KR20230130988A

KR20230130988A - 신규 변전소 최적 위치 선정 방법, 다수 변전소들의 최적 노드 할당 방법 및 변전소 군집화 시스템

Info

Publication number: KR20230130988A
Application number: KR1020220028267A
Authority: KR
Inventors: 유호성; 조진태; 김홍주; 김주용
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2022-03-04
Filing date: 2022-03-04
Publication date: 2023-09-12

Abstract

본 발명의 신규 변전소 최적 위치 선정 방법은, 신설 변전소를 위한 초기 중심점을 설정하는 단계; 신설 변전소의 위치 및 기설 변전소들의 위치에 따른 각 노드와의 거리에 기반한 군집화를 수행하는 단계; 군집화된 각 군집에 대하여 변전소 용량을 검토하는 단계; 및 모든 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되지 않으면, 신설 변전소의 위치를 최적 설치 위치로 확정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

신규 변전소 최적 위치 선정 방법, 다수 변전소들의 최적 노드 할당 방법 및 변전소 군집화 시스템{NEW SUBSTATION OPTIMAL LOCATION SELECTION METHOD, OPTIMAL NODE ALLOCATION METHOD FOR MULTIPLE SUBSTATIONS AND SUBSTATION CLUSTERING SYSTEM}

본 발명은 거리 기반 군집화를 이용한 신규 변전소 최적 위치 선정 방법, 다수 변전소들의 최적 노드 할당 방법 및 상기 방법들을 수행하는 변전소 군집화 시스템에 관한 것이다.

다양한 신재생 에너지에 의한 발전이 가능해지고 소규모 발전사업자가 등장하며, 전력거래 시스템에 정보통신 기술을 융합한 스마트그리드 형태의 마이크로그리드가 도입되면서 소비자는 복수의 전력 판매자로부터 전력을 구매하는 것이 가능해지고 소비자가 직접 전력 판매자를 선택하는 것이 가능해졌다.

그러나, 이러한 급격한 증가에 따라, 발전된 신재생에너지를 소비처로 운송하기 위한 전력 인프라인 변전소, 송배전선로의 부족이 문제가 되고 있다. 단순히 양에 대한 문제점도 있으나 발전력의 기복이 심한 재생에너지의 특징으로 안정적 공급이 최우선시되는 전력망 운영자의 입장에서는 여러 가지 변수가 많이 있다.

또한, 재생에너지와 같은 분산형 전원의 확대로 인해 배전계통의 복잡도는 점점 증가하는 추세이다. 이를 대비하여 우리나라도 2034년까지 변전소 신설을 포함한 전력시스템의 강화를 위해 12조 3천억 원에 달하는 비용을 투자할 계획이다. 이처럼 배전계획시스템은 중요도가 높아지고 있으며, 실제로 배전계획 프로그램 시장은 세계적으로 점점 확대되고 있다. 선진국의 여러 배전 Utility들은 아래와 같이 배전계획 관련 상용 프로그램을 출시하였으며, 일부 제품은 많은 국가에서 시장 점유율을 이미 확보하고 있다.

미국 EPRI의 배전계획 연구 프로젝트 ‘Planning-P200B’를 통해 배전계획 이론, 절차, 플랫폼, Tool을 개발 중이며, 머신러닝 기반 배전 데이터 추출, 설비계획, 수익 증대 기술을 축적하고 있다.

아일랜드 Eaton의 배전시스템 분석 툴 ‘CYME/CYMDIST’를 개발하여, 배전계획부터 네트워크 구성, 계통해석, 경제성 분석 기능을 탑재 및 상용하였으며 높은 북미 시장 점유율을 확보하고 있다.

노르웨이 DNV-GL의 배전계획을 위한 툴인 ‘Synergi Electric’을 개발하여, GIS, AMI, SCADA 데이터를 통합/분석하여 네트워크 신뢰도 향상, 자산 수명연장, 투자 수익성 분석의 기능을 제공하는 상용 프로그램을 보유하고 있다.

미국 Integral Analytics의 배전계획용 부하예측 툴인 ‘LoadSEER’을 통해 SCADA, AMI, 지리/경제/날씨 데이터를 분석하여 부하 및 분산전원 예측을 위한 최적화 솔루션을 제공하고 있다.

프랑스 Schneider Electric의 배전망 통합 엔지니어링 시스템 ‘EcoStruxure AMS’를 개발하여, 전력망 계획, 데이터 분석, 경제성 분석의 기능을 제공하고 있다.

배전관리시스템 관련 세계 시장규모는 매년 19.1% 증가할 것으로 기대되며, 이는 2025년에 시장규모가 38억 달러에 이를 전망이다. 배전관리시스템은 운영, 해석, 계획 등 다양한 분야가 포함되며 이중 계획 부분을 5%만 잡아도 약 2억 달러의 시장규모가 전망된다는 의미이다. CYME 등 해외 배전계획 상용 프로그램은 현재 국내 시장에서도 많이 활용되고 있으며, 앞으로 국내에서도 이를 대신할 배전계획 관련 기술 및 제품 확보가 절실하다.

중장기 배전계획에서 부하증가에 따른 신규 변전소를 설치할 때, 변전소 입지를 선정하는 것은 매우 중요하다. 변전소 신설을 계획하고 준공하는데 오랜 기간이 걸리고, 한번 설치하면 입지를 옮기는 것이 불가능하기 때문이다. 또한, 신규 변전소 위치에 따라 배전 설비계획 투자 규모가 결정되며, 이는 배전계획사업의 경제성으로 직결된다. 더불어 잘못된 입지선정은 변전소의 이용률을 낮추고 계통운영 시 설비 효율성을 떨어뜨린다. 따라서 최적의 신규 변전소 위치를 선정하는 것은 경제성, 효율성을 높이기 위해 매우 중요하며, 국내에서는 변전소 입지선정 절차를 규정하여 그에 따른 신규 변전소 위치를 선정하고 있다.

