WO2021221270A1 - 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법 - Google Patents

분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법 Download PDF

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정욱
장권영
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for improving the power generation efficiency of a distributed power generation facility, and more particularly, when the generated power of the distributed power generation facility is connected and supplied to the transmission/distribution side, the power is generated by increasing the voltage within the allowable voltage range according to the linkage capacity. It relates to an apparatus and method for improving the power generation efficiency of a distributed power generation facility that improves the efficiency.
  • distributed power (DER: Distributed Energy Resource) is being supplied as a power generation power source that is distributed and deployed on a small scale near power consumption areas. .
  • new energy includes fuel cells, coal liquefaction gasification, heavy residue gasification, and hydrogen energy.
  • Renewable energy includes solar power, solar heat, bio, wind power, hydropower, marine, waste, and geothermal power, and the capacity of distributed power generation facilities is calculated so that distributed generators or power generation modules using them are linked with the transmission and distribution system.
  • the size of the transmission voltage is determined in view of the linked capacity to provide stabilization of the power system.
  • the conventional distributed power generation facility determines the on-site voltage according to the operating voltage determined by the transmission and distribution system, and transmits it to the transmission and distribution system at a fixed voltage according to the determination, so there is a problem that the distributed generation capacity cannot be increased and the power generation efficiency is low. .
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent No. 10-1815464
  • Patent Document 2 Republic of Korea Patent No. 10-2072972
  • the present invention is to solve the above problems, and when supplying the generated power of the distributed power generation facility to the transmission and distribution side in connection with the power generation of a distributed power generation facility that improves the power generation efficiency by increasing the voltage within the allowable voltage range according to the connection capacity
  • An object of the present invention is to provide an apparatus and method for improving efficiency.
  • an apparatus for improving power generation efficiency of a distributed power generation facility includes: a tap changer for controlling a station transformer that supplies power to a transmission/distribution side in a distributed power generation facility; an automatic voltage regulator providing a tap change control signal to the tap changer; a reference value memory for recording an allowable voltage range that can be supplied from the distributed power generation facility to a transmission/distribution side; and a transmission controller for providing a set point control signal including a command to boost the on-site transformer within the allowable voltage range according to the amount of power generation to the automatic voltage regulator.
  • the tap changer is an on-load tap changer (OLTC) that changes the tap position while power is being supplied to switch the turns ratio of the on-site transformer
  • the on-load tap changer is the on-load tap changer of the on-site transformer. It is preferable to be connected to the secondary side to increase the number of windings on the secondary side of the transformer so that the voltage is boosted.
  • the automatic voltage regulator is preferably an automatic voltage regulator (AVR) that controls the on-load tap changer so that the boosted voltage is maintained within the allowable voltage range.
  • AVR automatic voltage regulator
  • the transmission controller increases the voltage so that the voltage output from the distributed power generation facility to the transmission/distribution side is maximized within the allowable voltage range.
  • At least one control node for controlling the voltage transmitted from the distributed power generation facility to the transmission and distribution side, wherein the transmission controller monitors the voltage detected by the control node, a set point control signal within the allowable voltage range It is preferable to create
  • control node includes an inverter and a capacitor connected to the output side of the distributed power generation facility, and the transmission controller preferably controls any one or more of the inverter and the capacitor so that the voltage is boosted within the allowable voltage range.
  • the transmission controller collects measurement data from a control node having a measurement device among the control nodes, analyzes power data using the collected measurement data, uses the distributed power generation facility as an input side, and the transmission and distribution side It is preferable to calculate a parameter by applying the analyzed power data to a four-terminal integer method using as an output side, and adjust the control node within the allowable voltage range by calculating an adjustment voltage at the control node with the parameter. .
  • the transmission controller configures a load model including at least one node among the control nodes through a load modeling technique, and calculates a power flow in the load model through a power flow calculation technique, It is preferable to calculate a parameter at each node constituting the load model using the calculated power current, and adjust the control node within the allowable voltage range by calculating an adjustment voltage at the control node with the parameter. do.
  • the method for improving the power generation efficiency of a distributed power generation facility comprises: a permissible range determining step of recording the allowable voltage range that can be supplied from the distributed power generation facility to the transmission and distribution side in a reference value memory; a step-up command step of providing a set-point control signal including a command to step-up the transformer within the allowable voltage range in the transmission controller according to the amount of power generation; a switching signal providing step of providing a tap switching control signal according to the set point control signal in the automatic voltage regulator; And it characterized in that it comprises a step-up control step of controlling to step-up the secondary winding of the on-site transformer for supplying power from the distributed power generation facility to the transmission and distribution side in accordance with the tap change control signal in the tap changer.
  • the in-house transmission voltage is controlled to be boosted within the allowable voltage range according to the linked capacity.
  • the final generation output of the distributed generation power source is increased to improve power generation efficiency in terms of power generation, improve economic efficiency, and prevent voltage drop in the system to increase power supply reliability.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an apparatus for improving power generation efficiency of a distributed power generation facility according to the present invention.
  • FIG 2 is an exemplary view showing the allowable voltage range of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a 4-terminal network load model of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing the Newton-Raphson method applied to the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for improving power generation efficiency of a distributed power generation facility according to the present invention.
  • the present invention supplies the power generated by the distributed power generation facility 10 to the transmission and distribution side, and the control of the power station so that the distributed generation facility 10 is connected to the power grid of the transmission and distribution side
  • the transmission voltage is regulated by node 20 .
  • the distributed power generation facility 10 is a power source including a generator or a power generation module that can be distributed and placed near a power consumption area on a small scale, and is often referred to as a generator and supplies distributed energy resource (DER).
  • DER distributed energy resource
  • Examples of the distributed power generation facility 10 include new energy, renewable energy, and private power generation facilities.
  • new energy includes fuel cell, coal liquefaction gasification, heavy residue gasification, hydrogen energy, etc.
  • renewable energy includes solar power, solar heat, bio, wind power, hydropower, marine, waste and geothermal power.
  • the transmission/distribution side is a power system that supplies power to large-scale and small-scale consumers or power loads such as factories, and the organizers that manage the transmission/distribution side may vary by country, and are usually installed and installed by public institutions or power companies (eg, KEPCO). managed
  • the control node 20 controls to supply the power generated by the distributed power generation facility 10 to the transmission and distribution side, and the control node 20 includes an on-site transformer 21 that adjusts the voltage to suit the associated capacity.
  • an inverter 22 and a capacitor 23 may be further included.
  • an inverter 22 is installed at the output terminal of the distributed power generation facility 10 to adjust the frequency as well as the voltage, and the capacitor adjusts the voltage at the output terminal of the inverter 22 to stabilize the output voltage.
  • the on-site transformer 21 finally transforms the voltage.
  • the on-site transformer 21 is a transformer for supplying power to a load in a substation, and may mean directly connected to a bus bar, but in the present invention, it means a transformer for transmitting power to the transmission/distribution side.
  • the distributed power generation facility 10 may be composed of a plurality of power generation sources, such as a photovoltaic (PV) panel, and the on-site transformer 21 or inverter 22 is an output terminal of the distributed power generation facility 10 . It may be provided in each or may be commonly connected to a plurality of distributed power generation facilities (10). This is also the case for the capacitor 23 .
  • PV photovoltaic
  • Such a distributed power generation facility 10 is a distributed power generation system connected to the power grid (transmission and distribution side) through the control node 20 including the on-site transformer 21, inverter 22, and capacitor 23. and linkage is made so as not to impair the operational stability of the power system on the power transmission and distribution side.
  • the apparatus 100 for improving the power generation efficiency of a distributed power generation facility includes a tap changer 110 , an automatic voltage regulator 120 , a reference value memory 130 , and a transmission controller 140 , and these configurations
  • the element interworks with the distributed power generation facility 10 of the above-described distributed power generation system and the control node 20 therefor.
  • the tap changer 110 controls the on-site transformer 21 which is one of the control nodes 20 , and the automatic voltage regulator 120 controls the tap changer 110 .
  • the reference value memory 130 records the allowable voltage range of the transmission/distribution side, and the transmission controller 140 forces the in-house transformer 21 to be boosted higher than before the voltage change within the allowable voltage range.
  • the in-house transmission voltage is controlled to be boosted more than before within the allowable voltage range according to the linked capacity.
  • the step-up control of the in-house voltage is performed at the time of determination through monitoring, the time of voltage drop due to the decrease in the amount of power generation of the distributed power generation facility 10, and the time of voltage drop due to the increase in the load, and the step-up is within the allowable voltage range. is done within
  • the final generation output of the distributed generation power source is increased to improve power generation efficiency in terms of power generation, improve economic efficiency, and prevent voltage drop in the system to increase power supply reliability.
  • the tap changer 110 controls a station transformer 21 that supplies power from the distributed power generation facility 10 to the transmission/distribution side.
  • the on-site transformer 21 is one of the control nodes 20 and is usually provided at the end of the transmission side.
  • the tap changer 110 applies an on-load tap changer (OLTC) to control the on-site transformer 21 that is supplying generated power.
  • the on-load tap changer 110 changes the tap position while power is being supplied to change the turns ratio of the on-site transformer 21 .
  • the on-load tap changer 110 applied to the present invention is connected to the secondary side of the on-site transformer 21, and increases the number of windings on the secondary side of the on-site transformer 21 by changing the on-site transformer 21. to increase the pressure in That is, it is forced to increase the voltage from the previous voltage state.
  • the present invention Compared to the conventional OLTC that is installed on the secondary side of the OLTC to increase the number of turns (turns ratio) in the secondary side of the OLTC, in the present invention, it is installed on the secondary side of the OLTC, whereas it is common to reduce the pressure for supply to the customer by changing the tap while installed on the primary side of the transformer. will make it
  • the voltage and reactive power optimization control using CVR Consservation Voltage Reduction
  • CVR Consservation Voltage Reduction
  • the automatic voltage regulator 120 provides (transmits) a tap change control signal to the tap changer 110.
