WO2014208816A1 - 분산전원 전력계통 연계 운전장치 및 방법 - Google Patents

분산전원 전력계통 연계 운전장치 및 방법 Download PDF

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WO2014208816A1
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distributed power
voltage
distributed
command value
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PCT/KR2013/008662
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조성수
정원욱
송일근
김상옥
최준호
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한국전력공사
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    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation

Definitions

  • the present invention relates to a distributed power supply system linkage operation apparatus and method, and more particularly, the voltage at the distributed power supply link point so that the voltage at the distributed power supply link point does not exceed the allowable range when the distributed power supply is linked to the power system. It relates to a distributed power supply system linkage operation apparatus and method for suppressing fluctuations.
  • the voltage of the distributed source connection point is increased by the effective power of the distributed power source injected into the distribution system.
  • the reason why the voltage of the distributed power supply connection point is increased is that the effective output is injected into the distribution system connection point, so that the electric power flows in the direction of the substation from the connection point, that is, the reverse direction of the power flow in the general distribution system. This is because the voltage rises by the product of and the line impedance.
  • the distribution line to which the distributed power supply is connected is more difficult to further connect the distributed power supply due to the voltage increase at the distributed power supply connection point. This is because the application for linkage of distributed power sources is concentrated in areas with similar location conditions. As a result, linkage was not possible even if the capacity of new distributed power supply is small.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to offset the voltage rise at the distributed power supply connection point by the effective output of the distributed power supply to the voltage drop due to the invalid output of the distributed power supply. It is to provide a distributed power supply system linkage operation apparatus and method for suppressing voltage fluctuations at the power supply link point.
  • Another object of the present invention is to provide a distributed power supply system linkage operation apparatus and method for increasing the linked capacity of the distributed power source in the same distribution line.
  • Another object of the present invention is to reduce the cost of distributed power supply connection, promote the dissemination of distributed power sources using renewable energy sources and maximize the utilization of distribution lines, so that the power equipment can be efficiently operated. It is to provide a system linkage operation device and method.
  • Still another object of the present invention is to provide a method of linking operation with a higher operating system capable of supporting the information and communication infrastructure, and to apply a local optimization solution that can be implemented without the support of the information and communication infrastructure, thereby providing information on the connected distribution line. It is to provide a distributed power supply system linkage operation device and method that can provide a proper solution according to communication infrastructure status.
  • a distributed power supply system linkage operation apparatus including an input unit configured to receive a voltage and a current at a distributed power supply link point to which a distributed power supply is linked from a parameter calculated by using power system information and a substation; An operation unit calculating a power factor command value and an effective output command value by using the parameters input to the input unit and the voltage and current of the distributed power supply link point; And determine the driving power factor command value and the effective output command value calculated by the calculating unit according to the voltage at the distributed power supply link point and the appropriate voltage upper limit value at the distributed power supply link point input to the input unit, and transmit the calculated power factor command value and the effective output command value to the distributed power supply. It characterized in that it comprises a control communication unit.
  • the effective output command value is an allowable effective power generation amount of the distributed power supply. It is characterized by determining.
  • the control communication unit determines that the effective output command value is a predetermined first set value. It features.
  • the present instantaneous effective power output amount of the distributed power supply and the constant power of the distributed power supply is determined according to a comparison result by comparing an optimal amount of effective power generation.
  • the control communication unit may determine the driving power factor command value as a second set value when the current instantaneous active power output amount is less than or equal to the always optimal active power generation amount.
  • the operation power factor command value when the current instantaneous effective power output amount exceeds the constant optimum active power generation amount, the operation power factor command value so that the voltage increase of the distributed power supply connection point is offset by the voltage drop by the invalid output. It is characterized by calculating.
  • the operation power factor command value is divided into a line impedance corresponding to the substation section from the distributed power supply connection point into a resistance component and a reactance component, the voltage rise by the effective output and the resistance component and the reactive output and the reactance component It is characterized by the ratio of the effective output and the invalid output of the distributed power source to equalize the voltage drop by the same.
  • a distributed power supply system linkage operation apparatus including a main control unit configured to calculate a parameter for an effective power and a link line of a distributed power source using power system information; Local to calculate the operation power factor command value of the distributed power supply and the effective output command value of the distributed power supply using the parameters calculated by the main control device, the voltage and current at the distributed power supply connection point in which the distributed power supply is linked to the distribution system. Controller; And a distributed power supply for generating active power and reactive power according to the driving power factor command value and the effective output command value calculated by the local controller.
  • the parameter includes the voltage upper limit minimum voltage margin of the distributed power supply link point, the allowable effective power generation amount of the distributed power supply, the constant optimal effective power generation amount of the distributed power supply, the line impedance of the distributed power supply link point It is characterized by.
  • the local controller includes an input unit for receiving the parameter from the main control device, and receives the voltage and current of the connection point from the substation;
  • a calculator configured to calculate the driving power factor command value and the effective output command value by using the parameters stored in the input unit and the voltage and current of the distributed power supply link point;
  • a control communication unit configured to determine the driving power factor command value and the effective output command value calculated by the calculating unit and transmit the calculated power factor to the distributed power source according to the voltage of the input unit and an appropriate voltage upper limit value at the distributed power supply connection point. do.
  • the distributed power supply includes a distributed power supply control unit configured to calculate an active power target value and a reactive power target value from the local power factor command value and the effective output command value from the local controller; A driver configured to adjust the active power target value and the reactive power target value received from the distributed power supply controller; A power generation unit generating power according to the active power target value and the reactive power target value adjusted by the driving unit, and outputting active power and reactive power; And a distributed power controller configured to monitor the active power and the reactive power output from the power generation unit and input a maximum output operating condition to the distributed power controller according to an operating state.
  • the distributed power control unit controls to output the active power and the reactive power under an optimum operating condition when the driving power factor command value input from the local controller is a second set value and the effective output command value is a first set value. Characterized in that.
  • the distributed power supply control unit determines whether the effective power command value is set to the first set value and the driving power factor command value is not set to the second set value depending on whether the operation of the power generation unit is possible with the driving power factor command value.
  • the driving is limited to the allowable effective power generation amount, or the driving power factor is commanded.
  • the distributed operation control unit operates by limiting the effective output according to the allowable effective power generation amount.
  • a distributed power supply system linkage method comprising: calculating a line impedance corresponding to a substation section from a distributed power supply link to which a distributed power supply is linked to a power system; Calculating a distributed power supply power factor for suppressing voltage fluctuation at the distributed power supply connection point using the line impedance, the effective output of the distributed power supply, and the invalid output of the distributed power supply; And operating the distributed power supply according to the distributed power supply driving power factor.
  • the distributed power supply power factor is equal to the voltage increase due to the effective output of the distributed power supply and the resistance component of the line impedance and the voltage drop due to the reactive output of the distributed power supply and the reactance component of the line impedance. And a ratio of an effective output of the distributed power supply and an invalid output of the distributed power supply.
  • the step of operating the distributed power supply is characterized in that the voltage increase at the distributed power supply connection point cancels the voltage drop at the distributed power supply connection point.
  • the present invention cancels the voltage increase at the distributed power supply point by the effective output of the distributed power supply by the voltage drop due to the invalid output of the distributed power supply to suppress the voltage fluctuation at the distributed power supply point.
  • the present invention increases the linkage capacity of distributed power supplies in the same distribution line.
  • the present invention is to reduce the cost of distributed power supply connection to promote the dissemination of distributed power source using a renewable energy source as a power source, and to maximize the utilization of the distribution line to efficiently operate the power equipment.
  • the present invention proposes a linkage operation method with a higher operating system capable of supporting the information and communication infrastructure, and by applying a local optimization solution that can be implemented without the support of the information and communication infrastructure, the state of the information communication infrastructure of the connected distribution line To provide appropriate solutions.
  • FIG. 1 is a block diagram of a distributed power supply system linkage operation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation process of the main control device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a voltage management system diagram of a distribution line under a maximum load condition.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a voltage management system diagram of a distribution line in a constant load condition.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of calculating an allowable effective power generation amount of a distributed distributed power supply of the main control device of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation process of the local controller of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation process of the distributed power controller of FIG. 1.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a model distribution system diagram according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a model system simulation analysis results under heavy load conditions (10MVA, 1.0pu) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating distribution line voltage distribution of each distributed power factor under heavy load conditions (10MVA, 1.0pu) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a model system simulation analysis results under light load conditions (2.5MVA, 0.25pu) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating distribution line voltage distribution of each distributed power factor under heavy load conditions (2.5MVA, 0.25pu) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an implementation example of a distributed power supply system linkage driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a view showing another implementation of the distributed power supply system linkage driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating another implementation example of an apparatus for driving a distributed power supply system in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating another implementation example of a distributed power supply system linkage operation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a distributed power supply system linkage operation apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a flow chart showing the operation of the main control device of Figure 1
  • Figure 3 is a distribution line under maximum load conditions
  • 4 is a diagram illustrating a voltage management system of a furnace
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a system of voltage management of a distribution line under constant load conditions
  • FIG. 5 is an allowable effective power generation amount of a distributed distributed power supply of the main control device of FIG. 1.
  • 6 is a flowchart illustrating a calculation process
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation process of the local controller of FIG.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation process of the distributed power supply controller of FIG. 1.
  • a distributed power supply system linkage operation apparatus includes a main control device 10, a local controller 20, and a distributed power supply 30.
  • the main controller 10 may include the allowable effective power generation amount DG_P out-limit of the distributed power supply 30, the always optimal active power generation amount DG_P out-optimal of the distributed power supply 30, and the upper limit value of the appropriate voltage of the connection line V. upper-limit ), the impedance information (R, X) of the associated distribution line is calculated and transmitted to the local controller 20 of the corresponding distributed power supply 30.
  • the main control device 10 stores the power system information such as the voltage distribution of the power system, the load ratio, the bus voltage of the substation, the operating state of the distributed power supply 30, and comprehensively grasps the operating state of the power system.
  • the main controller 10 calculates the allowable effective power generation amount DG_P out-limit of each distributed power supply 30 and calculates the voltage drop considering the load ratio of the corresponding distribution line to always maintain the linked distributed power supply 30. Calculate DG_P out-optimal .
  • the main controller 10 since the optimal optimal active power generation amount DG_P out-optimal fluctuates with the variation of the load ratio, the main controller 10 periodically calculates the constant optimal effective power generation amount DG_P out-optimal , and always the optimum active power Since the generation amount (DG_P out-optimal ) is larger than the allowable effective power generation amount (DG_P out-limit ), there is an advantage of minimizing the generation amount limitation of the generation operator.
