KR20220012101A - 분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 장치 및 방법 - Google Patents

분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 장치 및 방법 Download PDF

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박성원
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한국전력공사
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Abstract

본 발명은 분산전원이 도입된 배전선로에서 역조류 발생 시 저압 수용가의 전압이 규정 범위 내에서 유지되도록 배전선로의 전압을 제어하는 분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 분산전원이 도입된 배전선로의 전압을 제어하기 위한 전압 제어 장치는, LDC 파라미터 및 가상 부하중심점 전압을 산정하는 파라미터 산정부와, 부하상태에 따라 변동되는 전압강하를 반영하여 기준 범위를 설정하는 범위 설정부와, 배전선로의 각 지점의 전압 중 가장 큰 크기의 최대전압 및 가장 작은 크기의 최소전압을 산출하는 전압 산출부와, 상기 최대전압 및 상기 최소전압이 상기 기준 범위 이내인지 판단하고, 상기 최대전압 및 상기 최소전압이 상기 기준 범위 이내가 아닌 경우 가상 부하중심점 전원을 조정하기 위한 조정 전압을 결정하고, 결정된 조정 전압을 선로 전압조정장치로 제공하는 조정 전압 결정부를 포함한다.

Description

분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 장치 및 방법{Apparatus and method for voltage control of distribution line in which distributed power is introduced}
본 발명은 분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 분산전원이 도입된 배전선로에서 역조류 발생 시 저압 수용가의 전압이 규정 범위 내에서 유지되도록 배전선로의 전압을 제어하는 분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근에는 신재생 에너지 및 ESS(Energy Storage System)와 같은 분산전원의 보급이 지속적으로 증가하고 있다. 배전선로에 분산전원이 연계되면 기존 단방향의 전력 조류 흐름이 양방향 흐름으로 변화하면서 전압 및 주파수 조정, 전력 품질 등의 문제가 발생한다.
국내의 경우 저압 수용가의 공급전압 범위를 220±6% 내로 규정하고 있다. 분산전원의 도입으로 인한 수용가의 공급전압을 규정 범위 내로 유지하기 위해 배전선로에 선로 전압조정장치(SVR: Step Voltage Regulator)를 설치하여 배전선로의 전압을 조정하고 있다.
선로 전압조정장치는 부하변동에 따라 달라지는 배전선로의 전압 범위를 고려하여 배전선로의 전압을 조정한다. 그러나, 역조류 발생 시에는 저압 수용가의 전압을 규정 범위 내로 제어하지 못하는 문제가 있다.
또한, 선로 전압조정장치를 제어하는 방법으로 많이 이용되는 LDC(Line Drop Compensation) 제어 방법의 경우, 역조류 상황에서 저압 수용가의 전압을 조정함에 있어 배전선로의 부하 변동을 고려하지 않고 있으며, 최대부하에서는 저전압 문제를 일으키게 되는 문제가 있다.
본 발명은 앞에서 설명한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 분산전원이 도입된 배전선로에서 역조류 발생 시 저압 수용가의 전압이 규정 범위 내에서 유지되도록 배전선로의 전압을 제어하는 분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
앞에서 설명한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 분산전원이 도입된 배전선로의 전압을 제어하기 위한 전압 제어 장치는, LDC 파라미터 및 가상 부하중심점 전압을 산정하는 파라미터 산정부와, 부하상태에 따라 변동되는 전압강하를 반영하여 기준 범위를 설정하는 범위 설정부와, 배전선로의 각 지점의 전압 중 가장 큰 크기의 최대전압 및 가장 작은 크기의 최소전압을 산출하는 전압 산출부와, 최대전압 및 상기 최소전압이 기준 범위 이내인지 판단하고, 최대전압 및 최소전압이 기준 범위 이내가 아닌 경우 가상 부하중심점 전원을 조정하기 위한 조정 전압을 결정하고, 결정된 조정 전압을 선로 전압조정장치로 제공하는 조정 전압 결정부를 포함할 수 있다.
또한, 파라미터 산정부는 선로 전압조정장치의 송출전압 및 송출전류, 중부하시의 역률을 이용하여 LDC 파라미터인 저항 및 리액턴스와, 가상 부하중심점 전압을 산정할 수 있다.
