KR101983808B1 - 송전손실계수 제공 방법 및 그 장치 - Google Patents

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KR101983808B1 KR1020180001582A KR20180001582A KR101983808B1 KR 101983808 B1 KR101983808 B1 KR 101983808B1 KR 1020180001582 A KR1020180001582 A KR 1020180001582A KR 20180001582 A KR20180001582 A KR 20180001582A KR 101983808 B1 KR101983808 B1 KR 101983808B1
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Abstract

송전손실계수 제공 방법 및 그 장치가 제공된다. 이 방법은 적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하는 송전손실계수 제공 장치에서 수행되는 송전손실계수 제공 방법으로서, 전력 계통 데이터를 입력받는 단계, 상기 전력 계통 데이터에 포함된 복수의 발전모선 중에서 임의의 발전모선의 미소 단위부하 만큼 유효전력 부하량을 가변하는 단계, 전력조류계산을 수행하여, 상기 가변된 유효전력 부하를 공급하는데 필요한 슬랙모선의 유효전력 발전량의 변화량을 산출하는 단계, 그리고 상기 임의의 발전모선의 단위부하 유효전력의 변화량 및 상기 슬랙모선의 유효전력 발전량의 변화량을 이용하여 상기 임의의 발전모선의 송전손실계수를 계산하는 단계를 포함하고, 상기 슬랙모선의 유효전력 발전량의 변화량은, 상기 임의의 발전모선의 단위부하 유효전력의 가변으로 인하여 발생된다.

Description

송전손실계수 제공 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING TRANSMISSION LOSS FACTOR}
본 발명은 송전손실계수 제공 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근 지구온난화와 같은 환경문제와 송전망 건설을 위한 입지확보의 어려움 등으로 친환경, 고효율이면서 수요지에 인접한 분산전원에 대한 요구가 확대되고 있다. 분산전원 중 하나이면서 에너지 이용 효율이 높은 열병합발전소(Combined Heat and Power Plant, 이하, 'CHP'라 통칭함)는 수요지에 인접하여 있어, 지리적 편익이 발생한다. 이러한 지리적 편익은 송전망 건설에 따른 사회적 비용 최소화, 초고압 대전력의 신규 송전선로 건설 회피, 낮은 송전손실률로 인한 국가 전체의 에너지 이용 효율 증대, 송전혼잡 등 송전망 운영에 따른 편익 등이다.
CHP는 지리적 편익뿐만 아니라 에너지 효율측면이나 계통안정화 측면에서의 장점도 있음에도 불구하고 이에 대한 정당한 가치를 제도적으로 평가받지 못하고 있는 실정이다.
또한, 전력시장에서의 발전비용 경쟁이 심화되면서 CHP의 송전손실계수(Transmission Loss Factor, TLF)가 높음에도 급전순위가 뒤로 밀리고 있다. 이에 따라 송전손실계수 중장기 전망을 통한 CHP의 투자 및 운용 대책 수립 기반 조성이 필요하다.
발전기의 급전순위 및 수익은 송전손실계수에 영향을 받는다. 송전손실계수의 사전적 정의는 발전기의 송전단에서 계량기 설치위치까지의 송전선로상에서 발생한 송전손실률을 말한다. 송전손실계수의 수학적 정의는 전력시장운영규칙에 명시된 바에 따르면, 발전기의 한계손실계수로서 임의모선의 단위부하 공급에 필요한 기준모선의 발전량을 말한다.
송전손실계수는 전력계통의 상태에 따라 그 값이 변하게 되는데, 전력계통은 발전기 진입 및 송전망 건설 등에 의해 지속적으로 변하고 있다. 이에 따라 송전손실계수 역시 매년 변화하고 있으나, 관련 소프트웨어의 부재로 발전사들은 그 값을 예측하기 어려운 실정이다.
송전손실계수는 송전손실지수 중 페널티계수(Penalty Factor, PF)에서 도출되었다. 페널티계수는 계통 전체의 부하에 전력을 공급하면서 발전기의 연료비를 최소로 하는 경제급전 문제에서 유도된다(Allen J. Wood, Bruce F. Wollenberg, POWER GENERATION, OPERATION, AND CONTROL, JOHN WILEY & SONS. INC., 1984, p.114-116).
종래의 한국형 계통운영시스템(Energy Management System, EMS)용 송전손실계수 산정 및 관리 프로그램이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 프로그램은 EMS 내부에서 계산하고, 실시간 계통의 계산 프로그램으로 특정 시점의 전망을 위한 송전손실계수 계산은 불가능하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전력 계통 데이터를 기초로 발전기별 송전손실계수를 계산하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 송전손실계수 제공 방법은 적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하는 송전손실계수 제공 장치에서 수행되는 송전손실계수 제공 방법으로서, 전력 계통 데이터를 입력받는 단계, 상기 전력 계통 데이터에 포함된 복수의 발전모선 중에서 임의의 발전모선의 미소 단위부하 만큼 유효전력 부하량을 가변하는 단계, 전력조류계산을 수행하여, 상기 가변된 유효전력 부하를 공급하는데 필요한 슬랙모선의 유효전력 발전량의 변화량을 산출하는 단계, 그리고 상기 임의의 발전모선의 단위부하 유효전력의 변화량 및 상기 슬랙모선의 유효전력 발전량의 변화량을 이용하여 상기 임의의 발전모선의 송전손실계수를 계산하는 단계를 포함하고, 상기 슬랙모선의 유효전력 발전량의 변화량은, 상기 임의의 발전모선의 단위부하 유효전력의 가변으로 인하여 발생된다.
