KR20220126446A - 전압조정기기의 동작 횟수 저감을 위한 협조 전압 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

전압조정기기의 동작 횟수 저감을 위한 협조 전압 제어 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배전 계통에서의 협조 전압 제어 방법에 관한 것으로서, 상기 배전 계통에 연계된 분산전원의 발전량과 수용가 부하의 부하량을 예측하는 단계; 상기 예측된 발전량 및 부하량을 기반으로 상기 배전 계통의 계통 연계점(PCC)에 설치된 전압조정기기의 동작을 예측하는 단계; 상기 전압조정기기의 동작 예측 결과를 기반으로 상기 전압조정기기의 동작 최소화를 위한 제약 조건을 설정하는 단계; 및 미리 결정된 목적 함수와 상기 설정된 전압조정기기 제약 조건을 갖는 최적화 알고리즘을 수행하여 상기 분산전원의 무효전력 보상량을 산출하는 단계를 포함한다.

Description

전압조정기기의 동작 횟수 저감을 위한 협조 전압 제어 방법 및 그 장치{COORDINATED VOLTAGE CONTROL METHOD FOR REDUCING NUMBER OF OPERATION OF VOLTAGE REGULATING DEVICE IN DISTRIBUTIN NETWORK AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은 배전 계통에서의 협조 전압 제어 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전압조정기기의 동작 횟수를 저감하기 위한 협조 전압 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
화석연료의 높은 사용량으로 인해 기후 변화 및 지구온난화의 영향이 직접적으로 인류에게 미치기 시작함에 따라 화석연료의 사용량을 줄임과 동시에 신재생에너지를 이용한 분산전원(Distributed Generation, DG)의 설치 및 이용에 대한 관심이 전세계적으로 고조되고 있으며, 특히 배전 계통에 신재생에너지인 풍력 발전, 태양광 발전 및 소형 열병합 발전 등 중소규모 전원을 분산 배치하는 분산전원 도입이 점점 증가하고 있는 추세이다. 이러한 분산전원의 배전 계통 연계는 계속해서 증가할 것으로 예상되지만 현재의 배전 계통 인프라와 운영방식에서 대용량 분산전원을 수용하기 위해서는 한계가 존재하며, 발생 가능한 기술적 문제로는 규정전압 이탈, 보호협조 저해, 단락용량 증대, 전기품질 저하, 단독운전에 의한 계통운영의 안전성 저하 등을 예로 들 수 있다.
배전 계통에 대한 분산전원의 침투율 증가로 인해 종래의 배전 계통에서는 경험하지 못했던 역 조류 현상이 발생할 수 있으며, 이는 전압 상승 문제로 이어진다. 하지만 기상 조건에 의해 쉽게 영향을 받을 수 있는 풍력 발전 및 태양광 발전의 간헐적인 출력 특성으로 인해 부하 시 전압 조정기(On load Tap Changer, OLTC), 스텝 전압 조정기(Step Voltage Regulator, SVR), 커패시터 뱅크(capacitor bank, CB) 등과 같은 전압조정기기들의 효율적인 동작을 더 이상 기대하기 어려운 실정이다. 계통 연계용 인버터의 출력 제어를 통한 분산전원의 전압 조정 참여가 하나의 대안이 될 수 있지만, 기존 전압조정기기들과의 협조 제어가 수립되지 않는다면 과도한 조정 동작 등의 문제를 야기할 수 있다.
도 1은 기존 배전 계통에서의 전압 제어 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 배전 계통에서는 두 가지의 전압 제어 방법, 즉 전압조정기기의 탭 조정을 이용한 전압 제어 방법과 분산전원의 무효전력보상을 이용한 전압 제어 방법을 사용하여 계통 전압 제어를 수행하고 있다. 기존의 전압 제어 방법들은 배전 계통 상에서 서로 독립적으로 수행되고 있다.
