적화하도록, 분산전원의 역률, 커패시터 뱅크 개폐 및 커패시터의 수량 중에서 적어도 하나를 탐색하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 명령을 송출하는 단계는,
    배전계통의 전력 손실이 최소화되도록 상기 분산전원 연계 모선을 위한 매개변수를 탐색하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 명령을 송출하는 단계는,
    분산전원 연계 모선의 전압에 대해 기설정된 전압 제약조건, 분산전원의 역률에 대해 기설정된 상태 제약조건, 다른 그룹으로 분류된 분산전원의 유효 전력에 대해 기설정된 복수의 제약조건, 계통에 연계된 커패시터 개수에 대해 기설정된 상태 제약조건 중에서 적어도 하나의 제약 조건에 따라 부하 시 탭 절환기의 새로운 탭 위치를 계산하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    분산전원 연계 모선의 전압이 기설정된 제한을 위반할 때마다 분산전원 연계 모선의 상황 정보를 다시 전송하는 단계를 더 포함하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 방법.
  11. 분산전원 연계 모선의 전압을 측정하는 종속 제어기; 및
    상기 종속 제어기로부터 분산전원 연계 모선의 전압 값을 수신하고, 상기 수신된 분산전원 연계 모선의 모든 전압 값을 기초로 부하 시 탭 절환기(On-load tap changers, OLTCs)의 새로운 탭 위치를 계산하여 변경하고, 상기 분산전원 연계 모선을 위한 매개변수를 탐색하여 분산전원 출력의 설정값을 변경하는 명령을 상기 종속 제어기로 송출하는 주 제어기를 포함하고,
    상기 종속 제어기는 상기 송출된 명령에 따라 분산전원의 출력 설정 값을 변경하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 주 제어기는,
    상기 종속 제어기로부터 분산전원 연계 모선의 전압 값을 수신하되, 집중 원격감시 제어시스템(Supervisory control and data acquisition, SCADA)에 의해 전송된 분산전원 연계 모선의 전압 값을 수신하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 주 제어기는,
    마이크로 유전 알고리즘을 이용하여 상기 부하 시 탭 절환기의 탭 위치를 계산하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 주 제어기는,
    분산전원을 급전 가능한 분산전원(Dispatchable distributed generators, DSPDGs)이 포함된 제1 그룹과 급전 불가능한 분산전원(Non-Dispatchable distributed generators)이 포함된 제2 그룹으로 분류하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 주 제어기는,
    계통의 모든 모선에서의 기준 전압으로부터의 평균 제곱 오차가 최소화되는 탭 위치를 부하 시 탭 절환기의 새로운 탭 위치로 계산하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 주 제어기는,
    분산전원 연계 모선의 전압에 대해 기설정된 전압 제약조건, 탭 위치에 대해 기설정된 위치 제약조건, 분산전원의 역률에 대해 기설정된 상태 제약조건, 분산전원의 유효전력에 대해 기설정된 전력 제약조건, 커패시터 뱅크의 상태에 대해 기설정된 상태 제약조건 중에서 적어도 하나의 제약 조건에 따라 부하 시 탭 절환기의 새로운 탭 위치를 계산하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 주 제어기는,
    반복 유전 알고리즘을 이용하여 배전계통의 유효 및 무효 전력을 최적화하도록, 분산전원의 역률, 커패시터 뱅크 개폐 및 커패시터의 수량 중에서 적어도 하나를 탐색하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 주 제어기는,
    배전계통의 전력 손실이 최소화되도록 상기 분산전원 연계 모선을 위한 매개변수를 탐색하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 주 제어기는,
