KR101566296B1 - Frequency Control System in Power System - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력계통에서의 주파수 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력계통의 주파수가 저하 또는 상승되기 이전에 발전소 주변의 환경 변화 감지값에 따라 발전량 예측값 및 주파수 변동량을 미리 예측하여 전력계통의 주파수를 정격 주파수가 되도록 조정할 수 있는 전력계통에서의 주파수 제어 시스템에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a frequency control system in a power system, and more particularly, to a frequency control system in a power system that estimates a power generation amount predicted value and a frequency variation amount in advance according to an environment change detection value around a power plant, To a frequency control system in a power system capable of adjusting a frequency to be a rated frequency.
매년 전력 수급의 불균형 문제가 심화되어가는 가운데 이를 해결하기 위한 방법으로, 최근 들어 ESS가 각광을 받고 있다. ESS(Energy Storage System)는 분산전원 또는 신재생 에너지에서 발생되는 다양한 전압/전류를 제어하며, 필요에 따라 전력 계통에 연결하거나 유휴 에너지를 저장 및 사용하게 하는 에너지 저장 시스템이다. As the problem of imbalance in supply and demand continues to worsen each year, ESS is getting popular in recent years as a way to solve this problem. ESS (Energy Storage System) is an energy storage system that controls various voltages / currents generated from distributed or renewable energy, connects to the power system as needed, or stores and uses idle energy.
늘어나는 전력 수요 대비 발전소 투자에 드는 막대한 비용과 건설 소요시간을 고려해볼 때 ESS는 전력 수요 평준화, 전력 계통 안정 운영, 능동적 관리의 장점을 지니고 있다. Considering the huge cost of power plant investment compared to the growing power demand and the construction time, the ESS has advantages such as leveling of electricity demand, stable operation of power system, and active management.
또한, ESS는 스마트그리드, 태양광이나 풍력 발전 등의 신재생 에너지가 각광을 받으면서, 스마트그리드와 신재생 에너지의 사용 효율을 높이기 효율적인 방안에 필수적이다. ESS는 전력 품질, 유지보수, 타임 시프트(Time Shift), 에너지 보존 등의 이점이 있으며, 이에 따라 발전소 설비 투자 절감, 신재생 에너지의 전력 품질 향상, 정전시 피해 최소화 등의 효과가 있다.In addition, ESS is essential for efficient ways to improve the efficiency of smart grid and renewable energy, while receiving renewed energy such as smart grid, solar power and wind power generation. The ESS has advantages such as power quality, maintenance, time shift, and energy conservation, thereby reducing investment in plant facilities, improving power quality of new and renewable energy, and minimizing damage during power outages.
도 1은 일반적인 에너지 저장 시스템(ESS)의 구성을 설명하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a general energy storage system (ESS).
도 1을 참고하면, ESS는 저장장치(Battery), PCS(Ppwer Conditioning Syaetm), EMS(Energt Management System), BMS(Battery Management System)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the ESS includes a battery, a PCS (Pressure Conditioning Sysetm), an EMS (Energt Management System), and a BMS (Battery Management System).
배터리는 ESS에서 전기 에너지를 저장하는 저장장치로서, PCS를 거쳐 일정 형태로 변환된 전력을 저장해두었다가 필요할 경우에 방전한다.The battery is a storage device for storing electrical energy in the ESS. The battery stores the converted power through the PCS and discharges it when necessary.
PCS는 ESS에서 전력을 저장할 때의 특성과 사용할 때의 특성이 달라 서로 보완하는 역할이 필요하므로 전력 변환을 통해 전력 계통과 배터리 간의 호환성을 제공해준다. 즉 PCS는 발전원에서 전력을 입력받아 배터리에 저장하거나 전력계통으로 방출하기 위한 전기의 특성(AC/DC, 전압, 주파수)를 변환하는 역할을 수행한다. The PCS provides the compatibility between the power system and the battery through power conversion because it needs to complement each other in terms of the characteristics of the ESS when storing power and its characteristics in use. In other words, PCS plays a role of converting electric characteristics (AC / DC, voltage, frequency) for receiving power from a generator and storing it in a battery or discharging it to a power system.
BMS는 배터리의 충전 상태 등을 외부 인터페이스를 통해 알려주고, 과충전/과방전 등의 보호 기능을 수행한다.The BMS informs the charging status of the battery through the external interface, and performs protection functions such as overcharge / overdischarge.
EMS는 사용자의 에너지, 저장, 소비 패턴을 분석하여 최적의 솔루션을 제공하는 시스템이다. 또한, EMS는 배터리의 상태 모니터링, PCS의 상태 모니터링 및 제어하는 역할을 수행하며, 제어 센터 등에서 ESS를 모니터링하고 제어하기 위한 운영 시스템이다.EMS is a system that provides optimal solution by analyzing energy, storage and consumption patterns of users. In addition, EMS is an operating system for monitoring and controlling the status of the battery, monitoring and controlling the status of the PCS, and controlling and controlling the ESS in the control center.