그런데, 배전 계통에 연계되는 분산전원들이 점점 늘어남에 따라 발생하는 전압 문제를 해결하기 위해 분산전원들의 무효전력 보상이 증가하면서 배전 계통에서의 전압 변동이 크게 발생하게 된다. 이에 따라, 배전 계통 전류에 따라 탭 포지션(tap position)을 조정해 전압 제어를 수행하는 LDC(Line Drop Compensation) 방식을 사용하는 전압조정기기의 동작 횟수가 증가하는 문제가 있다. 이는 전압조정기기의 수명을 단축시켜 계통 운영자의 손실을 야기하게 된다. 따라서, 전압조정기기와 분산전원 간의 협조 제어를 이용한 새로운 전압 제어 방식이 필요하다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 배전 계통에 연계된 분산전원의 무효전력 보상을 이용하여 계통 연계점(PCC)에 위치하는 전압조정기기의 동작 횟수를 저감할 수 있는 협조 전압 제어 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 배전 계통에 연계된 분산전원의 발전량과 수용가 부하의 부하량을 예측하는 단계; 상기 예측된 발전량 및 부하량을 기반으로 상기 배전 계통의 계통 연계점(PCC)에 설치된 전압조정기기의 동작을 예측하는 단계; 상기 전압조정기기의 동작 예측 결과를 기반으로 상기 전압조정기기의 동작 최소화를 위한 제약 조건을 설정하는 단계; 및 미리 결정된 목적 함수와 상기 설정된 전압조정기기 제약 조건을 갖는 최적화 알고리즘을 수행하여 상기 분산전원의 무효전력 보상량을 산출하는 단계를 포함하는 배전 계통에서의 협조 전압 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 배전 계통에 연계된 분산전원의 발전량과 수용가 부하의 부하량을 예측하는 예측 수단; 상기 예측된 발전량 및 부하량을 기반으로 상기 배전 계통의 계통 연계점(PCC)에 설치된 전압조정기기의 동작을 예측하고, 상기 전압조정기기의 동작 예측 결과를 기반으로 상기 전압조정기기의 동작 최소화를 위한 제약 조건을 설정하는 설정 수단; 및 미리 결정된 목적 함수와 상기 설정된 전압조정기기 제약 조건을 갖는 최적화 알고리즘을 수행하여 상기 분산전원의 무효전력 보상량을 계산하는 연산 수단을 포함하는 배전 계통에서의 협조 전압 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배전 계통에 연계된 분산전원의 발전량과 수용가 부하의 부하량을 예측하는 과정; 상기 예측된 발전량 및 부하량을 기반으로 상기 배전 계통의 계통 연계점(PCC)에 설치된 전압조정기기의 동작을 예측하는 과정; 상기 전압조정기기의 동작 예측 결과를 기반으로 상기 전압조정기기의 동작 최소화를 위한 제약 조건을 설정하는 과정; 및 미리 결정된 목적 함수와 상기 설정된 전압조정기기 제약 조건을 갖는 최적화 알고리즘을 수행하여 상기 분산전원의 무효전력 보상량을 산출하는 과정이 컴퓨터 상에서 수행될 수 있도록 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 협조 전압 제어 방법 및 그 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 미리 결정된 목적함수 및 제약 조건을 갖는 최적화 알고리즘을 수행하여 분산전원의 무효전력 보상량을 산출하고, 상기 산출된 무효전력 보상량을 포함하는 지령치를 기반으로 분산전원의 계통 연계 인버터를 제어함으로써, 배전 계통의 선로 손실을 최소화하면서 전압조정기기의 동작 횟수를 저감할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 분산전원의 무효전력 보상을 이용하여 전력조정기기의 동작 횟수를 저감함으로써, 상기 전력조정기기의 수명을 연장시켜 계통 운영자의 운영 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 협조 전압 제어 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 기존 배전 계통에서의 전압 제어 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전계통전압 제어시스템의 구성을 도시하는 도면;
도 3은 분산전원 계통 연계용 인버터의 유효 및 무효전력 제어 원리를 나타내는 도면;
도 4는 부하 시 전압 조정기(OLTC)의 동작에 의한 전압 제어 원리를 나타내는 도면;
도 5는 부하 시 전압 조정기(OLTC)의 LDC 전압 제어 방법을 나타내는 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 협조 전압 제어 장치의 동작을 설명하는 순서도;
도 7은 OLTC 장비의 불필요한 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 장치의 구성 블록도.
