KR20220122357A - Mvdc 전력의 고속 수요 반응 제어를 위한 지능형 단말장치 및 이를 이용한 고속 수요 반응 제어방법 - Google Patents

Mvdc 전력의 고속 수요 반응 제어를 위한 지능형 단말장치 및 이를 이용한 고속 수요 반응 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수용가의 부하전력을 고속으로 계측하고 전력소비 상태를 전송하여 계통신뢰성 보완과 실시간 피크부하 감축을 위한 고속수요반응(Fast DR) 제어를 위한 지능형 단말장치의 설계요건 및 구성요소와 그 응용에 관한 것이다.
본 발명으로 수요반응 시장운영자(TSO/ISO)와 중개자(Aggregator), 그리고 수요반응 시장에 참여하는 전력소비자 간의 원활한 운영방안을 제시하여 시장운영자는 계획적인 부하감축으로 비용을 절감할 수 있고, 중개자는 시장운영자의 지령과 수요반응 자원의 실시간 제어상태를 모니터링이 가능하며 전력소비자는 최적의 부하감축지시 이행으로 보상을 극대화 할 수 있다.
본 발명으로 계통의 안정성을 해치는 고 변동성의 전력에너지원의 전력계통 공급으로 인한 전력계통 신뢰도를 보완하기 위해 고속수요반응 자원을 지능형 단말장치로 제어하여 기존의 계통 안정화용 발전기와 주파수조정용 ESS와 함께 계통 보조서비스를 수행 할 수 있다.

Description

MVDC 전력의 고속 수요 반응 제어를 위한 지능형 단말장치 및 이를 이용한 고속 수요 반응 제어방법{Intelligent terminal device for fast demand response control and fast demand response control method using the same}
본 발명은 수용가의 부하전력을 고속으로 계측하고 전력소비 상태를 전송하여 계통신뢰성 보완과 실시간 피크부하 감축을 위한 고속수요반응(Fast DR) 제어를 위한 지능형 단말장치의 설계요건 및 구성요소와 그 응용에 관한 것이다.
전력산업의 환경이 변화하면서 수요자원(Demand Response, DR)에 대한 관심과 관련 제도수립이 증가하고 있다. 전력의 안정적인 공급을 위해서는 수요와 공급이 균형을 맞춰야 하며 예전에는 공급자에 의해 조정이 되어 왔다. 전력 공급자는 시간에 따른 수요를 예측하여 공급량을 확보하고 이는 시장가격을 형성하는 중요한 지표가 되었다. 기존에는 수요예측과 달리 공급이 부족시에는 비상자원과 예비자원을 활용하였으나 최근의 ICT기술의 발달로 수요감축을 발전과 동일한 개념으로 점차 바뀌고 있다.
수요자원(DR)이 기존의 자원에 비해 직접적인 통제가 어려워도 이를 이용하려는 움직임이 점차 증가하고 있으며, 기술개발로 전력수요의 조정, 수집과 원격감시, 소비를 제어하는 비용등이 점차 감소하고 있다.
우리나라도 기존 수요관리제도 운영의 한계점을 극복하고자 수요자원 거래시장을 개설하고 전력공급비용 절감과 온실가스 배출감소 등의 효과를 기대하고 있어 본 발명에서 제시한 지능형 단말장치의 필요성이 절실하며 이 장치를 운영하기 위하여 전력에너지 정밀계측기술, 시각동기화 기술, 고속 메시징 처리 및 실시간 제어기술, Open ADR 표준 프로토콜 응용기술, 실시간 전력 모니터링 기술, 전력계통 주파수 변화량 측정기술(
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-frequency), 소규모 분산자원 중개 기술, 에너지 프로슈머 기술 등이 필요하다.
한국공개특허 10-2013-0120478 한국공개특허 10-2014-0114665
본 발명에서 해결하고자 하는 것은 기존의 수요 반응 시장이 활성화 되고 있으나 부하절감 지령에 대한 실행결과 및 피드백의 실시간 성이 떨어지고 부하감축에 대한 패턴을 정확하게 파악이 어려워 전력 수요반응 시장 운영자가 제어대상 모니터링에 어려움이 있어 MVDC 전력의 고속 수요 반응 제어를 위한 지능형 단말장치로 문제를 해결하고 방법을 제공하고자 한다.
본 발명으로 제시한 지능형 단말장치로 수집한 데이터를 기반으로 수요시장 운영자는 수요반응자원의 감축량 평가를 보다 정확하게 하기위해 CBL(Customer Baseline Load, 고객기준부하)의 정밀한 전력량계산과 함께 감축지시에 대한 이행상태를 분석하여 허위감축과 같은 불공정 행위를 검출하고자 한다.
