KR20210023128A - 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 전압 및 구간 부하 추정 장치는, 계통의 상태정보에 기초하여 상기 계통의 토폴로지를 추정하고, 상기 토폴로지에서 각 구간의 부하 중심점을 산출하는 토폴로지 추정부, 현장 데이터 취득 장치에 의해 측정된 제1 계측정보 또는 위상 측정 장치에 의해 측정된 제2 계측정보를 이용하여 각 구간의 종류를 판별하는 구간 종류 판단부, 상기 제1 계측정보를 이용하여 추정된 자동화개폐기의 전압과 상기 제2 계측정보의 전압을 이용하여 각 구간의 부하 중심점의 보정값을 산출하고, 상기 산출된 보정값을 적용하여 각 구간의 부하 중심점을 보정하며, 상기 보정된 각 구간의 부하 중심점을 이용하여 상기 자동화개폐기의 전압을 재추정하며, 상기 재추정된 전압을 이용하여 각 구간의 부하를 추정하는 전압 및 구간 부하 추정부를 포함한다.
Description
본 발명은 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배전계통에서 부하 변동으로 인한 부하 중심점의 변동, 분산전원의 영향 및 분기선로에 대한 영향을 고려하여 전압 및 구간 부하를 추정할 수 있는 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
배전계통은 송전계통으로부터 공급되는 고전압을 수용가에서 사용되는 저전압으로 변환하여 수용가로 공급하는 전력계통을 의미한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 송전계통에서는 부하에 대한 직접 측정(11)을 통해 구간 부하를 측정한다. 이와 함께, 송전계통에서는 발전량에 대한 측정(12) 및 부하가 제거된 순수한 선로의 유출 및 유입 측정치(13)를 측정한다.
따라서, 송전계통에서는 부하의 직접 측정에 문제가 발생하는 경우 나머지 측정량(예컨대, 발전량의 유입, 선로 유출량 등)을 이용하여 구간 부하를 추정할 수 있다.
배전계통 구간 부하의 추정은 계통 해석 및 제어의 측면에서 다음과 같은 중요성을 가진다.
1) 배전계통의 해석 : 배전계통의 조류계산은 취약 개소(전압 및 선로조류량)를 파악하기 위한 기본적인 솔루션이다. 조류계산은 결국 부하량을 기준으로 현재 계통상태(전압 및 위상)를 파악하는 기법으로 구간 부하의 정확한 추정은 매우 중요하다. 잘못된 해석을 통해 특정 개소의 전압 및 선로조류의 위배(violation)를 오탐지 또는 미탐지하는 경우 계통운영에 손실을 가져온다.
2) 배전계통의 계획 : 대표적인 배전계통의 계획 솔루션인 배전계통 재구성(network reconfiguration) 역시 각 D/L(distribution line)의 부하량을 기준으로 부하평준화 및 조류계산 기반의 손실량을 계산하여 이를 최소화하는 것을 목적함수로 하고 있으므로 구간 부하의 정확한 추정은 매우 중요한 요소이다. 잘못된 구간 부하를 이용하여 계통계획을 수립하는 경우 불필요한 선로 및 기기의 신설 등의 경제적인 손실이 예상된다.
3) 배전계통의 제어 : 배전계통의 고장발생 시 보호기기에 의한 고장차단, 자동화개폐기에 의한 고장구간 고립(isolation) 및 정전구간의 복구(restoration)가 순차적으로 수행된다. 정전구간을 복구하기 위해서는 정전구간의 부하량과 절체가 가능한 인근선로들의 부하량에 대한 정보가 필요하며 이를 통해 정전구간의 복구여부 및 방법이 결정된다. 복구가 불가능한 경우에 대한 선로 및 자동화 개폐기의 신설이 검토되며 따라서 구간 부하의 부정확한 추정은 경제적 손실을 발생시킨다.
이처럼, 배전계통에서는 송전계통과 달리 부하량을 직접 측정할 수 없기 때문에 구간 부하를 추정한다. 종래에는 구간 내 설비 및 계약전력을 고려한 구간 부하 중심점 산정, 변전소 인출단의 계측치(전압, 전류의 크기 및 전압-전류 위상차), 자동화개폐기의 계측치(전류의 크기 및 전압-전류 위상차), 선로 정보 및 구간 부하 중심점을 이용하여 각 자동화개폐기의 전압의 크기를 추정하고, 추정된 전압을 이용하여 각 구간의 부하를 추정하고 있다.
그러나, 종래 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 방식은 부하 변동으로 인한 부하 중심점의 변동을 고려하지 않았고, 분산전원의 영향을 고려하지 않았으며, 분기선로에 대한 영향을 고려하지 않은 문제점들이 있다.
이에, 부하 변동으로 인한 부하 중심점의 변동, 분산전원의 영향 및 분기선로에 대한 영향을 고려하여 전압 및 구간 부하를 추정할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.
본 발명과 관련된 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제2014-0032138호(2014.03.14. 공개, 발명의 명칭 : 배전계통의 구간 부하 추정 장치 및 방법)가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 부하 변동으로 인한 부하 중심점의 변동, 분산전원의 영향 및 분기선로에 대한 영향을 고려하여 전압 및 구간 부하를 추정할 수 있는 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 전압 및 구간 부하 추정 장치는, 계통의 상태정보에 기초하여 상기 계통의 토폴로지를 추정하고, 상기 토폴로지에서 각 구간의 부하 중심점을 산출하는 토폴로지 추정부, 현장 데이터 취득 장치에 의해 측정된 제1 계측정보 또는 위상 측정 장치에 의해 측정된 제2 계측정보를 이용하여 각 구간의 종류를 판별하는 구간 종류 판단부, 상기 제1 계측정보를 이용하여 추정된 자동화개폐기의 전압과 상기 제2 계측정보의 전압을 이용하여 각 구간의 부하 중심점의 보정값을 산출하고, 상기 산출된 보정값을 적용하여 각 구간의 부하 중심점을 보정하며, 상기 보정된 각 구간의 부하 중심점을 이용하여 상기 자동화개폐기의 전압을 재추정하며, 상기 재추정된 전압을 이용하여 각 구간의 부하를 추정하는 전압 및 구간 부하 추정부를 포함한다.
본 발명에서 상기 계통의 상태정보는, 개폐기의 투입/개방 데이터, 노드의 연결 관계, 계통 내 설비용량 및 계약전력에 대한 정보를 포함하고, 상기 제1 계측정보는 현장 데이터 취득 장치에 의해 측정된 전류 크기 및 전압-전류 위상차를 포함하며, 상기 제2 계측정보는 상기 위상 측정 장치에 의해 측정된 전압, 전류의 크기 및 전압-전류 위상차를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 토폴로지 추정부는, 상기 개폐기의 투입/개방 정보를 이용하여 자동화개폐기를 기준으로 각 구간을 분리하도록 토폴로지를 구성하고, 상기 토폴로지내 각 구간의 전체 긍장, 해당 구간에 위치하는 부하의 크기 및 거리를 이용하여 각 구간의 부하 중심점을 산출할 수 있다.
본 발명에서 상기 구간 종류 판단부는, 상기 전류 크기 및 전압-전류 위상차를 이용하여 각 구간을 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간으로 판별할 수 있다.
본 발명에서 상기 구간 종류 판단부는, 구간 양단의 전류 방향이 같은 경우에는, 전류 방향을 기준으로 송전단의 전류가 수전단의 전류보다 큰 경우를 부하 우세 구간으로 판별하고, 송전단의 전류가 수전단의 전류보다 작은 경우를 발전원 우세 구간으로 판별하며, 구간 양단의 전류 방향이 다른 경우에는, 양단의 전류 방향이 구간 안쪽을 향하고 있는 경우를 부하 우세 구간으로 판별하고, 양단의 전류 방향이 구간 바깥쪽으로 향하고 있는 경우를 발전원 우세 구간으로 판별할 수 있다.
