WO2011040689A1 - 전력 계통의 전압 제어 시스템 및 전압 제어 방법 - Google Patents

전력 계통의 전압 제어 시스템 및 전압 제어 방법 Download PDF

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신정훈
이재걸
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한국전력공사
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load

Abstract

전력 계통의 전압 제어 시스템 및 전압 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력 계통의 전압을 제어하는 전력 계통의 전압 제어 시스템에 있어서, 속응형 무효 전력원의 출력 데이터를 조절하는 속응형 전압 제어기; 상기 출력 데이터 및 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보를 이용하여 여유 비교 정보를 생성하고, 상기 여유 비교 정보 및 입력받은 유지 범위 정보를 이용하여 동작 시작 신호를 생성하는 무효전력 협조 제어기; 및 상기 동작 시작 신호 및 전력계통 조류 데이터를 수신하여 정지형 무효 전력원을 선정하고, 상기 정지형 무효 전력원을 이용하여 전력 계통의 전압을 유지시키는 정지형 전압 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 계통의 전압 제어 시스템이 제공된다.

Description

전력 계통의 전압 제어 시스템 및 전압 제어 방법
본 발명은 전압 제어 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 본 발명은 전력 계통의 전압 제어 시스템 및 전압 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전력 계통이 안정하게 운전되는 상태란 계통 내의 어느 지점에서 전압 및 주파수가 규정된 허용 범위로 유지되고, 각각의 유효 전력과 무효 전력이 균형이 잡혀 있는 상태를 말한다. 여기서 유효 전력(Active Power)은 전등을 켜거나 전동기를 돌려 실제로 일을 하는 것으로 에너지원을 필요로 한다. 반면 무효 전력(Reactive Power)은 유효 전력의 흐름을 원활하게 하는 역할을 하는 것으로 별도의 에너지 원을 필요로 하지 않는다.
전력 계통은 유효 전력과 무효 전력의 수요와 공급이 균형을 이룸으로써 안정하게 운전될 수 있다. 만약 유효 전력의 수급 균형이 깨어져 발생 전력이 소비 전력보다 많을 경우 주파수가 상승하고 발생 전력이 소비 전력보다 작을 경우 주파수가 저하되어 전력 계통은 균형을 유지하려고 한다. 이 경우 주파수는 계통 내의 어느 지점에서든지 같은 값을 가져서 전 계통적인 변동 특성을 나타낸다.
반면 무효 전력의 수급 균형이 깨어져 발생 전력이 소비 전력보다 많을 경우 전압이 상승하고 발생 전력이 소비 전력보다 작을 경우 전압이 저하되어 전력 계통은 균형을 유지하려고 한다. 이 경우 전압은 주파수와는 달리 국지적인 변동 특성을 나타내고 계통 내의 지점에 따라 각각 다른 크기를 가지게 된다.
전력 계통의 전압은 무효 전력과 밀접한 관계가 있으므로 전력 계통의 전압을 유지시키기 위해서는 무효 전력원을 이용한다. 무효 전력원은 응답 특성과 동작 속도에 따라 속응형 무효 전력원과 정지형 무효 전력원으로 구분된다. 그러나, 종래의 경우에는 속응형 무효 전력원과 정지형 무효 전력원을 개별적으로 제어하였다.
본 발명은 신속하고 정밀하게 전력 계통의 전압을 유지시킬 수 있는 전력 계통의 전압 제어 시스템 및 전압 제어 방법을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명은 전력 계통에 부하 변동 또는 사고와 같은 외란이 발생하더라도 전력 계통의 전압을 유지시킬 수 있는 전력 계통의 전압 제어 시스템 및 전압 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전력 계통의 전압을 제어하는 전력 계통의 전압 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력 계통의 전압을 제어하는 전력 계통의 전압 제어 시스템에 있어서, 속응형 무효 전력원의 출력 데이터를 조절하는 속응형 전압 제어기; 상기 출력 데이터 및 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보를 이용하여 여유 비교 정보를 생성하고, 상기 여유 비교 정보 및 입력받은 유지 범위 정보를 이용하여 동작 시작 신호를 생성하는 무효전력 협조 제어기; 및 상기 동작 시작 신호 및 전력계통 조류 데이터를 수신하여 정지형 무효 전력원을 선정하고, 상기 정지형 무효 전력원을 이용하여 전력 계통의 전압을 유지시키는 정지형 전압 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 계통의 전압 제어 시스템이 제공된다.
여기서, 상기 무효전력 협조 제어기는, 상기 출력 데이터를 이용하여 연산해서 순동무효전력 여유 정보를 생성하고, 상기 무효전력 여유량 기준 정보와 상기 순동무효전력 여유 정보를 비교하여 상기 여유 비교 정보를 생성한다.
