KR20190089289A - 계통 전압 안정화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 계통 전압 안정화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 계통에 공급되는 무효전력의 크기를 제어함으로써 계통의 전압을 안정화시키는 계통 전압 안정화 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 전압 안정화 시스템은 신재생에너지원을 이용하여 전력을 생산하고, 상기 생산된 전력을 계통에 공급하는 발전장치, 지령값에 따라 상기 발전장치에서 생산된 전력을 배터리에 저장하거나 상기 배터리에 저장된 전력을 유효전력 및 무효전력의 형태로 계통에 공급하는 ESS(Energy Storage System) 및 상기 계통의 전압값이 기준 범위 밖이면, 상기 계통의 전압값에 따라 상기 지령값을 변경하여 상기 계통의 전압값이 상기 기준 범위 이내가 되도록 상기 계통에 공급되는 무효전력의 크기를 제어하는 PMS(Power Management System)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

계통 전압 안정화 시스템{SYSTEM FOR STABILIZING VOLTAGE OF ELECTRIC POWER SYSTEM}
본 발명은 계통 전압 안정화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 계통에 공급되는 무효전력의 크기를 제어함으로써 계통의 전압을 안정화시키는 계통 전압 안정화 시스템에 관한 것이다.
최근 주요 에너지원인 화석연료의 사용은 기후변화 등의 부작용이 초래되면서 그 사용에 대한 제약이 심화되고 있고 최근에는 석탄 및 석유의 고갈에 따라 신재생에너지가 각광 받고 있다. 이에 따라 친환경적인 전력 생산이 가능하고, 생산된 전력을 안정적이고 효율적으로 공급할 수 있는 신재생에너지 발전의 중요성이 대두되고 있는 실정이다.
일반적으로 신재생에너지의 에너지원은 시간에 따라 출력이 변하는 특징을 갖고, 이에 따라, 신재생에너지 발전에 의한 발전량은 시간에 따라 급격하게 변할 수 있다.
예를 들어, 태양광 발전 또는 풍력 발전의 경우 시간에 따라 일사량 및 풍량(풍속)이 변하게 되고, 이에 따라, 각각에 의해 발전되는 발전량 또한 시시각각 변하게 된다.
계통 연계형(grid connected) 신재생에너지 발전 시스템에서, 전술한 발전량의 변동은 계통의 주파수 및 전압에 영향을 주고, 계통의 주파수 및 전압의 변동량이 커질수록 전력의 품질은 저하된다.
한편, 한국에서 제주도를 중심으로 2027년까지 건설이 계획된 17[GW] 용량의 풍력 발전설비가 계통에 연계되면, 계통 안정성에 심각한 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 풍력 발전의 최대 출력 감소량이 계통의 운영 예비 전력량을 초과하게 되면 계통이 붕괴되는 심각한 문제를 초래할 수 있다.
이에 따라, 계통 안정성을 확보하기 위하여 계통의 전압을 안정화 하는 방법이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 ESS에서 계통으로 공급되는 무효전력의 크기를 제어하여 계통의 전압값을 계통의 기준 전압으로부터 일정 범위 이내로 유지함으로써, 계통 안정성을 확보할 수 있는 계통 전압 안정화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 계통의 전압값과 계통의 기준 전압의 차이값에 따라 무효전력의 크기를 점진적으로 제어함으로써, 계통의 전압값이 빠르게 기준 전압을 추종하도록 하는 계통 전압 안정화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 계통의 전압값이 제어한계범위 밖이면 지령값의 생성을 중단하고 계통과의 연결을 차단함으로써, 신재생에너지원의 출력이 과도하게 변동될 때 계통을 보호할 수 있는 계통 전압 안정화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 전압 안정화 시스템은 신재생에너지원을 이용하여 전력을 생산하고, 상기 생산된 전력을 계통에 공급하는 발전장치, 지령값에 따라 상기 발전장치에서 생산된 전력을 배터리에 저장하거나 상기 배터리에 저장된 전력을 유효전력 및 무효전력의 형태로 계통에 공급하는 ESS(Energy Storage System) 및 상기 계통의 전압값이 기준 범위 밖이면, 상기 계통의 전압값에 따라 상기 지령값을 변경하여 상기 계통의 전압값이 상기 기준 범위 이내가 되도록 상기 계통에 공급되는 무효전력의 크기를 제어하는 PMS(Power Management System)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 ESS에서 계통으로 공급되는 무효전력의 크기를 제어하여 계통의 전압값을 계통의 기준 전압으로부터 일정 범위 이내로 유지함으로써, 계통 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 계통의 전압값과 계통의 기준 전압의 차이값에 따라 무효전력의 크기를 점진적으로 제어함으로써, 계통의 전압값이 빠르게 기준 전압을 추종하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 계통의 전압값이 제어한계범위 밖이면 지령값의 생성을 중단하고 계통과의 연결을 차단함으로써, 신재생에너지원의 출력이 과도하게 변동될 때 계통을 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 전압 안정화 시스템을 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 계통 전압 안정화 시스템의 제어 흐름을 도시한 도면.
