KR101221083B1

KR101221083B1 - 배전 시스템의 상태추정 방법

Info

Publication number: KR101221083B1
Application number: KR1020110049734A
Authority: KR
Inventors: 신만철
Original assignee: 주식회사 파워이십일
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2013-01-11
Also published as: KR20120137613A; WO2012161378A1

Abstract

본 발명은 따른 배전 시스템의 상태 추정 방법에 관한 것으로서, 특히 배전 계통의 Ybus 행렬을 구성하고 시스템 초기치를 설정한 후에 전압원만에 의한 무부하 전압을 계산하는 초기화 단계; 및 상태 추정에 의해 부하 배분을 수행한 후 조류 계산을 수행하고, 편차를 확인하여 수렴 여부를 판정하는 반복 계산 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 배전계통의 실제 운영에 있어서 유효전력과 무효전력에 관한 정보가 거의 없으므로 변전소의 인출값과 일부 모선의 측정에 의한 기지값들을 반영하여 미지 모선의 부하를 산정하고, 이를 이용해 배전계통의 조류 계산을 수행하는 과정을 반복 수행함으로써 부하배분이 합리적으로 계산되어 배전계통의 손실이 감소하게 되며, 또한 부하 배분을 반영하여 정확한 조류 계산 알고리즘을 수행한 후 그에 대한 수리적인 해석 결과를 토대로 배전계통의 현재 상태를 정확히 파악하여 현 상태의 문제점 및 위반 사황을 확인하고, 발견된 제반사항을 해소하여 합리적으로 운영될 수 있도록 한다.

Description

배전 시스템의 상태추정 방법{Method for assume condition of power distribution System}

본 발명은 배전 시스템의 상태추정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변전소의 인출값과 일부 모선의 측정에 의한 기지값들을 반영하여 미지 모선의 부하를 산정하고, 이를 이용해 배전계통의 조류 계산을 수행하는 과정을 반복 수행함으로써 부하배분이 합리적으로 계산되어 보정될 수 있는 배전 시스템의 상태추정 방법에 관한 것이다.

최근 전력계통은 규모가 대형화되고 선로의 연계가 광범위하게 이루어지고 있다. 이러한 대형화와 복잡화로 인해, 전력설비에 투자되는 비용도 증가하고 있으며 전력소모량도 증가하고 있어 전원 설비에 소요되는 연료비를 비롯한 제반 비용의 규모는 해를 거듭할수록 증가되고 있다.

우리나라 온실가스 배출량의 84%가 에너지 부문에서 배출되고 있으며, 그 중 전력이 34%를 차지하고 있어 중장기적으로 전력망의 고도화가 필요한 실정이다. 더구나 전세계 전력수요가 2006년 대비 2020년에는 약 70%, 2030년에는 약 2배로 증가할 것으로 전망되어 효율적인 관리를 위한 전력망의 지능화 및 융합기술의 필요성은 날로 증가하고 있다.

한전의 송배전손실률은 2009년 기준 발전량 411,631GWh의 4.07%인 16,770GWh이다. 이러한 송배전손실에서 배전계통의 손실률이 50% 이상을 차지하므로 배전손실량은 약 8,400GWh에 해당된다. 따라서, 배전선로(D/L, feeder)의 계통 최적화를 추진할 경우 손실감소분은 배전손실률의 약 10% 정도를 해소할 수 있다. 그러면 2009년을 기준으로 배전계통 최적화를 통해 얻어지는 손실절감량은 840GWh에 해당하고, 이를 kW당 석탄 발전비용인 약 20원으로 환산할 경우 연간 약 1,400억원에 해당하는 금액을 절감할 수 있을 것으로 추산된다.

이러한 전력계통의 최적화를 위한 핵심 기술인 배전계통의 해석기술, 그 중에서도 가장 기본이 되는 조류계산(power flow calculation)은 전력망 지능화를 위한 초석이라 할 수 있다.

상기 조류계산이란 정상상태일 때의 전력계통에 대한 수리적인 해석을 수행하는 것으로서, 보통 소프트웨어 툴을 이용하여 해석된다. 조류계산 해석의 결과는 base-case 라고 불리는데, 모든 노드의 전압 정보와 선로의 전류 정보 및 계통손실 정보를 포함한다.