상기 전력 계통 데이터는, 엔지니어링을 위한 전력 시스템 시뮬레이터(Power System Simulator for Engineering, PSS/E)를 통해 산출되고 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 표준 포맷의 전력 조류 데이터를 포함할 수 있다.
상기 가변하는 단계, 상기 산출하는 단계 및 상기 계산하는 단계는, 계통의 모든 발전모선에 대해 반복하고, 상기 송전손실계수는, 상기 모든 발전모선 각각에 대해 산출될 수 있다.
상기 가변하는 단계는, 상기 단위부하 유효전력을 증가시킬 수 있다.
상기 가변하는 단계는, 상기 임의의 발전모선의 인덱스가 증가할때마다 순차적으로 상기 단위부하 유효전력을 증가시킬 수 있다.
상기 송전손실계수는, 변화한 단위부하 공급에 필요한 슬랙모선의 발전량(
Figure 112018001553108-pat00001
)과 i 모선의 단위부하 유효전력 변화량이고 가변되는 값(
Figure 112018001553108-pat00002
)의 비로 계산되고, 상기 슬랙모선의 발전량(
Figure 112018001553108-pat00003
)은, i 발전모선의 단위부하 변화후 슬랙모선의 유효전력 발전량(
Figure 112018001553108-pat00004
)과 i 모선의 단위부하 변화전 슬랙모선의 유효전력 발전량(
Figure 112018001553108-pat00005
)의 차이이고, 상기 단위부하 유효전력 변화량(
Figure 112018001553108-pat00006
)은, i 발전모선의 부하를 미소단위만큼 가변한 후 변화된 유효전력 부하량(
Figure 112018001553108-pat00007
)과 i 발전모선의 가변전 유효전력 부하량(
Figure 112018001553108-pat00008
)의 차이일 수 있다.
상기 사용자 인터페이스는, 발전모선 이름, PSS/E 모선번호, 송전손실계수 산출 진행률, 전력조류계산 결과 및 송전손실계수를 포함하는 송전손실계수 계산 정보를 상기 발전모선 인덱스에 따라 순차적으로 화면에 표시하고, 상기 송전손실계수 산출 진행률은, 현재 발전모선 인덱스와 송전손실계수 계산 대상인 전체 발전모선의 개수의 비율로 계산될 수 있다.
상기 출력하는 단계 이후, 상기 발전모선 이름, 상기 PSS/E 모선번호 및 상기 송전손실계수를 상기 발전모선 인덱스 별로 엑셀 형식의 파일로 생성하여 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 송전손실계수 제공 장치는 전력 계통의 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 표준 포맷의 전력 조류 데이터를 입력받는 입력 장치, 상기 전력 계통의 발전모선의 송전손실계수를 화면에 출력하는 출력 장치, 상기 전력 조류 데이터를 기초로 상기 송전손실계수를 계산하여 출력하는 프로그램을 저장하는 메모리, 그리고 상기 프로그램을 실행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 프로그램은, 상기 발전모선의 단위부하 유효전력을 가변한 후, 상기 전력 조류 데이터를 기초로 전력조류계산을 수행하여, 상기 발전모선의 단위부하에 공급하는데 필요한 슬랙모선의 유효전력 발전량의 변화량을 산출하고, 상기 단위부하 유효전력의 변화량 및 상기 유효전력 발전량의 변화량을 기초로 상기 발전모선의 송전손실계수를 계산하는 명령어들(instructions)을 포함한다.
상기 프로그램은, 상기 발전모선의 단위부하 유효전력을 설정값 단위로 증가시키는 명령어들을 포함하고, 상기 발전모선의 단위부하 유효전력은, 상기 발전기 인덱스 순서대로 순차적으로 증가될 수 있다.
상기 설정값 단위는, 엔지니어링을 위한 전력 시스템 시뮬레이터(Power System Simulator for Engineering, PSS/E)의 부하 단위로 설정될 수 있다.