도 3은 시간에 따라 변화하는 계통 전압값의 일 예를 도시한 그래프.
도 4는 유효전력 지령값에 따라 무효전력 지령값을 생성하는 모습을 도시한 도면.
도 5는 유효전력 지령값에 따라 출력 가능한 무효전력의 범위를 도시한 그래프.
도 6은 시간에 따라 변화하는 계통 전압값의 다른 예를 도시한 그래프.
도 7은 도 6에 도시된 계통 전압값을 안정화시키기 위한 지령 벡터를 도시한 그래프.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서는, 도 1 내지 도 7을 참조하여 계통 전압 안정화 시스템의 구성 및 동작 과정을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 전압 안정화 시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 계통 전압 안정화 시스템의 제어 흐름을 도시한 도면이다.
도 3은 시간에 따라 변화하는 계통 전압값의 일 예를 도시한 그래프이고, 도 4는 유효전력 지령값에 따라 무효전력 지령값을 생성하는 모습을 도시한 도면이며, 도 5는 유효전력 지령값에 따라 출력 가능한 무효전력의 범위를 도시한 그래프이다.
도 6은 시간에 따라 변화하는 계통 전압값의 다른 예를 도시한 그래프이고, 도 7은 도 6에 도시된 계통 전압값을 안정화시키기 위한 지령 벡터를 도시한 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 전압 안정화 시스템(100)은 발전장치(110), ESS(Energy Storage System, 120), PMS(Power Management System, 130) 및 배터리(140)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 계통 전압 안정화 시스템(100)은 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
발전장치(110)는 신재생에너지원을 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 계통(200)에 공급할 수 있다(○1). 다시 말해, 본 발명에서 발전장치(110)는 계통 연계형(grid connected) 발전장치일 수 있다.
신재생에너지원은 태양광, 풍력, 지열 등 시간에 따라 출력이 일정하지 않은 에너지원을 포함할 수 있다. 이에 따라, 발전장치(110)에 의해 발전되는 발전량은 시간에 따라 변할 수 있다.
ESS(120)는 지령값에 따라 발전장치(110)에서 생산된 전력을 배터리(140)에 저장하거나, 배터리(140)에 저장된 전력을 유효전력 및 무효전력의 형태로 계통(200)에 공급할 수 있다.
여기서, 지령값은 충전지령 및 방전지령을 포함하고, 충전지령 및 방전지령 각각은 유효전력 지령값(P*) 및 무효전력 지령값(Q*)을 포함할 수 있다. 지령값은 후술하는 PMS(130)에 의해 생성되어 ESS(120)에 제공될 수 있다.
보다 구체적으로, ESS(120)는 충전지령에 따라 발전장치(110)에서 생산된 전력을 제공받고(○2), 제공받은 전력을 배터리(140)에 저장할 수 있다. 또한, ESS(120)는 방전지령에 따라 배터리(140)에 저장된 전력을 계통(200)에 공급할 수 있다(○3).
ESS(120)가 배터리(140)에 저장된 전력을 계통(200)에 공급할 때, ESS(120)는 유효전력 지령값(P*)에 따른 유효전력과, 무효전력 지령값(Q*)에 따른 무효전력을 계통(200)에 공급할 수 있다.
한편, 본 발명에서 계통(200)은 3상 교류전력을 이용하므로, ESS(120)는 지령값에 따라 발전장치(110)에서 생산된 전력의 전기적 특성을 변환하거나, 배터리(140)에 저장된 전력의 전기적 특성을 변환하는 PCS(Power Conditioning System)를 포함할 수 있다.