  • the main controller 10 must comprehensively determine the constant optimal power generation amount (DG_P out-optimal ) with information such as the load ratio of the line, the resulting voltage drop distribution, and the bus outgoing voltage of the substation.
  • DG_P out-optimal constant optimal power generation amount
  • the main controller 10 may determine the voltage of the distributed power supply connection point.
  • the allowable effective power generation amount (DG_P out-limt ) of the distributed power supply 30 always optimal active power generation amount (DG_P out-optimal ), the appropriate voltage upper limit value (V upper-limit ) of the corresponding line, impedance information of the corresponding line
  • the method of calculating (R, X) is mentioned later.
  • the main control apparatus 10 calculates the maximum linkable effective power maximum capacity DL_P max , which does not exceed the proper voltage holding range even if the link is connected to each of the distribution lines for each distribution line, and the distributed power supply connected to each distribution line ( If the total capacity ( ⁇ P DG ) of the 30) is added and the total capacity ( ⁇ P DG ) exceeds the maximum available linkable active power capacity (DL_P max ), the allowable effective power generation amount (DG_P out-limit ) of the individual distributed power supply 30 Is calculated and distributed to each distributed power supply (30).
  • the late entrepreneur can receive the effective power generation rate at the same rate as the existing operators. Through this, it is possible to maintain equity among operators and maximize utilization ratio of distribution facilities.
  • Permissible effective power generation amount (DG_P out-limt ) of distributed power supply 30 30, always optimal active power generation amount (DG_P out-optimal ), appropriate voltage upper limit value (V upper-limit ) of the corresponding line, impedance information of the corresponding line (R, Explain how X is calculated.
  • the upper limit voltage margin V margin-min of the distributed power supply connection point is calculated from the dispatch voltage margin V dispatch-margin illustrated in FIG. 3.
  • the voltage increase margin is calculated by adding the output voltage margin and the extra voltage drop.
  • the extra high voltage drop varies with the line distance and the extra high load rate, so the minimum voltage margin obtained regardless of the link position is the outgoing voltage margin.
  • the output voltage margin is calculated by subtracting the low voltage supply upper limit voltage value from the appropriate upper limit voltage value shown in FIG. 3 as shown in Equation 1 below.
  • the upper limit of the appropriate voltage is a value that electric utilities must obey according to the law and regulations according to the voltage management system. In Korea, 233V (1.06pu) is an example.
  • V margin-min is the voltage upper limit minimum voltage margin
  • V dispatch-margin is the dispatch voltage margin
  • V upper-limit is the appropriate voltage upper limit value
  • V LV-max is the low voltage supply upper limit voltage
  • the low voltage supply upper limit voltage V margin-min is calculated by subtracting the voltage drop by the transformer and the lead wire from a value calculated by converting the extra high voltage outgoing voltage into a low voltage.
  • the low voltage is converted by multiplying the voltage ratio by the extra high voltage.
  • a 13200/230 transformer ratio is used to convert the 13200V high voltage rated voltage into the 220V low voltage rated voltage.
  • the extra high pressure is 13200V (1.0pu)
  • the low pressure is 230V (about 1.045pu), which is 10V higher than 220V (1.0pu)
  • the transformer ratio conversion factor must be multiplied by 1.045.
  • V LV-dispatch is the outgoing voltage converted to low voltage
  • V HV-dispatch is the outgoing voltage of the extra high voltage substation (substation side bus bar extra high voltage)
  • C tr is the transformer ratio conversion factor that transformed the extra high pressure to low pressure.
  • V drop-tr is the voltage drop at the transformer and V drop-service is the voltage drop at the lead.
  • the V margin-min at the upper limit of the distributed power supply point is determined by the extra high voltage determined by the tap position of the peripheral transformer of the substation. It is determined by the voltage and the load rate of the corresponding distribution line. Since these values change over time, the minimum voltage margin (V margin-min ) at the distributed power supply connection point is calculated and determined periodically.
  • the allowable effective power generation amount DG_P out-limit of the associated distributed power supply 30 is calculated as follows. First, the tap change point of the distribution transformer to compensate for the voltage drop of the end of the connecting line or the extra high voltage line may be selected as the linking review point, and the maximum linkable active power of the distribution line that does not deviate from the proper voltage range at this linking review point. The total amount DL_P max is calculated. This maximum linkable active power total amount DL_P max should not cause a voltage rise problem in the distribution line regardless of the position of the link line, so the voltage increase margin is secured to the same value regardless of the position of the transmission of FIG. 4. Voltage margin is used. The voltage fluctuations generated when the distributed power supply 30 is generated at any link point is calculated by the following equation (3).
  • V pcc is the constant voltage variation [%] at the distributed power supply connection point
  • S Base is the reference capacity
  • S DG is the installed capacity of the distributed power supply 30
  • P DG ⁇ cos ⁇ is from the substation.
  • % X is the reactance component of the% line impedance calculated from the substation to the distributed power supply connection point as the reference capacity.
  • Equation 3 the condition that the voltage rise is maximum is when the distributed power supply 30 operates at a power factor of 1 and is connected to a point where the line impedance is the largest. Therefore, when the distributed power supply 30 operates at a power factor of 1 in conjunction with a line end or a tap change point, the minimum voltage margin (% V dispatch- ) in which the voltage fluctuation (% V pcc ) calculated by Equation 3 is the output voltage margin.
  • P DG distributed power supply capacity
  • V pcc % V margin -min
  • P DG because the DL_P max maximum linkage available active power total amount of the associated track (DL_P max) can be calculated as shown in Equation (5) below ( S120).
  • % R refers to the resistance component of the% impedance calculated from the reference capacity from the terminal of the substation of the connecting line to the end of the substation or the tap change point.
  • the maximum total available active power DL_P max calculated at this voltage rise point is any distributed power supply connection point of the connection line. This does not cause overvoltage problems. In other words, the overvoltage problem does not occur unless the total capacity of all the individual distributed power supplies 30 exceeds this linkable total amount. Therefore, the allowable effective power generation amount DG_P out-limit of each distributed power supply 30 is the rated output capacity P DG of the distributed power supply 30 as shown in FIG. 5 (S122 and S124). In other words, the overvoltage problem does not occur even when the power is generated at 100% rated power.
  • the always optimal effective power generation amount DG_P out-optimal of the distributed distributed power supply 30 is calculated as follows.
  • the constant optimal active power generation amount (DG_P out-optimal ) is calculated by applying Equation 5, and the voltage shown in FIG. 4 including the extra high voltage drop caused by the load rather than using the minimum voltage margin for the molecular term. Use rising margin.
  • the always-optimal effective power generation amount DG_P out-optimal has a different voltage increase margin according to the distributed power supply connection point to which the individual distributed power supply 30 is connected. This is because the load condition and the resulting high voltage drop are different.
  • the constant optimal active power generation amount DG_P out-optimal is calculated through Equation 7 below by modifying Equation 5 above.
  • the value of% R means a resistance component of the% line impedance from the substation to the individual distributed power supply 30.
  • the line impedance (R, X) of the linkage point is calculated by summing the line impedance data for each section from the distributed power supply point to the substation busbar.
  • the line impedance data for each section is recorded and managed in a database (not shown) of the power system operating system.
  • High accuracy data can be recorded and managed in parallel with the calculated value and the measured value.
  • the method of calculating the line impedance to the distributed source connection point is as follows. First, when the distributed power supply connection point is determined, the line impedance for each section is obtained by multiplying the percent impedance data per km according to the ship type by section and the section length, and the line impedance for each section is summed from the substation to the distributed power supply connection point, and then summed. The line impedance to the distributed power source connection point is calculated by distinguishing the line impedance into a resistance component and a reactance component.
  • the main controller 10 records all the parameters calculated as described above in the database and transmits these parameters to the local controller 20.
  • the local controller 20 uses the power factor command value PF set using the parameters transmitted from the main controller 10 and the voltage V (t) and the current I (t) measured at the current distributed power supply connection point. And after calculating the effective output command value P set , the driving power factor command value PF set and the effective output command value P set are selectively determined and transmitted to the distributed power supply 30.
  • the local controller 20 receives and stores parameters received from the main control device 10 of the power system operating system and voltages and currents measured at a distributed power supply connection point. Finally, the proper parameter is finally selected in consideration of the parameters received from the main controller 10, the calculation unit 22 for calculating new parameters from the voltage and current measured at the distributed power supply connection point, and the data reflecting the operating conditions of the power system. And a control communication unit 23 for transmission.
  • the input unit 21 stores and updates a parameter received from the main control apparatus 10 (S200), and receives a voltage and a current of a distributed power supply connection point (S202).
  • the first calculator 221 calculates the instantaneous output active power using Equation 8 below (S204).
  • control communication unit 23 compares and determines whether the current measured voltage V (t) exceeds the upper limit value V upper -limit transmitted by the main controller 10 (S206).
  • the control communication unit 23 sets the effective output limit value P set of the distributed power supply 30 to the allowable effective power generation amount DG_P out-limit of the linked distributed power supply 30 calculated by the main control device 10.
  • the active power limit value P set is transmitted to the distributed power supply 30 (S210). Since the active power limit value P set is an amount of power generation that does not cause an overvoltage even when connected to any of the distribution lines, the distributed power supply 30 in which the voltage at the distributed power supply connection point exceeds the upper limit of the appropriate voltage is applied to the local controller 20. Are all set to the active power limit.
  • control communication unit 23 checks whether the parameter is received (S224), and returns to step S200 according to the result to update the parameter or measure the voltage, current, and input mode. Perform
  • the present measured voltage If the permissible proper voltage upper limit value (V upper -limit ) is less than or equal to, the effective instantaneous effective power output amount is set after setting the effective output limit value (P set ) of the distributed power supply 30 to the first set value (default).
  • the driving power factor command value PF set is determined by determining whether (P DG (t)) exceeds the constant optimal effective power generation amount DG_P out-optimal of the distributed power supply 30 (S214).
  • the control communication unit 23 determines the driving power factor command value PF set as the second set value (default) (S216).
  • control communication unit 23 controls the operation power factor command value so that the voltage variation does not occur at the distributed power supply point through the second calculation unit 222. It is determined by calculating (S218, S220).
  • the process of calculating the driving power factor command value of the distributed power supply 30 by the second calculator 222 is as follows.