이러한 정보는 전력계통의 최적 운영을 위해 사용될 뿐만 아니라, 미래 계통 증대에 따른 계획에도 유용하게 활용된다. 1950년대 후반 송전계통에 대한 조류계산 프로그램이 실용화된 이래로, Newton-Raphson 법, Gauss-Seidel 법, Fast Decoupled Power Flow 법 등의 여러 가지 해석 방법이 개발되었다.

상기한 해석 방법은 송전계통의 선로가 균등하게 연가(transposed 3-phase lines) 되어 있고, 정상상태 일때 a-b-c 상이 평형을 이루고 있다는 전제하에 해석을 수행한 것이다. 따라서 송전계통에서는 계통을 단상으로 취급하여 모델링하므로 비교적 간단하게 송전계통을 해석할 수 있다.

그러나 실제의 배전계통에서는 선로가 연가되어 배치되는 경우는 거의 없는 편이고 3상과 2상 및 1상 선로 또는 부하가 혼재하는 불평형 계통으로 구성되는 경우가 대부분이다. 따라서 배전계통의 올바른 해석을 위해서는 3상 모델링이 필수적이다.

한편, 불평형인 배전계통을 고려하는 것 외에 배전계통에서는 송전계통과 달리 실제 운영에 있어서 모든 부하의 전력값이 주어지지 않아 정확한 부하의 정보를 알 수 없는 상황이 발생한다. 이는 변전소나 구분 개폐기와 같이 측정 설비가 포함되어 있는 곳에서만 부하 전력의 측정이 이루어지기 때문이다.

즉, 측정 장치가 없는 수동 개폐기가 위치한 곳이나 구분 개폐기와 멀리 떨어진 곳은 부하를 알 수 없게 된다. 배전 계통의 상태 파악을 위해서는 조류계산이 수행되어야 하는데, 배전 계통에서는 부하의 유효전력과 무효전력에 대한 정보가 거의 없는 편이다.

따라서, 배전 선로의 분담 부하의 불균형이 야기되고, 이로 인해 배전 계통의 손실이 가중되며, 전류 또는 전압 문제를 수반하기도 한다. 그러므로, 배전 계통의 이러한 문제를 극복하기 위해 미지 부하를 산정하기 위해 배전 해석에 적합한 Implicit Zbus Method를 적용하고, 배전 계통에 대한 부하 배분 해석 알고리즘에 대한 연구가 절실히 필요하다고 하겠다.

따라서, 본 발명의 목적은 배전계통의 실제 운영에 있어서 유효전력과 무효전력에 관한 정보가 거의 없으므로 변전소의 인출값과 일부 모선의 측정에 의한 기지값들을 반영하여 미지 모선의 부하를 산정하고, 이를 이용해 배전계통의 조류 계산을 수행하는 과정을 반복 수행함으로써 부하배분이 합리적으로 계산되어 보정될 수 있는 배전 시스템의 상태추정 방법을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배전 시스템의 상태추정 방법은, 배전 계통의 Ybus 행렬을 구성하고 시스템 초기치를 설정한 후에 전압원만에 의한 무부하 전압(

)을 계산하는 초기화 단계; 및 상태추정에 의해 부하 배분을 수행한 후 조류 계산을 수행하고, 편차를 확인하여 수렴 여부를 판정하는 반복 계산 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 시스템 초기치를 설정하는 단계는, a) 총 공급전력으로서 변전소의 주입전력을 설정하는 단계와, b) 변전소의 전압은 기지값으로 부하 모선의 전압을 1.0pu로 설정하는 단계와, c) 미지 부하 전력을 부하 용량으로 설정하는 단계와, d) 부하 배분을 위한 유효전력 배정계수, 무효전력 배정계수를 1로 설정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 부하 배분을 수행하는 단계는, a) 미지 부하의 전력(

)을 설정하는 단계와, b) 모선 전력을 계산하는 단계와, c) 손실함수를 계산하는 단계와, d) 유효전력 배정계수와 무효전력 배정계수를 계산하는 단계와, e) 상기 미지부하의 전력(

)을 배분하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조류 계산을 수행하는 단계는, a) 부하모선의 주입전류(