여기서, 전기적 특성은 전력의 종류(교류 또는 직류), 전력의 크기, 전력의 주파수 등을 포함할 수 있다.
발전장치(110)에서 출력되는 전력은 직류전력 또는 교류전력일 수 있다. 예를 들어, 신재생에너지원이 태양광인 경우 발전장치(110)에서 생산되는 전력은 직류전력일 수 있다. 반면에, 신재생에너지원이 풍력인 경우 발전장치(110)에서 생산되는 전력은 교류전력일 수 있다.
이에 따라, PCS는 발전장치(110)에서 발전된 직류전력 또는 교류전력의 전기적 특성을 배터리(140)에 저장되는 전력의 전기적 특성에 맞게 변환할 수 있다. 배터리(140)에는 직류전력이 저장되므로, PCS는 DC/DC 컨버터 또는 AC/DC 컨버터를 통해 발전장치(110)에서 생산된 전력의 전기적 특성을 변환할 수 있다.
한편, PCS는 배터리(140)에 저장된 직류전력의 전기적 특성을 계통(200)이 요구하는 전력의 전기적 특성에 맞게 변환할 수 있다. 이를 위해, PCS는 DC/AC 컨버터를 포함할 수 있고, 계통(200)이 요구하는 전압의 크기가 배터리(140)에 저장된 전압의 크기보다 큰 경우, PCS는 변압기, 수배전반 등을 더 포함할 수 있다.
PMS(130)는 계통(200)과 연결된 부하(300)에서 소모되는 전력이 발전장치(110)에서 생산되는 전력보다 큰 경우 ESS(120)에 방전지령을 제공하고, 부하(300)에서 소모되는 전력이 발전장치(110)에서 생산되는 전력보다 적은 경우 ESS(120)에 충전지령을 제공할 수 있다.
이를 위해, PMS(130)는 발전장치(110)에서 생산되는 전력 및 부하(300)에서 소모되는 전력을 모니터링할 수 있다. 보다 구체적으로, PMS(130)는 발전장치(110)의 출력단의 전력을 측정함으로써 발전장치(110)에서 생산되는 전력량(전력 생산량)을 모니터링할 수 있고, 부하(300)로 전력이 공급되는 공급단의 전력을 측정함으로써 부하(300)에서 소모되는 전력량(전력 소모량)을 모니터링할 수 있다.
PMS(130)는 전력 생산량이 전력 소모량보다 많은 경우, 다시 말해, 전력이 과잉 생산되는 경우 ESS(120)에 충전지령을 제공할 수 있다. 이에 따라, ESS(120)는 과잉 생산된 전력의 전기적 특성을 변환하여 배터리(140)에 저장할 수 있다.
반면, PMS(130)는 전력 생산량이 전력 소모량보다 적은 경우 ESS(120)에 방전지령을 제공할 수 있다. 이에 따라, ESS(120)는 배터리(140)에 저장된 전력 중 부족분에 대응하는 전력의 전기적 특성을 변환하여 부하(300)에 공급할 수 있다.
또한, PMS(130)는 계통(200)의 주파수가 기준 주파수 범위를 초과하면 ESS(120)에 충전지령을 제공하고, 계통(200)의 주파수가 기준 주파수 범위 미만이면 ESS(120)에 방전지령을 제공할 수 있다.
발전장치(110)의 발전량이 일정하지 않은 경우, 계통(200)의 주파수는 발전량에 비례하여 시간에 따라 변할 수 있다. 보다 구체적으로, 계통(200)의 기준 주파수가 60[Hz]일 때, 전력 생산량이 전력 소모량보다 크면 계통(200)의 주파수는 60[Hz]를 초과하여 증가할 수 있고, 전력 소모량이 전력 생산량보다 크면 계통(200)의 주파수는 60[Hz] 미만으로 감소할 수 있다.
한편, 기준 주파수 범위는 기준 주파수에 대한 비율로 설정될 수 있다. 예를 들어, 기준 주파수가 60[Hz]인 경우 기준 주파수 범위는 기준 주파수를 기준으로 5% 내외로 설정될 수 있다. 다시 말해, 기준 주파수 범위는 57[Hz] ~ 63[Hz]로 설정될 수 있다.
