KR20200120031A - 소규모 전력시스템의 독립운전 유지력 평가 방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상위 전력계통과 연계 가능한 전력시스템의 독립운전 유지력 평가 방법에 관한 것으로, 독립운전 이벤트 선택 시, 상기 선택된 독립운전 이벤트에 따라 상기 전력시스템을 재구성하는 단계; 상기 재구성된 전력시스템의 분산 자원들과 관련된 독립운전 데이터들을 수집하는 단계; 상기 수집된 독립운전 데이터들을 기반으로 상기 재구성된 전력시스템의 독립운전을 모의하는 단계; 및 상기 독립운전 모의 결과에 기초하여, 상기 재구성된 전력시스템의 독립운전 유지력을 평가하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 소규모 전력시스템의 독립운전 유지력 평가 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 독립운전 이벤트의 발생 또는 선택 시, 해당 전력시스템이 복전 시간까지 시스템 부하에 대한 전력 공급을 유지할 수 있는 능력을 평가할 수 있는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
현재 전력산업은 과거 산업화 시대에 추진했던 대규모 발전소를 통해 생산한 전력을 초 고압 전력망으로 전송하는 방식에서 분산 자원을 활용한 소규모 발전 방식으로 패러다임이 변화하고 있다. 이에 따라, 중앙 집중 방식의 대규모 화석연료 발전을 줄이고 신 재생 에너지를 확대하기 위한 지능형 전력망(Smart-grid)이 대두되고 있으며, 신 재생 에너지를 기반으로 하는 소규모 분산발전시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 도서/산간 지역의 분산발전시스템은 신 재생 에너지의 사용을 촉진시킬 뿐만 아니라 발전 설비의 비용 부담을 크게 줄여준다.
이러한 소규모 분산발전시스템으로는 가장 대표적으로 마이크로그리드(Micro-Grid) 시스템이 있다. 마이크로그리드 시스템은 기존의 중앙집중식 전력공급 시스템과 달리 신 재생에너지원 및 에너지 저장장치를 포함한 분산 전원으로 구성되는 지역적 전력공급시스템으로서, 계통 연계형과 독립형으로 구분될 수 있다. 계통 연계형 마이크로그리드 시스템은 다시 교류전원을 기준으로 전력계통과 연계되는 교류 마이크로그리드(AC micro-grid) 시스템과, 직류전원을 기준으로 전력계통과 연계되는 직류 마이크로그리드(DC micro-grid) 시스템으로 분류할 수 있다.
계통 연계형 마이크로그리드 시스템의 경우, 해당 시스템에 연계된 전력계통에 정전 등과 같은 독립운전 이벤트가 발생하게 되면, 상기 마이크로그리드 시스템은 전력계통과 자동으로 분리되고, 복전 시점까지 해당 시스템의 분산 전원들을 통해 생산된 전력을 수용가 부하로 제공하게 된다.
이러한 독립운전 상황이 발생하는 경우, 시스템 운영자는 마이크로그리드 시스템이 자신의 분산 전원들을 이용하여 독립운전을 유지할 수 있는 시간을 예측하기 어려워 해당 마이크로그리드 시스템을 효율적으로 운영할 수 없는 문제가 있다. 따라서, 독립운전 이벤트의 발생 또는 선택 시, 마이크로그리드 시스템의 독립운전 유지력을 자동으로 평가하여 시스템 운영자에게 제공할 필요가 있다. 특히, 지리적 또는 환경적인 영향 등으로 인해 정전이 발생할 확률이 높은 지역이나 전력계통 자체가 강인하지 못한 곳에 위치한 마이크로그리드 시스템에 대해 독립운전 유지력을 평가하여 시스템 운영자에게 제공할 필요성이 크다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 독립운전 이벤트의 발생 또는 선택 시, 소규모 전력시스템이 상기 독립운전 이벤트 발생 당시의 분산 전원들을 이용하여 시스템 부하에 대한 전력 공급을 유지할 수 있는 능력을 자동으로 평가할 수 있는 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 독립운전 이벤트 선택 시, 상기 선택된 독립운전 이벤트에 따라 상기 전력시스템을 재구성하는 단계; 상기 재구성된 전력시스템의 분산 자원들과 관련된 독립운전 데이터들을 수집하는 단계; 상기 수집된 독립운전 데이터들을 기반으로 상기 재구성된 전력시스템의 독립운전을 모의(simulation)하는 단계; 및 상기 독립운전 모의 결과에 기초하여, 상기 재구성된 전력시스템의 독립운전 유지력을 평가하는 단계를 포함하는 상위 전력계통과 연계 가능한 전력시스템의 독립운전 유지력 평가 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 독립운전 이벤트 선택 시, 상기 선택된 독립운전 이벤트에 따라 상기 전력시스템을 재구성하는 독립운전 시스템 구성부; 상기 독립운전 시스템 구성부를 통해 재구성된 전력시스템의 분산 자원들과 관련된 독립운전 데이터들을 수집하는 독립운전 데이터 수집부; 상기 독립운전 데이터 수집부를 통해 수집된 독립운전 데이터들을 기반으로 상기 재구성된 전력시스템의 독립운전을 모의(simulation)하는 독립운전 모의 운영부; 및 상기 독립운전 모의 운영부를 통한 독립운전 모의 결과에 기초하여, 상기 재구성된 전력시스템의 독립운전 유지력을 평가하는 독립운전 유지능력 평가부를 포함하는 상위 전력계통과 연계 가능한 전력시스템의 독립운전 유지력 평가 