KR20220150777A - 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법은, 현재 시점의 배전 계통의 토폴로지 정보를 취득하는 단계; 분산형전원에 대한 개폐 최단 거리 경로를 작성하는 단계; 선로 고장 발생 및 그에 따른 스위칭 수단의 열림을 확인하는 단계; 고장에 의해 열린 상기 스위칭 수단이 상기 개폐 최단 거리 경로에 속하는지 확인하는 단계; 및 상기 개폐 최단 거리 경로에 속하면 상기 개폐 최단 거리 경로를 규정하는 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 배전 계통의 중앙 관리/운영 시스템에 기반하여 확보된 배전 계통 토폴로지를 반영한 배전 계통에 포함된 분산형전원의 단독운전 방지 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전력회사의 배전망은 배전용 변전소로부터 부하수요지에 있는 배전 변압기까지의 개폐기, 전주, 피뢰기 등의 배전설비, 고압케이블 및 전선 등으로 구성되어 고압전력 공급을 담당하는 고압배전망과 배전용변압기 2차측으로부터 저압고객까지의 저압전력공급을 담당하는 저압배전망으로 구성된다.
일반적으로 전력회사의 배전망은 배전용 변전소로부터 부하수요지(즉, 저압 수용가)와 연결된 배전 변압기까지의 개폐기, 전주, 피뢰기 등의 배전설비, 고압케이블 및 전선 등의 고압배전선로로 구성된 고압배전망(22.9kV)과 배전 변압기를 거쳐 저압(220/380V)으로 변환된 전력을 고객에게 수송하는 것을 담당하는 저압배전망으로 구성되어 있다.
종래의 배전공급망은 국내를 포함하여 대부분의 나라에서 중요하지 않은 지역의 경우 수지상으로 구성되어 있다. 경우에 따라 현재 운용 중인 배전망의 경우 전체 배전망 연결 경로들의 집합은 루프형 배전 계통 또는 네트워크 배전 계통의 형태를 가지지만, 이는 예비적 경로를 포함한 것으로, 실제 운영은 각 전력 공급/소비 지점들을 하나의 변전소에만 연결 경로를 형성하고, 다른 경로는 차단하여 운영하는 방식으로 수지상 배전 계통으로 운영된다.
상술한 경우 배전 운영 환경의 변동에 따라, 운영되는 수지상 배전 계통의 토폴로지는 중장기적으로 변경될 수 있다. 변경되는 경우 기존에 연결된 변전소와의 경로는 차단되고, 다른 변전소와의 경로가 연결되어 운영되는 것이다.
도 1은 배전선로 고장에 따른 분산형전원의 단독운전 발생 가능성을 설명하기 위한 개념도이다.
분산형전원이 연계된 수지상 배전 계통에서 배전선로에 고장이 발생할 경우, 배전 계통의 보호를 위해서 선로의 Recloser가 동작하게 된다. Recloser는 고장 구간을 제거하기 위하여 동작하며, 0.5초 이후에 고장의 자연 제어 여부를 체크하기 위하여 재폐로를 실시한다. 배전선로에 고장이 발생하여 Recloser가 Open되면 배전 계통에는 분산형전원의 가압이 유지된 채로 단독적인 계통이 형성되어 운영되는 위험이 발생할 수 있다.
실제로 분산형전원에는 비정상 주파수 및 비정상 전압 조건에서 자동으로 계통에서 탈락하도록 자체 보호기능을 탑재하고 있지만, Recolser의 open에 의한 계통의 단독운전 임에도 불구하고, 단독운전 계통 내의 부하 및 발전량이 일치하여 단독운전 계통의 주파수 및 전압이 변동하지 않고 가압된 상태로 운전하게 되는 것이다.
계통에 단독운전이 발생하면 다음과 같은 추가적인 문제 등이 발생할 수 있기 때문에 계통의 안정적인 운영 및 안전을 위해서 단독운전은 철저하게 금지되어야 한다.
① 단독운전 내부 계통의 불안정한 운전에 따른 부하 파손 문제
② 가압상태에서의 재폐로 시 비동기화로 인한 과전류 문제
③ 설비 가압 유지에 따른 현장 설비 정비자의 안전 문제
전력회사에서는 “분산형전원 배전 계통 연계기술 기준”에서는 분산형전원의 단독운전 상황 발생 시 0.5초 이내에 계통에서 탈락하도록 요구하고 있으며, 특히, KS 8565에서는 중대용량 인버터의 단독운전 시험 방법 및 절차에 대해서 정의하고 있다.
그러나, 미국이나 일본의 분산형전원 단독운전 사례에서는 단일 분산형전원에 의한 단독운전은 발견되지 않고, 단독운전 계통의 부하와 발전량이 일치해야 하기 때문에 대부분이 다수의 분산형전원 환경에 의한 단독운전이 발생하고 있다. 현재 국내에서 배전 계통 연계 분산형전원에 요구하는 단독운전 방지는 동일하게 0.5초 이내에 계통에서 탈락하도록 함으로써 아무런 문제가 발생하지 않는다. 그러나 KS 8565의 시험 방법 및 절차는 단일 분산형전원의 단독운전 검출에 대한 시험 방법이며, 다수의 분산형전원이 동시에 가압하며 발생하는 단독운전에 대한 시험/조치 방법은 정의되고 있지 않다.
즉, 다수의 분산형전원 환경에서 단독운전 발생을 방지할 수 있는 방안이 요망된다.
한편, 배전 경로의 각 전력 공급/소비 지점들에는 차단기, 개폐기, 리클로져 같은 스위칭 장치들이 배치되는데, 최근의 분산전원 지원 환경은, 배전 경로의 스위칭 장치들이 설치된 이후에도 다수개의 분산전원 발전기들이 연결될 수 있다. 이는 상기 스위칭 장치가 자체 연산처리 기능을 가진 스마트형 장치여도, 자신에 대하여 상호 영향을 끼칠 수 있는 배전 선로에 연결된 분산전원 발전기의 존재 여부를 알 수 없게 하여, 실질적으로 스마트형 스위칭 장치를 이용한 단독운전 방지 구현이 곤란하다.
본 발명은 다수의 분산형전원을 가지는 배전 계통에서 단독운전 발생을 유효하게 방지할 수 있는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법을 제안하고자 한다.
