KR20230082342A - 능동적 전압조정이 가능한 분산전원에 포함된 출력제어장치의 볼트-바 곡선 설정 시스템 및 방법 - Google Patents

능동적 전압조정이 가능한 분산전원에 포함된 출력제어장치의 볼트-바 곡선 설정 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

능동적 전압조정이 가능한 분산전원에 포함된 출력제어장치의 볼트-바 곡선 설정 방법으로서, 분산전원이 처음으로 발전하는 경우, 1회만 동작하는 초기곡선 설정단계, 초기곡선 설정단계는, 기설정된 시간 내에 연계되어 있는 분산전원 선로의 초기 특성함수의 기울기 근사치를 출력하는 단계와 초기 특성함수의 기울기 근사치를 입력으로 하여 초기 볼트-바 곡선을 출력하는 단계를 포함하고, 초기 특성함수 기울기와 상기 초기 볼트-바 곡선을 실행하여 분산전원에 적용한다. 분산전원 발전을 실행하는 단계는, 분산전원 발전을 실행하여 발생하는 전압과 무효전력 변동에 대해, 변동된 특성함수의 기울기와 볼트-바 곡선의 기울기를 비교하여 상황을 판단한 후 볼트-바 곡선을 재설정하는 단계, 볼트-바 곡선을 재설정하는 단계는, 제1 볼트-바 곡선조정 판별 단계, 제2 볼트-바 곡선조정 판별 단계, 임계 기울기 계산 단계, 최적 기울기 도출 단계, 볼트-바 곡선 설정 단계를 포함하는 출력제어장치의 볼트-바 곡선 설정 방법

Description

능동적 전압조정이 가능한 분산전원에 포함된 출력제어장치의 볼트-바 곡선 설정 시스템 및 방법 {METHOD AND SYSTEM FOR SETTING VOLT-VAR CURVE OF OUTPUT-CONTROL-DEVICE INCLUDED IN DISTRIBUTED POWER SUPPLY CAPABLE OF ADAPTIVE ADJUSTMENT}
본 발명은 분산전원에서 전압을 관리하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는, 현장에 설치된 분산전원 출력제어장치에서의 유효전력과 무효전력을 두 축으로 하는 특성 함수 곡선의 기울기를 로컬 제어기에서 추정하는 것이다.
태양광 및 소수력 발전과 같은 변동성이 존재하는 분산전원의 경우, 일사량이나 유량과 같은 에너지원에 의해 발전량이 결정된다. 그러므로 부하의 전력 수요가 급증하거나 발전량이 낮은 시간대에 전력 소비량 보다 높게 생산된 발전전력에 의해 역조류가 발생할 수 있다. 그리고 계통과 분산전원용 인버터가 연계된 공통 연계점(PCC, Point of commoncoupling)의 전압 상승을 야기한다. 이러한 공통연계점 전압의 상승은 분산전원 발전 용량 제약 및 수용가 전기기기 오작동의 원인이 되며, 계통에 악영향을 준다.
분산전원의 볼트-바와 같은 무효 및 유효전력 제어 방법은 출력 전력을 직접적으로 제어하여 공통연계점 전압 조정 및 배전 계통의 전력 용량을 증가시킨다. 그러나 부적절한 볼트-바 곡선설정은 전압 진동 발생과 같은 전압품질 문제를 일으킨다.
분산전원 출력제어장치의 환경 적응형 볼트-바 곡선 설정 방법을 제공하고자 한다. 또한, 분산전원 출력제어장치의 환경 적응형 볼트-바 곡선 설정 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따르면 능동적 전압조정이 가능한 분산전원에 포함된 출력제어장치의 볼트(Volt)-바(Var) 곡선 설정 방법으로서, 분산전원이 1차 발전(發電)하는 경우, 기설정된 시간 내에 연계되어 있는 분산전원 선로의 초기 특성함수 기울기 근사치를 출력하고 초기 특성함수의 기울기 근사치를 입력으로 하여 초기 볼트-바 곡선을 출력하는 초기곡선 설정 단계, 초기 특성함수와 초기 볼트-바 곡선을 출력제어장치 및 분산전원에 적용해 분산전원의 2차 발전을 하는 단계 및 분산전원의 2차 발전시 발생하는 전압과 무효전력 변동에 대해, 변동된 특성함수의 기울기와 볼트-바 곡선의 기울기를 이용하여 분산전원의 전압진동 임계치 초과 여부를 확인한 후 볼트-바 곡선을 재설정하는 단계를 포함할 수 있다.
초기곡선 설정 단계에서, 초기 특성함수와 초기 볼트-바 곡선이 하기의 수학식을 만족할 수 있다.
Figure pat00001
V는 계통 접속 개소의 전압크기(kV)이고, Q는 인버터에서 출력하는 무효전력(kVar)이며, 볼트-바 곡선은 V와 Q를 변수로 하는 수학식이고, F(V, Q)는 특성함수일 수 있다.
초기곡선 설정단계에서, 초기곡선은 초기 전압(V)과 초기 무효전력(Q)를 축으로 하고, 하기의 수학식을 만족하는 특성곡선을 출력할 수 있다.
Figure pat00002
P는 인버터에서 출력하는 유효전력(kW), Q는 인버터에서 출력하는 무효전력(kVar), V는 계통 접속 개소의 전압크기(V), Z는 계통 접속 개소까지의 선로 임피던스(Ω), Φ는 접속 개소까지 선로 임피던스의 위상각(°), E는 계통에 공급되는 전압의 크기(V)일 수 있다.
볼트-바 곡선을 재설정하는 단계는, 제1 볼트-바 곡선조정 판별 단계는, 볼트-바 곡선과 특성함수의 이전, 이후 동작점간 무효전력 편차를 사용자가 설정한 방식으로 비교하고, 제2 볼트-바 곡선조정 판별 단계는, 볼트바 곡선과 특성함수의 이전, 이후 동작점 사이에 포함되는 볼트-바 곡선과 특성함수의 그래프를 비교하며, 임계 기울기 계산 단계는, 분산전원에서 전압진동 발생 임계치를 계산하고, 최적기울기 도출단계는, 전압진동 발생 임계치와 무효전력의 양의 수준치 간 최적의 기울기를 찾으며, 볼트-바 곡선 설정 단계에서 볼트-바 곡선을 설정할 수 있다.
제1 볼트-바 곡선 조정 판별 단계는, 특성곡선에서 전압 또는 무효전력의 변동으로 인하여 작동점이 변하는 경우, 이전 작동점과 현재 작동점 사이의 무효전력 편차를 판단하는 단계, 인버터의 무효전력 최대 흡수량과 최대 공급량간 편차의 비율의 곱으로 볼트-바 곡선 변경 판별 기준을 출력하는 단계를 포함하고 무효전력 편차 판단 단계의 판단치와 볼트-바 곡선 변경 판별 기준 출력 단계의 기준치를 비교하여 판단치보다 기준치가 더 큰 경우, 제2 볼트-바 곡선 조정 판별단계에 판별 신호를 전송할 수 있다.
제2 볼트-바 곡선 조정 판별 단계는, 제1 판별 단계에서 전송한 판별 신호를 수신하는 단계, 특선곡선에서 이전 작동점의 무효전력 값에 대응되는 볼트-바 곡선 좌표의 전압치를 임계치 전압으로 설정하고, 특성 곡선의 현재 작동점 전압을 임계치 전압과 비교하는 단계, 그리고 현재 작동점 전압이 임계치 전압보다 작으면 임계 기울기 계산부를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
Figure pat00003
임계 기울기 설정단계는 특선곡선에서 이전 작동점의 무효전력 값과 현재 작동점의 무효전력 값에 대응되는 볼트-바 곡선의 좌표를 연결하는 단계, 연결한 선을 빗변으로 하는 가상의 직사각형에서, 볼트-바 곡선의 좌표를 연결한 빗변 기울기 크기의 절대값을 임계 기울기로 하는 단계를 포함하고 볼트-바 곡선의 좌표를 연결한 빗변 기울기 크기의 절대값을 임계 기울기로 설정하는 단계에서, 임계 기울기를 설정한 후 설정된 임계 기울기를 최적 기울기 도출부에 전송하며, 임계 기울기는 하기의 수학식을 만족할 수 있다.
