KR20210026373A - Fast dr을 위한 계측 및 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 에 관한 것으로서, 부하(130,230)에 공급되는 전력 및 주파수를 계측하기 위한 전력/주파수 계측 수단(140,240); 상기 전력/주파수 계측 수단(140,240)으로터 전송받은 전력 및 주파수 정보를 이용하여 제어 신호를 발생시키는 콘트롤러(100,200); 및 상기 제어 신호를 받아 부하(130,230)에 공급되는 전력을 조절하는 전력 공급부(310);를 포함하되, 상기 콘트롤러(100,200)는 부하(130,230)에 공급되는 전력의 주파수가 정상 전력 주파수 이하로 떨어질 경우 부하(130,230)에 공급되는 전력을 감소시키는 제어 신호를 전력 공급부(310)에 보내는 것을 특징으로 한다.

Description

FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 {Measurement and Control System for FAST Demand Response}
본 발명은 FAST DR(DEMAND RESPOSE; 수요 응답)을 운용하기 위한 계측 및 제어 시스템에 관한 것으로서, 더 자세하게는 전력 시장에 있어서 수요 반응 자원(전력 수요 부하)의 관리를 자동으로 신속하게 수행할 수 있는 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템에 관한 것이다.
기존 화력 발전의 환경 오염, 그리고 원자력 발전의 안전성 등에 대한 문제 의식이 커지면서, 상대적으로 안전하고 환경 오염 문제로부터 자유로운 풍력, 태양광 및 조력 발전과 같은 신재생 에너지가 대안으로 제시되고 있다. 그렇지만 신재생 에너지는 화력 발전이나 원자력 발전과 비교하여 전력 공급의 변동성이 클 수 밖에 없는데(바람의 세기, 일조량의 변화 등에 의해서 제어될 수 없는 발전량의 변동이 발생할 수 밖에 없음), 신재생 에너지가 현재 추세대로 확대된다면 2030년 경에는 변동성이 최대 18 GW에 이를 것으로 예측되며, 이는 원자력 발전소 18기의 규모에 해당하게 된다. 발전량이 안정적으로 유지되지 못하고 전력망에 변동이 발생하게되면 정상적인 전력망의 주파수(국내기준 59.8Hz ~ 60.2Hz 범위)의 유지가 어렵고 되고, 전력망이 붕괴할 수 있는데 이렇게 되면 정상적인 운전 상태로 회복시키기 위해서는 상당히 긴 시간이 소요된다. 위와 같은 상황을 막기 위해서 전력망의 주파수에 변동이 생길 경우 주파수 추종 운전(Governor Free; GF) 또는 자동발전 제어 운전(Automatic Gneration Control;AGC)를 운용하여 발전량을 제어하게 된다.
그러지만 신재생 에너지의 비중이 높아질 수록 위와 같은 발전량 제어에 한계가 있을 수 밖에 없는 바, 수요 반응 자원의 관리가 필요성이 대두된다. 수요 반응 자원의 관리를 위해서, 2014년도부터 전력 수요 자원 거래 시장이 개설되었다. 전력 수요 자원 거래시장은 크게 전력거래소의 최대 전력 감축 지시를 이행해야 하는 피크 감축 DR(Demand Respose)과 전력 공급 비용 절감을 위해 자발적으로 감축하는 요금 절감 DR로 구분된다. 피크 감축 DR은 의무 감축 이행으로 수요관리 사업자(자원운영)와 전력거래소가 의무 감축 용량을 사전에 계약하고, 전력거래소가 계약용량에 대해 감축지시를 발령하면 수요관리 사업자가 의무적으로 부하 감축하는 방식이다. 요금 절감 DR은 전력거래소의 감축 지시가 없고, 하루 전 전력 시장에서 일반 발전 입찰 가격보다 저렴할 경우 수요자원을 감축하는 방식이다.
즉, 기존의 수요 반응 자원 관리는 전력계통 피크와 발전비용절감 측면에서 운영되고 있다. 그렇지만 전력망의 주파수가 정상적인 주파수 범위를 벗어나게 되는 상황이 감지되었을 때, 전력 수요자에게 응동을 요청하는 기존의 수요 반응 자원 관리 방식으로는 비정상 주파수 범위에 따른 전력망의 조속한 안정화를 달성하는데 한계가 있었다.