  • the tap changer 110 for the purpose of regulating the voltage transmitted to the transmission and distribution side of the power generated in the distributed power generation facility. ) to control
  • the automatic voltage regulator 120 is preferably an AVR (Automatic Voltage Regulator) that controls the on-load tap changer 110 to increase the voltage within the allowable voltage range stored in the reference value memory 130 to be described later.
  • AVR Automatic Voltage Regulator
  • a distributed power generation facility 10 in which the linkage capacity of a distributed power source such as a solar power plant, a wind power plant, and a fuel cell exceeds 500 kW, 22.9 kV according to the distribution system linkage technology standard prescribed by the transmission and distribution side Connections must be made with a special high voltage.
  • the final power generation voltage of the distributed power generation facility 10 is approximately 380V to 6,600V, so it is necessary to boost it by the on-site transformer 21 so that it is connected to the 22.9kV special high voltage prescribed by the transmission and distribution side.
  • the reference value memory 130 records the allowable voltage range that can be supplied from the distributed power generation facility 10 to the transmission/distribution side, and records the range of the allowable voltage specified during grid connection as described above.
  • Korea Electric PowerTM a power provider that manages the transmission and distribution system in Korea as an example, so that the generated power is transmitted within the voltage range of 22.9 kV ⁇ 3% to 5%, and the allowable voltage range is provided accordingly.
  • step-up for grid linkage may be different for each country or region, and may also vary depending on the transmission/distribution side linkage capacity or the linkage capacity according to the distributed power generation facility 10, so the reference value memory 130 is allowed accordingly. Record the voltage range.
  • Transmission controller 140 provides a set point control signal to the automatic voltage regulator 120 according to the amount of power generated by the distributed power generation facility, and the set point control signal includes step-up of the on-site transformer 21 within the allowable voltage range. command is included.
  • the set point control signal controlled by the transmission controller 140 is used for boosting the power generation power source and the power transmission/distribution side, but in the present invention, the purpose of the present invention is to increase the transmission voltage that is already within the allowable range higher than before.
  • the transmission controller 140 boosts the voltage output from the distributed power generation facility 10 to the transmission/distribution side to the maximum value specified according to the grid connection. That is, it is controlled so that it becomes the maximum value within the allowable voltage range.
  • control node 20 by controlling the control node 20 according to a change in the amount of power generation in the distributed power generation facility 10 , it is possible to set a step-up condition within an optimal allowable range that can be provided by the amount of power generation.
  • the present invention includes at least one control node 20 for controlling the voltage transmitted from the distributed power generation facility 10 to the transmission/distribution side.
  • the control node 20 may include an inverter 22 and a capacitor 23 as well as an on-site transformer 21 .
  • the voltage is regulated at each node as the inverter 22 and the capacitor 23 are sequentially connected, and the tap changer 110 of the on-site transformer 21 as well as other control nodes ( 20) to enable boosting according to the amount of power generation.
  • This control is preferably done in real time.
  • the transmission controller 140 of the present invention monitors the voltage detected by the control node 20 and generates a set point control signal within the allowable voltage range according to the monitoring result.
  • control node 20 includes the inverter 22 and the capacitor 23, it is preferable to control any one or more of the inverter 22 and the capacitor 23 so that the voltage is increased within the allowable voltage range.
  • the transmission controller 140 controls the inverter 22 to increase the voltage in the inverter 22 .
  • the present invention controls the control node 20 so that the current transmission voltage or the current in-house transformer secondary-side voltage is boosted by referring to the allowable voltage range in the transmission controller 140 .
  • the transmission controller 140 of the present invention monitors the voltage at each of the control nodes 20 through the monitoring of the control node 20, and provides a method for further improving the voltage control efficiency through this.
  • the transmission controller 140 extracts a voltage for each of the control nodes 20 .
  • the voltage of the control node 20 means the input terminal and/or output terminal voltage of each node, and is divided into a node having a measurement device and a node not having the measurement device.
  • the transmission controller 140 is a control node with a measuring device among the control nodes 20 . Collect the measurement data in (20). The collection of metrology data is preferably done in real time.
  • real-time power data is analyzed using the collected measurement data, and parameters are calculated by applying the analyzed power data to a 4-terminal water purification method. Calculation of parameter values is also calculated in real time so as to respond to voltages that change in real time.
  • the 4-terminal water purification method uses the distributed power generation facility 10 as an input side and the transmission/distribution side as an output side, and parameters include voltage, current, impedance, reactive power, power factor, and the like.
  • control node 20 is adjusted within the allowable voltage range by calculating the adjustment voltage at the control node 20 as a parameter.
  • the control node 20 is controlled in real time so that the step-up is made in the adjustable voltage range identified through the parameter.
  • any of Newton-Raphson method, adaptive Newton-Raphson method, Fast-Decoupled method and Accelerated Gauss-Seidel method One can be used. Therefore, the voltage is adjusted within the allowable voltage range based on the calculated voltage.
  • the transmission controller 140 constructs a load model including at least one or more nodes among the control nodes 20 through the load modeling technique. do.
  • a ZIP model or a complex (static and dynamic) load model may be used for modeling the load of the control node 20 used for voltage regulation, and then, a power flow in the load model through a power flow calculation technique to calculate
  • Calculation of power flow may be performed using a 4-terminal integer method, a Newton-Rapsson method, an adaptive Newton-Rapsson method, a fast-decoupled method, and an accelerated Gauss-Seidel method.
  • parameters such as voltage may be calculated when the approximations of the calculated voltages are within an error range by adjusting the input voltage little by little by the Newton-Labson method.
  • the Newton-Rapson method is a method of gradually finding a solution while drawing a tangent from the current x value and using x as a point where the tangent meets the x-axis.
  • the Newton-Rapson method starts from an arbitrary value or initial value x1 and continues to move x until convergence according to the following ⁇ Equation> to find an approximation, and the termination condition is that the change in x value is until almost none.
  • the present invention calculates parameters at each node constituting the load model using the power current calculated as above.
  • the calculated parameters include voltage, current, impedance, power factor, reactive power, and the like.
  • control node 20 is adjusted within the allowable voltage range by calculating the adjustment voltage at the control node 20 as a parameter.
  • the control node 20 is controlled in real time so that the step-up is made in the adjustable voltage range identified through the parameter.
  • the transmission controller 140 estimates the voltages in the control node 20 with the measuring device and the control node 20 without the measuring device in the above-described manner, respectively, and then all the control nodes 20 By controlling each to the optimal state, the final output voltage is adjusted so that it is boosted within the allowable voltage range.
  • the transmission controller 140 of the present invention analyzes the power system using the 4-terminal integer method based on the real-time load model configuration of the distributed power supply.
  • the voltage, current, reactive power, power factor, etc. of the on-site system and transmission/distribution system of the distributed power source are calculated to calculate the voltage for generating the maximum efficiency in real time.
  • the voltage is adjusted by setting control points in the automatic voltage regulator 120 , the inverter 22 , and the capacitor 23 based on the real-time calculated information.
  • the transmission controller 140 calculates the final output voltage of the distributed power source in real time within the allowable voltage range according to the voltage change of the distributed power supply system and the related transmission and distribution system, considering the stability of the existing voltage. Adjust.
  • the final power generation output of the distributed power supply is increased to improve energy efficiency, and the economic feasibility of the distributed power source is increased to enable the expansion of the distributed power supply.
  • a distributed power generation facility 10 in which the linkage capacity of a distributed power source such as a solar power plant, a wind power plant, and a fuel cell exceeds 500 kW, 22.9 kV according to the distribution system linkage technology standard prescribed by the transmission and distribution side Connections must be made with a special high voltage.
  • the final power generation voltage of the distributed power generation facility 10 is approximately 380V to 6,600V, so it is necessary to boost it by the on-site transformer 21 so that it is connected to the 22.9kV special high voltage prescribed by the transmission and distribution side.
  • the present invention monitors the power generation state of the distributed power generation facility 10 in the transmission controller 140 and, when the current linked capacity corresponds to a high capacity, the on-site transformer 21, inverter 22 and capacitor 23 It is preferable to control so that each step-up is made in the order of .
  • the inverter 22, the capacitor 23, and the on-site transformer 21 in the order It is preferable to control so that each step-up is made.
  • the distributed power generation facility 10 itself is a high-capacity generator. It is to first step up the voltage by the inverter 22 by checking whether there is. As is known, the inverter 22 is also capable of frequency control in addition to step-up, and is advantageous for low-capacity precision control than a transformer.
  • the method for improving power generation efficiency of a distributed power generation facility includes an allowable range determination step (S110), a step-up command step (S120), a switching signal providing step (S130), and a step-up control step (S140). do.
  • the present invention supplies the power generated by the distributed power generation facility 10 to the transmission and distribution side, and the power transmission voltage is transmitted by the control node 20 within the facility so that the distributed generation facility 10 is connected to the power grid on the transmission and distribution side. to adjust
  • the distributed power generation facility 10 is a power source including a generator or a power generation module that can be distributed and disposed in the vicinity of an electric power consumption area on a small scale, and there are new energy, renewable energy, and private power generation facilities.
  • the control node 20 controls to supply the power generated by the distributed power generation facility 10 to the transmission and distribution side, and the control node 20 has an on-site transformer 21 and an inverter 22 that adjust the voltage according to the connected capacity. and a capacitor 23 .
  • an inverter 22 is installed at the output terminal of the distributed power generation facility 10 to adjust the voltage as well as the frequency, and the capacitor regulates the voltage at the output terminal of the inverter 22 to stabilize the output voltage, and an in-house transformer (21) finally changes the voltage.
  • the distributed power generation facility 10 may be composed of a plurality of power sources, and the on-site transformer 21 or inverter 22 is provided at the output terminal of the distributed power generation facility 10, respectively, or a plurality of distributed power generation It may be commonly connected to the facility 10 . This is also the case for the capacitor 23 .