Vk,limit 는 임계치 전압(kV), V3 는 볼트-바 곡선의 기울기가 시작되는 지점의 전압(kV), Qk-1은 이전 동작점의 무효전력(kVar), Slopevv는 볼트-바 곡선의 기울기일 수 있다.
Figure pat00004
볼트-바 곡선 최적 기울기를 도출하는 단계는, 가상의 직사각형에 예상 계측오차만큼의 여유폭을 설정하는 단계 그리고 여유폭만큼의 전압과 임계치 전압의 합이 현재 작동점의 전압보다 작은 경우 하기의 수학식을 만족하는 볼트-바 곡선의 기울기를 재조정하는 단계를 포함할 수 있다.
Vk,limit는 임계치 전압(kV),
Figure pat00005
은 여유폭의 전압(kV),
Figure pat00006
는 현재 작동점의 전압(kV)일 수 있다.
볼트-바 곡선 최적 기울기 도출 단계는, 임계치 전압이 현재 작동점의 전압보다 큰 경우 볼트-바 곡선의 기울기를 재조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
Figure pat00007
기울기 근사치는 초기 특성함수의 곡선에서 무효전력(Q) 값이 음의 수준치 내지 양의 수준치인 각각의 경우들을 특성함수의 Q축 좌표로 하고, 각각의 무효전력 값과 대응되는 각각의 전압을 특성함수의 V축 좌표로 하여, 세개의 좌표값을 도출하고, 좌표값들을 연결한 직선들중 하기의 수식을 만족하는 기울기의 절대값중 가장 큰 값을 특성함수의 기울기로 할 수 있다.
Figure pat00008
은 특성함수의 기울기의 절대값, V는 계통 접속 개소의 전압크기(kV), Q는 인버터에서 출력하는 무효전력(kVar), F(V, Q)는 특성함수일 수 있다.
무효전력 값이 음의 기설정치 내지 양의 기설정치인 경우에서, 무효전력의 공급/흡수는 분산전원용 인버터에서 분산전원의 지령을 받아 전압의 위상각을 조절하여 무효전력 공급/흡수치를 조정하고, 음의 기설정치는 최소 -44%이고, 양의 기설정치는 최대 44%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 분산전원에 포함된 출력제어장치의 볼트-바 곡선 설정 시스템으로서, 초기 곡선을 설정하는 초기 설정 시스템, 및 계통 선로에 션트(Shunt) 형태로 연결되어 있는 복수개의 분산전원들 각각에 존재하는 초기설정 시스템과 양방향 통신이 가능한 분산전원 시스템을 포함하고 초기 설정 시스템은, 기설정된 시간내의 분산전원 출력 데이터를 수신하는 제1 수신부, 수신한 데이터에 따라 서로 다른 특성곡선과 볼트-바 곡선을 전송하는 제1 송신부, 수신한 데이터를 분석하여 특성곡선과 볼트-바 곡선을 제시하는 제1 프로세서 및 수신한 데이터를 초기 설정 시스템에 저장하는 제1 메모리를 포함하고, 분산전원 시스템은, 제1 송신부가 전송한 데이터를 수신하는 제2 수신부, 기설정된 시간내 분산전원의 출력 데이터를 제1 수신부에 전송하는 제2 송신부, 분산전원의 출력 데이터를 실시간으로 분석하여 볼트-바 곡선을 조정하는 제2 프로세서 및 출력 데이터를 저장하는 제2 메모리를 포함할 수 있다.
제2 프로세서는, 기설정된 시간동안 분산전원의 전압과 무효전력 정보를 수집하고, 수집된 전압과 무효전력 정보를 통하여 특성함수를 출력하며, 출력된 특성함수를 제2 메모리 및 제2 송신부에 전송하고, 제2 송신부는 특성곡선을 제1 수신부로 전송할 수 있다.
제1 수신부는, 특성곡선을 제1 프로세서로 전송하고, 제1 프로세서는 수신한 특성함수에서, 무효전력이 음의 수준치 내지 양의 수준치인 경우에 특성함수에 대응하는 3개의 좌표를 연결하여 3개의 직선으로 근사하고, 근사한 특성함수의 기울기 중 가장 큰 기울기를 기준으로 초기 볼트-바 곡선을 제공하며, 제1 프로세서는 초기 볼트-바 곡선을 제1 송신부로 전송하고, 제1 송신부에서 초기 볼트-바 곡선을 수신한 후에, 제2 수신부로 초기 볼트-바 곡선을 전송할 수 있다.
제1 송신부에서 전송한 초기 볼트-바 곡선을 제2 수신부에서 수신하고, 제2 수신부는 수신한 초기 볼트-바 곡선을 제2 프로세서로 전송하며, 제2 프로세서는 수신한 초기 볼트-바 곡선을 제2 메모리에 저장되는 새로운 특성함수와 매칭하여 전압 진동을 감시할 수 있다.
새로운 특성함수의 기울기가 초기 볼트-바 곡선 기울기보다 작아지는 경우, 분산전원 시스템의 프로세서에서 볼트-바 곡선 기울기를 더 작게 재설정할 수 있다.
새로운 특성함수의 기울기가 특성함수의 기울기보다 커지는 경우, 기설정된 여유폭에 따라. 볼트-바 곡선의 기울기 크기의 절대값을 더 크게 재설정할 수 있다.
설치된 분산전원 출력제어장치에서의 무효전력(Q) 출력 지령과 이에 대응하는 공통 연계점 또는 인버터 터미널 포인트의 전압(V)를 측정하여 손쉽게 특성 함수 곡선의 기울기를 추정할 수 있다. 또한, 특성 함수 f(V, Q) 곡선의 기울기 계산 시점을 주변 환경의 변화에 의한 유효출력(P)변동 또는 선로구성 변경에 의한 임피던스(Z)값 변경 등과 같은 외부 환경변화에 볼트-바 곡선의 변경에 의해 능동적으로 대응할 수 있다.
도 1은 로컬에서 능동적 전압조정이 가능한 분산전원 출력제어장치의 볼트-바 곡선 설정 시스템 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트-바 곡선 설정부의 개략적인 동작도이다.
도 3은 단일 배전선로에 션트(Shunt)로 연계된 수개의 분산전원이 가지는 특성함수의 변화 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트-바 곡선 설정부 작동의 개략도이다.
도 5는 도 2의 제1 볼트-바 곡선 설정 판별 단계의 동작방법에 대한 개략도이다.
도 6은 도 2의 제2 볼트-바 곡선 설정 판별 단계의 동작방법에 대한 개략도이다.
도 7은 도 2의 최적 기울기 도출 단계에서 특성함수의 기울기가 증가한 경우, 볼트-바 곡선의 동작점 변화 개략도이다.
도 8은 도 2의 최적 기울기 도출 단계에서 특성함수의 기울기가 감소한 경우 볼트-바 곡선의 동작점 변화 개략도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 네트워크를 구성하는 장치들은 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 명세서에 기재된 "……부", "……기", "……모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명에서 설명하는 장치들은 적어도 하나의 프로세서, 메모리 장치, 통신 장치 등을 포함하는 하드웨어로 구성되고, 지정된 장소에 하드웨어와 결합되어 실행되는 프로그램이 저장된다. 하드웨어는 본 발명의 방법을 실행할 수 있는 구성과 성능을 가진다. 프로그램은 도면들을 참고로 설명한 본 발명의 동작 방법을 구현한 명령어(instructions)를 포함하고, 프로세서와 메모리 장치 등의 하드웨어와 결합하여 본 발명을 실행한다.