PMS(130)는 계통단의 전력을 측정함으로써 계통(200)의 주파수를 모니터링할 수 있고, 계통(200)의 주파수가 기준 주파수 범위를 초과하면 ESS(120)에 충전지령을 제공할 수 있다. 이에 따라, ESS(120)는 발전장치(110)에서 생산된 전력의 전기적 특성을 변환하여 배터리(140)에 저장할 수 있다.
반면, 모니터링된 계통(200)의 주파수가 기준 주파수 범위 미만이면 PMS(130)는 ESS(120)에 방전지령을 제공할 수 있다. 이에 따라, ESS(120)는 배터리(140)에 저장된 전력의 전기적 특성을 변환하여 계통(200)에 공급할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, PMS(130)는 계통(200)의 전압값(Vg)이 기준 범위 밖이면, 계통(200)의 전압값(Vg)에 따라 지령값을 변경하여 계통(200)의 전압값(Vg)이 기준 범위 이내가 되도록 계통(200)에 공급되는 무효전력의 크기를 제어할 수 있다.
여기서 기준 범위는 기준 전압에 대한 비율로 설정될 수 있다. 예를 들어, 계통(200)의 기준 전압(계통단에서 측정되는 기준 전압)이 22.9[kV]인 경우, 기준 범위는 기준 전압을 기준으로 3% 내외로 설정될 수 있다. 다시 말해, 기준 범위는 22,213[V] ~ 23,587[V]로 설정될 수 있다.
PMS(130)는 계통단의 전압을 측정함으로써 계통(200)의 전원을 모니터링할 수 있다. 모니터링된 계통(200)의 전압은 도 3에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다.
도 3을 참조하면, 계통(200)의 전압값(Vg)은 (a) 및 (b) 구간에서 기준 범위 밖일 수 있다. PMS(130)는 (a) 및 (b) 구간에서 ESS(120)에 제공되는 지령값을 변경하여 무효전력의 크기를 제어함으로써, 계통(200)의 전압값(Vg)이 기준 범위 이내가 되도록 할 수 있다.
계통(200)의 전압값(Vg)은 계통(200)에 공급되는 무효전력의 크기에 따라 변할 수 있다. 보다 구체적으로, 계통(200)의 전압값(Vg)은 계통(200)에 공급되는 무효전력의 크기가 증가하면 함께 증가할 수 있고, 무효전력의 크기가 감소하면 함께 감소할 수 있다.
PMS(130)는 현재 계통(200)에 공급되고 있는 무효전력의 크기를 증가시키거나 감소시키기 위하여, ESS(120)가 지상분(lagging) 또는 진상분(leading)의 무효전력을 생성하도록 하는 지령값을 ESS(120)에 제공할 수 있다.
ESS(120)는 무효전력 지령값(Q*)에 따라 전류와 전압의 위상을 조절함으로써, 지상분 또는 진상분의 무효전력을 계통(200)에 공급할 수 있다. 보다 구체적으로, ESS(120)는 전류의 위상을 전압의 위상보다 뒤지게 제어함으로써 지상분의 무효전력(양의 무효전력)을 계통(200)에 공급할 수 있고, 전류의 위상을 전압의 위상보다 앞서도록 제어함으로써 진상분의 무효전력(음의 무효전력)을 계통(200)에 공급할 수 있다.
전류 및 전압에 대한 지령값을 이용하여 전류와 전압의 크기 및 위상을 제어하는 방법은, 당해 기술분야에서 이용되는 다양한 방법에 의해 수행될 수 있으므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 예를 들어 ESS(120)가 출력할 수 있는 피상전력에 대한 최대 지령값(S*)은 정상상태에서 250[kVA]일 수 있다.
한편, 유효전력 지령값(P*)은 충전지령 및 방전지령에 따라 각각 양의 값 및 음의 값을 가질 수 있고, 피상전력에 대한 최대 지령값(S*)이 250[kVA]이므로, 유효전력 지령값(P*)은 역률에 따라 -250[kV]에서 250[kV]까지의 값을 가질 수 있다.