  • the allowable voltage range that can be supplied from the distributed power generation facility 10 to the transmission/distribution side is recorded in the reference value memory 130 . That is, the range of allowable voltage specified when connecting to the grid is recorded.
  • the final power generation voltage of the distributed power generation facility 10 is approximately 380V to 6,600V, it is necessary to boost the voltage by the on-site transformer 21 so that it is connected to the 22.9kV special high voltage prescribed by the transmission and distribution side.
  • step-up command step (S120) the allowable voltage range is read with reference to the reference value memory 130, and a set point control signal including a command to step-up the in-house transformer 21 within the allowable voltage range according to the amount of generation is provided. to provide.
  • the set point control signal controlled by the transmission controller 140 is used for boosting the power generation power source and the power transmission/distribution side, but in the present invention, the purpose of the present invention is to increase the transmission voltage that is already within the allowable range higher than before.
  • the transmission controller 140 may boost the voltage output from the distributed power generation facility 10 to the transmission/distribution side to the maximum value specified according to the grid connection. That is, it can be controlled so that it becomes the maximum value within the allowable voltage range.
  • the automatic voltage regulator 120 provides a tap switching control signal according to the set point transmitted from the transmission controller 140 .
  • the provided tap change control signal is a step-up control signal of the tap changer 110 .
  • An automatic voltage regulator (AVR) for controlling the on-load tap changer 110 to increase the voltage within the allowable voltage range stored in the reference value memory 130 may be applied to the automatic voltage regulator 120 .
  • a margin of 3% to 5% is recognized based on 22.9kV when connecting to the grid, so the automatic voltage regulator 120 is within the allowable voltage range of 22.9kV ⁇ 3% to 5%. Control to transmit the generated power to the transmission/distribution side.
  • step-up control step ( S140 ) the secondary winding of the on-site transformer 21 that supplies power from the distributed power generation facility 10 to the transmission/distribution side is controlled to step-up.
  • the step-up is performed by the tap changer 110 switching the number of windings of the transformer 21 in the element according to the tap change control signal.
  • the tap changer 110 applies the on-load tap changer 110 to control the on-site transformer 21 that is supplying generated power.
  • the on-load tap changer 110 changes the tap position while power is being supplied to change the turns ratio of the on-site transformer 21 .
  • the on-load tap changer 110 applied to the present invention is connected to the secondary side of the on-site transformer 21, and increases the number of windings on the secondary side of the on-site transformer 21 by changing the on-site transformer 21. to increase the pressure in
  • the present invention Compared to the conventional OLTC that is installed on the secondary side of the OLTC to increase the number of turns (turns ratio) in the secondary side of the OLTC, in the present invention, it is installed on the secondary side of the OLTC, whereas it is common to reduce the pressure for supply to the customer by changing the tap while installed on the primary side of the transformer. will make it
  • the present invention further includes a node control step (S140a) of controlling the control node 20 except for the on-site transformer 21 according to the amount of power that is changed in real time in the distributed power generation facility 10, It is possible to set the step-up condition within the optimal allowable range that can be provided.
  • the present invention includes at least one control node 20 for controlling the voltage transmitted from the distributed power generation facility 10 to the transmission/distribution side, and the control node 20 includes an on-site transformer 21 and an inverter 22 and a capacitor 23 .
  • the voltage is regulated at each node as the inverter 22 and the capacitor 23 are sequentially connected, and the tap changer 110 of the on-site transformer 21 as well as other control nodes ( 20) to enable boosting according to the real-time power generation amount.
  • the transmission controller 140 of the present invention monitors the voltage detected by the control node 20 and generates a set point control signal within the allowable voltage range according to the monitoring result.
  • control node 20 includes the inverter 22 and the capacitor 23, it is preferable to control any one or more of the inverter 22 and the capacitor 23 so that the voltage is increased within the allowable voltage range.
  • the transmission controller 140 controls the inverter 22 to increase the voltage in the inverter 22 .
  • control node 20 is controlled so that the transmission controller 140 increases the voltage compared to the current transmission voltage with reference to the allowable voltage range.
  • the transmission controller 140 of the present invention monitors the voltage at each of the control nodes 20 in real time through the monitoring of the control node 20 , thereby providing a method for further improving the voltage control efficiency.
  • the transmission controller 140 extracts a voltage for each of the control nodes 20 .
  • the voltage of the control node 20 means the input terminal and/or output terminal voltage of each node, and is divided into a node having a measurement device and a node not having the measurement device.
  • the transmission controller 140 is a control node with a measuring device among the control nodes 20 . Collect real-time measurement data in (20).
  • real-time power data is analyzed using the measurement data collected in real time, and parameters are calculated by applying the real-time analyzed power data to a four-terminal water purification method.
  • the 4-terminal water purification method uses the distributed power generation facility 10 as an input side and the transmission/distribution side as an output side, and parameters include voltage, current, impedance, reactive power, power factor, and the like.
  • control node 20 is adjusted in real time within the allowable voltage range by calculating the adjustment voltage at the control node 20 as a parameter. That is, the control node 20 is controlled so that the step-up is made in the adjustable voltage range confirmed through the parameter.
  • any one of the Newton-Rapsson method, the adaptive Newton-Rapsson method, the Fast-Decoupled method, and the accelerated Gauss-Seidel method may be used.
  • the transmission controller 140 constructs a load model including at least one or more nodes among the control nodes 20 through the load modeling technique. do.
  • a ZIP model or a complex (static and dynamic) load model may be used for modeling the load of the control node 20 used for voltage regulation, and then, a power flow in the load model through a power flow calculation technique to calculate
  • Calculation of power flow may be performed using a 4-terminal integer method, a Newton-Rapsson method, an adaptive Newton-Rapsson method, a fast-decoupled method, and an accelerated Gauss-Seidel method.
  • parameters at each node constituting the load model are calculated using the calculated power current.
  • the calculated parameters include voltage, current, impedance, power factor, reactive power, and the like.
  • control node 20 is adjusted in real time within the allowable voltage range by calculating the adjustment voltage at the control node 20 as a parameter. That is, the control node 20 is controlled so that the step-up is made in the adjustable voltage range confirmed through the parameter.
  • the transmission controller 140 estimates the voltages in the control node 20 with the measuring device and the control node 20 without the measuring device in the above-described manner, respectively, and then, after all the control nodes 20 By controlling each to the optimal state, the final output voltage is adjusted so that it is boosted within the allowable voltage range.
  • the present invention monitors the power generation state of the distributed power generation facility 10 in the transmission controller 140 and, when the current linked capacity corresponds to a high capacity, the on-site transformer 21, inverter 22 and capacitor 23 It is preferable to control so that each step-up is made in the order of .
  • the inverter 22, the capacitor 23, and the on-site transformer 21 in the order It is preferable to control so that each step-up is made.
  • the distributed power generation facility 10 itself is a high-capacity generator. Check if there is, and boost the voltage with the inverter 22 first.
  • the inverter 22 is also capable of frequency control in addition to step-up, and is advantageous for low-capacity precision control than a transformer.
  • AVR automatic voltage regulator

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Abstract

본 발명은 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분산형 발전 설비의 발전 전력을 송배전측으로 연계 공급시 연계 용량에 따른 허용 전압 범위내에서 승압이 이루어지게 함으로써 발전 효율을 향상시키는 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법
본 발명은 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분산형 발전 설비의 발전 전력을 송배전측으로 연계 공급시 연계 용량에 따른 허용 전압 범위내에서 승압이 이루어지게 함으로써 발전 효율을 향상시키는 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전력계통망에 연계되는 모든 발전설비는 전력계통의 운용 안정성을 저해하지 않으면서 연계되어야 하며, 이에 대한 기술적 요건은 국가마다 상이하기는 하지만 통상 그리드 코드(GRID CODE)나 송배전 사업자측에 명시된다.
따라서 새로운 발전설비를 전력계통망에 연계하고자 할 때 전력계통망의 안정성 및 신뢰성을 위협하지 않으면서 부하에 연계 가능하도록 새로운 발전설비에 대하여 설계할 필요성이 있다.
최근에는 대규모 집중형 전원과는 달리 전력 소비 지역 부근에 소규모로 분산하여 배치되는 발전 전원으로서 분산형 전원(DER: Distributed Energy Resource)이 공급되고 있으며, 분산형 전원에도 연계 용량을 고려한 설계가 필요하다.
대표적으로 분산형 전원은 직류 수용가의 등장과 함께 직류전원의 직접적인 공급에 대한 요구가 증대됨에 따라 직류전원을 직접 수용가에 공급할 수 있는 직류배전을 중심으로 개발되고 있다.
이러한 분산형 전원의 활용성을 높이기 위해 배전 계통에 신에너지나 재생에너지 및 자가용 발전설비를 이용하고 있으며, 그 중 신에너지는 연료전지, 석탄액화가스화, 중질잔사유 가스화 및 수소 에너지 등이 있다.
재생 에너지는 태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력, 해양, 폐기물 및 지열 등이 있으며, 이들을 이용한 분산 발전기나 발전 모듈 등이 송배전 계통과 연계되도록 분산 발전 설비의 용량을 산정하고 있다.
이때, 분산 발전원으로 동작하는 분산 발전기 등은 송배전 전력품질을 결정하는 전압에 영향을 줄 수 있기 때문에, 연계 용량의 관점에서 송출 전압의 크기를 정하여 전력 계통의 안정화를 제공한다.