  • the constant voltage fluctuation rate at the distributed power supply connection point is calculated.
  • the distributed power supply 30 is connected to the distribution system and operated at a forward power factor (ground power factor as the system reference)
  • the constant voltage fluctuation rate at the distributed power supply connection point is calculated through Equation 9 below.
  • ⁇ V pcc is the voltage variation rate at the point of common coupling (Pcc)
  • S DG is the capacitance (MVA) of the distributed power supply
  • R is the normal resistance component of the distribution line
  • X Is the normal component reactance component of the distribution line
  • ⁇ is the power factor angle of the distributed power supply 30
  • V L is the nominal voltage of the distribution line.
  • Equation 9 in order to minimize the voltage change rate ⁇ V Pcc at the distributed power supply connection point, the numerator of Equation 9 should be '0'.
  • Equation 9 can be developed as in Equation 10 below.
  • Equation 10 is a voltage increase generated by the product of the effective output of the distributed power supply 30 and the resistance component of the line and the voltage drop generated by the product of the reactive output of the distributed power supply 30 and the line reactance component are mutually different. When offset equally, there is no voltage variation at the distributed source link point.
  • Equation 10 is arranged as in Equation 11 below.
  • the distributed power supply power factor is a relationship between the normal resistance component and the normal reactance component of the distribution line ( ), It can be seen that the voltage fluctuation rate is 0%.
  • the operating power factor linking condition of the distributed power source 30 such that the voltage variation rate of the distributed power source link point becomes 0% regardless of the linkage capacity of the distributed power source 30 is determined by the ratio of the impedance of the distribution line.
  • the composite impedance from the distributed power supply connection point to each substation should be applied.
  • Table 1 shows the wire type and the corresponding impedance information of the overhead distribution line, and shows the calculated operation power factor of the distributed power supply 30 theoretically to minimize the voltage fluctuation rate by Equation 11.
  • the control communication unit 23 determines the effective output limit value P set and the driving power factor command value PF set . Transfer to the distributed power supply 30 (S222).
  • control communication unit 23 determines whether a new parameter has been received from the main control apparatus 10 (S224), and returns to step S200 according to the determination result. Update the parameters, or return to step S202 to receive the voltage and current.
  • the distributed power supply 30 calculates the maximum output operating condition by itself and determines the active power target value and the reactive power target value.
  • the distributed power supply 30 receives the input operation power factor command value PF set and the effective output command value P set. Select the generation output target value (P, Q) of active power and reactive power according to the predetermined operation mode.
  • the distributed power supply 30 includes a distributed power supply control unit 31, a driver 32, a power generation unit 33, and a distributed power supply operation unit 34.
  • the distributed power supply control unit 31 controls the distributed power supply 30 as a whole, and receives a parameter such as a driving power factor command value PF set and an effective output command value P set from the local controller 20. This parameter is updated, and the optimum operating conditions for the maximum generation output of the distributed power supply 30, that is, the active power target value P and the reactive power target value Q are calculated and operated according to this parameter.
  • the driver 32 adjusts the active power target value P and the reactive power target value Q received from the distributed power controller 31 to generate the adjusted active power target value P and the reactive power target value Q. ).
  • the power generation unit 33 generates power according to the active power target value P and the reactive power target value Q adjusted by the driving unit 32, and outputs the active power P and the reactive power Q.
  • the distributed power supply calculating unit 22 monitors the active power P and the reactive power Q of the power generation unit 33 and inputs the maximum output operating condition to the distributed power supply control unit 31 according to its operation state.
  • the distributed power controller 31 updates a parameter transmitted from the local controller 20 (S300).
  • the distributed power supply control unit 31 updates the parameters received from the local controller 20 to an internal memory (not shown), and then calculates and operates an optimum operating condition for the maximum power generation output (S302). This is performed according to the basic function of the distributed power supply 30.
  • the distributed power control unit 31 determines whether each of the parameters input from the local controller 20, that is, the effective output command value P set and the driving power factor command value PF set are the first set value and the second set value ( S304 and S308, and when the second set value and the first set value are respectively, the distributed power supply 30 is operated under the optimum operating condition calculated in the step S302 (S314).
  • step 304 if it is determined in step 304 that the effective output command value P set is not set to the first set value and is set to the allowable effective power generation amount DG_P out-limit of the individual distributed power supply 30, the dispersion The power control unit 31 operates by limiting the effective output according to the allowable active power generation amount DG_P out-limit (S306).
  • the distributed power supply 30 is presently instantaneous. Continued operation at the output may cause overvoltage.
  • the driving power factor command value PF set is not set to the second set value. If the driving power factor command value PF set calculated by the second calculating unit 222 is set , the distributed power supply control unit 31 considers an operating environment such as the current effective output size and the reactive power generation capacity of the distributed power supply 30 itself. In operation S310, it is determined whether the power generation unit 33 of the distributed power supply 30 is operable based on the operation power factor command value PF set calculated by the second operation unit 222.
  • step S10 if the operation cannot be performed at the driving power factor command value PF set , the distributed power supply control unit 31 gives up the fixed power factor operation mode and switches to the effective output limiting mode to allow the individual distributed power supply 30 to be allowed. Operation (S306) does not exceed the effective power generation amount (DG_P out-limit ).
  • step S310 when it is determined in step S310 that the operation is possible at the set operating power factor command value PF set , the distributed power supply controller 31 switches to the fixed power factor operation mode and operates at the set driving power factor (S312). . In all cases, since the overvoltage does not appear at the distributed power supply connection point, it is determined whether to receive the parameter from the local controller 20 while continuing to operate (S316), and according to the determination result, update the new parameter (S300) or go to step S302. Returns.
  • each operator can minimize the loss of power generation and many operators can share the power distribution line to generate power, and the utilization rate of the distribution line equipment can be maximized.
  • FIG. 8 is a view showing an example of a model distribution system diagram according to an embodiment of the present invention
  • Figure 9 is a model system simulation results of analysis under heavy load conditions (10MVA, 1.0pu) according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a diagram illustrating distribution line voltage distribution for each distributed power factor under heavy load conditions (10MVA, 1.0pu) according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a neck portion according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a simulation result of a model system simulation under a load condition (2.5MVA, 0.25pu)
  • FIG. 12 is a distribution line voltage distribution for each distributed power factor under a heavy load condition (2.5MVA, 0.25pu) according to an embodiment of the present invention. The figure which shows.
  • FIG. 9 and 10 show the results of analyzing the voltage distribution under a heavy load by varying the power factor condition of the distributed power supply 30 of the distribution line model shown in FIG. 8. And FIG. 12.
  • Case1 is a voltage distribution state when the distributed power supply 30 has no output, that is, before the distributed power supply 30 is connected to the distribution line
  • Case2 is a state in which DG1 and DG2 are connected to the distribution line to generate power at rated output, respectively. to be.
  • each distributed power supply 30 is a case of operating at the power factor calculated in Equation (11).
  • Case 4 is a condition to operate at power factor 1.
  • Case3 is a power factor condition between the power factor condition of Case2 and the power factor condition of Case4.
  • the operating power factor of the distributed power supply 30 determined by Equation 11 which is proposed to minimize the voltage fluctuation based on the impedance characteristic of the distribution line and the voltage rise principle of the distribution system, is essentially the distribution system.
  • the connection capacity of the distributed power supply 30 of the distribution line can be maximized.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an implementation example of a distributed power supply system linkage operation apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is another example of a distributed power supply system linkage operation apparatus according to an embodiment of the present invention
  • 15 is a view showing another implementation of the distributed power supply system linkage operation apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 16 is a distributed power supply system linkage according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a view showing another implementation example of an operating device.
  • the local controller 20 is separately illustrated as the distributed power supply 30.
  • the local controller 20 may be variously installed inside or outside the distributed power supply 30 according to the generation amount of the distributed power supply 30, the communication infrastructure, and the like.
  • the local controller 20 may be installed inside the distributed power supply 30 integrally with the distributed power supply 30, and in this case, from the main control device 10 of the power system operating system, which is a higher operating system. It operates by receiving the relevant parameter.
  • the local controller 20 it is also possible for the local controller 20 to perform local optimization operation without being associated with a higher operating system. In this case, the cost of the communication infrastructure can be reduced, which is suitable for the situation where there is no communication infrastructure.
  • the local controller 20 when configured in an embedded form in the distributed power supply 30, parameters may be directly transmitted from the main control device 10 of the power system operating system. If a plurality of distributed power supply 30 is installed and the power system operating system integrated management of a plurality of distributed power supply 30, the same effect can be obtained even if the local controller 20 is built in the main control device 10. have.
  • the local controller 20 is the main control device as shown in FIGS. 15 and 16. It may be configured separately from (10) or may be embedded in the distributed power supply (30). In this case, it can be applied without the support of the information and communication infrastructure and can be applied directly in the current operating conditions.

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Abstract

본 발명은 전력계통 정보를 이용하여 계산된 파라미터 및 변전소로부터 분산전원이 연계된 분산전원 연계점에서의 전압 및 전류를 입력받는 입력부, 입력부에 저장된 파라미터 및 분산전원 연계점의 전압 및 전류를 이용하여 운전역률 지령치 및 유효출력 지령치를 계산하는 연산부 및 입력부에 입력된 분산전원 연계점에서의 전압과 분산전원 연계점에서의 적정전압 상한값에 따라, 연산부에서 계산된 운전역률 지령치 및 유효출력 지령치를 결정하여 분산전원으로 전달하는 제어 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

분산전원 전력계통 연계 운전장치 및 방법
본 발명은 분산전원 전력계통 연계 운전장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분산전원이 전력계통에 연계될 때 분산전원 연계점에서의 전압이 허용범위를 초과하지 않도록 분산전원 연계점에서의 전압변동을 억제하는 분산전원 전력계통 연계 운전장치 및 방법에 관한 것이다.
분산전원(DG; Distributed Generation)이 배전계통에 연계되면 배전계통에 주입되는 분산전원의 유효전력에 의해 분산전원 연계점의 전압이 상승하게 된다.
분산전원 연계점의 전압이 상승하는 이유는 유효출력이 배전계통 연계점에 주입됨으로 인해 연계점으로부터 변전소 방향으로 즉, 일반적인 배전계통에서의 전력의 흐름과 역방향으로 전력의 흐름이 생기게 되고 이때의 전류와 선로임피던스의 곱으로 전압이 상승하기 때문이다.
이에 전력사업자는 분산전원으로 인해 분산전원 연계점에서의 전압이 허용범위를 초과하지 않도록 배전계통에 연계하는 분산전원의 용량을 제한하고 있다.