발전원 등의 발전 영역에서는 신재생 에너지, 소규모 분산 발전의 등장으로 기존 대형 발전 영역과 세분된 영역이 나타나고 있고, 송전/배전 영역에서는 최대 피크 수요 및 발전량 변동 대응을 위한 여유 용량 확보 차원에서 예비력, 전력망 부하 분산, 주파수 조정 영역이 부각되고 있다. 소비(End User) 단에서도 피크 수요 대응을 위한 에너지 저장, 신재생 에너지 발전 저장, 정전시 출력 대응 등 용도별로 다양한 세분 시장에서의 니즈가 존재하며, 이와 관련된 ESS 프로젝트가 급증하고 있다. In the area of power generation and development, new large-scale power generation and subdivided areas are emerging due to the emergence of new and renewable energy and small-scale distributed generation. In the transmission / distribution area, reserve capacity, Power grid load balancing, and frequency tuning areas are highlighted. In the end user stage, there are needs in various sub-markets such as energy storage to cope with peak demand, new and renewable energy generation storage, and output response in case of power failure, and related ESS projects are rapidly increasing.
ESS에서 주파수 조정(Frequency Regulation, FR)은 순간적 수요 변동 등에 따른 전력 주파수 변동을 막기 위해 운전 중인 발전기의 출력 주파수를 조정해 공급 능력을 향상시키는 것이다.Frequency regulation (FR) in the ESS is to improve the supply capacity by adjusting the output frequency of the generator in operation to prevent fluctuations in the power frequency due to instantaneous demand fluctuations.
그러나, 신재생 에너지와 연계한 ESS는 현재 실증중이므로 양산화하여 보급이 활성화되지 않고 있고, 신재생 에너지가 현재의 전력계통에 병합되었을 경우에 주파수 조정의 문제와 전력 피크치 조정과 관련한 연구가 수반될 필요가 있다. However, since ESS linked with renewable energy is currently being demonstrated, it is necessary to carry out research related to the problem of frequency adjustment and adjustment of power peak when renewable energy is incorporated into current power system, have.
한편, 선행기술자료로서 한국등록특허 제10-1413537호는 풍력 발전 출력 보상 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 서로 다른 출력 특성을 갖는 복수의 에너지 저장 장치가 협조 제어에 의해 출력 보상분에 대한 저주파 보상 및 고주파 보상이 가능하도록 하여 풍력 발전의 출력 변동 및 부하 변화에 따른 전력 계통 주파수 변동에 대하여 효과적으로 대응하도록 하는 것이다. 그리고, 한국특허공개 제10-2014-0067496호는 자동발전제어 신호의 생성 방법 및 이를 이용한 계통운영시스템 에 관한 것으로서, 에너지가 한정된 발전자원들의 에너지 저장장치에 누적된 에너지를 자체 발전이 가능한 기존의 발전자원들을 이용하여 기 설정된 소정의 주기에 따라 해소시켜주도록 하는 것이다. Korean Patent No. 10-1413537, as prior art data, relates to a method and system for compensating wind power output, wherein a plurality of energy storage devices having different output characteristics are controlled by low frequency compensation for output compensation by cooperative control, High-frequency compensation is enabled, so that the power fluctuation of the power system can be effectively coped with the fluctuation of the output of the wind power generator and the change of the load. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0067496 discloses a method of generating an automatic power generation control signal and a system operation system using the method. In this method, energy accumulated in an energy storage device of energy- And to solve it according to a preset predetermined period by using the power generation resources.
이러한 종래 기술들에는 발전소의 출력 변동 또는 부하 변동에 따라 전력 계통의 주파수가 변동됨을 감지한 경우에 전력계통의 주파수가 정격 주파수를 유지하도록 발전력을 조정하는 주파수 주조정 기능을 수행하거나, 주파수 주조정 기능과 연동하여 연계 발전소의 발전력 조정이나 부하 증감 등의 보조 조정 기능을 수행하고, 또는 프로그램 조정이나 관성 조정 등의 동작을 수행하는 등의 주파수 조정을 수행한다. Such prior art techniques may include performing a frequency main control function that adjusts the power generation power so that the frequency of the power system maintains the rated frequency when the power system's frequency fluctuates according to the output fluctuation or load variation of the power plant, And performs frequency adjustment such as performing an auxiliary adjustment function such as adjustment of the power generation power of the connected power plant or increasing or decreasing the load, or performing an operation such as program adjustment or inertia adjustment.
따라서, 발전소의 출력 변동 또는 부하 변동이 발견된 시점부터 전력 계통의 주파수가 변동됨을 감지하여 주파수 조정을 수행하는 시점까지 지연 시간이 발생하고, 지연 시간 동안 전력 계통 주파수가 저하 또는 상승될 수 있다.Therefore, a delay time occurs until the frequency adjustment is performed by sensing that the frequency of the power system changes from the time when the output fluctuation or the load fluctuation of the power plant is found, and the power system frequency may be lowered or increased during the delay time.
