KR101109187B1 - 실시간 전력정보를 이용한 전력계통의 운영방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력계통에서 실시간 수집되는 전력정보를 이용하여 전력계통에서의 조류를 계산하고 전력계통에서 발생하는 용량, 전압, 전기품질 등의 문제를 해결하도록 하는 실시간 전력정보를 이용한 전력계통의 운영방법에 관한 것이다.
본 발명은, 전력계통을 다수의 지역으로 구분하고 상기 구분된 각 지역별 전력계통의 장치정보, 배전자동화정보, 전력계통의 전력량 정보, 신재생에너지 시스템의 발전량 정보 및 전력소비자측 전력저장장치의 충/방전량 정보를 실시간으로 수집하는 단계, 수집된 정보로 전력계통의 조류를 계산하는 제2단계, 계산된 조류를 확인하여 전력계통에서의 용량, 전압 또는 전기품질에 대한 이상 유무를 판단하는 단계, 그리고 그 판단결과 이상이 발생한 경우 전력저장장치의 방전량 또는 신재생 에너지 시스템의 발전량 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함한다.

Description

실시간 전력정보를 이용한 전력계통의 운영방법{OPERATION METHOD FOR POWER SYSTEM USING REAL-TIME POWER INFORMATION}
본 발명은 전력계통의 운영방법에 관한 것으로서, 특히 전력계통에서 실시간 수집되는 전력정보를 이용하여 전력계통에서의 조류를 계산하고 전력계통에서 발생하는 용량, 전압, 전기품질 등의 문제를 해결하도록 하는 실시간 전력정보를 이용한 전력계통의 운영방법에 관한 것이다.
스마트 그리드(Smart Grid)는 발전-송ㆍ배전-판매의 단계로 이루어지던 기존의 단방향 전력망에 정보기술(IT)을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망이다.
이는 전력계통에서 발전소와 송ㆍ배전 시설과 전력 소비자를 정보통신망으로 연결하고 양방향으로 공유하는 정보를 통하여 전력계통에서 조류가 효율적으로 이루어지도록 하는 것을 기본 개념으로 하고 있다.
전력계통에서의 조류란 전력발생에서 소비에 이르기까지 전력계통 내의 각 전력 설비단의 전압이나 전류분포의 흐름을 의미한다. 일반적으로, 정상적인 전력운전상태에서 각 전력 설비단의 전압크기를 일정하게 유지하려는 전력시스템의 능력을 전압안정도라 한다. 이때 전력계통의 전압안정도는 각 전력 설비단의 선로 조류의 증가, 부하의 편중, 무효전력 공급원의 부족 등과 밀접한 관계를 가진다.
특히 전력시스템에 있어서, 비정상적인 전압의 출현 및 전력 설비단의 전압저하는 전체 전력시스템의 정전에 이르는 아주 심각한 문제를 야기하고 있다. 따라서, 전력에너지의 안정적인 운용은 전력계통의 조류를 정확하게 측정 및 분석하는 것과 직결되어 있는 것이다.
최근 스마트 그리드의 영역에서 전력시장이 확대됨에 따라 전력 소비자에게 통합 에너지 관리의 편의성 및 에너지 절감 혜택을 제공하고, 전력시장 참여자 간의 다양한 방식의 전력거래를 제공함으로써 소비자 및 참여자에게 수익을 최대화하며, IT, 관광 등 타 서비스와 융합 서비스를 제공하여 생활 편리성 및 수익성을 높일 수 있는 비즈니스 모델이 제시되고 있다.
이를 위하여 가상의 에너지시장을 구축하고 시장 참여자 간에 실시간 정보를 교환함으로써 참여자 모두 경제성이 확보될 수 있는 시스템을 구축하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이는 가격에 변동하여 수요를 제어하거나 줄이는 수요반응, 신재생 에너지를 통한 발전, 그리고 전력저장장치를 이용한 가격변동형 수익 최적화를 통하여 일괄적인 제어보다는 능동적인 소비자의 등장을 통해 그 효용성을 높이고자 한다.