예컨대, 한국전력공사는 장기송변전 설비계획을 통해 변전소 신설이 확정되면, 변전소 입지선정을 위한 절차를 수행한다. 우선 부지선정 대상 지역을 사업소에서 결정한다. 이후 대상지역의 현장답사를 수행한 뒤 전력영향평가를 수행한다. 그리고 입지선정위원회를 구성하여 입지선정 기준에 따라 후보 지역을 선정한다. 이후 상세 개황조사를 통해 예비 후보 부지(10~15개) 선정, 후보 부지(5개) 선정을 수행한다. 그 다음으로 간이 입지 환경성 검토 및 전력영향평가보고서를 수행하여 후보 부지를 평가하고 입지확정위원회를 구성하여 입지를 확정한다. 입지선정 절차는 변전소 준공 72개월 전에 착수되며, 변전소 준공 57개월 전에는 시설 입지를 확정해야 한다. 본부 배전계획사업 담당 부서는 변전소 예비후보지 답사를 시행하고, 배전선로 투자비, 선로손실비용 등을 고려하여 가능한 전력공급지역의 부하 중심점으로 검토하는 방식으로 운영된다.

그러나, 이와 같은 신중한 변전소 신설 입지선정 절차는 약 15개월이 소요되며, 후보지 선정에 있어 선정자의 주관적인 생각이 반영될 수 있다. 따라서, 합리적이고 효율적인 변전소 입지선정을 위해, 객관적이고 소요시간을 단축시킬 수 있는 자동화된 입지선정 시스템이 필요하다. 또한 최근 분산형 전원의 확대로 인해 재생에너지 연계용 소규모 변전소 설치가 증가하고 있으므로 신속하고 객관적인 변전소 입지선정 시스템의 필요성은 점점 커질 것이다.

상술한 변전소 입지선정 시스템을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

신규 변전소 준공 기간을 약 6년이라고 했을 때, 이중 변전소 입지선정 절차를 수행하는 기간은 1년 3개월로 약 20%에 해당한다. 이처럼 변전소 입지선정에 많은 기간이 소요되며 그에 따른 인력과 비용 역시 소모된다. 따라서 합리적인 방법으로 절차를 간소화하고 선정 기간을 단축한다면 이에 소모되는 시간 및 비용을 감축시킬 수 있다.

변전소 입지선정 절차에 따르면 입지선정 대상 지역 선정, 예비 후보 부지선정, 후보 부지선정과 같은 여러 선정 과정들이 있다. 이 과정들은 사업소, 입지선정위원회, 입지확정위원회를 통해 결정되며 선정에 객관적인 지표가 없어 이를 구성하는 사람들에 따라 주관성이 반영되기 쉽다.

추가적으로, 기설 변전소 또는 재생에너지 설치용량을 고려한 신규 변전소 선정 알고리즘이 현실적으로 유리하다.

배전설비계획에 따르면 변전소 입지는 배전선로 투자비 및 선로손실비용 등을 고려한 전력공급지역의 부하 중심점으로 검토하게 되어있다. 또한, 분산형 전원이 확대되면서 재생에너지 연계용 소규모, 소용량 변전소의 설치가 빈번해질 것이다. 소규모 변전소 역시 재생에너지의 부하 중심점에 설치되는 것이 가장 합리적이다. 무게중심을 구하는 군집화 알고리즘은 많이 있지만, 신규 변전소 입지 선정시 기설 변전소의 용량 및 위치를 고려하기 위해서는 새로운 군집화 알고리즘 개발이 필요하다.

대한민국 공개공보 10-2014-0037504호

본 발명은 변전소 입지선정에 있어서 소요시간을 단축하고 객관성을 보장할 수 있는 신규 변전소 최적 위치 선정 방법 및 이를 수행하는 변전소 군집화 시스템을 제공하고자 한다.

보다 구체적으로, 본 발명은 소요시간을 감축하여 경제성을 높이는 변전소 최적 위치선정 알고리즘을 적용하며, 결과의 신뢰성을 높이기 위해 여러 번 반복하여도 같은 결과를 보이도록 자동화되고, 기설 변전소의 위치, 용량 제약을 고려한 새로운 군집화 알고리즘을 적용한 신규 변전소 최적 위치 선정 방법 및 변전소 군집화 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 신규 변전소 최적 위치 선정 방법은, 신설 변전소를 위한 초기 중심점을 설정하는 단계; 신설 변전소의 위치 및 기설 변전소들의 위치에 따른 각 노드와의 거리에 기반한 군집화를 수행하는 단계; 군집화된 각 군집에 대하여 변전소 용량을 검토하는 단계; 및 모든 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되지 않으면, 신설 변전소의 위치를 최적 설치 위치로 확정하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 목적함수를 설정하는 단계를 더 포함하고, 상기 군집화를 수행하는 단계에서는, 상기 목적함수에 따라 군집화를 수행할 수 있다.

여기서, 상기 목적함수를 이용하여 신설 변전소에 대한 군집의 부하 중심점을 산정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 어느 한 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되면, 초과된 군집에 속한 노드들과 해당 변전소와의 거리에 페널티를 업데이트하는 단계; 및 업데이트된 거리를 반영하여 다시 군집화를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 목적함수는, 하기 수학식에 따를 수 있다.

여기서, 상기 초기 중심점을 설정하는 단계는, 설 변전소 정보 및 신설 변전소 수를 입력받는 단계; 각 변전소에 대하여 위치를 지정하되, 기설 변전소의 경우 기설 변전소 위치 정보를 그대로 반영하는 단계; 각 노드별로 각 기설 변전소와 거리를 계산하는 단계; 각 노드별로 기설 변전소들 중 계산된 거리가 가장 가까운 것과의 거리 최소값을 도출하는 단계; 전체 노드들 중 가장 큰 거리 최소값을 가지는 것을 선정하는 단계; 및 선정된 노드 위치를 신설 변전소의 초기 위치로 선정하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 군집화를 수행하는 단계에서는, 신설 변전소의 군집에 속하는 노드들로 부하 중심점을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 군집화 수행 단계는, 노드들과 기설/신설 변전소들에 대한 군집화 표를 작성하는 단계; 상기 군집화 표에 각 노드와 각 변전소의 거리를 저장하는 단계; 및 각 노드에 대하여 군집 번호를 지정하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 변전소 용량을 검토하는 단계에서는, 상기 군집화 표의 각 변전소들에 대하여 1번 변전소부터 마지막 변전소까지, 각 변전소에 대하여 군집 번호로 할당된 노드들의 부하들 총합이 변전소 허용 용량을 초과하는지 확인할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 다수 변전소들의 최적 노드 할당 방법은, 목적함수를 설정하는 단계; 특정 지역을 담당하는 다수 변전소들 각각의 위치에 따른 각 노드와의 거리에 기반하여 상기 목적함수에 따라 군집화를 수행하는 단계; 군집화된 각 군집에 대하여 변전소 용량을 검토하는 단계; 어느 한 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되면, 초과된 군집에 속한 노드들과 해당 변전소와의 거리에 페널티를 업데이트하는 단계; 및 모든 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되지 않으면, 상기 군집화된 각 군집으로 각 변전소에 할당되는 노드들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 변전소 군집화 시스템은, 군집화를 위한 거리 기반 목적함수를 설정하는 목적함수 설정부; 군집화를 위한 특정 지역을 담당하는 변전소들 및 노드들에 대한 데이터를 확보하는 데이터 구성부; 특정 지역을 담당하는 다수 변전소들 각각의 위치에 따른 각 노드와의 거리에 기반하여 상기 목적함수에 따라 군집화를 수행하는 군집화 - 노드 할당부; 및 상기 군집화 - 노드 할당부의 수행한 결과를 출력하는 결과 출력부를 포함할 수 있다.