등록특허공보 제10-1703296호 (공고일: 2017.02.06.) 등록특허공보 제10-0846396호 (공고일: 2008.07.16.) 공개특허공보 제10-2014-0091951호 (공개일: 2014.07.23.)
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전력 계통의 주파수 변화를 기초로 자동으로 전력 수요를 조절함으로써, 전력 계통의 안정성 높이고자 한다. 특히 종래의 수요 반응 자원과 비교하여 짧은 주기로 자동으로 전력량 및 주파수 데이터를 측정하여 수요 반응에 직접 활용할 수 있는 FAST DR(Demand Response)을 위한 계측 및 제어 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 에 관한 것으로서, 부하(130,230)에 공급되는 전력 및 주파수를 계측하기 위한 전력/주파수 계측 수단(140,240); 상기 전력/주파수 계측 수단(140,240)으로터 전송받은 전력 및 주파수 정보를 이용하여 제어 신호를 발생시키는 콘트롤러(100,200); 및 상기 제어 신호를 받아 부하(130,230)에 공급되는 전력의 크기를 조절하는 전력 제어 수단을 포함하되, 상기 콘트롤러(100,200)는 부하(130,230)에 공급되는 전력의 주파수가 정상 전력 주파수 범위를 벗어날 경우 부하(130,230)에 공급되는 전력을 변화시키는 제어 신호를 전력 제어 수단에 보내는 것을 특징으로 한다.
상기 콘트롤러(100,200)는 계측된 전력의 크기, 주파수, 콘트롤러(100,200)의 작동 상태에 관한 제어 플래그 정보를 수요 관리 사업자 시스템(300)에 전송할 수 있다.
상기 전력 제어 수단은 복수 개의 부하들(130)에 전력을 공급하는데 이용되는 배전용 제어 패널(110)일 수 있으며(불연속 방식), 상기 콘트롤러(100)는 전력 주파수의 저하 정도에 따라 전력 공급을 차단하는 부하의 개수를 산정하여, 해당 개수만큼의 부하에 전력 공급을 차단하는 제어 신호를 상기 배전용 제어 패널(110)로 전송할 수 있다.
더 나아가, 상기 전력 제어 수단은 부하에(230)에 공급되는 전력을 조절하는 인버터일 수 있는데(연속방식), 상기 콘트롤러(200)는 상기 인버터의 출력 주파수 증감량을 정하여, 상기 출력 주파수를 증감하도록 하는 제어 신호를 상기 인버터로 보내는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 전력 제어 수단은 출력전류와 출력전압을 제어하여 부하에(230)에 공급되는 공급전력을 조절하는 부하출력증감장치일 수 있는데(연속방식), 상기 콘트롤러(200)는 상기 부하출력장치의 출력전압과 출력전류의 증감량을 산정하여, 상기 출력 전압과 출력전류를 증감하도록 하는 제어 신호를 상기 부하출력증감장치 보내는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 콘트롤러(100)는 부하에 공급되는 전력의 차단을 10초 이내에 응동하여 30초 이상 유지한 후 복귀 신호를 보내어 부하들(130)에 정상적인 전력 공급을 재개하는 것을 특징으로 한다.
상기 콘트롤러(400)는 중앙 시스템(400)에 의하여 제공된 전력 감축량 정보를 기초로 산출된 제어 신호를 중앙 시스템(400)으로부터 받아 전력 공급부(310)를 통하여 부하에 공급되는 전력을 제어할 수 있는데(AGC 방식), 상기 콘트롤러(100)는 부하에 공급되는 전력의 차단을 30초 이내에 응동하여 30분 이상 유지한 후 복귀 신호를 보내어 부하들(130)에 정상적인 전력 공급을 재개하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 은 부하에 인가되는 전력 주파수를 주기적으로 계측하고, 계측된 전력 주파수에 기초하여 수요 응동(Demnad Respose;전력망에 연결된 부하의 크기를 변동함)을 수행함으로써, 전력 주파수의 비정상적 변동(저하 및 증감) 문제를 신속하게 해결함과 아울러, 전력망이 안정적으로 운용될 수 있도록 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력계통 운용 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 에서, GF 방식의 제어 상태를 도시한 것이다.