하지만, 모든 기기가 변동되는 가격에 반응하여 움직이게 된다면 가격이 다시 변동하게 되므로 경제성의 확보가 어렵고 순식간에 전류의 흐름이 바뀌므로 계통의 신뢰도에 낮아지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 구체적으로 살펴보면, 첫 번째로 용량 문제로서, 가격의 변동 또는 신재생 에너지원의 발전량이 갑자기 늘어남에 따른 순간적인 조류 흐름에 선로 및 저압변압기의 용량 초과문제가 발생할 수 있다. 두 번째로 전압 문제로서, 전력계통에서 공급되는 전압의 크기문제가 발생할 수 있고 신재생 에너지원 등의 계통 병입으로 전압이 커지고 고장전류가 커지므로 기존에 설치된 차단기 용량이 고장전류보다 작아지는 문제점도 있다. 세 번째로 전기품질문제로서, 연료전지 발전시스템, 태양광 발전 등의 직류발전 시스템은 인버터로 직류/교류 변환을 하기 때문에 고조파가 발생하게 되는데, 고조파의 발생은 인버터의 방식에 따라 다르지만 전력계통의 허용량을 초과할 경우 전력계통에 접속되어 있는 타 부하기기의 동작에 악영향을 초래한다. 이 경우 전력계통 전압의 변동 등의 문제로 산업기기의 오동작 및 운행중 정지되는 문제점을 야기할 수 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 전력계통에서 실시간 수집되는 전력정보를 이용하여 전력계통에서의 조류를 파악하여 전력계통에서 발생하는 용량, 전압, 전기품질 등의 문제를 해결하도록 하는 실시간 전력정보를 이용한 전력계통의 운영방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전력계통에서의 조류를 실시간으로 파악하여 지역별 전력가격을 변동시켜 해당 지역의 전력 사용량을 조절하도록 하는 실시간 전력정보를 이용한 전력계통의 운영방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
전력계통을 다수의 지역으로 구분하고 상기 구분된 각 지역별 전력계통의 장치정보, 배전자동화정보, 전력계통의 전력량 정보, 신재생에너지 시스템의 발전량 정보 및 전력소비자측 전력저장장치의 충/방전량 정보를 실시간으로 수집하는 제1단계; 상기 수집된 정보를 이용하여 상기 전력계통의 조류를 계산하는 제2단계; 상기 계산된 조류를 확인하여 상기 전력계통에서의 용량, 전압 또는 전기품질에 대한 이상 유무를 판단하는 제3단계; 상기 판단 결과 이상이 발생한 경우 상기 전력저장장치의 방전량 또는 신재생 에너지 시스템의 발전량 중 적어도 하나를 조절하는 제4단계; 상기 제4단계 이후에, 상기 구분된 각 지역별 전력계통에서의 용량, 전압 또는 전기품질의 이상이 해결되었는지를 판단하는 제5단계; 및 상기 이상이 해결되지 않은 것으로 판단되면 상기 해당 지역의 전력 가격을 변동시키는 제6단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전력정보를 이용한 전력계통의 운영방법을 제공한다.
삭제
본 발명의 다른 실시 예에서, 상기 해당 지역의 전력 가격을 변동시키는 제6단계 이후에, 상기 지역별 전력계통에서의 용량, 전압 또는 전기품질의 이상이 해결되었는지를 판단하는 단계; 및 상기 이상이 해결되지 않으면 상기 전력계통의 전 지역의 전력 가격을 변동시키는 단계; 를 더 포함함이 바람직하다.
이때, 상기 용량은 상기 전력계통에서 선로 및 변압기의 용량문제, 상기 전압은 상기 전력계통에서 공급되는 전압의 크기문제, 상기 전기품질은 직류에서 교류로 변환될 때 교류전압에 포함된 고조파 발생을 각각 포함한다.
본 발명에 의하면 전력계통에서 필요한 전력정보를 실시간으로 확보하여 조류를 확인하고 이에 따른 문제를 실시간으로 파악하여 조치할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 실시간 전력 사용량을 파악하고 전력 가격을 조정하여 전력의 사용량을 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 전력계통 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력계통 운영서버의 실시간 전력정보 수집을 나타낸 관계도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시간 전력정보를 이용한 전력계통의 운영방법을 보이는 흐름도이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 전력계통 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전력계통 운영방법이 적용되는 전력계통 시스템(100)에서는 전력공급원(110)으로부터 전력케이블 등의 선로(120)를 이용하여 전력을 공급한다. 이러한 전력공급원(110)은 예컨대 발전소, 변전소 등을 포함하여 전력을 발전하여 제공할 수 있는 시스템을 의미한다. 한국전력공사에서 운영하는 발전소(111)에서는 154㎸의 전압을 공급하고 변전소(112)에서는 이를 22.9㎸로 강압하여 공급한다.
선로(120)에는 다수의 변압기(130)가 각각 설치되어 전력 소비자(160)가 사용할 수 있도록 220V의 상용전압으로 변환하도록 한다. 각 변압기(130)의 2차 측에는 다수의 전력 소비자(160)가 연결되어 전력을 사용한다.