본 발명은 DTT를 이용하여 빠르고 고신뢰도로 분산형전원의 단독운전을 방지하는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법은, 현재 시점의 배전 계통의 토폴로지 정보를 취득하는 단계; 분산형전원에 대한 개폐 최단 거리 경로를 작성하는 단계; 선로 고장 발생 및 그에 따른 스위칭 수단의 열림을 확인하는 단계; 고장에 의해 열린 상기 스위칭 수단이 상기 개폐 최단 거리 경로에 속하는지 확인하는 단계; 및 상기 개폐 최단 거리 경로에 속하면 상기 개폐 최단 거리 경로를 규정하는 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계 이후, 선로 절체에 따른 배전 선로 구조 변경을 확인하는 단계; 및 변경된 선로 구조에서의 배전 계통의 토폴로지 정보를 취득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 배전 계통은 다수 개의 분산형전원들을 포함하며, 상기 개폐 최단 거리 경로에 속하는지 확인하는 단계에서는, 상기 다수 개의 각 분산형전원에 대한 개폐 최단 거리 경로들 중에서, 고장에 의해 열린 상기 스위칭 수단이 속하는 것들을 확인하고, 상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계에서는, 고장에 의해 열린 상기 스위칭 수단이 속하는 각 개폐 최단 거리 경로가 속하는 분산형전원들에 대하여 발전 중단을 지시할 수 있다.
여기서, 상기 스위칭 수단은, 상기 배전 계통에 설치된 차단기, 개폐기, 리클로져를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계는, 배전 계통의 차단 장치들의 상태를 상위시스템에서 분석하여 단독운전 발생으로 인해 분리되어야 하는 분산형전원에 계통 분리 지령을 전송하면 분산형전원이 운전을 중지하고 계통에서 탈락하게 되는 DTT 메카니즘에 따를 수 있다.
여기서, 상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계 이후, 상기 분산형전원의 분산형전원 단말기를 통해, 분산형전원 연계용 차단기를 동작시켜서 계통에서 탈락시키거나, 상기 분산형전원의 계통연계/탈락 기능을 이용하여 계통에서 탈락시키는 작업을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계 이후, 상기 분산형전원의 순간적인 출력을 0으로 떨어뜨리는 순간운전 정지(Cease to Energize) 기능을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계에서의 발전 중단 지시 신호 전달을 위한 방안으로서, 상기 분산형전원의 분산형전원 단말기로부터 발전 중단 지시가, 상기 분산형전원의 분산형전원 연계용 차단기로의 on/off 신호로 반영되거나, 상기 분산형전원의 인버터의 신호선 포트에 대한 신호로 적용되거나, 상기 분산형전원의 인버터의 통신 포트에 대한 신호로 반영될 수 있다.
여기서, 상기 분산형전원 단독운전 방지 방법은, 상기 토폴로지 정보의 작성부터 상기 분산형전원으로의 발전 중단 지시까지 일괄하여 상기 배전 계통을 운영하는 상위 시스템에서 수행될 수 있다.
여기서, 상기 분산형전원 단독운전 방지 방법은, 상기 배전 계통의 토폴로지 정보를 상기 배전 계통을 운영하는 상위 시스템으로부터 제공받아, 상기 분산형전원의 단말기에서 수행될 수 있다.
여기서, 상기 분산형전원 단독운전 방지 방법은, 상기 배전 계통을 운영하는 상위 시스템과 상기 배전 계통의 선로 사이에 위치하는 통신 속도 향상을 위한 빠른 응동을 가진 로컬제어장치에서 수행될 수 있다.
여기서, 상기 분산형전원 단독운전 방지 방법은, 상기 배전 계통에 설치되며 차단기 또는 리클로져의 DTT 전송 기능이 탑재된 선로원격제어장치(FRTU)에서 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 장치는, 배전 계통의 토폴로지 정보를 취득하는 배전 계통 토폴로지 획득부; 상기 배전 계통에 포함된 다수 개의 각 분산형전원에 대한 개폐 최단 거리 경로들을 작성하는 개폐 최단 거리 경로 작성부; 상기 배전 계통의 선로 고장 발생 및 상기 고장에 따라 열린 스위칭 수단을 확인하는 배전 선로 고장 감시부; 및 상기 고장에 의해 열린 스위칭 수단이 상기 개폐 최단 거리 경로에 속하는지 확인하여, 상기 개폐 최단 거리 경로에 속하면 상기 개폐 최단 거리 경로를 규정하는 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 분산형전원 지시부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 배전 선로 고장 감시부는, 선로 절체에 따른 배전 선로 구조 변경을 확인하면 이를 상기 배전 계통 토폴로지 획득부에 통보하고, 상기 배전 계통 토폴로지 획득부는, 변경된 선로 구조에서의 배전 계통의 토폴로지 정보를 취득하여 갱신할 수 있다.
여기서, 상기 분산형전원 지시부는, 상기 분산형전원의 분산형전원 단말기에 대하여, 상기 분산형전원의 연계용 차단기를 동작시켜서 계통에서 탈락하거나, 상기 분산형전원의 계통연계/탈락 기능을 이용하여 계통에서 탈락할 것을 지시할 수 있다.
여기서, 상기 분산형전원 지시부는, 상기 분산형전원의 분산형전원 단말기에 대하여, 상기 분산형전원의 순간적인 출력을 0으로 떨어뜨리는 순간운전 정지(Cease to Energize) 기능을 지시할 수 있다.
여기서, 상기 분산형전원 지시부는, 상기 발전 중단의 지시를, 상기 분산형전원의 분산형전원 연계용 차단기로의 on/off 신호로 반영되거나, 상기 분산형전원의 인버터의 신호선 포트에 대한 신호로 적용되거나, 상기 분산형전원의 인버터의 통신 포트에 대한 신호로 반영하여 수행할 수 있다.
여기서, 상기 배전 선로 고장 감시부는, 상기 고장에 대응하는 선로 절체에 따른 배전 선로 구조 변경을 확인하고, 상기 배전 계통 토폴로지 획득부에 대하여 변경된 선로 구조에서의 배전 계통의 토폴로지 정보를 취득을 지시할 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법을 실시하면, 다수의 분산형전원을 가지는 배전 계통에서 단독운전 발생을 유효하게 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법은, DTT를 이용하여 빠르고 고신뢰도로 분산형전원의 단독운전을 방지하는 이점이 있다.
본 발명의 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법은, 매우 높은 신뢰도로 단독운전 구간에 존재하는 분산형전원의 동작을 중지시키고 차단시킬수 있어, 단독운전 상황으로 인해 발생하는 계통 안전사고로부터 인명 피해를 방지하고, 단독운전 상황으로 인해 발생하는 이상 전압 및 전류에 의한 단독운전 구간 내의 전력설비를 보호할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법은, 기 구축되거나 구축중인 ADMS나 DER Gateway에 해당 기능을 소프트웨어적으로 구현하고, 필요한 추가 신호선 연결만을 수행하여, 저렴한 비용으로 분산형전원의 단독운전을 방지하는 이점이 있다.
도 1은 배전선로 고장에 따른 분산형전원의 단독운전 발생 가능성을 설명하기 위한 개념도.
도 2는 단독운전 방지를 위해 2차측 강제접지 가능한 Recloser를 도시한 사시도.