도 3은 GF 방식의 불연속 시스템에서의 전력 감축 비율을 도시한 것이다.
도 4는 GF 방식의 연속 시스템에서의 전력 감축 비율을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 에서, AGC 방식의 제어 상태를 도시한 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 의 전체적인 구성을 설명하도록 한다. 본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 의 전체적인 구성을 도시한 것이다. 각 요소들 사이의 라인은 요소들 사이에 신호를 전달하는 경로를 표시한 것으로서, 유선/무선 둘 다 가능함은 통상의 기술자라면 어렵지 않게 이해할 수 있을 것이다. 우선, 각각의 요소들의 기능을 간단하게 살펴보도록 한다. 콘트롤러(100) 또는 MCU(Micro Controller Unit)는 전력/주파수 계측 수단(140)으로부터 부하(130)에 걸리는 전력의 크기 및 주파수 데이터를 전달받아 수요 관리 사업자 서버(300)의 데이터베이스(310)에 저장함과 아울러, 전력 및 주파수 데이터를 기초로 배전용 제어 패널(110) 또는 전력 공급 수단(210)(인버터 또는 부하출력증감장치)에 작동/정지/출력증감 신호를 보내어 부하에 걸리는 전력의 크기를 조절하기 위한 요소이다. 이는 자체 설계된 보드로 제조될 수도 있지만, 라즈베리파이 또는 아두이노와 같은 모듈을 사용하여 구현될 수도 있음을 통상의 기술자라면 어렵지 않게 이해할 수 있을 것이다.
배전용 제어 패널(110)은 콘트롤러(100)에서 보내는 제어 신호를 기초로 배전반에 연결된 다수 개의 부하들 중 일부 또는 전부에 공급되는 전력을 차단하거나, 전력을 공급하도록 제어하는 요소이다(릴레이 모듈 제어 요소). 인버터 또는 부하출력증감장치와 같은 연속형 전력 제어 수단(210)은 콘트롤러(200)에서 보내는 제어 신호를 기초로 출력주파수를 증감하거나(인버터의 경우), 출력전압과 출력전류를 증감시켜서(부하출력증감장치의 경우), 부하들에 공급되는 전력을 제어하는 요소이다. 배전용 제어 패널(110)과 연속형 전력 제어 수단(210)은 모두 부하에 공급되는 전력을 제어하는 요소로서, 이하 이들을 통칭하여 전력 공급부라 칭한다.
전력/주파수 계측 수단(140,240)은 부하에 공급되는 전력의 크기 및 주파수를 측정하기 위한 수단으로서, 일반적으로 신뢰성이 높은 디지털 집합 미터를 사용하게 되며, 자체 개발한 측정기 및 이와 유사한 기능을 가진 제품을 사용할 수 있다. 콘트롤러(100,200)는 전력/주파수 계측 수단(140,240)에 대하여 일정 주기(바람직하게는 2초)로 전력 및 주파수 정보를 요청하게 되고, 전력/주파수 계측 수단(140,240)은 위 요청에 대응하여 전력 및 주파수 정보를 콘트롤러(100)에 제공한다. 통신방식으로는 Modbus RTU RS-485, 또는 이와 유사한 통신프로토콜을 사용할 수 있다.
수요 관리 사업자 시스템(300)은 각종 전력 수요처(공동주택, 산업체, 상업시설, 교육시설, 농업용 설비 등)와 계약을 맺고 필요시 계약을 맺은 전력 수요처에 전력 증감 지시를 내리거나, 감축량 모니터링 등을 업으로 하는 수요 관리 사업자가 운용하는 시스템으로서, 콘트롤러(100)와는 MQTT, HTTP 등의 통신 방식에 의해서 통신을 할 수 있다.