본 명세서에서 "전송 또는 제공"은 직접적인 전송 또는 제공하는 것뿐만 아니라 다른 장치를 통해 또는 우회 경로를 이용하여 간접적으로 전송 또는 제공도 포함할 수 있다.
본 명세서에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 명세서에서 도면을 참고하여 설명한 흐름도에서, 동작 순서는 변경될 수 있고, 여러 동작들이 병합되거나, 어느 동작이 분할될 수 있고, 특정 동작은 수행되지 않을 수 있다.
현장에 설치된 분산전원 출력제어장치에서의 무효전력 출력과 이에 따라 대응하는 연계점의 전압을 측정하고 이를 선형 근사화하여 손쉽게 유효전력과 무효전력을 두 축으로 하는 특성 함수 곡선의 기울기를 로컬 제어기에서 추정하는 것이다.
도 1은 로컬에서 능동적 전압조정이 가능한 분산전원 출력제어장치의 환경 적응형 볼트-바 곡선 설정 시스템의 개략도이다. 본 도면은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트-바 곡선 설정 시스템으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 1의 시스템을 다르게 변형할 수 있다.
도 1은 로컬에서 능동적 전압조정이 가능한 분산전원 출력제어장치의 볼트-바 곡선 설정 시스템 개략도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 능동적 전압조정이 가능한 분산전원 출력제어장치의 환경 적응형 볼트-바 곡선 설정 시스템으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 1의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
도 1을 참조하면, 볼트-바 곡선 설정 시스템(100)은 복수개의 분산전원 각각에 출력 제어장치가 존재한다. 그리고 각 출력 제어장치는 초기 설정 시스템(110, 130)과 분산전원 시스템(120, 140)을 포함한다. 초기 설정 시스템(110, 130)은 제1 수신부, 제1 송신부, 제1 프로세서, 제1 메모리를 포함하고 양방향으로 통신이 가능하다.
그리고 복수개의 분산전원 시스템(120, 140)은 제2 수신부, 제2 송신부, 제2 프로세서, 제2 메모리를 포함하고 양방향으로 통신이 가능하다. 각 분산전원 출력 제어장치는 독립적이고, 동일한 동작을 한다. 그러므로 하나의 분산전원 출력 장치에 대해서만, 분산전원 출력 계통이 구성된 이후의 시스템 흐름을 시간순으로 설명한다.
제1 초기 설정 시스템(110)은 분산전원이 설치된 이후, 최초에 한번만 실행되고 그 이후에는 복수의 분산전원 시스템(120)들의 메모리와 프로세서에서 본 시스템이 작동하는 구조이다.
복수개의 분산전원 내부에 각각 존재하는 제2 프로세서가 기설정된 시간동안 각 분산전원의 전압과 무효전력을 수집하여 각 분산전원의 특성곡선을 출력하여 제2 메모리에 저장한다. 제2 메모리에 저장된 특성곡선은 제2 송신부로 전송된다. 제2 송신부는 수신한 특성곡선을 제1 수신부로 전송한다.
복수의 분산전원이 전송한 특성곡선 정보를 수신한 제1 수신부는 각 분산전원들의 정보를 제1 메모리에 저장한다. 그리고 제1 메모리에 저장된 각 분산전원의 특성곡선을 제1 프로세서에 전송하여 각 분산전원 별로 직선 근사한다. 그 후에, 각 분산전원 별로 근사한 특성곡선에서 전압 진동이 일어나지 않도록 프로세서에서 초기 볼트-바 곡선을 설정한다.
각 분산전원 별로 초기 볼트-바 곡선을 생성한 제1 프로세서는 생성된 초기 볼트-바 곡선을 제1 송신부로 전송한다. 그리고 제1 송신부가 각 분산전원 별로 생성된 초기 볼트-바 곡선을 각 분산 전원의 제2 수신부로 전송한다.
제1 초기 설정 시스템(110)이 전송한 초기 볼트-바 곡선을 수신한 제1 분산전원 시스템(120)의 제2 수신부는 수신한 초기 볼트-바 곡선을 제2 프로세서로 전송한다. 제2 프로세서는 수신한 초기 볼트-바 곡선을 각 분산전원의 인버터에 적용하여 전원을 작동시킨다. 전원을 작동시키는 도중에 분산전원의 특성 곡선이 변동되는 경우, 무효전력의 공급/흡수가 달라져서 효율적인 전압공급이 어려워지게 된다.
그러므로 제1 분산전원 시스템(120)에 존재하는 제2 프로세서는 특성곡선의 변동을 감지한다. 그리고 특성곡선의 변동이 감지된 경우에, 제1 곡선조정 판별부와 제2 곡선조정 판별부를 실행한다. 그리고 제1 곡선조정 판별부와 제2 곡선조정 판별부의 판별 결과에 따라 볼트-바 곡선의 기울기 변경여부를 판단한다.
볼트-바 곡선 기울기의 변경이 결정되면, 제2 프로세서에서 전압 진동이 일어나지 않는 최소한의 기울기인 임계 기울기를 산출한다. 그 후에, 전압의 변동성과 효율적인 전압보상을 위해 볼트-바 곡선의 최적 기울기를 판단한다. 마지막으로 볼트-바 곡선의 임계 기울기와 최적 기울기를 고려하여 볼트-바 곡선을 생성한다.
제2 프로세서에서 생성된 볼트-바 곡선을 통해 효율적인 무효전력을 판단하고, 이를 각 분산전원 시스템과 통신이 가능한 인버터에 전달한다. 그래서 분산전원에서 소모되는 무효전력과 유효전력의 비율을 효율적으로 변동하고 전압진동을 방지한다.
도 2에서는 적응형 볼트-바 곡선 설정 방법을 이용하여 볼트-바 곡선의 기울기를 변경하는 방법에 대해 알아본다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트-바 곡선 설정부의 개략적인 동작도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트-바 곡선 설정 방법으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 2의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
본 발명은 볼트-바 곡선 설정 방법을 사용할 때, 볼트-바 곡선 설정 장치에서 인버터에 전송하는 무효전력 출력치와 이에 대응하는 전압을 측정하여 특성함수의 기울기를 제공한다. 그리고 각 분산전원의 외부환경을 고려하여 볼트-바 곡선을 적용한다. 도 2에서는 본 발명의 볼트-바 곡선 설정방법의 동작 방법에 대하여 살펴보도록 한다.
도 2를 참조하면, 분산전원 출력제어장치에서 동작하는 환경 적응형 볼트-바 곡선설정 방법을 도시한 것이다. 볼트-바 곡선 설정 방법은 크게 초기 볼트-바 곡선 설정단계와 볼트-바 곡선 설정단계를 포함한다. 초기 곡선 설정단계(210)는, 초기 특성 곡선 설정 단계(s10)와 초기 볼트-바 곡선 설정 단계(s20)로 나누어진다.
기본적으로 기설정한 시간동안 발전하여 얻은 데이터를 기준으로 연계되어 있는 선로들의 초기 특성곡선 기울기를 계산한다. 그 후에, 취득한 특성곡선의 기울기 데이터로 초기 볼트-바 곡선을 도출한다. 초기 곡선 설정단계(200)는 1회만 동작하는 것으로써, 볼트-바 곡선 설정 단계 실행 이전에 사용하는 초기 볼트-바 곡선을 결정한다. 즉, 초기 볼트-바 곡선 설정 단계(s20)는 시간에 따른 특성곡선 데이터를 취득하여 이를 기반으로 초기 볼트-바 곡선 설정 단계를 실행한다.