또한, 범위 설정부는 주상변압기 내부의 전압강하, 저압선 전압강하 및 수용가 인입선 전압강하를 반영하여 기준 범위의 하한치 및 상한치를 결정하고, 결정된 전압의 하한치 및 상한치를 기초로 기준 범위를 설정할 수 있다.
또한, 전압 산출부는 선로 전압조정장치가 설치되는 지점, 분산전원이 도입되는 지점 및 배전선로의 말단에서의 전압 중 가장 큰 크기의 최대전압 및 가장 작은 크기의 최소전압을 산출할 수 있다.
또한, 조정 전압 결정부는 최소전압과 기준 범위를 비교한 결과, 최소전압이 기준 범위의 하한치를 벗어나는 경우, 가상 부하중심점 전압의 값이 커지도록 조정 전압을 결정할 수 있다.
또한, 조정 전압 결정부는 가상 부하중심점 전압에 기준 범위의 하한치와 최소전압의 차이를 더해준 값을 조정 전압으로 결정할 수 있다.
또한, 조정 전압 결정부는 최대전압과 기준 범위를 비교한 결과, 최대전압이 기준 범위의 상한치를 벗어나는 경우, 가상 부하중심점 전압의 값이 작아지도록 조정 전압을 결정할 수 있다.
또한, 조정 전압 결정부는 가상 부하중심점 전압에 최대전압과 기준 범위의 상한치의 차이를 빼준 값을 조정 전압으로 결정할 수 있다.
앞에서 설명한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 분산전원이 도입된 배전선로의 전압을 제어하기 위한 전압 제어 방법은 LDC 파라미터 및 가상 부하중심점 전압을 산정하는 단계와, 부하상태에 따라 변동되는 전압강하를 반영하여 기준 범위를 설정하는 단계와, 배전선로의 각 지점의 전압 중 가장 큰 크기의 최대전압 및 가장 작은 크기의 최소전압을 산출하는 단계와, 최대전압 및 최소전압이 기준 범위 이내인지 판단하고, 최대전압 및 최소전압이 기준 범위 이내가 아닌 경우 가상 부하중심점 전원을 조정하기 위한 조정 전압을 결정하는 단계와, 결정된 조정 전압을 선로 전압조정장치로 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, LDC 파라미터 및 가상 부하중심점 전압을 산정하는 단계는, 선로 전압조정장치의 송출전압 및 송출전류, 중부하시의 역률을 이용하여 LDC 파라미터인 저항 및 리액턴스와, 가상 부하중심점 전압을 산정할 수 있다.
또한, 기준 범위를 설정하는 단계는, 주상변압기 내부의 전압강하, 저압선 전압강하 및 수용가 인입선 전압강하를 반영하여 기준 범위의 하한치 및 상한치를 결정하고, 결정된 전압의 하한치 및 상한치를 기초로 기준 범위를 설정할 수 있다.
또한, 가장 큰 크기의 최대전압 및 가장 작은 크기의 최소전압을 산출하는 단계는, 전압 산출부는 선로 전압조정장치가 설치되는 지점, 분산전원이 도입되는 지점 및 배전선로의 말단에서의 전압 중 가장 큰 크기의 최대전압 및 가장 작은 크기의 최소전압을 산출할 수 있다.
또한, 조정 전압을 결정하는 단계는, 최소전압과 기준 범위를 비교한 결과, 최소전압이 기준 범위의 하한치를 벗어나는 경우, 가상 부하중심점 전압의 값이 커지도록 조정 전압을 결정할 수 있다.
또한, 조정 전압을 결정하는 단계는, 가상 부하중심점 전압에 기준 범위의 하한치와 최소전압의 차이를 더해준 값을 조정 전압으로 결정할 수 있다.
또한, 조정 전압을 결정하는 단계는, 최대전압과 기준 범위를 비교한 결과, 최대전압이 기준 범위의 상한치를 벗어나는 경우, 가상 부하중심점 전압의 값이 작아지도록 조정 전압을 결정할 수 있다.