그러나, 종래의 분산 발전 설비는 송배전 계통에서 정해놓은 운용 전압에 따라 소내 전압을 결정하고, 결정에 따라 고정된 전압으로 송배전 계통에 송출하므로 분산 발전 용량을 높이지 못하여 발전 효율이 낮다는 문제가 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 등록특허 제10-1815464호
(특허문헌 2) 대한민국 등록특허 제10-2072972호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 분산형 발전 설비의 발전 전력을 송배전측으로 연계 공급시 연계 용량에 따른 허용 전압 범위내에서 승압이 이루어지게 함으로써 발전 효율을 향상시키는 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치는 분산형 발전 설비에서 송배전측으로 전력을 공급하는 소내 변압기(station transformer)를 제어하는 탭 절환기와; 상기 탭 절환기에 탭 절환 제어신호를 제공하는 자동전압조정기와; 상기 분산형 발전 설비에서 송배전측으로 공급 가능한 허용 전압 범위를 기록하는 기준값 메모리; 및 발전량에 따라 상기 허용 전압 범위 이내에서 상기 소내 변압기를 승압시키는 명령이 포함된 셋트 포인트 제어신호를 상기 자동전압조정기에 제공하는 송출 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 탭 절환기는 전력을 공급중인 상태에서 탭 위치를 변화시켜 상기 소내 변압기의 권선비를 절환시키는 부하시 탭 절환기(OLTC: On Load Tap Changer)이고, 상기 부하시 탭 절환기는 상기 소내 변압기의 2차측에 연결되어, 상기 소내 변압기의 2차측 권선수를 증가시켜 승압이 이루어지게 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자동전압조정기는 상기 허용 전압 범위 이내에서 상기 승압된 전압이 유지되도록 상기 부하시 탭 절환기를 제어하는 AVR(Automatic Voltage Regulator)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 송출 제어기는 상기 허용 전압 범위 이내에서 상기 분산형 발전 설비에서 송배전측으로 출력되는 전압이 최대가 되도록 승압시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분산형 발전 설비에서 송배전측으로 송출되는 전압을 제어하는 적어도 하나 이상의 제어 노드를 포함하되, 상기 송출 제어기는 상기 제어 노드에서 검출된 전압을 감시하여, 상기 허용 전압 범위 이내의 셋 포인트 제어신호를 생성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어 노드는 상기 분산형 발전 설비의 출력측에 연결된 인버터 및 캐패시터를 포함하되, 상기 송출 제어기는 상기 허용 전압 범위 이내에서 승압이 이루어지도록 상기 인버터 및 캐패시터 중 어느 하나 이상을 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 송출 제어기는 상기 제어 노드들 중 계측 장치가 있는 제어 노드에서 계측 데이터를 수집하고, 상기 수집된 계측 데이터를 이용하여 전력 데이터를 분석하고, 상기 분산형 발전 설비를 입력측으로 하고 상기 송배전측을 출력측으로 하는 4단자 정수법에 상기 분석된 전력 데이터를 적용하여 파라미터를 산출하며, 상기 파라미터로 상기 제어 노드에서의 조정 전압을 산출하여 상기 허용 전압 범위 이내에서 상기 제어 노드를 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 송출 제어기는 부하 모델링 기법을 통해 상기 제어 노드들 중 적어도 하나 이상의 노드를 포함하는 부하 모델을 구성하고, 전력 조류(power flow) 계산 기법을 통해 상기 부하 모델에서의 전력 조류를 산출하고, 상기 산출된 전력 조류를 이용하여 상기 부하 모델을 구성하는 각 노드에서의 파라미터를 산출하며, 상기 파라미터로 상기 제어 노드에서의 조정 전압을 산출하여 상기 허용 전압 범위 이내에서 상기 제어 노드를 조정하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 방법은 분산형 발전 설비에서 송배전측으로 공급 가능한 허용 전압 범위를 기준값 메모리에 기록하는 허용 범위 결정단계와; 송출 제어기에서 발전량에 따라 상기 허용 전압 범위 이내에서 소내 변압기를 승압시키는 명령이 포함된 셋트 포인트 제어신호를 제공하는 승압 명령단계와; 자동전압조정기에서 상기 셋트 포인트 제어신호에 따라 탭 절환 제어신호를 제공하는 절환신호 제공단계; 및 탭 절환기에서 상기 탭 절환 제어신호에 따라 분산형 발전 설비에서 송배전측으로 전력을 공급하는 소내 변압기의 2차측 권선을 승압시키도록 제어하는 승압 조절 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명은 분산형 발전 설비의 발전 전력을 송배전측으로 연계 공급시 연계 용량에 따른 허용 전압 범위내에서 소내 송출 전압을 이전보다 승압되도록 제어한다.
따라서, 수시로 급변하는 발전 계통의 전압에 대응하여 분산형 발전 전원의 최종 발전 출력량을 증대시켜 발전 측면에서 발전 효율이 향상되고, 경제성을 향상시키며, 계통의 전압 강하를 방지하여 전력 공급 신뢰성을 높인다.
도 1은 본 발명에 따른 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 허용 전압 범위를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 4단자망 부하 모델을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 뉴튼-랩슨 법을 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1과 같이, 본 발명은 분산형 발전 설비(10)에서 발전된 전력을 송배전측에 공급하는 것으로, 분산형 발전 설비(10)가 송배전측의 전력계통망에 연계되도록 소내(power station)의 제어 노드(20)에 의해 송전 전압이 조정된다.
여기서 분산형 발전 설비(10)는 소규모로 전력 소비 지역 부근에 분산하여 배치가 가능한 발전기나 발전모듈 등을 포함한 발전원으로서 흔히 발전기라 하며 분산형 전원(DER: Distributed Energy Resource)을 공급한다.
분산형 발전 설비(10)로는 실시예로 신에너지, 재생 에너지 및 자가용 발전설비 등이 있다. 이때 신에너지에는 연료전지, 석탄액화가스화, 중질잔사유 가스화 및 수소 에너지 등이 있고, 재생 에너지에는 태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력, 해양, 폐기물 및 지열 등이 있다.
송배전측은 대규모 및 소규모의 수용가나 공장 등의 전력 부하에 전력을 공급하는 전력 계통으로, 국가별로 송배전측을 관리하는 주최는 다를 수 있으며 보통은 공공기관이나 전력 사업체(예: 한국전력)에서 설치 및 관리된다.
제어 노드(20)는 분산형 발전 설비(10)에서 발전된 전력을 송배전측에 공급하도록 제어하는 것으로, 제어 노드(20)에는 연계 용량에 적합하도록 전압을 조절하는 소내 변압기(21)를 포함한다. 또한 인버터(22) 및 캐패시터(23)를 더 포함할 수 있다.
실시예로써 분산형 발전 설비(10)의 출력단에는 인버터(22)가 설치되어 전압은 물론 주파수를 조절하고, 캐패시커는 인버터(22)의 출력단에서 전압을 조절하여 송출 전압을 안정화한다.
소내 변압기(21)는 최종적으로 변압을 한다. 이러한 소내 변압기(21)는 통상 변전소 안의 부하에 전력을 공급하기 위한 변압기로 모선에 직접 접속되는 것을 의미하기도 하지만 본 발명에서는 송배전측으로 송전을 위한 변압기를 의미한다.
이러한 계통에서 분산형 발전 설비(10)는 태양광 PV(Photovoltaic) 패널과 같이 다수개의 발전원으로 구성될 수 있으며, 소내 변압기(21)나 인버터(22)는 분산형 발전 설비(10)의 출력단에 각각 구비되거나 다수의 분산형 발전 설비(10)에 공통 연결될 수 있다. 이는 캐패시터(23) 역시 마찬가지이다.
이와 같은 분산형 발전 설비(10)는 소내 변압기(21), 인버터(22) 및 캐패시터(23)를 포함하는 제어 노드(20)를 통해 전력 계통망(송배전측)에 연계되는 분산형 발전 시스템을 구성하고, 송배전측 전력계통의 운용 안정성을 저해하지 않도록 연계가 이루어진다.
또한, 분산형 발전 설비(10)를 전력 계통망에 연계시 전력계통망의 안정성 및 신뢰성을 위협하지 않으면서 연계가 이루어지도록 상술한 분산형 발전 설비(10) 및 그를 위한 제어 노드(20)의 계통 설계가 이루어진다.
한편, 본 발명에 따른 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치(100)는 탭 절환기(110), 자동전압조정기(120), 기준값 메모리(130) 및 송출 제어기(140)를 포함하며, 이들 구성 요소는 상술한 분산형 발전 시스템의 분산형 발전 설비(10) 및 그를 위한 제어 노드(20)와 연동된다.
이때, 탭 절환기(110)는 제어 노드(20)의 하나인 소내 변압기(21)를 조절하고, 자동전압조정기(120)는 탭 절환기(110)를 제어한다. 기준값 메모리(130)는 송배전측의 허용 전압 범위를 기록하며, 송출 제어기(140)는 상기 허용 전압 범위 내에서 소내 변압기(21)를 그 변압 전보다 승압되도록 강제한다.
이와 같이 본 발명은 분산형 발전 설비(10)의 발전 전력을 송배전측으로 연계 공급시 연계 용량에 따른 허용 전압 범위내에서 소내 송출 전압을 이전보다 승압되도록 제어한다.
소내 전압의 승압 제어는 본 발명에서 감시를 통한 판단 시점, 분산형 발전 설비(10)의 발전량 감소로 인해 전압 강하 시점 및 부하량 증가로 인한 전압 강하시 등의 경우에 진행하며, 승압은 허용 전압 범위 이내에서 이루어진다.
따라서, 수시로 급변하는 발전 계통의 전압에 대응하여 분산형 발전 전원의 최종 발전 출력량을 증대시켜 발전 측면에서 발전 효율이 향상되고, 경제성을 향상시키며, 계통의 전압 강하를 방지하여 전력 공급 신뢰성을 높인다.
구체적으로, 상기 탭 절환기(110)는 분산형 발전 설비(10)에서 송배전측으로 전력을 공급하는 소내 변압기(21)(station transformer)를 제어한다. 소내 변압기(21)는 제어 노드(20)의 하나로 보통은 송출측 종단부에 구비된다.