본 발명으로 출력 변동이 큰 신재생 분산전원의 공급으로 인한 전력계통 신뢰도를 보완하기 위해 고속 수요반응에 대응하기 위한 지능형 단말장치의 제공으로 고속동적수요반응자원(Fas Dynamics DR Resource)의 효과적인 제어를 해결 하고자 한다.
본 발명에 따른 MVDC 전력의 고속 수요 반응 제어를 위한 지능형 단말장치는 상위 시스템으로부터 입력되는 지령신호에 따라 일반부하감축제어모드 또는 고속부하감축제어모드 중에서 선택된 어느 하나의 제어모드로 동작하는 것으로서, 전력부하로 공급되는 교류 전압 및 전류가 입력되는 계측요소 입력부; 상기 계측요소 입력부에 입력되는 교류 전압 및 전류 신호를 직류 전압 및 전류 신호로 변환 및 계측하는 A/D 컨버터 계측부; 상기 A/D 컨버터 계측부에 의해 변환된 직류 전압 및 전류 신호를 시각화하는 시각 정보 처리부; 상기 A/D 컨버터 계측부에 의해 변환된 직류 전압 및 전류 신호를 이용하여 RAW DATA를 생성하고 연산하는 데이터 가공 및 처리부; 전력부하의 부하감축제어를 위한 제어스위치의 동작을 제어하는 부하요소 제어부; 상위 시스템으로부터 입력되는 지령신호를 수신하고, 지령신호에 따른 제어결과를 송신할 수 있도록 Open ADR 2.0 Profile 기반의 프로토콜을 VTN으로 송수신 처리하는 통신 인터페이스; 상기 데이터 가공 및 처리부에서 생성된 RAW DATA를 기반으로 유효전력, 무효전력, 주파수, 전력량을 계산하는 전력연산부; 상기 통신 인터페이스를 통해 수신한 상위 시스템의 지령신호를 분리하여 수행하는 제어지령처리부;를 구비하고, 상기 부하요소 제어부는 상위 시스템의 지령신호에 따라 일반부하감축제어모드 또는 고속부하감축제어모드 중에서 선택된 어느 하나의 제어모드로 상기 전력부하를 제어하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 지능형 단말장치를 이용한 고속 수요반응 제어방법은 통신 인터페이스를 통해 상위 시스템으로부터 지령신호를 수신하는 지령신호수신단계; 상기 지령신호수신단계에서 수신된 지령신호에 따라 전력부하를 일반부하감축제어모드 또는 고속부하감축제어모드 중에서 선택된 어느 하나의 제어모드로 제어할 수 있도록 상기 전력부하의 부하감축제어를 위한 제어스위치의 동작을 제어하는 부하감축제어단계; 일반부하감축제어모드 또는 고속부하감축제어모드 중에서 선택된 어느 하나의 제어모드로 작동될 시 상기 전력부하로 공급되는 교류 전압 및 전류를 계측요소 입력부에 입력시키는 계측요소입력단계; 상기 계측요소입력단계에서 입력되는 교류 전압 및 전류 신호를 직류 전압 및 전류 신호로 변환 및 계측하는 전력변환및계측단계; 상기 전력변환및계측단계에서 계측된 직류 전압 및 전류 신호를 시각화처리부에서 시각화하는 시각화단계; 상기 전력변환 및 계측단계에서 계측된 직류 전압 및 전류 신호를 이용하여 데이터가공 및 처리부에서 RAW DATA를 생성하고 연산하는 데이터가공 및 처리단계; 상기 데이터 가공 및 처리부에서 생성된 RAW DATA를 기반으로 전력연산부에서 유효전력, 무효전력, 주파수, 전력량을 계산하는 계산단계; 상기 계산단계에서 계산된 정보 및 지령신호에 따른 제어결과정보를 통신 인터페이스를 통해 상위 시스템으로 송신하는 제어결과송신단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명으로 수요반응 시장운영자(TSO/ISO)와 중개자(Aggregator), 그리고 수요반응 시장에 참여하는 전력소비자 간의 원활한 운영방안을 제시하여 시장운영자는 계획적인 부하감축으로 비용을 절감할 수 있고, 중개자는 시장운영자의 지령과 수요반응 자원의 실시간 제어상태를 모니터링이 가능하며 전력소비자는 최적의 부하감축지시 이행으로 보상을 극대화 할 수 있다.
본 발명으로 계통의 안정성을 해치는 고 변동성의 전력에너지원의 전력계통 공급으로 인한 전력계통 신뢰도를 보완하기 위해 고속수요반응 자원을 지능형 단말장치로 제어하여 기존의 계통 안정화용 발전기와 주파수조정용 ESS와 함께 계통 보조서비스를 수행 할 수 있다.