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 독립운전 이벤트 선택 시, 상기 선택된 독립운전 이벤트에 따라 상기 전력시스템을 재구성하는 과정; 상기 재구성된 전력시스템의 분산 자원들과 관련된 독립운전 데이터들을 수집하는 과정; 상기 수집된 독립운전 데이터들을 기반으로 상기 재구성된 전력시스템의 독립운전을 모의(simulation)하는 과정; 및 상기 독립운전 모의 결과에 기초하여, 상기 재구성된 전력시스템의 독립운전 유지력을 평가하는 과정이 컴퓨터 상에서 순차적으로 수행되도록 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 소규모 전력시스템의 독립운전 유지력 평가 방법 및 그 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 정전이 발생할 확률이 높은 지역이나 혹은 전력계통이 강인하지 못한 지역에 위치한 소규모 전력시스템에서 독립운전 이벤트가 발생할 경우, 해당 전력시스템이 복전 시간까지 시스템 부하에 대한 전력 공급을 유지할 수 있는 능력을 자동으로 평가하여 시스템 운영자에게 제공함으로써, 상기 시스템 운영자로 하여금 해당 전력시스템의 분산 자원 운용 및 전력 운영을 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 소규모 전력시스템의 독립운전 유지력 평가 방법 및 그 장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 소규모 전력시스템의 전체 구성도;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 독립운전 유지력 평가 장치의 구성 블록도;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 독립운전 유지력 평가 방법을 설명하는 순서도;
도 4는 소규모 전력시스템의 독립운전 원인을 선택하는 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 5는 독립운전 원인 선택 시, 소규모 전력시스템을 재구성하는 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 6은 소규모 전력시스템의 독립운전을 모의하는 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 7 및 도 8은 소규모 전력시스템의 독립운전 유지력을 평가하는 방법을 설명하는 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 독립운전 유지력 평가 장치의 구성 블록도;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 독립운전 유지력 평가 방법을 설명하는 순서도;
도 4는 소규모 전력시스템의 독립운전 원인을 선택하는 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 5는 독립운전 원인 선택 시, 소규모 전력시스템을 재구성하는 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 6은 소규모 전력시스템의 독립운전을 모의하는 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 7 및 도 8은 소규모 전력시스템의 독립운전 유지력을 평가하는 방법을 설명하는 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 즉, 본 발명에서 사용되는 '부'라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부'들로 더 분리될 수 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은, 독립운전 이벤트의 발생 또는 선택 시, 소규모 전력시스템이 상기 독립운전 이벤트 발생 당시의 분산 전원들을 이용하여 시스템 부하에 대한 전력 공급을 유지할 수 있는 능력을 자동으로 평가할 수 있는 방법 및 그 장치를 제안한다. 이하 명세서에서, 본 발명은 상위 전력계통에 연계되어 있는 소규모 전력시스템(즉, 계통 연계형 마이크로그리드 시스템)에 적용하는 것으로 가정한다. 다만, 본 발명은 교류 또는 직류전원으로 구성된 소규모 전력시스템에도 적용이 가능할 뿐만 아니라, 상위 전력계통과 연계되지 않는 소규모 전력시스템(즉, 독립형 마이크로그리드 시스템)에도 적용이 가능하다.
본 발명에 따른 소규모 전력시스템은 기본적으로 운영 시스템과 전력계통에 연계된 분산 전원 및 부하로 구성된다. 상기 분산 전원으로는 전력을 생산 및/또는 출력하는 신 재생에너지원, 연료 전지(fuel cell), 에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS) 및 발전기 등이 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 소규모 전력시스템의 전체 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 소규모 전력시스템(100)은 운영 시스템(110), 풍력 발전 시스템(120), 태양광 발전 시스템(130), 비상 발전기(140), 에너지 저장장치(150) 및 부하(160)를 포함할 수 있다. 이하, 본 명세서에서 설명하는 소규모 전력시스템(100)은 마이크로그리드 시스템을 포함하는 개념이다.