탭 절환기(110)는 발전 전력을 공급중인 소내 변압기(21)를 제어하도록 부하시 탭 절환기(110)(OLTC: On Load Tap Changer)를 적용한다. 부하시 탭 절환기(110)는 전력을 공급중인 상태에서 탭 위치를 변화시켜 소내 변압기(21)의 권선비를 절환시킨다.
특히, 본 발명에 적용되는 부하시 탭 절환기(110)는 소내 변압기(21)의 2차측에 연결되고, 탭 절환에 의해 소내 변압기(21)의 2차측 권선수를 증가시켜 소내 변압기(21)에서 승압이 이루어지게 한다. 즉, 직전 변압 상태보다 승압되도록 강제한다.
종래의 OLTC는 변압기 1차 측에 설치된 상태에서 탭 절환을 함으로써 수용가 공급을 위한 감압이 이루어지도록 하는 것이 보통인 것에 비해, 본 발명에서는 OLTC의 2차측에 설치되어 2차측 권선수(권선비)를 증가시키는 것이다.
또한, 일반적인 경우에는 CVR(Conservation Voltage Reduction)을 이용하여 전압 및 무효전력의 최적화 제어를 통해 전력 계통을 구성하는 각 노드의 전압 크기를 허용 전압 범위 이내에서 최적 하한으로 유지시켜 에너지를 절감함에 반해, 본 발명은 그 반대로 승압이 이루어지게 하여 발전 효율 등을 향상시킨다.
자동전압조정기(120)는 탭 절환기(110)로 탭 절환 제어신호를 제공(전송)하는 것으로, 본 발명에서는 분산 발전 설비에서 발전된 전력을 송배전측으로 송출되는 전압 조정을 목적으로 탭 절환기(110)를 제어한다.
이러한 자동전압조정기(120)는 후술하는 기준값 메모리(130)에 저장된 허용 전압 범위 이내에서 승압이 이루어지도록 부하시 탭 절환기(110)를 제어하는 AVR(Automatic Voltage Regulator)인 것이 바람직하다.
실시예로 태양광 발전소, 풍력 발전소 및 연료 전지 등과 같은 분산형 전원의 연계 용량이 500kW급을 초과하는 분산형 발전 설비(10)의 경우, 송배전측에서 규정하는 배전계통 연계기술 기준에 따라 22.9kV 특별 고압으로 연계를 해야 한다.
도 2와 같이 분산형 발전 설비(10)의 최종 발전 전압은 대략 380V ~ 6,600V 수준이므로, 이를 송배전측에서 규정하는 22.9kV 특별 고압으로 연계되도록 소내 변압기(21)에 의해 승압할 필요가 있다.
이때, 송배전측에서 규정하고 있는 바와 같이 계통 연계시 22.9kV를 기준으로 3% ~ 5%의 여유분을 인정하므로, 결국 자동전압조정기(120)는 22.9kV±3% ~ 5%의 허용 전압 범위 이내에서 송배전측으로 발전 전원을 송출할 수 있다.
기준값 메모리(130)는 분산형 발전 설비(10)에서 송배전측으로 공급 가능한 허용 전압 범위를 기록하는 것으로, 위에서 설명한 바와 같이 계통 연계시 규정된 허용 전압을 범위를 기록한다.
여기서는 대한민국에서 송배전측 계통을 관리하는 전력 사업자인 한국전력™을 예로 들어 설명하므로, 발전 전원을 22.9kV±3% ~ 5%의 전압 범위 이내에서 송출하며, 그에 따른 허용 전압 범위를 제공한다.
다만, 계통 연계를 위한 승압은 국가별 혹은 지역별로 상이할 수 있으며, 또한 송배전측 연계 용량이나 분산형 발전 설비(10)에 따른 연계 용량에 따라서도 다를 수 있으므로 기준값 메모리(130)에는 그에 따른 허용 전압 범위를 기록한다.
송출 제어기(140)는 분산 발전 설비의 발전량에 따라 셋트 포인트(set point) 제어신호를 자동전압조정기(120)에 제공하는데, 셋트 포인트 제어신호에는 허용 전압 범위 이내에서 소내 변압기(21)를 승압시키는 명령이 포함되어 있다.
송출 제어기(140)에 의해 제어되는 셋트 포인트 제어신호는 발전 전원과 송배전측의 연계를 위한 승압에 이용되지만, 본 발명에서는 이미 허용 범위 이내에 있는 송전 전압을 이전 보다 더욱 높이는 승압을 목적으로 한다.
허용 범위 이내에 있는 발전 전원을 이전보다 더욱 높임에 따라 허용 범위 이내에서 강제로 승압이 이루어지도록 함으로써, 부하에 따른 전압 강하를 방지하고 최대 출력량을 제공하게 하여 최대 효율의 발전량을 제공하게 한다.
이러한 이유로 송출 제어기(140)는 분산형 발전 설비(10)에서 송배전측으로 출력되는 전압이 계통 연계에 따라 규정된 최대값이 되도록 승압시키는 것이 바람직하다. 즉, 허용 전압 범위 이내 중에서 최대값이 되도록 제어한다.
한편, 본 발명은 분산형 발전 설비(10)에서 발전량의 변동에 따라 제어 노드(20)를 제어함으로써, 그 발전량에 의해 제공 가능한 최적의 허용 범위 내 승압 조건을 설정할 수 있다.
이에, 본 발명은 분산형 발전 설비(10)에서 송배전측으로 송출되는 전압을 제어하는 적어도 하나 이상의 제어 노드(20)를 포함한다. 이러한 제어 노드(20)는 소내 변압기(21)를 비롯하여 인버터(22) 및 캐패시터(23)를 포함할 수 있다.
소내 변압기(21)의 2차측에는 인버터(22)와 캐패시터(23)가 순차로 연결됨에 따라 각 노드에서 전압이 조절되며, 소내 변압기(21)의 탭 절환기(110) 뿐만 아니라 다른 제어 노드(20)를 제어하여 발전량에 따라 승압을 가능하게 한다. 이러한 제어는 바람직하게 실시간으로 이루어진다.
따라서, 본 발명의 송출 제어기(140)는 제어 노드(20)에서 검출된 전압을 감시하여, 그 감시 결과에 따라 허용 전압 범위 이내의 셋 포인트 제어신호를 생성하는 것이 바람직하다.
특히 제어 노드(20)에 인버터(22) 및 캐패시터(23)를 포함하는 경우, 허용 전압 범위 이내에서 승압이 이루어지도록 인버터(22) 및 캐패시터(23) 중 어느 하나 이상을 제어하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 분산형 발전 설비(10)가 태양광 PV 패널이고 날씨나 태양의 고도 변화로 인해 발전량이 줄어들면 인버터(22)의 전압이 낮아진다. 이에 송출 제어기(140)는 인버터(22)의 감시 결과 전압 감소가 있으면 인버터(22)에서 승압이 이루어지도록 해당 인버터(22)를 제어한다.
위와 같이 본 발명은 송출 제어기(140)에서 허용 전압 범위를 참조하여 현재의 송출 전압이나 현재의 소내 변압기 2차측 전압 대비 승압이 이루어지도록 제어 노드(20)를 제어한다.
이때, 본 발명의 송출 제어기(140)는 제어 노드(20)의 감시를 통해 제어 노드(20) 각각에서의 전압을 감시하고, 이를 통해 전압 제어 효율을 더욱 향상시키는 방안을 제공한다.
이를 위해 송출 제어기(140)는 제어 노드(20) 각각에 대한 전압을 추출한다. 제어 노드(20)의 전압은 각 노드의 입력단 및/또는 출력단 전압을 의미하며, 계측 장치를 구비한 노드와 구비하지 않는 노드로 구분한다.
전압 제어를 위한 제어 노드(20)에 계측 장치가 있어서 직접 해당 제어 노드(20)에서의 전압을 측정할 수 있는 경우, 송출 제어기(140)는 제어 노드(20)들 중 계측 장치가 있는 제어 노드(20)에서 계측 데이터를 수집한다. 계측 데이터의 수집은 바람직하게 실시간으로 이루어진다.
또한, 수집된 계측 데이터를 이용하여 실시간 전력 데이터를 분석하고, 4단자 정수법에 상기 분석된 전력 데이터를 적용하여 파라미터를 산출한다. 파라미터값의 산출 역시 실시간으로 변동되는 전압에 대응할 수 있도록 실시간으로 산출한다.
이때, 도 3과 같이 4단자 정수법은 분산형 발전 설비(10)를 입력측으로 하고 상기 송배전측을 출력측으로 하며, 파라미터는 전압, 전류, 임피던스, 무효전력 및 역률 등을 포함한다.
따라서, 파라미터로 제어 노드(20)에서의 조정 전압을 산출하여 허용 전압 범위 이내에서 제어 노드(20)를 조정한다. 바람직하게 파라미터를 통해 확인된 조정 가능 전압 범위에서 승압이 이루어지도록 제어 노드(20)를 실시간 제어한다.
파라미터를 이용하여 전력 계통의 전압을 산출하는 방법으로는 여러 방법이 적용될 수 있다. 예컨대, 뉴튼-랩손 법(Newton-Raphson method), 어댑티브 뉴튼-랩손 법, 패스트-디커플드 법(Fast-Decoupled method) 및 엑셀러레이티드 가우스-자이델 법(Accelerated Gauss-Seidel method) 중 어느 하나가 이용될 수 있다. 따라서, 그 산출된 전압을 근거로 하여 허용 전압 범위 이내에서 전압을 조정한다.
반면, 제어 노드(20)들 중 계측 장치가 없는 제어 노드(20)의 경우, 송출 제어기(140)는 부하 모델링 기법을 통해 제어 노드(20)들 중 적어도 하나 이상의 노드를 포함하는 부하 모델을 구성한다.