초기 볼트-바 곡선이 설정되면 분산전원의 제어장치에 전송된다. 설정된 초기 볼트-바 곡선은 분산전원의 제어장치에서 초기 볼트-바 곡선 적용 단계(s30)를 거쳐 분산전원에 적용 한다.
분산전원에 적용된 초기 볼트-바 곡선은 분산전원의 발전량이 변하거나, 환경적인 요인에 의하여 특성곡선에 변동이 생기는 경우에 볼트-바 곡선 설정 단계(220)를 실행한다. 제1 볼트-바 곡선 조정 판별 단계(s40)와 제2 볼트-바 곡선 조정 판별 단계(s50)의 조건을 모두 충족한 경우, 볼트-바 곡선을 재설정하기 위한 임계 기울기 설정 단계(s60), 최적 기울기 도출 단계(s70) 그리고 볼트-바 곡선 설정 단계(s80)가 순차적으로 동작한다. 임계 기울기 설정 단계(s60)는 전압진동이 일어나지 않는 임계점의 볼트-바 곡선 기울기를 산출하는 단계이다. 그 이후 무효전력 흡수를 통해 효율적으로 전압을 보상할 수 있는 기울기를 찾는 최적 기울기 도출 단계(s70)를 지난 후에, 위 조건들에 맞는 볼트-바 곡선을 설정한다.
다음으로는, 단일 선로의 분산 전원들에서 볼트-바 곡선의 기울기를 조정해야 하는 이유에 대하여 설명한다.
도 3은 단일 배전선로에 션트(Shunt)로 연계된 수개의 분산전원이 가지는 특성함수의 변화 개략도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트-바 곡선 설정 방법으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 3의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
일반적으로 분산전원의 볼트-바 진동은 분산전원의 특성함수와 볼트-바 곡선의 관계로 판단할 수 있다. 그리고 분산전원의 볼트-바 곡선은 분산전원과 연계된 분산전원용 인버터에서 전압의 위상각을 조절하는 것으로 볼트-바 곡선의 기울기 조절이 가능하다. 다시말해, 분산전원의 제어장치에서 무효전력 지령 데이터를 분산전원용 인버터에 전송하면 이를 수신한 인버터에서 전압의 위상각을 조절하여 무효전력과 유효전력의 비율을 조정한다는 것이다.
그리고 볼트-바 진동은 볼트-바 곡선의 기울기가 분산전원이 발전시에 가지게 되는 특성곡선의 기울기보다 클 때 발생한다. 그러므로 볼트-바 진동을 방지하려면 분산전원의 특성곡선이 변화할 때마다, 볼트-바 곡선의 기울기도 변화해야 한다.
도 3을 참조하면, 단일 배전선로에 션트로 연계된 복수개의 분산전원 구성(320, 330, 340, 350)과 개별 분산전원의 공통 연계점 또는 인버터 터미널 지점에서 도출 가능한 특성 함수 곡선들(321, 331, 341, 351)의 특성이다. 변전소로부터 거리가 가까운 인출부 지점에 연계된 첫번째 분산전원(320)의 특성 함수 기울기는 선로 임피던스의 크기가 작으므로 기울기가 크다. 하지만 분산전원 연계점이 선로 말단으로 이동할수록 전체 임피던스 크기가 증가함에 따라 특성 함수 기울기는 첫번째 분산전원(320) 대비 상대적으로 감소하는 특성을 갖는다.
또한 분산전원들은 개별 분산전원이 연계된 지점에 인접한 타 분산전원에서 출력하는 유효전력과 무효전에 따른 상호간섭 영향을 받는다. 그러므로 복수의 분산전원이 션트로 연결된 경우의 기울기 변화는 연계 지점의 위치에 따라 달라진다. 상호간섭이 발생하는 경우, 영향을 받는 분산전원의 특성곡선이 변화한다.
특히, 볼트-바 진동 발생을 방지하기 위해서는 특성 함수 곡선 기울기를 도출해야 한다. 일례로, 계통 보호를 위한 한가지 방법으로 배전선로를 절체하는 경우, 선로 임피던스 크기 및 리액턴스와 저항의 비가 변경된다. 그러면 선로의 임피던스크기 리액턴스와 저항비가 변경되어 특성곡선이 변화한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트-바 곡선 설정부 작동의 개략도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트-바 곡선 설정 방법으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 4의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
도 4를 참조하면, 환경 적응형 볼트-바 곡선 설정부의 동작을 도시한 것으로 특성함수(f(V,Q)) 곡선과 볼트-바 곡선이 도시되어 있다. 가로축은 무효 전력의 공급 또는 흡수에 따라 조절할 수 있는 전압을 의미하고, 세로축은 무효전력을 나타내며 +Q 방향을 공급으로 하고, -Q 방향을 흡수로 한다.
특성함수 곡선은 수학식 1을 통하여 표현될 수 있으며, 무효전력(Q)과 전압(V)의 그래프로 나타낼 수 있다. 또한, 특성곡선은 회로 상태를 구분하지 않고 무효전력과 전압을 매칭시키는 특성이 존재한다. 즉 정상상태나 과도상태의 구분없이 회로의 무효전력과 전압 매칭이 가능하다는 의미이다.
[수학식 1]
Figure pat00009
P는 인버터에서 출력하는 유효전력, Q는 인버터에서 출력하는 무효전력, V는 계통 접속 개소의 전압크기, Z는 상기 계통 접속 개소까지의 선로 임피던스, Φ는 접속 개소까지 선로 임피던스의 위상각, E는 계통에 공급되는 전압의 크기이다.
그리고 특성 함수 곡선의 기울기 근사치가 볼트-바 곡선이 가진 기울기보다 작은 경우에 인버터 터미널 포인트나 공통 연계점에서 전압의 진동이 발생한다. 도 4는 분산전원 중 하나의 지점에서 특성함수 곡선의 기울기가 증가한 경우, 환경 적응형 볼트-바 곡선이 설정되는 일례이다.
특성함수 곡선의 기울기 값이 증가한 경우, 환경 적응형 볼트-바 곡선을 설정하는 데에는 2가지 방법이 있다. 첫 번째는 ①(410)과 같이 기존 전압 V3,exist(411)을 증가시켜 오른쪽 현재 전압 V3,new(412)까지 이동하는 것이다. ①(410)은 데드 밴드 영역이 넓어지는 효과와 동일하다.
이러한 경우, 신규 볼트-바 곡선에 의해 전압-무효(V-Q)전력 동작점이 정상상태인 제1 Oss(413)까지 이동한다. 그리고 이동한 제1 Oss(413)와 기존 볼트-바 곡선의 정상상태 교점 제3 Oss(433)과 비교하면, 이동된 정상상태 동작점인 제1 Oss(413)는 제3 Oss(433)에 비하여 무효전력 크기 감소, 전압 상승의 특성을 갖는다.
두 번째는 ②(420)와 같이 설정값 V4를 기존 설정값 V4,exist(421)으로부터 감소시켜 왼쪽 V4,new(422)까지 이동하는 것이다. 이 경우에, 신규 볼트-바 곡선에 의해 전압-무효(V-Q)전력 동작점이 정상상태인 제2 Oss(423)까지 이동한다. 그리고 이동한 제2 Oss(423)와 기존 볼트-바 곡선의 정상상태 교점 제3 Oss(433)와 비교하면, 이동된 정상상태 동작점인 제2 Oss(423)는 제3 Oss(433)에 비하여 최대 흡수 가능한 무효전력(Qmax)의 동작영역이 넓어진다.
다시 말해, 특성곡선의 전압-무효전력(V-Q) 동작점이 정상상태 교점 제2 Oss(423)에 도달하는 경우, 기존 정상상태 교점과 비교하면 이동된 정상상태 동작점은 무효전력 크기 증가, 전압 하강의 특성을 갖는다.