유효전력 지령값(P*)이 결정되면, 무효전력 지령값(Q*)이 가질 수 있는 최대값(Qlimit)은 아래의 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
전술한 바와 같이, 무효전력은 진상분 및 지상분을 포함하므로, 무효전력 지령값(Q*)은 역률에 따라 -Qlimit[VAR]에서 +Qlimit[VAR]까지의 값을 가질 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 유효전력 지령값(P*)이 P0인 경우, ESS(120)에서 공급되는 전력의 벡터는 유효전력 지령값이(P*)이 P0인 상태에서 빗금 친 영역을 따라 이동할 수 있다.
PMS(130)는 계통(200)의 전압값(Vg)이 기준 범위를 초과하면 지령값을 변경하여 계통(200)에 공급되는 진상분의 무효전력의 크기를 증가시킬 수 있다. 또한, PMS(130)는 계통(200)의 전압값(Vg)이 기준 범위 미만이면 지령값을 변경하여 계통(200)에 공급되는 지상분의 무효전력의 크기를 증가시킬 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 계통(200)의 전압값(Vg)은 (a) 구간에서 기준 범위 미만일 수 있다. 이 때, PMS(130)는 지령값을 변경하여 계통(200)에 공급되는 지상분의 무효전력의 크기를 증가시킬 수 있다.
다시 말해, 계통(200)의 전압값(Vg)이 기준 범위 미만일 때, PMS(130)는 도 5의 빗금 친 영역 내에서 전력의 벡터를 +Qlimit 방향으로 이동시킴으로써, 지상분의 무효전력의 크기를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, PMS(130)는 무효전력 지령값(Q*)이 지상으로 최대값(Qlimit )을 갖도록 전력의 벡터(a)를 변경할 수 있다.
한편, 도 3에서 계통(200)의 전압값(Vg)은 (b) 구간에서 기준 범위를 초과할 수 있다. 이 때, PMS(130)는 지령값을 변경하여 계통(200)에 공급되는 진상분의 무효전력의 크기를 증가시킬 수 있다.
다시 말해, 계통(200)의 전압값(Vg)이 기준 범위를 초과할 때, PMS(130)는 도 5의 빗금 친 영역 내에서 전력의 벡터를 -Qlimit 방향으로 이동시킴으로써, 진상분의 무효전력의 크기를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, PMS(130)는 무효전력 지령값(Q*)이 진상으로 최대값(-Qlimit)을 갖도록 전력의 벡터(b)를 변경할 수 있다.
PMS(130)는 계통(200)의 전압값(Vg)과 기준 범위의 차이값에 따라 계통(200)에 공급되는 무효전력의 크기를 점진적으로 제어할 수 있다.
도 6을 참조하면, 계통(200)의 전압값은 (c) 및 (d) 구간에서 기준 범위를 초과할 수 있다. 다만, 계통(200)의 전압값(Vg)과 기준 범위의 차이값은 (c) 구간에서보다 (d) 구간에서 더 클 수 있다.
PMS(130)는 기준 범위의 차이값에 비례하여 계통(200)에 공급되는 무효전력의 크기를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 7을 참조하면, ESS(120)에서 계통(200)에 공급되는 유효전력에 대한 유효전력 지령값(P*)은 -P0일 수 있다. 유효전력 지령값(-P0)이 음수이므로, ESS(120)는 P0에 대응하는 유효전력을 계통(200)으로부터 공급받을 수 있다.
이 때, 무효전력 지령값(Q*)은
Figure pat00002
에서
Figure pat00003
까지의 값을 가질 수 있다.
도 6의 (c) 및 (d) 구간에서 PMS(130)는 전술한 바와 같이, 지령값을 변경하여 진상분의 무효전력의 크기를 증가시킬 수 있다.
이 때, PMS(130)는 도 7에 도시된 바와 같이 기준 범위와의 차이값이 상대적으로 작은 (c) 구간에서는 무효전력 지령값(Q*)이 진상 방향으로 Q1이 되도록 전력 벡터를 제어할 수 있다.
또한, PMS(130)는 도 7에 도시된 바와 같이 기준 범위와의 차이값이 상대적으로 큰 (d) 구간에서는 무효전력 지령값(Q*)이 진상 방향으로 Q2가 되도록 전력 벡터를 더 제어할 수 있다.