여기서, 신설 변전소에 대한 위치 선정을 위한 연산을 수행하는 신설 변전소 위치 선정부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 신설 변전소 위치 선정부는, 상기 신설 변전소의 초기 위치로서 초기 중심점을 설정하는 변전소 초기 위치 선정 모듈; 및 상기 목적함수를 이용하여 신설 변전소에 대한 군집의 부하 중심점을 산정하는 부하 중심점 산정 모듈을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 군집화 - 노드 할당부는, 상기 신설 변전소를 포함하여 군집화된 각 군집에 대하여 변전소 용량을 검토하고, 모든 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되지 않으면, 신설 변전소의 위치를 최적 설치 위치로 확정할 수 있다.

여기서, 상기 군집화 - 노드 할당부는, 상기 신설 변전소의 군집에 속하는 노드들로 상기 신설 변전소의 최적 위치로서 부하 중심점을 설정할 수 있다.

여기서, 상기 군집화 - 노드 할당부는, 어느 한 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되면, 초과된 군집에 속한 노드들과 해당 변전소와의 거리에 페널티를 업데이트하고, 업데이트된 거리를 반영하여 다시 군집화를 수행할 수 있다.

여기서, 상기 군집화 - 노드 할당부는, 군집화된 각 군집에 대하여 변전소 용량을 검토하여, 모든 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되지 않으면, 상기 군집화된 각 군집으로 각 변전소에 할당되는 노드들을 결정할 수 있다.

여기서, 상기 목적함수는, 하기 수학식에 따를 수 있다.

상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 신규 변전소 최적 위치 선정 방법 및/또는 변전소 군집화 시스템은, 신규 변전소 입지선정에 있어서 소요시간을 단축하고 객관성을 대외적으로 보장할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 신규 변전소 최적 위치 선정 방법 및/또는 변전소 군집화 시스템은, 명확하고 객관적인 선정기준으로 배전설비계획 수립사업의 비용을 절감하고 전체 소요 기간을 단축할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 신규 변전소 최적 위치 선정 방법 및/또는 변전소 군집화 시스템은, 변전소 입지선정에 있어 자동화된 시스템 개발로 객관적이고 신뢰도 높은 신규 변전소 설치 위치를 제공하는 이점이 있다.

본 발명의 신규 변전소 최적 위치 선정 방법 및/또는 변전소 군집화 시스템은, 재생에너지의 확대로 소요 증가가 예상되는 재생에너지 전용 소규모 변전소 설치 입지를 정하는데도 유용한 이점이 있다.

본 발명의 신규 변전소 최적 위치 선정 방법 및/또는 변전소 군집화 시스템은, 예비후보지 뿐만 아니라 변전소 증설 지역 내 모든 위치를 자동으로 비교하는 것이 가능하여,이는 선정자가 예비후보지 선정 과정에서 주관을 반영하거나 최적의 위치를 누락시키는 실수를 방지할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 신규 변전소 최적 위치 선정 방법 및/또는 변전소 군집화 시스템은, 변전소 입지선정사업의 많은 절차를 자동화된 시스템으로 처리하여 소요되는 인력, 시간, 비용을 모두 획기적으로 감축시킬 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 신규 변전소 최적 위치 선정 방법 및/또는 변전소 군집화 시스템은, 기설 변전소를 고려한 신설 변전소의 정확한 무게중심을 찾을 수 있는 이점이 있다. 즉, 기설 변전소를 고려한 신설 변전소 부하 중심점을 찾는데 특성화 되어있기 때문에 절차서에서 제시하는 부하 중심점 설치 검토를 수월하게 수행할 수 있다. 추가로, 변전소 증설 시 변전소들의 공급구역까지 확인할 수 있어서 신규 배전선로 인입, 인출 방향 또한 검토할 수 있다.

도 1은 본 발명의 사상에 따른 신규 변전소 최적 위치 선정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도 2는 변전소 초기 위치선정 프로세스의 상세 실시예를 도시한 흐름도.
도 3은 페널티 기반 군집화 과정을 예시한 개념도.
도 4는 거리 기반 군집화 수행 및 페널티 적용을 위한 세부 과정을 예시한 흐름도.
도 5는 최적 신설 변전소 위치 및 변전소별 공급구역을 도시한 분포도.
도 6은 본 발명의 사상에 따른 다수의 기설 변전소들의 최적 노드(부하) 할당 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도 7은 변전소 군집화 시스템의 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.

본 발명에서는 기설 변전소의 위치, 용량 제약을 고려한 새로운 군집화 알고리즘을 개발하여 합리적인 신규 변전소 입지를 제시한다. 즉, 본 발명은 다소 복잡한 변전소 입지선정 절차를 개발한 알고리즘을 통해 합리적으로 단순화하여 필요한 기간을 획기적으로 감축시키고 경제성을 높이는 것을 목표로 한다. 이를 통해 배전설비계획 시 필요한 비용 감소, 변전소 준공까지 필요한 기간 감축, 객관적인 변전소 입지선정을 기대할 수 있다.

본 발명은 부하증가에 따른 변전소 신설뿐만 아니라 목적함수와 제약조건의 유연한 변경을 통해 재생에너지 전용 소규모, 소용량 변전소 입지를 선정하는데도 크게 기여할 수 있다. 이러한 목적을 위한 본 발명의 전략은 다음과 같다.

첫 번째, 기설 변전소의 위치를 고려하여 부하 중심점을 계산한다. 기존 군집화 알고리즘은 반복 수행에 따라 군집의 중심(Cluster center)을 이동시키며 목적함수에 맞는 최적의 군집을 찾는다. 하지만 기설 변전소의 위치는 실제로 고정되어 있다. 따라서 기설 변전소와 신설 변전소를 구분하여 기설 변전소가 공급하는 구역의 중심은 이동하지 않도록 하는 전략을 활용한다.