소규모 전력시스템(100)은 풍력 발전 시스템(120), 태양광 발전 시스템(130), 비상 발전기(140), 에너지 저장장치(150) 및 부하(160)가 계통 선로(170)에 연결되어 운영되는 소규모 전력망으로서, 계통 연계점(10)을 통해 상위 전력계통(20)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 소규모 전력시스템(100)은 전력 수급 상태에 따라 상위 전력계통(20)으로부터 전력을 공급받거나 혹은 상위 전력계통(20)으로 전력을 공급할 수 있다.
운영 시스템(110)은 해당 전력시스템(100)을 구성하는 복수의 분산 자원들(120~160)과 통신선(180)으로 연결되어 상기 분산 자원들(120~160)의 동작 상태를 예측할 수 있다. 예를 들어, 운영 시스템(110)은 신 재생에너지원(120, 130)의 시간대별 발전 패턴과 부하(160)의 시간대별 소비전력 패턴 등을 예측할 수 있다.
운영 시스템(110)은 해당 전력시스템(100)을 구성하는 복수의 분산 자원들(120~160)과 통신선(180)으로 연결되어 상기 분산 자원들(120~160)의 동작 상태를 모니터링하거나 혹은 상기 분산 자원들(120~160)의 동작을 원격으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 운영 시스템(110)은 풍력 발전 시스템(120), 태양광 발전 시스템(130), 비상 발전기(140) 및 에너지 저장장치(150)의 동작을 감시 및 원격 제어함으로써, 전력계통을 안정화하고 소규모 전력시스템(100)을 효율적으로 운영할 수 있다.
운영 시스템(110)은 계통 연계점(10)과 통신선(180)으로 연결되어 전력 시스템(100)과 상위 전력계통(20) 간의 연계 지점에 관한 정보를 실시간으로 획득할 수 있다. 상기 연계 지점에 관한 정보로는 전압 변동 정보, 전압/전류 파형 정보, 전압 불평형 정보, 전압 위상 정보, 역률 정보, 주파수 정보 등이 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
운영 시스템(110)은, 독립운전 이벤트의 발생 또는 선택 시, 소규모 전력시스템(100)이 상기 독립운전 이벤트 발생 당시의 분산 전원들(120~150)을 기반으로 시스템 부하(160)에 대한 전력 공급을 유지할 수 있는 능력을 자동으로 평가하여 시스템 운영자에게 제공할 수 있다.
풍력 발전 시스템(120)은, 신 재생에너지원으로서, 풍력을 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 상기 풍력 발전 시스템(120)을 통해 생산된 전력은 전력시스템(100)의 계통 선로(170)를 통해 에너지 저장장치(150)에 저장되거나 혹은 부하(160)로 공급될 수 있다.
태양광 발전 시스템(130)은, 신 재생에너지원으로서, 태양력을 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 마찬가지로, 상기 태양광 발전 시스템(130)을 통해 생산된 전력은 전력시스템(100)의 계통 선로(170)를 통해 에너지 저장장치(150)에 저장되거나 혹은 부하(160)로 공급될 수 있다.
비상 발전기(140)는 일종의 디젤 발전기로서, 디젤 연료를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 마찬가지로, 상기 비상 발전기(140)를 통해 생산된 전력은 전력시스템(100)의 계통 선로(170)를 통해 에너지 저장장치(150)에 저장되거나 혹은 부하(160)로 공급될 수 있다.
에너지 저장장치(ESS, 150)는 전력을 저장하고 필요할 때 사용 가능하도록 하는 모든 장치를 의미한다. 이러한 에너지 저장장치(150)는 풍력 발전 시스템(120) 또는 태양광 발전 시스템(130) 등과 같은 신 재생에너지원을 통해 생산되는 불규칙적인 전력을 안정화시키는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 에너지 저장장치(150)는 전력 사용 피크(peak) 시간대가 아닌 시간대에 전력을 저장하고, 전력 사용 피크 시간대에 상기 저장된 전력을 사용함으로써 고가의 피크 전력 수요를 최소화시키는 기능을 수행할 수 있다.
에너지 저장장치(150)는, 운영 시스템(110) 내 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)의 제어 명령에 따라, 전력 계통(170)으로부터 전력을 공급받아 충전할 수 있고, 내부에 저장된 전력을 전력 계통(170)으로 제공하여 방전할 수 있다.