즉, ②(420)방법은 ①(410)방법과 비교 시 최대 출력 가능한 무효전력의 운전 범위가 확대되는 효과와 동일하며 결국 전압 감소 효과가 우수한 방법이다. 이와 반대로 환경 적응형 볼트-바 곡선에서 도출된 최적 기울기가 기존 볼트-바 곡선의 기울기에 비하여 감소한 경우에는 V3, V4 곡선설정 특성이 반대로 나타난다.
구체적으로, 배전계통에 연계된 분산전원의 구성에서 변전소 인출부로부터 가까운 지점에 접속된 제1 분산전원(320)의 연계점보다 말단에 연계된 제n 분산전원(350)에서 임피던스가 크기 때문에 말단에서의 과전압 문제가 발생할 가능성이 크다. 따라서 볼트-바 곡선 설정에 따른 동작점 특성을 고려하는 것이 필요하다. 그러므로 말단 개소에 연계된 최적 볼트-바 곡선 설정을 하는 경우 볼트-바 곡선 기울기 증가 시 전압 하강 특성을 가지는 V4(421)를 재설정하고, 기울기 감소 시 전압 상승 특성을 가지는 V3(411)를 재설정한다.
이와 반대로 변전소 인출부 지점에 연계된 첫번째 분산전원(320)은 과전압 문제가 발생할 가능성이 적다. 그러므로 볼트-바 곡선의 기울기 증가 시 무효전력 크기감소 특성을 가지는 V3(411)를 재설정한다. 이러한 상대적 설정은, 흡수 가능한 무효전력의 크기를 상대적으로 감소시켜 무효전력 손실(Qloss)을 낮춘다.
다음에서는, 제1 곡선 설정 판별 단계(s40)의 동작에 대하여 상세하게 알아본다.
도 5는 도 2의 제1 곡선 설정 판별 단계(s40)의 동작방법에 대한 개략도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 능동적 전압조정이 가능한 분산전원 출력제어장치의 환경 적응형 볼트-바 곡선 설정 방법으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 5의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 볼트-바 곡선 설정 판별 단계(s40)은 제2 볼트-바 곡선 설정 판별 단계(s50), 임계 기울기 설정 단계(s60) 및 최적 기울기 도출 단계(s70)의 신뢰성을 사전에 보장하기 위한 단계이다. 무효전력 편차(△Qk)는 현재 동작점(Ok)과 이전 동작점(Ok-1)에서 각각 측정된 무효전력 값의 차이이다. 그리고 인버터 최대 무효전력(Qmax)은 인버터에서 최대로 공급 또는 흡수할 수 있는 무효전력이다.
도 5와 같이 제1 볼트-바 곡선 설정 판별 단계(s40)는 현재 측정된 특성곡선의 무효전력 편차(△Qk)와 최대 무효전력(Qmax)에 일정 비율(α)을 곱한 값(α*Qmax)을 비교한다. 즉, 수학식 2의 조건을 충족한 경우, 제2 볼트-바 곡선 설정 판별 단계(s50)를 실행한다.
[수학식 2]
Figure pat00010
△Qk 는 특성곡선의 현재 동작점 무효전력과 이전 동작점 무효전력 사이의 편차, Ok 는 특성곡선의 현재 동작점, Ok-1 은 특성곡선의 이전 동작점, Qmax 는 인버터가 흡수 또는 공급할 수 있는 최대 무효전력의 크기, α는 0 내지 1 사이의 비율이다.
구체적으로, 도 5에서 볼트-바 곡선 재설정에 의한 동작점 이동이 ①(410)과 같은 경우, 무효전력 편차는 ｜α*?*Qmax｜보다 크기 때문에 수학식 2를 만족하므로 제2 볼트-바 곡선 설정 판별 단계(s50)를 실행한다. 그러나 동작점 이동이 ②(420)와 같은 경우 무효전력 편차가 수학식 1을 만족하지 않는다. 그러므로 제2 볼트-바 곡선 설정 판별 단계(s50)를 실행하지 않는다.
제1 볼트-바 곡선 설정 판별 단계(s40)의 역할은 다음과 같다. 전압-무효전력 동작점이 정상상태에 근접하는 경우에 동작점 간의 편차가 작아진다. 그러면 특성 함수 곡선 기울기 산정의 신뢰성이 저하되어 환경 적응형 볼트-바 곡선 설정의 신뢰성도 저하된다. 그러므로 특성 함수 곡선 기울기 산정빈도를 조절해야 하고, 제1 볼트-바 곡선 설정 판별 단계(s40)이 그 역할을 수행한다.
일정 비율 α의 적용 범위는 0<α<1로써 계통 운영자가 해당 범위 내에서 원격으로 조정 가능하다. α는 특성함수의 기울기 판별 빈도수를 조정하는 역할을 한다. 일례로. 인버터의 최대 공급 또는 흡수 가능한 최대 무효전력(Qmax)가 전체 전력의 44% 이고 α가 0.1인 경우 4.4% * 전체 전력의 범위가 제1 곡선 설정 판별 단계의 기준이 된다. 이러한 경우는 무효전력 편차가 전체 전력의 4.4% 보다 큰 경우, 제2 볼트-바 곡선 설정 판별 단계(s50)를 실행한다는 의미이다.
다음은 환경 적응형 제2 볼트-바 곡선 설정 판별 단계(s50)에 대하여 상세히 알아본다.
도 6는 도 3의 제2 볼트-바 곡선 설정 판별 단계(s50)의 동작방법에 대한 개략도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트-바 곡선 설정 방법으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 6의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제2 볼트-바 곡선 설정 판별 단계(s50)는 전압-무효전력 그래프 내에 존재하는 특성함수의 동작점(Ok)이 존재한다. 이 특성함수의 동작점은 특성함수 곡선을 기준으로 무효전력(Q)을 흡수 또는 공급하는 방향으로 이동하는 동작을 수행한다. 도 6은 무효전력을 흡수하는 경우이다. 특성함수의 동작점(Ok)의 V 좌표는 동작점에서의 전압(Vk)을 나타낸다. 그리고 동작점에서의 전압(Vk)은 전압 진동 발생 여부의 임계치 전압(Vk,limit)을 기준으로 하여 안정 구간과 불안정 구간으로 나누어진다.
구체적으로, k-1 시점의 동작점(Ok-1)에서 k 시점의 동작점(Ok)으로 이동할 때, k 시점의 동작점에서 흡수해야 하는 무효전력(Qk)은 k-1 시점의 동작점의 전압값(Vk-1)과 이에 대응하는 현재 설정된 볼트-바 곡선과의 교점으로부터 결정되며, 전압값(Vk)는 무효전력(Qk)에 대응하는 특성 함수 곡선의 V축 좌표로 결정된다. 즉, 무효전력(Qk)에 가상의 수평선을 생성했을 때 특성 함수와 만나는 교점이 Ok의 동작점이 된다는 의미이다.
제1 특성함수(610)와 제2 특성함수(620)는 k-1 시점의 동작점 Ok-1 위치가 동일하지만 기울기가 다른 2개의 특성 함수 곡선이다. 그리고 제1 특성함수(610)와 제2 특성함수(620) 모두 k 시점의 동작점에서 흡수해야 하는 무효전력의 크기는 동일하지만 특성 함수의 기울기 차이로 인해 k 시점의 동작점 전압값 Vk가 서로 다른 특성을 보인다. 제1 특성함수(610)의 경우, k 시점의 동작점 전압값 Vk가 임계치 전압값(Vk,limit)보다 큰 영역에 존재한다.
임계치 전압값은 k-1 시점과 k 시점 사이 무효전력 편차가 동일한 경우, 볼트-바 곡선의 기울기와 동일한 기울기를 가지는 동작점 전압을 의미한다. 그러므로 임계치 전압값을 넘는 작동점 전압을 유지하는 것이 전압 진동이 발생하지 않을 최소 조건이다.