두 번째, 변전소 입지선정 절차에 적합한 목적함수를 제시한다. 기반으로 한 K-means clustering은 각 노드들이 군집의 중심으로부터 거리의 합이 최소가 되도록하는 목적함수를 가진다. 본 발명에서는 각 노드의 부하와 해당 입지의 특성을 고려하도록 목적함수를 수정하였고, 배전설비계획 수립 절차를 최대한 반영하여 신규 입지를 선정할 수 있도록 한다.

세 번째, 기설 변전소 용량을 고려하는 새로운 방법을 제시한다. 변전소의 공급구역에 따라 공급용량 제약조건을 해결하는 새로운 방법론을 제시한다. 알고리즘의 반복에 따라 공급 초과분을 고려하여 거리 페널티를 선정해주며 모든 변전소가 공급 제한 용량을 초과하지 않도록 반복하게 된다. 이를 위한 프로세스의 구체적인 예시에 대한 내용은 후술하겠다.

도 1은 본 발명의 사상에 따른 신규 변전소 최적 위치 선정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.

본 발명에서 제안하는 신규 변전소 최적 위치선정을 위한 프로세스는 도 1에 정리되어 있다. 예컨대, 도시한 신규 변전소 최적 위치 선정 방법은 K-means clustering을 기반으로 신규 변전소 입지선정 목적에 맞게 알고리즘을 수정하여 개발하였으며 제약조건으로는 배전계획절차에 필요한 사항들을 고려할 수 있다.

도시한 신규 변전소 최적 위치 선정 방법은, 신설 변전소를 위한 초기 중심점을 설정하는 단계(S100); 신설 변전소의 위치 및 기설 변전소들의 위치에 따른 각 노드와의 거리에 기반한 군집화를 수행하는 단계(S200); 군집화된 각 군집에 대하여 변전소 용량을 검토하는 단계(S400); 모든 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되지 않으면, 신설 변전소의 위치를 최적 설치 위치로 확정하는 단계(S900)를 포함할 수 있다.

도시한 신규 변전소 최적 위치 선정 방법의 경우, 목적함수를 설정하는 단계(S200)를 더 포함하고, 그러면, 상기 군집화를 수행하는 단계(S300)에서는, 상기 목적함수에 따라 군집화를 수행한다. 또한, 상기 군집화를 수행하는 단계(S300)는, 상기 목적함수를 이용하여 신설 변전소에 대한 군집의 부하 중심점을 산정하는 단계를 포함할 수 있다.

도면에서는 S100 단계 이후 S200 단계가 수행되는 것으로 표현하였지만, S100 단계와 S200 단계는 병렬적으로 시간의 전후에 무관하게 수행되는 것이 일반적이다. 상기 목적함수는 각 변전소에 노드(부하)들을 할당하는 정책에 따라 결정될 수 있으며, 상기 S200 단계에서는 목적함수의 파라미터들 및 가중치 등이 결정될 뿐이며, 각 파라미터에 대하여 값이 부여되는 것은 아니다. 지극히 단순한 정책의 경우 상기 목적함수는 고정되며, 이 경우 상기 S200 단계는 고정된 목적함수를 독출하는 방식으로 수행될 수 있다.

도시한 신규 변전소 최적 위치 선정 방법은, 상기 S400 단계의 검토 결과 어느 한 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되면, 초과된 군집에 속한 노드들과 해당 변전소와의 거리에 페널티(가중치)를 업데이트(부여)하는 단계(S600); 및 업데이트된 거리를 반영하여 다시 군집화를 수행하는 단계(S300의 반복)를 더 포함할 수 있다.

이하, 도시한 흐름도의 각 세부 단계들의 구체적인 과정을 예시하겠다.

도 1의 기설 변전소 및 신설 변전소에 대한 상기 초기 중심점 설정 단계(S100)의 세부 과정은 다음과 같다.

도 2는 변전소 초기 위치선정 프로세스의 상세 실시예를 도시한 흐름도이다.

도시한 초기 위치선정 프로세스는, 기설 변전소 정보 및 신설 변전소 수를 입력받는 단계(S110); 각 변전소에 대하여 위치를 지정하되, 기설 변전소의 경우(S120) 기설 변전소 위치 정보를 그대로 반영하는 단계(S130); 각 노드(부하)별로 각 기설 변전소와 거리를 계산하는 단계(S140); 각 노드별로 기설 변전소들 중 계산된 거리가 가장 가까운 것과의 거리 최소값을 도출하는 단계(S150); 전체 노드들 중 가장 큰 거리 최소값을 가지는 것을 선정하는 단계(S160); 및 선정된 노드 위치를 신설 변전소의 초기 위치로 선정하는 단계(S170)를 포함할 수 있다.

군집의 부하 중심점은 기설 변전소, 신설 변전소에 따라 구분된다. 기설 변전소는 실제 변전소 위치에 고정되며 반복 수행에 따라 이동하지 않는다. 신설 변전소의 위치는 이동 가능하며 반복 수행이 끝나면 목적함수를 만족하는 최적의 점으로 옮겨진다.

군집화 수행시 변전소 위치의 초기값을 설정해야 하며, 군집화 과정에서 초기위치선정은 최종 결과에 영향을 미칠 만큼 중요하다. 기설 변전소에 해당하는 군집의 중심점은 위치가 고정되므로 기존 변전소 위치를 초기값으로 설정하면 된다(S130). 하지만 신설 변전소에 해당하는 군집 부하 중심점은 따로 설정해줘야 한다.

본 발명에서는 각 노드의 가장 가까운 변전소와의 거리를 계산하고(S140, S150), 그 값이 최대가 되는 점을 도출하여(S160), 신설 변전소의 초기위치로 선정한다(S170). 이는 군집화 특성상 중심점들이 서로 이웃할 경우 최적의 결과를 찾지 못하는 특성을 방지하기 위함이다. 결과적으로, 모든 기설 변전소를 고려했을 때 가장 멀리 떨어져 있는 점을 신설 변전소의 초기값으로 선정된다. 변전소 초기값 선정을 수식화하면 하기 수학식 1 및 2와 같다.

상기 수학식 1은 기설 변전소 초기위치는 기설 변전소의 실제 위치와 같음을 반영한 수식이다. 상기 수학식 2는 알고리즘상에서 신규 변전소 초기 위치 선정을 위한 수식이다.