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 배전 계통에 연계된 분산전원의 무효전력 보상을 이용하여 계통 연계점(PCC)에 위치하는 전압조정기기의 동작 횟수를 저감할 수 있는 협조 전압 제어 방법 및 그 장치를 제안한다. 이하, 본 명세서에서는, 설명의 편의상, 배전 계통에 연계되어 무효전력 보상을 수행하는 분산전원은 태양광 발전기(photovoltaics, PV)이고, 동작 횟수 저감의 대상이 되는 전압조정기기는 주 변압기에 장착된 부하 시 전압 조정기(On load Tap Changer, OLTC)임을 예시하여 설명하도록 한다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전계통전압 제어시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전계통전압 제어시스템(100)은 배전 계통(distribution network, 110)과, 상기 배전 계통(110)의 에너지 관리를 수행하는 에너지 관리 장치(Energy Management System, EMS, 120)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 에너지 관리 장치(120)는 배전 관리 시스템(Distribution Management System, DMS) 내부에 설치될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
배전 계통(또는 배전망, 110)은 상위 계통과 연계 가능하며, 하나 이상의 분산전원(111), 하나 이상의 에너지저장장치(112), 하나 이상의 전력부하(113) 및 하나 이상의 변압기(114) 등을 포함할 수 있다.
분산전원(111)은, 대규모 집중 전원과 달리,　수용가에 분산 배치되는 발전설비를 의미한다. 상기 분산전원(111)은 신재생에너지를 이용한 발전설비와　자가용 전기설비에 해당하는 발전설비를 포함한다.
분산전원(111)은 계통 연계용 인버터(미도시)를 구비할 수 있다. 계통 연계용 인버터는 분산전원(111)의 출력을 직류(DC) 전원에서 교류(AC) 전원으로 변환하는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 계통 연계용 인버터는 무효전력 보상을 통해 배전 계통의 전압을 제어하는 동작을 수행할 수 있다. 이때, 상기 계통 연계용 인버터는 유효전력(P) 및 무효전력(Q) 수요에 대한 빠른 응답 특성을 제공할 수 있다. 특히, 태양광 발전기(PV)에 사용되는 인버터는 출력 전류의 P, Q 성분을 제어하여 배전 계통의 전압을 제어할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 도 3은 분산전원 계통 연계용 인버터의 유효 및 무효전력 제어 원리를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 인버터의 정격 용량은 반원으로 표현되며, 정상 조건(normal condition) 하의 인버터는 고정된 역률(power factor)을 가지고 운전된다. 하지만 연계점 전압이 규정범위를 벗어날 경우, 인버터는 무효전력 혹은 유효전력, 역률 등을 제어하여 능동적으로 연계점 전압을 제어할 수 있다. 도 3의 (a)는 고정된 역률로 제어됨을 보여주며, 도 3의 (b)는 계통 운영자가 낮은 역률에서 배전 계통을 운전하고자 한다면 무효전력 생산을 위하여 유효전력의 일부를 감소시킬 수 있다.
에너지저장장치(Energy Storage System, ESS, 112)는 화력이나 원자력, 그리고 태양광 및 풍력을 이용한 신재생에너지 등으로 생산된 전기 에너지를 저장하고 필요할 때 사용할 수 있는 장치를 말한다. 에너지를 저장하는 방식에 따라서 양수 발전, 압축 공기 저장 장치, 플라이 휠 등을 이용하는 물리적 저장과 리튬 이온 전지, 납축전지, 흐름 전지 등의 화학적 저장으로 분류된다. 또한 전기 에너지로 물을 전기 분해하여 수소 형태로 저장하는 것도 일종의 에너지 저장이다.
전력부하(또는 수용가 부하, 113)는 배전 계통에서 전기 에너지를 소비하는 모든 장치를 의미한다.