)를 계산하는 단계와, b) 전류원에 의한 전압(

)을 계산하는 단계와, c) 전압 결과를 합성(

)하는 단계와, d) 전압값의 이전 값과 갱신된 값의 편차가 허용 편차 내에 있으면 조류 계산 단계를 중단하고, 상기 허용 편차 내에 없으면 상기 조류 계산 단계를 반복 계산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 편차를 확인하여 수렴 여부를 판정하는 단계는, 갱신된 전압(V)으로 손실 함수를 계산한 후에 상기 손실함수의 이전 값과 손실함수의 갱신 값의 편차가 허용 편차 내에 있으면 전체 단계를 중단하고, 상기 허용 편차 내에 없으면 상기 손실함수의 편차가 허용 수준에 이를 때까지 반복 계산하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 배전 시스템의 상태 추정 방법에 따르면, 배전계통의 실제 운영에 있어서 유효전력과 무효전력에 관한 정보가 거의 없으므로 변전소의 인출값과 일부 모선의 측정에 의한 기지값들을 반영하여 미지 모선의 부하를 산정하고, 이를 이용해 배전계통의 조류 계산을 수행하는 과정을 반복 수행함으로써 부하배분이 합리적으로 계산되어 보정될 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명은 손실함수와 개별 전압의 편차가 허용 수준에 이를 때까지 반복 계산하여 전력 수급 조건을 만족시킬 수 있고, 그에 대한 부하전력 배정계수를 구하게 되어 미지부하의 배분이 합리적으로 수행될 수 있어 배전 계통의 손실이 감소하게 되며, 또한 부하 배분을 반영하여 정확한 조류 계산 알고리즘을 수행한 후 그에 대한 수리적인 해석 결과를 토대로 배전계통의 현재 상태를 정확히 파악하여 현 상태의 문제점 및 위반 사황을 확인하고, 발견된 제반사항을 해소하여 합리적으로 운영될 수 있도록 하는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배전 시스템의 상태 추정 방법의 순서도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한, 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

배전계통의 상태파악을 위해서는 조류계산이 수행되어야 하는데, 배전계통에서는 부하의 유효전력과 무효전력에 대한 정보가 거의 없는 편이다. 그러나 변전소의 인출값과 일부 모선의 측정에 의한 기지(旣知) 값들을 반영하면 미지 모선의 부하를 산정할 수 있게 된다.

배전계통에서는 하기한 정보들을 기지값으로 사용한다.

˚ 변전소의 전압크기 및 위상각 (

,

), 유효 및 무효 전력(P, Q)-변전소 모선은 발전 모선으로 취급

˚ 부하단 변압기의 합성용량 (kVA)

˚ 모든 부하모선의 역률(

) - 역률이 주어지지 않으면 0.9 지상을 가정

이와 같이, 상태 추정 알고리즘은 측정에 의해 아는 값들과 부하산정 결과를 이용해 배전계통 조류계산을 수행할 수 있는데 이러한 절차를 반복하여 수행하면 부하배분이 합리적으로 계산되어 보정될 수 있다.

먼저, 부하 배분을 위한 부하 배분 알고리즘은 하기한 수학식 1로 표현될 수 있는 손실 함수(

)를 이용하여 계산한다.

단,

은 시스템의 총손실,

는 변전소의 총 공급전력,

는 조상기의 총 전력,

는 선로의 병렬 커패시턴스에 의한 총 충전 전력,

는 기지 부하의 총 전력,

는 미지 부하의 총 전력이다.

배전 계통의 정확한 손실을 알 수 없어 그에 따른 부하 배분이 어려우므로 반복 계산에 의해 계통의 손실이 일정하도록 부하를 배분하는 방법을 적용하고, 정확한 부하 배분을 위해 조류 계산을 수행하면 미지 부하에 대한 부하 배분이 보정되게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배전 시스템의 상태추정 방법의 순서도이다.

도 1을 참고하면, 상기 부하 배분 알고리즘은 크게 초기화 단계와 반복계산 단계로 구분될 수 있는데, 먼저 초기화 단계에서는 배전 계통의 Ybus 행렬을 구성하고, 시스템 초기치를 설정한 후에 전압원만에 의한 무부하 전압(

)을 수학식 2를 이용해 계산한다.

이때, 상기 시스템 초기치를 설정하는 단계에서는 총 공급전력으로서 변전소의 주입전력을 하기한 수학식 2와 같이 설정한다.