또한, 조정 전압을 결정하는 단계는, 가상 부하중심점 전압에 최대전압과 기준 범위의 상한치의 차이를 빼준 값을 조정 전압으로 결정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 장치 및 방법은 분산전원이 도입된 배전선로에서 역조류 발생 시 저압 수용가의 전압이 규정 범위 내에서 유지되도록 배전선로의 전압을 제어할 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 경부하 시 배전선로 중간에 분산전원이 도입된 경우, 배전선로의 전압을 제어한 결과의 예시를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 경부하 시 선로 전압조정장치 측에 분산전원이 도입된 경우, 배전선로의 전압을 제어한 결과의 예시를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 중부하 시 배전선로 중간에 분산전원이 도입된 경우, 배전선로의 전압을 제어한 결과의 예시를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 중부하 시 배전선로의 말단에 분산전원이 도입된 경우, 배전선로의 전압을 제어한 결과의 예시를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 시스템(10)은 분산전원(200), 선로 전압조정장치(300) 및 전압 제어 장치(400)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전압 제어 시스템(10)은 분산전원(200)이 도입된 배전계통의 배전선로(100)의 전압을 조정하기 위한 것일 수 있다. 여기서, 배전선로(100)는 배전계통에 포함되는 일 구성일 수 있다.
선로 전압조정장치(300)는 배전선로(100)에 연계되어 배전선로(100)의 전압을 조정할 수 있고, 전압 제어 장치(400)는 부하상태에 따라 변동되는 전압강하를 반영하여 기준 범위를 설정하고, 배전선로(100)의 각 지점의 전압이 기준 범위를 벗어나지 않도록 전압을 조정하기 위한 조정 전압을 결정할 수 있다.
여기서, 전압 제어 장치(400)는 결정된 조정 전압을 선로 전압조정장치(300)로 제공하고, 선로 전압조정장치(300)는 제공된 조정 전압을 기초로 배전선로(100)의 전압을 조정할 수 있다.
도 1에 따르면, 선로 전압조정장치(300) 및 전압 제어 장치(400)를 별도의 구성으로 기재하였으나, 선로 전압조장치(300) 및 전압 제어 장치(400)는 동일한 구성일 수 있다. 예컨대, 선로 전압조정장치(300)가 부하상태에 따라 변동되는 전압강하를 반영하여 기준 범위를 설정하고, 배전선로(100)의 각 지점의 전압이 기준 범위를 벗어나지 않도록 전압을 조정하기 위한 조정 전압을 결정하고, 결정된 조정 전압을 기초로 배전선로(100)의 전압을 조정할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 장치(400)는 파라미터 산정부(410), 범위 설정부(420), 전압 산출부(430) 및 조정 전압 결정부(440)를 포함할 수 있다.
파라미터 산정부(410)는 선로 전압조정장치(300)의 송출전압(Vout), 송출전류(Iout), 중부하시의 역률(cosθmax)을 이용하여 LDC 파라미터 및 가상 부하중심점 전압(Vset)을 산정할 수 있다.
여기서, 선로 전압조정장치(300)는 탭 동작에 의해 배전선로(100)의 전압을 조정할 수 있다. 이때, 선로 전압조정장치(300)의 탭 조정을 위한 대역폭(Bandwidth)이 작은 값으로 설정될 경우 정확한 전압조정이 가능하나, 빈번한 탭의 동작을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 선로 전압조정장치(300)의 탭 조정을 위한 대역폭은 통상적으로 사용되는 1%로 설정될 수 있다.
파라미터 산정부(410)는 수학식 1을 통해 LDC 파라미터인 저항(R)을 산정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
은 선로 전압조정장치(300)의 최대 송출전압이고,
Figure pat00003
은 선로 전압조정장치(300)의 최소 송출전압이고,
Figure pat00004
는 선로 전압조정장치(300)의 최대 송출전류이고,
Figure pat00005
는 선로 전압조정장치(300)의 최소 송출전류일 수 있다.
또한, 파라미터 산정부(410)는 수학식 2를 통해 LDC 파라미터인 리액턴스(X)를 산정할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00006
Figure pat00007
은 선로 전압조정장치(300)의 최대 송출전압이고,
Figure pat00008
은 선로 전압조정장치(300)의 최소 송출전압이고,
Figure pat00009
는 선로 전압조정장치(300)의 최대 송출전류이고,
Figure pat00010
는 선로 전압조정장치(300)의 최소 송출전류일 수 있다.
