KR20130049239A - 전력계통의 부하 제어 장치 및 방법 - Google Patents

전력계통의 부하 제어 장치 및 방법 Download PDF

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신정훈
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백승묵
이재걸
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Abstract

SCADA/EMS 데이터를 근거로 생성되는 PV 또는 FV 곡선과, 주요 감시모선 들의 전압 및 주요 전력 설비 차단 여부를 근거로 전력계통의 단기 전압 불안정 및 장기 전압 불안정 발생 여부를 판단하여 부하를 차단하는 전력계통의 부하 제어 장치 및 방법이 제시된다. 제시된 전력계통의 부하 제어 장치는 SCADA/EMS로부터 전력계통 데이터를 수집하고, PMU로부터 실시간 계통정보를 수집하고, 수집된 전력계통 데이터를 이용하여 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 생성하고, 실시간 계통정보를 근거로 생성한 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선에 전력계통의 현재 운전점을 표시하고, 수집한 전력계통 데이터 및 실시간 계통정보를 근거로 단기 전압 불안정 발생 여부를 판단하고, 생성한 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선의 현재 운전점 및 기설정된 계통 한계점을 근거로 장기 전압 불안정 발생 여부를 판단하고, 단기 전압 불안정 발생 또는 장기 전압 불안정 발생으로 판단하면 기설정된 차단 부하량에 따른 부하차단 신호를 발생하여 부하차단을 수행한다.

Description

전력계통의 부하 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING A LOAD OF POWER SYSTEM}
본 발명은 전력계통의 부하 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시각 동기화된 시계열 데이터와 기존 모든 전력계통의 전력정보를 취득하는 SCADA/EMS 데이터를 이용하여 광역계통의 전압안정도를 실시간으로 감시하고, 전압 또는 무효전력의 문제로 발생하는 전력계통의 광역정전을 예방하는 전력계통의 부하 제어 장치 및 방법에 대한 것이다.
전력계통은 전력의 안정적인 공급을 위해서 상시 전압안정도, 전압, 무효전력 등을 모니터링하고, 전력계통에서 고장이 발생하면 해당 구간을 절체하여 고장으로 인한 부하구간을 차단한다.
일반적으로 전력계통의 전압안정도 감시를 위해서 다음과 같은 방법들이 사용되어 왔다.
첫 번째는, 전압 불안정이 예상되는 모선 전압이 정격 유지 범위를 유지하는 지 여부를 감시하는 방법이다. 감시 대상 모선의 전압이 정격 유지범위를 넘어서면 전압 불안정을 판단하여 계획된 제어동작(예를 들면, 절체, 분리 등)을 수행한다. 이는, 매우 단순하고 간편한 방법으로 실시간으로 안정도 판별을 할 수 있는 장점이 있지만, 제한적인 정보를 이용한 방법으로 실제 전압 불안정과 단순한 순간 저전압/과전압 현상을 판단할 수 없는 문제점이 있다.
두 번째는, 전체 전력계통의 데이터를 입력받아 조류계산 베이스의 수치해석을 통한 전압 불안정 판별 방식이다. SCADA/EMS와 같은 계통 감시 장치를 통하여 축적된 데이터베이스를 이용하여 비선형의 전력계통을 선형화 과정을 통해 감도 해석 등을 이용한 안정도 판단을 수행한다. 이러한 방식은 조류계산을 기반으로 하는 OPF, 감도해석 등을 이용한 전압안정도 판별은 매우 정확한 안정도 판별을 할 수 있는 장점이 있으나, 계산에 사용되는 입력데이터를 실시간으로 작성할 수 없어 Off-Line 안정도 감시에만 사용할 수 있는 문제점이 있다.