그리고, 변전소의 전압은 기지값(

)으로 부하 모선의 전압은 1.0pu로 설정하고, 미지 부하전력은 수학식 3과 같이 부하 용량으로 설정하며, 부하 배분을 위한 유효전력 배경계수(

) 및 무효전력 배정계수(

)를 1로 설정한다.

다음, 상기 반복 계산 단계는 크게 부하 배분을 수행하는 단계, 조류 계산을 수행하는 단계, 및 편차를 확인하여 수렴 여부를 판정하는 단계의 소단계로 구성된다.

상기 부하 배분을 수행하는 단계는, 미지 부하의 전력을 수학식 5와 같이 설정한다.

그리고, 수학식 6과 같이 모선 전력을 계산한 후에 수학식 7로 표현되는 손실함수를 계산한다.

이때, 상기 손실함수 계산은 변전소를 전압원으로 두고, 부하전력과 조상기의 전력을 등가 주입전류원으로 변환하여 전압값을 계산하므로, 전압원과 전류원을 각각 활성화했을 때의 수학식 2 및 수학식 8을 합성하면 수학식 9와 같이 된다.

결국, Ybus 행렬과 정해진 V의 곱은 주입전류(I)가 되므로 주입전류 S는 수학식 10과 같이 되고, 전 모선의 주입전력을 계산하여 모든 모선의 주입전력을 합하면 상기 수학식 7과 같이 계통의 총 손실이 된다.

이렇게 손실 함수를 계산한 후에는 부하전력 배정계수를 계산한다.

상기 수학식 1에서 부하의 총 전력은 수학식 11 및 수학식 12와 같이 유효 전력과 무효 전력으로 구분하여 나타낼 수 있다.

여기서,

은 부하의 총 유효 및 무효 전력이고,

는 i번째 모선의 유효 및 무효 전력이며,

는 값을 알고 있는 k번째 모선의 유효 및 무효 전력이고,

는 값을 알지 못하는 u번째 모선의 유효 및 무효 전력이다.

미지 부하 모선에 대해 부하의 정격 용량에 일정하게 비례하도록 각각의 계수를 두어 다음 수학식 13 및 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는 부하 전력을 모르는 u번째 모선의 정력 유효전력과 정격 무효 전력이고,

는 부하 전력을 모르는 u번째 모선의 유효 전력 배정계수와 무효 전력 배정계수이다.

미지 부하 모선이 배정계수가 모두 같다고 가정하면, 상기 수학식 13과 수학식 14는 수학식 15 및 수학식 16과 같이 1개의 유효전력 배정계수와 1개의 무효전력 배정계수로 나타낼 수 있다.

단,

는 부하 배분을 위한 유효전력 배정계수 및 무효전력 배정계수이다.

상기 수학식 1을 이용하면 하기한 수학식 17 및 수학식 18과 같이 유효전력 배정계수와 무효전력 배정계수를 구할 수 있다.

여기서,

는 계통의 총 손실의 유효전력과 무효전력이고,

는 변전소의 총 공급전력의 유효전력과 무효전력이며,

는 조상기의 총 전력의 유효전력과 무효전력이고,

는 선로의 병렬 커패시턴스에 의한 총 충전 전력의 유효전력과 무효전력이며,

는 기지(旣知) 부하의 총 전력의 유효전력과 무효전력이고,

는 미지(未知) 부하의 총 전력의 유효전력과 무효전력이다.

이렇게 구한 배정계수를 모든 미지 부하 모선에 적용하면 수학식 19와 같이 유효전력과 무효 전력을 배분할 수 있게 된다.

상기에서 상태 추정 알고리즘은 부하 배분을 계산하는 단계가 완료된 후에는 조류 계산을 수행하는데, 조류 계산은 부하 모선의 주입 전류(

)를 수학식 20을 이용해 계산하고, 전류원에 의한 전압을 상기 수학식 8을 이용해 계산한 후에 각 계산된 전압 결과를 수학식 21과 같이 합성한다.

그 후, 전압값의 이전 값과 갱신된 값의 편차가 허용 편차 내에 있으면 상기 조류 계산을 수행하는 단계를 중지하고, 그렇지 않으면 상기 조류 계산을 수행하는 단계를 반복 계산한다.