공급자측에서는 지연 시간 동안 전력 계통의 주파수가 저하될 경우에 발전소 보조기기의 출력 저하, 제어계통의 불안정 등이 발생될 수 있는 문제점이 있고, 지연 시간 동안 전력계통의 주파수가 상승할 경우에 주파수 저하의 경우보다 연속 운전이 가능한 한도폭이 적어지는 문제점이 있다. On the supplier side, when the frequency of the power system is lowered during the delay time, the output of the auxiliary equipment of the power plant may be lowered and the control system may be unstable. There is a problem that the allowable range of the continuous operation becomes smaller than the case of the continuous operation.
이러한 지연 시간이 반복적으로 발생될 경우에, 수요자측에서는 유도 기기의 효율 저하, 회전수 변동에 따른 진동 및 소음 발생, 시차 발생, 정밀제어를 요구하는 생산업체에서 제품의 품질 저하 및 손실 발생, 로봇 및 자동 제어기기의 정밀도 저하 등의 수요측과 전원측의 모든 전기 설비에 나쁜 영향을 미치게 되는 문제점이 있다.
If such a delay time is repeatedly generated, there is a possibility that, on the consumer side, the efficiency of the induction device is lowered, the vibration and noise are generated due to the fluctuation of the number of revolutions, There is a problem that all the electrical equipment on the demand side and the power supply side, such as the deterioration of the precision of the automatic control device, are adversely affected.
본 발명은 전력계통의 주파수를 실시간 검출하여 전력 계통의 주파수가 정격 주파수가 되도록 주파수 주조정 동작을 수행할 뿐만 아니라 발전소 주변의 환경 변화 감지값에 따라 발전량 예측값 및 주파수 변동량을 미리 예측하여 전력계통의 주파수가 저하 또는 상승되기 이전에 미리 주파수 보조 조정 동작을 수행할 수 있는 전력계통에서의 주파수 제어 시스템을 제공한다.
The present invention not only performs the frequency main control operation so that the frequency of the power system becomes the rated frequency by detecting the frequency of the power system in real time, but also predicts the generation amount predicted value and the frequency variation amount according to the environment change detection value around the power plant, A frequency control system in a power system is provided that can perform a frequency auxiliary adjustment operation in advance before the frequency is lowered or raised.
실시예들 중에서, 전력계통에서의 주파수 제어 시스템은, 발전소의 발전량과 관련된 환경 변화를 감지하여 환경 변화 감지값을 제공하는 적어도 하나 이상의 환경 센서; 부하 변동에 따른 전력 계통의 주파수를 실시간 검출하고, 상기 검출한 전력계통의 주파수가 정격 주파수가 되도록 주파수 주조정 기능을 수행하며, 상기 환경 변화 감지값을 이용하여 상기 발전량 예측값을 산출한 후 상기 발전량 예측값에 따른 주파수 변동량을 예측하여 상기 주파수 주조정 기능과 연동하여 상기 전력 계통의 주파수를 제어하는 주파수 보조 조정 기능을 수행하는 주파수 조정 제어 장치; 상기 주파수 조정 제어 장치에서 검출한 주파수가 설정 주파수 이상일 경우에 상기 발전소의 발전 에너지가 충전되도록 충전 신호를 발생하고, 상기 주파수 조정 제어 장치에서 검출한 주파수가 설정 주파수 이하일 경우에 상기 전력 계통에 에너지가 방출되도록 방전 신호를 발생하는 전력 변환 장치; 및 상기 충전 신호가 전송되면 상기 전력 변환 장치를 통해 상기 발전 에너지를 충전하고, 상기 방전 신호가 전송되면 상기 전력 변환 장치를 통해 충전된 에너지를 상기 전력 계통으로 방출하는 에너지 저장 장치를 포함하되, 상기 주파수 조정 제어 장치는, 상기 검출한 전력계통의 주파수를 설정 주파수와 비교하여 상기 전력 계통의 주파수가 정격 주파수가 되도록 충전 제어 신호 또는 방전 제어 신호를 발생하여 주파수 주조정 동작을 수행하는 주파수 주조정부; 상기 주파수 변동량에 따라 상기 주파수 주조정 동작 이전에 상기 전력계통의 주파수를 정격 주파수가 되도록 조정하는 주파수 보조 조정 동작을 수행하는 주파수 보조 조정부; 및 상기 주파수 보조 조정부의 주파수 보조 조정 동작에 의한 전력 계통의 주파수와 상기 주파수 주조정부의 주파수 주조정 동작에 의한 전력 계통의 주파수를 비교하여 정상 동작 여부를 확인하는 동작 확인부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Among the embodiments, the frequency control system in the power system includes at least one environmental sensor that detects an environmental change associated with the power generation amount of the power plant and provides the environmental change detection value; Wherein the control unit performs a frequency main control function so that the frequency of the power system is detected in real time according to the load variation and the frequency of the detected power system becomes the rated frequency, A frequency adjustment control device for performing a frequency auxiliary adjustment function of controlling a frequency of the power system in cooperation with the frequency main control function by predicting a frequency variation amount according to a predicted value; Wherein when the frequency detected by the frequency adjustment control device is equal to or higher than the preset frequency, a charge signal is generated so that the power generation energy of the power plant is charged, and when the frequency detected by the frequency adjustment control device is equal to or lower than the set frequency, A power converter for generating a discharge signal to be discharged; And an energy storage device for charging the power generation energy via the power conversion device when the charging signal is transmitted and for discharging the energy charged through the power conversion device to the power system when the discharging signal is transmitted, A frequency casting control unit for comparing a frequency of the detected power system with a preset frequency to generate a charge control signal or a discharge control signal so that the frequency of the power system becomes a rated frequency to perform a frequency main control operation; A frequency auxiliary adjusting unit for performing a frequency auxiliary adjusting operation for adjusting the frequency of the power system to a rated frequency before the frequency main adjusting operation according to the frequency variation amount; And an operation confirming unit for comparing the frequency of the power system by the frequency auxiliary adjusting operation of the frequency auxiliary adjusting unit with the frequency of the power system by the frequency main adjusting operation of the frequency casting unit, .