도 3a는 연계용 차단기 동작 방식으로 차단 신호를 전송하는 방법을 도시한 개념도.
도 3b는 말단 신호선 결선 방식으로 차단 신호를 전송하는 방법을 도시한 개념도.
도 3c는 말단 통신 이용 방식으로 차단 신호를 전송하는 방법을 도시한 개념도.
도 4는 본 발명의 사상에 따른 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도 5는 중앙제어 기반 단독운전 방지 방법으로 구현된 실시예를 도시한 계통 구성도.
도 6a는 상위시스템에서 감시하여 결정하는 방식을 나타낸 블록도.
도 6b는 DER 연계용 단말장치에서 결정하는 방식을 나타낸 블록도.
도 7은 계통보호용 차단장치 - 단말장치 - 연계용 차단기의 연계 동작 방식을 설명하기 위한 개념도.
도 8은 계통보호용 차단장치 - 단말장치 - 분산형전원의 말단 신호선 결선 방식을 설명하기 위한 개념도.
도 9는 계통보호용 차단장치 - 단말장치 - 분산형전원의 말단 통신 이용 방식을 설명하기 위한 개념도.
도 10는 중앙에서 배전운영시스템에 의해 계통분리 신호 전송을 결정하는 구조를 도시한 개념도.
도 11은 각각의 개폐/차단 장치 및 DER 단말장치들이 상호 통신을 통해 계통분리 신호 전송을 결정하는 구조를 도시한 개념도.
도 12는 중앙 배전운영시스템과 배전 선로 사이에 위치한 로컬 제어장치에 의해 계통분리 신호 전송을 결정하는 구조를 도시한 개념도.
도 13은 중앙 배전운영시스템과 배전 선로 사이에 위치한 FRTU(리클로저)에 의해 계통분리 신호 전송을 결정하는 구조를 도시한 개념도.
도 14는 본 발명의 사상에 따른 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 장치의 일 실시예를 도시한 블록도.
도 2는 단독운전 방지를 위해 2차측 강제접지 가능한 Recloser를 도시한 사시도.
도 3a는 연계용 차단기 동작 방식으로 차단 신호를 전송하는 방법을 도시한 개념도.
도 3b는 말단 신호선 결선 방식으로 차단 신호를 전송하는 방법을 도시한 개념도.
도 3c는 말단 통신 이용 방식으로 차단 신호를 전송하는 방법을 도시한 개념도.
도 4는 본 발명의 사상에 따른 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도 5는 중앙제어 기반 단독운전 방지 방법으로 구현된 실시예를 도시한 계통 구성도.
도 6a는 상위시스템에서 감시하여 결정하는 방식을 나타낸 블록도.
도 6b는 DER 연계용 단말장치에서 결정하는 방식을 나타낸 블록도.
도 7은 계통보호용 차단장치 - 단말장치 - 연계용 차단기의 연계 동작 방식을 설명하기 위한 개념도.
도 8은 계통보호용 차단장치 - 단말장치 - 분산형전원의 말단 신호선 결선 방식을 설명하기 위한 개념도.
도 9는 계통보호용 차단장치 - 단말장치 - 분산형전원의 말단 통신 이용 방식을 설명하기 위한 개념도.
도 10는 중앙에서 배전운영시스템에 의해 계통분리 신호 전송을 결정하는 구조를 도시한 개념도.
도 11은 각각의 개폐/차단 장치 및 DER 단말장치들이 상호 통신을 통해 계통분리 신호 전송을 결정하는 구조를 도시한 개념도.
도 12는 중앙 배전운영시스템과 배전 선로 사이에 위치한 로컬 제어장치에 의해 계통분리 신호 전송을 결정하는 구조를 도시한 개념도.
도 13은 중앙 배전운영시스템과 배전 선로 사이에 위치한 FRTU(리클로저)에 의해 계통분리 신호 전송을 결정하는 구조를 도시한 개념도.
도 14는 본 발명의 사상에 따른 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 장치의 일 실시예를 도시한 블록도.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
해외의 많은 전력회사에서도 상술한 문제로 인해서 단일 분산형전원의 단독운전 검출 및 계통 탈락 성능을 신뢰하지 못하여 다양한 솔루션을 이용해 중앙에서 분산형전원에 의한 단독운전을 방지할 수 있도록 시스템을 구축하고자 하는 실정이다.
도 2는 단독운전 방지를 위해 2차측 강제접지 가능한 Recloser를 도시한 사시도이다.
중앙제어 기반의 단독운전 방지는 Recloser의 재폐로 시간 이내에 동작해야 하므로 중앙에서 말단인 분산형전원까지 빠른 통신속도와 신뢰도 높은 제어 동작이 요구된다. 중앙제어 기반으로 분산형전원의 단독운전을 방지하는 대표적인 방법은 크게 2가지로 제시된다.
① 배전선로 보호장치(CB, Recloser 등)의 강제 지락
② DTT(Direct Trip Transfer)를 이용한 분산형전원 계통 탈락
①번 방법은 아직 실용화되지 않은 상태이며, 도 2와 같이 차단장치의 2차측에 접지와 연결되는 장치를 두어 차단장치가 Open될 경우 차단장치의 2차측을 접지와 연결하여 강제 지락을 만듦으로써, 분산형전원들이 강제 지락에 의한 저전압을 겪게되고 분산형전원 내부의 보호기기가 동작하게 만들어 단독운전을 방지하는 것이다.
②번 방법은 많은 전력회사에서 그 필요성을 인식하고 있고, 각 전력회사의 실정에 맞게 임의로 적용을 하고는 있으나 신속하고 신뢰도 높은 표준화된 방법이나 구조가 제시되고 있지는 않으며, 배전 계통 전반에 중앙제어 기반의 단독 운전 방지 시스템을 구축하는 것은 수많은 기기들의 교체가 수반되어 경제적이지 못하다. 여기서, DTT란 분산형전원에 직접적으로 계통 탈락을 하라는 신호를 전송하는 방법을 의미한다.
국내 역시 분산형전원에 의한 계통 단독운전을 방지하기 위한 신뢰도 높은 방법을 개발하여야 하나, 국내 실정에 맞는 방식은 현재 부재중이며 빠르고 신뢰도 높은 단독운전 방지 방법이 필요하다.
계통에 단독운전이 발생하는 이유는 고립된 계통의 전압 및 주파수가 정상범위를 유지하고 있기 때문에 분산형전원이 계통의 비정상 상태를 인지하지 못하고 가압을 유지하는데에서 비롯된다. 계통의 전압 및 주파수는 그 계통 내 부하 및 발전량에 있어서 유효전력과 무효전력이 균형을 유지하고 있기 때문이다. 그러므로 고립된 계통의 유효전력과 무효전력 균형을 무너뜨려 전압 및 주파수를 비정상범위로 벗어나게 만들어주면 분산형전원 내의 보호기기가 동작하여 계통에서 탈락하게 되고, 분산형전원들에 의한 가압은 중지되게 된다.