한편, 상기 편차를 확인하여 수렴 여부를 판정하는 단계는 갱신된 전압으로 손실함수를 상기 수학식 1의 전력 수급 조건에 만족하도록 하면서 상기 수학식 10을 이용해 계산하고, 손실함수 이전 값과 갱신된 값의 편차가 허용 편차 내에 있으면 전체 반복계산 단계를 중지한다.

그러나, 상기 손실함수의 이전 값과 갱신된 값의 편차가 발생한다면 이는 전력수급 조건에 맞지 않다는 것을 의미하므로, 상기 반복계산 단계를 반복 계산한다. 이는 최초의 손실함수는 상기 수학식 7과 같이 초기치로 주어진 전압에 의해 계산된 값으로 출발하지만, 손실함수의 편차가 허용 수준에 이를 때까지 반복하여 계산하면 전력 수급 조건을 만족시킬 수 있게 되고, 그에 대한 부하전력 배정계수를 구하게 되어 미지부하를 배분할 수 있기 때문이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 배전 시스템의 상태추정 방법을 다수의 실시예로 시뮬레이션을 수행한 결과에 대해 구체적으로 설명한다.

본 발명의 실시예에서는 일부 부하를 미지(未知)부하로 설정하여 시뮬레이션을 수행함으로써 상태추정 알고리즘 알고리즘의 타당성과 합리성을 검토한다.

하기한 표 1은 다양한 실시예에 사용될 데이터를 구분한 것인데, 조류계산 알고리즘의 검증용 데이터는 IEEE 123 노드 테스트 분배선로의 원 데이터에서 몇 개의 부하를 미지 부하로 고려하여 이를 등가 부하용량과 역률로 환산하여 입력한 것이고, 부하배분 검토용 데이터는 IEEE 123 노드 테스트 분배선로의 원 데이터에서 몇 개의 부하를 미지 부하로 고려하여 임의의 부하용량과 역률로 입력한 것이다.

상기 조류계산 알고리즘 검증용 데이터를 사용할 경우에는 미지부하로 분류된 데이터에 대해서 실제 부하 값을 부하용량과 역률로 환산하였으므로, 예상되는 부하전력 배정계수는

이다.

먼저, 상기 조류계산 알고리즘의 타당성을 검토해 본다.

(1) 실시예 1 : 알고리즘 검증용 데이터 / 1개 미지 부하 적용

표 2에는 실시예 1에 적용된 데이터를 나타낸 것으로서, 왼쪽에 표시된 kW, kVAr이 실제 부하량이며, 오른쪽에 표시된 kVA, pf가 미지값으로 설정했을 때의 등가로 환산한 용량과 역률이다.

상기한 표 2의 오른쪽 데이터를 적용하여 시뮬레이션을 수행했을 때의 부하전력 배정계수는 표 3과 같이 나타나고, 부하전력 배정계수가 모두 1로서 예상했던 대로 타당한 결과가 도출됨을 알 수 있다. 그리고, 표 4는 계산 결과를 요약한 것으로서 개별 전압의 편차에 있어서도 매우 정확한 것을 확인할 수 있다.

(2) 실시예2 : 알고리즘 검증용 데이터 / 6 개 미지 부하 적용

표 5에는 실시예 2에 적용된 데이터를 나타낸 것으로서, 왼쪽에 표시된 kW, kVAr이 실제 부하량이며, 오른쪽에 표시된 kVA, pf가 미지값으로 설정했을 때의 등가로 환산한 용량과 역률이다.

상기한 표 5에서 오른쪽 데이터를 적용하여 시뮬레이션을 수행했을 때의 부하전력 배정계수는 표 6과 같이 나타나고, 복수의 미지 부하에 대해서도 부하전력 배정계수가 모두 1로서 예상했던 대로 타당한 결과가 도출됨을 알 수 있으며, 표 7의 계산 결과를 요약한 것을 살펴보면 개별 전압의 편차에 있어서도 매우 정확한 것을 확인할 수 있다.

다음, 부하배분 검토용 데이터는 미지부하에 대해 실제 부하값과 다른 값으로 용량과 역률이 설정되어 있으므로, 이때의 부하배정계수의 값은 상기 조류계산 알고리즘 검증용 데이터에서와는 다른 값을 가질 것을 예상할 수 있다.