부하(160)는, 소규모 전력시스템(100)의 수용가에 위치하는 부하로서, 해당 전력시스템(100)의 분산 전원들(120~150)에서 출력하는 전력을 소비하는 모든 전자기기일 수 있다. 또한, 부하(160)는 상위 전력계통(20)으로부터 공급 받은 전력을 소비하는 모든 전자기기일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 독립운전 유지력 평가 장치의 구성 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 독립운전 유지력 평가 장치(200)는 입력부(210), 출력부(220), 통신부(230), 데이터베이스(240), 독립운전 시스템 구성부(250), 독립운전 데이터 수집부(260), 전력수급 모의 운영부(270), 독립운전 유지능력 평가부(280)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 구성요소들은 독립운전 유지력 평가 장치를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 독립운전 유지력 평가 장치는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다. 또한, 상기 독립운전 유지력 평가 장치(210)는 도 1의 운영 시스템(110) 내에 설치되거나 혹은 별도의 독립적인 장치로 구현될 수 있다.
입력부(210)는 영상 신호 입력을 위한 카메라 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 본 실시 예에서, 상기 입력부(210)는 소규모 전력시스템의 독립운전 유지력 평가와 관련된 사용자 입력을 수신할 수 있다. 가령, 시스템 운영자는 입력부(210)를 통해 해당 전력시스템에서 발생할 확률이 높은 독립운전 이벤트의 형태(또는 종류)나 혹은 해당 전력시스템의 독립운전 유지력을 평가하고자 하는 독립운전 이벤트의 형태를 선택할 수 있다. 여기서, 독립운전 이벤트의 형태는 소규모 전력시스템의 독립운전 원인에 해당한다.
출력부(220)는 디스플레이부로서, 독립운전 유지력 평가 장치(200)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 출력부(220)는 독립운전 유지력 평가 장치(200)에서 구동되는 응용 프로그램의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.
통신부(220)는 유선 네트워크를 지원하기 위한 유선 통신 모듈과, 무선 네트워크를 지원하기 위한 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다. 유선 통신 모듈은, 유선 통신을 위한 기술표준들 또는 통신방식(예를 들어, 이더넷(Ethernet), PLC(Power Line Communication), 홈 PNA(Home PNA), IEEE 1394 등)에 따라 구축된 유선 통신망 상에서 외부 서버 및 타 전력기기 중 적어도 하나와 유선 신호를 송수신한다. 무선 통신 모듈은, 무선 통신을 위한 기술표준들 또는 통신방식(예를 들어, WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), DLNA(Digital Living Network Alliance), GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), WCDMA(Wideband CDMA), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등)에 따라 구축된 무선 통신망 상에서 기지국, Access Point 및 중계기 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다.
본 실시 예에서, 통신부(220)는, 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 이용하여, 소규모 전력시스템을 구성하는 분산 자원들과 데이터 교환할 수 있다.
데이터베이스(또는 메모리, 240)는 독립운전 유지력 평가 장치(200)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 데이터베이스(240)는 독립운전 유지력 평가 장치(200)에서 구동되는 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 독립운전 유지력 평가 장치(200)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 특히, 본 실시 예에서, 데이터베이스(240)는 소규모 전력시스템의 전력수급 모의 운영에 필요한 데이터들을 저장할 수 있다.
독립운전 시스템 구성부(250)는, 시스템 운영자의 독립운전 원인 선택 시, 상기 선택된 독립운전 원인에 해당하는 분산 자원에 관한 정보를 데이터베이스(240)로부터 검출할 수 있다. 이때, 상기 데이터베이스(240)는 독립운전의 원인에 따른 분산 자원의 종류에 관한 정보를 룩업 테이블(look-up table) 형태로 미리 저장하고 있다.
독립운전 시스템 구성부(250)는, 시스템 운영자로부터 선택된 독립운전 원인에 해당하는 분산 자원을 배제하고, 독립운전이 가능한 분산 자원들만을 포함하는 전력시스템을 구성할 수 있다.
독립운전 데이터 수집부(260)는, 독립운전 시스템 구성부(250)를 통해 재구성된 전력시스템의 전력수급 모의 운영에 필요한 독립운전 데이터들을 수집할 수 있다. 즉, 독립운전 데이터 수집부(260)는 해당 전력시스템을 구성하는 분산 자원들에 관한 데이터들을 수집할 수 있다. 이때, 상기 독립운전 데이터들은 수용가 부하의 일정 주기 별 부하량 예측 데이터, 신 재생에너지원의 일정 주기 별 출력량 예측 데이터, 에너지 저장장치의 PCS(Power Conversion System) 출력 정격, 배터리 용량 및 배터리 충전 상태(State of Charge, SOC)에 관한 데이터, 비상 발전기의 출력 정격 및 현재 남은 연료량에 관한 데이터, 연료전지의 출력 정격 및 현재 남은 연료량에 관한 데이터 등을 포함할 수 있다.