그리고, 상기 무효전력 협조 제어기는, 상기 여유 비교 정보가 상기 유지 범위 정보를 넘어서면 상기 정지형 전압 제어기를 동작하도록 상기 동작 시작 신호를 생성한다.
한편, 상기 무효전력 협조 제어기는, 상기 여유 비교 정보가 다음의 수학식 1의 범위를 넘어서면 상기 동작 시작 신호를 생성한다.
여기서, 수학식 1은
- S < Qref - Qmon < S
이고, 상기 Qref은 무효전력 여유량 기준 정보이고, 상기 Qmon은 순동무효전력 여유 정보이고, 상기 S는 유지 범위 정보임.
또한, 상기 정지형 전압 제어기는, 상기 무효전력 협조 제어기로부터 상기 동작 시작 신호를 수신하면 상기 전력계통 조류 데이터를 이용하여 상기 정지형 무효전력원의 투입량을 연산하고, 상기 투입량에 해당하는 정지형 무효 전력원을 선정한다.
그리고, 상기 정지형 전압 제어기는, 상기 정지형 무효 전력원의 출력 데이터를 조절하여 상기 전력 계통의 전압을 유지시킨다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전력 계통의 전압을 제어하며 속응형 전압 제어기와 정지형 전압 제어기와 접속하는 무효전력 협조 제어기가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력 계통의 전압을 제어하며 속응형 전압 제어기와 정지형 전압 제어기와 접속하는 무효전력 협조 제어기에 있어서, 상기 속응형 전압 제어기로부터 출력 데이터를 수신하는 통신부; 상기 출력 데이터를 이용하여 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보를 이용하여 여유 비교 정보를 생성하는 감시부; 및 상기 여유 비교 정보 및 입력받은 유지 범위 정보를 이용하여 동작 시작 신호를 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무효전력 협조 제어기가 제공된다.
그리고, 상기 감시부는, 상기 출력 데이터를 이용하여 연산해서 순동무효전력 여유 정보를 생성하는 연산부; 및 상기 무효전력 여유량 기준 정보와 상기 순동무효전력 여유 정보를 비교하여 상기 여유 비교 정보를 생성하는 비교부를 더 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 여유 비교 정보가 상기 유지 범위 정보를 넘어서면 상기 정지형 전압 제어기를 동작하도록 상기 동작 시작 신호를 생성한다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 속응형 전압 제어기, 무효전력 협조 제어기 및 정지형 전압 제거기를 포함하는 전압 제어 시스템이 전력 계통의 전력을 제어하는 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 속응형 전압 제어기, 무효전력 협조 제어기 및 정지형 전압 제거기를 포함하는 전압 제어 시스템이 전력 계통의 전력을 제어하는 방법에 있어서, 상기 속응형 전압 제어기가 속응형 무효 전력원의 출력 데이터를 조절하는 단계; 상기 무효전력 협조 제어기가 상기 출력 데이터 및 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보를 이용하여 여유 비교 정보를 생성하는 단계; 상기 무효전력 협조 제어기가 상기 여유 비교 정보 및 입력받은 유지 범위 정보를 이용하여 동작 시작 신호를 생성하는 단계; 및 상기 정지형 전압 제어기가 상기 동작 시작 신호 및 전력계통 조류 데이터를 수신하여 정지형 무효 전력원을 이용하여 전력 계통의 전압을 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 계통의 전압 제어 방법이 제공된다.
그리고, 상기 무효전력 협조 제어기가 상기 출력 데이터 및 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보를 이용하여 여유 비교 정보를 생성하는 단계는, 상기 무효전력 협조 제어기가 상기 출력 데이터를 이용하여 연산해서 순동무효전력 여유 정보를 생성하는 단계; 및 상기 무효전력 여유량 기준 정보 및 상기 순동무효전력 여유 정보를 비교하여 상기 여유 비교 정보를 생성하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 무효전력 협조 제어기가 상기 여유 비교 정보 및 입력받은 유지 범위 정보를 이용하여 동작 시작 신호를 생성하는 단계는, 상기 무효전력 협조 제어기가 상기 여유 비교 정보가 상기 유지 범위 정보를 넘어서면 상기 정지형 전압 제어기가 동작하도록 상기 동작 시작 신호를 생성하는 단계; 및 상기 무효전력 협조 제어기가 상기 동작 시작 신호를 상기 정지형 전압 제어기로 전송하는 단계를 더 포함한다.
한편, 상기 전력 계통의 전압 제어 방법은 상기 무효전력 협조 제어기가 상기 출력 데이터 및 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보를 이용하여 여유 비교 정보를 생성하는 단계 이전에, 상기 속응형 전압 제어기가 상기 속응형 무효 전력의 출력 데이터를 조절하는 동작을 완료하는 단계를 더 포함한다.