본 발명에서 상기 구간 종류 판단부는, 구간 내 분기선이 존재하는 경우, 분기선 내에 자동화개폐기가 존재하면 분기선 구간으로 처리하고, 자동화개폐기가 존재하지 않으면 부하로 처리할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압 및 구간 부하 추정부는, 상기 계통의 토폴로지, 제1 계측정보, 제2 계측정보, 구간 부하 중심점 및 구간 종류 중 적어도 하나를 입력받아 자동화개폐기의 전압을 추정하고, 상기 추정된 자동화개폐기의 전압과 상기 제2 계측정보의 전압을 통해 추정 오차가 확인되면, 상기 추정된 자동화개폐기의 전압, 해당 자동화 개폐기의 전류의 크기, 구간의 부하 중심점, 구간의 종류, 해당 자동화 개폐기의 전압-전류 위상차 중 적어도 하나를 이용하여 상기 보정값을 산출할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압 및 구간 부하 추정부는, 상기 산출된 보정값을 해당 구간의 부하 중심점에 반영하여 상기 구간의 부하 중심점을 보정하고, 상기 보정된 부하 중심점이 기 설정된 범위 내에 있는지 판단하여, 상기 범위 내에 있는 경우 상기 보정된 부하 중심점을 적용하여 상기 자동화 개폐기의 전압을 재추정하고, 상기 범위 내에 있지 않은 경우 상기 보정값을 재산출할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압 및 구간 부하 추정부는, 상기 보정된 부하 중심점이 상기 범위 내에 있지 않은 경우, 0보다 낮은 구간 부하 중심점을 가지는 구간은 부하 중심점을 0으로, 1보다 큰 구간 부하 중심점을 갖는 구간은 1로 부하 중심점을 고정한 후, 상기 보정값을 재산출하고, 상기 부하 중심점을 고정한 구간을 제외한 각 구간에 상기 재산출된 보정값을 반영하여 각 구간의 부하 중심점을 보정할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압 및 구간 부하 추정부는, 상기 보정된 부하 중심점이 상기 범위 내에 있는 경우, 해당 구간이 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간인지를 고려하여 상기 자동화개폐기의 전압을 재추정할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압 및 구간 부하 추정부는, 분기선이 존재하는 경우, 해당 분기선이 분기되기 직전 자동화개폐기의 전압 추정값을 기준으로 분기선로 내 자동화개폐기의 전압을 재추정할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압 및 구간 부하 추정부는, 직선 구간의 경우, 구간 양단의 자동화개폐기의 전압, 전류 크기 및 전압-전류 위상차를 이용하여 각 자동화개폐기에 흐르는 유효 전력 및 무효 전력을 산출하고, 각 선로에 흐르는 전류에 의한 유효 손실 및 무효 손실을 산출하며, 상기 유효전력, 무효전력, 유효 손실 및 무효 손실을 이용하여 직선 구간의 부하를 산출하고, 분기선로 구간의 경우, 직선 구간을 2개의 구간으로 분리하고, 각 구간의 부하 중심점을 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 크기를 각각 적용하며, 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 값이 나오도록 두 부하의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전압 및 구간 부하 추정 시스템은, 자동화개폐기에 설치되어, 상기 자동화개폐기와 인접한 노드의 전압과 전류의 크기 및 전압-전류 위상차 중 적어도 하나를 포함하는 제1계측정보를 측정하는 현장 데이터 취득 장치, 변전소 인출단 및 선로말단에 설치되어, 상기 자동화개폐기와 인접한 노드의 전압과 전류의 크기, 및 전압-전류 위상차 중 적어도 하나를 포함하는 제2계측정보를 측정하는 위상 측정 장치, 상기 현장 데이터 취득 장치에서 측정된 제1계측정보, 위상 측정 장치에서 측정된 제2계측정보 및 계통의 상태정보가 저장된 데이터베이스 및 상기 데이터베이스로부터 계통의 상태정보, 제1계측정보 및 제2계측정보를 수집하고, 상기 계통의 상태정보에 기초하여 상기 계통의 토폴로지를 추정하며, 상기 토폴로지에서 각 구간의 부하 중심점을 산출하고, 상기 제1계측정보 또는 제2계측정보를 이용하여 각 구간의 종류를 판별하며, 상기 제1 계측정보를 이용하여 추정된 자동화개폐기의 전압과 제2계측정보의 전압을 이용하여 각 구간의 부하 중심점의 보정값을 산출하고, 상기 산출된 보정값을 적용하여 각 구간의 부하 중심점을 보정하며, 상기 보정된 각 구간의 부하 중심점을 이용하여 상기 자동화개폐기의 전압을 재추정하며, 상기 재추정된 전압을 이용하여 각 구간의 부하를 추정하는 전압 및 구간 부하 추정 장치를 포함한다.
본 발명에서 상기 전압 및 구간 부하 추정 장치는, 상기 계통의 상태정보내 개폐기의 투입/개방 데이터를 이용하여 자동화개폐기를 기준으로 각 구간을 분리하도록 토폴로지를 구성하고, 상기 토폴로지내 각 구간의 전체 긍장, 해당 구간에 위치하는 부하의 크기 및 거리를 이용하여 각 구간의 부하 중심점을 산출할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압 및 구간 부하 추정 장치는, 상기 전류 크기 및 전압-전류 위상차를 이용하여 각 구간을 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간으로 판별하되, 구간 양단의 전류 방향이 같은 경우에는, 전류 방향을 기준으로 송전단의 전류가 수전단의 전류보다 큰 경우를 부하 우세 구간으로 판별하고, 송전단의 전류가 수전단의 전류보다 작은 경우를 발전원 우세 구간으로 판별하며, 구간 양단의 전류 방향이 다른 경우에는, 양단의 전류 방향이 구간 안쪽을 향하고 있는 경우를 부하 우세 구간으로 판별하고, 양단의 전류 방향이 구간 바깥쪽으로 향하고 있는 경우를 발전원 우세 구간으로 판별할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압 및 구간 부하 추정 장치는, 상기 산출된 보정값을 해당 구간의 부하 중심점에 반영하여 상기 구간의 부하 중심점을 보정하고, 상기 보정된 부하 중심점이 기 설정된 범위 내에 있는지 판단하여, 상기 범위 내에 있는 경우 상기 보정된 부하 중심점을 적용하여 상기 자동화 개폐기의 전압을 재추정하고, 상기 범위 내에 있지 않은 경우 상기 보정값을 재산출할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압 및 구간 부하 추정 장치는, 직선 구간의 경우, 구간 양단의 자동화개폐기의 전압, 전류 크기 및 전압-전류 위상차를 이용하여 각 자동화개폐기에 흐르는 유효 전력 및 무효 전력을 산출하고, 각 선로에 흐르는 전류에 의한 유효 손실 및 무효 손실을 산출하며, 상기 유효전력, 무효전력, 유효 손실 및 무효 손실을 이용하여 직선 구간의 부하를 산출하고, 분기선로 구간의 경우, 직선 구간을 2개의 구간으로 분리하고, 각 구간의 부하 중심점을 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 크기를 각각 적용하며, 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 값이 나오도록 두 부하의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전압 및 구간 부하 추정 방법은, 토폴로지 추정부가 계통의 상태정보에 기초하여 상기 계통의 토폴로지를 추정하고, 상기 토폴로지에서 각 구간의 부하 중심점을 산출하는 단계, 구간 종류 판별부가 현장 데이터 취득 장치에 의해 측정된 제1 계측정보 및 위상 측정 장치에 의해 측정된 제2 계측정보를 이용하여 각 구간의 종류를 판별하는 단계, 전압 및 구간 부하 추정부가 상기 제1 계측정보를 이용하여 추정된 자동화개폐기의 전압과 상기 제2 계측정보의 전압을 이용하여 각 구간의 부하 중심점의 보정값을 산출하고, 상기 산출된 보정값을 적용하여 각 구간의 부하 중심점을 보정하며, 상기 보정된 각 구간의 부하 중심점을 이용하여 상기 자동화개폐기의 전압을 재추정하는 단계, 상기 전압 및 구간 부하 추정부가 상기 재추정된 전압을 이용하여 각 구간의 부하를 추정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 각 구간의 부하 중심점을 산출하는 단계에서, 상기 토폴로지 추정부는, 상기 계통의 상태정보내 개폐기의 투입/개방 정보를 이용하여 자동화개폐기를 기준으로 각 구간을 분리하도록 토폴로지를 구성하고, 상기 토폴로지내 각 구간의 전체 긍장, 해당 구간에 위치하는 부하의 크기 및 거리를 이용하여 각 구간의 부하 중심점을 산출할 수 있다.
본 발명의 상기 각 구간의 종류를 판별하는 단계에서, 상기 구간 종류 판단부는, 상기 제1계측정보 또는 제2계측정보의 전류 크기 및 전압-전류 위상차를 이용하여 각 구간을 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간으로 판별하되, 구간 양단의 전류 방향이 같은 경우에는, 전류 방향을 기준으로 송전단의 전류가 수전단의 전류보다 큰 경우를 부하 우세 구간으로 판별하고, 송전단의 전류가 수전단의 전류보다 작은 경우를 발전원 우세 구간으로 판별하며, 구간 양단의 전류 방향이 다른 경우에는, 양단의 전류 방향이 구간 안쪽을 향하고 있는 경우를 부하 우세 구간으로 판별하고, 양단의 전류 방향이 구간 바깥쪽으로 향하고 있는 경우를 발전원 우세 구간으로 판별할 수 있다.