특히 기존에 분산전원이 연계되어 있는 배전선로는 분산전원 연계점에서의 전압상승으로 인해 분산전원의 추가 연계가 더욱 곤란하다. 이는 분산전원의 연계신청이 입지 조건이 유사한 지역에 집중되기 때문이며, 그 결과 신규로 연계하고자 하는 분산전원의 용량이 작더라도 연계가 불가능한 경우가 있었다.
연계가 승인되지 않은 분산전원을 연계시키기 위해서는, 분산전원을 주변의 다른 배전선로에서 새로운 연계점을 찾거나, 변전소로부터 새로운 전용 배전선로를 건설하여야 한다. 그러나, 이 경우는 비용이 과다하게 소요되어 사업 착수가 불가능한 문제점이 있었다.
이러한 종래 기술의 기술적 한계는 사회적으로 기회비용의 손실을 초래하며 신재생에너지 보급 정책 및 이산화탄소 배출 억제를 위한 친환경 정책에도 장애요소가 되고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허공개번호 10-2012-0025121호(2012.03.15.)의 '분산전원 연계선로의 최적전압제어장치 및 방법'에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 분산전원의 유효출력에 의한 분산전원 연계점에서의 전압상승분을 분산전원의 무효출력에 의한 전압강하분으로 상쇄시켜 분산전원 연계점에서의 전압 변동을 억제시키는 분산전원 전력계통 연계 운전장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 동일한 배전선로에 분산전원의 연계 용량을 증가시키는 분산전원 전력계통 연계 운전장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 분산전원 연계 비용을 감소시켜 신재생에너지원을 발전원으로 하는 분산전원의 보급을 촉진하고 배전선로의 이용률을 극대화시켜 전력설비를 효율적으로 운영할 수 있도록 한 분산전원 전력계통 연계 운전장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 정보통신 인프라의 지원이 가능한 상위 운영시스템과의 연계 운전 방법을 제시하고, 정보통신 인프라의 지원없이 구현할 수 있는 로컬 최적화 솔루션을 적용할 수 있도록 함으로써, 연계 배전선로의 정보통신 인프라 상태에 따라 적절한 솔루션을 제공할 수 있도록 한 분산전원 전력계통 연계 운전장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 분산전원 전력계통 연계 운전 장치는 전력계통 정보를 이용하여 계산된 파라미터 및 변전소로부터 분산전원이 연계된 분산전원 연계점에서의 전압 및 전류를 입력받는 입력부; 상기 입력부에 입력된 상기 파라미터 및 상기 분산전원 연계점의 전압 및 전류를 이용하여 운전역률 지령치 및 유효출력 지령치를 계산하는 연산부; 및 상기 입력부에 입력된 상기 분산전원 연계점에서의 전압과 상기 분산전원 연계점에서의 적정전압 상한값에 따라, 상기 연산부에서 계산된 상기 운전역률 지령치 및 상기 유효출력 지령치를 결정하여 상기 분산전원으로 전달하는 제어 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 제어 통신부는 상기 입력부에 입력된 상기 분산전원 연계점에서의 전압이 상기 분산전원 연계점에서의 적정전압 상한값을 초과하면, 상기 유효출력 지령치를 상기 분산전원의 허용 유효전력 발전량으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 제어 통신부는 상기 입력부에 입력된 상기 분산전원 연계점에서의 전압이 상기 분산전원 연계점에서의 적정전압 상한값 이하이면, 상기 유효출력 지령치를 기 설정된 제1설정값으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 제어 통신부는 상기 입력부에 입력된 상기 분산전원 연계점에서의 전압이 상기 분산전원 연계점에서의 적정전압 상한값 이하이면, 상기 분산전원의 현재 순시 유효전력 출력량과 상기 분산전원의 상시 최적 유효전력 발전량을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 운전역률 지령치를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 제어 통신부는 상기 현재 순시 유효전력 출력량이 상기 상시 최적 유효전력 발전량 이하이면, 상기 운전역률 지령치를 제2 설정값으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 제어 통신부는 상기 현재 순시 유효전력 출력량이 상기 상시 최적 유효전력 발전량을 초과하면, 상기 분산전원 연계점의 전압상승분이 상기 무효출력에 의한 전압강하분으로 상쇄되도록 상기 운전역률 지령치를 계산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 운전역률 지령치는 상기 분산전원 연계점으로부터 변전소 구간에 해당하는 선로임피던스를 저항성분과 리액턴스 성분으로 구분하고 상기 유효출력과 상기 저항성분에 의한 전압상승분 및 상기 무효출력과 상기 리액턴스 성분에 의한 전압강하분을 동일하게 하는 상기 유효출력과 상기 분산전원의 무효출력의 비율인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 분산전원 전력계통 연계 운전 장치는 전력계통 정보를 이용하여 분산전원의 유효전력과 연계선로에 대한 파라미터를 계산하는 주 제어장치; 상기 주 제어장치에서 계산된 상기 파라미터, 배전계통에 상기 분산전원이 연계된 분산전원 연계점에서의 전압 및 전류를 이용하여 상기 분산전원의 운전역률 지령치 및 상기 분산전원의 유효출력 지령치를 계산하는 로컬 제어기; 및 상기 로컬 제어기에서 계산된 상기 운전역률 지령치 및 상기 유효출력 지령치에 따라 유효전력과 무효전력을 발전시키는 분산전원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 파라미터는 상기 분산전원 연계점의 전압상한 최소 전압여유도, 상기 분산전원의 허용 유효전력 발전량, 상기 분산전원의 상시 최적유효전력 발전량, 상기 분산전원 연계점의 선로임피던스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 로컬 제어기는 상기 주 제어장치로부터 상기 파라미터를 입력받고, 상기 변전소로부터 상기 연계점의 전압과 전류를 입력받아 저장하는 입력부; 상기 입력부에 저장된 상기 파라미터 및 상기 분산전원 연계점의 전압 및 전류를 이용하여 상기 운전역률 지령치 및 상기 유효출력 지령치를 계산하는 연산부; 및 상기 입력부의 전압과 상기 분산전원 연계점에서의 적정전압 상한값에 따라, 상기 연산부에서 계산된 상기 운전역률 지령치 및 상기 유효출력 지령치를 결정하여 상기 분산전원으로 전달하는 제어 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 분산전원은 상기 로컬 제어기로부터 상기 운전역률 지령치 및 상기 유효출력 지령치를 유효전력 목표치 및 무효전력 목표치를 산출하는 분산전원 제어부; 상기 분산전원 제어부로부터 전달받은 상기 유효전력 목표치 및 상기 무효전력 목표치를 조정하는 구동부; 상기 구동부에서 조정된 상기 유효전력 목표치 및 상기 무효전력 목표치에 따라 발전하여 유효전력과 무효전력을 출력하는 발전부; 및 상기 발전부에서 출력된 상기 유효전력과 상기 무효전력을 모니터링하여 운전 상태에 따라 최대출력 운전조건을 상기 분산전원 제어부에 입력하는 분산전원 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 분산전원 제어부는 상기 로컬 제어기로부터 입력받은 상기 운전역률 지령치가 제2 설정값이고 상기 유효출력 지령치가 제1 설정값이면, 최적 운전조건으로 상기 유효전력과 무효전력을 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 분산전원 제어부는 상기 유효출력 지령치가 제1 설정값으로 설정되고, 상기 운전역률 지령치가 제2 설정치로 설정되어 있지 않으면, 상기 운전역률 지령치로 상기 발전부의 운전이 가능한지 여부에 따라 상기 허용 유효전력 발전량으로 운전을 제한하거나, 상기 운전역률 지령치로 운전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 분산운전 제어부는 상기 유효출력 지령치가 제1 설정값으로 설정되어 있지 않으면, 허용 유효전력 발전량에 따라 유효출력을 제한하여 운전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 분산전원 전력계통 연계 방법은 전력계통에 분산전원이 연계된 분산전원 연계점으로부터 변전소 구간에 해당하는 선로임피던스를 계산하는 단계; 상기 선로임피던스, 상기 분산전원의 유효출력 및 상기 분산전원의 무효출력을 이용하여 상기 분산전원 연계점에서의 전압변동을 억제시키는 분산전원 운전역률을 계산하는 단계; 및 상기 분산전원 운전역률에 따라 상기 분산전원을 운전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 분산전원 운전역률은 상기 분산전원의 유효출력과 상기 선로임피던스의 저항성분에 의한 전압상승분 및 상기 분산전원의 무효출력과 상기 선로임피던스의 리액턴스 성분에 의한 전압강하분을 동일하게 하는 상기 분산전원의 유효출력과 상기 분산전원의 무효출력의 비율인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 분산전원을 운전시키는 단계는 상기 분산전원 연계점에서의 전압상승분을 상기 분산전원 연계점에서의 전압강하분으로 상쇄시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 분산전원의 유효출력에 의한 분산전원 연계점에서의 전압상승분을 분산전원의 무효출력에 의한 전압강하분으로 상쇄시켜 분산전원 연계점에서의 전압변동을 억제시킨다.
본 발명은 동일한 배전선로에 분산전원의 연계 용량을 증가시킨다.
본 발명은 분산전원 연계 비용을 감소시켜 신재생에너지원을 발전원으로 하는 분산전원의 보급을 촉진하고, 배전선로의 이용률을 극대화시켜 전력설비를 효율적으로 운영할 수 있도록 한다.
본 발명은 정보통신 인프라의 지원이 가능한 상위 운영시스템과의 연계운전방법을 제시하고, 정보통신 인프라의 지원없이 구현할 수 있는 로컬 최적화 솔루션을 적용할 수 있도록 함으로써, 연계 배전선로의 정보통신 인프라 상태에 따라 적절한 솔루션을 제공할 수 있도록 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 전력계통 연계 운전장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 도 1 의 주 제어장치의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
도 3 은 최대 부하 조건에서 배전선로의 전압관리 체계도를 도시한 도면이다.
도 4 는 상시 부하 조건에서 배전선로의 전압관리 체계도를 도시한 도면이다.
도 5 는 도 1 의 주 제어장치의 연계 분산전원의 허용 유효전력 발전량 계산 과정을 도시한 순서도이다.