도 1은 경제적 목적의 수요반응제어와 신뢰성 목적의 고속수요반응제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 경제적 목적의 수요반응제어에 대한 지능형 단말장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 신뢰성 목적의 고속수요반응제어를 위한 지능형 단말장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 지능형 단말장치의 동작 흐름을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 MVDC 전력의 고속 수요 반응 제어를 위한 지능형 단말장치와, 지능형 단말장치를 이용한 고속 수요반응 제어방법에 대하여 상세하게 설명한다
본 발명에 따른 MVDC 전력의 고속 수요 반응 제어를 위한 지능형 단말장치는 상위 시스템으로부터 입력되는 지령신호에 따라 일반부하감축제어모드 또는 고속부하감축제어모드 중에서 선택된 어느 하나의 제어모드로 동작하는 것으로서, 전력부하로 공급되는 교류 전압 및 전류가 입력되는 계측요소 입력부; 상기 계측요소 입력부에 입력되는 교류 전압 및 전류 신호를 직류 전압 및 전류 신호로 변환 및 계측하는 A/D 컨버터 계측부; 상기 A/D 컨버터 계측부에 의해 변환된 직류 전압 및 전류 신호를 시각화하는 시각 정보 처리부; 상기 A/D 컨버터 계측부에 의해 변환된 직류 전압 및 전류 신호를 이용하여 RAW DATA를 생성하고 연산하는 데이터 가공 및 처리부; 전력부하의 부하감축제어를 위한 제어스위치의 동작을 제어하는 부하요소 제어부; 상위 시스템으로부터 입력되는 지령신호를 수신하고, 지령신호에 따른 제어결과를 송신할 수 있도록 Open ADR 2.0 Profile 기반의 프로토콜을 VTN으로 송수신 처리하는 통신 인터페이스; 상기 데이터 가공 및 처리부에서 생성된 RAW DATA를 기반으로 유효전력, 무효전력, 주파수, 전력량을 계산하는 전력연산부; 상기 통신 인터페이스를 통해 수신한 상위 시스템의 지령신호를 분리하여 수행하는 제어지령처리부;를 구비하고, 상기 부하요소 제어부는 상위 시스템의 지령신호에 따라 일반부하감축제어모드 또는 고속부하감축제어모드 중에서 선택된 어느 하나의 제어모드로 상기 전력부하를 제어한다.
본 발명에 따른 MVDC 전력의 고속 수요 반응 제어를 위한 지능형 단말장치를 구체적으로 설명하기 이전에 고속 수요반응 제어를 위한 지능형 전력수요관리 시스템에 대해 먼저 설명한다.
고속 수요반응 제어를 위한 지능형 전력수요관리 시스템은, 유무선 통신망(미도시), 수요반응중개 거래자(200), 수요반응 중개거래서버, 지능형 단말기(300)를 포함할 수 있다.
유무선 통신망(미도시)은 수요반응중개 거래자(200)와 수요반응 중개거래서버 간에 유선 통신 또는 무선통신을 제공하는 통신망이다. 따라서 TCP/IP인터넷 통신, 3G/4G/5G 무선 통신을 통하여 수요반응중개 거래자(200)와 수요반응 중개거래서버 간에 유무선 통신할 수 있게 된다.
수요반응중개 거래자(200)는 하드웨어적으로는 통상적인 웹 서버와 동일한 구성을 가지며, 소프트웨어적으로는 C, C++, Java, Visual Basic, Visual C 등과 같은 다양한 형태의 언어를 통해 구현되어 여러 가지 기능을 하는 프로그램 모듈을 포함한다. 또한, 일반적인 서버용 하드웨어에 도스(dos), 윈도우(window), 리눅스(linux), 유닉스(unix), 매킨토시(macintosh) 등의 운영 체제에 따라 다양하게제공되고 있는 웹 서버 프로그램을 이용하여 구현될 수 있다. 이는 후술할 수요반응 중개거래서버도 마찬가지로 해당될 것이다.
수요반응중개 거래자(200)는 수요반응시장 운영자가 운영하는 서버로서, 여기서 수요반응 시장운영자(TSO: Transmission System Operator, DSO: Distribution System Operator)라 함은 전력시장에서 전력거래를 하는 운영사로서,국내의 경우 전력거래소 또는 한국전력공사가 해당된다.
수요반응중개 거래자(200)는 전력계통상태를 모니터링한다. 그리고 모니터링된 전력계통상태에 따라서 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드로 제어할 것인지를 결정한다. 그리고 결정된 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드로서 제어할 것을 수요반응 중개거래서버에 요청한다.
즉, 전력계통에 연결된 부하에 공급되는 전력이 미리 설정된 전력공급한계값에 도달한 경우 계획기반 수요감축모드로서 결정하며, 전력계통의 안정도가 미리설정된 불안정 상태에 도달한 경우 고속기반 수요감축모드로서 결정한다.