본 발명의 상기 자동화개폐기의 전압을 재추정하는 단계는, 상기 전압 및 구간 부하 추정부는 상기 계통의 토폴로지, 제1 계측정보, 제2 계측정보, 구간 부하 중심점 및 구간 종류 중 적어도 하나를 입력받아 자동화개폐기의 전압을 추정하는 단계, 상기 전압 및 구간 부하 추정부는 상기 추정된 자동화개폐기의 전압과 상기 제2 계측정보의 전압을 통해 추정 오차를 확인하는 단계, 상기 전압 및 구간 부하 추정부는 추정 오차가 확인되면, 상기 추정된 자동화개폐기의 전압, 해당 자동화 개폐기의 전류의 크기, 구간의 부하 중심점, 구간의 종류, 해당 자동화 개폐기의 전압-전류 위상차 중 적어도 하나를 이용하여 상기 보정값을 산출하는 단계, 상기 전압 및 구간 부하 추정부는 상기 산출된 보정값을 해당 구간의 부하 중심점에 반영하여 상기 구간의 부하 중심점을 보정하는 단계, 상기 전압 및 구간 부하 추정부는 상기 보정된 부하 중심점이 기 설정된 범위 내에 있는지 판단하는 단계 및 상기 판단결과, 상기 범위 내에 있는 경우 상기 전압 및 구간 부하 추정부는 상기 보정된 부하 중심점을 적용하여 상기 자동화개폐기의 전압을 재추정하고, 상기 범위 내에 있지 않은 경우 상기 보정값을 재산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 자동화개폐기의 전압을 재추정 시, 상기 전압 및 구간 부하 추정부는 해당 구간이 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간인지를 고려하여 상기 자동화개폐기의 전압을 재추정할 수 있다.
본 발명의 상기 각 구간의 부하를 추정하는 단계에서, 상기 전압 및 구간 부하 추정부는 직선 구간의 경우, 구간 양단의 자동화개폐기의 전압, 전류 크기 및 전압-전류 위상차를 이용하여 각 자동화개폐기에 흐르는 유효 전력 및 무효 전력을 산출하고, 각 선로에 흐르는 전류에 의한 유효 손실 및 무효 손실을 산출하며, 상기 유효전력, 무효전력, 유효 손실 및 무효 손실을 이용하여 직선 구간의 부하를 산출하고, 분기선로 구간의 경우, 직선 구간을 2개의 구간으로 분리하고, 각 구간의 부하 중심점을 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 크기를 각각 적용하며, 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 값이 나오도록 두 부하의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 위상 측정 장치의 전압 측정치를 이용하여 구간 부하 중심점을 보정함으로써, 부하 변동으로 인한 부하 중심점의 변동을 고려할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 구간을 부하 우세 구간 및 발전원 우세 구간으로 나누고, 각 구간의 종류에 맞는 전압 추정 수학식을 이용하여 전압 및 구간 부하를 추정함으로써, 분산전원에 의한 조류 변동을 고려할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 메인피더의 전압 추정치를 기반으로 전압 추정 및 분기선 구간의 부하 분배를 수행함으로써, 분기선로에 대한 영향을 고려할 수 있다.
결론적으로, 본 발명에 따르면, 부하 변동으로 인한 부하 중심점의 변동, 분산전원의 영향 및 분기선로에 대한 영향을 고려하여 전압 및 구간 부하를 추정함으로써, 부하의 변동으로 구간 부하 중심점이 변동하더라도 이에 맞춰 전압 및 구간 부하를 추정할 수 있고, 분기선로나 분산전원이 있더라도 이에 맞는 추정방법을 통해 추정 오차를 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 종래의 구간 부하를 추정하는 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토폴로지 추정부의 기능을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 구간의 전류 흐름을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 우세 구간 및 발전원 우세 구간의 전류 흐름을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분기선이 있는 구간을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 우세 구간 및 발전원 우세 구간의 전압강하 특성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 분기선이 존재하는 배전계통을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 분기선의 구간 부하를 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 및 구간 부하 추정 출력 토폴로지를 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 및 구간 부하 추정 방법을 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 및 구간 부하 추정의 효과를 입증하기 위한 테스트 계통1을 나타낸 예시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 및 구간 부하 추정의 효과를 입증하기 위한 테스트 계통2를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토폴로지 추정부의 기능을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 구간의 전류 흐름을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 우세 구간 및 발전원 우세 구간의 전류 흐름을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분기선이 있는 구간을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 우세 구간 및 발전원 우세 구간의 전압강하 특성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 분기선이 존재하는 배전계통을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 분기선의 구간 부하를 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 및 구간 부하 추정 출력 토폴로지를 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 및 구간 부하 추정 방법을 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 및 구간 부하 추정의 효과를 입증하기 위한 테스트 계통1을 나타낸 예시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 및 구간 부하 추정의 효과를 입증하기 위한 테스트 계통2를 나타낸 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 시스템 및 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 시스템을 나타낸 블록도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토폴로지 추정부의 기능을 설명하기 위한 예시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 구간의 전류 흐름을 설명하기 위한 예시도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 우세 구간 및 발전원 우세 구간의 전류 흐름을 설명하기 위한 예시도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분기선이 있는 구간을 설명하기 위한 예시도, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 우세 구간 및 발전원 우세 구간의 전압강하 특성을 설명하기 위한 예시도, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 분기선이 존재하는 배전계통을 설명하기 위한 예시도, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 분기선의 구간 부하를 설명하기 위한 예시도, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 및 구간 부하 추정 출력 토폴로지를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 시스템은 현장 데이터 취득 장치(100), 전단 처리 장치(200), 데이터베이스(300), 위상 측정 장치(400) 및 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)를 포함한다.
현장 데이터 취득 장치(100)는 배전계통에 형성된 변압기(SVR) 또는 자동화 개폐기에 구비되어, 현장 데이터 취득 장치(100)가 연결된 노드의 전압과 전류의 크기 및 전압-전류의 위상차 등의 제1 계측정보를 취득한다. 이러한 현장 데이터 취득 장치(100)는 예컨대, RTU(remote terminal unit)일 수 있다.
현장 데이터 취득 장치(100)는 제1 계측정보를 전단 처리 장치(200)로 전송하고, 전단 처리 장치(200)는 제1 계측정보를 주기적으로 데이터베이스(300)에 누적하여 저장한다.
데이터베이스(300)는 전단 처리 장치(200) 및 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)로부터 주기적으로 계통의 계측정보 및 상태정보(개폐기의 투입/개방 상태)를 전송받아 저장하고, 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)에서 필요한 데이터를 제공한다. 또한, 데이터베이스(300)는 전압 및 구간 부하 추정장치(500)의 전압과 구간 부하의 추정 결과를 저장한다. 여기서, 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)에서 필요한 데이터는 계통의 상태정보, 계측정보, 구간 부하 및 전압 추정 결과 등을 포함할 수 있다. 계통의 상태정보는 개폐기의 투입/개방 데이터, 노드의 연결 관계와 계통 내 설비용량 및 계약전력에 대한 정보를 포함할 수 있다. 계측 정보는 현장 데이터 취득 장치(100)에 의해 취득된 제1 계측정보(예컨대, 전류 크기 및 전압-전류 위상차), 위상 측정 장치(400)에 의해 취득된 제2 계측정보(예컨대, 전압, 전류의 크기 및 전압-전류 위상차), 분산전원의 출력 정보 등을 포함할 수 있다. 전압 및 구간 부하 추정 결과는 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)의 결과로 출력되는 각 구간의 축약된 구간 부하 및 자동화개폐기의 전압 크기의 추정값 등을 포함할 수 있다. 이때, 데이터베이스(300)에 저장된 데이터는 다른 응용프로그램에서 이용이 가능하도록 선로 데이터와 버스 데이터 형태로 저장될 수 있다. 본 실시예에서는 데이터베이스(300)를 별도로 구성하였으나, 데이터베이스(300)는 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)에 포함될 수도 있다.
한편, 배전계통 내 고정밀 계측 기기가 없으면, 추정값의 오차가 얼마나 되는지 알 수 없고 오차를 보정할 수 없다. 따라서 보다 정확한 추정을 위해서는 고정밀 및 동시 측정이 가능한 계측장치가 필요하다. 이에, 본 발명에서는 위상 측정 장치(400)를 이용한다.
위상 측정 장치(phasor measurement unit, PMU)(400)는 변전소 인출단 및 선로말단에 설치되어, 자동화개폐기와 인접한 노드의 전압과 전류의 크기, 전압과 전류의 위상차 및 분산전원의 출력정보에 대한 제2 계측정보를 취득한다. 위상 측정 장치(400)를 통해 각 개폐기의 전압 크기의 추정값과 위상 측정 장치(400) 설치점의 계측값을 알 수 있어 전압 추정치와 계측치 간의 오차를 알 수 있다. 각 구간의 부하 중심점을 이동시켜 위상 측정 장치(400)가 설치된 지점의 전압 추정치와 실제 계측치 간의 오차가 없도록 보완할 수 있다.
위상 측정 장치(400)에서 계측된 제2 계측정보는 데이터베이스(300)에 전송한다.