상기 프로그램은, 상기 전력조류계산 및 상기 송전손실계수의 계산 과정 중에, 발전모선명 및 PSS/E 모선번호 별로 송전손실계수 산출 진행률, 전력조류계산 결과 및 송전손실계수를 각각 상기 출력부를 통해 표시하고, 모든 발전모선에 대해 계산이 완료되면, 상기 발전모선명, 상기 PSS/E 모선번호 및 상기 송전손실계수를 상기 PSS/E 모선번호 별로 엑셀 형식의 파일로 생성하여 저장하는 명령어들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 발전기의 수익에 영향을 주는 송전손실계수를 계산하여 송전손실계수의 중장기 전망을 가능하게 하고, 나아가 발전기의 투자 및 운용계획과 대책수립의 기반을 조성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 송전손실계수(TLF) 제공 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 송전손실계수(TLF) 제공 방법의 일련의 과정을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 송전손실계수(TLF) 제공 장치의 하드웨어 구성을 나타낸 블록도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 명세서에서, 송전손실계수(Transmission Loss Factor, 이하, 'TLF'라 통칭함)는 발전기의 송전손실계수이고, 송전손실지수 중 한계손실계수(Marginal Loss Factor, MLF)를 말하며, 임의모선의 단위부하 공급에 필요한 기준모선의 발전량이다.
송전손실계수(TLF)는 송전손실지수 중 페널티계수(Penalty Factor, PF)에서 도출되었다. 페널티계수(PF)는 계통 전체의 부하에 전력을 공급하면서 발전기의 연료비를 최소로 하는 다음 수학식 1과 같은 경제급전 문제에서 유도된다.
Figure 112018001553108-pat00009
여기서,
Figure 112018001553108-pat00010
이다.
Figure 112018001553108-pat00011
는 발전기 연료비의 총합이고,
Figure 112018001553108-pat00012
는 계통의 총 부하이며,
Figure 112018001553108-pat00013
는 계통의 총 손실이고,
Figure 112018001553108-pat00014
는 i 발전기의 출력이다.
위의 경제급전 문제를 라그랑주 승수법(Lagrangian Multiplier Method)을 이용하여 풀면 아래 수학식 2, 3, 4와 같다.
Figure 112018001553108-pat00015
여기서,
Figure 112018001553108-pat00016
은 라그랑주 함수(Lagrangian Function)이고, CN은 N 발전기의 연료비를 의미하며, N은 발전기 순번을 의미하고, λ는 라그랑주 승수(Lagrangian multiplier)이다.
Figure 112018001553108-pat00017
여기서, 수학식 3은 라그랑주 승수법으로 수학식 1의 문제를 풀기 위해 라그랑주 함수를
Figure 112018001553108-pat00018
에 대하여 편미분한 수학식이다.
Figure 112018001553108-pat00019
여기서, d는 전미분 기호를 나타낸다.
λ값이 수학식 4와 같을 때, 제약조건을 만족하면서 발전기의 연료비를 최소화할 수 있다. λ값은 발전기의 증분비용과 발전기의 한계손실을 포함한 부분의 곱으로 결정되는 것을 볼 수 있다. 여기서, 발전기의 한계손실을 포함하는 부분을 페널티계수(PF)라 하며, 전력시장운영규칙에서 말하는 송전손실계수(TLF), 즉, 한계손실계수(MLF)는 페널티계수(PF)의 역수를 말한다. 여기서, 페널티계수(PF)는 다음 수학식 5와 같고, 송전손실계수(TLF)는 수학식 6과 같다.
Figure 112018001553108-pat00020
Figure 112018001553108-pat00021
송전손실계수(TLF)를 수학식 6과 같이 계산하려면,
Figure 112018001553108-pat00022
의 값을 계산해야 한다.
Figure 112018001553108-pat00023
의 계산을 위해서는 계통의 손실에 관한 함수인
Figure 112018001553108-pat00024
를 알아야 한다. 비선형성이 큰 전력계통의 특성상
Figure 112018001553108-pat00025
함수를 알기 어려워 송전손실계수(TLF)의 값을 계산할 수 없으나 계통 해석 방법 중 하나인 전력조류계산을 수행하면 계통전체의 송전손실인
Figure 112018001553108-pat00026
의 값을 구할 수 있다. 그러므로, 송전손실계수(TLF)를 계산하기 위해서는
Figure 112018001553108-pat00027
함수가 아닌
Figure 112018001553108-pat00028
의 값을 이용할 수 있도록 수학식 6을 변형하여 수학식 7과 같이 나타낸다.
Figure 112018001553108-pat00029
Figure 112018001553108-pat00030
는 i 모선의 유효전력 변화량에 따른 계통전체의 손실변화량이다. i 모선의 유효전력은 i 모선의 유효전력 발전량에서 i 모선의 유효전력 부하를 뺀 값이다. 그러므로, i 모선의 유효전력 변화량은 i 모선의 유효전력 발전량 변화량(
Figure 112018001553108-pat00031
) 또는 i 모선의 유효전력 부하 변화량(
Figure 112018001553108-pat00032
)이 될 것이다. i 모선의 유효전력 변화량을 발전량 변화량으로 보는 경우와 부하 변화량으로 보는 경우, 변화량 크기는 같으나 부호가 반대이다.