전압 조정에 이용되는 제어 노드(20)의 부하 모델링은 ZIP 모델이나 복합(정적 및 동적) 부하 모델이 이용될 수 있으며, 그 후 전력 조류(power flow) 계산 기법을 통해 상기 부하 모델에서의 전력 조류를 산출한다.
전력 조류 산출은 4단자 정수법을 비롯하여 뉴튼-랩손 법, 어댑티브 뉴튼-랩손 법, 패스트-디커플드 법 및 엑셀러레이티드 가우스-자이델 법 등이 이용될 수 있다.
예컨대, 도 4와 같이 뉴튼-랩손 법으로 입력 전압을 조금씩 조정하여 산출 전압들의 서로간의 근사치가 오차 범위 이내로 들어올 때 전압 등의 파라미터를 산출할 수 있다.
도시된 바와 같이 뉴튼-랩손 법은 현재 x값에서 접선을 그리고 그 접선이 x축과 만나는 지점으로 x를 이용시켜 가면서 점진적으로 해를 찾는 방법이다.
따라서, 뉴튼-랩손 법을 수식화하면 임의 값이나 초기값 x1에서 시작해서 아래의 <수학식>에 따라 수렴할 때까지 계속 x를 이동시켜 나가며 근사치를 찾게 되며, 그 종료 조건은 x값의 변화가 거의 없을 때까지이다.
즉, |xt+1-xt| 값이 매우 작은 값이면 뉴턴-랩손 법을 종료하고 x=xt+1이 해(solution), 즉 f(xt+1)=0이라고 판단하는 것이다.
<수학식>
Figure PCTKR2021000777-appb-I000001
또한, 본 발명은 위와 같이 산출된 전력 조류를 이용하여 부하 모델을 구성하는 각 노드에서의 파라미터를 산출한다. 산출된 파라미터는 상술한 바와 같이 전압, 전류, 임피던스, 역률 및 무효전력 등이 있다.
따라서, 파라미터로 제어 노드(20)에서의 조정 전압을 산출하여 허용 전압 범위 이내에서 제어 노드(20)를 조정한다. 바람직하게 파라미터를 통해 확인된 조정 가능 전압 범위에서 승압이 이루어지도록 제어 노드(20)를 실시간 제어한다.
다만, 모든 노드를 반영하도록 송출 제어기(140)는 계측 장치가 있는 제어 노드(20)와 계측 장치가 없는 제어 노드(20)에서 각각 상술한 방법으로 전압을 추측한 후, 모든 제어 노드(20)를 각각 최적의 상태로 제어함으로써 최종 송출 전압이 허용 전압 범위 이내에서 승압되도록 조정한다.
위와 같이 본 발명의 송출 제어기(140)는 분산형 전원의 실시간 부하 모델 구성을 기반으로 4단자 정수법을 사용하여 전력계통 분석을 한다.
또한 분산형 전원의 소내 계통 및 송배전 계통의 전압, 전류, 무효전력, 역률 등을 산출하여 최대 효율의 발전량을 만들기 위한 전압을 실시간으로 산출한다.
따라서, 실시간 산출된 정보를 바탕으로 자동전압조정기(120), 인버터(22) 및 캐패시터(23) 등에 제어 포인트를 설정하여 전압을 조정한다.
또한 송출 제어기(140)는 분산형 전원 소내 계통 및 그와 연계된 송배전 계통의 전압 변동에 따라 분산형 전원의 최종 출력 전압을 허용 전압 범위에서 실시간으로 산출한 안정도를 감안하여 기존 전압대비 높게 전압을 조정한다.
따라서, 수시로 급변하는 계통의 전압에 대응하여 분산형 전원의 최종 발전 출력량을 증대시켜 에너지 효율을 향상시키고, 분산형 전원의 경제성을 상승시켜 분산형 전원의 확대 보급 가능하게 한다.
또한, 기존 전압대비 전압을 높게 조정하여 수시로 급변하는 계통의 전압에 대응하고 분산형 전원 계통 및 송배전 계통의 전압강하를 저감하여 계통의 신뢰도를 증대시킬 수 있게 한다.
즉, 분산형 전원을 실시간 부하모델 기반 전압 무효전력 최적화 제어를 통하여 계통의 안정성을 확보하고 분산형 전원의 발전량을 증대시켜 에너지 효율향상을 극대화 한다.
실시예로 태양광 발전소, 풍력 발전소 및 연료 전지 등과 같은 분산형 전원의 연계 용량이 500kW급을 초과하는 분산형 발전 설비(10)의 경우, 송배전측에서 규정하는 배전계통 연계기술 기준에 따라 22.9kV 특별 고압으로 연계를 해야 한다.
도 2와 같이 분산형 발전 설비(10)의 최종 발전 전압은 대략 380V ~ 6,600V 수준이므로, 이를 송배전측에서 규정하는 22.9kV 특별 고압으로 연계되도록 소내 변압기(21)에 의해 승압할 필요가 있다.
다만, 본 발명은 송출 제어기(140)에서 분산형 발전 설비(10)의 발전 상태를 감시하여 현재의 연계 용량이 고용량에 해당하는 경우에는 소내 변압기(21), 인버터(22) 및 캐패시터(23)의 순서로 각각 승압이 이루어지도록 제어하는 것이 바람직하다.
반면, 분산형 발전 설비(10)의 발전 상태를 감시하여 현재의 연계 용량이 고용량 발전 용량을 기준으로 설정된 값 이하로 내려가면 인버터(22), 캐패시터(23) 및 소내 변압기(21)의 순서로 각각 승압이 이루어지도록 제어하는 것이 바람직하다.
실시예로써 국가별로 서로 차이가 있기는 하지만 대한민국의 경우 연계 용량이 500kW급을 초과하는 경우 고용량으로 지정되어 있어서, 이러한 경우에는 대용량이면서도 보호장치가 있는 소내 변압기(21)로 먼저 승압하는 것이다.
반면 100kW급 ~ 500kW급은 저용량으로 지정되어 있으므로, 분산형 발전 설비(10) 자체는 고용량 발전기임에도 발전 환경 등에 따라 발전량이 감소하여 일정 기준값 이하로 내려가면, 상기 100kW급 ~ 500kW급의 저용량 구간에 있는지 확인하여 인버터(22)로 먼저 승압하는 것이다. 알려진 바와 같이 인버터(22)는 승압 이외에 주파수 제어 역시 가능하고, 변압기보다 저용량 정밀 제어에 유리하기 때문이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 방법에 대해 설명한다.
다만, 이하에서 설명하는 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 방법은 위에서 설명한 본 발명의 장치에 의해 구현되는 것을 예로 들어 설명한다. 따라서, 이하에서는 가급적 중복적인 설명은 생략한다.
도 5와 같이, 본 발명에 따른 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 방법은 허용 범위 결정단계(S110), 승압 명령단계(S120), 절환신호 제공단계(S130) 및 승압 조절 단계(S140)를 포함한다.
이러한 본 발명은 분산형 발전 설비(10)에서 발전된 전력을 송배전측에 공급하는 것으로, 분산형 발전 설비(10)가 송배전측의 전력계통망에 연계되도록 소내의 제어 노드(20)에 의해 송전 전압을 조정한다.
분산형 발전 설비(10)는 소규모로 전력 소비 지역 부근에 분산하여 배치가 가능한 발전기나 발전모듈 등을 포함한 발전원으로서 신에너지, 재생 에너지 및 자가용 발전설비 등이 있다.
제어 노드(20)는 분산형 발전 설비(10)에서 발전된 전력을 송배전측에 공급하도록 제어하는 것으로, 제어 노드(20)에는 연계 용량에 따라 전압을 조절하는 소내 변압기(21), 인버터(22) 및 캐패시터(23)를 포함할 수 있다.
실시예로써 분산형 발전 설비(10)의 출력단에는 인버터(22)가 설치되어 전압은 물론 주파수를 조절하고, 캐패시커는 인버터(22)의 출력단에서 전압을 조절하여 송출 전압을 안정화하며, 소내 변압기(21)는 최종적으로 변압을 한다.
이러한 계통에서 분산형 발전 설비(10)는 다수개의 발전원으로 구성될 수 있으며, 소내 변압기(21)나 인버터(22)는 분산형 발전 설비(10)의 출력단에 각각 구비되거나 다수의 분산형 발전 설비(10)에 공통 연결될 수 있다. 이는 캐패시터(23) 역시 마찬가지이다.
이때, 상기한 허용 범위 결정단계(S110)에서는 분산형 발전 설비(10)에서 송배전측으로 공급 가능한 허용 전압 범위를 기준값 메모리(130)에 기록한다. 즉, 계통 연계시 규정된 허용 전압을 범위를 기록한다.
실시예로 태양광 발전소, 풍력 발전소 및 연료 전지 등과 같은 분산형 전원의 연계 용량이 500kW급 이상인 분산형 발전 설비(10)의 경우, 송배전측에서 규정하는 배전계통 연계기술 기준에 따라 22.9kV 특별 고압으로 연계를 해야 한다.
분산형 발전 설비(10)의 최종 발전 전압은 대략 380V ~ 6,600V 수준이므로, 이를 송배전측에서 규정하는 22.9kV 특별 고압으로 연계되도록 소내 변압기(21)에 의해 승압할 필요가 있다.
이때, 송배전측에서 규정하고 있는 바와 같이 계통 연계시 22.9kV를 기준으로 3% ~ 5%의 여유분을 인정하므로, 결국 22.9kV±3% ~ 5%의 허용 전압 범위를 기준값 메모리(130)에 기록한다.
다음, 승압 명령단계(S120)에서는 기준값 메모리(130)를 참조하여 허용 전압 범위를 판독하고, 발전량에 따라 상기 허용 전압 범위 이내에서 소내 변압기(21)를 승압시키는 명령이 포함된 셋트 포인트 제어신호를 제공한다.