세 번째는, 최근 관심이 높아지고 있는 실시간 시각동기 위상각 측정 기술을 이용한 전압안정도 감시 방법이다. 잘 알려진 최대전력전송이론을 이용하여 전력계통의 말단부에서 측정된 시각 동기화된 전압, 전류 데이터를 이용하여 전력계통의 등가임피던스와 부하단의 임피던스를 측정하여 전압안정도를 감시하는 방법과 측정된 전압데이터의 변화율을 시간계열로 축적, 평균적인 변화율에 비해 급격하게 변화하는 계통상태를 감시하는 방법, 측정된 전압 정보를 FFT 과정을 통하여 유효한 정보를 취득하여 전압안정도를 감시하는 방법이 있다. 위 방법들은 모두 제한된 정보만을 가지고 전력계통 말단에 위치한 부하단의 비교적 정확한 전압안정도 감시가 가능한 장점이 있으나, 광역계통의 전압안정도 감시를 할 수 없으며 계통 임피던스의 추정과정이 정확하지 않으며, 순간적인 전압강화와 실제 전압안정성의 구분이 모호하며, FFT를 통하여 취득할 수 있는 전압정보의 크기 및 주파수 정보가 전압안정성 판단에 직접적으로 활용할 수 없는 문제점이 있다.
부하차단 시스템은 전압붕괴를 예방하기 위한 마지막 수단으로 선로사고, 부하의 급격한 증가 등으로 유발되는 광역정전을 예방하는 효과가 있다. 부하차단 시스템은 전압 불안정을 감시하는 방법, 부하 차단을 하는 방법 등으로 구분될 수 있다.
일반적으로 지금까지 사용되어 온 방식은 전력계통 운영 시 고려되는 가장 심각한 사고를 미리 선정하여, 해당 사고 발생기 계획된 부하차단을 단계적으로 실시하는 이벤트 기반의 중앙집중형 방식이다. 이 방법은 계통을 불안정하게 하는 주요 이벤트에 대하여 확실하게 대처하는 방식이나, 오프라인 해석을 통하여 선정된 주요 이벤트, 부하차단량, 차단시간 등이 실제 계통 운영 간에는 변경될 수 있어, 그 차단량이 과하거나, 또는 적을 수 있는 문제점이 있다.
두 번째 방법은 전압과 무효전력 간의 관계를 이용하여 전압 불안정을 가장 효과적으로 감시할 수 있는 주요 모선을 선정, 전압과 전류의 벡터 차를 이용하여 무효전력 수급 불안정에 기인한 전압 불안정 요소에 대하여 부하차단을 수행하는 방식이다. 이 방법은 특정 사고가 아닌 계통의 전압 불안정을 유발하는 다양한 사고에 대비한 부하차단을 할 수 있는 장점이 있으나, 특정 모선의 전압, 전류의 벡터만을 갖고 전력계통의 안정도를 판별하는 과정에서 계통 불안정성을 정확한 계통 불안정성을 파악하기 힘들며, 각 모선별로 구성된 차단시스템이 매우 복잡하며, 계통이 붕괴하는 주요 이벤트에 대한 확실한 보호가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, SCADA/EMS 데이터를 근거로 생성되는 PV 또는 FV 곡선과, 주요 감시모선 들의 전압 및 주요 전력 설비 차단 여부를 근거로 전력계통의 단기 전압 불안정 및 장기 전압 불안정 발생 여부를 판단하고, 전압 불안정 발생시 부하 차단을 통해 전력계통의 전압 불안정을 예방하도록 한 전력계통의 부하 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전력계통의 부하 제어 장치는, SCADA/EMS로부터 전력계통 데이터를 수집하고, PMU로부터 실시간 계통정보를 수집하는 데이터 수집부; 데이터 수집부에서 수집된 전력계통 데이터를 이용하여 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 생성하고, 실시간 계통정보를 근거로 생성한 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선에 전력계통의 현재 운전점을 표시하는 변환부; 수집한 전력계통 데이터 및 실시간 계통정보를 근거로 단기 전압 불안정 발생 여부를 판단하고, 생성한 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선의 현재 운전점 및 기설정된 계통 한계점을 근거로 장기 전압 불안정 발생 여부를 판단하는 판단부; 및 판단부에서 단기 전압 불안정 발생 또는 장기 전압 불안정 발생으로 판단하면 기설정된 차단 부하량에 따른 부하차단 신호를 발생하여 부하차단을 수행하는 부하 차단부를 포함한다.
변환부는, 조류계산 데이터가 생신될 때마다 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 갱신하여 재생성하고, 실시간 계통정보가 갱신될 때마다 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선에 표시한 전력계통의 현재 운전점을 갱신하여 재생성한다.
판단부는, 복수의 주요 감시 모선들 각각의 전압과 주요 전력 설비들의 탈락 여부를 근거로 단기 전압 불안정 발생 여부를 판단한다.