계통전체의 손실 변화량은 i 모선에서
Figure 112018001553108-pat00033
또는
Figure 112018001553108-pat00034
만큼 변화가 일어났을 때의 계통전체 손실 변화량을 말한다. 이 값은 전력조류계산에서 계통전체의 손실을 전부 감당하는 슬랙모선의 유효전력 발전량으로부터 구할 수 있다. i 모선에서
Figure 112018001553108-pat00035
만큼 발전력을 증가시키고 전력조류계산을 수행하면, 슬랙모선은 계통에서 발생하는 변화량 전부를 감당해야 한다. 따라서, 슬랙모선의 유효전력 발전량은 변화한 발전력인
Figure 112018001553108-pat00036
만큼을 기존의 발전량에서 감소해야 하고, 계통전체의 손실인
Figure 112018001553108-pat00037
만큼을 추가로 감당해야 한다. 이것은 결국 슬랙모선의 발전량 변화량(
Figure 112018001553108-pat00038
)과 같다. 이러한 과정에 따라서 최종적인 식을 수학식 8에 나타내었다.
Figure 112018001553108-pat00039
임의모선의 단위부하 공급은 수학식 8의
Figure 112018001553108-pat00040
를 말하며, 단위부하 공급에 필요한 슬랙모선의 발전량은
Figure 112018001553108-pat00041
을 말한다.
전력조류계산을 이용하여 송전손실계수(TLF)를 계산하는 경우, 임의모선의 단위부하 변동에 따른 변화를 슬랙모선의 발전기가 전부 감당하게 된다. 이러한 특성 때문에 송전손실계수(TLF)는 슬랙모선에 따른 상대적인 값으로 나타나게 된다. 슬랙모선에서 단위 부하가 변동하는 경우, 슬랙모선의 발전기가 변동한 단위부하에 손실없이 전력공급이 가능하기 때문에 슬랙모선의 송전손실계수(TLF)는 항상 1이다. 일반적으로, 부하집중지역에서 기준발전기에 비해 송전손실이 작은 발전기는 송전손실계수가 1보다 크고, 발전집중지역에 있어 기준발전기에 비해 송전손실이 큰 발전기는 송전손실계수가 1보다 작다.
페널티계수(PF)는 1을 기준으로 해당 발전기가 계통전체의 송전손실을 증가시키는 경우 1 이상의 값을 갖고, 송전손실을 감소시킬 경우에는 1 이하의 값을 갖는다. 이러한 관계로 인해 발전기의 증분비용에 곱해지는 페널티계수(PF)는 발전력을 증가시키기 위해서 감수해야하는 비용, 혹은 일종의 대가(페널티)의 의미를 갖는다. 페널티계수(PF)와 역수관계인 송전손실계수(TLF)도 동일한 역할을 수행한다.
송전손실계수(TLF)가 슬랙모선에 대한 상대적인 값이기 때문에, 슬랙모선의 위치에 따라 송전손실계수(TLF)의 값이 변하게 된다. 현재 전력거래소에서는 슬랙모선(또는 기준모선)을 보령화력 3~6호기, 제주도의 경우 제주화력으로 설정하였다.
전력시장 운영규칙에서는 송전손실계수(TLF)를 동적손실계수(Dynamic Transmission Loss Factor, DTLF)와 정적손실계수(Static Transmission Loss Factor, STLF)로 구분하고 있다. 동적손실계수(DTLF)는 순시적 송전손실계수(TLF)로 실시간 계통 상태를 반영하여 계통운영시스템(Energy Management System, EMS)의 계통해석과정에서 상태추정 주기마다 산정하고 있다. 정적손실계수(STLF)는 이렇게 실시간으로 계산된 발전기별 동적손실계수(DTLF)를 계절별, 요일별로 단순평균하여 산정한다. 산정주기는 1년이며, 입찰 및 정산에 이용되는 송전손실계수이다. 따라서 실제 발전기의 급전순위 및 정산금 결정에 영향을 주는 송전손실계수(TLF)는 정적손실계수(STLF)이다. 정적손실계수(STLF)의 구체적인 산정기준은 아래와 같다.
1. 송전손실계수(TLF)는 발전소의 주변압기 고압측을 기준으로 산정하며, 기준모선은 보령화력 3~6호기와 제주화력으로 설정한다.
2. 최근 1년간 발전기별 동적손실계수(DTLF)를 계절별, 요일별로 단순 평균하여 발전기별 정적손실계수(STLF)를 산정한다. 단, 발전기 정지, 데이터 오류, 선로제약사항은 정적손실계수(STLF) 산정시 제외한다.
3. 동적손실계수(DTLF) 산정시 계절별은 봄(3월~5월), 여름(6월~8월), 가을(9월~11월), 겨울(12월, 1월~2월), 요일별은 평일(월요일~금요일), 토요일, 휴일(일요일 및 공휴일)로 구분하여 산정한다.
4. 동일모선에 연결된 발전기는 발전기별 정적손실계수(STLF)를 평균하여 값을 적용한다.