그리고, 상기 전력 계통의 전압 제어 방법은 상기 무효전력 협조 제어기가 상기 출력 데이터를 이용하여 연산해서 순동무효전력 여유 정보를 생성하는 단계 이후에, 상기 무효전력 협조 제어기가 상기 순동무효전력 여유 정보가 입력받은 최대 기준치 이상이면 상기 속응형 전압 제어기가 동작을 완료하기 이전에 상기 동작 시작 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 전력 계통의 전압 제어 시스템 및 전압 제어 방법은 신속하고 정밀하게 전력 계통의 전압을 유지시킬 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 전력 계통의 전압 제어 시스템 및 전압 제어 방법은 전력 계통에 부하 변동 또는 사고와 같은 외란이 발생하더라고 전력 계통의 전압을 유지시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통의 전압 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 시스템의 무효전력 협조 제어기를 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통의 전압 제어 방법을 간략하게 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통의 전압 제어 방법을 상세하게 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 전력 계통의 전압 제어 시스템
150 : 속응형 무효 전력원
170 : 정지형 무효 전력원
200 : 속응형 전압 제어기
300 : 무효전력 협조 제어기
330 : 감시부
335 : 연산부
337 : 비교부
340 : 제어부
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 전력 계통의 전압 제어 시스템 및 전압 제어 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통의 전압 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전력 계통의 전압 제어 시스템(100)은 속응형 전압 제어기(200), 무효전력 협조 제어기(300) 및 정지형 전압 제어기(400)를 포함한다.
속응형 전압 제어기(Continuous Voltage Controller : CVC, 200)는 속응형 무효 전력원(150)을 제어하여 전력 계통의 전압을 제어한다. 다시 말하면, 속응형 전압 제어기(200)는 연속 제어가 가능하며 빠른 동작 특성을 갖는 발전기, 신전력 송전 시스템(Flexible AC Transmission System : FACTS)와 같은 속응형 무효 전력원(150)의 출력 데이터를 증가시켜 전력 계통의 전압을 유지시킨다. 즉, 속응형 전압 제어기(200)는 속응형 무효 전력원(150)의 전력 계통의 전압이 낮아지면 출력 데이터를 증가시켜 속응형 무효 전력원(150)의 전력 계통의 전압을 증가시켜서 유지시킬 수 있다. 여기서, 출력 데이터는 속응형 무효 전력원(150)의 무효 전력일 수 있다. 이렇게 출력 데이터를 증가시키면 순동무효전력 여유 정보는 감소하게 된다. 속응형 전압 제어기(200)는 속응형 무효 전력원(150)의 출력 데이터를 무효전력 협조 제어기(300)로 전송한다.
무효전력 협조 제어기(300)는 무효전력 여유량 기준 정보 및 유지 범위 정보를 사용자로부터 입력받는다. 무효전력 협조 제어기(300)는 출력 데이터 및 무효전력 여유량 기준 정보를 이용하여 여유 비교 정보를 생성한다. 그리고, 무효전력 협조 제어기(300)는 여유 비교 정보 및 유지 범위 정보를 이용하여 동작 시작 신호를 생성한다. 무효 전력 협조 제어기는 동작 시작 신호를 정지형 전압 제어기(400)로 전송한다. 이러한, 무효전력 협조 제어기(300)는 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
정지형 전압 제어기(Discrete Voltage Controller : DVC, 400)는 계단식 제어가 가능하며 정지형 무효 전력원(170)을 제어하여 전력 계통의 전압을 제어한다. 정지형 전압 제어기(400)는 느린 동작 특성을 갖는 변압기의 Tap, 조상 설비와 같은 정지형 무효 전력원(170)의 출력 데이터를 조절하여 전력 계통의 전압을 유지시킨다. 이때, 출력 데이터는 정지형 무효 전력원(170)의 무효 전력일 수 있다. 구체적으로, 정지형 전압 제어기(400)는 SCADA/EMS(Supervisory Control and Data Acqisition/Energy Management Systems)와 같은 외부 시스템(500)으로부터 전력계통 조류 데이터를 수신한다. 정지형 전압 제어기(400)는 무효전력 협조 제어기(300)로부터 동작 시작 신호를 수신하면 전력계통 조류 데이터를 이용하여 정지형 무효전력원의 투입량을 연산한다. 그리고, 정지형 전압 제어기(400)는 연산한 투입량에 해당하는 정지형 무효 전력원(170)을 선정한다. 정지형 전압 제어기(400)는 선정한 정지형 무효 전력원(170)을 투입하고 정지형 무효 전력원(170)의 출력 데이터를 감소시켜 전력 계통의 전압을 유지시킨다. 또한, 정지형 전압 제어기(400)는 선정한 복수개의 정지형 무효 전력원(170)을 순차적으로 투입시켜 출력 데이터를 제어하며 선정한 복수개의 정지형 무효 전력원(170) 모두가 투입될 때까지 일련의 동작을 반복한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 시스템의 무효전력 협조 제어기를 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전압 제어 시스템(100)의 무효전력 협조 제어기(300)는 입력부(310), 통신부(320), 감시부(330), 제어부(340), 표시부(350) 및 저장부(360)를 포함한다.