여기서 계획기반 수요감축모드는, 현재시점을 기준으로 미리 설정된 제1기준시간이 도래하는 시점(예컨대, 현재시점부터 한 시간 후)에 수요감축 제어를 시작하는 모드이며, 고속기반 수요감축모드는, 제1기준시간보다 더 빠른 제2기준시간이도래하는 시점(예컨대, 현재시점부터 10초 후)에 수요감축 제어를 시작하는 모드이다. 따라서 공급되는 전력한계값에 도달하는 경우 현재 시점부터 1시간 후에 미리설정된 수요감축이 이루어지도록 하는 계획기반 수요감축모드가 실행되며, 반면에전력계통이 다운될 정도의 전력계통의 불안정 상태에 도달하는 긴급한 상태가 발생하면 현재 시점부터 10초후에 바로 수요감축이 즉시 이루어지도록 하는 고속기반수요감축모드가 실행된다. 따라서 불안정 상태에서도 전력계통의 다운없이 수요반응 차원의 즉각적인 수요감축이 이루어지도록 할 수 있다.
또한 수요반응중개 거래자(200)는 각 수요반응 중개거래서버로부터피드백 받은 수요감축 제어결과를 이용하여, 수요감축을 요청받은 수요반응 중개거래서버에 대한 평가를 수행한다.
또한 수요반응중개 거래자(200)는 수요반응 중개거래서버에서 관리하는 부하가 복수개 있는 경우, 수요반응 중개거래서버에서 관리하는 부하별로 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드로 제어할 것인지를 각각 다르게 결정한다.
수요반응 중개거래서버는 수요반응 중개거래사가 운영하는 서버로서, 여기서 중개거래사(DR Aggregator)는 전력 중개를 수행하는 중개 운영사를 말한다.
수요반응 중개거래서버는 수요반응중개 거래자(200)로부터 요청받은 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드의 제어 요청을 지능형 단말기에 중계한다. 그리고 지능형 단말기로부터 피드백되는 수요감축 제어결과를 수요반응중개 거래자(200)에 제공한다.
이를 위해 수요반응 중개거래서버, 수요반응중개 거래자(200)로부터 수요반응에 대한 제어명령을 수집하며, 이러한 수요반응 제어명령을 전송할 DR컨트롤 서버와 같은 수요반응 제어서버를 포함한다. 여기서 DR 컨트롤 서버는, 지능형 단말기와의 통신으로 수요자원으로 감축량 지령 및 직접제어를 수행하는서버를 말한다.
지능형 단말기(ITU;Intelligent Terminal Unit)는 일반적인 계획기반수요감축과 고속으로 수요감축하는 고속기반 수요감축 수행하는 단말기이다. 즉, 지능형 단말기는, 수요반응 중개거래서버로부터 요청받은 계획기반 수요감축모드로서 전력계통의 수요감축을 제어하거나, 또는 고속기반 수요감축모드로서 전력계통의 수요감축을 제어한다. 또한 지능형 단말기는 수요감축 제어결과를 수요반응 중개거래서버로 피드백한다.
수요감축 제어를 위하여 지능형 단말기는, 전력에너지 정밀계측기술, 시각동기화 기술, 고속 메시징 처리 및 실시간 제어기술, Open ADR 표준 프로토콜 응용기술, 실시간 전력 모니터링 기술, 전력계통 주파수 변화량 측정기술, 소규모 분산자원 중개 기술, 에너지 프로슈머 기술을 기반으로 한다.
이를 위하여 지능형 단말기는, 계측요소 입력부, ADC 계측부, 데이터 가공 및 처리부, 전력 연산부,Open ADR 인터페이스, 부하요소 제어부를 포함한다.
계측요소 입력부는 수요자원의 메인 전압, 전류를 입력받는다.
ADC 계측부는 전압, 전류 신호의 A/D Converting 모듈과 장치 시간 처리하는 시각처리를 수행한다.
데이터 가공 및 처리부는 A/D변환 신호로 RAW 데이터를 생성하는 연산을 수행한다.
전력 연산부는 RAW 데이터를 기반으로 유효전력, 무효전력, 주파수, 전력량 계산하는 연산부 및 상위 시스템의 지령을 분리하여 제어지령을 처리한다.
Open ADR 인터페이스는 Open ADR 20 Profile 기반의 프로토콜을 VTN으로 송수신 처리하는 통신 인터페이스이다.