전술한 바와 달리, PMS(130)는 계통(200)의 전압값(Vg)과 기준 범위의 차이값에 따른 무효전력 지령값(Q*)의 변화량이 미리 저장된 룩업 테이블(Look Up Table; LUT)을 참조하여 무효전력의 크기를 제어할 수도 있다.
이 경우, 룩업 테이블에는 계통(200)의 전압값(Vg)과 기준 범위의 차이값의 범위와 각 범위에 대한 무효전력 지령값(Q*)의 변화량이 미리 설정될 수 있다. 예를 들어, 룩업 테이블에는 계통(200)의 전압값(Vg)이 기준 전압로부터 3% ~ 4%의 차이가 있는 경우, 4% ~ 5%의 차이가 있는 경우, 5% ~ 6%의 차이가 있는 경우에 대한 무효전력 지령값(Q*)의 변화량이 미리 저장될 수 있다.
PMS(130)는 계통(200)의 전압값과 기준 전압의 차이값을 확인하고, 룩업 테이블을 참조하여 해당 차이값에 대한 무효전력 지령값(Q*)의 변화량만큼 무효전력의 크기를 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 계통(200)의 전압값과 계통(200)의 기준 전압의 차이값에 따라 무효전력의 크기를 점진적으로 제어함으로써, 계통(200)의 전압값이 빠르게 기준 전압을 추종하도록 할 수 있다.
PMS(130)는 계통(200)의 전압값(Vg)을 일정 주기로 수신하고, 수신된 계통(200)의 전압값(Vg)이 기준 범위 이내가 될 때까지 계통(200)에 공급되는 무효전력의 크기를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 계통(200)의 전압값(Vg)은 계통단에 구비된 전압 센서(미도시)에 의해 측정될 수 있다. PMS(130)는 전압 센서로부터, 측정된 계통(200)의 전압값(Vg)을 사용자에 의해 설정된 주기에 따라 수신할 수 있다.
PMS(130)는 계통(200)의 전압값(Vg)에 기초하여 전술한 무효전력의 크기를 제어할 수 있는데, 이 때, PMS(130)의 제어 주기는 계통(200)의 전압값(Vg)을 수신하는 주기보다 같거나 길 수 있다. 이에 따라, PMS(130)는 무효전력을 제어한 후 계통(200)의 전압값(Vg)을 적어도 한 번 이상 수신함으로써, 무효전력 제어에 따라 변화하는 계통(200)의 전압값(Vg)을 모니터링할 수 있다.
다시 말해, PMS(130)는 지상분의 무효전력의 크기를 증가시킨 후, 계통(200)의 전압값(Vg)을 모니터링하여, 계통(200)의 전압값(Vg)이 증가하는지 여부를 확인할 수 있다. 또한, PMS(130)는 진상분의 무효전력의 크기를 증가시킨 후, 계통(200)의 전압값(Vg)을 모니터링하여, 계통(200)의 전압값(Vg)이 감소하는지 여부를 확인할 수 있다.
PMS(130)는 모니터링되는 계통(200)의 전압값(Vg)에 기초하여 무효전력의 크기를 피드백 제어할 수 있고, 계통(200)의 전압값(Vg)이 기준 범위 내로 변경될 때까지 전술한 무효전력의 제어 동작을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 ESS(120)에서 계통(200)으로 공급되는 무효전력의 크기를 제어하여 계통(200)의 전압값을 계통(200)의 기준 전압으로부터 일정 범위 이내로 유지함으로써, 계통 안정성을 확보할 수 있다.
PMS(130)는 계통(200)의 전압값(Vg)이 제어한계범위 밖이면 지령값의 생성을 중단할 수 있다. 여기서 제어한계범위는 전술한 기준 범위보다 넓은 범위로서, PMS(130)의 지령값 변경에 의한 계통(200) 전압의 제어가 불가능한 범위일 수 있다.
신재생에너지원의 출력은 시간에 따라 급변할 수 있고, 신재생에너지원에 의한 최대 발전량이 증가할수록 신재생에너지원의 출력이 계통(200)에 미치는 영향은 클 수 있다.
한편, ESS(120)는 배터리(140)에 저장된 전력을 이용하여 계통(200)에 무효전력을 공급하는데, 배터리(140)의 용량이 신재생에너지원의 불안정한 출력을 제어할 수 있을 정도로 충분하지 않은 경우, 계통(200)에 무효전력이 공급된다고 하더라도 계통(200)의 전압이 안정화되지 않을 수 있다.