도 6 은 도 1 의 로컬 제어기의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
도 7 은 도 1 의 분산 전원 제어기의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 모델 배전계통도의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 중부하 조건(10MVA, 1.0pu)에서 모델계통 시뮬레이션 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 중부하 조건(10MVA, 1.0pu)에서 분산전원 역률별 배전선로 전압 분포를 나타낸 도면이다.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 경부하 조건(2.5MVA, 0.25pu)에서 모델계통 시뮬레이션 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 12 는 본 발명의 일 실시예에 따른 중부하 조건(2.5MVA, 0.25pu)에서 분산전원 역률별 배전선로 전압 분포를 나타낸 도면이다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 전력계통 연계 운전장치의 구현 예를 도시한 도면이다.
도 14 는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 전력계통 연계 운전장치의 다른 구현 예를 도시한 도면이다.
도 15 는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 전력계통 연계 운전장치의 또 다른 구현 예를 도시한 도면이다.
도 16 은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 전력계통 연계 운전장치의 또 다른 구현 예를 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 전력계통 연계 운전장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 전력계통 연계 운전장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 도 1 의 주 제어장치의 동작 과정을 도시한 순서도이며, 도 3 은 최대 부하 조건에서 배전선로의 전압관리 체계도를 도시한 도면이며, 도 4 는 상시 부하 조건에서 배전선로의 전압관리 체계도를 도시한 도면이며, 도 5 는 도 1 의 주 제어장치의 연계 분산전원의 허용 유효전력 발전량 계산 과정을 도시한 순서도이며, 도 6 은 도 1 의 로컬 제어기의 동작 과정을 도시한 순서도이며, 도 7 은 도 1 의 분산 전원 제어기의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 전력계통 연계 운전장치는 주 제어장치(10), 로컬 제어기(20) 및 분산전원(30)을 포함한다.
주 제어장치(10)는 분산전원(30)의 허용 유효전력 발전량(DG_Pout-limit), 분산전원(30)의 상시 최적 유효전력 발전량(DG_Pout-optimal), 연계선로의 적정전압 상한값(Vupper-limit), 연계된 배전선로의 임피던스 정보(R,X)를 산출하여 해당 분산전원(30)의 로컬 제어기(20)로 전송한다.
이러한 주 제어장치(10)는 전력계통의 전압분포, 부하율, 변전소의 모선 전압, 분산전원(30)의 운영상태 등의 전력계통 정보를 저장하여 종합적으로 전력계통의 운영상태를 파악한다.
이를 통해, 주 제어장치(10)는 각 분산전원(30)의 허용 유효전력 발전량(DG_Pout-limit)을 산출하고 해당 배전선로의 부하율을 고려한 전압강하를 계산하여 연계 분산전원(30)의 상시 최적 유효전력 발전량(DG_Pout-optimal)을 계산한다. 특히 상시 최적 유효전력 발전량(DG_Pout-optimal)은 부하율의 변동에 따라 함께 변동하므로, 주 제어장치(10)는 상시 최적 유효전력 발전량(DG_Pout-optimal)을 주기적으로 계산하며, 상시 최적 유효전력 발전량(DG_Pout-optimal)이 허용 유효전력 발전량(DG_Pout-limit) 보다 크므로 발전 사업자의 발전량 제약을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
주 제어장치(10)는 이러한 상시 최적 유효전력 발전량(DG_Pout-optimal)을 선로의 부하율과 그에 따른 전압강하 분포, 변전소의 모선 송출전압 등의 정보를 가지고 종합적으로 판단해야 한다.
이러한 주 제어장치(10)의 동작 과정을 도 2 를 참조하여 설명한다.
도 2 를 참조하면, 로컬 제어기(20)로부터 파라미터 요청이 있거나, 계통변경 등으로 파라미터가 변경되거나 파라미터 갱신을 위한 갱신주기가 되면(S100), 주 제어장치(10)는 분산전원 연계점의 전압상한 최소 전압여유도(Vmargin-min), 해당 분산전원(30)의 허용 유효전력 발전량(DG_Pout-limt), 상시 최적 유효전력 발전량(DG_Pout-optimal), 해당선로의 적정전압 상한값(Vupper-limit), 해당선로의 임피던스 정보(R,X)를 계산(S102~S108)하고, 이들 파라미터를 기록 및 갱신(S110)한 후, 해당 분산전원(30)의 로컬 제어기(20)로 전송한다(S112).
여기서, 해당 분산전원(30)의 허용 유효전력 발전량(DG_Pout-limt), 상시 최적 유효전력 발전량(DG_Pout-optimal), 해당선로의 적정전압 상한값(Vupper-limit), 해당선로의 임피던스 정보(R, X)를 계산하는 방식은 후술한다.
더욱이, 주 제어장치(10)는 배전선로별로 각 배전선로의 어느 곳에 연계해도 적정전압 유지범위를 초과하지 않는 연계가능 유효전력 최대용량(DL_Pmax)을 계산하고, 배전선로별로 연계된 분산전원(30)의 총 용량(ΣPDG)을 합산하여 이 총 용량(ΣPDG)이 연계가능 유효전력 최대용량(DL_Pmax)을 초과하면 개별 분산전원(30)의 허용 유효전력 발전량(DG_Pout-limit)을 계산하여 각 분산전원(30)에 배분한다.
이를 통해 상위 운영시스템은 후발 사업자로부터 추가 분산전원(30)의 연계를 신청받을 경우, 후발 사업자가 기존 사업자와 동일한 비율로 유효전력 발전비율을 배분받을 수 있도록 한다. 이를 통해 사업자간 형평성을 유지할 수 있고, 배전설비 이용율을 극대화할 수 있다.
분산전원(30)의 허용 유효전력 발전량(DG_Pout-limt), 상시 최적 유효전력 발전량(DG_Pout-optimal), 해당선로의 적정전압 상한값(Vupper-limit), 해당선로의 임피던스 정보(R, X)를 계산하는 방식을 설명한다.
먼저 분산전원 연계점의 전압상한 최소 전압여유도(Vmargin-min)는 도 3 에 도시된 송출전압 여유도(Vdispatch-margin)로부터 산출된다.
전압상승 여유도는 송출전압 여유도와 특고압 전압강하분을 합산하여 산출된다.
특고압 전압강하분은 선로 거리와 특고압 부하율에 따라 변동하므로 연계 위치에 관계없이 확보된 최소 전압여유도는 송출전압 여유도가 된다.
송출전압 여유도는 하기의 수학식 1과 같이, 도 3 에 도시된 적정전압 상한값에서 저압공급 상한전압 값을 차감하여 산출된다. 적정전압 상한값은 전압관리 체계에 따라 전기사업자가 법 및 규정에 의해 의무적으로 준수해야 하는 값이다. 국내의 경우, 233V(1.06pu)가 그 한 예이다.
수학식 1
Figure PCTKR2013008662-appb-M000001
여기서, Vmargin-min은 전압 상한 최소 전압 여유도이고, Vdispatch-margin은 송출전압 여유도이며, Vupper-limit는 적정전압 상한값이며, VLV-max는 저압공급 상한전압이다.
저압공급 상한전압(Vmargin-min)은 하기의 수학식 2에 나타난 바와 같이, 특고압 송출전압을 저압전압으로 환산하여 계산된 값에서 변압기 및 인입선에 의한 전압강하분을 차감하여 산출된다.
저압은 특고압 전압에 변압비를 곱하여 변환되며, 일 예로 13200V 특고압 정격전압을 220V 저압 정격전압으로 변환하기 위해 13200/230의 변압비가 사용된다. 이 경우 특고압이 13200V(1.0pu)라면 저압은 220V(1.0pu)보다 10V높은 230V(약 1.045pu)가 되므로 특고압을 저압으로 환산하는 경우, 변압비 환산계수 1.045를 곱해 주어야 한다.
수학식 2
Figure PCTKR2013008662-appb-M000002
Figure PCTKR2013008662-appb-I000001
여기서, VLV-dispatch는 저압으로 환산한 송출전압이고, VHV-dispatch는 특고압 변전소 송출전압(변전소 2차측 모선 특고압 전압)이며, Ctr은 특고압을 저압으로 변압한 변압비 환산계수이며, Vdrop-tr은 변압기에서의 전압강하이며, Vdrop-service는 인입선에서의 전압강하이다.
수학식 1과 수학식 2, 도 3 및 도 4 에 나타난 바와 같이, 분산전원 연계점에서의 전압상한 최소전압여유도(Vmargin-min)는 변전소의 주변압기 탭 위치에 의해 결정되는 특고압 송출전압과 해당 배전선로의 부하율에 의해 결정된다. 이러한 값들은 시간에 따라 변화하므로, 분산전원 연계점에서의 전압상한 최소전압여유도(Vmargin-min)는 주기적으로 계산되어 결정된다.
연계 분산전원(30)의 허용 유효전력 발전량(DG_Pout-limit)은 다음과 같이 계산한다. 우선 연계선로의 말단 또는 특고압 선로의 전압강하를 보상하기 위한 배전변압기의 탭 변경점이 연계 검토점으로 선정될 수 있으며, 이 연계 검토점에서 적정전압 범위를 벗어나지 않는 배전선로의 최대 연계가능 유효전력 합계량(DL_Pmax)을 산출한다. 이 최대 연계가능 유효전력 합계량(DL_Pmax)은 연계선로의 위치에 관계없이 해당 배전선로에서 전압상승 문제를 발생시키지 않아야 하므로, 전압상승 여유도는 위치에 관계없이 동일한 값으로 확보되는 도 4 의 송출전압 여유도가 사용된다. 임의의 연계점에서 분산전원(30)이 발전할 때 발생하는 전압변동은 다음의 수학식 3을 통해 계산한다.
수학식 3
Figure PCTKR2013008662-appb-M000003
여기서, %Vpcc는 분산전원 연계점에서의 상시 전압변동률[%]이고, SBase는 기준용량이며, SDG는 분산전원(30)의 설비용량으로써 PDG·cosφ이며, %R은 변전소로부터 분산전원 연계점까지 기준용량으로 산정된 %선로임피던스의 저항성분이며, %X는 변전소로부터 분산전원 연계점까지 기준용량으로 산정된 %선로임피던스의 리액턴스성분이다.
수학식 3에서 전압상승이 최대가 되는 조건은 분산전원(30)이 역률이 1로 운전하면서 선로임피던스가 가장 큰 지점에 연계될 때이다. 따라서 분산전원(30)이 선로 말단 또는 탭 변경점에 연계되어 역률 1로 운전할 때, 수학식 3에 의해 계산된 전압변동(%Vpcc)이 송출전압 여유도인 최소 전압여유도(%Vdispatch-margin=%Vmargin-min)를 초과하지 않고 역률 1 운전 조건으로 운전할 때 분산전원 설비용량(PDG)을 계산하면, 해당 배전선로의 최대 연계 가능 유효전력 합계량(DL_Pmax)으로 정할 수 있다. 최대 연계 가능 유효전력 합계량(DL_Pmax)의 계산 방법은 하기의 수학식 4와 같다. 역률이 1인 경우 수학식 3은 하기의 수학식 4(cosφ=1)와 같이 표현할 수 있다.