5. 신규접속 또는 발전실적 부족으로 계통운영시스템의 동적손실계수(DTLF) 취득자료가 1개월 이내인 경우와 직접구매자 및 구역전기사업자는 지리적, 전기적으로 가장 인접한 중앙급전발전기의 정적손실계수를 준용한다.
본 발명의 실시예는, 전술한 내용에 기초하여, 송전손실계수(TLF)를 산출하여 제공하는 방법 및 그 장치에 대한 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 송전손실계수(TLF) 제공 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 송전손실계수(TLF) 제공 장치(100)는 전력조류계산부(101), 송전손실계수(TLF) 계산부(103) 및 출력 제어부(105)를 포함한다.
전력조류계산부(101)는 입력받은 전력 계통 데이터에 포함된 복수의 발전모선 중에서 임의의 발전모선의 단위부하 유효전력을 가변한 후, 전력조류계산을 수행한다. 여기서, 입력 데이터는 송전손실계수(TLF)의 신뢰성을 확보하기 위해 전력거래소의 엔지니어링을 위한 전력 시스템 시뮬레이터(Power system simulator for engineering, 이하, 'PSS/E'라 통칭함) 계통 데이터가 사용된다. 전력 계통 데이터는 모선 정보, 발전기 정보, 선로 정보 및 변압기 정보 등을 포함한다.
PSS/E 소프트웨어 툴은 Siemens PTI(Power Technologies International)사에서 개발한 전력계통해석 프로그램이다. PSS/E 소프트웨어 툴은 정적(steady state) 그리고 동적(dynamic state) 조건에서 송전망 및 발전력 평가 등 전력 계통 특성을 모의, 해석 및 최적화하기 위한 소프트웨어 툴로서, 전체 전력 계통을 대략적으로 해석할 수 있다.
PSS/E 계통 데이터는 일반적으로 전력 조류 로(Power Flow Raw) 데이터 형식으로 되어있다. 이 형식의 데이터는 PSS/E의 입력에 대한 모든 데이터를 가지고 있다. 그러나 이를 활용하기 위해서는 PSS/E가 지원하는 모든 구성요소를 모델링해야 하므로 비효율적이다. PSS/E에서는 전력 조류 로 데이터 형식으로 데이터를 입력받고 전력조류계산을 수행 한 후, 그 결과를 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 포맷 전력 조류(Format Power Flow) 데이터 형식으로 저장할 수 있다. IEEE 형식의 데이터는 IEEE에 의해 표준화된 전력조류계산 데이터의 구성 및 서식을 따르고 있다. PSS/E는 로 데이터가 입력된 상태에서 IEEE 형식에 맞추어 데이터를 저장하기 위해 일부 모델의 경우 미리 값을 계산하여 제공한다. 따라서, IEEE 형식을 사용하면 PSS/E가 지원하는 모든 구성요소를 모델링할 필요가 없고, 일부 구성요소의 경우 이미 PSS/E에서 계산된 결과를 이용하므로 모델링이 간소화 될 수 있어 효율적이다. 따라서, 전력조류계산부(101)는 PSS/E의 IEEE 포맷 전력 조류 데이터를 입력 데이터로 사용한다.
전력조류계산부(101)는 사용자가 지정한 특정 시점의 계통 데이터를 입력 데이터로 사용함으로써, 그 특정 시점에 대한 송전손실계수(TLF) 계산을 위한 전력조류계산을 수행한다.
전력조류계산부(101)는 전력조류계산을 통하여, 유효전력이 가변된 단위부하로 공급하는데 필요한 슬랙모선의 유효전력 발전량의 변화량(
Figure 112018001553108-pat00042
)을 산출한다. 여기서, 슬랙모선의 유효전력 발전량의 변화량(
Figure 112018001553108-pat00043
)은 임의의 발전모선의 단위부하 유효전력의 가변으로 인하여 발생된다. 전력조류계산부(101)는 Full AC 전력조류계산 기법을 사용하고, 전력조류계산의 해법으로는 뉴튼-랍슨(Newton-Raphson) 방법을 이용할 수 있다. 여기서, 뉴튼-랍슨 방법은 수렴성이 좋아 대규모 계통해석에 이용된다. 뉴튼-랍슨(Newton-Raphson) 방법을 이용하면 자코비안(Jacobian) 행렬과 관련된 연산 속도에 의해 송전손실계수 계산 프로그램의 속도가 결정된다. 상용프로그램 중 하나인 매트랩(MATLAB)은 행렬을 기반으로 만들어진 언어를 사용하며, 역행렬을 구하는 함수나 AX=B 형태의 행렬 방정식을 푸는 함수 등을 제공하고 있다. 이러한 함수들을 사용하면 자코비안(Jacobian) 행렬과 관련된 연산의 시간을 단축시킬 수 있기 때문에 전력조류계산부(101)는 매트랩(MATLAB)을 이용하여 연산을 수행한다.