송출 제어기(140)에 의해 제어되는 셋트 포인트 제어신호는 발전 전원과 송배전측의 연계를 위한 승압에 이용되지만, 본 발명에서는 이미 허용 범위 이내에 있는 송전 전압을 이전 보다 더욱 높이는 승압을 목적으로 한다.
허용 범위 이내에 있는 발전 전원을 이전보다 더욱 높임에 따라 허용 범위 이내에서 강제로 승압이 이루어지도록 함으로써, 부하에 따른 전압 강하를 방지하고 최대 출력량을 제공하게 하여 최대 효율의 발전량을 제공하게 한다.
이러한 이유로 송출 제어기(140)는 분산형 발전 설비(10)에서 송배전측으로 출력되는 전압이 계통 연계에 따라 규정된 최대값이 되도록 승압시킬 수 있다. 즉, 허용 전압 범위 이내 중에서 최대값이 되도록 제어할 수 있다.
다음, 절환신호 제공단계(S130)에서는 송출 제어기(140)로부터 전달된 셋트 포인트에 따라 자동전압조정기(120)에서 탭 절환 제어신호를 제공한다. 제공된 탭 절환 제어신호는 탭 절환기(110)의 승압 제어신호이다.
이러한 자동전압조정기(120)는 기준값 메모리(130)에 저장된 허용 전압 범위 이내에서 승압이 이루어지도록 부하시 탭 절환기(110)를 제어하는 AVR(Automatic Voltage Regulator)이 적용될 수 있다.
실시예로써 송배전측에서 규정하는 바와 같이 계통 연계시 22.9kV를 기준으로 3% ~ 5%의 여유분을 인정하므로, 자동전압조정기(120)는 22.9kV±3% ~ 5%의 허용 전압 범위 이내에서 송배전측으로 발전 전원을 송출하도록 제어한다.
다음, 승압 조절 단계(S140)에서는 분산형 발전 설비(10)에서 송배전측으로 전력을 공급하는 소내 변압기(21)의 2차측 권선을 승압시키도록 제어한다. 승압은 탭 절환 제어신호에 따라 탭 절환기(110)가 소내 변압기(21)의 권선수를 절환시킴으로써 이루어진다.
탭 절환기(110)는 발전 전력을 공급중인 소내 변압기(21)를 제어하도록 부하시 탭 절환기(110)를 적용한다. 부하시 탭 절환기(110)는 전력을 공급중인 상태에서 탭 위치를 변화시켜 소내 변압기(21)의 권선비를 절환시킨다.
특히, 본 발명에 적용되는 부하시 탭 절환기(110)는 소내 변압기(21)의 2차측에 연결되고, 탭 절환에 의해 소내 변압기(21)의 2차측 권선수를 증가시켜 소내 변압기(21)에서 승압이 이루어지게 한다.
종래의 OLTC는 변압기 1차 측에 설치된 상태에서 탭 절환을 함으로써 수용가 공급을 위한 감압이 이루어지도록 하는 것이 보통인 것에 비해, 본 발명에서는 OLTC의 2차측에 설치되어 2차측 권선수(권선비)를 증가시키는 것이다.
또한, 일반적인 경우에는 CVR을 이용하여 전압 및 무효전력의 최적화 제어를 통해 전력 계통을 구성하는 각 노드의 전압 크기를 허용 전압 범위 이내에서 최적 하한으로 유지시켜 에너지를 절감함에 반해, 본 발명은 그 반대로 승압이 이루어지게 하여 발전 효율 등을 향상시킨다.
한편, 본 발명은 분산형 발전 설비(10)에서 실시간으로 변동되는 발전량에 따라 소내 변압기(21)를 제외한 제어 노드(20)를 제어하는 노드 제어 단계(S140a)를 더 포함하여, 그 발전량에 의해 제공 가능한 최적의 허용 범위 내 승압 조건을 설정할 수 있다.
이에, 본 발명은 분산형 발전 설비(10)에서 송배전측으로 송출되는 전압을 제어하는 적어도 하나 이상의 제어 노드(20)를 포함하는데, 제어 노드(20)는 소내 변압기(21)를 비롯하여 인버터(22) 및 캐패시터(23)를 포함할 수 있다.
소내 변압기(21)의 2차측에는 인버터(22)와 캐패시터(23)가 순차로 연결됨에 따라 각 노드에서 전압이 조절되며, 소내 변압기(21)의 탭 절환기(110) 뿐만 아니라 다른 제어 노드(20)를 제어하여 실시간 발전량에 따라 승압을 가능하게 한다.
따라서, 본 발명의 송출 제어기(140)는 제어 노드(20)에서 검출된 전압을 감시하여, 그 감시 결과에 따라 허용 전압 범위 이내의 셋 포인트 제어신호를 생성하는 것이 바람직하다.
특히 제어 노드(20)에 인버터(22) 및 캐패시터(23)를 포함하는 경우, 허용 전압 범위 이내에서 승압이 이루어지도록 인버터(22) 및 캐패시터(23) 중 어느 하나 이상을 제어하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 분산형 발전 설비(10)가 태양광 PV 패널이고 날씨나 태양의 고도 변화로 인해 발전량이 줄어들면 인버터(22)의 전압이 낮아진다. 이에 송출 제어기(140)는 인버터(22)의 감시 결과 전압 감소가 있으면 인버터(22)에서 승압이 이루어지도록 해당 인버터(22)를 제어한다.
위와 같이 본 발명은 송출 제어기(140)에서 허용 전압 범위를 참조하여 현재의 송출 전압 대비 승압이 이루어지도록 제어 노드(20)를 제어한다.
이때, 본 발명의 송출 제어기(140)는 제어 노드(20)의 감시를 통해 제어 노드(20) 각각에서의 전압을 실시간으로 감시하고, 이를 통해 전압 제어 효율을 더욱 향상시키는 방안을 제공한다.
이를 위해 송출 제어기(140)는 제어 노드(20) 각각에 대한 전압을 추출한다. 제어 노드(20)의 전압은 각 노드의 입력단 및/또는 출력단 전압을 의미하며, 계측 장치를 구비한 노드와 구비하지 않는 노드로 구분한다.
전압 제어를 위한 제어 노드(20)에 계측 장치가 있어서 직접 해당 제어 노드(20)에서의 전압을 측정할 수 있는 경우, 송출 제어기(140)는 제어 노드(20)들 중 계측 장치가 있는 제어 노드(20)에서 실시간 계측 데이터를 수집한다.
또한, 실시간으로 수집된 계측 데이터를 이용하여 실시간 전력 데이터를 분석하고, 4단자 정수법에 상기 실시간 분석된 전력 데이터를 적용하여 파라미터를 산출한다.
이때, 4단자 정수법은 분산형 발전 설비(10)를 입력측으로 하고 상기 송배전측을 출력측으로 하며, 파라미터는 전압, 전류, 임피던스, 무효전력 및 역률 등을 포함한다.
따라서, 파라미터로 제어 노드(20)에서의 조정 전압을 산출하여 허용 전압 범위 이내에서 제어 노드(20)를 실시간으로 조정한다. 즉, 파라미터를 통해 확인된 조정 가능 전압 범위에서 승압이 이루어지도록 제어 노드(20)를 제어한다.
파라미터를 이용하여 전력 계통의 조정전압을 산출하는 방법으로는 여러 방법이 적용될 수 있다. 예컨대, 뉴튼-랩손 법, 어댑티브 뉴튼-랩손 법, 패스트-디커플드 법 및 엑셀러레이티드 가우스-자이델 법 중 어느 하나가 이용될 수 있다.
반면, 제어 노드(20)들 중 계측 장치가 없는 제어 노드(20)의 경우, 송출 제어기(140)는 부하 모델링 기법을 통해 제어 노드(20)들 중 적어도 하나 이상의 노드를 포함하는 부하 모델을 구성한다.
전압 조정에 이용되는 제어 노드(20)의 부하 모델링은 ZIP 모델이나 복합(정적 및 동적) 부하 모델이 이용될 수 있으며, 그 후 전력 조류(power flow) 계산 기법을 통해 상기 부하 모델에서의 전력 조류를 산출한다.
전력 조류 산출은 4단자 정수법을 비롯하여 뉴튼-랩손 법, 어댑티브 뉴튼-랩손 법, 패스트-디커플드 법 및 엑셀러레이티드 가우스-자이델 법 등이 이용될 수 있다.
또한, 산출된 전력 조류를 이용하여 부하 모델을 구성하는 각 노드에서의 파라미터를 산출한다. 산출된 파라미터는 상술한 바와 같이 전압, 전류, 임피던스, 역률 및 무효전력 등이 있다.
따라서, 파라미터로 제어 노드(20)에서의 조정 전압을 산출하여 허용 전압 범위 이내에서 제어 노드(20)를 실시간으로 조정한다. 즉, 파라미터를 통해 확인된 조정 가능 전압 범위에서 승압이 이루어지도록 제어 노드(20)를 제어한다.
바람직하게 모든 노드를 반영하도록 송출 제어기(140)는 계측 장치가 있는 제어 노드(20)와 계측 장치가 없는 제어 노드(20)에서 각각 상술한 방법으로 전압을 추측한 후, 모든 제어 노드(20)를 각각 최적의 상태로 제어함으로써 최종 송출 전압이 허용 전압 범위 이내에서 승압되도록 조정한다.
다만, 본 발명은 송출 제어기(140)에서 분산형 발전 설비(10)의 발전 상태를 감시하여 현재의 연계 용량이 고용량에 해당하는 경우에는 소내 변압기(21), 인버터(22) 및 캐패시터(23)의 순서로 각각 승압이 이루어지도록 제어하는 것이 바람직하다.
반면, 분산형 발전 설비(10)의 발전 상태를 감시하여 현재의 연계 용량이 고용량 발전 용량을 기준으로 설정된 값 이하로 내려가면 인버터(22), 캐패시터(23) 및 소내 변압기(21)의 순서로 각각 승압이 이루어지도록 제어하는 것이 바람직하다.