부하요소 제어부는 수요감축을 위한 제어 스위치 동작을 제어한다
본 발명의 고속 수요반응 제어를 위한 지능형 전력수요관리 방법은 수요반응중개 거래자(200)가 전력계통상태를 모니터링하는 전력계통상태 모니터링 과정과, 수요반응중개 거래자(200)가 모니터링된 전력계통상태에 따라서 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드로 제어할 것인지를 결정하는 수요감축모드 결정 과정과, 수요반응중개 거래자(200)가 결정된 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드로서 제어할 것을 수요반응 중개거래서버에 요청하는 수요감축 요청 과정과, 수요반응 중개거래서버가 요청받은 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드의 제어 요청을 지능형 단말기에 중계하는 수요감축 중계 과정과, 지능형 단말기가, 요청받은 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드로서 전력계통의 수요감축을 제어하는 수요감축 제어 과정을 포함할 수 있다. 이밖에 피드백 과정과, 수요반응 참여도 정산 과정을 더 포함할 수 있다.
전력계통상태 모니터링 과정은, 수요반응중개 거래자(200)가 전력계통상태를 모니터링하는 과정이다. 즉, 참여 자원의 전력량 데이터, 고객의 부하 차단/투입 실적 데이터 등을 종합적으로 분석 및 모니터링하고, 전력계통과 연계하여실시간 참여 자원의 전력 변동 추이 및 계통 주파수의 현황을 파악할 수 있게 된다.
수요감축모드 결정 과정은, 수요반응중개 거래자(200)가, 모니터링된 전력계통상태에 따라서 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드로 제어할 것인지를 결정하는 과정이다. 여기서 계획기반 수요감축모드는, 현재시점을 기준으로 미리 설정된 제1기준시간이 도래하는 시점에 수요감축 제어를 시작하는 모드이며, 고속기반 수요감축모드는, 제1기준시간보다 더 빠른 제2기준시간이 도래하는 시점에 수요감축 제어를 시작하는 모드이다. 여기서 제1기준시간은 현재시점을 기준으로 시간 단위로 설정되며, 제2기준시간은 현재시점을 기준으로 초 단위로설정될 수 있는데, 예컨대, 계획기반 수요감축모드는, 현재시점부터 한 시간 후에수요감축 제어를 시작하는 모드를 말하며, 고속기반 수요감축모드는, 현재시점부터10초에 수요감축 제어를 시작하는 모드를 말한다.
또한 수요감축모드를 결정함에 있어서, 전력계통에 연결된 부하에 공급되는전력이 미리 설정된 전력공급한계값에 도달한 경우 계획기반 수요감축모드로서 결정한다. 따라서 공급되는 전력한계값에 도달하는 경우 현재 시점부터 1시간 후에 미리 설정된 수요감축이 이루어지도록 하는 일반 계획에 의한 계획기반 수요감축모드로서 결정된다.
또한 수요감축모드를 결정함에 있어서, 전력계통의 안정도가 미리 설정된 불안정 상태에 도달한 경우 고속기반 수요감축모드로서 결정한다. 여기서 불안정 상태는, 전력계통의 부하가 순간적으로 증가하거나 또는 발전 예비력이 임계값 이하로 떨어진 상태를 말한다. 따라서 전력계통이 다운될 정도의 전력계통의 불안정 상태에 도달하는 긴급한 상태가 발생하면 현재 시점부터 10초후에 바로 수요감축이 즉시 이루어지도록 하는 고속기반 수요감축모드로서 결정하여, 불안정 상태에서도전력계통의 다운없이 수요반응 차원의 즉각적인 고속의 수요감축이 이루어지도록 할 수 있다.
수요감축 요청 과정은, 수요반응중개 거래자(200)가, 결정된 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드로서 제어할 것을 수요반응 중개거래서버에 요청하는 과정이다.
수요감축 중계 과정은, 수요반응 중개거래서버가, 요청받은 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드의 제어 요청을 지능형 단말기에 중계하는 과정이다.
수요감축 제어 과정은, 지능형 단말기가, 요청받은 계획기반수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드로서 전력계통의 수요감축을 제어하는 과정이다. 참고로, 고속으로 수요감축을 위해서는, 전력에너지 정밀계측기술, 시각동기화 기술, 고속 메시징 처리 및 실시간 제어기술, Open ADR 표준 프로토콜 응용기술, 실시간 전력 모니터링 기술, 전력계통 주파수 변화량 측정기술, 소규모 분산자원 중개 기술, 에너지 프로슈머 기술을 기반으로 제어가 이루어지도록 한다.
한편, 수요반응은 전력수급 불균형 상황 혹은 그러한 전력수급 불균형이 예상되는 상황에서 발전기가 아닌 부하를 제어하는 것이다. 예를 들어, 수요반응은, 계통의 전력수급에 있어서 전력소비가 전력생산을 초과하는 경우, 부하의 전력소비를 감축시켜 전력수급이 균형을 이루도록 하는 것이다.