전력량계(Power Meter)(140)는 전력 소비자(160)의 전단에서 일대 일로 연결되며 각 전력 소비자(160)가 사용한 전력량을 검출한다. 전력저장장치(150)는 전력 소비자(160)의 전단에 선택적으로 설치될 수 있다. 이러한 전력저장장치(150)는 예컨대 배터리, 축전지 등으로 구현되어 정전시나 댁내의 기기고장 시 전력을 이용할 수 있도록 한다. 또한, 전력저장장치(150)의 충전 및 방전량을 이용하여 신재생 에너지 시스템(170)의 발전량이나 전력 소비자(160)의 수요에 대한 간접적인 제어가 가능하다.
한편, 스마트 그리드(Smart Grid) 사업에서는 상기와 같은 선로(120)에 신재생 에너지 시스템(170)이 연결된다. 이러한 신재생 에너지 시스템(170)에서는 전력공급원(110)과는 별도로 전력을 생산하여 선로(120)를 통해 전력 소비자(160)에게 공급하는 시스템이다. 예컨대, 풍력발전시스템, 수력발전시스템, 지열발전시스템 등을 포함할 수 있다. 또한, PCS(Power Converting System)(180)은 신재생 에너지 시스템(170)에서 발전된 직류전원을 선로(120)에 필요한 교류전원으로 변환하고 제어하기 위한 것이다. 이러한 PCS(180)는 변환되는 전압의 크기, 위상, 주파수 등 전기품질에 관련된 제어가 가능하다.
도 2는 본 발명에 따른 전력계통 운영서버의 실시간 전력정보 수집을 나타낸 관계도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전력계통 운영서버(200)는 다양한 시스템으로부터 전력계통의 전력에 관련된 각종 정보를 실시간으로 수집한다. 도 1 및 도 2를 참조하여 이를 구체적으로 설명한다.
먼저, 전력계통 운영서버(200)는 전력공급원(110)으로부터 전력계통의 정보를 수신한다. 이러한 전력계통의 정보로는 선로(120) 및 변압기(130)의 용량, 변압기(130)의 위치, 구성, 1차측 고전압(22.9㎸) 및 2차측 저압(220V)의 배전 계통도, 스위치(미도시) 용량 등의 정보를 포함한다. 또한, 전력계통 운영서버(200)는 배전자동화 시스템(210)으로부터 배전자동화 정보를 수신한다. 배전자동화 정보는 차단기의 상태, 새로운 전력이 인입되는 인입점에서의 전력량 등의 정보를 포함한다.
또한, 전력계통 운영서버(200)는 신재생 에너지 시스템(170)으로부터 신재생 에너지의 발전량 정보를 수신한다. 이러한 신재생 에너지 시스템(170)은 소정의 인입점을 통하여 선로(120)에 새로운 전력을 공급함으로써 선로(120) 및 변압기(130)에서의 용량 문제를 해결할 수 있도록 한다.
또한, 전력계통 운영서버(200)는 전력저장장치(150)로부터 충전량 및 방전량을 수신한다. 이러한 전력저장장치(150)는 전력 소비자(160)가 전력을 저장하기 위한 장치이다. 전력저장장치(150)는 내부에 저장하고 있는 전력량, 저장가능한 전력량, 방전량 등의 정보를 전력계통 운영서버(200)로 전송한다.
나아가, 전력계통 운영서버(200)는 전력량계(140)로부터 전력 소비자(160)의 전력 사용량을 실시간으로 수신한다.
한편, 전력계통 운영서버(200)는 상기한 전력공급원(110)으로부터 전력계통 정보를 상시 데이터로 수신하여 저장하고, 배전자동화 시스템(210), 신재생 에너지 시스템(170), 전력저장장치(150) 및 전력량계(140)와의 인터페이스를 통해 각각 해당 정보를 실시간으로 수신한다. 따라서, 전력계통 운영서버(200)에서는 실시간으로 전송되는 각종 데이터를 이용하여 현재 전력계통에서의 조류를 계산한다. 나아가, 이와 같이 계산된 전력계통에서의 조류를 확인하여 선로, 변압기 등의 용량, 전압 및 전기품질에 이상이 있는지를 확인하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 실시간 전력정보를 이용한 전력계통의 운영방법을 보이는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 실시간 전력정보를 이용한 전력계통의 운영방법은 전력계통을 다수의 지역으로 구분한다(S101). 이러한 지역의 구분은 운영자가 임의의 범위로 구분할 수 있다. 예컨대, 하나의 변압기에 연결된 장치들의 집단을 하나의 지역으로 구분할 수 있다.
이어, 각각 구분된 지역별로 전력계통 정보, 배전자동화 정보, 전력계통의 전력량 정보, 신재생 에너지 시스템의 발전량 정보 및 전력저장장치의 충/방전량 정보를 실시간으로 수집한다(S102).