수학식 4
Figure PCTKR2013008662-appb-M000004
Figure PCTKR2013008662-appb-I000002
상기한 수학식 4에서 %Vpcc=%Vmargin-min라고 하면, PDG=DL_Pmax가 되므로 연계선로의 최대 연계가능 유효전력 합계량(DL_Pmax)은 하기의 수학식 5와 같이 계산할 수 있다(S120). 이때 %R은 연계선로의 변전소에서 말단 또는 변전소에서 탭 변경점 까지의 기준용량을 통해 산정된 %임피던스의 저항성분을 의미한다.
수학식 5
Figure PCTKR2013008662-appb-M000005
연계선로의 말단 및 배전변압기 탭 변경점이 분산전원 연계점 중에서 전압상승이 가장 높은 지점이므로, 이 전압상승 발생지점에서 계산된 최대 연계가능 유효전력 합계량(DL_Pmax)은 연계선로 중 어느 분산전원 연계점에 연계해도 과전압 문제를 발생시키지 않게 된다. 즉, 모든 개별 분산전원(30)의 합계용량이 이 연계가능 합계량을 초과하지 않으면 과전압 문제는 발생하지 않는다. 따라서 개별 분산전원(30)의 허용 유효전력 발전량(DG_Pout-limit)은 도 5 에 도시된 바와 같이 분산전원(30)의 정격출력 용량(PDG)이 된다(S122,S124). 즉 100% 정격출력으로 발전해도 과전압 문제가 발생하지 않는다.
반면, 만약 모든 개별 분산전원(30)의 합계(ΣPDG)가 최대 연계가능 유효전력 합계량(DL_Pmax)을 초과한다면, 개별 분산전원(30)의 허용 유효전력 발전량(DG_Pout-limit)은 도 5 에 도시된 바와 같이 다음의 수학식 6과 같은 설비용량 비율로 배분된다(S126,S128).
수학식 6
Figure PCTKR2013008662-appb-M000006
Figure PCTKR2013008662-appb-I000003
여기서, PDG는 분산전원(30)의 최대 유효출력량으로써 역률이 1일 때 분산전원(30)의 설비용량(=SDG/cosΦ)이고, ΣPDG는 연계 배전선로의 모든 분산전원(30)의 설비용량 합계(역률이 1인 경우)이며, OR(Operating Ratio)는 해당 연계선로의 허용 유효출력 운전비율이다.
연계 분산전원(30)의 상시 최적 유효전력 발전량(DG_Pout-optimal)은 다음과 같이 계산한다.
상시 최적 유효전력 발전량(DG_Pout-optimal)은 수학식 5를 적용하여 산출되는 데, 분자항을 최소 전압여유도를 사용하는 것이 아니라 부하에 의한 특고압 전압강하가 포함된 도 4 에 도시된 전압 상승 여유도를 사용한다.
상시 최적 유효전력 발전량(DG_Pout-optimal)은 개별 분산전원(30)이 연계된 분산전원 연계점에 따라 서로 다른 전압상승 여유도를 갖는다. 이는 부하상태 및 그로 인한 특고압 전압강하가 다르기 때문이다. 상시 최적 유효전력 발전량(DG_Pout-optimal)은 상기한 수학식 5 가 수정된 하기의 수학식 7 을 통해 계산된다.
수학식 7
Figure PCTKR2013008662-appb-M000007
여기서, %R의 값은 변전소에서 개별 분산전원(30)까지의 %선로임피던스 중 저항성분을 의미한다.
연계점의 선로임피던스(R,X)는 분산전원 연계점으로부터 변전소 모선까지의 구간별 선로임피던스 데이터를 합산하여 계산된다.
구간별 선로임피던스 데이터는 전력계통 운영시스템의 데이터베이스(미도시)에서 기록 및 관리되는데, 계산치와 실측치를 병행하여 정확도가 높은 데이터가 데이터베이스에 기록 관리될 수 있다.
현재 배전선로는 계산치가 주로 사용되고, 송전선로는 실측치가 주로 사용된다. 분산전원 연계점까지의 선로임피던스의 계산방식은 다음과 같다. 먼저, 분산전원 연계점이 결정되면, 구간별 선종에 따른 km당 %임피던스 데이터와 구간길이를 곱하여 구간별 선로임피던스를 구하고, 이 구간별 선로 임피던스를 변전소부터 분산전원 연계점까지 합산한 후, 합산된 선로 임피던스를 저항성분과 리액턴스성분으로 구별함으로써, 분산전원 연계점까지의 선로임피던스를 계산한다.
주 제어장치(10)는 상기한 바와 같이 계산된 모든 파라미터를 상기한 데이터베이스에 기록한 뒤, 이 파라미터를 로컬 제어기(20)로 전송한다.
로컬 제어기(20)는 주 제어장치(10)로부터 전송된 파라미터 및 현재 분산전원 연계점에서 측정된 전압(V(t))과 전류(I(t))를 이용하여 운전역률 지령치(PFset) 및 유효출력 지령치(Pset)를 계산한 후, 운전역률 지령치(PFset) 및 유효출력 지령치(Pset)를 선택적으로 결정하여 분산전원(30)으로 전달한다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 로컬 제어기(20)는 전력계통 운영시스템의 주 제어장치(10)로부터 전달받은 파라미터와, 분산전원 연계점에서 측정된 전압 및 전류를 입력받아 저장하는 입력부(21), 주 제어장치(10)로부터 전달받은 파라미터와, 분산전원 연계점에서 측정된 전압 및 전류로부터 새로운 파라미터를 연산하는 연산부(22) 및 전력계통 운영 상황이 반영된 데이터를 고려하여 최종적으로 적절한 파라미터를 선택하여 전송하는 제어 통신부(23)를 포함한다.
이하, 로컬 제어기(20)의 동작 과정을 도 6 을 참조하여 설명한다.
도 6 을 참조하면, 먼저 입력부(21)는 주 제어장치(10)로부터 전송받은 파라미터를 저장 및 갱신(S200)하고, 분산전원 연계점의 전압과 전류를 입력(S202)받는다.
이후, 제1 연산부(221)는 순시 출력 유효전력을 하기의 수학식8을 이용하여 계산한다(S204).
수학식 8
Figure PCTKR2013008662-appb-M000008
이후, 제어 통신부(23)는 현재 측정된 전압(V(t))이 주 제어장치(10)가 전송한 적정전압 상한값(Vupper-limit)을 초과하는지를 비교 판단(S206)한다.
이때 계측전압값이 적정전압 상한값을 초과하면, 분산전원(30)은 유효출력을 감소시켜 전압상승을 억제해야 한다. 따라서, 제어 통신부(23)는 분산전원(30)의 유효출력 제한값(Pset)을 주 제어장치(10)에서 계산한 연계 분산전원(30)의 허용 유효전력 발전량(DG_Pout-limit)으로 설정(S208)하고, 이 유효전력 제한값(Pset)을 분산전원(30)으로 전송한다(S210). 이 유효전력 제한값(Pset)은 해당 배전선로의 어느 곳에 연계해도 과전압을 유발하지 않는 발전량이므로, 분산전원 연계점에서의 전압이 적정전압 상한값을 초과한 분산전원(30)은 로컬 제어기(20)에 의해 모두 유효전력 제한값으로 세팅된다.
유효전력 제한값(Pset) 전송이 완료되면, 제어 통신부(23)는 파라미터 수신 여부를 확인(S224)하고, 그 결과에 따라 단계(S200)로 리턴하여 파라미터를 갱신하거나 전압, 전류 측정 및 입력 모드를 수행한다.
한편, 계측된 전압(V(t))이 주 제어장치(10)가 전송한 적정전압 상한값(Vupper-limit)을 초과하는가를 비교 판단하는 단계(206)에서의 판단 결과, 현재의 계측전압이 허용 적정전압 상한값(Vupper-limit) 이하이면, 분산전원(30)의 유효출력 제한값(Pset)을 기 설정된 제1 설정값(default)으로 설정(S212)한 후, 현재 순시 유효전력 출력량(PDG(t))이 분산전원(30)의 상시 최적 유효전력 발전량(DG_Pout-optimal)을 초과하는 지를 판단(S214)하여 운전역률 지령치(PFset)를 결정한다.
즉, 순시 유효전력 출력량이 연계 분산전원(30)의 상시 최적 유효전력발전량 이하이면, 제어 통신부(23)는 운전역률 지령치(PFset)를 제2 설정값(default)으로 결정한다(S216).
그러나 상시 최적 유효전력 출력량을 초과하면, 분산전원 연계점에서 과전압이 나타날 수 있기 때문에, 제어 통신부(23)는 제2 연산부(222)를 통해 분산전원 연계점에서 전압변동이 발생하지 않도록 운전역률 지령치를 계산하여 결정한다(S218,S220).
여기서, 제2 연산부(222)가 분산전원(30)의 운전역률 지령치를 계산하는 과정은 다음과 같다.
먼저, 분산전원 연계점에서의 상시 전압변동률을 계산한다. 분산전원(30)이 배전계통에 연계되어 진상역률(계통기준으로는 지상역률)로 운전할 경우, 분산전원 연계점에서의 상시 전압변동률은 하기의 수학식 9 를 통해 계산된다.
수학식 9
Figure PCTKR2013008662-appb-M000009
여기서, ΔVpcc는 분산전원 연계점(Pcc;Point of Common Coupling)에서의 전압변동률이고, SDG는 분산전원(30)의 용량(MVA)이며, R은 배전선로의 정상분 저항성분이며, X는 배전선로의 정상분 리액턴스 성분이며, Φ는 분산전원(30)의 역률각이며,
Figure PCTKR2013008662-appb-I000004
는 분산전원(30)의 운전역률이며, VL은 배전선로의 공칭전압이다.
상기한 수학식 9에 나타난 바와 같이, 분산전원 연계점에서의 전압변동률(ΔVPcc)를 최소화하는 하기 위해서는, 수학식 9의 분자가 ‘0’이 되어야 한다.