변압기(또는 변전소, 114)는 송전 계통과 배전 계통 사이의 계통 연계점(Point of Common Coupling,　PCC)에 설치되어, 송전 계통 전압을 배전 계통 전압으로 변환하는 동작을 수행할 수 있다. 한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 변압기(114)는 상위 배전 계통과 하위 배전 계통 사이의 계통 연계점(PCC)에 설치되어, 상위 배전 계통 전압을 하위 배전 계통 전압으로 변환하는 동작을 수행할 수도 있다.
변압기(114)는 배전 계통 전류에 따라 탭 포지션을 조정해 전압 제어를 수행하는 LDC(Line Drop Compensation) 방식을 사용하는 전압조정기기(미도시)를 구비할 수 있다. 상기 전압조정기기로는 부하 시 전압 조정기(OLTC) 또는 스텝 전압 조정기(SVR)가 사용될 수 있다. 이하, 본 실시 예에서는, 상기 전압조정기기가 OLTC 장비임을 예시하여 설명하도록 한다.
부하 시 전압 조정기(OLTC)는 변압기를 주 통전 선로의 활선 상태에서 탭을 바꿔 지정된 권선 전압으로 자동 조정하기 위한 장치이다. 상기 OLTC 장비는 탭 조정(일반적으로 16개의 탭이며, 탭 간격은 1.25%)에 의해 일정 크기의 전압을 증가 혹은 감소시킴으로써 동작한다. 가령, 도 4에 도시된 바와 같이, 분산전원 침투율 증가로 인해 배전 계통의 전압이 상승할 경우, 탭의 위치를 하강시켜 배전 계통의 전압을 미리 결정된 전압 범위 이내로 유지한다.
좀 더 구체적으로, 도 5는 부하 시 전압 조정기(OLTC)의 LDC 전압 제어 방법을 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 부하 시 전압 조정기(OLTC)의 LDC 전압 제어 방법은 LDC 제어기(115)를 통해 수행될 수 있다. 상기 LDC 제어기(115)는 변압기의 2차측에 흐르는 전압과 전류를 이용하여 가상의 부하 중심점 전압(Vce)을 계산하고, 상기 계산된 부하 중심점 전압(Vce)과 미리 결정된 부하 중심점 기준 전압(Vce.ref) 간의 오차(δ)가 전압불감대(dead band, db) 범위를 벗어나게 되면 탭 값을 증가 혹은 감소시킴으로써 배전 계통의 적정 전압을 유지하도록 전압 제어를 수행할 수 있다. 여기서, 부하 중심점 전압(Vce)은 아래 수학식 1을 통해 계산될 수 있다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 송출 전압이고,
Figure pat00003
는 송출 전류이며,
Figure pat00004
는 등가 임피던스임.
OLTC 장비의 동작 여부를 결정하는 기준이 되는 오차(δ)의 범위는 아래 수학식 2를 통해 정의될 수 있다.
Figure pat00005
여기서,
Figure pat00006
는 부하 중심점 전압이고,
Figure pat00007
는 부하 중심점 기준 전압이며,
Figure pat00008
는 전압불감대임.
다시, 도 2를 참조하면, 에너지 관리 장치(120)는 배전 계통의 전압을 제어하는 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해, 상기 에너지 관리 장치(120)는 분산전원의 무효전력 제어를 이용하여 OLTC 장비의 동작 횟수를 저감하기 위한 협조 전압 제어 장치(125)를 포함할 수 있다.
협조 전압 제어 장치(125)는 분산전원의 발전량과 전력부하(즉, 수용가)의 부하량을 예측하고, 상기 예측된 발전량 및 부하량을 이용하여 OLTC 장비의 동작을 예측하며, 상기 OLTC 장비의 동작 예측 결과를 기반으로 해당 OLTC 장비의 불필요한 동작을 검출할 수 있다. 그리고, 협조 전압 제어 장치(125)는 분산전원의 무효전력 보상(또는 무효전력 제어)을 이용하여 상기 검출된 OLTC 장비의 불필요한 동작을 제거할 수 있다. 이때, 상기 협조 전압 제어 장치(125)는 분산전원의 무효전력 보상으로 인해 증가하는 선로 손실을 최소화하기 위한 목적 함수와 OLTC 장비의 동작 최소화를 위한 OLTC 제약 조건을 갖는 최적화 알고리즘을 수행함으로써, 배전 계통의 선로 손실을 최소화하면서 OLTC 장비의 동작 횟수를 저감할 수 있는 분산전원의 무효전력 보상량을 산출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 협조 전압 제어 장치의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 협조 전압 제어 장치(125)는 배전 계통의 PV 발전량 및 부하량을 미리 결정된 시간 단위로 예측할 수 있다(S610). 이때, 상기 협조 전압 제어 장치(125)는 PV의 유효 전력량(P)과 부하의 유효 전력량(P) 및 무효 전력량(Q)을 예측할 수 있다.