입력부(310)는 사용자로부터 숫자 또는 문자와 같은 각종 데이터를 입력받기 위한 수단이며, 사용자 인터페이스(User Interface)이다. 입력부(310)는 전력 계통의 전압을 제어하기 위해 필요한 데이터를 사용자로부터 입력받는다. 즉, 입력부(310)는 사용자로부터 무효전력 여유량 기준 정보, 유지 범위 정보 및 최대 기준치를 입력받는다. 이때, 무효전력 여유량 기준 정보는 속응형 무효 전력원(150)의 무효 전력원에 대한 여유량을 판단하기 위해 기준이 되는 정보이며, 유지 범위 정보는 무효전력 협조 제어기(300)가 정지형 전압 제어기(170)를 동작시키기 위해 기준이 되는 정보일 수 있다. 예를 들어, 입력부(310)는 키보드, 마우스, 조이스틱 등으로 구성될 수 있다.
통신부(320)는 속응형 전압 제어기(200) 및 정지형 전압 제어기(400)와 접속한다. 통신부(320)는 속응형 전압 제어기(200)로부터 속응형 무효 전력원(150)의 출력 데이터를 수신한다. 또한, 통신부(320)는 속응형 전압 제어기(200)로부터 동작을 완료했다는 동작 완료 신호를 수신할 수 있다. 통신부(320)는 제어부(340)에서 생성한 동작 시작 신호를 정지형 전압 제어기(400)로 전송한다.
감시부(330)는 출력 데이터를 이용하여 여유 비교 정보를 생성한다. 이를 위해 감시부(330)는 연산부(335) 및 비교부(337)를 포함한다.
연산부(335)는 출력 데이터를 이용하여 순동무효전력 여유 정보를 생성한다. 즉, 연산부(335)는 속응형 무효 전력원(150)의 순동무효전력 여유 정보를 판단하기 위해 속응형 전압 제어기(200)로부터 수신한 출력 데이터를 이용하여 연산해서 순동무효전력 여유 정보를 생성한다. 예를 들어, 연산부(335)는 출력 데이터와 대표 모선까지의 전기적 거리를 고려한 계수를 곱하기 연산하고 속응형 무효 전력원(150)을 통하여 순동무효전력 여유 정보를 생성할 수 있다.
비교부(337)는 순동무효전력 여유 정보를 이용하여 여유 비교 정보를 생성한다. 다시 말하면, 비교부(337)는 연산부(335)에서 생성한 순동무효전력 여유 정보와 사용자로부터 입력부(310)를 통해 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보를 비교하여 여유 비교 정보를 생성한다.
제어부(340)는 전력 계통의 전압을 유지시키기 위해 무효전력 협조 제어기(300)의 구성 요소를 제어한다. 즉, 제어부(340)는 무효전력 협조 제어기(300)에 포함된 입력부(310), 통신부(320), 감시부(330), 표시부(350) 및 저장부(360)의 동작을 제어한다.
제어부(340)는 전력 계통의 대표 모선을 검출하고, 대표 모선의 전압을 감시한다. 감시부(330)는 대표 모선의 전압에 외란 등의 오류가 발생하면 속응형 전압 제어기(200)가 동작하도록 시작 제어 신호를 생성한다. 제어부(340)는 시작 제어 신호를 속응형 전압 제어기(200)로 전송하도록 통신부(320)를 제어한다.
제어부(340)는 여유 비교 정보 및 유지 범위 정보를 이용하여 동작 시작 신호를 생성한다. 다시 말하면, 제어부(340)는 비교부(337)에서 생성한 여유 비교 정보가 사용자로부터 입력부(310)를 통해 입력받은 유지 범위 정보를 넘어서면 정지형 전압 제어기(400)가 동작하도록 제어하기 위해 동작 시작 신호를 생성한다. 제어부(340)는 동작 시작 신호를 정지형 전압 제어기(400)로 전송하도록 통신부(320)를 제어한다.
표시부(350)는 입력부(310)를 통해 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보, 유지 범위 정보 및 최대 기준치를 표시할 수 있고, 통신부(320)를 통해 수신한 속응형 무효전력원의 출력 데이터를 표시할 수 있다. 표시부(350)는 감시부(330)를 통해 생성한 순동무효전력 여유 정보 및 여유 비교 정보를 표시할 수 있다.