전압 및 구간 부하 추정 장치(500)는 데이터베이스(300)로부터 계통의 상태정보 및 계측정보를 수집하고, 계통의 상태정보에 기초하여 계통의 토폴로지를 추정한다. 그런 후, 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)는 추정된 토폴로지내 각 구간의 부하 중심점을 산출하고, 계측정보에 기초하여 각 구간의 종류를 판별한다. 그런 후, 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)는 위상 측정 장치(400)의 제2계측정보를 이용하여 각 구간의 부하 중심점 보정값을 구하여 구간 부하 중심점을 이동시키고, 상기 이동된 구간 부하 중심점을 이용하여 자동화개폐기의 전압 크기를 추정하며, 추정된 전압의 크기를 이용하여 각 구간의 부하를 추정한다.
이러한 전압 및 구간 부하 추정장치(500)는 토폴로지 추정부(510), 구간 종류 판단부(520) 및 전압 및 구간 부하 추정부(530)를 포함한다.
토폴로지 추정부(510)는 계통의 상태정보에 기초하여 계통의 토폴로지를 추정하고, 그 토폴로지내 각 구간의 부하 중심점을 선정한다.
토폴로지 추정부(510)는 계통 상태정보내 개폐기의 투입/개방 정보를 이용하여 자동화 개폐기를 기준으로 각 구간을 분리하도록 토폴로지를 구성한다. 즉, 토폴로지 추정부(510)는 자동화개폐기의 전압 크기 추정 및 보정을 위해 위상 측정 장치(400)가 설치된 메인피더 및 분기선의 직선 경로를 탐색하고, 분기선의 전압 및 구간 부하 추정을 위해 자동화개폐기를 기준으로 계통의 토폴로지를 추정한다. 이때, 토폴로지 추정부(510)는 데이터베이스(300)로부터 계통의 현재 상태정보와 계통의 노드 간 연결정보, 스위치의 상태, 노드 사이 선로와 그 임피던스 등의 데이터를 수집하고, 자동화개폐기의 투입/개방 정보를 통해 계통의 토폴로지 구성을 추정한다. 예컨대, 토폴로지 추정부(510)는 도 3의 (a)와 같이 자동화 개폐기를 기준으로, 각 구간을 분리하도록 토폴로지 데이터를 처리할 수 있다.
자동화 개폐기 기반으로 토폴로지가 구성되면, 토폴로지 추정부(510)는 자동화 개폐기의 전압 크기를 추정하기 위한 구간 부하 중심점을 계산한다. 이때, 토폴로지 추정부(510)는 배전계통 내 설비용량 및 고압부하의 계약전력을 이용하여 각 구간의 부하 중심점을 산정할 수 있다. 예컨대, 토폴로지 추정부(510)는 도 3의 (b)와 같이 배전계통 내 구간의 부하 중심점을 산정할 수 있다.
토폴로지 추정부(510)는 아래 수학식 1을 이용하여 구간의 부하 중심점(G)을 계산할 수 있다.
[수학식 1]
여기서 
는 k번째 부하까지의 거리, 
는 구간의 전체 긍장, 
는 
번째 부하의 크기를 의미할 수 있다.
구간 종류 판단부(520)는 현장 데이터 취득 장치(100) 및 위상 측정 장치(400)에 의해 측정된 계측정보를 이용하여 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간으로 각 구간의 종류를 판별한다.
분산전원이 없는 배전계통의 경우 도 4와 같이 전류가 흐르게 된다. 하지만 배전계통에 분산전원이 존재하면, 전류의 흐름은 도 5와 같이 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간에 따라 다양하게 변할 수 있다. 이처럼, 분산전원에 의한 조류 변동을 고려하기 위해 각 구간의 종류를 판별할 필요가 있다.
이에, 구간 종류 판단부(520)는 전류의 크기와 전압-전류 위상차를 이용하여 각 구간의 종류를 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간으로 판별할 수 있다.
부하 우세 구간은 도 5의 (a)와 같이 구간 내에 부하의 전력 소모량이 발전원의 발전량보다 큰 구간으로써 총 3가지 타입이 존재할 수 있다. 예컨대, 양단의 전류 방향이 같은 경우 전류가 흐르는 방향을 기준으로 송전단의 전류가 수전단의 전류보다 크면 부하 우세 구간이 될 수 있다. 또한, 양단의 전류 방향이 서로 다른 경우 양단의 전류의 흐름이 구간 안쪽을 향하고 있으면 부하 우세 구간이 될 수 있다.
발전원 우세 구간은 도 5의 (b)와 같이 구간 내 발전 전력량이 부하의 소모량보다 큰 구간으로써 총 3가지 타입이 존재할 수 있다. 예컨대, 양단의 전류 방향이 같은 경우 송전단의 전류가 수전단의 전류보다 작으면 발전원 우세 구간일 수 있다. 또한, 양단의 전류 방향이 다른 경우에는 양단의 전류가 구간의 바깥쪽으로 향할 경우 발전원 우세 구간이 될 수 있다.
또한, 구간 종류 판단부(520)는 도 6과 같이 구간 내 분기선이 있을 경우, 분기선 내에 자동화 개폐기가 존재하면 분기선 구간으로 처리하고, 자동화 개폐기가 존재하지 않으면 부하로 처리할 수 있다.
전압 및 구간 부하 추정부(530)는 구간 부하 중심점과 현장 데이터 취득 장치(100) 및 위상 측정 장치(400)의 계측정보를 이용하여 자동화 개폐기의 전압 크기 및 각 구간의 부하를 추정한다. 즉, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 위상 측정 장치(400)의 계측정보를 이용하여 각 구간의 부하 중심점의 보정값을 산출하고, 그 보정값을 적용하여 구간 부하 중심점을 이동시키며, 이동된 구간 부하 중심점을 이용하여 자동화개폐기의 전압 크기를 추정하며, 상기 추정된 전압의 크기를 이용하여 각 구간의 부하를 추정한다.
이하, 전압 및 구간 부하 추정부(530)의 동작에 대해 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 배전계통의 토폴로지 및 계측정보를 데이터베이스(300)로부터 입력 받고, 구간 부하 중심점 및 구간 종류에 대한 정보를 구간 종류 판단부(520)로부터 입력 받는다.
그런 후, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 위상 측정 장치(400)에서 계측된 전압, 전류의 크기 및 전압-전류 위상차, 현장 데이터 취득 장치에서 계측된 전류 크기 및 전압-전류 위상차, 구간 부하 중심점 및 구간의 종류를 이용하여 선로의 임피던스에 의한 전압강하의 크기를 계산한다. 즉, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 구간의 부하 중심점, n번째 자동화개폐기의 전압 및 전류의 크기, (n+1)번째 자동화개폐기의 전류의 크기를 알고 있으면 (n+1)번째 자동화개폐기의 전압을 추정할 수 있다. 이때, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 아래 수학식 2를 이용하여 선로의 전압 크기(En+1)를 계산할 수 있다.
[수학식 2]
전압 및 구간 부하 추정부(530)는 수학식 2를 통해 순차적으로 전압의 크기를 추정하여 모든 자동화개폐기의 전압의 크기를 추정할 수 있다. 그 중에서 위상 측정 장치(400)가 설치된 지점에서는 전압의 추정치와 전압의 계측치를 통해 추정 오차를 알 수 있다. 이를 이용하면 2대의 위상 측정 장치(400)가 설치된 지점 사이의 각 구간의 부하 중심점을 이동시킴으로써 전압 추정오차를 줄일 수 있다.
각 구간의 부하 중심점은 보정값(a)을 각 구간의 부하 중심점에 반영함으로써 보정할 수 있다. 보정값(a)을 고려하기 위해서는 전압을 산출하기 위한 수학식을 부하 우세 구간과 발전원 우세 구간으로 구분할 필요가 있다. 예컨대, 도 7의 (a)와 같이 부하 우세 구간에서 
및 
의 크기가 일정할 때 구간의 부하 중심점이 왼쪽으로 이동하게 되면 
의 크기가 상승한다. 도 7의 (b)와 같이 발전원 우세 구간에서 구간의 부하 중심점이 오른쪽으로 이동하게 되면 
의 크기가 상승한다. 따라서, 부하 우세 구간과 발전원 우세 구간의 보정값(a) 부호가 반대가 되어야 한다. 보정값(a)을 고려한 부하 우세 구간의 전압은 아래 수학식 3을 이용하여 구할 수 있다.
[수학식 3]
또한, 보정값(a)을 고려한 발전원 우세 구간의 전압은 아래 수학식 4를 이용하여 산출할 수 있다.
[수학식 4]
따라서, 선로 말단의 전압은 아래 수학식 5를 이용하여 산출할 수 있다.
[수학식 5]
여기서, 
은 자동화개폐기 
과 
사이의 구간 부하 중심점, 
은 자동화개폐기 
의 
, 
는 각 구간의 종류를 의미할 수 있다.
수학식 5는 아래 수학식 6과 같이 전개될 수 있다.