부하(130,230)는 전력망을 통하여 공급된 전력을 소비하는 요소로서, 공동주택, 산업체 설비, 상업 시설, 교육시설, 농업용 설비 등과 같은 다양한 형태의 전력 소비 요소를 포괄한다.
중앙 시스템(400)은 전력거래소 또는 전력회사가 운용하는 시스템으로서, 수요 사업 관리 사업자 시스템(300)으로부터 부하 상태(사용 전력 및 주파수)에 대한 데이터를 전달받음과 동시에, 부하 전력의 감축이 필요한 경우 수요 사업 관리 사업자 시스템에 요청을 하는 요소로서, 중앙 시스템(400)은 수요 사업 관리 사업자 시스템(300)과 MQTT, HTTP 또는 이와 유사한 통신방식에 의해서 통신을 할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 의 작동 방식을 설명하도록 한다. 본 발명에 따른 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 은 중앙 시스템(400)의 개입 없이 콘트롤러(100,200) 자체적으로 비교적 짧은 주기(10초 이내 응동 30초 이상 유지)를 바탕으로 수요 응동을 제어하는 GF(Governor Free) 방식과, 중앙 시스템(400)의 제어에 의하여 비교적 긴 주기(30초 이내 응동 수십분 이상 유지)를 바탕으로 수요 응동을 제어하는 AGC(Automatic Generation Control) 방식으로 운용될 수 있다. 여기서 GF와 AGC는 발전기의 발전량을 제어하는 방식에 관하여 사용되는 용어로서 수요 응동에 적용되는 용어는 아니지만, 메커니즘의 유사성을 기초로 편의를 위하여 GF와 AGC 방식이라는 용어를 수용 응동에 사용하기로 한다.
[GF 방식]
GF 방식은 비교적 짧은 주기(10초 이내 응동 30초 이상 유지, 바람직하게는 30~35초 유지)를 바탕으로 수요 응동을 하게되는데, 수요 관리 사업자 시스템(300) 및 중앙 시스템(400)의 요청/명령 없이 전력/주파수 계측 수단(140,240)으로부터 전달받은 데이터를 기초로 콘트롤러(100,200)가 부하에 공급되는 전력을 제어하게 된다.
우선 도 2에서 NC는 부하의 전력 차단이 불연속적으로 이루어지는 불연속 시스템을, CO는 부하의 전력 차단이 연속적으로 이루어지는 연속 시스템을 도시한 것이다. 연속 시스템(CO)과 불연속 시스템(NC)이 하나씩 수요 관리 사업자 시스템(300)에 연결된 것으로 도시하였지만, 이는 예시적인 것으로 하나의 수요 관리 사업자 시스템(300)에 다수 개의 연속 시스템(CO)과 불연속 시스템(NC)이 연결되어 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 이 구성될 수도 있고, 혹은 불연속 시스템(CO) 또는 연속 시스템(CO)만으로 FAST DC 시스템을 구성할 수 있을 것임은 통상의 기술자라면 어렵지 않게 이해할 수 있을 것이다.
불연속 시스템(NC)은 부하에 공급되는 전력의 차단이 불연속적으로 이루어지는 시스템으로서, 콘트롤러(100)는 배전용 제어 패널(110)에 연결된 복수 개의 부하들(130) 중 일부 또는 전체를 차단하는 방식으로 부하에 공급되는 전력을 조절하게 된다. 반면 연속 시스템(CO)은 부하에 공급되는 전력의 제어가 연속적으로 이루어지는 것으로서, 콘트롤러(200)는 부하(230)에 공급되는 전력의 크기를 조절하는 연속형 전력 제어 수단(210)(인버터 또는 부하출력증감장치)를 제어함으로써 부하에 공급되는 전력을 조절하게 된다.