이 때, 중요한 포인트는 분산형전원에 Voltage Ride Through 및 Frequency Ride Through 기능이 탑재되어 있을 때, 이 기능들에 의해서 분산형전원이 계통 연계를 유지하지 않도록 주파수 및 전압 범위가 변동되어야 하는 점이다.
고립계통 내에서 부하 및 발전량의 유/무효전력 균형을 무너뜨려 전압 및 주파수를 가장 크게 변동시킬 수 있는 방법은 분산형전원에서 공급되는 유효전력이 0kW가 되는 것이다. 즉, 부하의 크기와 상관없이 분산형전원 출력이 0kW가 될 수 있다면 고립계통 내의 부하에 의해 잔존 에너지는 소모되고 전압 및 주파수는 떨어지게 될 것이다. 상술한 방식은, 중앙에서 파악하지 못하고 있는 다른 분산형전원이 존재하는 경우에도, 출력이 0kW가 된 분산형전원에 의해, 고립계통의 보호기기의 동작을 유발시킬 수 있다.
분산형전원의 출력을 0kW로 만드는 방법은 분산형전원의 입장에서 크게 3가지로 구분되어 동작될 수 있다.
① 분산형전원 연계용 차단기를 동작시켜서 계통에서 탈락되는 방법
② 분산형전원의 계통연계/탈락 기능을 이용하여 계통에서 탈락시키는 방법
③ 분산형전원이 연계된 상태에서 출력만 0kW를 내는 방법
위의 3가지 방법으로 분산형전원의 출력을 0kW로 만들기 위해서는 분산형전원이 연계된 계통이 고립상태라는 것을 인지할 수 있어야 하며, 고립되었음을 알리는 신호가 분산형전원으로 신속하게 전달되어 특정 시간 내에 분산형전원의 출력이 0kW로 떨어질 수 있어야 한다. 여기서 특정 시간이라 함은, 예컨대, 국내 배전 계통의 경우, “분산형전원 배전 계통 연계기술 기준”에서 0.5초 이내의 단독운전 방지기능의 동작을 요구하기 때문에 분산형전원의 차단동작 시간을 제외하고 약 0.3초 이내로 전달될 수 있어야 함을 의미한다.
DTT 신호를 0.3초 이내에 분산형전원으로 전달하기 위해서는 ①신호 전달을 위한 매개체 및 구조, ②고립되었음을 알려주는 방법이 선정되어야 한다. 여기서, 신호 전달을 위한 매개체는 분산형전원 감시 제어용 DER Gateway로 선정하며, 고립되었음을 알려주는 신호는 변전소 CB(Cirtuit Breaker) 및 선로 Recloser(재폐로차단기)의 Open 신호가 된다. 이 때, CB 및 Recloser에서 Open 신호를 받기 위해 필요한 신호 전송 구조도 함께 제안되어야 한다.
도 3a 내지 3c는, 분산형전원의 단독운전을 중앙제어로 방지하기 위해 차단 신호를 전송하는 방법을 도시한 개념도들이다. 도 3a는 연계용 차단기 동작 방식을 나타내며, 도 3b는 말단 신호선 결선 방식을 나타내며, 도 3c는 말단 통신 이용 방식을 나타낸다.
먼저, 차단 신호의 전송 관점에서, 분산형전원의 단독운전을 중앙제어로 방지하는 구조는 도 3a 내지 3c에 도시한 것 같이 3가지로 분류할 수 있다.
여기서, 3가지 방식 모두 CB 및 Recloser에서 open 신호를 받아서 광통신을 통해 DER gateway로 신호를 전송하며, DER gateway는 연계용 차단기를 동작(Open)시키거나, 분산형전원으로 신호를 전달하게 된다. 이 때, 연계용 차단기를 동작시키는 방식은 도 3a와 같은 Hard wiring을 통한 신호선 결선이 적용될 수 있으며, 분산형전원으로 신호를 전달하는 방식은 도 3b와 같은 Hard wiring을 통한 신호 전송과, 도 3c와 같은 통신을 통한 신호 전송의 두 가지 방식이 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 사상에 따른 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도시한 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법은, 현재 시점의 배전 계통의 토폴로지 정보를 취득하는 단계(S100); 분산형전원에 대한 개폐 최단 거리 경로를 작성하는 단계(S200); 선로 고장 발생 및 그에 따른 스위칭 수단의 열림을 확인하는 단계(S300); 고장에 의해 열린 상기 스위칭 수단이 상기 개폐 최단 거리 경로에 속하는지 확인하는 단계(S400); 및 상기 개폐 최단 거리 경로에 속하면 상기 개폐 최단 거리 경로를 규정하는 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계(S500)를 포함할 수 있다.
상기 S500 단계의 수행 이후, 도시하지 않은 일반적인 배전 계통 고장 처리 과정을 통해, 고장이 발생된 스위칭 수단이 재폐로를 수행하여 이상없이 고장이 치유되거나, 점검을 위해 해당 분산형전원이 연결되는 배전 선로가 비활성화되거나, 분산형전원이 연결되는 배전 선로가 다른 예비 경로로 배전 선로가 변경될 수 있다.
도시한 바와 같이, 구현에 따라, 상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계(S500) 이후, 선로 절체에 따른 배전 선로 구조 변경을 확인하는 단계(S700); 및 변경된 선로 구조에서의 배전 계통의 토폴로지 정보를 취득하는 단계(S1100)를 더 포함할 수 있다. 도시한 바와 같이 상기 S1100 단계를 수행하면, 변경된 배전 계통의 토폴로지 정보로 상기 S200 단계를 수행한다.
도시한 흐름도의 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법은, 특히, 다수 개의 분산형전원들을 포함하는 배전 계통에 있어서 효과적으로 분산형전원의 단독운전을 방지할 수 있다.
이러한 구현 경우, 해당 배전 계통은 다수 개의 분산형전원들을 포함하며, 상기 개폐 최단 거리 경로에 속하는지 확인하는 단계(S400)에서는, 상기 다수 개의 각 분산형전원에 대한 개폐 최단 거리 경로들 중에서, 고장에 의해 열린 상기 스위칭 수단이 속하는 것들을 모두 확인하고, 상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계(S500)에서는, 고장에 의해 열린 상기 스위칭 수단이 속하는 각 개폐 최단 거리 경로가 속하는 하나 이상의 분산형전원들에 대하여 발전 중단을 지시한다.
또한, 보다 구체화된 본 발명의 사상에 따라, 상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계(S500)에서는, 배전 계통의 차단 장치들의 상태를 상위시스템에서 분석하여 단독운전 발생으로 인해 분리되어야 하는 분산형전원에 계통 분리 지령을 전송하면 분산형전원이 운전을 중지하고 계통에서 탈락하게 되는 DTT 메카니즘을 적용할 수 있다.