[수학식 6]
수학식 6을 다시 보정값(a)에 대해서 정리하면, 아래 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
수학식 7을 보정값(a)을 산출하는 식으로 정리하면, 아래 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 8]
전압 및 구간 부하 추정부(530)는 수학식 8을 이용하여 부하 우세 구간과 발전원 우세 구간을 고려하여 보정값(a)을 산출할 수 있다.
전압 및 구간 부하 추정부(530)는 수학식 8을 이용하여 구한 보정값(a)을 각 구간 부하 중심점에 반영하여 각 구간의 부하 중심점을 이동시킨다. 이때, 구간 부하 중심점의 범위는 0~1 사이에 있어야 한다. 따라서, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 보정값(a)을 통해 구간 부하 중심점을 보정한 후, 보정된 각 구간의 부하 중심점이 기 설정된 범위 내에 있는지 확인하고, 그 확인결과에 따라 보정값(a)을 다시 산출한다. 이때, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 0보다 낮은 구간 부하 중심점을 가지는 구간은 부하 중심점을 0으로, 1보다 큰 구간 부하 중심점을 갖는 구간은 1로 부하 중심점을 고정하고, 수학식 6 내지 수학식 8을 통해 다시 보정값(a)을 구한 후, 부하 중심점을 고정한 구간을 제외하고 각 구간에 다시 구한 보정값(a)을 반영하여 각 구간의 부하 중심점을 보정한다. 그런 후, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 보정된 부하 중심점을 수학식 3 및 수학식 4에 적용하여 자동화 개폐기의 전압 크기를 다시 추정한다.
전압 및 구간 부하 추정부(530)는 도 8과 같이 분기선이 존재하는 경우 분기선이 분기되기 직전 자동화개폐기의 전압 추정값을 기준으로 분기선로 내 자동화개폐기의 전압 크기를 추정한다. 이때, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 분기선에 위상 측정 장치(400)가 존재하는 경우 수학식 3 내지 수학식 8을 이용하여 자동화 개폐기의 전압 크기를 추정하고, 위상 측정 장치(400) 없이 현장 데이터 취득 장치(100)만 존재하는 경우 수학식 2를 이용하여 전압을 추정한다.
모든 자동화 개폐기의 전압 크기의 추정이 완료되면, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 추정된 전압의 크기를 이용하여 각 구간 부하를 추정한다. 이때, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 직선 구간과 분기선로 구간으로 나누어 부하를 산출할 수 있다.
먼저, 직선구간의 경우, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 구간 양단의 자동화개폐기의 전압, 전류의 크기 및 전압-전류 위상차를 이용하여 각 개폐기에 흐르는 유무효 전력을 산출하고, 각 선로에 흐르는 전류에 의한 유무효 손실을 산출하며, 산출된 유무효 전력과 유무효 손실을 이용하여 직선 구간의 부하를 산출한다.
구체적으로, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 구간 양단의 자동화개폐기단의 전압, 전류의 크기 및 전압-전류 위상차를 이용하여 각 개폐기에 흐르는 유효 전력 및 무효 전력을 산출한다. 이때, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 아래 수학식 9를 이용하여 유효전력을 산출하고, 수학식 10을 이용하여 무효전력을 산출할 수 있다.
[수학식 9]
[수학식 10]
각 자동화개폐기에 흐르는 유효 전력과 무효전력이 산출되면, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 유효전력과 무효전력, 각 선로에 흐르는 전류를 이용하여 유효전력 손실 및 무효전력 손실을 산출한다. 이때, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 아래 수학식 11을 이용하여 유효전력 손실(Ploss)을 산출할 수 있고, 아래 수학식 12를 이용하여 무효전력 손실(Qloss)을 산출할 수 있다.
[수학식 11]
여기서, 
은 n번째 구간의 유효전력 손실, 
은 n번째 구간의 무효전력 손실을 의미할 수 있다.
각 구간의 유효전력 손실과 무효전력 손실이 산출되면, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 자동화 개폐기에 흐르는 유무효전력과 유무효전력 손실을 이용하여 구간의 부하를 산출할 수 있다. 이때, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 아래 수학식 13을 이용하여 각 구간의 유효 부하를 산출할 수 있고, 아래 수학식 14를 이용하여 각 구간의 무효 부하를 산출할 수 있다.
[수학식 13]
여기서, Pload(n)은 n번째 구간의 유효 부하, Qlosd(n)은 n번째 구간의 무효 부하를 의미할 수 있다.
만약 구간이 발전 우세 구간이라도 각 개폐기에 흐르는 유무효 전력을 구할 때 전압-전류 위상차가 들어가므로 유효전력이 음수가 나오게 되어 각 구간의 발전량이 구해지게 된다.
다음으로, 분기선 구간의 경우, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 직선 구간을 2개의 구간으로 분리하고, 각 구간의 부하 중심점을 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 크기를 각각 적용하며, 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 값이 나오도록 두 부하의 크기를 산출한다.
예를 들어, 분기선의 구간 부하는 도 9와 같이 구성될 수 있다. 분기선의 구간 부하 위치는 총 2곳에 위치해 있다. 각 자동화개폐기를 통해 흐르는 유무효 전력, 구간 부하 중심점 및 구간의 부하는 직선경로 해석방법을 통해 이미 알고 있는 값이므로, 각 부하의 위치 및 크기만 구하면 된다. 이에, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 직선구간을 2개의 구간으로 분리하고, 각 구간의 부하 중심점을 분리되기 전 직선구간의 부하 중심점과 같은 크기를 각각 적용한다. 그런 후, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 분리되기 전 직선구간의 부하 중심점과 같은 값이 나오도록 두 부하의 크기를 계산한다. 이때, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 아래 수학식 15와 수학식 16을 이용한 연립방정식을 이용하여 두 부하의 크기를 계산할 수 있다.
[수학식 15]
수학식 15 및 수학식 16에서 
,
를 제외한 값들은 모두 알고 있는 값이므로 연립방정식을 풀면 
,
를 각각 구할 수 있다.
각 구간의 부하와 부하 중심점이 구해지면, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 각 구간의 부하와 부하 중심점을 이용하여 버스 데이터와 선로 데이터로 변환한다. 즉, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 구간 부하 중심점을 이용하여 선로를 분할하고 기존 자동화개폐기만 있는 계통에서 축약된 부하를 선로의 분할된 지점에 배치하여 처리한다. 버스데이터와 선로데이터로 변환된 결과는 도 10과 같은 형태일 수 있고, 데이터베이스(300)에 저장된다.
상술한 바와 같이 구성된 전압 및 구간 부하 추정장치(500)는 부하 변동으로 인한 부하 중심점의 변동을 고려하기 위해, 위상 측정 장치(400)의 전압 측정치를 이용하여 구간 부하 중심점을 보정한 후, 전압 및 구간 부하를 추정한다. 실제 배전계통의 부하 중심점은 고정되어 있는 것이 아니라, 부하 변동에 따라 계속해서 변하게 된다. 이러한 부하 중심점의 변동을 고려하기 위해, 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)는 현장 데이터 취득 장치(100)의 계측정보를 이용하여 전압을 추정하고, 위상 측정 장치(400)가 설치된 지점의 전압 추정치와 위상 측정 장치(400)에서 계측된 전압 계측치를 이용하여 구간의 부하 중심점 보정치를 구하여 구간 부하 중심점을 이동시킨 후, 이동된 부하 중심점을 이용하여 자동화개폐기의 전압을 다시 추정하고 부하를 추정한다.
또한, 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)는 분산전원에 의한 조류 변동을 고려하기 위해 구간을 부하 우세 구간 및 발전원 우세 구간으로 나누고, 각 구간의 종류에 맞는 전압 추정 수학식을 이용하여 전압 및 구간 부하를 추정한다. 용량이 큰 분산전원이 배전계통 내에 존재하는 경우 역조류가 흐르게 된다. 전압의 크기를 고려한 추정방식에서는 전류의 방향을 알 수 없어 분산전원에 대한 영향을 제대로 고려하지 못하여 추정오차가 커지게 된다. 이에, 본 발명은 용량이 큰 PV에 계측장치를 배치하여 PV의 출력 측정치를 통해 구간의 전력 공급원으로 반영함으로써 구간 부하 및 전압크기 추정에 역조류 현상을 고려할 수 있다.
또한, 전압 및 구간 부하 추정장치(500)는 분기선로에 대한 영향을 고려하기 위해 메인피더의 전압 추정치를 기반으로 전압 추정 및 분기선 구간의 부하 분배를 수행한다. 즉, 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)는 분기선로에 위상 측정 장치(400)가 있는 경우와 위상 측정 장치(400)가 없고 현장 데이터 취득 장치(100)만 있는 경우에 대해 각각의 구간 부하와 전압을 추정한다. 위상 측정 장치(400)가 설치되어 있는 경우에는 주선로의 경우와 같이 구간의 부하 중심점을 이동시키는 방법을 통해 구간의 부하 및 전압의 크기를 추정하고, 현장 데이터 취득 장치(100)만 있는 구간의 경우에는 분기되기 전 자동화 개폐기의 전압 추정치를 기준으로 RTU의 전류 크기 측정치를 이용한 구간 부하 및 전압 크기를 추정한다.