실시예로써 국가별로 서로 차이가 있기는 하지만 대한민국의 경우 연계 용량이 500kW급을 초과하는 경우 고용량으로 지정되어 있어서, 이러한 경우에는 대용량이면서도 보호장치가 있는 소내 변압기(21)로 먼저 승압한다.
반면 100kW급 ~ 500kW급은 저용량으로 지정되어 있으므로, 분산형 발전 설비(10) 자체는 고용량 발전기임에도 발전 환경 등에 따라 발전량이 감소하여 일정 기준값 이하로 내려가면, 상기 100kW급 ~ 500kW급의 저용량 구간에 있는지 확인하여 인버터(22)로 먼저 승압한다. 알려진 바와 같이 인버터(22)는 승압 이외에 주파수 제어 역시 가능하고, 변압기보다 저용량 정밀 제어에 유리하기 때문이다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
[부호의 설명]
10: 분산형 발전 설비(발전기)
20: 제어 노드
21: 소내 변압기
22: 인버터
23: 캐패시터
110: 탭 절환기(OLTC)
120: 자동전압조정기(AVR)
130: 기준값 메모리
140: 송출 제어기

Claims (9)

  1. 분산형 발전 설비(10)에서 송배전측으로 전력을 공급하는 소내 변압기(station transformer, 21)를 제어하는 탭 절환기(110)와;
    상기 탭 절환기(110)에 탭 절환 제어신호를 제공하는 자동전압조정기(120)와;
    상기 분산형 발전 설비(10)에서 송배전측으로 공급 가능한 허용 전압 범위를 기록하는 기준값 메모리(130); 및
    발전량에 따라 상기 허용 전압 범위 이내에서 상기 소내 변압기(21)를 변압 전보다 승압시키는 명령이 포함된 셋트 포인트 제어신호를 상기 자동전압조정기(120)에 제공하는 송출 제어기(140);를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탭 절환기(110)는,
    전력을 공급중인 상태에서 탭 위치를 변화시켜 상기 소내 변압기(21)의 권선비를 절환시키는 부하시 탭 절환기(110)(OLTC: On Load Tap Changer)이고,
    상기 부하시 탭 절환기(110)는 상기 소내 변압기(21)의 2차측에 연결되어, 상기 소내 변압기(21)의 2차측 권선수를 증가시켜 승압이 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자동전압조정기(120)는,
    상기 허용 전압 범위 이내에서 상기 승압된 전압이 유지되도록 상기 부하시 탭 절환기(110)를 제어하는 AVR(Automatic Voltage Regulator)인 것을 특징으로 하는 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송출 제어기(140)는,
    상기 허용 전압 범위 이내에서 상기 분산형 발전 설비(10)에서 송배전측으로 출력되는 전압이 최대가 되도록 승압시키는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분산형 발전 설비(10)에서 송배전측으로 송출되는 전압을 제어하는 적어도 하나 이상의 제어 노드(20)를 포함하되,
    상기 송출 제어기(140)는,
    상기 제어 노드(20)에서 검출된 전압을 감시하여, 상기 허용 전압 범위 이내의 셋 포인트 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 노드(20)는 상기 분산형 발전 설비(10)의 출력측에 연결된 인버터(22) 및 캐패시터(23)를 포함하되,
    상기 송출 제어기(140)는,
    상기 허용 전압 범위 이내에서 승압이 이루어지도록 상기 인버터(22) 및 캐패시터(23) 중 어느 하나 이상을 제어하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 송출 제어기(140)는,
    상기 제어 노드(20)들 중 계측 장치가 있는 제어 노드(20)에서 계측 데이터를 수집하고,
    상기 수집된 계측 데이터를 이용하여 전력 데이터를 분석하고,
    상기 분산형 발전 설비(10)를 입력측으로 하고 상기 송배전측을 출력측으로 하는 4단자 정수법에 상기 분석된 전력 데이터를 적용하여 파라미터를 산출하며,
    상기 파라미터로 상기 제어 노드(20)에서의 조정 전압을 산출하여 상기 허용 전압 범위 이내에서 상기 제어 노드(20)를 조정하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 송출 제어기(140)는,
    부하 모델링 기법을 통해 상기 제어 노드(20)들 중 적어도 하나 이상의 노드를 포함하는 부하 모델을 구성하고,
    전력 조류(power flow) 계산 기법을 통해 상기 부하 모델에서의 전력 조류를 산출하고,
    상기 산출된 전력 조류를 이용하여 상기 부하 모델을 구성하는 각 노드에서의 파라미터를 산출하며,
    상기 파라미터로 상기 제어 노드(20)에서의 조정 전압을 산출하여 상기 허용 전압 범위 이내에서 상기 제어 노드(20)를 조정하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치.
  9. 분산형 발전 설비(10)에서 송배전측으로 공급 가능한 허용 전압 범위를 기준값 메모리(130)에 기록하는 허용 범위 결정단계(S110)와;
    송출 제어기(140)에서 발전량에 따라 상기 허용 전압 범위 이내에서 소내 변압기(21)를 승압시키는 명령이 포함된 셋트 포인트 제어신호를 제공하는 승압 명령단계(S120)와;
    자동전압조정기(120)에서 상기 셋트 포인트 제어신호에 따라 탭 절환 제어신호를 제공하는 절환신호 제공단계(S130); 및
    탭 절환기(110)에서 상기 탭 절환 제어신호에 따라 분산형 발전 설비(10)에서 송배전측으로 전력을 공급하는 소내 변압기(21)의 2차측 권선을 승압시키도록 제어하는 승압 조절 단계(S140);를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102192000B1 (ko) * 2020-04-29 2020-12-16 주식회사 시너지 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040014328A (ko) * 2002-08-08 2004-02-14 캐논 가부시끼가이샤 전력변환장치 및 발전장치
JP2006042546A (ja) * 2004-07-29 2006-02-09 Aichi Electric Co Ltd 自動電圧調整器
KR100920152B1 (ko) * 2009-04-06 2009-10-06 (주)그린파워테크놀로지스 변압기 탭 절환을 이용한 계통 연계형 ｐｃｓ 장치
KR101815464B1 (ko) 2016-01-28 2018-01-05 주식회사 한국선급엔지니어링 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템
KR20180067933A (ko) * 2016-12-13 2018-06-21 주식회사 럭스코 태양광 인버터 시스템
KR102072972B1 (ko) 2019-07-16 2020-02-04 주식회사에이원엔지니어링 태양광발전을 연계한 배터리 전력저장장치의 최적용량 설계방법
KR102192000B1 (ko) * 2020-04-29 2020-12-16 주식회사 시너지 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3873564B2 (ja) * 2000-02-28 2007-01-24 三菱電機株式会社 励磁制御装置及び励磁制御方法
EP2219277B1 (en) * 2009-02-12 2012-07-11 Viserge Ltd. AC-connection of an off-shore wind-park to an on-shore electricity grid
US7989983B2 (en) * 2009-11-24 2011-08-02 American Superconductor Corporation Power conversion systems
EP2482415A1 (en) * 2011-01-31 2012-08-01 Alstom Technology Ltd On-load tap changer control method, excitation control system carrying out said control method and power excitation chain
JP5592290B2 (ja) * 2011-03-01 2014-09-17 株式会社日立製作所 配電系統の電圧調整装置および電力制御システム
US8531173B2 (en) * 2011-03-31 2013-09-10 General Electric Company System and method for operating a tap changer
US8847570B1 (en) * 2013-04-30 2014-09-30 Utilidata, Inc. Line drop compensation methods and systems
WO2016165739A1 (en) * 2015-04-14 2016-10-20 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Renewable energy system, renewable energy park, method for operating a renewable energy system, and method for operating a renewable energy park
JP6517857B2 (ja) * 2017-02-20 2019-05-22 株式会社明電舎 電圧調整機器の電圧制御装置およびその電圧制御方法
KR20190043297A (ko) * 2017-10-18 2019-04-26 한국전력공사 전압 계측 기반 전압 조정 제어 장치, 이의 방법 및 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체
US10840706B2 (en) * 2018-02-28 2020-11-17 Inventus Holdings, Llc Voltage droop compensation for a utility power system
CN109149635B (zh) * 2018-09-03 2022-03-11 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 一种配电网分布式光伏并行优化配置方法及系统
CN110535180B (zh) * 2019-09-17 2020-11-27 杭州电子科技大学 基于灵活资源与传统调压设备协调控制配电网电压的方法
CN110690732B (zh) * 2019-09-26 2021-02-12 河海大学 一种光伏无功分区计价的配电网无功优化方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040014328A (ko) * 2002-08-08 2004-02-14 캐논 가부시끼가이샤 전력변환장치 및 발전장치
JP2006042546A (ja) * 2004-07-29 2006-02-09 Aichi Electric Co Ltd 自動電圧調整器
KR100920152B1 (ko) * 2009-04-06 2009-10-06 (주)그린파워테크놀로지스 변압기 탭 절환을 이용한 계통 연계형 ｐｃｓ 장치
KR101815464B1 (ko) 2016-01-28 2018-01-05 주식회사 한국선급엔지니어링 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템
KR20180067933A (ko) * 2016-12-13 2018-06-21 주식회사 럭스코 태양광 인버터 시스템
KR102072972B1 (ko) 2019-07-16 2020-02-04 주식회사에이원엔지니어링 태양광발전을 연계한 배터리 전력저장장치의 최적용량 설계방법
KR102192000B1 (ko) * 2020-04-29 2020-12-16 주식회사 시너지 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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Also Published As

Publication number Publication date
EP3972069A1 (en) 2022-03-23
KR102192000B1 (ko) 2020-12-16
EP3972069A4 (en) 2023-09-06
US11823833B2 (en) 2023-11-21
US20220246351A1 (en) 2022-08-04
CN114080742A (zh) 2022-02-22

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