(3) 실시예 3 : 부하배분 검토용 데이터 / 1 개 미지 부하 적용

표 8은 실시예 3에 적용된 데이터를 나타낸 것으로서, 왼쪽에 표시된 kW, kVAr이 실제 부하량이며, 오른쪽에 표시된 kVA, pf가 미지값으로 설정했을 때의 용량과 역률이다.

상기한 표 8의 오른쪽 데이터를 적용하여 시뮬레이션을 수행했을 때의 부하전력 배정계수는 표 9와 같고, 표 9의 부하전력 배정계수를 미지부하에 적용해 보면 도 10과 같이 나타날 수 있다.

표 10에 나타나 있듯이, 계산된 배정계수를 미지부하에 적용하였을 때, 실제 값과의 편차가 0.19kW, 0.18kVAr로서 매우 작아 합리적으로 부하배분이 이루어졌음을 알 수 있다.

표 11은 계산 결과를 요약한 것으로서, 개별 전압의 편차에 있어서도 매우 정확한 것을 확인할 수 있다.

(4) 실시예 4 : 부하배분 검토용 데이터/ 6개 미지 부하 적용

표 12는 실시예 4에 적용된 데이터로서, 왼쪽에 표시된 kW, kVAr이 실제 부하량이며, 오른쪽에 표시된 kVA, pf가 미지값으로 설정했을 때의 용량과 역률이다. 상기 실시예 4가 실시예 3과 다른 점은 미지 부하를 6개로 확대한 것이다.

표 13은 미지 부하의 전체 비율을 나타낸다.

상기한 표 12의 오른쪽 데이터를 적용하여 시뮬레이션을 수행했을 때의 부하전력 배정계수는 표 14와 같이 나타난다.

상기한 표 14의 부하전력 배정계수를 미지부하에 적용해 보면 표 15와 같이 나타나고, 계산된 배정계수를 미지 부하에 적용하였을 때, 실제 값과의 최대 편차가 3.2kW, 4.8VAr로서 상기 실시예 3의 미지 부하가 1개일 경우보다 조금 증가하는 것을 알 수 있다.

그러나, 부하의 총량에 있어서는 편차가 0.2kW (300.2 - 300), 0.2kVAr (175.2 - 175)로서 미지 부하 배분의 총량은 실제 총량에 매우 작은 편차로 근접함을 알 수 있다. 이는 모든 미지 부하의 배정계수를 같다고 가정한 조건에 의한 결과로서, 개별 미지 부하의 배분량에 있어서는 약간의 편차가 있으나 총 미지 부하의 배분은 매우 합리적으로 수행됨을 알 수 있다.

표 16은 계산 결과를 요약한 것으로서, 개별 전압의 편차에 있어서도 매우 정확한 것을 확인할 수 있다.

(5) 실시예 5 : 부하배분 검토용 데이터 / 15 개 미지 부하 적용

표 17은 실시예 5에 적용된 데이터로서, 왼쪽에 표시된 kW, kVAr이 실제 부하량이며, 오른쪽에 표시된 kVA, pf가 미지값으로 설정했을 때의 용량과 역률이다.그리고, 표 18은 미지 부하의 전체 비율을 나타낸다.

상기한 표 17의 오른쪽 데이터를 적용하여 시뮬레이션을 수행했을 때의 부하전력 배정계수는 표 19와 같이 나타난다.

상기한 표 19의 부하전력 배정계수를 미지부하에 적용해 보면 표 20과 같이 나타나는데, 계산된 배정계수를 미지 부하에 적용하였을 때, 실제 값과의 최대 편차가 7.6kW, 8.2kVAr로서 미지 부하가 많아질수록 더 증가하는 것을 알 수 있다.

그러나 부하의 총량에 있어서는 편차가 0.8kW (728.1 - 727.3), 0.9kVAr (419.8 - 418.7)로서 미지 부하 배분의 총량은 실제 총량에 매우 작은 편차로 근접함을 알 수 있다.

상기한 실시예 4와 마찬가지로 이는 모든 미지 부하의 배정계수를 같다고 가정한 조건에 의한 결과로서, 개별 미지 부하의 배분량에 있어서는 약간의 편차가 있으나, 총 미지 부하의 배분은 매우 합리적으로 수행됨을 알 수 있다.