판단부는, 복수의 주요 감시 모선들에서 저전압 발생시 주요 전력 설비들의 탈락하면 단기 전압 불안정 이벤트를 발생하고, 발생한 단기 전압 불안정 이벤트가 설정시간 동안 유지되면 단기 전압 불안정 발생으로 판단한다.
판단부는, 현재 운전점이 계통 한계점 이하이면 장기 전압 불안정 발생으로 판단한다.
판단부는, 전력계통 붕괴점과 현재 운전점의 차이값이 전력계통 안정도 여유가 전력계통 붕괴점과 계통 한계점의 차이값인 운전 한계점 이하이면 장기 전압 불안정 발생으로 판단한다.
변환부에서 생성된 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 운영자 단말에게로 전송하고, 단기 전압 불안정 발생시 또는 장기 전압 불안정 발생시 운영자 단말에게로 전압 불안정 발생을 통보하는 알람부를 더 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전력계통의 부하 제어 방법은, SCADA/EMS로부터 복수의 주요 감시 모선들의 전압을 수집하는 단계; PMU로부터 전력계통 주요 전력 설비의 탈락 여부를 수집하는 단계; 수집한 복수의 주요 감시 모선들의 전압 및 수집한 주요 전력 설비의 탈락 여부를 근거로 단기 전압 불안정 이벤트를 발생하는 단계; 이벤트를 발생하는 단계에서 발생한 단기 전압 불안정 이벤트의 유지시간을 근거로 단기 전압 불안정 발생 여부를 판단하는 단계; 및 판단하는 단계에서 단기 전압 불안정 발생으로 판단하면 부하차단 신호 및 알람을 발생하는 단계를 포함한다.
이벤트를 발생하는 단계에서는, 복수의 주요 감시 모선들에서 저전압 발생시 주요 전력 설비들의 탈락 상태이면 단기 전압 불안정 이벤트를 발생한다.
판단하는 단계에서는, 발생한 단기 전압 불안정 이벤트가 설정시간 동안 유지되면 단기 전압 불안정 발생으로 판단한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력계통의 부하 제어 방법은, SCADA/EMS로부터 전력계통 데이터를 수집하고, PMU로부터 실시간 계통정보를 수집하는 단계; 수집한 전력계통 데이터를 근거로 조류계산 데이터를 생성하는 단계; 생성한 조류계산 데이터를 근거로 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 생성하는 단계; 수집한 실시간 계통정보를 근거로 현재 운전점을 검출하여 생성한 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선에 표시하는 단계; 표시된 현재 운전점 및 기설정된 계통 한계점을 근거로 장기 전압 불안정 발생 여부를 판단하는 단계; 및 판단하는 단계에서 장기 전압 불안정 발생으로 판단하면 부하차단 신호 및 알람을 발생하는 단계를 포함한다.
조류계산 데이터가 생신될 때마다 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 갱신하여 재생성하고, 실시간 계통정보가 갱신될 때마다 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선에 표시한 전력계통의 현재 운전점을 갱신하여 재생성하는 단계를 더 포함한다.
판단하는 단계에서는, 현재 운전점이 계통 한계점 이하이면 장기 전압 불안정 발생으로 판단한다.
판단하는 단계에서는, 전력계통 붕괴점과 현재 운전점의 차이값이 전력계통 안정도 여유가 전력계통 붕괴점과 계통 한계점의 차이값인 운전 한계점 이하이면 장기 전압 불안정 발생으로 판단한다.
생성된 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 운영자 단말에게로 전송하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 전력계통의 부하 제어 장치 및 방법은 SCADA/ESM의 전력계통 데이터와 PMU에서 측정되는 실시간 전력계통 정보를 이용하여 단기 전압 안정도 및 장기 전압 안정도를 판단함으로써, 전력계통의 전압 안정도 감시의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 전력계통의 부하 제어 장치 및 방법은 주요 이벤트로 발생하는 단기 전압 불안정과 실시간으로 변동하는 전력계통 특성을 반영한 장기 전압 불안정을 동시에 대응하는 다단계 부하차단시스템을 구현함으로써, 전력계통의 안정 운영이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력계통의 부하 제어 장치를 설명하기 위한 블록도.