도시한 변전소 초기 위치선정 프로세스에서는, 모든 기설 변전소를 고려했을 때 가장 멀리 떨어져 있는 노드(부하)의 위치를 신설 변전소의 초기값으로 지정한다. 이는 노드(부하)의 위치가 변전소 건설에 유리한 곳이라고 볼 수 있는 것 보다는, 도 1의 흐름도상의 반복되는 루프에 따라 부하 중심점으로 신설 변전소의 최적 위치가 변경됨을 감안하여, 초기 위치선정 프로세스에 너무 과도한 시간 및 연산 부담을 주기 않기 위함이다.

도 1의 목적함수 설정 단계(S200)의 세부 과정은 다음과 같다.

본 발명의 목적은 노드별 부하량, 기설 변전소 위치와 용량을 고려한 신설 변전소 최적 위치를 선정하는 것이다. 목적함수에는 변전소 용량 제약을 만족하기 위해 용량 초과분에 따른 거리 페널티를 고려한다. 여기서, 거리 페널티는 용량을 초과한 변전소와 모든 노드 사이의 거리를 증가시켜 군집화 계산을 수행하는 것으로 본 발명의 사상에 따른 군집화 및 중심점을 도출하는데 있어서 주요한 역할을 수행하는 개념(아이디어)이다.

부여된 거리 페널티에 따라 부하 노드의 실제 위치가 이동하는 것은 아니며 군집화 계산 시에만 영향을 준다. 이를 반복하면 용량이 초과된 변전소에 속하던 노드들이 다른 변전소로 분산되고 모든 변전소가 최대 출력 용량을 초과하지 않게 된다.

도 3은 페널티 기반 군집화 과정을 예시한 개념도이다.

각 군집의 중심점(값)인 ①번, ②번 노드는 기설 변전소 위치이며 이동하지 않는다. 제약조건으로는 각 군집은 4개 이하의 부하 노드를 가져야 한다고 가정한다. 왼쪽 그림의 1번 변전소는 노드 개수가 5개로 4개를 초과하였고 이에 따라 α의 거리 페널티를 받게 된다. 이때 실제 노드가 이동하는 것은 아니며 군집화 계산시에만 고려된다. 거리 페널티로 인해 군집화 계산에서 1번 군집에 속하던 노드 1개가 2번 군집과 더 가깝게 계산된다. 이로 인해 오른쪽 그림과 같이 2번 군집이 해당 노드를 포함하게 되며, 두 변전소 모두 용량 제약조건을 만족하게 된다. 페널티값을 결정하는 방식은 “페널티 업데이트” 과정 설명에서 후술하겠다.

한편, 도 3에서 신설 변전소의 경우 ①번 노드는 신설 변전소의 초기 위치(또는 이전 이터레이션에서 보정된 위치)이며, (2) 부분도면에서 군집에 속하는 노드들로만 수정된 부하 중심점을 구하고, (2) 부분도면에서 (3)으로 표시한 바와 같이, ①번 노드의 위치를 수정된 부하 중심점으로 변경한다.

그런데, 상술한 도 3에 도시한 과정은 군집화 수행 단계(S300)에서 수행되지만, 목적함수의 기능을 설명하기 위해 본 단락에서 기술하였다.

하기 수학식 3은 상술한 목적함수의 일 예를 나타낸다.

기본적으로 모든 노드의 부하 곱하기 변전소와의 거리 합이 최소가 되도록 하며 앞서 설명한 거리 페널티값과 신설 변전소 입지의 특성값을 고려하여 식을 구성한다.

변전소 입지의 특성값은 지가를 고려하는 것이 대표적이며 자연환경, 문화/역사 보전 등과 같은 정성적인 지표를 정량적으로 치환하여 고려할 수 있다. 설치 불가지역은 특성값을 무한대로 설정하여 신규 설치 가능 입지에서 제외할 수 있다.

상기 수학식 3에서 Fnew 파라미터는 각 후보지점의 변전소 입지에 불리한 정도를 나타내는 바, 클수록 변전소 입지가 나쁘며, 불리한 항목마다 가산될 수 있다.

그런데, 상기 수학식 3에서 Fnew 파라미터는 S200 단계 중 부하 중심점을 수정할 때에만 적용되고, 각 변전소들에 대하여 군집화를 수행할 때에는 적용되지 않고 제거되는 것이 유리하다.

도 1의 군집화 수행 단계(S300)의 세부 과정은 다음과 같다.

도 4는 거리 기반 군집화 수행 및 페널티 적용을 위한 세부 과정을 예시한 흐름도이다.

도시한 흐름도에서, 도 1의 거리 및 페널티 기반 군집화 수행 단계(300)는, 노드들과 기설/신설 변전소들에 대한 군집화 표를 작성하는 단계(S320); 상기 군집화 표에 각 노드와 각 변전소의 거리를 저장하는 단계(S340); 및 각 노드에 대하여 군집 번호를 지정하는 단계(S360)를 포함할 수 있다.

도시한 흐름도에서, 군집화된 각 군집에 대하여 변전소 용량을 검토하는 단계(S400)에서는, 표 1의 각 변전소들에 대하여 1번 변전소부터(S410) 마지막 변전소까지(S490), 각 변전소에 대하여 군집 번호로 할당된 노드들의 부하들 총합이 변전소 허용 용량을 초과하는지 확인한다(S440).

도시한 흐름도의 S600 단계에서는 상기 S440 단계에서 허용 용량이 초과되는 기설/신설 변전소의 해당 군집에 대하여 거리 페널티를 부과(즉, 거리값 업데이트)한다.

도 4의 흐름도에 따른 절차에서는 목적함수 달성을 위한 군집화를 수행한다. 우선, 군집화를 위해 하기 표 1과 같은 표 구성을 생성한다(S320).

첫 번째 열부터 j번째 열은 각 노드와 기설 변전소와의 거리를 저장한다. j+1번째 열은 신규 변전소와 각 노드들의 거리를 저장한다(S340). j+2번째 열은 각 노드들이 속하는 군집 번호를 저장한다(S360). 이때 군집 번호는 변전소들과의 거리가 최소가 되는 변전소의 번호가 입력된다. j+3번째 열은 각 노드들의 부하 값을 저장한다. 이후 각 군집이 해당 군집의 변전소 용량을 초과하지 않는지 확인한다(S440).