송전손실계수(TLF) 계산부(103)는 임의의 발전모선의 단위부하 유효전력의 변화량 및 슬랙모선의 유효전력 발전량의 변화량을 이용하여 임의의 발전모선의 송전손실계수(TLF)를 계산한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 발전기별 송전손실계수는 수학식 8을 변형하여 나타낸 다음 수학식 9와 같이 계산된다.
Figure 112018001553108-pat00044
여기서,
Figure 112018001553108-pat00045
는 i 발전모선의 부하를 미소단위만큼 가변한 후 변화된 i 모선의 유효전력 부하량을 나타낸다. 발전모선은 발전기에 연결된 모선을 말한다. 수학식 7에서 보듯이 송전손실계수(TLF)는 손실함수(
Figure 112018001553108-pat00046
)를 알면 구할 수 있다. 그러나 비선형성이 강한 전력계통에서는 손실함수를 구할 수 없다. 따라서, 미소 전력 변화에 대한 손실의 변화로 송전손실계수(TLF)를 계산한다. 여기서, 단위부하는 미소 유효전력 부하 변화량을 말한다.
Figure 112018001553108-pat00047
는 i 발전모선의 부하를 미소 단위만큼 가변하기 전, i 모선의 유효전력 부하량을 나타낸다.
Figure 112018001553108-pat00048
는 i 발전모선의 단위부하 가변후, 슬랙모선의 유효전력 발전량을 나타낸다.
Figure 112018001553108-pat00049
는 i 발전모선의 단위부하 가변전, 슬랙모선의 유효전력 발전량을 나타낸다.
Figure 112018001553108-pat00050
는 i 발전모선의 유효전력 부하 변화량을 나타낸다.
Figure 112018001553108-pat00051
는 단위부하 공급에 필요한 슬랙모선의 발전량을 나타낸다.
이때,
Figure 112018001553108-pat00052
는 i 발전모선의 단위부하만큼의 유효전력부하 변화량, 즉, 가변되는 부하 유효전력량으로서, 미소 전력 변화를 의미한다.
Figure 112018001553108-pat00053
는 송전손실계수(TLF) 계산을 위해 계통에 인위적으로 가하는 변화량이므로, 설정값이다. 미소 전력 변화는 i 발전모선의 유효전력 부하량인
Figure 112018001553108-pat00054
에 합산된다. 미소 전력 변화는 유효전력 부하를 한 단위만큼 변화시키는 것으로 단위부하를 가변하는 것과 같다.
Figure 112018001553108-pat00055
은 i 발전모선의 단위부하 공급에 필요한 슬랙모선의 발전량으로서,
Figure 112018001553108-pat00056
, 즉, 미소 전력 변화의 결과로 계산되는 값이다. 이 값은
Figure 112018001553108-pat00057
와
Figure 112018001553108-pat00058
에 의해 계산되고,
Figure 112018001553108-pat00059
와
Figure 112018001553108-pat00060
는 전력조류계산부(101)로부터 제공된다. 송전손실계수(TLF) 계산부(103)는 전력조류계산부(101)로부터 제공된 모든 발전모선에 대한 전력조류계산결과를 기초로, 모든 발전모선에 대한 송전손실계수(TLF)를 계산한다.
또한, 전력조류계산부(101)는 송전손실계수(TLF) 계산의 효율성과 프로그래밍의 간편성, 송전손실계수(TLF) 간의 비교 용이성 등을 고려하여
Figure 112018001553108-pat00061
및 슬랙모선을 가장 먼저 연산한다. 송전손실계수(TLF)를 계산하기 위한 단위부하 변화량은 PSS/E의 부하 단위가 MW임을 고려하여 1MW의 부하 증가로 설정한다.
출력 제어부(105)는 송전손실계수(TLF) 계산부(103)로부터 제공되는 송전손실계수(TLF)를 사용자 인터페이스를 통해 출력한다.
여기서, 사용자 인터페이스는 발전모선 별로 발전모선의 이름, 발전모선 번호, 송전손실계수(TLF) 프로그램 진행률, 전력조류계산 결과 및 송전손실계수(TLF)를 화면 데이터로 구성하여 출력한다.
출력 제어부(105)는 송전손실계수(TLF) 계산부(103)로부터 제공되는 송전손실계수(TLF)의 최종결과를 PSS/E 발전모선 번호, 발전모선 이름, 송전손실계수(TLF)의 순서대로 엑셀(Excel) 형식의 파일인‘result_TLF.csv’에 저장한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 송전손실계수(TLF) 제공 방법의 일련의 과정을 나타낸 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전력조류계산부(101)는 PSS/E IEEE 포맷 계통 데이터를 입력받는다(S101). 전력조류계산부(101)는 PSS/E IEEE 포맷 계통 데이터에 포함된 복수의 발전모선 중에서 임의의(i) 발전모선의 단위부하량(
Figure 112018001553108-pat00062
)을 증가시킨다(S103). 여기서, 발전모선의 단위부하량(
Figure 112018001553108-pat00063
)은 송전손실계수(TLF) 계산을 위해 i 발전모선의 원래 부하인
Figure 112018001553108-pat00064
에 부하를 한단위 증가시키는 유효전력량을 말한다. 즉,
Figure 112018001553108-pat00065
에
Figure 112018001553108-pat00066
만큼을 합산한다.