그리고, 표시부(350)는 입력부(310), 통신부(320), 감시부(330) 및 제어부(340)가 수행하는 과정을 표시할 수 있다. 또한, 표시부(350)는 입력부(310), 통신부(320), 감시부(330) 및 제어부(340)에서 오류가 발생하면 오류 발생 사항을 표시할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 표시부(350)를 통해 표시된 오류 발생 사항을 확인하고 이를 대체할 수 있다.
표시부(350)는 음극선관, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD), 유기 발광 장치(Organic Light Emitting Display : OLED), 전기 영동 표시 장치(Electro Phoretic Display : EPD) 및 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel : PDP)과 같은 표시하는 디스플레이장치일 수 있다. 또한, 표시부(350)는 터치 스크린 등을 이용하여 입력부(310)와 일체형으로 구현될 수 있다.
저장부(360)는 전력 계통의 전압을 유지시키기 위해 필요한 데이터 및 무효전력 협조 제어기(300)의 구성 요소에서 생성한 데이터를 저장한다. 즉, 저장부(360)는 입력부(310)를 통해 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보, 유지 범위 정보 및 최대 기준치를 저장할 수 있다. 저장부(360)는 통신부(320)를 통해 수신한 속응형 무효전력원의 출력 데이터를 저장할 수 있으며, 감시부(330)를 통해 생성한 순동무효전력 여유 정보 및 여유 비교 정보를 저장할 수 있다.
또한, 저장부(360)는 통신부(320), 감시부(330), 제어부(340) 및 표시부(350)의 요청에 따라 필요한 데이터를 제공한다. 예를 들어, 저장부(360)는 롬(Read Only Memory : ROM), 램(Random Access Memory : RAM) 및 플래시 메모리(Flash memory) 등으로 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통의 전압 제어 방법을 간략하게 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하면, 전압 제어 시스템(100)은 속응형 무효 전력원(150)의 출력 데이터를 조절한다(S310). 즉, 전압 제어 시스템(100)의 무효전력 협조 제어기(300)는 전력 계통의 대표모선의 전압을 감시하여 오류가 발생하면 속응형 전압 제어기(200)는 속응형 무효 전력원(150)의 출력 데이터를 조절하여 전력 계통의 전압을 유지시킨다.
전압 제어 시스템(100)은 출력 데이터를 이용하여 여유 비교 정보를 생성한다(S330). 다시 말하면, 전압 제어 시스템(100)의 무효전력 협조 제어기(300)는 속응형 전압 제어기(200)로부터 출력 데이터를 수신하고 사용자로부터 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보를 이용하여 여유 비교 정보를 생성한다.
전압 제어 시스템(100)은 여유 비교 정보를 이용하여 동작 시작 신호를 생성한다(S350). 즉, 전압 제어 시스템(100)의 무효전력 협조 제어기(300)는 여유 비교 정보와 사용자로부터 입력받은 유지 범위 정보를 이용하여 정지형 전압 제어기(400)를 동작하도록 동작 시작 신호를 생성한다. 그리고, 무효전력 협조 제어기(300)는 정지형 전압 제어기(400)로 동작 시작 신호를 전송한다.
전압 제어 시스템(100)은 정지형 무효 전력원(170)의 출력 데이터를 조절하여 전력 계통의 전압을 유지시킨다(S370). 구체적으로, 전압 제어 시스템(100)의 정지형 전압 제어기(400)는 무효전력 협조 제어기(300)로부터 동작 시작 신호를 수신하면 정지형 무효 전력원(170)을 선정한다. 정지형 전압 제어기(400)는 선정한 정지형 무효 전력원(170)의 출력 데이터를 조절하여 전력 계통의 전압을 유지시킨다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통의 전압 제어 방법을 상세하게 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 무효전력 협조 제어기(300)는 전력 계통의 대표 모선에 대한 전압을 감시한다(S411). 다시 말하면, 무효전력 협조 제어기(300)의 제어부(340)는 전력 계통의 대표 모선에 대한 전압에 오류가 발생하는 지를 감시한다. 그리고, 제어부(340)는 대표 모선의 전압에 부하 변통 또는 사고와 같은 오류가 발생하면 이를 판단하고 속응형 전압 제어기(200)가 동작하도록 시작 제어 신호를 생성한다.
무효전력 협조 제어기(300)는 시작 제어 신호를 속응형 전압 제어기(200)로 전송한다(S413). 즉, 무효전력 협조 제어기(300)의 통신부(320)는 제어부(340)의 제어하에 시작 제어 신호를 속응형 전압 제어기(200)로 전송한다.