또한, 분산전원(30)의 피상전력(SDG), 유효전력(PDG), 무효전력(QDG)의 관계는
Figure PCTKR2013008662-appb-I000005
및
Figure PCTKR2013008662-appb-I000006
이므로 수학식 9는 아래의 수학식 10과 같이 전개할 수 있다.
수학식 10
Figure PCTKR2013008662-appb-M000010
Figure PCTKR2013008662-appb-I000007
Figure PCTKR2013008662-appb-I000008
여기서, 수학식 10은 분산전원(30)의 유효출력과 선로의 저항성분의 곱에 의해 발생하는 전압상승분과 분산전원(30)의 무효출력과 선로 리액턴스 성분의 곱에 의해 발생하는 전압강하분이 서로 같아서 상쇄되면, 분산전원 연계점에서의 전압변동은 없음을 나타낸다.
이러한 수학식 10은 아래의 수학식 11과 같이 정리된다.
수학식 11
Figure PCTKR2013008662-appb-M000011
Figure PCTKR2013008662-appb-I000009
여기서, 수학식 11을 참조하면, 분산전원 운전역률이 배전선로의 정상분 저항성분과 정상분 리액턴스 성분의 관계식(
Figure PCTKR2013008662-appb-I000010
)과 일치하면, 전압변동률이 0% 됨을 알 수 있다.
즉, 분산전원(30)의 연계용량과 관계없이 분산전원 연계점의 전압변동률이 0%가 되는 분산전원(30)의 운전역률 연계조건은 배전선로의 임피던스의 비에 의해 결정된다. 실제로 배전선로에서는 여러 가지 전선이 복합적으로 사용되므로, 각 전선별 분산전원 연계점에서 변전소까지의 합성 임피던스가 적용되어야 할 것이다.
아래의 표 1은 가공배전선로의 전선종류와 해당 임피던스 정보이며 수학식 11로 전압변동률을 최소화하기 위해 이론적으로 계산된 분산전원(30)의 운전역률 계산값을 보여주고 있다.
표 1 가공배전선로의 전선종류와 해당 임피던스 정보
배전선로 전선종류 R(%/km) X(%/km) 전압변동률 최소화 운전역률(계산값)
ACSR 58 (mm2) 9.48 8.3686 0.651
ACSR 95 (mm2) 5.9739 8.0851 0.804
ACSR 160 (mm2) 3.4999 7.7498 0.911
ACSR 240 (mm2) 2.3604 7.4538 0.953
한편, 상기한 바와 같이 세팅된 유효출력 제한치(Pset) 및 운전역률 지령치(PFset)가 결정되면, 제어 통신부(23)는 이 유효출력 제한치(Pset) 및 운전역률 지령치(PFset)를 분산전원(30)으로 전달한다(S222).
이후, 제어 통신부(23)는 분산전원(30)으로 파라미터 전송이 완료되면, 주 제어장치(10)에서 새로운 파라미터가 수신되었는지를 판단(S224)하고, 그 판단 결과에 따라 단계(S200)으로 리턴하여 파라미터를 갱신하거나, 단계(S202)로 리턴하여 전압과 전류를 입력받는다.
마지막으로, 분산전원(30)은 로컬 제어기(20)로부터 입력이 없는 경우에는 자체적으로 최대출력 운전조건을 산출하여 유효전력 목표치와 무효전력 목표치를 결정하여 운전한다.
만약 외부에서 새로운 파라미터의 입력 즉, 운전역률 지령치(PFset) 및 유효출력 지령치(Pset)가 입력되면, 분산전원(30)은 입력받은 운전역률 지령치(PFset) 및 유효출력 지령치(Pset)을 이용하여 기 정해진 운전 모드에 따라 유효전력과 무효전력의 발전출력 목표치(P,Q)를 선정한다.
이러한 분산전원(30)은 도 1 에 도시된 바와 같이, 분산전원 제어부(31), 구동부(32), 발전부(33) 및 분산전원 연산부(34)를 포함한다.
분산전원 제어부(31)는 분산전원(30)을 전반적으로 제어하는 것으로써, 로컬 제어기(20)로부터 파라미터, 예를 들어 운전역률 지령치(PFset) 및 유효출력 지령치(Pset)를 전달받으면, 이 파라미터를 갱신하고, 이 파라미터에 따라 분산전원(30)의 최대발전 출력을 위한 최적 운전조건 즉, 유효전력 목표치(P) 및 무효전력 목표치(Q)을 산출하여 운전한다.
구동부(32)는 분산전원 제어부(31)로부터 전달받은 유효전력 목표치(P) 및 무효전력 목표치(Q)를 조정하여 조정된 유효전력 목표치(P) 및 무효전력 목표치(Q)를 발전부(33)에 입력한다.
이에 따라, 발전부(33)는 구동부(32)에서 조정된 유효전력 목표치(P) 및 무효전력 목표치(Q)에 따라 발전하여 유효전력(P)과 무효전력(Q)을 출력한다.
분산전원 연산부(22)는 발전부(33)의 유효전력(P)과 무효전력(Q)을 모니터링하여 그 운전상태에 따라 최대출력 운전조건을 분산전원 제어부(31)에 입력한다.
이러한 분산전원(30)의 동작 과정을 도 7 을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 7 을 참조하면, 분산전원 제어부(31)는 로컬 제어기(20)에서 전송한 파라미터를 갱신한다(S300).
분산전원 제어부(31)는 로컬 제어기(20)로부터 전송받은 파라미터를 내부으 메모리(미도시)에 갱신한 후, 최대 발전 출력을 위한 최적 운전조건을 산출하여 운전한다(S302). 이는 분산전원(30)의 기본 기능에 따라 수행되는 것이다.
이후, 분산전원 제어부(31)는 로컬 제어기(20)로부터 입력받은 파라미터 즉, 유효출력 지령치(Pset) 및 운전역률 지령치(PFset) 각각이 제1 설정값 및 제2 설정값인 지를 판단(S304,S308)하고, 각각이 제2 설정값 및 제1 설정값인 경우에는 앞서 단계(S302)에서 계산된 최적 운전조건으로 분산전원(30)을 운전한다(S314).
한편, 단계(304)에서의 판단 결과, 유효출력 지령치(Pset)가 제1 설정값으로 설정되지 않고 개별 분산전원(30)의 허용 유효전력 발전량(DG_Pout-limit)으로 설정되어 있으면, 분산전원 제어부(31)는 허용 유효전력 발전량(DG_Pout-limit)에 따라 유효출력을 제한하여 운전한다(S306).
여기서, 유효출력 지령치(Pset)가 제1 설정값으로 설정되지 않고 개별 분산전원(30)의 허용 유효전력 발전량(DG_Pout-limit)으로 설정되어 있을 경우, 분산 전원(30)이 현재의 순시 출력으로 계속 운전하면, 과전압이 발생할 수 있다.
반면에, 단계(S304)에서 유효출력 지령치(Pset)가 제1 설정값으로 설정된 상태에서, 단계(S308)에서의 판단 결과, 운전역률 지령치(PFset)가 제2 설정값으로 설정되지 않고 제2 연산부(222)에서 계산된 운전역률 지령치(PFset)로 설정되어 있으면, 분산전원 제어부(31)는 현재 유효출력 크기, 분산전원(30) 자체의 무효전력 발전능력 등의 운전환경을 고려하여 제2 연산부(222)에서 계산된 운전역률 지령치(PFset)로 분산전원(30)의 발전부(33)가 운전이 가능한지를 판단한다(S310).
단계(S10)에서의 판단 결과, 운전역률 지령치(PFset)로 운전할 수 없으면, 분산전원 제어부(31)는 고정역률 운전 모드를 포기하고 유효출력 제한모드로 전환하여 개별 분산전원(30)의 허용 유효전력 발전량(DG_Pout-limit)을 초과하지 않도록 운전(S306)한다.
그러나, 단계(S310)에서의 판단 결과, 세팅된 운전 역률 지령치(PFset)로 운전이 가능하면, 분산전원 제어부(31)는 고정역률 운전모드로 전환하여 세팅된 운전역률로 운전(S312)한다. 모든 경우 분산전원 연계점에서 과전압이 나타나지 않으므로 계속 운전하면서 로컬 제어기(20)로부터의 파라미터 수신여부를 판단(S316)하고, 그 판단 결과에 따라, 새로운 파라미터를 갱신(S300)하거나 단계(S302)로 리턴한다.
이를 통해 각각의 사업자는 발전량의 손해를 최소화하면서 많은 사업자가 배전선로를 공용하여 발전할 수 있으며 배전선로의 설비의 이용률도 극대화할 수 있다.
이하에서는 도 8 의 배전선로 모델을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 전력계통 연계 운전장치의 시뮬레이션 결과를 설명한다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 모델 배전계통도의 일 예를 도시한 도면이고, 도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 중부하 조건(10MVA, 1.0pu)에서 모델계통 시뮬레이션 해석 결과를 나타낸 도면이며, 도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 중부하 조건(10MVA, 1.0pu)에서 분산전원 역률별 배전선로 전압 분포를 나타낸 도면이며, 도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 경부하 조건(2.5MVA, 0.25pu)에서 모델계통 시뮬레이션 해석 결과를 나타낸 도면이며, 도 12 는 본 발명의 일 실시예에 따른 중부하 조건(2.5MVA, 0.25pu)에서 분산전원 역률별 배전선로 전압 분포를 나타낸 도면이다.
도 8 에 도시된 배전선로 모델의 분산전원(30)의 역률 조건을 가변하여 중부하 상태에서 전압분포를 해석한 결과를 도 9 및 도 10 에 나타내었고, 경부하 조건에서의 해석결과를 도 11 및 도 12 에 나타내었다.
도 9 내지 도 12 를 참조하면, Case1과 Case2의 해석결과는 전압변동률이 거의 차이가 없다. 또한 분산전원 DG1과 DG2에서의 전압변동률에서도 거의 차이가 없음을 알 수 있다. 따라서 두 해석 결과는 부하의 크기와 분산전원(30)의 용량에 무관하게 동일한 전압분포를 보여준다고 할 수 있다.
Case1은 분산전원(30)이 출력이 없을 때, 즉 분산전원(30)이 배전선로에 연계되기 이전의 전압분포 상태이고, Case2는 DG1과 DG2가 배전선로에 연계되어 각각 정격출력으로 발전하는 상태이다.
이때 각각의 분산전원(30)은 수학식 11에서 계산된 역률로 운전하는 경우이다. Case4는 역률 1로 운전하는 조건이다. Case3는 Case2의 역률 조건과 Case4의 역률 조건 사이의 역률 조건이 적용된 것이다.