도 2는 도 1의 부하 차단부를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력계통의 부하 제어 방법의 단기 전압 불안정 발생에 따른 부하 차단을 설명하기 위한 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력계통의 부하 제어 방법의 장기 전압 불안정 발생에 따른 부하 차단을 설명하기 위한 흐름도.
도 5 및 도 6은 장기 전압 불안정 판단 단계를 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 전력계통의 부하 제어 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력계통의 부하 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 도 1의 부하 차단부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전력계통의 부하 제어장치는 설정부(410), 데이터 수집부(420), 변환부(430), 판단부(440), 부하 차단부(450), 알람부(460)를 포함하여 구성된다.
설정부(410)는 단기 전압 불안정을 유발하는 이벤트 목록 및 주요 감시 모선(300)을 설정한다. 여기서, 설정부(410)는 기설정된 이벤트 목록에 포함된 이벤트 발생시 전압 및 무효전력 감도가 가장 큰 모선을 주요 감시 모선(300)으로 설정한다. 즉, 설정부(410)는 이벤트의 검출이 가장 용이한 모선을 주요 감시 모선(300)으로 설정한다. 이때, 설정부(410)는 복수의 주요 감시 모선(300)을 설정한다.
설정부(410)는 기설정된 복수의 주요 감시 모선(300)들에 대한 저전압 발생 여부를 판단하는 기준값들을 설정한다. 즉, 설정부(410)는 복수의 주요 감시 모선(300)들 각각에 대한 기준전압을 설정한다.
설정부(410)는 전압 안정도 판단에 기준이 되는 계통 한계점을 설정한다. 이때, 설정부(410)는 전력계통 계획 및 운영단계에서 상정사고에 대해 미리 설정되는 계통 한계점을 운영자 단말(600)로부터 입력받아 설정한다.
데이터 수집부(420)는 기설정된 복수의 주요 감시 모선(300)들의 전압을 수집한다. 데이터 수집부(420)는 전력계통의 주요 전력 설비들 탈락 여부를 수집한다. 이때, 데이터 수집부(420)는 SCADA/EMS(100)로부터 주요 감시 모선(300)들의 전압을 수집한다. 데이터 수집부(420)는 SCADA/EMS 데이터는 분 단위로 취득되어 주요 송전선로, 주요 발전기, 주요 부하 등의 탈락이나 투입을 실시간으로 반영하지 못하기 때문에 PMU(200)를 통해 주요 전력 설비의 탈락 여부를 수집한다. 즉, 데이터 수집부(420)는 주요 송전선로, 주요 발전기, 주요 부하 등의 탈락이나 투입 여부를 PMU(200) 등을 통하여 수집한다. 여기서, 주요 전력 설비의 탈락은 해당 전력 설비에 설치된 차단기의 열림(즉, 오프(off)) 상태로, 해당 전력 설비가 정정된 것을 의미한다.
데이터 수집부(420)는 전력계통 데이터를 수집한다. 즉, 데이터 수집부(420)는 SCADA/EMS(100) 및 PMU(200; Phasor Measurement Units)를 통해 감지(측정)되는 실시간 계통정보를 통해 전력계통 데이터를 수집한다. 이때, SCADA/EMS(100) 데이터는 분 단위로 취득되어 주요 송전선로, 주요 발전기, 주요 부하 등의 탈락이나 투입을 실시간으로 반영하지 못하는 문제점이 있다. 이러한 주요 전력설비의 변화를 반영하기 위하여 주요 송전선로, 주요 발전기, 주요 부하 등의 탈락이나 투입 여부를 PMU(200) 등을 통하여 취득되는 실시간 계통정보를 수집한다.
변환부(430)는 전력계통 데이터를 이용하여 조류계산 데이터를 생성한다. 즉, 변환부(430)는 SCADA/EMS(100) 및 PMU(200)로부터 수집한 전력계통 데이터를 이용하여 조류계산 데이터를 생성한다.
변환부(430)는 주요 전력 설비들의 동작정보를 근거로 기생성한 조류계산 데이터를 갱신한다. 즉, 변환부(430)는 SCADA/EMS(100)로부터의 전력계통 데이터에 주요전력 설비들의 동작정보를 반영하여 조류계산 데이터를 갱신한다.