그러나 제2 특성함수(620)의 경우, k 시점의 동작점 전압값 Vk가 임계치 전압값보다 작은 영역에 위치한다. 따라서 분산전원 발전시 공통 연계점 또는 인버터 터미널 포인트에서 전압이 진동하게 된다. 진동발생을 방지하기 위해서는 k 시점의 동작점 전압값 Vk가 임계치 전압값보다 큰 영역에 위치해야 한다.
전압 진동 방지를 위한 제약조건인 수학식 3을 만족하는 k-1 시점의 동작점과 임계치에서의 동작점을 점을 지나는 특선곡선을 고려한다. 그리고 k-1 시점의 동작점과 임계치에서의 동작점을 빗변으로 하는 사각형을 가정한다. 그러면 가정한 사각형의 다른 빗변이 볼트-바 곡선 기울기와 동일하게 된다.
이 가상의 사각형 안에서 빗변의 기울기가 볼트-바 곡선의 기울기이다. 그리고 전압진동이 일어나지 않을 조건은 특성곡선의 기울기가 볼트-바 곡선의 기울기보다 큰 것이다. 그러므로 k 시점의 동작점 전압이 임계치 전압보다 큰 범위에 존재하면 볼트-바 곡선 기울기가 특성곡선의 기울기보다 작으므로 동작의 안정성을 보장할 수 있다.
그러나 k 시점의 동작점 전압이 임계치 전압보다 작은 영역에 존재하는 경우, 현재 볼트-바 곡선설정은 전압 진동을 발생시킬 수 있다고 판단하여 볼트-바 곡선을 재설정하게 된다. 임계치 전압은 수학식 3을 만족한다.
[수학식 3]
Figure pat00011
Vk,limit 는 임계치 전압, V3는 볼트-바 곡선이 -Q 좌표평면에 진입하는 동시에 기울기가 변화되기 시작하는 시작점의 전압, Qk-1 은 이전 동작점의 무효전력, SlopeVV는 볼트-바 곡선의 기울기이다.
k 시점의 동작점 전압이 임계치 전압보다 큰 영역에 존재하는 경우 볼트-바 동작 자체의 안정성은 보장할 수 있다. 하지만 볼트-바 곡선설정이 최적의 전압 보상을 위한 무효전력을 흡수하고 있다고 판단할 수 없다. 즉 현재의 무효전력보다 더 큰 무효전력을 흡수함으로써 전압 보상 효과를 극대화할 수 있도록 볼트-바 곡선 설정을 최적화한다.
다음은 볼트-바 곡선의 최적 기울기 도출 단계에 대하여 살펴본다.
도 7은 도 2의 최적 기울기 도출 단계에서 특성함수의 기울기가 증가한 경우 볼트-바 곡선의 동작점 변화 개략도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트-바 곡선 설정 방법으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 7의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
먼저, 환경 적응형 볼트-바 곡선의 최적 기울기 도출부에 대하여 살펴본다. 전압 계측의 오차를 고려하여 △Vmargin1을 여유폭으로 설정하고 Vk가 Vk,limit + △Vmargin1보다 큰 경우에만 볼트-바 곡선 재설정을 수행한다. 여유폭 안에 k 시점의 동작점을 포함하는 것이 효율적인 볼트-바 곡선 설정 방법이기 때문이다. 볼트-바 곡선설정을 위한 판별 조건은 수학식 4와 같다. 수학식 4의 ⑴은 전압 진동을 방지하기 위해서 볼트-바 곡선 기울기를 낮추어야 하는 경우이다. 그리고 수학식 4의 ⑵는 전압 진동은 없지만 최적화를 위하여 볼트-바 곡선 기울기를 증가시킬 수 있는 경우이다.
[수학식 4]
Figure pat00012
Vk 는 현재 동작점의 전압, Vk,limit 는 임계치 전압, △Vmargin1 은 이전 동작점의 여유폭이다.
기존에 설정된 볼트-바 곡선이 충분한 마진을 가지고 있는 경우, 특성 함수가 변화하더라도 안정적인 동작을 한다. 하지만 추가적인 전압 보상을 위한 마진을 확인하기 위해서라도 특성 함수의 변화를 측정해야 한다. 그러므로 수학식 4의 조건을 검토하여 볼트-바 곡선의 최적 기울기 도출 단계 실행 여부를 결정한다.
볼트-바 곡선의 최적 기울기 도출 단계 실행 여부가 결정되면, 특성 함수의 기울기를 기반으로 새로운 볼트-바 곡선 임계 기울기 도출을 실행한다. 볼트-바 곡선의 최적 기울기 도출 단계는 수학식 5를 만족하는 새로운 볼트-바 곡선의 기울기를 도출한다.
도7을 참조하면, 일사량 감소, 변전소 인출부 전압 증가, 계통 절체에 의한 선로 임피던스 크기 감소 및 리액턴스 대 저항 비 감소 등의 환경변화로 인해 기존 특성 함수인 f(V,Q)fund에서 새로운 특성 함수 f(V,Q)new로 특성 함수의 곡선 기울기가 증가한 경우이다. 특성 곡선 기울기 증가로 인해 동작점은 기존 동작점(Ok,fund)에서 새로운 동작점(Ok,new)으로 이동한다. 그러면 볼트-바 곡선 설정 방법은 동작점 변화를 능동적으로 감지하여 특성 곡선 기울기가 증가했음을 인지한다. k-1 시점의 동작점과 k 시점의 동작점이 가진 전압-무효전력 계측 데이터를 통해 수학식(5)로 변화된 특성곡선의 임계 기울기를 계산한다.
[수학식 5]
Figure pat00013
SlopeVV,limit는 볼트-바 곡선의 임계 기울기, Vk-1는 이전 동작점의 전압, Vk는 현재 동작점의 전압, Qk-1 은 이전 동작점의 무효전력, Qk 는 현재 동작점의 무효전력이다.
임계 기울기는 전압 진동이 발생하는 경계점이므로 안정한 볼트-바 동작 성능을 보장하기 위해 마진을 고려한 기울기를 산출한다. 최적 기울기 도출부는 수학식(6) 또는 수학식(7)을 이용해서 최적 기울기를 도출한다. 최적 기울기 도출을 위한 2가지 방식은 기설정된 변수 조건에 따라 선택할 수 있고 △Vmargin2와 β는 여유 계수(margin coefficient)로써 기설정된 조건에 따라 해당 범위 내에서 조절 가능하다.
[수학식 6]
Figure pat00014
SlopeVV,new1은 변화된 특성곡선에 의해 재설정된 볼트-바 곡선의 기울기, Vk-1는 이전 동작점의 전압, Vk는 현재 동작점의 전압. △Vmargin1 은 이전 특성곡선의 여유폭, △Vmargin2 은 현재 특성곡선의 여유폭, Qk-1 은 이전 동작점의 무효전력, Qk는 현재 동작점의 무효전력이다.
[수학식 7]
Figure pat00015
SlopeVV,new2는 임계 기울기의 크기에 비율적인 제한을 가한 여유 기울기, SlopeVV,limit는 볼트-바 곡선의 임계 기울기, β는 임계 기울기에 제한을 가하는 0 내지 1 사이의 상수이다.