    분산전원 연계 모선의 전압에 대해 기설정된 전압 제약조건, 분산전원의 역률에 대해 기설정된 상태 제약조건, 다른 그룹으로 분류된 분산전원의 유효 전력에 대해 기설정된 복수의 제약조건, 계통에 연계된 커패시터 개수에 대해 기설정된 상태 제약조건 중에서 적어도 하나의 제약 조건에 따라 부하 시 탭 절환기의 새로운 탭 위치를 계산하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 종속 제어기는,
    분산전원 연계 모선의 전압이 기설정된 제한을 위반할 때마다 상기 주 제어기에 분산전원 연계 모선의 상황 정보를 다시 전송하는 분산전원이 구비된 배전계통의 능동적 전압 조정 장치.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112054516A (zh) * 2020-09-04 2020-12-08 广东电网有限责任公司广州供电局 一种含分布式电源工业园区分级供电架构、方法及设备
KR102220716B1 (ko) * 2019-08-20 2021-03-02 한국전력공사 배전계통 재구성 장치 및 그 방법
KR20210022300A (ko) * 2019-08-20 2021-03-03 한국전력공사 전압조정장치의 전압 관리 방법
KR20210051043A (ko) * 2019-10-29 2021-05-10 중앙대학교 산학협력단 3상 불평형 저전압 배전 네트워크에서 홈 에너지 관리 시스템 최적화 방법 및 장치
CN114330649A (zh) * 2021-12-13 2022-04-12 南京邮电大学 一种基于进化学习和深度强化学习的电压调节方法及系统
KR20220144141A (ko) * 2021-04-19 2022-10-26 한전케이디엔주식회사 배전계통 전압 안정화 시스템 및 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11289663A (ja) * 1998-04-06 1999-10-19 Kansai Electric Power Co Inc:The 配電系統制御システム
KR20130033593A (ko) * 2011-09-27 2013-04-04 한국전력공사 배전계통에서의 전압 조정 장치 그 방법
KR20150026243A (ko) * 2013-09-02 2015-03-11 한국전력공사 원격검침 데이터를 이용한 배전 전압 제어 장치 및 방법
KR101609148B1 (ko) 2015-11-19 2016-04-05 주식회사 신광기술사 배전선로의 분산전원 제어장치
JP2017184364A (ja) * 2016-03-29 2017-10-05 株式会社日立製作所 分散電源制御装置および分散電源制御方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11289663A (ja) * 1998-04-06 1999-10-19 Kansai Electric Power Co Inc:The 配電系統制御システム
KR20130033593A (ko) * 2011-09-27 2013-04-04 한국전력공사 배전계통에서의 전압 조정 장치 그 방법
KR20150026243A (ko) * 2013-09-02 2015-03-11 한국전력공사 원격검침 데이터를 이용한 배전 전압 제어 장치 및 방법
KR101609148B1 (ko) 2015-11-19 2016-04-05 주식회사 신광기술사 배전선로의 분산전원 제어장치
JP2017184364A (ja) * 2016-03-29 2017-10-05 株式会社日立製作所 分散電源制御装置および分散電源制御方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102220716B1 (ko) * 2019-08-20 2021-03-02 한국전력공사 배전계통 재구성 장치 및 그 방법
KR20210022300A (ko) * 2019-08-20 2021-03-03 한국전력공사 전압조정장치의 전압 관리 방법
KR20210051043A (ko) * 2019-10-29 2021-05-10 중앙대학교 산학협력단 3상 불평형 저전압 배전 네트워크에서 홈 에너지 관리 시스템 최적화 방법 및 장치
CN112054516A (zh) * 2020-09-04 2020-12-08 广东电网有限责任公司广州供电局 一种含分布式电源工业园区分级供电架构、方法及设备
CN112054516B (zh) * 2020-09-04 2022-06-21 广东电网有限责任公司广州供电局 一种含分布式电源工业园区分级供电架构、方法及设备
KR20220144141A (ko) * 2021-04-19 2022-10-26 한전케이디엔주식회사 배전계통 전압 안정화 시스템 및 방법
CN114330649A (zh) * 2021-12-13 2022-04-12 南京邮电大学 一种基于进化学习和深度强化学习的电压调节方法及系统

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