계속해서, 상기와 같이 수집된 각종 전력관련 정보들을 이용하여 해당 전력계통의 조류를 계산한다(S103). 조류계산은 공지의 알고리즘을 이용할 수 있다. 예컨대, 전류조류 방정식을 이용하거나 전력계통 종합해석 소프트웨어인 PSAC 등을 이용할 수 있다. 이러한 조류를 이용하면 전력계통의 전압, 전류, 전력 등의 흐름을 파악할 수 있고 송/배전량, 전력사용량, 부하량, 변압기의 1차측/2차측 전압 등 전력계통의 전반적인 정보를 실시간으로 파악할 수 있다.
이후, 상기와 같이 계산된 조류를 확인하여 전력계통에서의 용량, 전압 또는 전기품질에 대한 이상 유무를 판단한다(S104). 이때, 용량은 전력계통에서 선로 및 변압기의 용량문제, 전압분배는 전력계통에서 공급되는 전압의 크기문제, 전기품질은 직류에서 교류로 변환될 때 교류전압에 포함된 고조파 발생문제, 변환된 교류전압의 위상 및 주파수의 적절성 문제 등을 포함한다.
만약, 이상이 발생한 것으로 판단되면(S105), 전력저장장치(150) 및/또는 신재생 에너지 시스템(170) 중 적어도 하나를 제어함으로써 이러한 이상문제를 해결한다(S106). 예컨대, 용량, 전압 및 전기품질 중 적어도 하나에 문제가 발생하면 전력저장장치(150)의 방전량을 조절하고, PCS(180)를 제어하여 위상, 주파수를 조절하도록 하고 고조파 발생을 억제하도록 한다.
그런데, 상기 S106 단계의 조치에도 불구하고 특정 지역별 전력계통에서의 용량, 전압 또는 전기품질의 이상이 해결되지 않은 경우(S107), 해당 지역의 전력 가격을 변동함으로써 이를 해결하도록 한다(S108). 이는 지역별로 전력 가격을 변동함에 따라 전력 사용량, 부하량 등이 조절될 수 있기 때문이다.
나아가, S108 단계에서도 이상이 해결되지 않는 경우(S109)에는 전력계통의 전 지역의 전력 가격을 변동시킨다(S110).
이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110 : 전력공급원 111 : 발전소
112 : 변전소 120 : 전력공급선
130 : 변압기 140 : 전력량계
150 : 전력저장장치 160 : 전력 소비자
170 : 신재생 에너지 시스템 180 : PCS
200 : 전력계통 운영서버 210 : 배전자동화 시스템

Claims (4)

  1. 전력계통을 다수의 지역으로 구분하고 상기 구분된 각 지역별 전력계통의 장치정보, 배전자동화정보, 전력계통의 전력량 정보, 신재생에너지 시스템의 발전량 정보 및 전력소비자측 전력저장장치의 충/방전량 정보를 실시간으로 수집하는 제1단계;
    상기 수집된 정보를 이용하여 상기 전력계통의 조류를 계산하는 제2단계;
    상기 계산된 조류를 확인하여 상기 전력계통에서의 용량, 전압 또는 전기품질에 대한 이상 유무를 판단하는 제3단계;
    상기 판단 결과 이상이 발생한 경우 상기 전력저장장치의 방전량 또는 신재생 에너지 시스템의 발전량 중 적어도 하나를 조절하는 제4단계;
    상기 제4단계 이후에, 상기 구분된 각 지역별 전력계통에서의 용량, 전압 또는 전기품질의 이상이 해결되었는지를 판단하는 제5단계; 및
    상기 이상이 해결되지 않은 것으로 판단되면 상기 해당 지역의 전력 가격을 변동시키는 제6단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전력정보를 이용한 전력계통의 운영방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 해당 지역의 전력 가격을 변동시키는 제6단계 이후에,
    상기 지역별 전력계통에서의 용량, 전압 또는 전기품질의 이상이 해결되었는지를 판단하는 단계; 및
    상기 이상이 해결되지 않으면 상기 전력계통의 전 지역의 전력 가격을 변동시키는 단계; 를 더 포함하는 실시간 전력정보를 이용한 전력계통의 운영방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 용량은 상기 전력계통에서 선로 및 변압기의 용량문제, 상기 전압은 상기 전력계통에서 공급되는 전압의 크기문제, 상기 전기품질은 직류에서 교류로 변환될 때 교류전압에 포함된 고조파 발생을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전력정보를 이용한 전력계통의 운영방법.
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