협조 전압 제어 장치(125)는 상기 예측된 PV 발전량 및 부하량을 기반으로 OLTC 장비의 동작(즉, 탭 포지션)을 예측할 수 있다(S620). 이때, 상기 협조 전압 제어 장치(125)는 미리 결정된 시간 주기(가령, 15분 주기)로 하루 구간의 동작을 예측할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 협조 전압 제어 장치(125)는 PV의 예측 발전량과 부하의 예측 부하량을 기반으로 배전 계통의 전력조류 계산을 수행하여 계통 연계점(PCC)에서의 송출 전압(
Figure pat00009
) 및 송출 전류(
Figure pat00010
)를 검출할 수 있다. 이후, 협조 전압 제어 장치(125)는 상기 검출된 송출 전압(
Figure pat00011
) 및 송출 전류(
Figure pat00012
)를 기반으로 부하 중심점 전압(
Figure pat00013
)을 계산하고, 상기 계산된 부하 중심점 전압(
Figure pat00014
)과 미리 결정된 부하 중심점 기준 전압(Vce.ref) 간의 오차(δ)가 전압불감대(db) 범위를 벗어나는지 여부를 판단하여 OLTC 장비의 동작을 예측할 수 있다.
협조 전압 제어 장치(125)는 OLTC 장비의 동작 예측 결과를 기반으로 상기 OLTC 장비의 동작 최소화를 위한 OLTC 제약 조건을 설정할 수 있다(S630).
OLTC 장비의 동작 횟수 저감을 위한 OLTC 제약 조건은 두 가지로 구성될 수 있다. 첫 번째 제약 조건은 OLTC 장비의 불필요한 동작을 제한하는 것이고, 두 번째 제약 조건은 OLTC 장비의 동작 횟수가 PV의 무효전력 보상 전보다 증가하지 않도록 제한하는 것이다.
협조 전압 제어 장치(125)는 OLTC 장비의 동작을 예측하여 해당 OLTC 장비의 불필요한 동작을 검출하고, 상기 검출된 불필요한 동작을 제거하기 위한 OLTC 제약 조건을 설정할 수 있다. 이때, 상기 OLTC 장비의 불필요한 동작은, 도 7에 도시된 바와 같이, OLTC 장비의 탭 포지션이 조정된 다음 미리 결정된 시간(가령, 4시간) 이내에 다시 원래 위치로 복귀하는 동작을 지칭한다. 해당 동작은 PV의 무효전력 보상으로 대체될 수 있다.
협조 전압 제어 장치(125)는 OLTC 장비의 동작을 예측하여 특정 시점(t)까지의 OLTC 동작 횟수를 계산하고, 상기 계산된 OLTC 동작 횟수가 무효전력 보상 전의 OLTC 동작 횟수를 초과하지 않도록 제한하기 위한 OLTC 제약 조건을 설정할 수 있다. 이는 OLTC 장비가 무효전력 보상 전보다 과 동작할 가능성을 제거하기 위함이다. 해당 OLTC 장비의 동작은 PV의 무효전력 보상으로 제한될 수 있다.
협조 전압 제어 장치(125)는 PV의 무효전력 보상량을 최적화하기 위한 최적화 알고리즘을 생성할 수 있다(S640). 이때, 상기 협조 전압 제어 장치(125)는 미리 결정된 목적 함수 및 제약 조건을 갖는 최적화 알고리즘을 생성할 수 있다.