이하, 설명 과정에서 연속 시스템(CO)과 불연속 시스템(NC)에서 공통적인 작동은 묶어서 설명하도록 한다. 구체적으로, 전력/주파수 계측 수단(130,230)에 의해서 부하(130,230)에 공급되는 전력 및 주파수가 계측되고(H1,G1), 계측된 전력 및 주파수 값은 콘트롤러(100,200)로 전달된다(H2,G2). 이 때, 콘트롤러(100,200)는 일정 시간 단위(예를 들면 2초)로 전력/주파수 계측 수단(130,230)에 데이터를 요청하고, 전력/주파수 계측 수단(130,230)은 위 요청에 대응하여 데이터를 콘트롤러(100,200)로 전송하게 된다. 만일 전력/주파수 계측 수단과 콘트롤러간 Modbus 485 RTU 와 같은 시리얼 통신방식을 사용한다면, 시리얼 통신 특성 상 콘트롤러(100,200)와 전력/주파수 계측 수단(140,240) 사이에 노이즈가 발생하여 통신 끊김이 발생할 수 있으므로, 이를 최소화하기 위하여 복권변압기 설치, 종단 저항 설치, 통신 시그널 접지, 전원 접지 등의 방식을 도입할 수 있다. 콘트롤러(100,200)는 1개의 전력/주파수 계측수단에서 정보를 전달 할 수도 있지만, 다수 개의 전력/ 주파수 계측 수단(140,240)에서도 정보를 전달 할 수 있어야 하므로, 전력/주파수 계측 수단(140,240)을 구분하여 인식할 수 있어야 한다. 그러므로 각각의 전력/주파수 계측 수단(140,240)은 고유 ID를 가지게 된다. 그리고 콘트롤러가 전력 및 주파수 데이터를 받게 된다면, 해당 데이터를 최소한 실수형 소수점 2자리까지 인식할 수 있어야하며, 10진수로 인식 및 변환 할 수 있어야한다. 더 나아가, 콘트롤러(100,200)는 RTC(Real Time Clock) 모듈과 같은 시간 인지 및 동기 모듈을 탑재하여 계측된 시간을 파악할 수 있도록 하는 것이 좋다.
주파수가 정상 범위(60Hz 부근) 내에 있을 때에는 콘트롤러(100,200)는 아무런 제어 신호를 발생하지 아니하지만, 전력 및 주파수가 정상 범위를 벗어났다고 판단되었을 경우에는 콘트롤러(100,200)는 부하의 공급되는 전력을 조절하기 위한 제어 신호를 전력 공급부(310)로 보내게 된다(H3,G3). 여기서 전력 공급부(310)는 배전용 제어 패널(110) 또는 전력 공급 수단(210)(인버터 또는 부하출력증감장치)를 포괄하는 의미로 사용된다.
- 불연속 시스템(NC)-
불연속 시스템(NC)에 있어서 콘트롤러(100)는 전력 주파수 데이터를 기초로 부하에 공급되는 전력을 감축하게 된다. 도 3에 도시된 것과 같이, 전력 주파수 대비 감축 비율이 미리 설정되어 테이블화되어 있고, 전력/주파수 계측 수단(140)으로부터 받은 주파수 데이터를 기초로 감축 비율을 산정하게 된다. 예를 들면, 전력 주파수가 59.9까지 떨어졌을 경우에는 주파수 회복을 위하여 부하에 공급되는 전력의 감축 비율은 62%가 되어야 하고, 복수 개의 부하들(130) 중에서 일부 또는 전체에 공급되는 전력을 차단 또는 가동하거나 출력을 증감하게 된다. 각각의 부하들(130)에 공급되는 전력의 차단은 ON/OFF 형태로 이루어지므로, 도 3(b)에 도시된 것과 같이, 주파수 변화율에 따른 감축 비율은 계단 형태로 불연속적으로 결정된다. 콘트롤러(100) 내에서 연산에 의하여 전력 감축 비율이 결정되며, 배전용 제어 패널(110)에 신호를 보내어(H3) 릴레이 모듈을 작동시켜 해당 전력 감축 비율을 달성할 수 있는 개수 만큼의 부하(130)에 공급되는 전력을 차단하게 된다(H4). 도 3에 도시된 표 또는 도표의 특성에 맞추기 위해서는 부하(130)를 구성하는 설비의 정격 용량 및 감축 가능량이 미리 파악되어 있어야 한다. 릴레이 모듈의 부하 차단 동작 방법은 단발성(약 1초) 동작과 연속성 동작(차단 시점이 끝날 때가지 계속해서 동작)이 있으며, 동작 방법의 선정은 배전용 제어 패널(110)의 구성이나 부하(130)를 구성하는 설비의 특성에 맞추어 선정될 수 있다.