상기 주파수 조정 제어 장치는, 상기 전력계통의 주파수를 실시간 검출하는 주파수 검출부; 상기 환경 센서로부터 적어도 하나 이상의 환경 변화 감지값을 수집하는 정보 수집부; 및 상기 정보 수집부에서 수집한 환경 변화 감지값을 이용하여 상기 발전소의 발전량을 예측하여 발전량 예측값을 산출하고, 상기 발전량 예측값에 따른 주파수 변동량을 예측하는 정보 예측부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The frequency adjustment controller includes: a frequency detector for detecting a frequency of the power system in real time; An information collecting unit collecting at least one environmental change detection value from the environmental sensor; And an information predicting unit for predicting a power generation amount of the power plant by using the environment change sensing value collected by the information collecting unit and calculating a power generation predicted value and for predicting a frequency variation amount according to the power generation predicted value.
상기 정보 예측부는, 상기 각각의 환경 변화 감지값에 따른 발전소의 발전량 상태를 데이터베이스화하고, 상기 발전소의 발전량에 따른 주파수 변동율을 데이터베이스화한 후 상기 환경 변화 감지값, 발전소의 발전량 또는 주파수 변동율의 상관 관계에 대한 각각의 룩업테이블을 생성하는 것을 특징으로 한다.The information predicting unit may classify the state of power generation amount of the power plant according to each environmental change detection value into a database and convert the frequency change rate according to the amount of power generation of the power plant into a database and then store the environment change detection value, And a lookup table for each relationship is generated.
상기 정보 예측부는 현재 환경 변화 감지값을 상기 룩업테이블에 대조하여 발전량 예측값 또는 주파수 변동율을 산출하는 것을 특징으로 한다.Wherein the information predicting unit calculates a power generation amount predicted value or a frequency fluctuation rate by collating the current environment change detection value with the lookup table.
상기 동작 확인부는 상기 주파수 보조 조정부의 주파수 보조 조정 동작에 의한 전력계통의 주파수가 정격 주파수인 경우에 정상 동작으로 판단하고, 상기 주파수 주조정 동작을 설정 시간 동안 대기하는 것을 특징으로 한다.Wherein the operation confirming unit determines that the power system is in a normal operation when the frequency of the power system based on the frequency auxiliary adjusting operation of the frequency auxiliary adjusting unit is the rated frequency and waits for the frequency main adjusting operation for the set time.
상기 동작 확인부는 상기 주파수 보조 조정부의 주파수 보조 조정 동작에 의한 전력계통의 주파수가 정격 주파수가 아닌 경우에 비정상 동작으로 판단하고, 상기 주파수 보조 조정 동작을 중지한 후 오류 보고를 수행하는 것을 특징으로 한다.
Wherein the operation confirming unit determines that the frequency of the power system based on the frequency auxiliary adjusting operation of the frequency auxiliary adjusting unit is not the rated frequency and performs the error reporting after stopping the frequency auxiliary adjusting operation .
본 발명의 전력계통에서의 주파수 제어 시스템은, 전력계통의 주파수 변동을 예측하여 대응할 수 있어 기존에 비해 주파수 조정의 반응 시간이 매우 빨라지므로 전력 계통의 주파수 변동 시점부터 주파수 조정 시점까지의 지연 시간이 발생하지 않고, 지연 시간 없이 발전소의 고정 출력 운전이 가능할 뿐만 아니라 전력 계통의 주파수가 정격 주파수로 유지되므로 전력 계통의 상승 또는 저하로 인해 발생될 수 있는 공급자측 및 수요자 측의 모든 전기 설비에 미치는 악영향들이 해소될 수 있는 효과가 있다.The frequency control system in the power system according to the present invention can predict and cope with the frequency fluctuation of the power system so that the reaction time of the frequency adjustment becomes much faster than the conventional system. The fixed power operation of the power plant is possible without delay, and the frequency of the power system is maintained at the rated frequency, so that the adverse effect on all the electrical equipment of the supplier side and the consumer side which may be caused by the rise or fall of the power system There is an effect that can be solved.