속응형 전압 제어기(200)는 속응형 무효 전력원(150)의 출력 데이터를 조절한다(S415). 다시 말하면, 속응형 전압 제어기(200)는 전력 계통의 전압을 제어하기 위해 속응형 무효 전력원(150)의 출력 데이터를 증가시켜 전력 계통의 전압을 유지시킨다.
속응형 전압 제어기(200)는 속응형 무효 전력원(150)의 출력 데이터를 무효전력 협조 제어기(300)의 통신부(320)로 전송한다(S417).
무효전력 협조 제어기(300)는 출력 데이터를 이용하여 순동무효전력 여유 정보를 생성한다(S419). 즉, 무효전력 협조 제어기(300)의 연산부(335)는 속응형 무효 전력원(150)의 출력 데이터를 이용하여 연산해서 순동무효전력 여유 정보를 생성한다. 예를 들어, 연산부(335)는 출력 데이터와 대표 모선까지의 전기적 거리를 고려한 계수를 이용하여 순동무효전력 여유 정보를 생성할 수 있다.
무효전력 협조 제어기(300)는 순동무효전력 여유 정보가 최대 기준치 이상인지 판단한다(S421). 대표 모선에 오류가 심각하여 속응형 전압 제어기(200)는 출력 데이터를 많이 증가시키면 순동무효전력 여유 정보는 현격하게 감소하게 된다. 이에 따라 무효전력 협조 제어기(300)의 제어부(340)는 순동무효전력 여유 정보가 현격하게 감소하였는지 확인하기 위해 사용자로부터 입력부(310)를 통해 입력받은 최대 기준치 이상인지 판단한다.
무효전력 협조 제어기(300)는 순동무효전력 여유 정보가 최대 기준치 이상이면 동작 시작 신호를 생성한다(S423). 다시 말하면, 무효전력 협조 제어기(300)의 제어부(340)는 순동무효전력 여유 정보가 최대 기준치 이상이면 속응형 전압 제어기(200)의 동작이 완료되지 않았어도 정지형 전압 제어기(400)가 동작하도록 동작 시작 신호를 생성한다.
무효전력 협조 제어기(300)의 제어부(340)는 순동무효전력 여유 정보가 최대 기준치 이하이면 속응형 전압 제어기(200)로 동작 완료 요청 신호를 생성한다(S425). 이때, 제어부(340)는 속응형 전압 제어기(200)가 동작을 완료하였는지 판단하기 위해 동작 완료 요청 신호를 생성한다. 전송부는 제어부(340)의 제어하에 속응형 전압 제어기(200)로 동작 완료 요청 신호를 전송한다.
이때, 속응형 전압 제어기(200)는 무효전력 협조 제어기(300)로부터 동작 완료 요청 신호를 수신한다.
속응형 전압 제어기(200)는 동작 완료 신호를 무효전력 협조 제어기(300)로 전송한다(S427). 구체적으로, 속응형 전압 제어기(200)는 속응형 무효 전력원(150)의 출력 데이터를 조절하는 동작을 완료하고 동작 완료 신호를 생성한다. 그리고, 속응형 전압 제어기(200)는 생성한 동작 완료 신호를 무효전력 협조 제어기(300)의 통신부(320)로 전송한다.
무효전력 협조 제어기(300)는 순동무효전력 여유 정보를 이용하여 여유 비교 정보를 생성한다(S429). 우선, 무효전력 협조 제어기(300)의 입력부(310)는 사용자로부터 무효전력 여유량 기준 정보를 입력받는다. 비교부(337)는 속응형 전압 제어기(200)로부터 동작 완료 신호를 수신하면 무효전력 여유량 기준 정보와 순동무효전력 여유 정보를 비교하여 여유 비교 정보를 생성한다.
무효전력 협조 제어기(300)가 여유 비교 정보가 유지 범위 정보의 범위에 있는지를 판단한다(S431). 다시 말하면, 무효전력 협조 제어기(300)의 입력부(310)는 사용자로부터 유지 범위 정보를 입력받는다. 제어부(340)는 비교부(337)에서 생성한 여유 비교 정보가 사용자로부터 입력받은 유지 범위 정보의 범위에 있는지를 판단한다.
예를 들어, 제어부(340)는 여유 비교 정보가 하기의 [수학식 1]의 범위에 있는지를 판단한다.
[수학식 1]
- S < Qref - Qmon < S
여기서, Qref은 사용자로부터 입력부(310)를 통해 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보이고, Qmon은 감시부(330)에서 생성한 순동무효전력 여유 정보이고, S는 사용자로부터 입력부(310)를 통해 입력받은 유지 범위 정보이다. Qref - Qmon는 무효전력 여유량 기준 정보에서 순동무효전력 여유 정보를 빼기 연산하므로 여유 비교 정보이다.