도 8은 도 2의 최적 기울기 도출부에서 특성함수의 기울기가 감소한 경우 환경 적응형 볼트-바 곡선의 동작점 변화 개략도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 능동적 전압조정이 가능한 분산전원 출력제어장치의 환경 적응형 볼트-바 곡선 설정 방법으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 8의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
도 8을 참조하면, 일사량 감소, 변전소 인출부 전압 증가, 계통 절체에 의한 선로 임피던스 크기 감소 및 리액턴스 대 저항 비 감소 등의 환경변화로 인해 기존 특성 함수인 f(V,Q)fund에서 새로운 특성 함수 f(V,Q)new로 특성 함수의 곡선 기울기가 감소한 경우이다. 도 6과 마찬가지로 특성 곡선 기울기 증가로 인해 동작점은 기존 동작점(Ok,fund)에서 새로운 동작점(Ok,new)으로 이동한다. 그러면 볼트-바 곡선 설정 방법은 동작점 변화를 능동적으로 감지하여 특성 곡선 기울기가 감소했음을 인지한다.
기울기가 감소하면 것은 볼트-바 곡선 동작에 의한 연계점 전압이 진동한다. 그리고 k-1 시점의 동작점과 k 시점의 동작점의 전압-무효전력 계측 데이터로 새로운 임계 기울기를 계산한다. 그리고 최적 기울기 설정 단계를 실행하여 최적 기울기를 도출한다.
현재 접속된 연계점의 계통 특성을 반영한 볼트-바 곡선의 최적 기울기가 도출된다. 그러면 재설정된 볼트-바 곡선의 기울기는 증가 또는 감소한다. 즉 최적의 볼트-바 곡선 적용은 기존에 설정되었던 볼트-바 곡선 설정값인 V3 또는 V4 가 재설정 된다.
이상에서 본 개시의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 개시의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 개시의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 개시의 권리범위에 속하는 것이다.
100 : 볼트-바 곡선 설정 시스템
110 : 제1 초기설정 시스템
120 : 제1 분산전원 시스템
130 : 제n 초기설정 시스템
140 : 제n 분산전원 시스템
210 : 초기 곡선 설정 단계
220 : 볼트-바 곡선 설정 단계
s10 : 초기 특성 곡선 설정 단계
s20 : 초기 볼트-바 곡선 설정 단계
s30 : 초기 볼트-바 곡선 적용 단계
s40 : 제1 볼트-바 곡선 설정 판별 단계
s50 : 제2 볼트-바 곡선 설정 판별 단계
s60 : 임계 기울기 설정 단계
s70 : 최적 기울기 도출 단계
s80 : 볼트-바 곡선 설정 단계
320 : 제1 분산전원
321 : 제1 분산전원 특성함수 및 볼트-바 곡선
330 : 제2 분산전원
331 : 제2 분산전원 특성함수 곡선 및 볼트-바 곡선
340 : 제3 분산전원
341 : 제3 분산전원 특성함수 및 볼트-바 곡선
350 : 제n 분산전원
351 : 제n 분산전원 특성함수 및 볼트-바 곡선
410 : 볼트-바 곡선 기울기 증가
411 : 볼트-바 곡선 기울기 증가시 이전 작동점
412 : 볼트-바 곡선 기울기 증가시 현재 작동점
413 : 제1 작동점
420 : 볼트-바 곡선 기울기 감소
421 : 볼트-바 곡선 기울기 감소시 이전 작동점
422 : 볼트-바 곡선 기울기 감소시 현재 작동점
423 : 제2 작동점
433 : 제3 작동점
510 : 볼트-바 곡선조정 방법이 실행되는 동작점간 무효전력 차이
520 : 볼트-바 곡선조정 방법이 실행되지 않는 동작점간 무효전력 차이
530 : 볼트-바 곡선조정 방법 실행 기준 무효전력 차이
610 : 제1 특성함수
620 : 제2 특성함수

Claims (17)

  1. 능동적 전압조정이 가능한 분산전원에 포함된 출력제어장치의 볼트(Volt)-바(Var) 곡선 설정 방법으로서,
    상기 분산전원이 1차 발전(發電)하는 경우, 기설정된 시간 내에 연계되어 있는 분산전원 선로의 초기 특성함수 기울기 근사치를 출력하고 상기 초기 특성함수의 기울기 근사치를 입력으로 하여 초기 볼트-바 곡선을 출력하는 초기곡선 설정 단계;
    상기 초기 특성함수와 상기 초기 볼트-바 곡선을 상기 출력제어장치 및 상기 분산전원에 적용해 분산전원의 2차 발전을 하는 단계; 및
    상기 분산전원의 2차 발전시 발생하는 전압과 무효전력 변동에 대해, 변동된 특성함수의 기울기와 상기 볼트-바 곡선의 기울기를 이용하여 상기 분산전원의 전압진동 임계치 초과 여부를 확인한 후 상기 볼트-바 곡선을 재설정하는 단계;
    를 포함하는 볼트-바 곡선설정 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 초기곡선 설정 단계에서,
    상기 초기 특성함수와 상기 초기 볼트-바 곡선이 하기의 수학식을 만족하는 관계인
    Figure pat00016

    볼트-바 곡선 설정 방법.
    상기 V는 계통 접속 개소의 전압크기(kV)이고, 상기 Q는 상기 인버터에서 출력하는 무효전력(kVar)이며, 상기 볼트-바 곡선은 상기 V와 상기 Q를 변수로 하는 수학식이고, 상기 F(V, Q)는 상기 특성함수임
  3. 제 2항에 있어서,
    Figure pat00017

    상기 초기곡선 설정단계에서, 상기 초기곡선은 초기 전압(V)과 초기 무효전력(Q)를 축으로 하고, 하기의 수학식을 만족하는 특성곡선을 출력하는 볼트-바 곡선 설정 방법.
    상기 P는 인버터에서 출력하는 유효전력(kW), 상기 Q는 상기 인버터에서 출력하는 무효전력(kVar), 상기 V는 계통 접속 개소의 전압크기(V), 상기 Z는 상기 계통 접속 개소까지의 선로 임피던스(Ω), 상기 Φ는 상기 접속 개소까지 선로 임피던스의 위상각(°), 상기 E는 계통에 공급되는 전압의 크기(V)임
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 볼트-바 곡선을 재설정하는 단계는,
    제1 볼트-바 곡선조정 판별 단계;
    상기 제1 볼트-바 곡선조정 판별 단계는,
    상기 볼트-바 곡선과 상기 특성함수의 이전, 이후 동작점간 무효전력 편차를 사용자가 설정한 방식으로 비교하고,
    제2 볼트-바 곡선조정 판별 단계;
    상기 제2 볼트-바 곡선조정 판별 단계는,
    상기 볼트바 곡선과 상기 특성함수의 이전, 이후 동작점 사이에 포함되는 상기 볼트-바 곡선과 상기 특성함수의 그래프를 비교하며,
    임계 기울기 설정 단계;
    상기 임계 기울기 계산 단계는,
    상기 분산전원에서 상기 전압진동 발생 임계치를 계산하고,
    최적 기울기 도출 단계;
    상기 최적기울기 도출단계는,
    상기 전압진동 발생 임계치와 상기 무효전력의 양의 수준치 간 최적의 기울기를 찾으며,
    볼트-바 곡선 설정 단계에서 볼트-바 곡선을 설정하는
    볼트-바 곡선 설정 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 볼트-바 곡선 조정 판별 단계는,
    상기 특성곡선에서 상기 전압 또는 상기 무효전력의 변동으로 인하여 작동점이 변하는 경우, 이전 작동점과 현재 작동점 사이의 무효전력 편차를 판단하는 단계;
    상기 인버터의 상기 무효전력 최대 흡수량과 최대 공급량간 편차의 비율의 곱으로 볼트-바 곡선 변경 판별 기준을 출력하는 단계; 를 포함하고
    상기 무효전력 편차 판단 단계의 판단치와 상기 볼트-바 곡선 변경 판별 기준 출력 단계의 기준치를 비교하여 상기 판단치보다 상기 기준치가 더 큰 경우, 상기 제2 볼트-바 곡선 조정 판별단계에 판별 신호를 전송하는
    볼트-바 곡선 설정 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 볼트-바 곡선 조정 판별 단계는,
    상기 제1 판별 단계에서 전송한 상기 판별 신호를 수신하는 단계;
    상기 특선곡선에서 상기 이전 작동점의 상기 무효전력 값에 대응되는 볼트-바 곡선 좌표의 전압치를 임계치 전압으로 설정하고, 상기 특성 곡선의 상기 현재 작동점 전압을 상기 임계치 전압과 비교하는 단계, 그리고
    상기 현재 작동점 전압이 상기 임계치 전압보다 작으면 상기 임계 기울기 계산부를 적용하는 단계
    를 포함하는 볼트-바 곡선 설정 방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 임계 기울기 설정단계는
    상기 특선곡선에서 상기 이전 작동점의 상기 무효전력 값과 상기 현재 작동점의 상기 무효전력 값에 대응되는 볼트-바 곡선의 좌표를 연결하는 단계; 그리고
    연결한 선을 빗변으로 하는 가상의 직사각형에서, 상기 볼트-바 곡선의 좌표를 연결한 빗변 기울기 크기의 절대값을 임계 기울기로 하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 볼트-바 곡선의 좌표를 연결한 빗변 기울기 크기의 절대값을 임계 기울기로 설정하는 단계에서,
    상기 임계 기울기를 설정한 후 설정된 상기 임계 기울기를 상기 최적 기울기 도출부에 전송하며, 상기 임계 기울기는 하기의 수학식을 만족하는
    볼트-바 곡선 설정 방법.