부하 중에는 계통을 관리하는 사업자(사업자가 관리하는 서버)에 의해 제어될 수 있는 부하들이 있다. 이러한 제어가능 부하들은 수요반응 제어가 필요한 상황에서 즉각적으로 제어될 수 있다. 그런데 대부분의 부하들은 이러한 사업자의 통제하에 있지 않고, 그 부하를 관리하는 주체가 별도로 존재한다. 예를 들어, 가정내에 존재하는 부하들(예, 세탁기, TV, 조명 등)은 계통을 관리하는 사업자의 통제에 있지 않고, 해당 가정에 거주하고 있는 거주민들의 통제하에 있다. 또한 본 발명에서의 수요반응 중개거래사가 다수의 부하를 관리하며 이러한 부하는 주요반응중개거래사의 통제하에 있다.
따라서 본 발명은 이와 같이 부하들에 대해서는 부하에 대한 직접적인 제어가 아닌 해당 부하의 관리 주체인 수요반응 중개거래서버에 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드의 수요반응지령을 송신하고, 이러한 지령에 따라 관리 주체인 수요반응 중개거래서버가 해당 부하에 대해 전력소비의 계획기반 수요감축 또는 고속기반 수요감축을 수행하도록 하는 간접적인 수요반응 제어가 적용된다. 그런데 이러한 간접적인 수요반응 제어에서는 다음과 같은 문제들이 발생한다.
먼저, 특정시점에서 수요반응을 강제할 수 있는 실질적인 방법이 없어 특정시점에서 가용한 수요반응 가능자원량을 예측하기 어렵게 된다. 또한, 실질적으로참여 가능하지 않은 관리 주체에게 수요반응지령을 무차별적으로 제공하게 되어, 수요반응 서비스에 대한 참여자인 수요반응 중개거래서버의 동작 피로감을 높여 참여도를 떨어뜨리게 된다.
특히 본 발명과 같이 고속으로 수요감축이 이루어져야 하는 고속기반 수요감축모드로 결정될 시에, 참여자인 수요반응 중개거래서버가 고속 수요감축에 적극 참여할 경우, 이러한 수요반응 고속 수요감축에 적극 협조한 수요반응 중개거래서버에 적절한 보상을 해줄 필요가 있다. 또한 고속 수요감축에 협조하지 않는 수요반응 중개거래서버에 벌칙을 부여할 필요가 있다.
이를 위하여 본 발명은 수요감축 제어 과정이 있은 후, 피드백 과정(S460)과 수요반응 참여도 정산 과정을 가지도록 한다. 피드백 과정(S460)은, 수요반응 중개거래서버가, 수요감축을 수행하는 지능형 단말기로부터 수요감축 제어결과를 피드백받아 수요반응중개 거래자(200)에 제공하는 과정이다. 따라서 고속기반 수요감축의 경우 수요반응 수요감축을 지령이 떨어진 후 고속(예컨대, 10초 이내)에 수요감축을 했는지 피드백 받을 수 있게 된다.
수요반응 참여도 정산 과정은, 수요반응중개 거래자(200)가, 각 수요반응 중개거래서버로부터 피드백받은 수요감축 제어결과를 이용하여, 수요감축을 요청받은 각 수요반응 중개거래서버에 대한 평가를 수행하는 과정이다.
이러한 수요반응 참여도 정산 과정은, 고속기반 수요감축모드를 요청받은 시점으로부터 고속시간인 제2기준시간(예컨대, 10초) 이내에 수요감축 제어가이루어진 것으로 파악되는 경우, 고속기반 수요감축모드를 요청받은 수요반응 중개거래서버의 평점을 한 단계 증가시킨다.
반면에, 고속기반 수요감축모드를 요청받은 시점으로부터 고속시간인 제2기준시간(예컨대, 10초)을 경과하여 수요감축 제어가 이루어진 것으로 파악되는 경우, 고속기반 수요감축모드를 요청받은 수요반응 중개거래서버의 평점을 한단계 감소시킨다.
따라서 고속기반 수요감축의 지령을 따라 10초 이내에 신속한 수요반응 수요감축이 이루어진 경우 해당 수요반응 중개거래서버의 평점이 증가하며, 고속기반 수요감축의 지령을 벗어나 신속한 수요반응 수요감축을 하지 않는 수요반응중개거래서버의 평점이 감소한다.
이러한 평점 결과에 따라서 주기적으로 보상 또는 벌칙 부여가 이루어질 수있다.
예컨대, 고속기반 수요감축에 적극 협조하는 수요반응 중개거래서버에는 더 많은 안정적인 전력을 제공하거나 전력 요금 할인 혜택을 준다.