또한, 본 발명의 전력계통의 주파수 제어 시스템은, 실시간으로 변하는 전력계통의 주파수를 정격 주파수로 유지하기 위해 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전을 이용하여 발전소의 발전량을 조절하기 때문에 순시 전력 균형을 보다 효율적으로 유지할 수 있고, 주파수 조정의 비용 요소를 줄일 수 있으며, 전체 시스템의 운영을 개선할 수 있는 효과가 있다.
The frequency control system of the power system of the present invention adjusts the power generation amount of the power plant by using charge or discharge of the energy storage device in order to keep the frequency of the power system changing in real time at the rated frequency, The cost factor of the frequency adjustment can be reduced, and the operation of the entire system can be improved.
도 1은 일반적인 에너지 저장 시스템(ESS)의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통에서의 발전기 주파수 제어 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2의 주파수 조정 제어 장치의 구성을 설명하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a general energy storage system (ESS).
2 is a diagram illustrating a configuration of a generator frequency control system in a power system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining the configuration of the frequency adjustment control apparatus of Fig.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The description of the present invention is merely an example for structural or functional explanation, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing technical ideas. Also, the purpose or effect of the present invention should not be construed as limiting the scope of the present invention, since it does not mean that a specific embodiment should include all or only such effect.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of the terms described in the present invention should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms "first "," second ", and the like are intended to distinguish one element from another, and the scope of the right should not be limited by these terms. For example, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" to another element, it may be directly connected to the other element, but there may be other elements in between. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. On the other hand, other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the singular " include "or" have "are to be construed as including a stated feature, number, step, operation, component, It is to be understood that the combination is intended to specify that it does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used predefined terms should be interpreted to be consistent with the meanings in the context of the related art and can not be interpreted as having ideal or overly formal meaning unless explicitly defined in the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통에서의 발전기 주파수 제어 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.2 is a diagram illustrating a configuration of a generator frequency control system in a power system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참고하면, 전력 계통에서의 발전기 주파수 제어 시스템은 적어도 하나 이상의 환경 센서(220), 주파수 조정 제어 장치(120), 전력 변환 장치(130) 및 에너지 저장 장치(140)를 포함한다.2, the generator frequency control system in the power system includes at least one
환경 센서(220)는 발전소(210)의 발전량과 관련된 환경 변화를 감지하여 환경 변화 감지값을 제공하는 것으로서, 풍력 발전소의 경우에 풍속 센서, 풍향센서, 습도센서, 온도센서 중 적어도 하나 이상이 될 수 있고, 태양 발전소의 경우에 풍속센서, 풍향센서, 일사량센서, 온도센서, 강우량센서 및 적설량센서 중 적어도 하나 이상이 될 수 있다. The
주파수 조정 제어 장치(120)는 부하(300)의 변동에 따른 전력 계통(110)의 주파수를 실시간 검출하고, 검출한 주파수가 정격 주파수(예를 들어, 60㎐)가 되도록 주파수 주조정 기능을 수행한다. 또한, 주파수 조정 제어 장치(120)는 환경 센서(220)에서 감지한 환경 변화 감지값을 이용하여 발전량 예측값을 산출한 후 발전량 예측값에 따른 주파수 변동량을 예측하고, 예측된 주파수 변동량에 따라 전력 계통(110)의 주파수 제어를 위한 주파수 보조 조정 기능을 수행한다.The frequency
전력 변환 장치(130)는 주파수 조정 제어 장치(120)에서 검출한 전력 계통(110)의 주파수가 설정 주파수 이상일 경우에 발전소(210)의 발전 에너지가 충전되도록 충전 신호를 발생하고, 주파수 조정 제어 장치(120)에서 검출한 전력계통(110)의 주파수가 설정 주파수 이하일 경우에 전력 계통에 에너지가 방출되도록 방전 신호를 발생한다.The
에너지 저장 장치(140)는 충전 신호가 전송되면 전력 변환 장치(130)를 통해 발전 에너지를 충전하고, 방전 신호가 전송되면 전력 변환 장치(130)를 통해 충전된 에너지를 전력 계통으로 방출한다.
The
도 3은 도 2의 주파수 조정 제어 장치의 구성을 설명하는 도면이다.3 is a diagram for explaining the configuration of the frequency adjustment control apparatus of Fig.