전력조류계산부(101)는 전력조류계산을 통해 임의의(i) 발전모선의 단위부하량 가변후, 슬랙모선의 유효전력 발전량(
Figure 112018001553108-pat00067
)을 계산한다(S105).
출력 제어부(105)는 유효전력 발전량(
Figure 112018001553108-pat00068
) 계산(S105) 결과를 화면에 출력한다(S107). 이때 출력 제어부(105)는 발전모선 이름, PSS/E 발전모선 번호, 송전손실계수(TLF) 산출 진행률, 전력조류계산 결과 및 송전손실계수를 포함하는 송전손실계수(TLF) 계산 정보를 발전모선 인덱스에 따라 순차적으로 화면에 표시할 수 있다.
송전손실계수(TLF) 계산부(103)는 계산(S105)된 슬랙모선의 유효전력 발전량(
Figure 112018001553108-pat00069
)을 기초로 임의의(i) 발전모선의 송전손실계수(TLF)를 계산한다(S109). 출력 제어부(105)는 임의의(i) 발전모선의 송전손실계수(TLF) 계산(S109) 결과를 화면에 출력한다(S111).
송전손실계수(TLF) 계산부(103)는 발전모선의 인덱스(i)를 1 증가시킨다(i+1)(S113). 송전손실계수(TLF) 계산부(103)는 발전모선의 인덱스(i)가 PSS/E IEEE 포맷 계통 데이터에 포함된 전체 발전모선의 개수보다 작은지 판단한다(S115).
작으면, S103 단계부터 다시 시작한다.
작지 않으면, 출력 제어부(105)가 S109 단계에서 산출된 최종 송전손실계수(TLF) 계산 결과를 발전 모선 별로 출력한다(S117).
출력 제어부(105)는 발전모선 인덱스 별로 송전손실계수 계산 결과를 엑셀 형식의 파일로 저장한다(S119). 즉, 발전모선 이름, 발전모선 인덱스 및 송전손실계수(TLF)를 PSS/E 발전모선 번호 별로 엑셀 형식의 파일로 생성하여 저장할 수 있다.
송전손실계수(TLF) 산출 진행률은 현재 발전모선 인덱스와 송전손실계수(TLF) 계산 대상인 전체 발전모선의 개수의 비율로 계산된다. 즉, 현재 모선의 순서를 총 송전손실계수(TLF) 계산 모선의 개수로 나눈 값으로 계산된다.
한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 송전손실계수(TLF) 제공 장치의 하드웨어 구성을 나타낸 블록도로서, 도 1 ~ 도 2에서 설명한 송전손실계수(TLF) 제공 장치(100)의 구성을 나타낸다.
도 3을 참고하면, 송전손실계수(TLF) 제공 장치(200)는 메모리(201), 저장 장치(203), 입력 장치(205), 출력 장치(207) 및 적어도 하나의 프로세서(209) 등을 포함하는 하드웨어로 구성되고, 지정된 장소에 하드웨어와 결합되어 실행되는 프로그램이 저장된다.
프로세서(209)는 메모리(201)에 저장된 프로그램을 실행한다. 프로그램은 도 1 내지 도 2에서 설명한 실시예들에 따른 구성 및/ 또는 방법을 실행하게 하는 명령어들(instructions)을 포함하고, 프로세서(209)는 메모리(201) 등의 하드웨어와 결합하여 본 발명을 실행한다.
저장 장치(203)는 프로세서(209)의 연산 결과를 저장한다. 예를들면, 엑셀 파일 형식의 송전손실계수(TLF) 계산 결과를 저장할 수 있다.