콘트롤러(100)가 제어신호를 발생시킨 후 10초 이내에 부하(130)는 응동하게 되며, 제어 신호에 따라 전력이 30초 이상 차단되게 된다. 특정 부하(130)에 대한 전력 공급이 차단된 후 30초가 지나게 되면 콘트롤러(100)는 배전용 제어 패널(110)에 복귀 신호를 보내에 정상 상태(부하(130)에 정상적인 전력이 공급되는 상태)로 되돌아오게 한다(H5). 릴레이 모듈의 부하 가동 동작 방법은 단발성(약 1초) 동작과 미동작(차단 시점이 끝난 경우 미동작)이 있으며, 동작 방법의 선정은 배전용 제어 패널(110)의 구성이나 부하(130)를 구성하는 설비의 특성에 맞추어 선정될 수 있다.
-연속 시스템(CO)-
연속 시스템(CO)에서는 콘트롤러(200)가 연속형 전력 제어 수단(210)(인버터 또는 부하출력증감장치)의 주파수 출력(인버터) 또는 출력전압 및 전류(부하출력증감장치)를 조절하는 신호를 발생시키고(G3), 전력 공급 수단(210)의 주파수 출력(인버터) 또는 출력전압 및 전류(부하출력증감장치)를 조절하여 부하에 공급되는 전력을 조절하게 된다(G4). 연속 시스템(CO)에서는 도 4의 테이블 및 도표에 도시된 것과 같이 주파수 변화율에 따른 감축 비율은 연속적으로 결정된다는 점에서, 비연속 시스템(NC)과 차이가 있다. 전달받은 전력 주파수 데이터를 이용하여 도 4의 테이블 또는 도표에 상응하는 전력 감축률이 결정될 수 있고, 결정된 전력 감축율을 기초로 인버터(210)의 출력 주파수가 제어된다. 그러므로 전력 공급 수단(210)은 아날로그 입력신호(0-10VDC / 4-20mA 중 하나 이상)를 수신하거나, Modbus RTU 485 같은 통신프로토콜을 이용하여, 주파수를 출력하거나(인버터) 전압 및 전류를 출력하는 기능(부하출력증감장치)이 탑재되어야 한다(이러한 기능은 종래의 대다수의 인버터 및 부하출력증감장치에는 이와 같은 기능이 에 구비되어 있음). 인버터 출력 주파수에 따른 부하(210) 설비의 전력 사용량을 정확하게 제어하기 위해서는 축동력에 대한 상사법칙을 활용해야 한다. 이는 축동력은 회전수 변화의 세제곱에 비례한다는 것으로서, 이를 활용하여 목표 전력에 따른 주파수를 구할 수 있다.
Figure pat00001
다만, 축동력의 최대 주파수 입력 허용범위는 대부분 0-60Hz 이기 때문에, 목표전력량에 따른 인버터 출력 주파수는 음수인 경우 0Hz로, 60Hz가 초과된 경우에는 60Hz로 설정한다. 다만, 최소 및 최대 주파수범위는 설비특성에 따라 달라질 수 있으므로, 이때는 해당설비의 특성에 따라 적용한다.
연속 시스템에 있어서도, 특정 부하(230)에 대한 공급 전력 제어가 이루어진 후 일정시간(예를 들면 30초) 후에는 정상 출력 상태로 되돌아 오도록 인버터와 같은 인버터와 같은 부하출력증감장치(210)와 제어패널 또는 기존 시스템에(예를 들어 PLC)에 복귀 신호를 보내게 된다(G5).