표 21은 계산 결과를 요약한 것으로서, 개별 전압의 편차에 있어서도 매우 정확한 것을 확인할 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 배전 시스템의 상태추정에 의해 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변전소의 인출값과 일부 모선의 측정에 의한 기지값들을 반영하여 미지 모선의 부하를 산정하고, 이를 이용해 배전계통의 조류 계산을 수행하는 과정을 반복 수행함으로써 부하배분이 합리적으로 계산되어 보정될 수 있을 뿐만 아니라 정확한 조류 계산 알고리즘을 통해 수리적인 해석 결과를 토대로 배전계통의 현재 상태를 정확히 파악하여 현 상태의 문제점 및 위반 사황을 확인하고, 발견된 제반사항을 해소하여 합리적으로 운영될 수 있도록 하는 배전 시스템의 상태추정에 에 관한 것이다.

Claims

배전 계통의 Ybus 행렬을 구성하고 시스템 초기치를 설정한 후에 전압원만에 의한 무부하 전압(
)을 계산하는 초기화 단계; 및
상태 추정에 의한 부하 배분을 수행한 후 조류 계산을 수행하고, 편차를 확인하여 수렴 여부를 판정하는 반복 계산 단계;로 이루어지되
상기 편차를 확인하여 수렴 여부를 판정하는 단계는, 갱신된 전압(V)으로 손실 함수를 계산한 후에 상기 손실함수의 이전 값과 손실함수의 갱신 값의 편차가 허용 편차 내에 있으면 전체 단계를 중단하고, 상기 허용 편차 내에 없으면 상기 손실함수의 편차가 허용 수준에 이를 때까지 반복 계산하는 것을 특징으로 하는 배전 시스템의 상태추정 방법.
제1항에 있어서,
상기 시스템 초기치를 설정하는 단계는,
a) 총 공급전력으로서 변전소의 주입전력을 설정하는 단계와,
b) 변전소의 전압은 기지값으로 부하 모선의 전압을 1.0pu로 설정하는 단계와,
c) 미지 부하 전력을 부하 용량으로 설정하는 단계와,
d) 부하 배분을 위한 유효전력 배정계수, 무효전력 배정계수를 1로 설정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 배전 시스템의 상태추정 방법.
제1항에 있어서,
상기 부하 배분을 수행하는 단계는,
a) 하기 수학식을 이용해 미지 부하의 전력(
)을 설정하는 단계와,

단,
는 부하 배분을 위한 유효전력 배정계수 및 무효전력 배정계수이고,
는 부하 전력을 모르는 u번째 모선의 정력 유효전력과 정격 무효 전력임.
b) 하기 수학식을 이용해 모선 전력을 계산하는 단계와,

단, I는 주입전류이고, V는 계통전압이며, S는 모선전력임.
c) 하기 수학식을 이용해 손실함수를 계산하는 단계와,

단,
는 계통의 총 손실전력이며,
는 계통의 총 손실의 유효전력과 무효전력임.
d) 하기 수학식을 이용해 유효전력 배정계수와 무효전력 배정계수를 계산하는 단계와,

단, 이고,
는 변전소의 총 공급전력의 유효전력과 무효전력이며,
는 조상기의 총 전력의 유효전력과 무효전력이고,
는 선로의 병렬 커패시턴스에 의한 총 충전 전력의 유효전력과 무효전력이며,
는 기지(旣知) 부하의 총 전력의 유효전력과 무효전력이고,
는 미지(未知) 부하의 총 전력의 유효전력과 무효전력임.
e) 상기 미지부하의 전력(
)을 배분하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 배전 시스템의 상태추정 방법.
제1항에 있어서,
상기 조류 계산을 수행하는 단계는,
a) 부하모선의 주입전류(
)를 계산하는 단계와,
b) 전류원에 의한 전압(
)을 계산하는 단계와,
c) 전압 결과를 합성(
)하는 단계와,
d) 전압값의 이전 값과 갱신된 값의 편차가 허용 편차 내에 있으면 조류 계산 단계를 중단하고, 상기 허용 편차 내에 없으면 상기 조류 계산 단계를 반복 계산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 배전 시스템의 상태추정 방법.
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