반면에 고속기반 수요감축에 적극 협조하는 수요반응 중개거래서버에는 전력 요금 인상의 벌칙을 주며, 또한 나아가, 이러한 수요반응 중개거래서버에는 계획기반 수요감축으로 결정나더라도 고속기반 수요감축 결정이 나도록 한다.
즉, 전력계통상태를 모니터링한 결과 계획기반 수요감축모드로서 제어 결정된 수요반응 중개거래서버라 하더라도 기준 평점 미만의 평점을 가지는 경우, 고속기반 수요감축모드로서 제어 결정되도록 한다. 이는, 기준 평점 미만으로 비협조적인 수요반응 중개거래서버에는 항상 고속기반 수요감축모드로서 지령을 내림으로써, 고속기반 수요감축모드에 적극 협조하지 않을 경우 평점이 더욱 하락하여 전력요금 인상 등의 부담이 가해지도록 하는 것이다.
한편, 수요감축모드 결정함에 있어서, 수요반응 중개거래서버에서 관리하는 부하별로 각각 다르게 수요감축모드로 결정할 필요가 있다. 즉, 각 수요반응중개거래서버에서 관리하는 부하가 복수개 있는 경우, 부하별로 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드로 제어할 것인지를 각각 다르게 결정하는것이다. 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이 제1부하와 제3부하는 고속기반 수요감축모드로 결정되는 반해, 제2부하는 계획기반 수요감축모드로 결정되는 것이다.
이러한 각 수요반응 중개거래서버에서 관리하는 부하가 복수개 있는 경우, 부하별로 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드로 제어할 것인지를 각각 다르게 결정하는 것은 다음과 같이 두 가지 방식으로 이루어질 수 있다.
첫째는, 부하의 사용 용도에 따라서 수요감축모드가 결정될 수 있다. 즉, 각부하의 사용용도에 따라서 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드를 부하별로 다르게 결정하는 것이다. 예를 들어, 회사중앙서버와 같은 부하의 경우 고속으로 부하 감축이 이루어질 경우 백업 등의 서버 처리가 이루어지지 못하고 전력이 차단될 우려가 있다. 따라서 전력계통이 불안정하여 수요반응 제1중개거래서버에 대해서 고속기반 수요감축모드로 결정되더라도, 수요반응 제1중개거래서버에서 관리하는 일부의 부하는 고속기반 수요감축모드로 수요감축이 이루어지도록 하고, 나머지들은 원래대로 계획기반 수요감축모드로 수요감축이 이루어지도록 하는것이다.
둘째는, 부하의 전력사용량에 따라서 수요감축모드가 결정될 수 있다. 즉, 각 부하의 전력사용량에 따라서 계획기반 수요감축모드 또는 고속기반 수요감축모드를 부하별로 다르게 결정하는 것이다. 예를 들어, 전력계통이 불안정하여 수요반응 제2중개거래서버에 대해서 고속기반 수요감축모드로 결정되더라도, 수요반응 제2중개거래서버에서 관리하는 부하 중에서 전력사용량이 기준치보다 큰 부하의 경우고속기반 수요감축모드로 수요감축이 이루어지도록 하고, 전력사용량이 작은 부하의 경우 원래대로 계획기반 수요감축모드로 수요감축이 이루어지도록 하는 것이다.
본 발명에 따른 지능형 단말장치를 이용한 고속 수요반응 제어방법은 통신 인터페이스를 통해 상위 시스템으로부터 지령신호를 수신하는 지령신호수신단계; 상기 지령신호수신단계에서 수신된 지령신호에 따라 전력부하를 일반부하감축제어모드 또는 고속부하감축제어모드 중에서 선택된 어느 하나의 제어모드로 제어할 수 있도록 상기 전력부하의 부하감축제어를 위한 제어스위치의 동작을 제어하는 부하감축제어단계; 일반부하감축제어모드 또는 고속부하감축제어모드 중에서 선택된 어느 하나의 제어모드로 작동될 시 상기 전력부하로 공급되는 교류 전압 및 전류를 계측요소 입력부에 입력시키는 계측요소입력단계; 상기 계측요소입력단계에서 입력되는 교류 전압 및 전류 신호를 직류 전압 및 전류 신호로 변환 및 계측하는 전력변환및계측단계; 상기 전력변환및계측단계에서 계측된 직류 전압 및 전류 신호를 시각화처리부에서 시각화하는 시각화단계; 상기 전력변환 및 계측단계에서 계측된 직류 전압 및 전류 신호를 이용하여 데이터가공 및 처리부에서 RAW DATA를 생성하고 연산하는 데이터가공 및 처리단계; 상기 데이터 가공 및 처리부에서 생성된 RAW DATA를 기반으로 전력연산부에서 유효전력, 무효전력, 주파수, 전력량을 계산하는 계산단계; 상기 계산단계에서 계산된 정보 및 지령신호에 따른 제어결과정보를 통신 인터페이스를 통해 상위 시스템으로 송신하는 제어결과송신단계;를 포함하여 구성된다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 MVDC 전력의 고속 수요 반응 제어를 위한 지능형 단말장치 및 이를 이용한 고속 수요 반응 제어방법은 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100 : 수요반응시장 운영자