상기와 같이 구성된 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)를 통해 부하의 변동으로 구간 부하 중심점이 변동하더라도 이에 맞춰 전압 및 구간 부하를 추정할 수 있고, 분기선로나 분산전원이 있더라도 이에 맞는 추정방법을 통해 추정 오차를 줄일 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)는 계통의 상태정보 및 현장 데이터 취득 장치(100)와 위상 측정 장치(400)를 통해 계측된 계측정보를 수신한다(S1110). 여기서, 계통의 상태정보는 개폐기의 투입/개방 데이터, 노드의 연결 관계, 계통 내 설비용량 및 계약전력에 대한 정보를 포함할 수 있다.
단계 S1110이 수행되면, 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)는 개폐기의 투개방 정보를 이용하여 자동화 개폐기를 기준으로 각 구간을 분리하도록 토폴로지를 구성하고(S1120), 구성된 토폴로지내 각 구간의 부하 중심점을 산출한다(S1130). 이때, 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)는 구간의 전체 긍장 및 그 구간 내에 위치하는 부하의 크기 및 거리를 이용하여 각 구간의 부하 중심점을 산출할 수 있다.
단계 S1130이 수행되면, 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)는 현장 데이터 취득 장치(100) 및 위상 측정 장치(400)에 의해 측정된 계측정보를 이용하여 각 구간을 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간으로 각 구간의 종류를 판별한다(S1140). 이때, 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)는 전류의 크기와 전압-전류 위상차를 이용하여 각 구간을 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간으로 각 구간의 종류를 판별할 수 있다.
단계 S1140이 수행되면, 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)는 각 구간의 부하 중심점을 보정하여 각 구간의 전압 크기를 추정하고, 그 추정된 전압의 크기를 이용하여 각 구간의 부하를 추정한다(S1150). 전압 및 구간 부하 추정 장치(500)가 각 구간의 전압 및 구간 부하를 추정하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 12를 참조한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 및 구간 부하 추정 방법을 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 배전계통의 토폴로지, 계측정보, 구간 부하 중심점 및 구간 종류에 대한 정보를 입력받는다(S1210).
단계 S1210이 수행되면, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 입력받은 정보를 이용하여 모든 자동화 개폐기의 전압을 추정한다(S1220). 즉, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 상술한 수학식 2를 이용하여 자동화 개폐기의 전압을 추정할 수 있다.
단계 S1220이 수행되면, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 위상 측정 장치(400)가 설치된 지점에서의 전압 추정치와 전압의 계측치를 이용하여 추정 오차를 확인한다(S1230).
단계 S1230에서 추정 오차가 확인되면, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 전압 추정 오차를 줄이기 위해, 각 구간의 부하 중심점을 보정한다(S1240). 즉, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 추정된 자동화개폐기의 전압, 자동화개폐기의 측정 전류의 크기, 구간의 부하 중심점, 구간의 종류, 자동화 개폐기의 전압-전류 위상차 중 적어도 하나를 이용하여 보정값을 산출할 수 있다. 그런 후, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 산출된 보정값을 각 구간 부하 중심점에 반영하여 각 구간의 부하 중심점을 보정할 수 있다.
단계 S1240이 수행되면, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 보정된 각 구간의 부하 중심점이 기 설정된 범위 내에 있는지 확인하여, 구간 부하 중심점의 위배 발생 여부를 판단한다(S1250). 이때, 구간 부하 중심점의 범위는 0~1 사이에 있어야 한다. 따라서, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 보정된 부하 중심점이 0~1 사이에 있는지를 확인한다. 부하 중심점이 0~1 사이에 존재하지 않으면, 구간 부하 중심점의 위배가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
단계 S1250의 판단결과, 구간 부하 중심점의 위배가 발생하지 않으면, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 보정된 부하 중심점을 적용하여 자동화개폐기의 전압 크기를 재추정한다(S1260). 이때, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 해당 구간이 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간인지를 고려하여 자동화개폐기의 전압을 재추정할 수 있다.
단계 S1260이 수행되면, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 분기선이 존재하는지를 판단한다(S1270).
단계 S1270의 판단결과, 분기선이 존재하면, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 분기선이 분기되기 직전 자동화개폐기의 전압 추정값을 기준으로 분기선로 내 자동화개폐기의 전압 크기를 추정한다(S1280).
단계 S1280으로 모든 자동화개폐기의 전압 크기의 추정이 완료되면, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 추정된 전압 크기를 이용하여 각 구간 부하를 추정한다(S1290). 이때, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 직선 구간과 분기선 구간으로 나누어 부하를 산출할 수 있다. 즉, 직선 구간의 경우, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 구간 양단의 자동화개폐기의 전압, 전류 크기 및 전압-전류 위상차를 이용하여 각 자동화개폐기에 흐르는 유효 전력 및 무효 전력을 산출하고, 각 선로에 흐르는 전류에 의한 유효 손실 및 무효 손실을 산출하며, 상기 유효전력, 무효전력, 유효 손실 및 무효 손실을 이용하여 직선 구간의 부하를 산출할 수 있다. 또한, 분기선로 구간의 경우, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 직선 구간을 2개의 구간으로 분리하고, 각 구간의 부하 중심점을 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 크기를 각각 적용하며, 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 값이 나오도록 두 부하의 크기를 산출할 수 있다.
만약, 단계 S1250의 판단결과, 구간 부하 중심점의 위배가 발생하면, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 구간 부하 중심점 위배 구간을 처리하고(S1300), 단계 S1240을 수행한다. 즉, 구간 부하 중심점의 위배가 발생하면, 전압 및 구간 부하 추정부(530)는 '0'보다 낮은 구간 부하 중심점을 가지는 구간은 부하 중심점을 0으로, 1보다 큰 구간 부하 중심점을 갖는 구간은 1로 부하 중심점을 고정한 후, 상기 보정값을 다시 산출하고, 부하 중심점을 고정한 구간을 제외한 각 구간에 상기 다시 산출된 보정값을 반영하여 각 구간의 부하 중심점을 보정할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 전압 및 구간 부하 추정 장치 및 방법의 효과를 입증하기 위해 테스트 계통을 시뮬레이션하여 본 발명의 추정결과와 종래 방식의 추정결과를 비교하여 설명하기로 한다.
먼저, 직선경로의 전압 및 구간 부하 추정 결과에 대해 설명하기로 한다. 종래 방식의 추정결과와 본 발명의 추정결과를 비교검증하기 위해 MATLAB Simulink에서 시뮬레이션을 수행하고 각 추정방식의 비교를 수행하였다. 테스트 계통1은 도 13과 같이 구성하고, 테스트 계통1의 선로 임피던스는 ACSR 
로 구성하였으며, 각 구간의 길이는 3km로 설정하고 전체 부하의 크기는 8MW로 설정하였다. PMU는 변전소 인출단(1번)과 선로 말단(11번)에 설치하였고, RTU는 각 스위치에 설치되었다.
표 1은 부하 중심점의 변동이 없는 경우 시뮬레이션을 진행한 전압 추정 결과를 나타내고, 표 2는 부하 중심점의 변동이 없는 경우 시뮬레이션을 진행한 부하 추정 결과를 나타낸다.
표 1 및 표 2를 참조하면, 직선경로의 배전선로에서 부하만 존재하는 경우 기존 방식보다 최대 오차 및 평균오차가 줄어드는 것은 확인할 수 있다.
표 3은 부하 중심점의 변동이 있는 경우 시뮬레이션을 진행한 전압 추정 결과를 나타내고, 표 2는 부하 중심점의 변동이 있는 경우 시뮬레이션을 진행한 부하 추정 결과를 나타낸다.
표 3 및 표 4를 참조하면, 기존 방식은 구간중심점 변동에 대응할 방법이 없어 오차가 크게 증가 했으나 본 방식(제안한 방식)은 구간 부하 중심점의 보정을 통해 오차의 증가폭이 기존방식에 비해 크게 낮은 것을 확인할 수 있다.
다음으로, PV 및 분기선이 있는 계통의 전압 및 구간 부하 추정 결과에 대해 설명하기로 한다.
기존 방식의 경우 배전계통 내에 분산전원이나 분기선을 고려하지 않았다. 본 발명에서는 배전계통 내 분산전원과 분기선의 영향을 반영할 수 있는 전압 및 구간 부하 추정기법을 제안하여 추정 정확도를 분석하였다. 테스트 계통2는 도 14와 같이 구성하고, 테스트 계통2의 선로 임피던스는 ACSR 
로 구성하였으며 각 구간의 길이는 3km로 설정하고 전체 부하의 크기는 2MW로 설정하였고 PV는 각 2MW씩 전체 6MW로 설정하였다. PMU는 변전소 인출단(1번)과 선로 말단(11번,17번)에 설치하였고 RTU는 각 스위치에 설치되었다.