또한, 파라미터 산정부(410)는 수학식 3을 통해 가상 부하중심점 전압(Vset)을 산정할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00011
Figure pat00012
은 선로 전압조정장치(300)의 최대 송출전압이고,
Figure pat00013
은 선로 전압조정장치(300)의 최소 송출전압이고,
Figure pat00014
는 선로 전압조정장치(300)의 최대 송출전류이고,
Figure pat00015
는 선로 전압조정장치(300)의 최소 송출전류일 수 있다.
범위 설정부(420)는 부하상태에 따라 변동되는 전압강하를 반영하여 기준 범위의 상한치 및 하한치를 결정할 수 있고, 기준 범위의 상한치 및 하한치 사이의 범위를 기준 범위로 설정할 수 있다.
예컨대, 범위 설정부(420)는 주상변압기 내부의 전압강하(△VPtr.pu), 저압선 전압강하(△Vlow.pu) 및 수용가 인입선 전압강하(△VEnt.pu)를 반영하여 기준 범위의 하한치 및 상한치를 결정할 수 있고, 결정된 전압의 하한치 및 전압의 상한치를 기초로 기준 범위를 설정할 수 있다.
여기서, 기준 범위는 배전선로(100)의 전압을 조정하기 위한 기준이 되는 범위로, 전압 제어 장치(400)는 배전선로(100)의 전압이 기준 범위 내로 유지되도록 가상 부하중심점 전압을 조정할 수 있다. 예컨대, 전압 제어 장치(400)는 배전선로(100)의 전압이 기준 범위의 상한치를 초과하는 경우, 배전선로(100)의 전압을 낮춰 배전선로(100)의 전압이 기준 범위 내로 들어오도록 가상 부하중심점 전압을 조정할 수 있다. 또한, 전압 제어 장치(400)는 배전선로(100)의 전압이 기준 범위의 하한치 미만인 경우, 배전선로(100)의 전압을 높여 배전선로(100)의 전압이 기준 범위 내로 들어오도록 가상 부하중심점 전압을 조정할 수 있다.
전압 산출부(430)는 선로 전압조정장치(300)가 설치되는 지점의 제1전압, 분산전원(200)이 도입되는 지점의 제2전압 및 배전선로(100) 말단의 제3전압을 기초로 최대전압 및 최소전압을 산출할 수 있다.
예컨대, 전압 산출부(430)는 제1전압, 제2전압 및 제3전압을 비교하여 가장 작은 크기의 전압을 최소전압으로 산출하고, 가장 큰 크기의 전압을 최대전압으로 산출할 수 있다.
또한, 전압 산출부(430)는 선로 전압조정장치(300)가 설치되는 지점, 분산전원(200)이 도입되는 지점 및 배전선로(100)의 말단에서의 전압 중 가장 작은 크기의 전압 및 가장 큰 크기의 전압을 각각 선정할 수 있다. 전압 산출부(430)는 각 지점에서 선정된 가장 작은 크기의 전압들을 비교하여 그 중 가장 작은 크기의 전압을 최소전압으로 산출할 수 있다. 또한, 전압 산출부(430)는 각 지점에서 선정된 가장 큰 크기의 전압들을 비교하여 그 중 가장 큰 크기의 전압을 최대전압으로 산출할 수 있다.
조정 전압 결정부(440)는 최대전압 및 최소전압을 기준 범위와 비교하고, 비교 결과, 최대전압 및 최소전압이 기준 범위를 벗어나는 경우 최대전압 및 최소전압이 기준 범위 내로 들어오도록 하는 조정 전압을 결정할 수 있다.
조정 전압 결정부(440)는 최소전압과 기준 범위를 비교한 결과, 최소전압이 기준 범위의 하한치를 벗어나는 경우, 가상 부하중심점 전압의 값이 커지도록 조정 전압을 결정할 수 있다. 조정 전압 결정부(440)는 수학식 4를 통해 최소전압이 기준 범위 내로 들어오도록 하는 조정 전압을 결정할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00016
여기서,
Figure pat00017
은 조정 전압이고,
Figure pat00018
은 가상 부하중심점 전압이고,
Figure pat00019
은 기준 범위의 하한치이고,
Figure pat00020
은 최소전압일 수 있다. 상기 수학식 4에 따르면, 조정 전압은 가상 부하중심점 전압에 기준 범위의 하한치와 최소전압의 차이를 더해준 값으로 가상 부하중심점 전압의 값은 커질 수 있다.