독립운전 데이터 수집부(260)는 수집된 독립운전 데이터들을 데이터베이스(240)에 저장할 수 있다. 상기 데이터베이스(240)에 저장된 독립운전 데이터들은 소규모 전력시스템의 독립운전 유지력을 평가하기 위한 전력수급 모의 운영에 사용될 수 있다.
전력수급 모의 운영부(또는 독립운전 모의 운영부, 270)는 데이터베이스(240)에 저장된 독립운전 데이터들을 기반으로 해당 전력시스템의 독립운전을 가상으로 시뮬레이션할 수 있다. 이때, 상기 전력수급 모의 운영부(270)는 해당 전력시스템을 구성하는 분산 전원들과 부하 간의 전력수급을 만족하도록 상기 분산 전원들을 모의 운전할 수 있다. 또한, 상기 전력수급 모의 운영부(270)는 해당 전력시스템의 유효전력(effective power) 수급만을 고려할 수 있다.
전력수급 모의 운영부(270)는, 해당 전력시스템의 독립운전 모의 시, 부하로 전력 공급이 가능한 분산 전원들의 전체 운영비용이 최소화되도록 상기 분산 전원들을 모의 운전할 수 있다. 상기 전력시스템을 구성하는 분산 전원들의 공급 능력에는 한계가 있기 때문에, 부하에 대한 전력 공급 능력은 해당 전력시스템의 복전 (예상) 시간에 따라 차이가 발생하게 된다.
독립운전 유지능력 평가부(280)는 해당 전력시스템의 독립운전 모의 결과(또는 전력수급 모의 운영 결과)에 기초하여 해당 전력시스템의 독립운전 유지능력을 평가할 수 있다. 여기서, 전력시스템의 독립운전 유지능력은 해당 전력시스템의 부하에 대한 전력공급 능력으로 정의될 수 있다.
해당 전력시스템의 독립운전 유지능력을 객관적으로 평가하기 위한 하나의 방법으로서, 독립운전 유지능력 평가부(280)는 해당 전력시스템의 독립운전 유지능력 지수를 산출할 수 있다. 상기 독립운전 유지능력 지수는, 해당 전력시스템의 분산 전원들이 미리 설정된 복전 시간까지 공급 가능한 전체 전력량을 전체 부하 전력량으로 나눈 값이다.
또한, 해당 전력시스템의 독립운전 유지능력을 객관적으로 평가하기 위한 하나의 방법으로서, 독립운전 유지능력 평가부(280)는 복전 시간까지 일정 주기 별로 해당 전력시스템의 전력수급여부를 판단하여 해당 전력시스템의 완전 공급 가능 시간을 산출할 수 있다. 즉, 전력수급 모의 운영부(270)는 복전 시간까지 일정 주기 별로 분산 전원들의 공급 가능한 전력량과 부하 전력량을 서로 비교하여 해당 전력시스템의 전력수급이 깨지는 시점을 산출할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 독립운전 유지력 평가 장치는 상위 전력계통과 연계된 소규모 전력시스템에서 다양한 종류의 독립운전 이벤트가 발생할 경우를 가정하여 해당 전력시스템이 복전 시간까지 시스템 부하에 대한 전력 공급을 유지할 수 있는 능력을 자동으로 평가할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 독립운전 유지력 평가 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 독립운전 유지력 평가 장치(200)는, 시스템 운영자의 명령 등에 따라, 상위 전력계통과 연계 가능한 소규모 전력시스템의 독립운전 유지력을 평가하기 위한 프로그램(이하, 설명의 편의상 '독립운전 유지력 평가 프로그램'이라 칭함)을 실행하고, 해당 프로그램의 실행화면을 디스플레이부에 표시할 수 있다.
시스템 운영자는 독립운전 유지력 평가 장치(200)를 조작하여 해당 전력시스템에서 발생할 확률이 높은 독립운전 이벤트의 형태나 혹은 해당 전력시스템의 독립운전 유지력을 평가하고자 하는 독립운전 이벤트의 형태를 선택할 수 있다(S310). 여기서, 독립운전 이벤트의 형태는 소규모 전력시스템의 독립운전 원인에 해당한다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 시스템 운영자는 독립운전 유지력 평가 장치(200)를 조작하여 해당 전력시스템(400)의 독립운전 원인을 상위 전력계통(20)에 정전이 발생하고 풍력 발전 시스템(120)에 문제가 발생한 것으로 선택(또는 설정)할 수 있다.