상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계(S500)가 수행되면, 상기 지시를 수령한 해당 분산형전원측에서, 상기 분산형전원의 분산형전원(DER) 단말기를 통해, 분산형전원 연계용 차단기를 동작시켜서 계통에서 탈락되거나, 상기 분산형전원의 계통연계/탈락 기능을 이용하여 계통에서 탈락되거나, 상기 분산형전원의 출력을 0으로 떨어뜨리는 작업을 수행할 수 있다.
상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계(S500)에서의 발전 중단 지시 신호 전달을 위한 방안으로서, 상기 분산형전원의 분산형전원(DER) 단말기로부터 발전 중단 지시가, 상기 분산형전원의 분산형전원 연계용 차단기로의 on/off 신호로 반영되거나, 상기 분산형전원의 인버터의 신호선 포트에 대한 신호로 적용되거나, 상기 분산형전원의 인버터의 통신 포트에 대한 신호로 반영될 수 있다.
구현에 따라, 도시한 흐름도의 상기 분산형전원 단독운전 방지 방법은, 상기 배전 계통을 운영하는 상위 시스템 또는 상기 분산형전원의 단말기에서 수행될 수 있다.
구현에 따라, 도시한 흐름도의 상기 분산형전원 단독운전 방지 방법은, 상기 배전 계통을 운영하는 상위 시스템과 상기 배전 계통의 선로 사이에 위치하는 로컬제어장치 또는 선로원격제어장치에서 수행될 수 있다.
이하, 본 발명의 사상에 따른 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법을 수행할 수 있는 구체적인 배전 선로 구성의 각 실시예들을 살펴보겠다.
도 5는 중앙제어 기반 단독운전 방지 방법으로 구현된 실시예를 도시한 계통 구성도이다.
도시한 실시예에서 제안되는 중앙제어 기반의 단독운전 방지 방법은 각 차단 장치와의 통신 연계를 통해 가능해지며 도시한 바와 같은 배전 계통 구조를 갖는다.
배전선로에는 선로의 인출단에 CB(Circuit Breaker)가 있고, 고장발생에 따른 선로 후비보호 및 개폐를 위해 Recloser와 자동화개폐기가 있다. 배전선로의 특정 구간에 고장이 발생할 경우, 선로의 후비보호를 위해 CB 혹은 Recloser가 동작한다. 이 두 장치가 동작했다는 것은 이 장치들의 후비인 어느 지점에 고장이 발생하였다는 것이므로 이 장치들의 후비에 있는 모든 분산형전원에는 단독운전(Islanding) 상황이 발생하였다는 것이고, 모든 분산형전원은 운전을 중지하여야 한다. 즉, CB와 Recloser의 Open/Close 상태에 따라서 개방(Open)인 경우의 신호가 분산형전원으로 전송될 경우, 분산형전원은 DTT 메커니즘에 의해서 운전을 중지하는 것이다.
여기서, DTT 메카니즘은 배전 계통의 차단 장치들의 상태를 상위시스템에서 분석하여 단독운전 발생으로 인해 분리되어야 하는 분산형전원에 계통 분리 지령을 전송하면 분산형전원이 운전을 중지하고 계통에서 탈락하게 되는 메카니즘을 의미한다.
한편, 분산형전원의 입장에서 볼 때, 연계점에서 가압이 되기 위한 조건은 그림에서 황토색 화살표로 정의된 “개폐 최단거리 경로”에 존재하는 모든 차단장치 및 개폐장치가 투입(Close) 되어 있어야 한다. 하나의 분산형전원이 가질 수 있는 최단거리 경로는 배전 계통의 분할연계 방식에 따라(한전은 일반적으로 3분할 3연계 준수) 여러 개가 존재할 수 있으며, 이 경로들 중 하나 이상의 경로에 존재하는 차단장치 및 개폐장치가 모두 투입(Close) 상태라면 분산형전원은 가압되어 운전될 수 있는 것이며, 단독운전 상황이 아닌 것이다.
이 논리를 적용하여, 본 발명에서는 DTT의 기본적인 메카니즘은 “개폐 최단거리 경로”에 존재하는 차단장치 혹은 개폐장치 중 하나라도 개방(Open)일 경우, 그 “개폐 최단거리 경로”는 분산형전원과 분리되어 있기 때문에 분산형전원과 분산형전원과 경로연계가 가능한 변전소들 사이에 존재하는 모든 “개폐 최단거리 경로”에 개방(Open)인 차단장치 혹은 개폐장치가 존재할 경우 분산형전원에 DTT 신호를 전송하여 분산형전원이 운전을 중지하거나 계통에서 분리되도록 하는 방법을 제안한다.
여기서, 개폐 최단거리 경로는 차단기의 개방/투입 상태정보를 바탕으로 일반적인 배전 계통 토폴로지 프로세스로 검색이 가능하다.
만약, 차단장치들의 동작에 의해 고장 선로가 차단될 경우, 고장구간을 제외한 정상구간의 복구를 위하여 자동화개폐기를 동작시켜 선로 절체를 하게 되며, 분산형전원은 계통의 연결구조 상 다른 선로로 전환되어 운전하게 된다. 다른 선로로 전환되는 경우에는, 배전 계통 토폴로지의 변화가 발생된 것이며, 다른 선로로 전환된 이후에는 변경된 배전 계통 토폴로지에 따라(즉, 도 4의 우측 개폐 최단거리 경로를 기준으로) 본 발명의 사상에 따른 단독운전 방지 방법이 수행된다.
배전 선로의 “개폐 최단거리 경로”에 존재하는 차단장치 혹은 개폐장치의 정보를 분산형전원으로 전송하여 분산형전원의 단독운전을 방지하기 위한 단말장치와 분산형전원의 연계 구조는 다음과 같이 3가지로 구성될 수 있다.
① 계통보호용 차단장치 - 단말장치 - 연계용 차단기의 연계 동작 방식
② 계통보호용 차단장치 - 단말장치 - 분산형전원의 말단 신호선 결선 방식
③ 계통보호용 차단장치 - 단말장치 - 분산형전원의 말단 통신 이용 방식
상기 3가지 방식들은, 각각 다음 2가지 메카니즘에 의해서 분산형전원에 계통분리 신호 전송을 결정할 수 있다.
도 6a는 상위시스템에서 감시하여 결정하는 방식을 나타낸 블록도이고, 도 6b는 DER 연계용 단말장치에서 결정하는 방식을 나타낸 블록도이다.