최적화 알고리즘의 목적 함수(f)는 PV의 무효전력 보상으로 인해 증가하는 선로 손실을 최소화하는 것을 목적으로 한다. 상기 목적 함수(f)는 아래 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00015
최적화 알고리즘의 제약 조건은 OLTC 제약 조건, 계통전압 제약 조건 및 PV 무효전력 제약 조건을 포함할 수 있다.
OLTC 제약 조건은 OLTC 장비의 불필요한 동작을 제한하는 제약 조건과, OLTC 장비의 동작 횟수가 PV의 무효전력 보상 전보다 증가하지 않도록 제한하는 제약 조건을 포함한다.
계통전압 제약 조건은 배전 계통의 전압(
Figure pat00016
)을 전압 상한선(
Figure pat00017
)과 전압 하한선(
Figure pat00018
) 사이의 범위를 벗어나지 않도록 제한하는 제약 조건이다. 상기 계통전압 제약 조건은 아래 수학식 4와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00019
PV 무효전력 제약 조건은 PV의 무효전력 보상량(
Figure pat00020
)이 PV의 최대 무효전력량(
Figure pat00021
)을 벗어나지 않도록 제한하는 제약 조건이다. 상기 PV 무효전력 제약 조건은 아래 수학식 5와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00022
PV의 최대 무효전력량(
Figure pat00023
)은 아래 수학식 6을 통해 계산될 수 있다.
Figure pat00024
여기서,
Figure pat00025
는 PV의 rated capacity이고,
Figure pat00026
는 PV의 active power임.
협조 전압 제어 장치(125)는 상술한 목적 함수 및 제약 조건들을 갖는 최적화 알고리즘을 수행하여 배전 계통의 전압 제어를 위한 최적의 무효전력 보상량을 검출(산출)할 수 있다(S650). 이때, 상기 협조 전압 제어 장치(125)는 PV의 최적 무효전력 보상량을 미리 결정된 시간 주기(가령, 15분 주기)로 검출할 수 있다.
협조 전압 제어 장치(125)는 상기 검출된 무효전력 보상량에 관한 정보를 포함하는 무효전력 보상 지령치를 생성하고, 상기 생성된 무효전력 보상 지령치를 PV 인버터로 전송할 수 있다(S660). PV 인버터는 협조 전압 제어 장치(125)로부터 수신된 무효전력 보상 지령치를 기반으로 무효전력 보상을 수행할 수 있다. 이를 통해 OLTC 장비의 불필요한 동작을 제거하여 해당 OLTC 장비의 동작 횟수를 저감할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 협조 전압 제어 장치는 미리 결정된 목적함수 및 제약 조건을 갖는 최적화 알고리즘을 수행하여 PV의 무효전력 보상량을 산출하고, 상기 산출된 무효전력 보상량을 포함하는 지령치를 기반으로 PV의 계통 연계 인버터를 제어함으로써, 배전 계통의 선로 손실을 최소화하면서 OLTC 장비의 동작 횟수를 저감할 수 있다. 또한, 협조 전압 제어 장치는 PV의 무효전력 보상을 이용하여 OLTC 장비의 동작 횟수를 저감함으로써, 상기 OLTC 장비의 수명을 연장시켜 계통 운영자의 운영 비용을 절감할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 장치의 구성 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 장치(800)는 적어도 하나의 프로세서(810), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(820) 및 통신 버스(830)를 포함한다. 상기 컴퓨팅 장치(800)는 상술한 협조 전압 제어 장치에 포함되는 하나 이상의 컴포넌트일 수 있다.
프로세서(810)는 컴퓨팅 장치(800)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시 예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(810)는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(820)에 저장된 하나 이상의 프로그램들(825)을 실행할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(810)에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치(800)로 하여금 예시적인 실시 예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체(820)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(820)에 저장된 프로그램(825)은 프로세서(810)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시 예에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(820)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 장치(800)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.
통신 버스(830)는 프로세서(810), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(820)를 포함하여 컴퓨팅 장치(800)의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.
컴퓨팅 장치(800)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(850)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(840) 및 하나 이상의 네트워크 통신 인터페이스(860)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(840) 및 네트워크 통신 인터페이스(860)는 통신 버스(830)에 연결된다.