이에 따라, PMS(130)는 계통(200)의 전압값(Vg)이 제어한계범위 밖이면 지령값의 생성을 중단하고, 계통(200) 보호를 위해 전술한 발전장치(110) 및 ESS(120)와 계통(200)간의 연결을 차단할 수 있다.
제어한계범위는 전술한 기준 범위보다 넓은 범위로, 사용자의 설정에 따라 임의의 범위로 설정될 수 있다. 예를 들어, 기준 범위가 계통(200)의 기준 전압을 기준으로 3% 내외로 설정된 경우, 제어한계범위는 계통(200)의 기준 전압을 기준으로 6% 내외로 설정될 수 있다.
이에 따라, PMS(130)는 계통(200)의 전압값(Vg)이 기준 전압로부터 3% ~ 6%의 차이가 있는 경우 무효전력의 크기를 제어하는 동작을 수행할 수 있고, PMS(130)는 계통(200)의 전압값(Vg)이 기준 전압로부터 6% 이상 차이가 있는 경우 지령값의 생성을 중단하고 계통(200)과의 연결을 차단할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 계통(200)의 전압값이 제어한계범위 밖이면 지령값의 생성을 중단하고 계통(200)과의 연결을 차단함으로써, 신재생에너지원의 출력이 과도하게 변동될 때 계통(200)을 보호할 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (9)

  1. 신재생에너지원을 이용하여 전력을 생산하고, 상기 생산된 전력을 계통에 공급하는 발전장치;
    지령값에 따라 상기 발전장치에서 생산된 전력을 배터리에 저장하거나 상기 배터리에 저장된 전력을 유효전력 및 무효전력의 형태로 계통에 공급하는 ESS(Energy Storage System); 및
    상기 계통의 전압값이 기준 범위 밖이면, 상기 계통의 전압값에 따라 상기 지령값을 변경하여 상기 계통의 전압값이 상기 기준 범위 이내가 되도록 상기 계통에 공급되는 무효전력의 크기를 제어하는 PMS(Power Management System)을 포함하는
    계통 전압 안정화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PMS는
    상기 계통의 전압값이 상기 기준 범위를 초과하면 상기 지령값을 변경하여 상기 계통에 공급되는 진상분의 무효전력의 크기를 증가시키는 계통 전압 안정화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 PMS는
    상기 계통의 전압값이 상기 기준 범위 미만이면 상기 지령값을 변경하여 상기 계통에 공급되는 지상분의 무효전력의 크기를 증가시키는 계통 전압 안정화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 PMS는
    상기 계통의 전압값과 상기 기준 범위의 차이값에 따라 상기 계통에 공급되는 무효전력의 크기를 점진적으로 제어하는 계통 전압 안정화 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 PMS는
    상기 계통의 전압값을 일정 주기로 수신하고, 상기 수신된 계통의 전압값이 상기 기준 범위 이내가 될 때까지 상기 계통에 공급되는 무효전력의 크기를 제어하는 계통 전압 안정화 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 PMS는
    상기 계통의 전압값이 제어한계범위 밖이면 상기 지령값의 생성을 중단하는 계통 전압 안정화 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 ESS는
    상기 지령값에 따라 상기 발전장치에서 생산된 전력의 전기적 특성을 변환하거나, 상기 배터리에 저장된 전력의 전기적 특성을 변환하는 PCS(Power Conditioning System)를 포함하는 계통 전압 안정화 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 PMS는
    상기 계통과 연결된 부하에서 소모되는 전력이 상기 발전장치에서 생산되는 전력보다 큰 경우 상기 ESS에 방전지령을 제공하고, 상기 부하에서 소모되는 전력이 상기 발전장치에서 생산되는 전력보다 적은 경우 상기 ESS에 충전지령을 제공하는 계통 전압 안정화 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 PMS는
    상기 계통의 주파수가 기준 주파수 범위를 초과하면 상기 ESS에 충전지령을 제공하고, 상기 계통의 주파수가 상기 기준 주파수 범위 미만이면 상기 ESS에 방전지령을 제공하는 계통 전압 안정화 시스템.
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