도 6a의 방식은 “개폐 최단거리 경로”에 존재하는 모든 차단장치 및 개폐장치의 상태정보를 상위시스템에서 감시하여 분산형전원의 운전 중지 여부를 결정하는 방법이며, 도 6b의 방식은, “개폐 최단거리 경로”에 존재하는 모든 차단장치 및 개폐장치의 상태정보를 분산형전원 연계용 단말장치(DER Gateway)에서 감시하여 분산형전원의 운전 중지 여부를 결정하는 방법이다. 구현에 따라, 각 단말장치는 DTT 신호 전송 외에도 다른 여러 가지 기능을 동시에 가질 수 있다.
도시한 2 방식은 결정 주체에 대하여 차이가 존재할 뿐, 각 결정 주체는 현재 시점의 배전 계통 토폴로지를 적용하여 각 분산형전원에 대한 '개폐 최단거리 경로'를 탐색하고, '개폐 최단거리 경로' 상의 스위칭 장치가 차단되면, 해당 분산형전원에 대하여 운전 중지를 결정한다.
일반적으로 배전 계통 토폴로지는 상위(중앙) 시스템이 가장 정확하게 파악할 수 있는 바, 도 6b의 방식의 경우에도, 분산형전원의 운전 중지 여부의 결정 주체가 되는 분산형전원 연계용 단말장치(DER Gateway)는 상위 시스템으로부터 전송받은 배전 계통 토폴로지 정보를 기반한다. 이 경우, 분산형전원의 운전 중지 여부의 결정을 상위 시스템으로부터 해당 분산형전원 연계용 단말장치(DER Gateway)가 위임받은 것으로 볼 수 있다.
도 7은 계통보호용 차단장치 - 단말장치 - 연계용 차단기의 연계 동작 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
상술한 ① 계통보호용 차단장치 - 단말장치 - 연계용 차단기의 연계 동작 방식에 대하여, 도 7을 참조하여 구체적으로 예시한다.
분산형전원 연계용 단말장치(DER Gateway)는 차단장치 및 개폐장치의 Open에 따른 DTT 정보를 매우 빠르게 전송받기 위해 광통신 방식을 채택하여 정보를 전송 받는다. 그리고 분산형전원 연계용 차단기를 Open하기 위하여 차단기로 Open을 위한 신호를 “신호선 연결”을 통해 전송한다. 이 때, 통신선이 아니라 신호선으로 전송하는 것의 장점은 현재 분산형전원들에서 사용하는 통신방식의 통신속도가 충분히 빠르지 않기 때문에 분산형전원 연계용 차단기의 Open을 통해서 신속하게 계통에서 분리하는 것이다. 일반적으로 차단기들은 On/Off 동작을 위한 신호선 연결 포트가 존재하기 때문에 이 부분에 대한 물리적인 한계는 없다.
도 8은 계통보호용 차단장치 - 단말장치 - 분산형전원의 말단 신호선 결선 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
상술한 ② 계통보호용 차단장치 - 단말장치 - 분산형전원의 말단 신호선 결선 방식에 대하여, 도 8을 참조하여 구체적으로 예시한다.
분산형전원 연계용 단말장치(DER Gateway)는 차단장치 및 개폐장치의 Open에 따른 DTT 정보를 매우 빠르게 전송받기 위해 광통신 방식을 채택하여 정보를 전송 받는다. 그리고 분산형전원의 동작은 분산형전원 제어기에서 자체적으로 중지시키기 위하여 분산형전원 인버터와 “신호선 연결”을 통해 전송한다. 이 때, 통신선이 아니라 신호선으로 전송하는 이유는 현재 분산형전원들에서 사용하는 통신방식의 통신속도가 충분히 빠르지 않기 때문에 충분히 빠른 응답을 갖는 동작을 확보하여 현재 한국전력의 요구사항인 0.5초 이내에 단독운전 방지가 이루어지게 하기 위함이다. 이 방식의 장점은 연계용 차단기의 동작에 따른 비상정지가 아니라, 분산형전원의 자체적인 가동 중지이므로 분산형전원에 주는 악영향이 적다는 것이다. 현재 국내에 존재하는 분산형전원은 On/Off를 위한 신호선 포트를 제공하는 분산형전원도 있으며, 제공하지 않는 분산형전원도 있기 때문에 이 방식의 적용을 위해서는 “배전 계통 분산형전원 연계기술 기준”의 개선이 필요하다.
도 9는 계통보호용 차단장치 - 단말장치 - 분산형전원의 말단 통신 이용 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
상술한 ③ 계통보호용 차단장치 - 단말장치 - 분산형전원의 말단 통신 이용 방식에 대하여, 도 9를 참조하여 구체적으로 예시한다.
분산형전원 연계용 단말장치(DER Gateway)는 차단장치 및 개폐장치의 Open에 따른 DTT 정보를 매우 빠르게 전송받기 위해 광통신 방식을 채택하여 정보를 전송 받는다. 그리고 분산형전원의 동작은 분산형전원 제어기에서 자체적으로 중지시키기 위하여 분산형전원 인버터와 “통신선 연결”을 통해 전송한다. 이 때, 통신방식은 현재 분산형전원의 통신방식으로 가장 많이 사용되고 있는 RS-485와 Ethernet 방식을 사용하며, 프로토콜은 무방하다. 여기서, 신호선이 아니라 통신선을 사용할 경우에 분산형전원은 “순간운전 정지(Cease to Energize)”에 대한 기능이 요구되어야 한다.
“순간운전 정지(Cease to Energize)” 기능은 분산형전원이 가동을 중지하는 것이 아니라, 순간적인 출력은 0kW로 감소시키는 방법으로 이 방법을 사용하면 현재 국내의 요구사항인 0.5초 이내에 단독운전 방지가 이루어질 수 있다. 이 방식은 분산형전원들의 출력을 0kW로 만들어서 “단독운전 구간 내의 부하와 발전량의 불평형”을 만들어 주파수와 전압이 비정상적으로 동작되도록 하는데 이유가 있다. 비정상 전압 및 비정상 주파수 조건에서는 분산형전원들이 자체 차단기 동작에 의해 계통에서 탈락하게 되므로 자연스러운 단독운전 방지를 실행할 수 있다.
현재 국내에 존재하는 분산형전원은 “Cease to Energize” 기능을 제공하는 분산형전원도 있으며, 제공하지 않는 분산형전원도 있기 때문에 이 방식의 적용을 위해서는 “배전 계통 분산형전원 연계기술 기준”의 개선이 필요하다.
위의 세 가지 구성에 따른 DTT 적용을 통해 분산형전원의 단독운전을 중앙에서 제어하여 방지하기 위해서는 인버터 및 분산형전원 연계용 차단기에서 DTT를 위한 통신포트와 신호선 포트를 제공해야 하며, 현재 국내에서는 이러한 포트 제공 및 기능 개선 등을 위한 표준화 작업이 진행 중에 있다.
다음, 앞서 언급한 분산형전원에 계통분리 신호 전송을 결정하는 방식에 따른 동작에 대하여 설명한다.