변전소 용량을 초과하면 초과한 변전소에 거리 페널티를 부과한다(S600). 이 과정을 모든 변전소가 용량을 초과하지 않을 때까지 반복한다. 거리 페널티에 대한 자세한 예시는 후술하겠다. 신규 변전소 위치는 군집 번호가 j+1인 노드들의 무게중심이 된다(S900).

도 1의 페널티 업데이트 단계(S600)의 세부 과정은 다음과 같다.

본 단락에서는 앞서 보류하였던 본 발명에서 제시하는 페널티 업데이트 방법에 관해사도 설명한다. 페널티 업데이트를 위해 하기 표 2와 같은 표 구성을 생성할 수 있다.

상기 표 2의 1열은 변전소의 공급구역에 따른 부하 용량을 의미한다. 2열은 해당 변전소의 최대 부하 용량을 의미한다. 3열은 용량초과에 따른 페널티값을 의미한다.

상기 수학식 3을 살펴보면, 페널티값은 거리 값에 덧셈으로 가중되며 변전소 용량이 초과되지 않을 때까지 반복해서 업데이트한다. 각 업데이트시 가중치는 점점 커지게 되고 도 3과 같이 해당 군집의 부하량이 낮아지는 효과를 줄 수 있다. 페널티는 부하 초과비율을 계통의 전체 스케일에 맞게 치환하여 이전 페널티에 누적하는 방법으로 업데이트된다. 용량을 초과하지 않은 변전소는 이전 반복 수행의 페널티값을 유지한다. 하기 수학식 4는 페널티 업데이트를 수식화하여 나타낸 예이다.

상기 수학식 4에서 스케일(scale)은 계통의 크기를 의미하며, 전체 노드 x축, y축의 최소, 최대 값을 고려하여 결정한다. 하기 수학식 5는 스케일을 계산하는 수식을 예시한다.

도 1의 신설 변전소의 최적 설치 위치를 확정하는 단계(S900)의 세부 과정은 다음과 같다.

상술한 과정들에 따른 방법을 통해 최종적으로 신규 변전소 최적 설치 위치를 선정할 수 있다(S900). 본 단락에서는 시뮬레이션을 통해 결과가 어떻게 나타나는지 확인하고자 한다.

도 5는 최적 신설 변전소 위치 및 변전소별 공급구역을 도시한 분포도이다.

하기 표 3은 도 5의 경우에 변전소 초기값 선정 결과를 예시한 것이며, 하기 표 4는 변전소별 페널티 업데이트 결과를 예시한 것이다.

도 5 및 표 3, 4는 평택시를 대상으로 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 시뮬레이션 계통은 총 15869개의 노드와 11개의 기설 변전소, 1개의 신설 변전소로 구성된다. 시스템의 강인성을 확인하기 위해 신규 변전소 용량을 60MW로 설정하고 부하량을 전체 변전소 용량의 90%로 설정하여 시뮬레이션하였다. 해당 시뮬레이션에서는 입지의 특성값은 고려하지 않았다. 상기 표 3은 초기 중심점 설정 프로세스를 통하여 초기 변전소 위치를 선정한 것을 나타낸다. 11개의 기설 변전소는 상기 수학식 1에 따라 기존 변전소 위치로 고정되며, 신설 변전소는 상기 수학식 2에 따라 결정된 것이다.

도 5는 군집화 수행 후 결과를 나타낸다. 붉은점은 기설변전소로 기존 변전소 위치에서 움직이지 않고 고정되는 결과를 나타냈다. 검은점은 신설변전소 위치로 목적함수에 따라 이동하여 최적의 위치에서 결정되는 것을 확인할 수 있다.

상기 표 4는 시뮬레이션 종료 후 변전소별 공급용량과 거리 페널티값의 결과이다. 1~2열을 비교해보면, 각 변전소의 출력은 최대 용량을 초과하지 않는 결과를 보였고 그에 따른 페널티값은 3열과 같이 결정되었다.

본 발명의 사상에 따른 거리 기반 목적함수에 페널티(가중치)를 부여하는 방식의 군집화 방안은, 상술한 신설 변전소의 위치 선정 뿐만 아니라, 배전 계획 절차상에서 특정 지역을 담당하는 기설된 다수 변전소들 각각에 최적이 노드(부하)들을 할당하는데 이용될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 사상에 따른 다수의 기설 변전소들의 최적 노드(부하) 할당 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.

도시한 다수 변전소들의 최적 노드 할당 방법은, 목적함수를 설정하는 단계(S20); 특정 지역을 담당하는 다수 변전소들 각각의 위치에 따른 각 노드와의 거리에 기반하여 상기 목적함수에 따라 군집화를 수행하는 단계(S30); 군집화된 각 군집에 대하여 변전소 용량을 검토하는 단계(S40); 어느 한 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되면, 초과된 군집에 속한 노드들과 해당 변전소와의 거리에 페널티를 업데이트하는 단계(S60); 및 모든 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되지 않으면, 상기 군집화된 각 군집으로 각 변전소에 할당되는 노드들을 결정하는 단계(S90)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 S60 단계의 수행 이후, 업데이트된 거리를 반영하여 다시 군집화를 수행(S30 단계의 반복)할 수 있다.

상기 S20 단계에서 목적함수는 상기 특정 지역의 다수 변전소들에 노드들을 할당하는 정책 기준에 따라 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 목적함수는 Fnew 파라미터를 삭제한 상기 수학식 3이 될 수 있으며, 상기 정책 기준을 반영하기 위한 요소에 따라 거리 및/또는 부하에 가중치를 부여할 수 있다.(예: 특정 지역에 부하 가중치 부여) 또는, 정책 기준에 따라 하나의 변전소에 할당하는 노드들의 개수를 제한하거나, 변전소와 할당된 노드간의 거리를 제한할 수 있다. 지극히 단순한 정책의 경우 상기 목적함수는 고정될 수 있으며, 이 경우 상기 S20 단계는 고정된 목적함수를 독출하는 방식으로 수행될 수 있다.

도 7은 변전소 군집화 시스템의 일 실시예를 도시한 블록도이다.

군집화를 위한 거리 기반 목적함수를 설정하는 목적함수 설정부(200); 군집화를 위한 특정 지역을 담당하는 변전소들 및 노드들에 대한 데이터를 확보하는 데이터 구성부(300); 특정 지역을 담당하는 다수 변전소들 각각의 위치에 따른 각 노드와의 거리에 기반하여 상기 목적함수에 따라 군집화를 수행하는 군집화 - 노드 할당부(400); 상기 군집화 - 노드 할당부의 수행한 결과를 출력하는 결과 출력부(900)를 포함할 수 있다.