독립운전 유지력 평가 장치(200)는, 시스템 운영자의 독립운전 원인 선택 시, 상기 선택된 독립운전 원인에 해당하는 분산 자원에 관한 정보를 검출하고, 상기 검출된 분산 자원에 관한 정보를 기반으로 독립운전이 가능한 전력시스템을 구성할 수 있다(S320).
즉, 독립운전 유지력 평가 장치(200)는 시스템 운영자로부터 선택된 독립운전 원인에 해당하는 분산 자원을 배제하고, 독립운전이 가능한 분산 자원들만을 포함하는 전력시스템을 재구성할 수 있다. 가령, 도 5에 도시된 바와 같이, 독립운전 유지력 평가 장치(200)는 시스템 운영자에 의해 선택된 독립운전 원인에 해당하는 상위 전력계통(20) 및 풍력 발전 시스템(120)을 제외한 분산 자원들(130~160)을 포함하는 전력시스템(500)을 재구성할 수 있다.
독립운전 유지력 평가 장치(200)는, 재구성된 전력시스템의 독립운전을 모의(simulation)하기 위해 필요한 독립운전 데이터들을 수집하고, 상기 수집된 독립운전 데이터들을 데이터베이스에 저장할 수 있다(S330). 이때, 상기 독립운전 데이터들은 수용가 부하의 일정 주기 별 부하량 예측 데이터, 신 재생에너지원의 일정 주기 별 출력량 예측 데이터, 에너지 저장장치의 PCS(Power Conversion System) 정격, 배터리 용량 및 현재 충전 상태(State of Charge, SOC)에 관한 데이터, 비상 발전기의 출력 정격 및 현재 남은 연료량에 관한 데이터 등을 포함할 수 있다.
독립운전 유지력 평가 장치(200)는 데이터베이스에 저장된 독립운전 데이터들을 기반으로 해당 전력시스템의 전력수급을 만족시키기 위한 독립운전을 가상으로 모의(simulation)할 수 있다(S340).
좀 더 구체적으로, 독립운전 유지력 평가 장치(200)는, 전력시스템의 독립운전 모의 시, 해당 전력시스템을 구성하는 분산 전원들과 부하 간의 전력수급이 만족되도록 상기 분산 전원들을 운전할 수 있다. 즉, 독립운전 유지력 평가 장치(200)는 복전 시간까지 일정 주기 별로 아래 수학식 1을 만족하도록 전력시스템의 분산 전원들을 운전할 수 있다.
여기서, 
는 분산 전원들의 일정 주기 별 공급 전력량이고, 
는 일정 주기 별 부하 전력량임.
위 수학식 1에서, 해당 전력시스템을 구성하는 분산 전원들의 일정 주기 별 공급 전력량(
)은 아래 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
여기서, 
는 비상 발전기의 일정 주기 별 공급 전력량이고, 
는 태양광 발전 시스템의 일정 주기 별 공급 전력량이고, 
는 에너지 저장장치의 일정 주기 별 공급 전력량임.
또한, 독립운전 유지력 평가 장치(200)는, 전력시스템의 독립운전 모의 시, 해당 전력시스템의 최적 운영 전략에 따라 분산 전원들의 전체 운영비용이 최소화되도록 상기 분산 전원들을 운전할 수 있다. 즉, 독립운전 유지력 평가 장치(200)는 아래 수학식 3을 만족하도록 전력시스템의 분산 전원들을 운전할 수 있다.
여기서, f는 분산 전원들의 전체 운영비용 함수이고, n은 복전 (예상) 시간이고, i는 전력시스템의 전력수급여부를 판단하는 일정 주기이고, 
는 분산 전원들의 일정 주기 별 공급 전력량임.
이러한 전력시스템의 독립운전 모의 시, 비상 발전기 및 에너지 저장장치의 공급 능력에는 한계가 있기 때문에, 부하에 대한 전력 공급 능력은 해당 전력시스템의 복전 시간에 따라 차이가 발생하게 된다. 여기서, 상기 비상 발전기의 공급 능력 제한은 아래 수학식 4와 같이 정의될 수 있고, 에너지 저장장치의 공급 능력 제한은 아래 수학식 5와 같이 정의될 수 있다.
가령, 도 6에 도시된 바와 같이, 독립운전 유지력 평가 장치(200)는, 전력시스템(500)의 독립운전 모의 시, 일정 주기 별로 분산 전원들(130~150)의 공급 전력량과 부하 전력량이 일치하도록 상기 분산 전원들(130~150)을 가상으로 운전할 수 있다. 한편, 해당 전력시스템(500)의 독립운전 이벤트 발생 시, 비상 발전기(140)의 연료량 및 에너지 저장장치(150)의 SOC 상태는 시간이 경과할수록 점점 감소하기 때문에, 부하(160)에 대한 전력 공급 능력은 해당 전력시스템(500)의 복전 시간에 따라 차이가 발생하게 된다.