또한, 조정 전압 결정부(440)는 최대전압과 기준 범위를 비교한 결과, 최대전압이 기준 범위의 상한치를 벗어나는 경우, 가상 부하중심점 전압의 값이 작아지도록 조정 전압을 결정할 수 있다. 조정 전압 결정부(440)는 수학식 5를 통해 최대전압이 기준 범위 내로 들어오도록 하는 조정 전압을 결정할 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00021
여기서,
Figure pat00022
은 조정 전압이고,
Figure pat00023
은 가상 부하중심점 전압이고,
Figure pat00024
은 기준 범위의 상한치이고,
Figure pat00025
은 최대전압일 수 있다. 상기 수학식 5에 따르면, 조정 전압은 가상 부하중심점 전압에 최대전압과 기준 범위의 상한치간의 차이를 빼준 값으로 가상 부하중심점 전압의 값은 작아질 수 있다.
전압 결정부(440)는 계산된 조정 전압을 선로 전압조정장치(300)로 제공할 수 있고, 선로 전압조정장치(300)는 제공된 조정 전압을 기초로 배전선로(100)의 전압을 조정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 경부하 시 배전선로 중간에 분산전원이 도입된 경우, 배전선로의 전압을 제어한 결과의 예시를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 배전선로(100)의 중간에 분산전원이 도입되는 경우에 전력 제어 장치(400)에 의해 배전선로(100)의 전압이 제어된 결과를 나타낼 수 있다. 여기서, 154kV의 계통에서 경부하 시 156±4kV로 전압조정을 할 수 있고, 23kV의 계통에서 경부하 시 22.9kV로 전압조정을 할 수 있다.
경부하 시, 배전선로(100)에 분산전원(200)이 도입되는 경우, 배전선로(100)에는 역조류가 발생하게 되고, 이로 인해 저압 수용가의 전압이 기준 범위 이상으로 높아질 수 있다.
전력 제어 장치(400)는 부하 상태에 따라 변동되는 전압강하를 반영하여 기준 범위를 설정할 수 있다. 또한, 전력 제어 장치(400)는 배전선로(100)의 각 지점의 전압 중 가장 큰 크기의 전압인 최대전압을 산출할 수 있다.
전력 제어 장치(400)는 산출된 최대전압을 기준 범위와 비교하고, 최대전압이 기준 범위를 벗어날 경우, 기준 범위 내로 들어오도록 가상 부하중심점 전압을 조정하기 위한 조정 전압을 결정할 수 있다.
이에 따라, 경부하 시 배전선로(100)의 중간에 분산전원(200)이 도입되는 경우, 선로 전압조정장치(300)는 전압 제어 장치(400)에 의해 결정된 조정 전압을 이용하여 배전선로(100)의 전압을 조정할 수 있고, 이에, 배전선로(100)의 전압은 기준 범위 내로 유지될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 경부하 시 선로 전압조정장치 측에 분산전원이 도입된 경우, 배전선로의 전압을 제어한 결과의 예시를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 선로 전압조정장치(300) 측에 분산전원(200)이 도입되는 경우, 전력 제어 장치(400)에 의해 배전선로(100)의 전압이 제어된 결과를 나타낼 수 있다.
경부하 시, 배전선로(100)에 분산전원(200)이 도입되는 경우, 배전선로(100)에는 역조류가 발생하게 되고, 이로 인해 저압 수용가의 전압이 기준 범위 이상으로 높아질 수 있다.
전력 제어 장치(400)는 부하 상태에 따라 변동되는 전압강하를 반영하여 기준 범위를 설정할 수 있다. 또한, 전력 제어 장치(400)는 배전선로(100)의 각 지점의 전압 중 가장 큰 크기의 전압인 최대전압을 산출할 수 있다.
전력 제어 장치(400)는 산출된 전압 최대값을 기준 범위와 비교하고, 최대전압이 기준 범위를 벗어날 경우, 기준 범위 내로 들어오도록 가상 부하중심점 전압을 조정하기 위한 조정 전압을 결정할 수 있다.