도 3을 참고하면, 주파수 조정 제어 장치(120)는 주파수 검출부(121), 주파수 주조정부(122), 정보 수집부(123), 정보 예측부(124), 주파수 보조 조정부(125) 및 동작 확인부(126)를 포함한다.3, the
주파수 검출부(121)는 전력계통의 주파수를 실시간 검출하고, 주파수 주조정부(122)는 주파수 검출부(121)에서 검출한 주파수를 설정 주파수와 비교하여 전력 계통의 주파수가 정격 주파수가 되도록 충전 제어 신호 또는 방전 제어 신호를 발생하는 주파수 주조정 동작을 수행한다.The
방전 제어 신호는 전력 계통의 주파수가 하락할 경우에 에너지 저장 장치(140)에 충전된 전력을 방전하도록 하고, 충전 제어 신호는 전력 계통의 주파수가 상승할 경우에 전력 계통의 전력을 에너지 저장 장치(140)로 충전하도록 한다. The discharge control signal causes the electric power stored in the
따라서, 전력 변환 장치(130)는 충전 제어 신호에 따라 에너지 저장 장치(140)로 충전 신호를 전송하고, 방전 제어 신호에 따라 에너지 저장 장치(140)로 방전 신호를 전송한다. Accordingly, the
정보 수집부(123)는 환경 센서(220)와 통신을 통해 적어도 하나 이상의 환경 변화 감지값을 수집한다.The
정보 예측부(124)는 정보 수집부(123)에서 수집한 환경 변화 감지값을 이용하여 발전소의 발전량을 예측하여 발전량 예측값을 산출하고, 발전량 예측값에 따라 전력 계통에 대한 주파수 변동량을 예측한다.The
정보 예측부(124)는 각각의 환경 변화 감지값에 따른 발전소의 발전량 상태를 데이터베이스화하고, 발전소의 발전량에 따른 주파수 변동율을 데이터베이스화한 후 환경 변화 감지값, 발전소의 발전량 또는 주파수 변동율의 상관 관계에 대한 룩업테이블을 생성할 수 있다. The
따라서, 정보 예측부(124)는 현재 환경 변화 감지값을 룩업테이블에 대조하여 발전량 예측값 또는 주파수 변동율을 산출할 수 있다. Accordingly, the
예를 들어, 정보 예측부(124)는 풍력 발전소의 경우에 풍속 센서, 풍향센서, 습도센서, 온도센서 등의 각 센서에 따른 환경 변화 감지값과 발전소의 발전량과의 상관 관계를 추출하고, 추출한 상관 관계를 토대로각 환경 변화 감지값에 대한 발전량 기여도를 설정하여 룩업테이블을 생성할 수 있다. 따라서, 정보 예측부(124)는 룩업테이블을 이용하여 정보 수집부(123)에서 수집한 환경 변화 감지값별로 발전량 기여도를 대입하여 발전량 예측값을 산출할 수 있고, 발전량에 따른 주파수 변동율에 대한 룩업테이블을 이용해 발전량 예측값에 따른 주파수 변동량의 예측도 가능하다. For example, in the case of a wind power plant, the
주파수 보조 조정부(125)는 주파수 주조정 동작 이전에 정보 예측부(124)에서 예측한 주파수 변동량에 따라 전력계통의 주파수를 정격 주파수가 되도록 조정하는 주파수 보조 조정 동작을 수행한다. The frequency
동작 확인부(126)는 주파수 보조 조정부(125)의 주파수 보조 조정 동작에 의한 전력 계통의 주파수와 주파수 주조정부(122)의 주파수 주조정 동작에 의한 전력 계통의 주파수를 비교하여 정상 동작 여부를 확인한다.The
예를 들어, 동작 확인부(126)는 주파수 보조 조정 동작이 수행된 이후에 전력 계통의 주파수가 정격 주파수가 된 경우에, 주파수 주조정부(122)가 전력 계통의 주파수가 정격 주파수 이므로 주파수 주조정 동작을 수행할 필요가 없기 때문에 주파수 보조 조정 동작 이후의 전력 계통의 주파수와 주파수 주조정 동작에 의한 전력 계통의 주파수가 허용 오차 범위 내에서 유사한 값을 갖으면 정상 동작 상태로 판단한다. For example, in the case where the frequency of the power system becomes the rated frequency after the frequency auxiliary adjustment operation is performed, the
이때, 동작 확인부(126)는 주파수 보조 조정부(125)의 주파수 보조 조정 동작에 의한 전력계통의 주파수가 정격 주파수인 경우에 정상 동작 상태이므로 주파수 주조정 동작을 설정 시간 동안 대기하도록 할 수 있다. At this time, since the
그러나, 주파수 보조 동작에 의한 전력 계통의 주파수가 정격 주파수가 되지 않을 경우에, 주파수 주조정부(122)는 전력 계통의 주파수가 정격 주파수가 되도록 주파수 주조정 동작을 수행하게 된다. 따라서, 동작 확인부(126)는 주파수 보조 동작 이후의 전력 계통의 주파수와 주파수 주조정 동작에 의한 전력 계통의 주파수가 허용 오차 범위 이상의 차이가 발생할 수 밖에 없기 때문에 주파수 보조 조정부(125) 또는 주파수 주조정부(122)기 비정상 동작 상태임을 확인한다. However, when the frequency of the power system by the frequency assist operation does not reach the rated frequency, the
동작 확인부(126)는 관리자의 통신 단말기로 주파수 보조 조정부(125) 또는 주파수 주조정부(122)의 주파수 조정에 대한 오류 상태가 있음을 관리자가 확인할 수 있도록 오류보고 파일 또는 오류 보고 메시지를 송부할 수 있다. 이를 위해 동작 확인부(126)는 통신 모듈을 내장할 수 있다. The
이때, 관리자의 통신 단말기는 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 태블릿 PC 등의 네트워크 접속이 가능한 통신 기기일 수 있으며, 그 종류에 제한이 없다.