콘트롤러(100,200)는 전력 데이터, 제어 완료 여부, 그리고 컨트롤러가 제어를 실행하고 있는 상태에 있는지 아니면 대기상태에 있는지 여부에 대한 정보(제어 플래그)를 일정 시간 간격(일반적으로 2초)으로 수요 관리 사업자 시스템(300)으로 전송하는데(H6), 수요 관리 시스템(300)은 전송 받은 정보를 데이터베이스(310)에 저장함과 아울러, 중앙 시스템(400)에 전송하게 된다(H7).
위 시스템에 있어서, 도 3에 도시된 것과 같이 복수 개의 부하들 중 일부를 단계적으로 차단 및 투입시키거나, 복수 개의 설비를 일괄적으로 비율에 맞춰 출력을 증감하는 방식으로 부하에 공급되는 전력을 제어할 수 있지만(이하, "UFR 비연계형"이라 칭함), 1개 또는 복수 개의 부하에 공급되는 전력 전체를 특정 주파수(59.7Hz)이하로 떨어지는 시점에서 한꺼번에 차단(모든 부하에 공급되는 전력을 100% 차단)하는 방식으로 전력을 제어할 수 도 있다(이하, "UFR 연계형"이라 칭함). 참고로 UFR(Under Frequency Relay)는 발전기에 과부하가 걸려 주파수가 낮아질 경우 시스템을 멈추는 릴레이로서, 수요 응동이 아닌 전력 공급(발전기)에 적용되는 기술이기는 하지만, 본 발명에서는 수요 응동에 유사한 개념을 적용하게 된다.
[AGC 방식]
GF 방식은 비교적 짧은 주기(10초 이내 응동 30초 이상 유지)를 바탕으로 중앙 시스템(400) 또는 수요관리 사업자 시스템(300)의 지시 없이 제어가 이루어지는 것임에 반하여, AGC(Automatic Generation Control) 방식은 중앙 시스템(400) 또는 수요 관리 사업자 시스템(300)의 제어 신호에 의해서 제어가 이루어진다(30초 이내 응동 수십분 이상 유지).
GF 방식과 중복되는 부분은 제외하고 차이가 있는 부분을 중심으로 설명하도로 한다. 수요 관리 사업자 시스템(300)은 중앙 시스템(400)으로부터 받은 감축 신호 ID(감축신호를 식별가능하도록 하는 정보로서, 중복될 수 없는 고유값임), 요청 ID(중앙 시스템에서 수요관리 사업자 서버로 통신 요청 시 식별가능하도록 하는 정보로서, 중복될 수 없는 고유값임), 지령신호 종류(테스트용 신호와 실제 신호로 나뉘며, 실제 감축 신호인 경우에만 컨트롤러에게 FAST-DR 발령 정보를 전달함. 테스트용 신호인 경우에는 통신 후 데이터를 데이터베이스에 저장), 데이터리스트, 신호 발령 상태(begin과 end 로 나뉨. begin은 중앙 시스템에서 1개의 감축 신호 ID내에서 수요관리사업자 서버로 처음 신호를 발생시킨 경우의 식별 인자. end는 중앙기관 서버에서 1개의 감축 신호 ID 내에서 가지고 수요관리사업자 서버로 마지막 신호를 발생시킨 경우의 식별 인자임), 수요 반응자원 ID(수요반응 자원을 식별가능하도록 하는 정보로서, 중복될 수 없는 고유값임), FAST DR 발령 시간, CBL(Customer Base Line; 감축량 산출의 기초로 삼는 부하, 예를 들면 FAST-DR 발령시점 직전 2초전부터 20초간 평균값), 목표전력량 또는 전력감축량을 받아서(A1), 복수 개의 콘트롤러(100,200)에 분배하기 위한 분배 최적화 계산하여 및 전송을 시행한다(A2,A3). 분배최적화 계산은 CBL과 기준값과의 목표전력량 또는 전력감축량을 가지고, 각 콘트롤러별 최적의 주파수 출력값 또는 출력전압과 전류 및 전력값을 계산하는 것을 의미한다.