이에 따라, 경부하 시 선로 전압조정장치(300) 측에 분산전원(200)이 도입되는 경우, 선로 전압조정장치(300)는 전압 제어 장치(400)에 의해 결정된 조정 전압을 이용하여 배전선로(100)의 전압을 조정할 수 있고, 이에, 배전선로(100)의 전압은 기준 범위 내로 유지될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 중부하 시 배전선로 중간에 분산전원이 도입된 경우, 배전선로의 전압을 제어한 결과의 예시를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 배전선로(100)의 중간에 분산전원이 도입되는 경우 전력 제어 장치(400)에 의해 배전선로(100)의 전압이 제어된 결과를 나타낼 수 있다. 여기서, 154kV의 계통에서 중부하 시 160±4kV로 전압조정을 할 수 있고, 23kV의 계통에서 중부하 시 22.9kV로 전압조정을 할 수 있다.
중부하 시, 배전선로(100)에 분산전원(200)이 도입되는 경우, 배전선로(100)에는 역조류가 발생하게 되고, 이로 인해 저압 수용가의 전압이 기준 범위 미만으로 낮아질 수 있다.
전력 제어 장치(400)는 부하 상태에 따라 변동되는 전압강하를 반영하여 기준 범위를 설정할 수 있다. 또한, 전력 제어 장치(400)는 배전선로(100)의 각 지점의 전압 중 가장 작은 크기의 전압인 최소전압을 산출할 수 있다.
전력 제어 장치(400)는 산출된 최소전압을 기준 범위와 비교하고, 최소전압이 기준 범위를 벗어날 경우, 기준 범위 내로 들어오도록 가상 부하중심점 전압을 조정하기 위한 조정 전압을 결정할 수 있다.
이에 따라, 중부하 시 배전선로(100) 중간에 분산전원(200)이 도입되는 경우, 선로 전압조정장치(300)는 전압 제어 장치(400)에 의해 결정된 조정 전압을 이용하여 배전선로(100)의 전압을 조정할 수 있고, 이에, 배전선로(100)의 전압은 기준 범위 내로 유지될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 중부하 시 배전선로의 말단에 분산전원이 도입된 경우, 배전선로의 전압을 제어한 결과의 예시를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 배전선로(100)의 말단에 분산전원(20))이 도입되는 경우, 전력 제어 장치(400)에 의해 배전선로(100)의 전압이 제어된 결과를 나타낼 수 있다.
중부하 시, 배전선로(100)에 분산전원(200)이 도입되는 경우, 배전선로(100)에는 역조류가 발생하게 되고, 이로 인해 저압 수용가의 전압이 기준 범위 미만으로 낮아질 수 있다.
전력 제어 장치(400)는 부하 상태에 따라 변동되는 전압강하를 반영하여 기준 범위를 설정할 수 있다. 또한, 전력 제어 장치(400)는 배전선로(100)의 각 지점의 전압 중 가장 작은 크기의 전압인 최소전압을 산출할 수 있다.
전력 제어 장치(400)는 산출된 최소전압을 기준 범위와 비교하고, 최소전압이 기준 범위를 벗어날 경우, 기준 범위 내로 들어오도록 가상 부하중심점 전압을 조정하기 위한 조정 전압을 결정할 수 있다.
이에 따라, 중부하시 배전선로(100)의 말단에 분산전원이 도입되는 경우, 선로 전압조정장치(300)는 전압 제어 장치(400)에 의해 결정된 조정 전압을 이용하여 배전계통(100)의 전압을 조정할 수 있고, 이에, 배전선로(100)의 전압은 기준 범위 내로 유지될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 파라미터 산정부(410)는 LDC 파라미터 및 가상 부하중심점 전압(Vset)을 산정할 수 있다(S100).
파라미터 산정부(410)는 선로 전압조정장치(300)의 송출전압(Vout), 송출전류(Iout), 중부하시의 역률(cosθmax)을 이용하여 LDC 파라미터 및 가상 부하중심점 전압(Vset)을 산정할 수 있다.
파라미터 산정부(410)는 수학식 1을 통해 LDC 파라미터인 저항(R)을 산정할 수 있다. 또한, 파라미터 산정부(410)는 수학식 2를 통해 LDC 파라미터인 리액턴스(X)를 산정할 수 있다. 또한, 파라미터 산정부(410)는 수학식 3을 통해 가상 부하중심점 전압(Vset)을 산정할 수 있다.
범위 설정부(420)는 부하상태에 따라 변동되는 전압강하를 반영하여 기준 범위를 설정할 수 있다(S200).