표 5는 전압 추정 결과를 나타내고, 표 6은 부하추정의 결과를 나타낸다.
표 6에서 부하가 음의 값을 가지는 구간은 발전원 우세 구간을 뜻한다. 시뮬레이션 결과 분산전원과 분기선로가 있는 배전계통에서도 직선구간의 계통과 유사한 수준의 추정 정확도를 보임을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 시스템 및 방법은, 부하 변동으로 인한 부하 중심점의 변동, 분산전원의 영향 및 분기선로에 대한 영향을 고려하여 전압 및 구간 부하를 추정함으로써, 부하의 변동으로 구간 부하 중심점이 변동하더라도 이에 맞춰 전압 및 구간 부하를 추정할 수 있고, 분기선로나 분산전원이 있더라도 이에 맞는 추정방법을 통해 추정 오차를 줄일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 현장 데이터 취득 장치
200 : 전단 처리 장치
300 : 데이터베이스
400 : 위상 측정 장치
500 : 전압 및 구간 부하 추정 장치
510 : 토폴로지 추정부
520 : 구간 종류 판단부
530 : 전압 및 구간 부하 추정부
200 : 전단 처리 장치
300 : 데이터베이스
400 : 위상 측정 장치
500 : 전압 및 구간 부하 추정 장치
510 : 토폴로지 추정부
520 : 구간 종류 판단부
530 : 전압 및 구간 부하 추정부
Claims (23)
- 계통의 상태정보에 기초하여 상기 계통의 토폴로지를 추정하고, 상기 토폴로지에서 각 구간의 부하 중심점을 산출하는 토폴로지 추정부;
현장 데이터 취득 장치에 의해 측정된 제1 계측정보 또는 위상 측정 장치에 의해 측정된 제2 계측정보를 이용하여 각 구간의 종류를 판별하는 구간 종류 판단부; 및
상기 제1 계측정보를 이용하여 추정된 자동화개폐기의 전압과 상기 제2 계측정보의 전압을 이용하여 각 구간의 부하 중심점의 보정값을 산출하고, 상기 산출된 보정값을 적용하여 각 구간의 부하 중심점을 보정하며, 상기 보정된 각 구간의 부하 중심점을 이용하여 상기 자동화개폐기의 전압을 재추정하며, 상기 재추정된 전압을 이용하여 각 구간의 부하를 추정하는 전압 및 구간 부하 추정부
를 포함하는 전압 및 구간 부하 추정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 계통의 상태정보는, 개폐기의 투입/개방 데이터, 노드의 연결 관계, 계통 내 설비용량 및 계약전력에 대한 정보를 포함하고,
상기 제1 계측정보는 현장 데이터 취득 장치에 의해 측정된 전류 크기 및 전압-전류 위상차를 포함하며,
상기 제2 계측정보는 상기 위상 측정 장치에 의해 측정된 전압, 전류의 크기 및 전압-전류 위상차를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 토폴로지 추정부는,
상기 개폐기의 투입/개방 정보를 이용하여 자동화개폐기를 기준으로 각 구간을 분리하도록 토폴로지를 구성하고, 상기 토폴로지내 각 구간의 전체 긍장, 해당 구간에 위치하는 부하의 크기 및 거리를 이용하여 각 구간의 부하 중심점을 산출하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 구간 종류 판단부는,
상기 전류 크기 및 전압-전류 위상차를 이용하여 각 구간을 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간으로 판별하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 구간 종류 판단부는,
구간 양단의 전류 방향이 같은 경우에는, 전류 방향을 기준으로 송전단의 전류가 수전단의 전류보다 큰 경우를 부하 우세 구간으로 판별하고, 송전단의 전류가 수전단의 전류보다 작은 경우를 발전원 우세 구간으로 판별하며,
구간 양단의 전류 방향이 다른 경우에는, 양단의 전류 방향이 구간 안쪽을 향하고 있는 경우를 부하 우세 구간으로 판별하고, 양단의 전류 방향이 구간 바깥쪽으로 향하고 있는 경우를 발전원 우세 구간으로 판별하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 구간 종류 판단부는,
구간 내 분기선이 존재하는 경우, 분기선 내에 자동화개폐기가 존재하면 분기선 구간으로 처리하고, 자동화개폐기가 존재하지 않으면 부하로 처리하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 전압 및 구간 부하 추정부는,
상기 계통의 토폴로지, 제1 계측정보, 제2 계측정보, 구간 부하 중심점 및 구간 종류 중 적어도 하나를 입력받아 자동화개폐기의 전압을 추정하고, 상기 추정된 자동화개폐기의 전압과 상기 제2 계측정보의 전압을 통해 추정 오차가 확인되면, 상기 추정된 자동화개폐기의 전압, 해당 자동화 개폐기의 전류의 크기, 구간의 부하 중심점, 구간의 종류, 해당 자동화 개폐기의 전압-전류 위상차 중 적어도 하나를 이용하여 상기 보정값을 산출하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 전압 및 구간 부하 추정부는,
상기 산출된 보정값을 해당 구간의 부하 중심점에 반영하여 상기 구간의 부하 중심점을 보정하고, 상기 보정된 부하 중심점이 기 설정된 범위 내에 있는지 판단하여, 상기 범위 내에 있는 경우 상기 보정된 부하 중심점을 적용하여 상기 자동화 개폐기의 전압을 재추정하고, 상기 범위 내에 있지 않은 경우 상기 보정값을 재산출하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 전압 및 구간 부하 추정부는,
상기 보정된 부하 중심점이 상기 범위 내에 있지 않은 경우, 0보다 낮은 구간 부하 중심점을 가지는 구간은 부하 중심점을 0으로, 1보다 큰 구간 부하 중심점을 갖는 구간은 1로 부하 중심점을 고정한 후, 상기 보정값을 재산출하고, 상기 부하 중심점을 고정한 구간을 제외한 각 구간에 상기 재산출된 보정값을 반영하여 각 구간의 부하 중심점을 보정하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 전압 및 구간 부하 추정부는,
상기 보정된 부하 중심점이 상기 범위 내에 있는 경우, 해당 구간이 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간인지를 고려하여 상기 자동화개폐기의 전압을 재추정하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 전압 및 구간 부하 추정부는,
분기선이 존재하는 경우, 해당 분기선이 분기되기 직전 자동화개폐기의 전압 추정값을 기준으로 분기선로 내 자동화개폐기의 전압을 재추정하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 전압 및 구간 부하 추정부는,
직선 구간의 경우, 구간 양단의 자동화개폐기의 전압, 전류 크기 및 전압-전류 위상차를 이용하여 각 자동화개폐기에 흐르는 유효 전력 및 무효 전력을 산출하고, 각 선로에 흐르는 전류에 의한 유효 손실 및 무효 손실을 산출하며, 상기 유효전력, 무효전력, 유효 손실 및 무효 손실을 이용하여 직선 구간의 부하를 산출하고,
분기선로 구간의 경우, 직선 구간을 2개의 구간으로 분리하고, 각 구간의 부하 중심점을 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 크기를 각각 적용하며, 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 값이 나오도록 두 부하의 크기를 산출하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 장치.
- 자동화개폐기에 설치되어, 상기 자동화개폐기와 인접한 노드의 전압과 전류의 크기 및 전압-전류 위상차 중 적어도 하나를 포함하는 제1계측정보를 측정하는 현장 데이터 취득 장치;
변전소 인출단 및 선로말단에 설치되어, 상기 자동화개폐기와 인접한 노드의 전압과 전류의 크기, 및 전압-전류 위상차 중 적어도 하나를 포함하는 제2계측정보를 측정하는 위상 측정 장치;
상기 현장 데이터 취득 장치에서 측정된 제1계측정보, 위상 측정 장치에서 측정된 제2계측정보 및 계통의 상태정보가 저장된 데이터베이스; 및
상기 데이터베이스로부터 계통의 상태정보, 제1계측정보 및 제2계측정보를 수집하고, 상기 계통의 상태정보에 기초하여 상기 계통의 토폴로지를 추정하며, 상기 토폴로지에서 각 구간의 부하 중심점을 산출하고, 상기 제1계측정보 또는 제2계측정보를 이용하여 각 구간의 종류를 판별하며, 상기 제1 계측정보를 이용하여 추정된 자동화개폐기의 전압과 제2계측정보의 전압을 이용하여 각 구간의 부하 중심점의 보정값을 산출하고, 상기 산출된 보정값을 적용하여 각 구간의 부하 중심점을 보정하며, 상기 보정된 각 구간의 부하 중심점을 이용하여 상기 자동화개폐기의 전압을 재추정하며, 상기 재추정된 전압을 이용하여 각 구간의 부하를 추정하는 전압 및 구간 부하 추정 장치
를 포함하는 전압 및 구간 부하 추정 시스템.