독립운전 유지력 평가 장치(200)는, 해당 전력시스템의 전력수급을 위한 독립운전 모의 결과에 기초하여 해당 전력시스템의 독립운전 유지능력을 평가할 수 있다(S350). 여기서, 전력시스템의 독립운전 유지능력은 해당 전력시스템의 부하에 대한 전력공급 능력으로 정의될 수 있다.
일 실시 예로, 독립운전 유지력 평가 장치(200)는, 해당 전력시스템의 독립운전 유지능력을 객관적으로 평가하기 위한 독립운전 유지능력 지수를 산출할 수 있다. 상기 독립운전 유지능력 지수(
)는, 아래 수학식 6과 같이, 해당 전력시스템의 분산 전원들이 미리 설정된 복전 시간까지 공급 가능한 전체 전력량을 전체 부하 전력량으로 나눈 값이다.
여기서, 
는 복전 시간까지의 전체 공급 전력량이고, 
는 복전 시간까지의 전체 부하 전력량이고, n은 복전 (예상) 시간이고, i는 전력시스템의 전력수급여부를 판단하는 일정 주기임.
좀 더 구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 독립운전 유지력 평가 장치(200)는 시스템 운영자로부터 해당 전력시스템의 복전 예상 시간(n)을 입력 받을 수 있다(S710). 독립운전 유지력 평가 장치(200)는 복전 예상 시간(n)까지 전력시스템의 독립운전을 모의한 결과에 기초하여 분산 전원들의 전체 공급 전력량과 전체 부하 전력량을 연산할 수 있다(S720). 독립운전 유지력 평가 장치(200)는 분산 전원들의 전체 공급 전력량과 전체 부하 전력량을 기반으로 해당 전력시스템의 독립운전 유지능력 평가지수(
)를 산출할 수 있다(S730).
한편, 다른 실시 예로, 독립운전 유지력 평가 장치(200)는, 복전 예상 시간까지 일정 주기 별로 해당 전력시스템의 전력수급여부를 판단하여 해당 전력시스템의 전력수급 유지 시간을 산출할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 독립운전 유지력 평가 장치(200)는 시스템 운영자로부터 해당 전력시스템의 복전 예상 시간(n)을 입력 받을 수 있다(S810). 독립운전 유지력 평가 장치(200)는 복전 예상 시간(n)까지 해당 전력시스템의 전력수급을 주기적으로 판단하기 위한 일정 시간 주기(i)를 설정할 수 있다(S820). 이후, 독립운전 유지력 평가 장치(200)는 전력시스템의 독립운전 모의 결과에 기초하여 일정 시간 주기 별로 분산 전원들의 공급 전력량과 부하 전력량을 연산할 수 있다(S830). 독립운전 유지력 평가 장치(200)는 일정 시간 주기 별로 분산 전원들의 공급 전력량과 부하 전력량을 비교하여 해당 전력시스템의 전력수급여부를 판단할 수 있다(S840).
상기 840 단계의 판단 결과, 해당 전력시스템이 전력수급을 만족하는 경우, 독립운전 유지력 평가 장치(200)는 현재 시간 주기(i)의 다음 시간 주기(i+1)를 설정한 다음 상술한 830 단계 및 840 단계의 동작을 반복하여 수행할 수 있다(S850). 한편, 상기 840 단계의 판단 결과, 해당 전력시스템이 전력수급을 만족하지 못한 경우, 독립운전 유지력 평가 장치(200)는 현재 시간 주기(i)의 이전 시간 주기(i-1)를 산출할 수 있다(S860). 여기서, 상기 검출된 이전 시간 주기(i-1)는 해당 전력시스템이 전력수급을 유지하는 시간에 해당한다.