범위 설정부(420)는 주상변압기 내부의 전압강하(△VPtr.pu), 저압선 전압강하(△Vlow.pu) 및 수용가 인입선 전압강하(△VEnt.pu)를 반영하여 기준 범위의 상한치 및 하한치를 결정할 수 있고, 기준 범위의 상한치 및 하한치 사이의 범위를 기준 범위로 설정할 수 있다.
전압 산출부(430)는 배전선로(100)의 각 지점의 전압 중 최대전압 및 최소전압을 산출할 수 있다(S300). 전압 산출부(430)는 선로 전압조정장치(300)가 설치되는 지점, 분산전원(200)이 도입되는 지점 및 배전선로(100)의 말단에서의 전압 중 가장 큰 크기의 최대전압 및 가장 작은 크기의 최소전압을 산출할 수 있다.
조정 전압 결정부(440)는 최대전압 및 최소전압이 기준 범위 이내인지 판단할 수 있다(S400).
조정 전압 결정부(440)는 최대전압 및 최소전압이 기준 범위 이내인 경우, 조정 전압을 결정하지 않고, 기존의 가상 부하중심점 전압을 이용하여 배전선로(100)의 전압을 조정할 수 있다.
한편, 조정 전압 결정부(440)는 최대전압 및 최소전압이 기준 범위 이내가 아닌 경우 가상 부하중심점 전원을 조정하기 위한 조정 전압을 결정할 수 있다(S500).
예컨대, 조정 전압 결정부(440)는 최소전압과 기준 범위를 비교한 결과, 최소전압이 기준 범위의 하한치를 벗어나는 경우, 가상 부하중심점 전압의 값이 커지도록 조정 전압을 결정할 수 있다. 조정 전압 결정부(440)는 수학식 4를 통해 최소전압이 기준 범위 내로 들어오도록 하는 조정 전압을 결정할 수 있다.
또한, 조정 전압 결정부(440)는 최대전압과 기준 범위를 비교한 결과, 최대전압이 기준 범위의 상한치를 벗어나는 경우, 가상 부하중심점 전압의 값이 작아지도록 조정 전압을 결정할 수 있다. 조정 전압 결정부(440)는 수학식 5를 통해 최대전압이 기준 범위 내로 들어오도록 하는 조정 전압을 결정할 수 있다.
선로 전압조정장치(300)는 전압 결정부(440)에서 결정된 조정 전압을 기초로 배전선로(100)의 전압을 조정할 수 있다(S600).
전술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면 분산전원이 도입된 배전선로에서 역조류 발생 시 저압 수용가의 전압이 규정 범위 내에서 유지되도록 배전선로의 전압을 제어하는 분산전원이 도입된 배전선로의 전압 제어 장치 및 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 배전선로
200: 분산전원
300: 선로 전압조정장치
400: 전압 제어 장치
410: 파라미터 산정부
420: 범위 설정부
430: 전압 산출부
440: 조정 전압 결정부

Claims (16)

  1. 분산전원이 도입된 배전선로의 전압을 제어하기 위한 전압 제어 장치에 있어서,
    LDC 파라미터 및 가상 부하중심점 전압을 산정하는 파라미터 산정부;
    부하상태에 따라 변동되는 전압강하를 반영하여 기준 범위를 설정하는 범위 설정부;
    배전선로의 각 지점의 전압 중 가장 큰 크기의 최대전압 및 가장 작은 크기의 최소전압을 산출하는 전압 산출부; 및
    상기 최대전압 및 상기 최소전압이 상기 기준 범위 이내인지 판단하고, 상기 최대전압 및 상기 최소전압이 상기 기준 범위 이내가 아닌 경우 가상 부하중심점 전원을 조정하기 위한 조정 전압을 결정하고, 결정된 조정 전압을 선로 전압조정장치로 제공하는 조정 전압 결정부를 포함하는 전압 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파라미터 산정부는 상기 선로 전압조정장치의 송출전압 및 송출전류, 중부하시의 역률을 이용하여 LDC 파라미터인 저항 및 리액턴스와, 가상 부하중심점 전압을 산정하는 전압 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 범위 설정부는 주상변압기 내부의 전압강하, 저압선 전압강하 및 수용가 인입선 전압강하를 반영하여 상기 기준 범위의 하한치 및 상한치를 결정하고, 결정된 전압의 하한치 및 상한치를 기초로 상기 기준 범위를 설정하는 전압 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전압 산출부는 상기 선로 전압조정장치가 설치되는 지점, 상기 분산전원이 도입되는 지점 및 상기 배전선로의 말단에서의 전압 중 가장 큰 크기의 최대전압 및 가장 작은 크기의 최소전압을 산출하는 전압 