도 10는 중앙에서 배전운영시스템에 의해 계통분리 신호 전송을 결정하는 구조를 도시한 개념도이다.
도 11은 각각의 개폐/차단 장치 및 DER 단말장치들이 상호 통신을 통해 계통분리 신호 전송을 결정하는 구조를 도시한 개념도이다.
도 12는 중앙 배전운영시스템과 배전 선로 사이에 위치한 로컬 제어장치 설치에 의해 계통분리 신호 전송을 결정하는 구조를 도시한 개념도이다.
도 10의 경우, 도 4에 도시한 분산형전원 단독운전 방지 방법을 배전 계통을 운영/관리하는 상위 시스템으로서 중앙 배전운영시스템(100)에서 수행(제어)하는 구조로서, 토폴로지 작성 부터 DER 계통분리 지령(지시) 전송까지 모두 일괄하여 중앙 배전운영시스템에서 수행한다.
도 11의 경우, 도 4에 도시한 분산형전원 단독운전 방지 방법을 각 분산형전원측에서 각 분산형전원(900)을 지능적으로 제어하는 DER 단말장치(600)에서 수행한다. 다만, 필요한 배전 계통 토폴로지를 중앙 배전운영시스템(100)에서 제공받으며, 고장발생 판정이나 투/개방 정보도 차단/개폐 장치 및/또는 운영시스템으로부터 제공받는다.
도 12의 경우, 도 4에 도시한 분산형전원 단독운전 방지 방법을 상기 배전 계통을 운영하는 상위 시스템(100)과 상기 배전 계통의 선로 사이에 위치하는 로컬제어장치(120)에서 수행한다. 다시말해, 도 10의 배전운영시스템과 같이 중앙에서 모든 정보를 전송받고 전송하여 처리하는 것이 아니라, 로컬제어장치(120)를 따로 설치하여 계통 고장 상황 시 DTT 지령을 전송하는 방법이다.
이 방법은 중앙에서 매우 많은 배전선로를 관리하는 배전운영시스템의 부하를 줄이고, 로컬 제어기의 빠른 응동을 통해 통신 속도를 향상하여 DER이 계통에서 빨리 분리되도록 하는 이점이 있다.
도 13의 경우, 도 4에 도시한 분산형전원 단독운전 방지 방법을 상기 배전 계통을 운영하는 상위 시스템과 상기 배전 계통의 선로 사이에 위치하는 선로원격제어장치(FRTU, 170)에서 수행한다. 즉, 도 12의 로컬제어장치 대신 차단기 혹은 리클로저의 선로 원격 제어장치(Feeder Remote Terminal Unit, 이하 FRTU)에 DTT 전송 기능을 탑재하여 분산형전원의 단독운전을 방지하는 것이다. 이 방법은 로컬제어장치 구축 비용을 절감하면서 로컬제어장치의 장점을 모두 취할 수 있으나, FRTU에 기능 업데이트에 대한 단점이 있다.
도 14는 본 발명의 사상에 따른 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도시한 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 장치는,
배전 계통의 토폴로지 정보를 취득하는 배전 계통 토폴로지 획득부(20); 상기 배전 계통에 포함된 다수 개의 각 분산형전원에 대한 개폐 최단 거리 경로들을 작성하는 개폐 최단 거리 경로 작성부(40); 상기 배전 계통의 선로 고장 발생 및 상기 고장에 따라 열린 스위칭 수단을 확인하는 배전 선로 고장 감시부(60); 및 상기 고장에 의해 열린 스위칭 수단이 상기 개폐 최단 거리 경로에 속하는지 확인하여, 상기 개폐 최단 거리 경로에 속하면 상기 개폐 최단 거리 경로를 규정하는 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 분산형전원 지시부(80)를 포함할 수 있다.
도시한 블록도의 분산형전원 단독운전 방지 장치 구성은, 도 5 및 도 10 내지 13의 각 하드웨어 시스템들에 로딩되어 운영되는 SW 모듈들로 구현될 수 있다. 즉, 상기 배전 계통 토폴로지 획득부(20), 개폐 최단 거리 경로 작성부(40), 배전 선로 고장 감시부(60) 및 분산형전원 지시부(80)는, SW 모듈들로서, 도 5 및 도 10 내지 13의 DER 단말장치(600), 배전운영시스템(100), 로컬제어장치(120), FRTU(170) 등에 전부 또는 일부가 설치(로딩)될 수 있다.
본 발명의 사상에 따라, 상기 배전 선로 고장 감시부(60)는, 선로 절체에 따른 배전 선로 구조 변경을 확인하면 이를 상기 배전 계통 토폴로지 획득부에 통보하고, 이에 따라 상기 배전 계통 토폴로지 획득부(20)는, 변경된 선로 구조에서의 배전 계통의 토폴로지 정보를 취득하여 갱신 저장할 수 있다.
본 발명의 사상에 따라, 상기 분산형전원 지시부(80)는, 상기 분산형전원의 DER 단말기에 대하여, 상기 분산형전원의 연계용 차단기를 동작시켜서 계통에서 탈락하거나, 상기 분산형전원의 계통연계/탈락 기능을 이용하여 계통에서 탈락하거나, 상기 분산형전원의 출력을 0으로 떨어뜨릴 것을 지시할 수 있다.
본 발명의 사상에 따라, 상기 개폐 최단 거리 경로를 규정하는 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 신호를 전달하기 위한 방안으로서, 상기 분산형전원의 DER 단말기로부터 발전 중단 지시가, 상기 분산형전원의 분산형전원 연계용 차단기로의 on/off 신호로 반영되거나, 상기 분산형전원의 인버터의 신호선 포트에 대한 신호로 적용되거나, 상기 분산형전원의 인버터의 통신 포트에 대한 신호로 반영될 수 있다.