즉, AGC 방식에서는 중앙 시스템(400)의 요청에 따라 수요 관리 사업자 시스템(300)에서 복수 개의 콘트롤러(100,200)에 전력 감축량을 할당하고, 각각의 콘트롤러(100,200)는 할당된 감축량을 달성하기 위한 제어 신호를 발생시키게 되는 것이다. 또는 중앙 시스템(400)에서 수요반응 자원에 OFF 하는 시간에 대한 명령(몇분 동안 OFF 시켜라)을 주게 되며 10분 이내, 응동하여 OFF하는 시간 동안 동작하는 대기대체 작동을 할 수 있다. 제어 신호 발생 후 부하에 공급되는 전력이 제어되는 과정은 GF 방식에서 설명한 것과 차이가 없으므로, 추가적인 설명은 생략하도록 한다.
100,200: 콘트롤러 110: 배전용 제어 패널
130,230: 부하 140,240: 전력/주파수 계측 수단
210: 연속형 전력 제어 수단 300: 수요관리 사업자 시스템 400: 중앙 시스템

Claims (8)

  1. FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 에 관한 것으로서,
    부하(130,230)에 공급되는 전력 및 주파수를 계측하기 위한 전력/주파수 계측 수단(140,240);
    상기 전력/주파수 계측 수단(140,240)으로터 전송받은 전력 및 주파수 정보를 이용하여 제어 신호를 발생시키는 콘트롤러(100,200); 및
    상기 제어 신호를 받아 부하(130,230)에 공급되는 전력의 크기를 조절하는 전력 제어 수단;을 포함하되,
    상기 콘트롤러(100,200)는 부하(130,230)에 공급되는 전력의 주파수가 정상 전력 주파수 범위를 벗어날 경우 부하(130,230)에 공급되는 전력을 변화시키는 제어 신호를 전력 제어 수단에 보내는 것을 특징으로 하는 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 .
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 콘트롤러(100,200)는 계측된 전력의 크기, 주파수, 콘트롤러(100,200)의 작동 상태에 관한 제어 플래그 정보를 수요 관리 사업자 시스템(300)에 전송하는 것을 특징으로 하는 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 .
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 전력 제어 수단은 복수 개의 부하들(130)에 전력을 공급하는데 이용되는 배전용 제어 패널(110)이며,
    상기 콘트롤러(100)는 전력 주파수의 저하 정도에 따라 전력 공급을 차단하는 부하의 개수를 산정하여, 해당 개수만큼의 부하에 전력 공급을 차단하는 제어 신호를 상기 배전용 제어 패널(110)로 전송하는 것을 특징으로 하는 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 .
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 전력 제어 수단은 부하에(230)에 공급되는 전력을 조절하는 인버터로서, 상기 콘트롤러(200)는 상기 인버터의 출력 주파수 증감량을 정하여, 상기 출력 주파수를 증감하도록 하는 제어 신호를 상기 인버터로 보내는 것을 특징으로 하는 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 .
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 전력 제어 수단은 부하에(230)에 공급되는 전력을 조절하는 부하출력증감장치로서, 상기 콘트롤러(200)는 상기 부하출력장치의 출력전압과 출력전류의 증감량을 산정하여, 상기 출력 전압과 출력전류를 증감하도록 하는 제어 신호를 상기 부하출력증감장치 보내는 것을 특징으로 하는 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 .
  6. 청구항 3 내지 청구항 5 중 하나의 청구항에 있어서, 상기 콘트롤러(100)는 부하에 공급되는 전력의 차단을 10초 이내에 응동하여 30초 이상 유지한 후 복귀 신호를 보내어 부하들(130)에 정상적인 전력 공급을 재개하는 것을 특징으로 하는 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 .
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 콘트롤러(400)는 중앙 시스템(400)에 의하여 제공된 전력 감축량 정보를 기초로 산출된 제어 신호를 중앙 시스템(400)으로부터 받아 전력 공급부(310)를 통하여 부하에 공급되는 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 .
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 콘트롤러(100)는 부하에 공급되는 전력의 차단을 30초 이내에 응동하여 수십 분 이상 유지한 후 복귀 신호를 보내어 부하들(130)에 정상적인 전력 공급을 재개하는 것을 특징으로 하는 FAST DR을 위한 계측 및 제어 시스템 .


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