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조정 전압 결정부는 상기 최소전압과 상기 기준 범위를 비교한 결과, 상기 최소전압이 상기 기준 범위의 하한치를 벗어나는 경우, 상기 가상 부하중심점 전압의 값이 커지도록 조정 전압을 결정하는 전압 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조정 전압 결정부는 상기 가상 부하중심점 전압에 상기 기준 범위의 하한치와 상기 최소전압의 차이를 더해준 값을 조정 전압으로 결정하는 전압 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조정 전압 결정부는 상기 최대전압과 상기 기준 범위를 비교한 결과, 상기 최대전압이 상기 기준 범위의 상한치를 벗어나는 경우, 상기 가상 부하중심점 전압의 값이 작아지도록 조정 전압을 결정하는 전압 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 조정 전압 결정부는 상기 가상 부하중심점 전압에 상기 최대전압과 상기 기준 범위의 상한치의 차이를 빼준 값을 조정 전압으로 결정하는 전압 제어 장치.
  9. 분산전원이 도입된 배전선로의 전압을 제어하기 위한 전압 제어 방법에 있어서,
    LDC 파라미터 및 가상 부하중심점 전압을 산정하는 단계;
    부하상태에 따라 변동되는 전압강하를 반영하여 기준 범위를 설정하는 단계;
    배전선로의 각 지점의 전압 중 가장 큰 크기의 최대전압 및 가장 작은 크기의 최소전압을 산출하는 단계;
    상기 최대전압 및 상기 최소전압이 상기 기준 범위 이내인지 판단하고, 상기 최대전압 및 상기 최소전압이 상기 기준 범위 이내가 아닌 경우 가상 부하중심점 전원을 조정하기 위한 조정 전압을 결정하는 단계; 및
    결정된 조정 전압을 선로 전압조정장치로 제공하는 단계를 포함하는 전압 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 LDC 파라미터 및 가상 부하중심점 전압을 산정하는 단계는,
    상기 선로 전압조정장치의 송출전압 및 송출전류, 중부하시의 역률을 이용하여 LDC 파라미터인 저항 및 리액턴스와, 가상 부하중심점 전압을 산정하는 전압 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 기준 범위를 설정하는 단계는,
    주상변압기 내부의 전압강하, 저압선 전압강하 및 수용가 인입선 전압강하를 반영하여 상기 기준 범위의 하한치 및 상한치를 결정하고, 결정된 전압의 하한치 및 상한치를 기초로 상기 기준 범위를 설정하는 전압 제어 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 가장 큰 크기의 최대전압 및 가장 작은 크기의 최소전압을 산출하는 단계는,
    상기 전압 산출부는 상기 선로 전압조정장치가 설치되는 지점, 상기 분산전원이 도입되는 지점 및 상기 배전선로의 말단에서의 전압 중 가장 큰 크기의 최대전압 및 가장 작은 크기의 최소전압을 산출하는 전압 제어 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 조정 전압을 결정하는 단계는,
    상기 최소전압과 상기 기준 범위를 비교한 결과, 상기 최소전압이 상기 기준 범위의 하한치를 벗어나는 경우, 상기 가상 부하중심점 전압의 값이 커지도록 조정 전압을 결정하는 전압 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 조정 전압을 결정하는 단계는,
    상기 가상 부하중심점 전압에 상기 기준 범위의 하한치와 상기 최소전압의 차이를 더해준 값을 조정 전압으로 결정하는 전압 제어 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 조정 전압을 결정하는 단계는,
    상기 최대전압과 상기 기준 범위를 비교한 결과, 상기 최대전압이 상기 기준 범위의 상한치를 벗어나는 경우, 상기 가상 부하중심점 전압의 값이 작아지도록 조정 전압을 결정하는 전압 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 조정 전압을 결정하는 단계는,
    상기 가상 부하중심점 전압에 상기 최대전압과 상기 기준 범위의 상한치의 차이를 빼준 값을 조정 전압으로 결정하는 전압 제어 방법.
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