이상, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 독립운전 유지력 평가 방법은 상위 전력계통과 연계된 소규모 전력시스템에서 다양한 종류의 독립운전 이벤트가 발생할 경우를 가정하여 해당 전력시스템이 복전 시간까지 시스템 부하에 대한 전력 공급을 유지할 수 있는 능력을 자동으로 평가할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 소규모 전력시스템 110: 운영 시스템
120: 풍력 발전 시스템 130: 태양광 발전 시스템
140: 비상 발전기 150: 에너지 저장장치
160: 부하
120: 풍력 발전 시스템 130: 태양광 발전 시스템
140: 비상 발전기 150: 에너지 저장장치
160: 부하
Claims (10)
- 상위 전력계통과 연계 가능한 전력시스템의 독립운전 유지력 평가 방법에 있어서,
독립운전 이벤트 선택 시, 상기 선택된 독립운전 이벤트에 따라 상기 전력시스템을 재구성하는 단계;
상기 재구성된 전력시스템의 분산 자원들과 관련된 독립운전 데이터들을 수집하는 단계;
상기 수집된 독립운전 데이터들을 기반으로 상기 재구성된 전력시스템의 독립운전을 모의(simulation)하는 단계; 및
상기 독립운전 모의 결과에 기초하여, 상기 재구성된 전력시스템의 독립운전 유지력을 평가하는 단계를 포함하는 독립운전 유지력 평가 방법. - 제1항에 있어서, 상기 재구성 단계는,
상기 전력시스템을 구성하는 분산 자원들 중에서 상기 선택된 독립운전 이벤트에 대응하는 분산 자원을 배제하는 것을 특징으로 하는 독립운전 유지력 평가 방법. - 제1항에 있어서,
상기 독립운전 데이터들은, 일정 주기 별 부하량 예측 데이터, 일정 주기 별 신재생 발전량 예측 데이터, PCS(Power Conversion System) 출력 정격 데이터, 배터리 용량 데이터, 배터리 SOC(State Of Charge) 데이터, 발전기 출력 정격 데이터, 발전기 연료량 데이터, 연료전지 출력 정격 데이터, 연료전지 연료량 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립운전 유지력 평가 방법. - 제1항에 있어서, 상기 모의 단계는,
상기 재구성된 전력시스템의 분산 전원들과 부하 간의 전력수급을 만족하도록, 상기 분산 전원들을 모의 운전하는 것을 특징으로 하는 독립운전 유지력 평가 방법. - 제4항에 있어서, 상기 모의 단계는,
상기 부하로 전력 공급이 가능한 분산 전원들의 전체 운영 비용이 최소화되도록, 상기 분산 전원들을 모의 운전하는 것을 특징으로 하는 독립운전 유지력 평가 방법. - 제1항에 있어서, 상기 평가 단계는,
상기 재구성된 전력시스템의 독립운전 유지능력 지수를 산출하는 것을 특징으로 하는 독립운전 유지력 평가 방법. - 제6항에 있어서,
상기 독립운전 유지능력 지수는 아래 수학식을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 독립운전 유지력 평가 방법.
[수학식]
여기서,는 분산 전원들의 전체 공급 전력량이고,
는 수용가 부하의 전체 부하 전력량이고, n은 복전 예상 시간이고, i는 전력시스템의 전력수급여부를 판단하는 일정 주기임.
- 제1항에 있어서, 상기 평가 단계는,
상기 재구성된 전력시스템의 전력수급여부를 일정 주기 별로 판단하여 해당 전력시스템의 전력수급 유지 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 독립운전 유지력 평가 방법. - 청구항 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 따른 방법이 컴퓨터 상에서 수행되도록 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
- 상위 전력계통과 연계 가능한 전력시스템의 독립운전 유지력 평가 장치에 있어서,
독립운전 이벤트 선택 시, 상기 선택된 독립운전 이벤트에 따라 상기 전력시스템을 재구성하는 독립운전 시스템 구성부;
상기 독립운전 시스템 구성부를 통해 재구성된 전력시스템의 분산 자원들과 관련된 독립운전 데이터들을 수집하는 독립운전 데이터 수집부;
상기 독립운전 데이터 수집부를 통해 수집된 독립운전 데이터들을 기반으로 상기 재구성된 전력시스템의 독립운전을 모의(simulation)하는 독립운전 모의 운영부; 및
상기 독립운전 모의 운영부를 통한 독립운전 모의 결과에 기초하여, 상기 재구성된 전력시스템의 독립운전 유지력을 평가하는 독립운전 유지능력 평가부를 포함하는 독립운전 유지력 평가 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020190042376A KR102643132B1 (ko) | 2019-04-11 | 2019-04-11 | 소규모 전력시스템의 독립운전 유지력 평가 방법 및 그 장치 |
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|---|---|---|---|
| KR1020190042376A KR102643132B1 (ko) | 2019-04-11 | 2019-04-11 | 소규모 전력시스템의 독립운전 유지력 평가 방법 및 그 장치 |
Publications (2)
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|---|---|
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| KR1020190042376A KR102643132B1 (ko) | 2019-04-11 | 2019-04-11 | 소규모 전력시스템의 독립운전 유지력 평가 방법 및 그 장치 |
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- 2019-04-11 KR KR1020190042376A patent/KR102643132B1/ko active IP Right Grant
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