At this time, the communication terminal of the administrator may be a communication device capable of network connection such as a desktop computer, a laptop computer, a smart phone, a PDA (Personal Digital Assistant), a PMP (Portable Multimedia Player) .
이와 같이 본 발명의 력계통에서의 주파수 제어 시스템은, 전력계통의 주파수가 저하 또는 상승되기 이전에 발전소 주변의 환경 변화 감지값에 따라 발전량 예측값 및 주파수 변동량을 미리 예측하여 전력계통의 주파수를 정격 주파수가 되도록 주파수 보조 조정을 수행하고, 주파수 보조 조정에 의해 전력계통의 주파수가 정격 주파수가 유지되지 않을 경우에 주파수 주조정 동작에 의해 전력계통의 주파수를 정격 주파수가 되도록 할 수 있다.As described above, in the frequency control system in the power system of the present invention, before the frequency of the power system is lowered or raised, the power generation predicted value and the frequency variation amount are predicted in advance according to the environmental change sensing value around the power plant, , And when the frequency of the power system is not maintained at the rated frequency by the frequency auxiliary adjustment, the frequency of the power system can be made to be the rated frequency by the frequency main adjusting operation.
따라서, 전력 수요의 대폭적 증가 및 첨두 부하가 첨예화되는 경향으로 전력 계통의 주파수 제어가 더욱 어려워지고 있는 상황에서, 주파수 주조정 동작과 주파수 보조 조정 동작에 의해 전력 계통의 주파수가 정격 주파수를 유지하도록 하면서 발전소의 고정 출력 운전을 가능하게 하여 저원가 및 고품질의 발전 설비 운영이 가능하도록 하고, 주파수 조정의 비용 요소를 줄여 전력 시스템의 운영 개선 및 신재생 에너지 연계 등이 가능해질 수 있도록 한다.
Therefore, in a situation where the frequency control of the power system becomes more difficult due to the tendency of the power demand to increase sharply and the peak load to become acute, the frequency of the power system is maintained at the rated frequency by the frequency main adjusting operation and the frequency auxiliary adjusting operation It enables the fixed output operation of the power plant to enable low cost and high quality generation facility operation, and it can reduce the cost factor of frequency adjustment and improve the operation of power system and link renewable energy.
상기에서는 본 발명의 바람직한 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.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that
110 : 전력 계통 120 : 주파수 조정 제어 장치
130 : 전력 변환 장치 140 : 에너지 저장 장치
220 : 환경 센서110: Power system 120: Frequency adjustment control device
130: power conversion device 140: energy storage device
220: Environmental sensor
Claims (6)
부하 변동에 따른 전력 계통의 주파수를 실시간 검출하고, 상기 검출한 전력계통의 주파수가 정격 주파수가 되도록 주파수 주조정 기능을 수행하며, 상기 환경 변화 감지값을 이용하여 발전량 예측값을 산출한 후 상기 발전량 예측값에 따른 주파수 변동량을 예측하여 상기 주파수 주조정 기능과 연동하여 상기 전력 계통의 주파수를 제어하는 주파수 보조 조정 기능을 수행하는 주파수 조정 제어 장치;
상기 주파수 조정 제어 장치에서 검출한 주파수가 설정 주파수 이상일 경우에 상기 발전소의 발전 에너지가 충전되도록 충전 신호를 발생하고, 상기 주파수 조정 제어 장치에서 검출한 주파수가 설정 주파수 이하일 경우에 상기 전력 계통에 에너지가 방출되도록 방전 신호를 발생하는 전력 변환 장치; 및
상기 충전 신호가 전송되면 상기 전력 변환 장치를 통해 상기 발전 에너지를 충전하고, 상기 방전 신호가 전송되면 상기 전력 변환 장치를 통해 충전된 에너지를 상기 전력 계통으로 방출하는 에너지 저장 장치를 포함하되,
상기 주파수 조정 제어 장치는,
상기 검출한 전력계통의 주파수를 설정 주파수와 비교하여 상기 전력 계통의 주파수가 정격 주파수가 되도록 충전 제어 신호 또는 방전 제어 신호를 발생하여 주파수 주조정 동작을 수행하는 주파수 주조정부;
상기 주파수 변동량에 따라 상기 주파수 주조정 동작 이전에 상기 전력계통의 주파수를 정격 주파수가 되도록 조정하는 주파수 보조 조정 동작을 수행하는 주파수 보조 조정부; 및
상기 주파수 보조 조정부의 주파수 보조 조정 동작에 의한 전력 계통의 주파수와 상기 주파수 주조정부의 주파수 주조정 동작에 의한 전력 계통의 주파수를 비교하여 정상 동작 여부를 확인하는 동작 확인부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서의 주파수 제어 시스템.