- 제13항에 있어서,
상기 전압 및 구간 부하 추정 장치는,
상기 계통의 상태정보내 개폐기의 투입/개방 데이터를 이용하여 자동화개폐기를 기준으로 각 구간을 분리하도록 토폴로지를 구성하고, 상기 토폴로지내 각 구간의 전체 긍장, 해당 구간에 위치하는 부하의 크기 및 거리를 이용하여 각 구간의 부하 중심점을 산출하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 시스템.
- 제13항에 있어서,
상기 전압 및 구간 부하 추정 장치는,
상기 전류 크기 및 전압-전류 위상차를 이용하여 각 구간을 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간으로 판별하되,
구간 양단의 전류 방향이 같은 경우에는, 전류 방향을 기준으로 송전단의 전류가 수전단의 전류보다 큰 경우를 부하 우세 구간으로 판별하고, 송전단의 전류가 수전단의 전류보다 작은 경우를 발전원 우세 구간으로 판별하며,
구간 양단의 전류 방향이 다른 경우에는, 양단의 전류 방향이 구간 안쪽을 향하고 있는 경우를 부하 우세 구간으로 판별하고, 양단의 전류 방향이 구간 바깥쪽으로 향하고 있는 경우를 발전원 우세 구간으로 판별하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 시스템.
- 제13항에 있어서,
상기 전압 및 구간 부하 추정 장치는,
상기 산출된 보정값을 해당 구간의 부하 중심점에 반영하여 상기 구간의 부하 중심점을 보정하고, 상기 보정된 부하 중심점이 기 설정된 범위 내에 있는지 판단하여, 상기 범위 내에 있는 경우 상기 보정된 부하 중심점을 적용하여 상기 자동화 개폐기의 전압을 재추정하고, 상기 범위 내에 있지 않은 경우 상기 보정값을 재산출하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 시스템.
- 제13항에 있어서,
상기 전압 및 구간 부하 추정 장치는,
직선 구간의 경우, 구간 양단의 자동화개폐기의 전압, 전류 크기 및 전압-전류 위상차를 이용하여 각 자동화개폐기에 흐르는 유효 전력 및 무효 전력을 산출하고, 각 선로에 흐르는 전류에 의한 유효 손실 및 무효 손실을 산출하며, 상기 유효전력, 무효전력, 유효 손실 및 무효 손실을 이용하여 직선 구간의 부하를 산출하고,
분기선로 구간의 경우, 직선 구간을 2개의 구간으로 분리하고, 각 구간의 부하 중심점을 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 크기를 각각 적용하며, 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 값이 나오도록 두 부하의 크기를 산출하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 시스템.
- 토폴로지 추정부가 계통의 상태정보에 기초하여 상기 계통의 토폴로지를 추정하고, 상기 토폴로지에서 각 구간의 부하 중심점을 산출하는 단계;
구간 종류 판단부가 현장 데이터 취득 장치에 의해 측정된 제1 계측정보 및 위상 측정 장치에 의해 측정된 제2 계측정보를 이용하여 각 구간의 종류를 판별하는 단계;
전압 및 구간 부하 추정부가 상기 제1 계측정보를 이용하여 추정된 자동화개폐기의 전압과 상기 제2 계측정보의 전압을 이용하여 각 구간의 부하 중심점의 보정값을 산출하고, 상기 산출된 보정값을 적용하여 각 구간의 부하 중심점을 보정하며, 상기 보정된 각 구간의 부하 중심점을 이용하여 상기 자동화개폐기의 전압을 재추정하는 단계; 및
상기 전압 및 구간 부하 추정부가 상기 재추정된 전압을 이용하여 각 구간의 부하를 추정하는 단계
를 포함하는 전압 및 구간 부하 추정 방법.
- 제18항에 있어서,
상기 각 구간의 부하 중심점을 산출하는 단계에서,
상기 토폴로지 추정부는, 상기 계통의 상태정보내 개폐기의 투입/개방 정보를 이용하여 자동화개폐기를 기준으로 각 구간을 분리하도록 토폴로지를 구성하고, 상기 토폴로지내 각 구간의 전체 긍장, 해당 구간에 위치하는 부하의 크기 및 거리를 이용하여 각 구간의 부하 중심점을 산출하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 방법.
- 제18항에 있어서,
상기 각 구간의 종류를 판별하는 단계에서,
상기 구간 종류 판단부는, 상기 제1계측정보 또는 제2계측정보의 전류 크기 및 전압-전류 위상차를 이용하여 각 구간을 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간으로 판별하되,
구간 양단의 전류 방향이 같은 경우에는, 전류 방향을 기준으로 송전단의 전류가 수전단의 전류보다 큰 경우를 부하 우세 구간으로 판별하고, 송전단의 전류가 수전단의 전류보다 작은 경우를 발전원 우세 구간으로 판별하며,
구간 양단의 전류 방향이 다른 경우에는, 양단의 전류 방향이 구간 안쪽을 향하고 있는 경우를 부하 우세 구간으로 판별하고, 양단의 전류 방향이 구간 바깥쪽으로 향하고 있는 경우를 발전원 우세 구간으로 판별하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 방법.
- 제18항에 있어서,
상기 자동화개폐기의 전압을 재추정하는 단계는,
상기 전압 및 구간 부하 추정부가 상기 계통의 토폴로지, 제1계측정보, 제2 계측정보, 구간 부하 중심점 및 구간 종류 중 적어도 하나를 입력받아 자동화개폐기의 전압을 추정하는 단계;
상기 전압 및 구간 부하 추정부가 상기 추정된 자동화개폐기의 전압과 상기 제2 계측정보의 전압을 통해 추정 오차를 확인하는 단계;
상기 전압 및 구간 부하 추정부가 추정 오차를 확인하면, 상기 추정된 자동화개폐기의 전압, 해당 자동화 개폐기의 전류의 크기, 구간의 부하 중심점, 구간의 종류, 해당 자동화 개폐기의 전압-전류 위상차 중 적어도 하나를 이용하여 상기 보정값을 산출하는 단계;
상기 전압 및 구간 부하 추정부가 상기 산출된 보정값을 해당 구간의 부하 중심점에 반영하여 상기 구간의 부하 중심점을 보정하는 단계;
상기 전압 및 구간 부하 추정부가 상기 보정된 부하 중심점이 기 설정된 범위 내에 있는지 판단하는 단계; 및
상기 판단결과, 상기 범위 내에 있는 경우 상기 전압 및 구간 부하 추정부가 상기 보정된 부하 중심점을 적용하여 상기 자동화개폐기의 전압을 재추정하고, 상기 범위 내에 있지 않은 경우 상기 보정값을 재산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 방법.
- 제18항에 있어서,
상기 자동화개폐기의 전압을 재추정 시,
상기 전압 및 구간 부하 추정부는 해당 구간이 부하 우세 구간 또는 발전원 우세 구간인지를 고려하여 상기 자동화개폐기의 전압을 재추정하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 방법.
- 제18항에 있어서,
상기 각 구간의 부하를 추정하는 단계에서,
상기 전압 및 구간 부하 추정부는 직선 구간의 경우, 구간 양단의 자동화개폐기의 전압, 전류 크기 및 전압-전류 위상차를 이용하여 각 자동화개폐기에 흐르는 유효 전력 및 무효 전력을 산출하고, 각 선로에 흐르는 전류에 의한 유효 손실 및 무효 손실을 산출하며, 상기 유효전력, 무효전력, 유효 손실 및 무효 손실을 이용하여 직선 구간의 부하를 산출하고,
분기선로 구간의 경우, 직선 구간을 2개의 구간으로 분리하고, 각 구간의 부하 중심점을 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 크기를 각각 적용하며, 분리되기 전 직선 구간의 부하 중심점과 같은 값이 나오도록 두 부하의 크기를 산출하는 것을 특징으로 하는 전압 및 구간 부하 추정 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020190102869A KR102628055B1 (ko) | 2019-08-22 | 2019-08-22 | 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 시스템 및 방법 |
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| KR1020190102869A KR102628055B1 (ko) | 2019-08-22 | 2019-08-22 | 배전계통의 전압 및 구간 부하 추정 시스템 및 방법 |
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|---|---|
| KR20210023128A true KR20210023128A (ko) | 2021-03-04 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230119499A (ko) | 2022-02-07 | 2023-08-16 | 한국전력공사 | 배전선로 순환전력 검토 시스템 및 운용 방법 |
| CN117970036A (zh) * | 2024-03-29 | 2024-05-03 | 杭州欣美成套电器制造有限公司 | 一种配电网电缆设备状态评估方法与系统 |
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-
2019
- 2019-08-22 KR KR1020190102869A patent/KR102628055B1/ko active IP Right Grant
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| KR102628055B1 (ko) | 2024-01-25 |
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