200 : 수요반응 중개거래자
300 : DR Control Server
400 : Fast-DR ITU
410 : Fast-DR ITU
420 : 일반 수요감축 대상의 수요자원
430 : 고속 수요감축 대상의 수요자원
100 : 고속수요반응 제어를 위한 지능형 단말장치
110 : 계측요소 입력부
120 : ADC 계측부 및 시각처리부
130 : 데이터가공 및 처리부
140 : 부하요소 제어부
150 : Open ADR 인터페이스
160 : 전력연산 및 지령처리부
200 : 전력부하
300 : 중개 거래시스템

Claims (2)

  1. 상위 시스템으로부터 입력되는 지령신호에 따라 일반부하감축제어모드 또는 고속부하감축제어모드 중에서 선택된 어느 하나의 제어모드로 동작하는 MVDC 전력의 고속 수요 반응 제어를 위한 지능형 단말장치에 있어서,
    전력부하로 공급되는 교류 전압 및 전류가 입력되는 계측요소 입력부;
    상기 계측요소 입력부에 입력되는 교류 전압 및 전류 신호를 직류 전압 및 전류 신호로 변환 및 계측하는 A/D 컨버터 계측부;
    상기 A/D 컨버터 계측부에 의해 변환된 직류 전압 및 전류 신호를 시각화하는 시각 정보 처리부;
    상기 A/D 컨버터 계측부에 의해 변환된 직류 전압 및 전류 신호를 이용하여 RAW DATA를 생성하고 연산하는 데이터 가공 및 처리부;
    전력부하의 부하감축제어를 위한 제어스위치의 동작을 제어하는 부하요소 제어부;
    상위 시스템으로부터 입력되는 지령신호를 수신하고, 지령신호에 따른 제어결과를 송신할 수 있도록 Open ADR 2.0 Profile 기반의 프로토콜을 VTN으로 송수신 처리하는 통신 인터페이스;
    상기 데이터 가공 및 처리부에서 생성된 RAW DATA를 기반으로 유효전력, 무효전력, 주파수, 전력량을 계산하는 전력연산부;
    상기 통신 인터페이스를 통해 수신한 상위 시스템의 지령신호를 분리하여 수행하는 제어지령처리부;를 구비하고,
    상기 부하요소 제어부는 상위 시스템의 지령신호에 따라 일반부하감축제어모드 또는 고속부하감축제어모드 중에서 선택된 어느 하나의 제어모드로 상기 전력부하를 제어하는 것을 특징으로 하는 MVDC 전력의 고속 수요 반응 제어를 위한 지능형 단말장치.
  2. 통신 인터페이스를 통해 상위 시스템으로부터 지령신호를 수신하는 지령신호수신단계;
    상기 지령신호수신단계에서 수신된 지령신호에 따라 전력부하를 일반부하감축제어모드 또는 고속부하감축제어모드 중에서 선택된 어느 하나의 제어모드로 제어할 수 있도록 상기 전력부하의 부하감축제어를 위한 제어스위치의 동작을 제어하는 부하감축제어단계;
    일반부하감축제어모드 또는 고속부하감축제어모드 중에서 선택된 어느 하나의 제어모드로 작동될 시 상기 전력부하로 공급되는 교류 전압 및 전류를 계측요소 입력부에 입력시키는 계측요소입력단계;
    상기 계측요소입력단계에서 입력되는 교류 전압 및 전류 신호를 직류 전압 및 전류 신호로 변환 및 계측하는 전력변환및계측단계;
    상기 전력변환및계측단계에서 계측된 직류 전압 및 전류 신호를 시각화처리부에서 시각화하는 시각화단계;
    상기 전력변환 및 계측단계에서 계측된 직류 전압 및 전류 신호를 이용하여 데이터가공 및 처리부에서 RAW DATA를 생성하고 연산하는 데이터가공 및 처리단계;
    상기 데이터 가공 및 처리부에서 생성된 RAW DATA를 기반으로 전력연산부에서 유효전력, 무효전력, 주파수, 전력량을 계산하는 계산단계;
    상기 계산단계에서 계산된 정보 및 지령신호에 따른 제어결과정보를 통신 인터페이스를 통해 상위 시스템으로 송신하는 제어결과송신단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MVDC 전력의 고속 수요 반응 제어를 위한 지능형 단말장치를 이용한 고속 수요반응 제어방법.
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