또한, 제어부(340)는 순동무효전력 여유 정보가 유지 범위 정보의 범위에 있는지를 판단할 수 있다.
[수학식 2]
Qmon - S < Qref < Qmon + S
여기서, Qref은 사용자로부터 입력부(310)를 통해 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보이고, Qmon은 감시부(330)에서 생성한 순동무효전력 여유 정보이고, S는 사용자로부터 입력부(310)를 통해 입력받은 유지 범위 정보이다.
무효전력 협조 제어기(300)는 여유 비교 정보가 유지 범위 정보의 범위에 있으면 대표 모선의 전압을 감시한다(S433). 즉, 무효전력 협조 제어기(300)의 제어부(340)는 여유 비교 정보가 유지 범위 정보의 범위에 있으면 단계 S411로 돌아가서 전력 계통의 대표 모선에 대한 전압을 감시한다.
무효전력 협조 제어기(300)는 여유 비교 정보가 유지 범위 정보의 범위를 넘어서면 동작 시작 신호를 생성한다(S435). 다시 말하면, 무효전력 협조 제어기(300)의 제어부(340)는 여유 비교 정보가 유지 범위 정보의 범위를 넘어서면 정지형 전압 제어기(400)를 동작하도록 제어하기 위해 동작 시작 신호를 생성한다.
무효전력 협조 제어기(300)의 통신부(320)는 제어부(340)의 제어하에 정지형 전압 제어기(400)로 제어부(340)에서 생성한 동작 시작 신호를 전송한다(S437).
정지형 전압 제어기(400)는 전력 계통 조류 데이터를 이용하여 정지형 무효 전력원(170)의 투입량을 연산한다(S439). 다시 말하면, 정지형 전압 제어기(400)는 SCADA/EMS와 같은 외부 시스템(500)으로부터 전력 계통 조류 데이터를 수신한다. 그리고, 정지형 전압 제어기(400)는 무효전력 협조 제어기(300)로부터 동작 시작 신호를 수신하면 전력 계통 조류 데이터를 이용하여 정지형 무효 전력원(170)의 투입량을 연산한다.
정지형 전압 제어기(400)는 정지형 무효 전력원(170)을 선정한다(S441). 즉, 정지형 전압 제어기(400)는 연산한 투입량에 해당하는 복수개의 정지형 무효 전력원(170)을 선정한다.
정지형 전압 제어기(400)는 정지형 무효 전력원(170)의 출력 데이터를 조절한다(S443). 구체적으로, 정지형 전압 제어기(400)는 선정한 복수개의 정지형 무효 전력원(170) 중 적어도 하나의 정지형 무효 전력원(170)을 투입하고, 정지형 무효 전력원(170)의 출력 데이터를 감소시켜 전력 계통의 전압을 유지시킨다. 또한, 정지형 전압 제어기(400)는 선정한 복수개의 정지형 무효 전력원(170)을 순차적으로 투입시켜 정지형 무효 전력원(170)의 출력 데이터를 제어하며 선정한 복수개의 정지형 무효 전력원(170) 모두가 투입될 때가지 일련의 동작을 반복하여 전력 계통의 전압을 유지시킨다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전력 계통의 전압 제어 시스템(100)은 속응형 무효 전력원(150) 및 정지형 무효 전력원(170)을 이용하여 전력 계통의 전압을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 전압 제어 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플로피 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 또한 상술한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 전력 계통의 전압을 제어하는 전력 계통의 전압 제어 시스템에 있어서,
    속응형 무효 전력원의 출력 데이터를 조절하는 속응형 전압 제어기;
    상기 출력 데이터 및 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보를 이용하여 여유 비교 정보를 생성하고, 상기 여유 비교 정보 및 입력받은 유지 범위 정보를 이용하여 동작 시작 신호를 생성하는 무효전력 협조 제어기; 및
    상기 동작 시작 신호 및 전력계통 조류 데이터를 수신하여 정지형 무효 전력원을 선정하고, 상기 정지형 무효 전력원을 이용하여 전력 계통의 전압을 유지시키는 정지형 전압 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 계통의 전압 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무효전력 협조 제어기는,
    상기 출력 데이터를 이용하여 연산해서 순동무효전력 여유 정보를 생성하고, 상기 무효전력 여유량 기준 정보와 상기 순동무효전력 여유 정보를 비교하여 상기 여유 비교 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 계통의 전압 제어 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 무효전력 협조 제어기는,
    상기 여유 비교 정보가 상기 유지 범위 정보를 넘어서면 상기 정지형 전압 제어기를 동작하도록 상기 동작 시작 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 계통의 전압 제어 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 무효전력 협조 제어기는,
    상기 여유 비교 정보가 다음의 수학식 1의 범위를 넘어서면 상기 동작 시작 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 계통의 전압 제어 시스템.