도시한 변전소 군집화 시스템은, 도 6의 흐름도에 따른 다수의 기설 변전소들의 최적 노드 할당 방법을 수행할 수 있다.

또한, 도 1의 흐름도에 따른 신규 변전소 최적 위치 선정 방법을 수행하기 위해, 도시한 변전소 군집화 시스템은, 신설 변전소에 대한 위치 선정을 위한 연산을 수행하는 신설 변전소 위치 선정부(100)를 더 포함할 수 있다.

도시한 상기 신설 변전소 위치 선정부(100)는, 상기 신설 변전소의 초기 중심점(위치)을 설정하는 변전소 초기 위치 선정 모듈(120); 및 상기 목적함수를 이용하여 신설 변전소에 대한 군집의 부하 중심점을 산정하는 부하 중심점 산정 모듈(140)을 포함할 수 있다.

도시한 목적함수 설정부(200)는, 소정의 목적함수 예컨대 상기 수학식 3과 같은 목적함수를 설정하고, 이에 대한 정보를 내부 저장 영역에 기록하는 목적함수 기록 모듈(240); 및 정책/기준이 반영되는 목적함수의 요소에 대하여 거리 및/또는 부하에 가중치를 부여하는 목적함수 수정 모듈(220)을 포함할 수 있다.

도시한 데이터 구성부(300)는, 시뮬레이션을 위한 데이터 구성 장치와 유사하게 구현될 수 있으며, 기설 변전소의 위치 및 용량에 대한 기설 변전소 데이터(320); 각 노드의 소비 부하량 및/또는 생산 부하량(신재생발전 설비의 경우)을 포함하는 노드별 부하량 데이터(340); 단위 부지에 대한 특성 정보, 특히, 지가, 인접 주거 밀접정도(민원에 영향), 건설 공사 난이도 등 신설 변전소 후보지로서의 유/불리에 대한 정보를 반영하여 작성되는 부지별 특성 데이터(360)를 구성(수집 또는 모의생성)할 수 있다.

예컨대, 시뮬레이션의 경우, 도시한 바와 같이 데이터 구성은 크게 3개로 나눠져서, 기설 변전소 데이터(320)는 변전소 위치 좌표 데이터, 최대 출력 부하 데이터로 구성되고, 노드별 부하량 데이터(340)는 각 노드의 위치와 해당 노드의 부하량 데이터로 구성되고, 입지별 특성 데이터(360)는 입지별 지가, 설치 가능 여부 등으로 구성될 수 있다.

도시한 결과 출력부(900)는, 결과에 반영된 군집화에 따라 각 변전소에 할당된 노드들에 의한 각 변전소의 출력 부하를 제공하는 변전소 별 출력 부하 출력 모듈(920); 상기 군집화에 적용된 변전소 별 거리 페널티 정보를 제공하는 변전소 별 거리 페널티 출력 모듈(940); 전체 대상 구역에 대한 군집화 결과를 시각적으로 제공하는 공급구역 결과 출력 모듈(960); 결과에서 최적으로 선정된 신설 변전소 위치의 좌표 등 위치 정보를 제공하는 신설 변전소 위치 출력 모듈(980)을 포함할 수 있다.

도시한 상기 군집화 - 노드 할당부(400)는, 기설 변전소에 대하여 초기 위치를 선정하는 기설 변전소 위치 고정 모듈(420); 상기 거리 기반 목적함수에 따라 각 변전소를 중심으로 대상 지역의 노드들을 군집으로 구분하는 군집화 수행 모듈(430); 각 군집에 속한 노드들의 부하 총합이 해당 변전소의 용량을 초과하는지 확인하는 변전소 용량 초과 확인 모듈(440); 및 용량이 초과된 군집에 속한 노드들과 해당 변전소와의 거리에 페널티를 업데이트하는 거리 페널티 업데이트 모듈(460)을 포함할 수 있다.

도시한 상기 군집화 - 노드 할당부(400)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 군집화를 수행한 후 신설 변전소의 군집에 속하는 노드들로 상기 신설 변전소의 최적 위치로서 부하 중심점을 설정(즉, 최초 지정 또는 수정)할 수 있다. 이때, 상기 부하 중심점은 상기 부하 중심점 산정 모듈(140)로부터 획득할 수 있다.

예컨대, 상기 기설 변전소 위치 고정 모듈(420)에서는 반복 수행 시 기설 변전소 위치를 초기값에 고정할 수 있다. 상기 변전소 용량 초과 확인 모듈(440)은 반복 수행마다 해당 군집의 변전소 용량초과 여부를 확인할 수 있다. 상기 거리 페널티 업데이트 모듈(640)에서는 용량을 초과한 변전소에 대해 상기 수학식 4에 의해 거리 페널티값을 부여할 수 있다. 상기 결과 출력 모듈(460)에서는 변전소 별 출력 부하, 변전소별 거리 페널티, 공급구역 결과 그림, 신설 변전소 위치 좌표와 같이 총 4개의 데이터 및 그림을 출력할 수 있다.

도 1의 흐름도에 따른 신규 변전소 최적 위치 선정 방법을 수행하는 경우, 상기 군집화 - 노드 할당부(400)는, 상기 신설 변전소를 포함하여 군집화된 각 군집에 대하여 변전소 용량을 검토하고, 모든 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되지 않으면, 신설 변전소의 위치를 최적 설치 위치로 확정할 수 있다. 한편, 어느 한 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되면, 초과된 군집에 속한 노드들과 해당 변전소와의 거리에 페널티를 업데이트하고, 업데이트된 거리를 반영하여 다시 군집화를 수행할 수 있다.

도 7에 도시한 변전소 군집화 시스템에서, 변전소 최적 위치선정 방법의 경우, 변전소 초기 위치선정은 기설 변전소 및 신설 변전소로 구분되어 실시되되, 기설 변전소 초기 위치선정은 상기 수학식 1에 따라 상기 기설 변전소 위치 고정 모듈(420)에 의해, 신설 변전소 초기 위치선정은 상기 수학식 2에 따라 상기 신설 변전소 초기 위치 선정 모듈(120)에 의해 결정될 수 있다.