입출력 장치(850)는 입출력 인터페이스(840)를 통해 컴퓨팅 장치(800)의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치(850)는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치(850)는 컴퓨팅 장치(800)를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 장치(800)의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 장치(800)와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 장치(800)와 연결될 수도 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: 배전계통전압 제어시스템 110: 배전 계통
111: 분산전원 112: 에너지저장장치
113: 전력부하 114: 변압기
120: 에너지 관리 장치 125: 협조 전압 제어 장치

Claims (10)

  1. 배전 계통에 연계된 분산전원의 발전량과 수용가 부하의 부하량을 예측하는 단계;
    상기 예측된 발전량 및 부하량을 기반으로 상기 배전 계통의 계통 연계점(PCC)에 설치된 전압조정기기의 동작을 예측하는 단계;
    상기 전압조정기기의 동작 예측 결과를 기반으로 상기 전압조정기기의 동작 최소화를 위한 제약 조건을 설정하는 단계; 및
    미리 결정된 목적 함수와 상기 설정된 전압조정기기 제약 조건을 갖는 최적화 알고리즘을 수행하여 상기 분산전원의 무효전력 보상량을 산출하는 단계를 포함하는 배전 계통에서의 협조 전압 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분산전원은 태양광 발전기(PV)임을 특징으로 하는 배전 계통에서의 협조 전압 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압조정기기는, 부하 시 전압 조정기(On load Tap Changer, OLTC) 또는 스텝 전압 조정기(Step Voltage Regulator, SVR)임을 특징으로 하는 배전 계통에서의 협조 전압 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 예측 단계는,
    상기 예측된 발전량 및 부하량을 기반으로 상기 배전 계통의 전력조류 계산을 수행하여 상기 계통 연계점(PCC)에서의 송출 전압(
    Figure pat00027
    ) 및 송출 전류(
    Figure pat00028
    )를 검출하는 단계; 및
    상기 송출 전압(
    Figure pat00029
    ) 및 송출 전류(
    Figure pat00030
    )를 이용하여 부하 중심점 전압(
    Figure pat00031
    )을 계산하고, 상기 부하 중심점 전압(
    Figure pat00032
    )을 기반으로 상기 전압조정기기의 동작을 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전 계통에서의 협조 전압 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전압조정기기 제약 조건은, 상기 전압조정기기의 불필요한 동작을 제한하는 제약 조건과, 상기 전압조정기기의 동작 횟수가 상기 태양광 발전기의 무효전력 보상 전보다 증가하지 않도록 제한하는 제약 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 배전 계통에서의 협조 전압 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 목적 함수는, 상기 태양광 발전기의 무효전력 보상으로 인해 증가하는 선로 손실을 최소화하는 것을 목표로 하는 함수임을 특징으로 하는 배전 계통에서의 협조 전압 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 최적화 알고리즘의 제약 조건은, 계통전압 제약 조건 및 PV 무효전력 제약 조건을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배전 계통에서의 협조 전압 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 검출된 무효전력 보상량에 관한 정보를 포함하는 무효전력 보상 지령치를 생성하여 상기 분산전원의 계통 연계 인버터로 전송하는 단계를 더 포함하는 배전 계통에서의 협조 전압 제어 방법.
  9. 청구항 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 따른 방법이 컴퓨터 상에서 수행될 수 있도록 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  10. 배전 계통에 연계된 분산전원의 발전량과 수용가 부하의 부하량을 예측하는 예측 수단;
    상기 예측된 발전량 및 부하량을 기반으로 상기 배전 계통의 계통 연계점(PCC)에 설치된 전압조정기기의 동작을 예측하고, 상기 전압조정기기의 동작 예측 결과를 기반으로 상기 전압조정기기의 동작 최소화를 위한 제약 조건을 설정하는 설정 수단; 및
    미리 결정된 목적 함수와 상기 설정된 전압조정기기 제약 조건을 갖는 최적화 알고리즘을 수행하여 상기 분산전원의 무효전력 보상량을 계산하는 연산 수단을 포함하는 배전 계통에서의 협조 전압 제어 장치.
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