상술한 본 발명의 사상에 따라, 방사형(수지상)의 배전 계통이 아닌 루프형태의 배전 계통 구성에서도 동일한 방법으로 DTT 지령을 전송하여 분산형전원의 단독운전을 방지할 수 있다. 루프 구성의 배전 계통에서는 변전소까지 이어지는 경로가 2개 이상일 것이다. 이에 따라, 하나의 경로에서 선로 고장이 발생하여 분산형전원을 기준으로 한쪽 방향의 선로가 차단되게 되면 루프구성이었던 배전 계통의 해당 선로는 방사형이 된다. 그러므로, 동일한 방법으로 DTT 지령을 전송하여 분산형전원의 단독운전을 방지할 수 있게 된다. 이 경우, 선로 절체에 따라 배전 계통이 방사형으로 변경된 이후의 배전 계통 토폴로지를 적용하여 본 발명의 사상에 따른 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법이 수행하게 된다. 이와 같이 선로 절체에 따라 방사형(수지상) 배전 계통을 형성하게 된다면, 네트워크형 배전 계통에서도 본 발명의 사상이 적용될 수 있음은 물론이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
20 : 배전 계통 토폴로지 획득부
40 : 개폐 최단 거리 경로 작성부
60 : 배전 선로 고장 감시부
80 : 분산형전원 지시부
40 : 개폐 최단 거리 경로 작성부
60 : 배전 선로 고장 감시부
80 : 분산형전원 지시부
Claims (18)
- 현재 시점의 배전 계통의 토폴로지 정보를 취득하는 단계;
분산형전원에 대한 개폐 최단 거리 경로를 작성하는 단계;
선로 고장 발생 및 그에 따른 스위칭 수단의 열림을 확인하는 단계;
고장에 의해 열린 상기 스위칭 수단이 상기 개폐 최단 거리 경로에 속하는지 확인하는 단계; 및
상기 개폐 최단 거리 경로에 속하면 상기 개폐 최단 거리 경로를 규정하는 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계
를 포함하는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계 이후,
선로 절체에 따른 배전 선로 구조 변경을 확인하는 단계; 및
변경된 선로 구조에서의 배전 계통의 토폴로지 정보를 취득하는 단계
를 더 포함하는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 배전 계통은 다수 개의 분산형전원들을 포함하며,
상기 개폐 최단 거리 경로에 속하는지 확인하는 단계에서는,
상기 다수 개의 각 분산형전원에 대한 개폐 최단 거리 경로들 중에서, 고장에 의해 열린 상기 스위칭 수단이 속하는 것들을 확인하고,
상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계에서는, 고장에 의해 열린 상기 스위칭 수단이 속하는 각 개폐 최단 거리 경로가 속하는 분산형전원들에 대하여 발전 중단을 지시하는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 스위칭 수단은,
상기 배전 계통에 설치된 차단기, 개폐기, 리클로져를 포함하는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계는,
배전 계통의 차단 장치들의 상태를 상위시스템에서 분석하여 단독운전 발생으로 인해 분리되어야 하는 분산형전원에 계통 분리 지령을 전송하면 분산형전원이 운전을 중지하고 계통에서 탈락하게 되는 DTT 메카니즘에 따르는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계 이후,
상기 분산형전원의 분산형전원 단말기를 통해, 분산형전원 연계용 차단기를 동작시켜서 계통에서 탈락시키거나, 상기 분산형전원의 계통연계/탈락 기능을 이용하여 계통에서 탈락시키는 작업을 수행하는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계 이후,
상기 분산형전원의 순간적인 출력을 0으로 떨어뜨리는 순간운전 정지(Cease to Energize) 기능을 수행하는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 단계에서의 발전 중단 지시 신호 전달을 위한 방안으로서, 상기 분산형전원의 분산형전원 단말기로부터 발전 중단 지시가, 상기 분산형전원의 분산형전원 연계용 차단기로의 on/off 신호로 반영되거나, 상기 분산형전원의 인버터의 신호선 포트에 대한 신호로 적용되거나, 상기 분산형전원의 인버터의 통신 포트에 대한 신호로 반영되는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 분산형전원 단독운전 방지 방법은,
상기 토폴로지 정보의 작성부터 상기 분산형전원으로의 발전 중단 지시까지 일괄하여 상기 배전 계통을 운영하는 상위 시스템에서 수행되는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 분산형전원 단독운전 방지 방법은,
상기 배전 계통의 토폴로지 정보를 상기 배전 계통을 운영하는 상위 시스템으로부터 제공받아, 상기 분산형전원의 단말기에서 수행되는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 분산형전원 단독운전 방지 방법은,
상기 배전 계통을 운영하는 상위 시스템과 상기 배전 계통의 선로 사이에 위치하는 통신 속도 향상을 위한 빠른 응동을 가진 로컬제어장치에서 수행되는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 분산형전원 단독운전 방지 방법은,
상기 배전 계통에 설치되며 차단기 또는 리클로져의 DTT 전송 기능이 탑재된 선로원격제어장치(FRTU)에서 수행되는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법.
- 배전 계통의 토폴로지 정보를 취득하는 배전 계통 토폴로지 획득부;
상기 배전 계통에 포함된 다수 개의 각 분산형전원에 대한 개폐 최단 거리 경로들을 작성하는 개폐 최단 거리 경로 작성부;
상기 배전 계통의 선로 고장 발생 및 상기 고장에 따라 열린 스위칭 수단을 확인하는 배전 선로 고장 감시부; 및
상기 고장에 의해 열린 스위칭 수단이 상기 개폐 최단 거리 경로에 속하는지 확인하여, 상기 개폐 최단 거리 경로에 속하면 상기 개폐 최단 거리 경로를 규정하는 분산형전원에 발전 중단을 지시하는 분산형전원 지시부
를 포함하는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 배전 선로 고장 감시부는,
선로 절체에 따른 배전 선로 구조 변경을 확인하면 이를 상기 배전 계통 토폴로지 획득부에 통보하고,
상기 배전 계통 토폴로지 획득부는,
변경된 선로 구조에서의 배전 계통의 토폴로지 정보를 취득하여 갱신하는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 분산형전원 지시부는,
상기 분산형전원의 분산형전원 단말기에 대하여, 상기 분산형전원의 연계용 차단기를 동작시켜서 계통에서 탈락하거나, 상기 분산형전원의 계통연계/탈락 기능을 이용하여 계통에서 탈락할 것을 지시하는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 분산형전원 지시부는,
상기 분산형전원의 분산형전원 단말기에 대하여,
상기 분산형전원의 순간적인 출력을 0으로 떨어뜨리는 순간운전 정지(Cease to Energize) 기능을 지시하는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 분산형전원 지시부는,
상기 발전 중단의 지시를, 상기 분산형전원의 분산형전원 연계용 차단기로의 on/off 신호로 반영되거나, 상기 분산형전원의 인버터의 신호선 포트에 대한 신호로 적용되거나, 상기 분산형전원의 인버터의 통신 포트에 대한 신호로 반영하여 수행하는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 배전 선로 고장 감시부는,
상기 고장에 대응하는 선로 절체에 따른 배전 선로 구조 변경을 확인하고,
상기 배전 계통 토폴로지 획득부에 대하여 변경된 선로 구조에서의 배전 계통의 토폴로지 정보를 취득을 지시하는 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 장치.
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| KR1020210058156A KR20220150777A (ko) | 2021-05-04 | 2021-05-04 | 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법 및 장치 |
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| KR1020210058156A KR20220150777A (ko) | 2021-05-04 | 2021-05-04 | 배전 계통 토폴로지를 반영한 분산형전원 단독운전 방지 방법 및 장치 |
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| KR102186503B1 (ko) | 2020-05-28 | 2020-12-03 | (주)엔탑엔지니어링 | 배전계통에 연계된 분산전원 시스템 |
-
2021
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