도 6의 흐름도에 따른 다수의 기설 변전소들의 최적 노드 할당 방법을 수행하는 경우, 상기 군집화 - 노드 할당부(400)는, 군집화된 각 군집에 대하여 변전소 용량을 검토하여, 모든 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되지 않으면, 상기 군집화된 각 군집으로 각 변전소에 할당되는 노드들을 결정할 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 : 신설 변전소 위치 선정부
200 : 목적함수 설정부
300 : 데이터 구성부
400 : 군집화 - 노드 할당부
900 : 결과 출력부

Claims

신설 변전소를 위한 초기 중심점을 설정하는 단계;
신설 변전소의 위치 및 기설 변전소들의 위치에 따른 각 노드와의 거리에 기반한 군집화를 수행하는 단계;
군집화된 각 군집에 대하여 변전소 용량을 검토하는 단계; 및
모든 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되지 않으면, 신설 변전소의 위치를 최적 설치 위치로 확정하는 단계
를 포함하는 신규 변전소 최적 위치 선정 방법.
제1항에 있어서,
목적함수를 설정하는 단계를 더 포함하고,
상기 군집화를 수행하는 단계에서는, 상기 목적함수에 따라 군집화를 수행하는 신규 변전소 최적 위치 선정 방법.
제2항에 있어서,
상기 목적함수를 이용하여 신설 변전소에 대한 군집의 부하 중심점을 산정하는 단계
를 더 포함하는 신규 변전소 최적 위치 선정 방법.
제3항에 있어서,
어느 한 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되면, 초과된 군집에 속한 노드들과 해당 변전소와의 거리에 페널티를 업데이트하는 단계; 및
업데이트된 거리를 반영하여 다시 군집화를 수행하는 단계
를 더 포함하는 신규 변전소 최적 위치 선정 방법.
제2항에 있어서,
상기 목적함수는, 하기 수학식에 따르는 신규 변전소 최적 위치 선정 방법.
제1항에 있어서,
상기 초기 중심점을 설정하는 단계는,
설 변전소 정보 및 신설 변전소 수를 입력받는 단계;
각 변전소에 대하여 위치를 지정하되, 기설 변전소의 경우 기설 변전소 위치 정보를 그대로 반영하는 단계;
각 노드별로 각 기설 변전소와 거리를 계산하는 단계;
각 노드별로 기설 변전소들 중 계산된 거리가 가장 가까운 것과의 거리 최소값을 도출하는 단계;
전체 노드들 중 가장 큰 거리 최소값을 가지는 것을 선정하는 단계; 및
선정된 노드 위치를 신설 변전소의 초기 위치로 선정하는 단계
를 포함하는 신규 변전소 최적 위치 선정 방법.
제1항에 있어서,
상기 군집화를 수행하는 단계는,
신설 변전소의 군집에 속하는 노드들로 부하 중심점을 설정하는 단계
를 포함하는 신규 변전소 최적 위치 선정 방법.
제1항에 있어서,
상기 군집화 수행 단계는,
노드들과 기설/신설 변전소들에 대한 군집화 표를 작성하는 단계;
상기 군집화 표에 각 노드와 각 변전소의 거리를 저장하는 단계; 및
각 노드에 대하여 군집 번호를 지정하는 단계
를 포함하는 신규 변전소 최적 위치 선정 방법.
제8항에 있어서,
상기 변전소 용량을 검토하는 단계에서는,
상기 군집화 표의 각 변전소들에 대하여 1번 변전소부터 마지막 변전소까지, 각 변전소에 대하여 군집 번호로 할당된 노드들의 부하들 총합이 변전소 허용 용량을 초과하는지 확인하는 신규 변전소 최적 위치 선정 방법.
목적함수를 설정하는 단계;
특정 지역을 담당하는 다수 변전소들 각각의 위치에 따른 각 노드와의 거리에 기반하여 상기 목적함수에 따라 군집화를 수행하는 단계;
군집화된 각 군집에 대하여 변전소 용량을 검토하는 단계;
어느 한 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되면, 초과된 군집에 속한 노드들과 해당 변전소와의 거리에 페널티를 업데이트하는 단계; 및
모든 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되지 않으면, 상기 군집화된 각 군집으로 각 변전소에 할당되는 노드들을 결정하는 단계
를 포함하는 다수 변전소들의 최적 노드 할당 방법.
군집화를 위한 거리 기반 목적함수를 설정하는 목적함수 설정부;
군집화를 위한 특정 지역을 담당하는 변전소들 및 노드들에 대한 데이터를 확보하는 데이터 구성부;
특정 지역을 담당하는 다수 변전소들 각각의 위치에 따른 각 노드와의 거리에 기반하여 상기 목적함수에 따라 군집화를 수행하는 군집화 - 노드 할당부; 및
상기 군집화 - 노드 할당부의 수행한 결과를 출력하는 결과 출력부
를 포함하는 변전소 군집화 시스템.
제11항에 있어서,
신설 변전소에 대한 위치 선정을 위한 연산을 수행하는 신설 변전소 위치 선정부
를 더 포함하는 변전소 군집화 시스템.
제12항에 있어서,
상기 신설 변전소 위치 선정부는,
상기 신설 변전소의 초기 위치로서 초기 중심점을 설정하는 변전소 초기 위치 선정 모듈; 및
상기 목적함수를 이용하여 신설 변전소에 대한 군집의 부하 중심점을 산정하는 부하 중심점 산정 모듈
을 포함하는 변전소 군집화 시스템.
제13항에 있어서,
상기 군집화 - 노드 할당부는,
상기 신설 변전소를 포함하여 군집화된 각 군집에 대하여 변전소 용량을 검토하고, 모든 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되지 않으면, 신설 변전소의 위치를 최적 설치 위치로 확정하는 변전소 군집화 시스템.
제14항에 있어서,
상기 군집화 - 노드 할당부는,
상기 신설 변전소의 군집에 속하는 노드들로 상기 신설 변전소의 최적 위치로서 부하 중심점을 설정하는 변전소 군집화 시스템.
제14항에 있어서,
상기 군집화 - 노드 할당부는,
어느 한 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되면, 초과된 군집에 속한 노드들과 해당 변전소와의 거리에 페널티를 업데이트하고, 업데이트된 거리를 반영하여 다시 군집화를 수행하는 변전소 군집화 시스템.
제11항에 있어서,
상기 군집화 - 노드 할당부는,
군집화된 각 군집에 대하여 변전소 용량을 검토하여, 모든 군집에 대하여 변전소 용량이 초과되지 않으면, 상기 군집화된 각 군집으로 각 변전소에 할당되는 노드들을 결정하는 변전소 군집화 시스템.
제11항에 있어서,
상기 목적함수는, 하기 수학식에 따르는 변전소 군집화 시스템.