해석결과에 나타난 바와 같이, 배전선로의 임피던스 특성과 배전계통의 전압상승원리에 착안하여 전압변동률을 최소화할 수 있도록 제안된 수학식 11에 의해 결정된 분산전원(30)의 운전역률은 근본적으로 배전계통에 전압변동률을 최소화시키는 바, 이를 통해 배전선로의 분산전원(30) 연계용량을 극대화시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 전력계통 연계 운전장치의 구현 예를 도시한 도면이고, 도 14 는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 전력계통 연계 운전장치의 다른 구현 예를 도시한 도면이며, 도 15 는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 전력계통 연계 운전장치의 또 다른 구현 예를 도시한 도면이며, 도 16 은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 전력계통 연계 운전장치의 또 다른 구현 예를 도시한 도면이다.
상기한 실시예에서는 도 13 에 도시된 바와 같이, 로컬 제어기(20)가 분산전원(30)과 별개로 구성되는 것을 예시로 설명하였다.
그러나, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되지 않으며, 로컬 제어기(20)는 분산전원(30)의 발전량, 통신 인프라 등에 따라 분산전원(30) 내부에 또는 외부에 다양하게 설치될 수 있다.
도 14 를 참조하면, 로컬 제어기(20)는 분산전원(30)에 일체형으로 분산전원(30) 내부에 설치될 수 있으며, 이 경우 상위 운영시스템인 전력계통 운영시스템의 주 제어장치(10)로부터 관련 파라미터를 전송받아 연계 운전한다.
이외에도, 로컬 제어기(20)가 상위 운영시스템과 연계되지 않고 로컬 최적화 운전을 하는 것도 가능하다. 이 경우에는 통신 인프라 비용이 절감될 수 있기 때문에 통신인프라가 갖춰지지 않은 여건에 적합하다.
또한, 로컬 제어기(20)가 분산전원(30) 내에 임베디드된 형태로 구성될 경우, 전력계통 운영시스템의 주 제어장치(10)로부터 직접 파라미터를 전송받을 수 있다. 만약 다수의 분산전원(30)이 설치되어 있고 전력계통 운영시스템이 다수의 분산전원(30)을 통합 관리할 경우, 주 제어장치(10)에 로컬 제어기(20)를 내장해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 전력계통 운영시스템과 연계없이 로컬 최적화 솔루션만으로도 운전될 필요가 있다. 즉, 분산전원 연계 집중개소 부하밀집 지역인 도심지역이 아닌 저밀도 부하의 농어촌 선로와 같이, 정보통신 인프라가 취약한 개소에서는 로컬 제어기(20)가 도 15 및 도 16 에 도시된 바와 같이, 주 제어장치(10)와 별도로 구성할 수도 있고 분산전원(30)에 내장될 수 있다. 이 경우, 정보통신 인프라의 지원없이 적용 가능하여 현재의 운영 여건에서 바로 적용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.

Claims (17)

  1. 전력계통 정보를 이용하여 계산된 파라미터 및 변전소로부터 분산전원이 연계된 분산전원 연계점에서의 전압 및 전류를 입력받는 입력부;
    상기 입력부에 입력된 상기 파라미터 및 상기 분산전원 연계점의 전압 및 전류를 이용하여 운전역률 지령치 및 유효출력 지령치를 계산하는 연산부; 및
    상기 입력부에 입력된 상기 분산전원 연계점에서의 전압과 상기 분산전원 연계점에서의 적정전압 상한값에 따라, 상기 연산부에서 계산된 상기 운전역률 지령치 및 상기 유효출력 지령치를 결정하여 상기 분산전원으로 전달하는 제어 통신부를 포함하는 분산전원 전력계통 연계 운전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 통신부는
    상기 입력부에 입력된 상기 분산전원 연계점에서의 전압이 상기 분산전원 연계점에서의 적정전압 상한값을 초과하면, 상기 유효출력 지령치를 상기 분산전원의 허용 유효전력 발전량으로 결정하는 것을 특징으로 하는 분산전원 전력계통 연계 운전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 통신부는
    상기 입력부에 입력된 상기 분산전원 연계점에서의 전압이 상기 분산전원 연계점에서의 적정전압 상한값 이하이면, 상기 유효출력 지령치를 기 설정된 제1설정값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 분산전원 전력계통 연계 운전 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어 통신부는
    상기 입력부에 입력된 상기 분산전원 연계점에서의 전압이 상기 분산전원 연계점에서의 적정전압 상한값 이하이면, 상기 분산전원의 현재 순시 유효전력 출력량과 상기 분산전원의 상시 최적 유효전력 발전량을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 운전역률 지령치를 결정하는 것을 특징으로 하는 분산전원 전력계통 연계 운전 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어 통신부는
    상기 현재 순시 유효전력 출력량이 상기 상시 최적 유효전력 발전량 이하이면, 상기 운전역률 지령치를 제2 설정값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 분산전원 전력계통 연계 운전 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제어 통신부는
    상기 현재 순시 유효전력 출력량이 상기 상시 최적 유효전력 발전량을 초과하면, 상기 분산전원 연계점의 전압상승분이 상기 무효출력에 의한 전압강하분으로 상쇄되도록 상기 운전역률 지령치를 계산하는 것을 특징으로 하는 분산전원 전력계통 연계 운전 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 운전역률 지령치는
    상기 분산전원 연계점으로부터 변전소 구간에 해당하는 선로임피던스를 저항성분과 리액턴스 성분으로 구분하고 상기 유효출력과 상기 저항성분에 의한 전압상승분 및 상기 무효출력과 상기 리액턴스 성분에 의한 전압강하분을 동일하게 하는 상기 유효출력과 상기 분산전원의 무효출력의 비율인 것을 특징으로 하는 분산전원 전력계통 연계 운전 장치.
  8. 전력계통 정보를 이용하여 분산전원의 유효전력과 연계선로에 대한 파라미터를 계산하는 주 제어장치;
    상기 주 제어장치에서 계산된 상기 파라미터, 배전계통에 상기 분산전원이 연계된 분산전원 연계점에서의 전압 및 전류를 이용하여 상기 분산전원의 운전역률 지령치 및 상기 분산전원의 유효출력 지령치를 계산하는 로컬 제어기; 및
    상기 로컬 제어기에서 계산된 상기 운전역률 지령치 및 상기 유효출력 지령치에 따라 유효전력과 무효전력을 발전시키는 분산전원을 포함하는 분산전원의 전력계통 연계 운전장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 파라미터는
    상기 분산전원 연계점의 전압상한 최소 전압여유도, 상기 분산전원의 허용 유효전력 발전량, 상기 분산전원의 상시 최적유효전력 발전량, 상기 분산전원 연계점의 선로임피던스를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산전원 전력계통 연계 운전장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 로컬 제어기는
    상기 주 제어장치로부터 상기 파라미터를 입력받고, 상기 변전소로부터 상기 연계점의 전압과 전류를 입력받아 저장하는 입력부;
    상기 입력부에 저장된 상기 파라미터 및 상기 분산전원 연계점의 전압 및 전류를 이용하여 상기 운전역률 지령치 및 상기 유효출력 지령치를 계산하는 연산부; 및
    상기 입력부의 전압과 상기 분산전원 연계점에서의 적정전압 상한값에 따라, 상기 연산부에서 계산된 상기 운전역률 지령치 및 상기 유효출력 지령치를 결정하여 상기 분산전원으로 전달하는 제어 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산전원 전력계통 연계 운전 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 분산전원은
    상기 로컬 제어기로부터 상기 운전역률 지령치 및 상기 유효출력 지령치를 유효전력 목표치 및 무효전력 목표치를 산출하는 분산전원 제어부;
    상기 분산전원 제어부로부터 전달받은 상기 유효전력 목표치 및 상기 무효전력 목표치를 조정하는 구동부;
    상기 구동부에서 조정된 상기 유효전력 목표치 및 상기 무효전력 목표치에 따라 발전하여 유효전력과 무효전력을 출력하는 발전부; 및
    상기 발전부에서 출력된 상기 유효전력과 상기 무효전력을 모니터링하여 운전 상태에 따라 최대출력 운전조건을 상기 분산전원 제어부에 입력하는 분산전원 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산전원 전력계통 연계 운전 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 분산전원 제어부는
    상기 로컬 제어기로부터 입력받은 상기 운전역률 지령치가 제2 설정값이고 상기 유효출력 지령치가 제1 설정값이면, 최적 운전조건으로 상기 유효전력과 무효전력을 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 분산전원 전력계통 연계 운전 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 분산전원 제어부는
    상기 유효출력 지령치가 제1 설정값으로 설정되고, 상기 운전역률 지령치가 제2 설정치로 설정되어 있지 않으면, 상기 운전역률 지령치로 상기 발전부의 운전이 가능한지 여부에 따라 상기 허용 유효전력 발전량으로 운전을 제한하거나, 상기 운전역률 지령치로 운전하는 것을 특징으로 하는 분산전원 전력계통 연계 장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 분산운전 제어부는
    상기 유효출력 지령치가 제1 설정값으로 설정되어 있지 않으면, 허용 유효전력 발전량에 따라 유효출력을 제한하여 운전하는 것을 특징으로 하는 분산전원 전력계통 연계 장치.
  15. 전력계통에 분산전원이 연계된 분산전원 연계점으로부터 변전소 구간에 해당하는 선로임피던스를 계산하는 단계;
    상기 선로임피던스, 상기 분산전원의 유효출력 및 상기 분산전원의 무효출력을 이용하여 상기 분산전원 연계점에서의 전압변동을 억제시키는 분산전원 운전역률을 계산하는 단계; 및
    상기 분산전원 운전역률에 따라 상기 분산전원을 운전시키는 단계를 포함하는 분산전원 전력계통 연계 운전 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 분산전원 운전역률은
    상기 분산전원의 유효출력과 상기 선로임피던스의 저항성분에 의한 전압상승분 및 상기 분산전원의 무효출력과 상기 선로임피던스의 리액턴스 성분에 의한 전압강하분을 동일하게 하는 상기 분산전원의 유효출력과 상기 분산전원의 무효출력의 비율인 것을 특징으로 하는 분산전원 전력계통 연계 운전 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 분산전원을 운전시키는 단계는
    상기 분산전원 연계점에서의 전압상승분을 상기 분산전원 연계점에서의 전압강하분으로 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 분산전원 전력계통 연계 운전 방법.
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