입력 장치(205)는 프로세서(209)와 연결되어, 도 1 내지 도 2에서 설명한 실시예들에 따른 데이터 입력 동작을 위한 수단이다. 출력 장치(207)는 프로세서(209)와 연결되어, 도 1 내지 도 2에서 설명한 실시예들에 따른 데이터들을 화면에 출력한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하는 송전손실계수 제공 장치에서 수행되는 송전손실계수 제공 방법으로서,
    사용자가 지정한 특정 시점의 전력 계통 데이터를 입력받는 단계,
    상기 전력 계통 데이터에 포함된 복수의 발전모선 중에서 임의의 발전모선의 미소 단위 부하만큼 유효전력 부하량을 가변하는 단계,
    전력조류계산을 수행하여 가변된 유효전력 부하를 공급하는데 필요한 슬랙모선의 유효전력 발전량의 변화량을 산출하는 단계,
    상기 임의의 발전모선의 단위 부하 유효전력의 변화량 및 상기 슬랙모선의 유효전력 발전량의 변화량을 이용하여 상기 임의의 발전모선의 송전손실계수를 계산하는 단계, 그리고
    사용자 인터페이스를 통해 상기 임의의 발전모선의 송전손실계수를 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 슬랙모선의 유효전력 발전량의 변화량은,
    상기 임의의 발전모선의 단위 부하 유효전력의 가변으로 인하여 발생되고,
    상기 전력 계통 데이터는,
    엔지니어링을 위한 전력 시스템 시뮬레이터(Power System Simulator for Engineering, PSS/E)를 통해 산출되고 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 표준 포맷의 전력 조류 데이터이고,
    상기 단위 부하는,
    상기 PSS/E의 부하 단위(MW)로 설정되고,
    상기 가변하는 단계는,
    상기 임의의 발전모선의 인덱스가 증가할때마다 순차적으로 상기 단위 부하의 유효전력을 1MW만큼 증가시키며,
    상기 송전손실계수는,
    단위부하 유효전력 변화량(△Pl,i)과 슬랙모선의 발전량(△Pslack)의 비로 계산되고,
    상기 단위부하 유효전력 변화량(△Pl,i)은,
    i 발전모선의 부하를 미소단위만큼 가변한 후 변화된 유효전력 부하량(Pl,i)과 i 발전모선의 가변전 유효전력 부하량(Pl,base) 간의 차이이면서 가변되는 값이고,
    상기 슬랙모선의 발전량(△Pslack)은,
    i 발전모선의 단위부하 변화후 슬랙모선의 유효전력 발전량(Pslack,i)과 i 모선의 단위부하 변화전 슬랙모선의 유효전력 발전량(Pslack,base) 간의 차이이면서 변화한 단위부하 공급에 필요한 값이며,
    상기 사용자 인터페이스는,
    발전모선 이름, PSS/E 모선번호, 송전손실계수 산출 진행률, 전력조류계산 결과 및 상기 송전손실계수를 포함하는 송전손실계수 계산 정보를 발전모선 인덱스에 따라 순차적으로 화면에 표시하고,
    상기 송전손실계수 산출 진행률은,
    현재 발전모선 인덱스와 송전손실계수 계산 대상인 전체 발전모선의 개수의 비율로 계산되는, 송전손실계수 제공 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 가변하는 단계, 상기 산출하는 단계 및 상기 계산하는 단계는,
    계통의 모든 발전모선에 대해 반복하고,
    상기 송전손실계수는,
    상기 모든 발전모선 각각에 대해 산출되는, 송전손실계수 제공 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에서,
    상기 출력하는 단계 이후,
    상기 발전모선 이름, 상기 PSS/E 모선번호 및 상기 송전손실계수를 상기 발전모선 인덱스 별로 엑셀 형식의 파일로 생성하여 저장하는 단계
    를 더 포함하는, 송전손실계수 제공 방법.
  9. 사용자가 지정한 특정 시점의 전력 계통 데이터를 입력받는 입력 장치,
    전력 계통의 발전모선의 송전손실계수를 화면에 출력하는 출력 장치,
    상기 전력 계통 데이터를 기초로 상기 송전손실계수를 계산하여 출력하는 프로그램을 저장하는 메모리, 그리고
    상기 프로그램을 실행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 전력 계통 데이터는,
    엔지니어링을 위한 전력 시스템 시뮬레이터(Power System Simulator for Engineering, PSS/E)를 통해 산출되고 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 표준 포맷의 전력 조류 데이터이고,
    상기 프로그램은,
    상기 전력 계통 데이터에 포함된 복수의 발전모선 중에서 임의의 발전모선의 유효전력 부하량을 상기 임의의 발전모선의 인덱스가 증가할때마다 순차적으로 1MW만큼 증가시키고 전력조류계산을 수행하여 상기 임의의 발전모선에 대한 송전손실계수를 계산하며,
    발전모선 이름, PSS/E 모선번호, 송전손실계수 산출 진행률, 전력조류계산 결과 및 상기 송전손실계수를 포함하는 송전손실계수 계산 정보를 발전모선 인덱스에 따라 순차적으로 상기 화면에 표시하는 명령어들(instructions)을 포함하고,
    상기 송전손실계수 산출 진행률은,
    현재 발전모선 인덱스와 송전손실계수 계산 대상인 전체 발전모선의 개수의 비율로 계산되고,
    상기 임의의 발전모선에 대한 송전손실계수는,
    상기 임의의 발전모선의 부하를 증가시켜 변화된 단위부하 유효전력 변화량(△Pl,i)과, 변화된 단위부하 공급에 필요한 슬랙모선의 발전량(△Pslack)의 비로 계산되는, 송전손실계수 제공 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9항에서,
    상기 프로그램은,
    모든 발전모선에 대해 계산이 완료되면, 발전모선명, PSS/E 모선번호 및 상기 송전손실계수를 상기 PSS/E 모선번호 별로 엑셀 형식의 파일로 생성하여 저장하는 명령어들을 더 포함하는, 송전손실계수 제공 장치.
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