    여기서, 수학식 1은
    - S < Qref - Qmon < S
    이고,
    상기 Qref은 무효전력 여유량 기준 정보이고, 상기 Qmon은 순동무효전력 여유 정보이고, 상기 S는 유지 범위 정보임.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 정지형 전압 제어기는,
    상기 무효전력 협조 제어기로부터 상기 동작 시작 신호를 수신하면 상기 전력계통 조류 데이터를 이용하여 상기 정지형 무효전력원의 투입량을 연산하고, 상기 투입량에 해당하는 정지형 무효 전력원을 선정하는 것을 특징으로 하는 전력 계통의 전압 제어 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 정지형 전압 제어기는,
    상기 정지형 무효 전력원의 출력 데이터를 조절하여 상기 전력 계통의 전압을 유지시키는 것을 특징으로 하는 전력 계통 전압 제어 시스템.
  7. 전력 계통의 전압을 제어하며 속응형 전압 제어기와 정지형 전압 제어기와 접속하는 무효전력 협조 제어기에 있어서,
    상기 속응형 전압 제어기로부터 출력 데이터를 수신하는 통신부;
    상기 출력 데이터를 이용하여 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보를 이용하여 여유 비교 정보를 생성하는 감시부; 및
    상기 여유 비교 정보 및 입력받은 유지 범위 정보를 이용하여 동작 시작 신호를 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무효전력 협조 제어기.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 감시부는,
    상기 출력 데이터를 이용하여 연산해서 순동무효전력 여유 정보를 생성하는 연산부; 및
    상기 무효전력 여유량 기준 정보와 상기 순동무효전력 여유 정보를 비교하여 상기 여유 비교 정보를 생성하는 비교부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무효전력 협조 제어기.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 여유 비교 정보가 상기 유지 범위 정보를 넘어서면 상기 정지형 전압 제어기를 동작하도록 상기 동작 시작 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무효전력 협조 제어기.
  10. 속응형 전압 제어기, 무효전력 협조 제어기 및 정지형 전압 제거기를 포함하는 전압 제어 시스템이 전력 계통의 전력을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 속응형 전압 제어기가 속응형 무효 전력원의 출력 데이터를 조절하는 단계;
    상기 무효전력 협조 제어기가 상기 출력 데이터 및 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보를 이용하여 여유 비교 정보를 생성하는 단계;
    상기 무효전력 협조 제어기가 상기 여유 비교 정보 및 입력받은 유지 범위 정보를 이용하여 동작 시작 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 정지형 전압 제어기가 상기 동작 시작 신호 및 전력계통 조류 데이터를 수신하여 정지형 무효 전력원을 이용하여 전력 계통의 전압을 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 계통의 전압 제어 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 무효전력 협조 제어기가 상기 출력 데이터 및 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보를 이용하여 여유 비교 정보를 생성하는 단계는,
    상기 무효전력 협조 제어기가 상기 출력 데이터를 이용하여 연산해서 순동무효전력 여유 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 무효전력 여유량 기준 정보 및 상기 순동무효전력 여유 정보를 비교하여 상기 여유 비교 정보를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 계통의 전압 제어 방법.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 무효전력 협조 제어기가 상기 여유 비교 정보 및 입력받은 유지 범위 정보를 이용하여 동작 시작 신호를 생성하는 단계는,
    상기 무효전력 협조 제어기가 상기 여유 비교 정보가 상기 유지 범위 정보를 넘어서면 상기 정지형 전압 제어기가 동작하도록 상기 동작 시작 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 무효전력 협조 제어기가 상기 동작 시작 신호를 상기 정지형 전압 제어기로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 계통 전압 제어 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 무효전력 협조 제어기가 상기 출력 데이터 및 입력받은 무효전력 여유량 기준 정보를 이용하여 여유 비교 정보를 생성하는 단계 이전에,
    상기 속응형 전압 제어기가 상기 속응형 무효 전력의 출력 데이터를 조절하는 동작을 완료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 계통 전압 제어 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 무효전력 협조 제어기가 상기 출력 데이터를 이용하여 연산해서 순동무효전력 여유 정보를 생성하는 단계 이후에,
    상기 무효전력 협조 제어기가 상기 순동무효전력 여유 정보가 입력받은 최대 기준치 이상이면 상기 속응형 전압 제어기가 동작을 완료하기 이전에 상기 동작 시작 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 계통 전압 제어 방법.
  15. 제 10항 내지 제 14항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 전력 계통의 전압 제어 시스템에서 실행 가능한 명령어들이 구현되어 전력 계통의 전압 제어 시스템에 의해 판독될 수 있는 프로그램이 기록된 기록 매체.
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