At least one environmental sensor for detecting an environmental change associated with a power generation amount of the power plant and providing environmental change detection values;
A frequency main control function for real-time detection of the frequency of the power system due to the load variation and a frequency of the detected power system to be the rated frequency, A frequency adjustment control unit for performing a frequency auxiliary adjustment function for controlling a frequency of the power system in cooperation with the frequency main control function by predicting a frequency variation amount according to the frequency main control function;
Wherein when the frequency detected by the frequency adjustment control device is equal to or higher than the preset frequency, a charge signal is generated so that the power generation energy of the power plant is charged, and when the frequency detected by the frequency adjustment control device is equal to or lower than the set frequency, A power converter for generating a discharge signal to be discharged; And
And an energy storage device for charging the generated energy through the power conversion device when the charging signal is transmitted and discharging the charged energy through the power conversion device to the power system when the discharging signal is transmitted,
The frequency adjustment control device includes:
A frequency casting unit for comparing a frequency of the detected power system with a preset frequency to generate a charge control signal or a discharge control signal so that the frequency of the power system becomes a rated frequency to perform a frequency main control operation;
A frequency auxiliary adjusting unit for performing a frequency auxiliary adjusting operation for adjusting the frequency of the power system to a rated frequency before the frequency main adjusting operation according to the frequency variation amount; And
And an operation confirming unit for comparing the frequency of the power system by the frequency auxiliary adjusting operation of the frequency auxiliary adjusting unit with the frequency of the power system by the frequency main adjusting operation of the frequency casting unit, Frequency control system in the system.
상기 주파수 조정 제어 장치는,
상기 전력계통의 주파수를 실시간 검출하는 주파수 검출부;
상기 환경 센서로부터 적어도 하나 이상의 환경 변화 감지값을 수집하는 정보 수집부; 및
상기 정보 수집부에서 수집한 환경 변화 감지값을 이용하여 상기 발전소의 발전량을 예측하여 발전량 예측값을 산출하고, 상기 발전량 예측값에 따른 주파수 변동량을 예측하는 정보 예측부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서의 주파수 제어 시스템.
The method according to claim 1,
The frequency adjustment control device includes:
A frequency detector for detecting the frequency of the power system in real time;
An information collecting unit collecting at least one environmental change detection value from the environmental sensor; And
Further comprising an information predicting unit for predicting power generation amount of the power plant using the environment change sensing value collected by the information collecting unit to calculate a power generation amount predicted value and for predicting a frequency variation amount according to the power generation amount predicted value, Of frequency control system.
상기 정보 예측부는
상기 각각의 환경 변화 감지값에 따른 발전소의 발전량 상태를 데이터베이스화하고, 상기 발전소의 발전량에 따른 주파수 변동율을 데이터베이스화한 후 상기 환경 변화 감지값, 발전소의 발전량 또는 주파수 변동율의 상관 관계에 대한 각각의 룩업테이블을 생성하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서의 주파수 제어 시스템.
3. The method of claim 2,
The information predicting unit
A database of power generation states of the power plants according to the respective environmental change detection values is converted into a database and a database of the frequency variation rates according to the power generation amounts of the power plants is stored in a database. And a look-up table is generated.
상기 정보 예측부는 현재 환경 변화 감지값을 상기 룩업테이블에 대조하여 발전량 예측값 또는 주파수 변동율을 산출하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서의 주파수 제어 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the information predicting unit compares the current environment change detection value with the lookup table to calculate a power generation amount predicted value or a frequency variation rate.
상기 동작 확인부는 상기 주파수 보조 조정부의 주파수 보조 조정 동작에 의한 전력계통의 주파수가 정격 주파수인 경우에 정상 동작으로 판단하고, 상기 주파수 주조정 동작을 설정 시간 동안 대기하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서의 주파수 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the operation confirming unit determines normal operation when the frequency of the power system by the frequency auxiliary adjusting operation of the frequency auxiliary adjusting unit is the rated frequency and waits for the set time of the frequency main adjusting operation. Frequency control system.
상기 동작 확인부는 상기 주파수 보조 조정부의 주파수 보조 조정 동작에 의한 전력계통의 주파수가 정격 주파수가 아닌 경우에 비정상 동작으로 판단하고, 상기 주파수 보조 조정 동작을 중지한 후 오류 보고를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서의 주파수 제어 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the operation confirming unit determines that the frequency of the power system based on the frequency auxiliary adjusting operation of the frequency auxiliary adjusting unit is not the rated frequency and performs the error reporting after stopping the frequency auxiliary adjusting operation Frequency control system in power system.
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