    Figure pat00018

    상기 Vk,limit는 상기 임계치 전압(kV), 상기 V3는 볼트-바 곡선의 기울기가 시작되는 지점의 전압(kV), Qk-1은 상기 이전 동작점의 상기 무효전력(kVar), Slopevv는 볼트-바 곡선의 기울기임
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 볼트-바 곡선 최적 기울기를 도출하는 단계는,
    상기 가상의 직사각형에 예상 계측오차만큼의 여유폭을 설정하는 단계; 그리고
    상기 여유폭만큼의 전압과 상기 임계치 전압의 합이 상기 현재 작동점의 전압보다 작은 경우 하기의 수학식을 만족하는 상기 볼트-바 곡선의 기울기를 재조정하는 단계
    를 포함하는 볼트-바 곡선 설정 방법.
    Figure pat00019

    상기 Vk,limit는 상기 임계치 전압(kV), 상기
    Figure pat00020
    은 상기 여유폭의 전압(kV), 상기 Vk는 상기 현재 작동점의 전압(kV)임
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 볼트-바 곡선 최적 기울기 도출 단계는,
    상기 임계치 전압이 상기 현재 작동점의 전압보다 큰 경우 상기 볼트-바 곡선의 기울기를 재조정하는 단계를 더 포함하는,
    볼트-바 곡선 설정 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 기울기 근사치는 상기 초기 특성함수의 곡선에서 상기 무효전력(Q) 값이 음의 수준치 내지 양의 수준치인 각각의 경우들을 상기 특성함수의 Q축 좌표로 하고, 상기 각각의 무효전력 값과 대응되는 각각의 상기 전압을 상기 특성함수의 V축 좌표로 하여, 세개의 좌표값을 도출하고,
    상기 좌표값들을 연결한 직선들중 하기의 수식을 만족하는 기울기의 절대값중 가장 큰 값을 특성함수의 기울기로 하는
    Figure pat00021

    볼트-바 곡선 설정 방법.
    상기
    Figure pat00022
    은 특성함수의 기울기의 절대값, 상기 V는 계통 접속 개소의 전압크기(kV), 상기 Q는 상기 인버터에서 출력하는 무효전력(kVar), 상기 F(V, Q)는 상기 특성함수임
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 무효전력 값이 음의 기설정치 내지 양의 기설정치인 경우에서,
    상기 무효전력의 공급/흡수는 분산전원용 인버터에서 분산전원의 지령을 받아 전압의 위상각을 조절하여 상기 무효전력 공급/흡수치를 조정하고,
    상기 음의 기설정치는 최소 -44%이고,
    상기 양의 기설정치는 최대 44%인
    볼트-바 곡선 설정방법.
  12. 분산전원에 포함된 출력제어장치의 볼트-바 곡선 설정 시스템으로서,
    초기 곡선을 설정하는 초기 설정 시스템, 및
    계통 선로에 션트(Shunt) 형태로 연결되어 있는 복수개의 분산전원들 각각에 존재하는 상기 초기설정 시스템과 양방향 통신이 가능한 분산전원 시스템
    을 포함하고
    상기 초기 설정 시스템은,
    기설정된 시간내의 분산전원 출력 데이터를 수신하는 제1 수신부;
    상기 수신한 데이터에 따라 서로 다른 특성곡선과 볼트-바 곡선을 전송하는 제1 송신부;
    상기 수신한 데이터를 분석하여 특성곡선과 볼트-바 곡선을 제시하는 제1 프로세서;
    상기 수신한 데이터를 초기 설정 시스템에 저장하는 제1 메모리
    를 포함하고,
    상기 분산전원 시스템은,
    상기 제1 송신부가 전송한 데이터를 수신하는 제2 수신부;
    기설정된 시간내 분산전원의 출력 데이터를 상기 제1 수신부에 전송하는 제2 송신부,
    상기 분산전원의 출력 데이터를 실시간으로 분석하여 볼트-바 곡선을 조정하는 제2 프로세서 및
    상기 출력 데이터를 저장하는 제2 메모리를 포함하는
    볼트-바 곡선 설정 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제2 프로세서는,
    기설정된 시간동안 상기 분산전원의 전압과 무효전력 정보를 수집하고, 수집된 상기 전압과 상기 무효전력 정보를 통하여 특성함수를 출력하며,
    출력된 상기 특성함수를 상기 제2 메모리 및 상기 제2 송신부에 전송하고,
    상기 제2 송신부는 상기 특성곡선을 상기 제1 수신부로 전송하는 볼트-바 곡선 설정 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제1 수신부는, 상기 특성곡선을 상기 제1 프로세서로 전송하고,
    상기 제1 프로세서는 수신한 상기 특성함수에서, 상기 무효전력이 음의 수준치 내지 양의 수준치인 경우에 특성함수에 대응하는 3개의 좌표를 연결하여 3개의 직선으로 근사하고, 상기 근사한 특성함수의 기울기 중 가장 큰 기울기를 기준으로 초기 볼트-바 곡선을 제공하며,
    상기 제1 프로세서는 상기 초기 볼트-바 곡선을 상기 제1 송신부로 전송하고,
    상기 제1 송신부에서 상기 초기 볼트-바 곡선을 수신한 후에, 상기 제2 수신부로 상기 초기 볼트-바 곡선을 전송하는, 볼트-바 곡선 설정 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 송신부에서 전송한 상기 초기 볼트-바 곡선을 상기 제2 수신부에서 수신하고,
    상기 제2 수신부는 수신한 상기 초기 볼트-바 곡선을 상기 제2 프로세서로 전송하며,
    상기 제2 프로세서는 수신한 상기 초기 볼트-바 곡선을 상기 제2 메모리에 저장되는 새로운 특성함수와 매칭하여 전압 진동을 감시하는
    볼트-바 곡선 설정 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 새로운 특성함수의 기울기가 상기 초기 볼트-바 곡선 기울기보다 작아지는 경우,
    상기 분산전원 시스템의 상기 프로세서에서 볼트-바 곡선 기울기를 더 작게 재설정하는 볼트-바 곡선 설정 시스템.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 새로운 특성함수의 기울기가 상기 특성함수의 기울기보다 커지는 경우,
    기설정된 여유폭에 따라. 상기 볼트-바 곡선의 기울기 크기의 절대값을 더 크게 재설정하는 볼트-바 곡선 설정 시스템.
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