변환부(430)는 기생성된 조류계산 데이터를 이용하여 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 생성한다. 이때, 변환부(430)는 연속조류계산방법(CPF, Continuation Power Flow)을 이용하여 전력계통 해석을 위해 잘 알려진 네트워크 유효전력-전압 곡선(PV 곡선) 또는 네트워크 유효조류-전압 곡선(FV 곡선)을 생성한다.
변환부(430)는 실시간 계통정보를 이용하여 현재 운전점을 설정한다. 즉, 변환부(430)는 PMU(200)로부터 수집되는 실시간 계통정보를 근거로 기생성된 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선에 현재 전력계통의 운전점을 표시한다. 이때, 변환부(430)는 PMU(200)로부터 수집된 실시간 계통정보 중에서 감시지역의 발전력 및 부하량, 감시대상 선로의 유효 조류를 이용하여 기생성된 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선에 현재 전력계통의 운전점을 표시한다.
여기서, 변환부(430)는 조류계산 데이터가 갱신될 때마다 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 갱신하여 재생성한다. 변환부(430)는 실시간 계통정보가 갱신될 때마다 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선에 표시한 전력계통의 현재 운전점을 갱신한다.
판단부(440)는 기설정된 주요 감시 모선(300)들의 전압 및 주요 전력 설비들의 탈락 여부를 근거로 전력계통의 단기 전압 불안정 여부를 판단한다. 즉, 판단부(440)는 주요 감시 모선(300)들 각각의 전압과 해당 기준 전압을 비교하여 저전압 발생 여부를 판단한다. 판단부(440)는 주요 감시 모선(300)들의 저전압 발생 및 주요 전력 설비들의 탈락 발생의 경우 전력계통의 단기 전압 불안정 발생 이벤트를 발생한다. 이때, 판단부(440)는 페일(Fail) 또는 노이즈 등에 의한 오동작 방지를 위해서 복수의 감시 모선(300)들에 대해 '3 out of 4' 방식을 사용하여 저전압 발생 여부를 판단한다. 예를 들어, 4개의 주요 감시 모선(300) 중에서 3개 이상의 주요 감시 모선(300)의 전압들 각각이 해당 기준전압 미만이면 저전압 발생으로 판단한다.
여기서, 판단부(440)는 단기 전압 불안정 발생 이벤트가 기준시간이상 유지되면 단기 전압 불안정 발생으로 판단한다. 즉, 판단부(440)는 주요 감시 모선(300)들의 저전압 발생 및 주요 전력 설비들의 탈락 상태가 기준시간이상 유지되면 단기 전압 불안정 발생으로 판단한다.
판단부(440)는 기생성된 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선 및 기설정된 계통 한계점을 근거로 전력계통의 안정 여부를 판단한다. 이때, 판단부(440)는 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선에서 현재 전력계통의 운전점과 기설정된 계통 한계점을 비교하여 전력계통의 안정도 여부를 판단한다. 이때, 판단부(440)는 현재 전력계통의 운전점이 계통 한계점 이하이면 전력계통이 불안정한 것으로 판단한다. 판단부(440)는 현재 전력계통의 운전점이 계통 한계점을 초과하면 전력계통이 안정한 것으로 판단한다.
판단부(440)는 전력계통의 현재 운전점 및 기설정된 계통 한계점을 비교하여 장기 전압 불안정 발생 여부를 판단한다. 이때, 현재 운전점이 기설정된 계통 한계점보다 작아지면 전력계통의 장기 전압 불안정 발생으로 판단한다. 즉, 판단부(440)는 전력계통 안정도 여유가 운전 한계점보다 크면 전력계통이 안정한 것으로 판단한다. 판단부(440)는 전력계통 안정도 여유가 운전 한계점보다 작으면 전력계통이 불안정한 것으로 판단한다.
부하 차단부(450)는 판단부(440)에서 단기 전압 불안정으로 판단하면 기설정된 차단 부하량에 대한 부하차단 신호를 발생한다. 즉, 부하 차단부(450)는 주요 감시 모선(300)의 저전압과 주요 전력 설비의 차단 상황이 사전 검토를 통하여 선정된 기준시간 동안 유지되면 최종적으로 주요 이벤트 발생 후에도 전력계통이 운전점을 갖도록 사전에 검토된 1단계 일괄 차단 부하량에 대한 부하차단 신호가 송출된다. 여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 일괄 부하 차단량은 단기 전압 불안정 해소를 위한 차단량으로 장기 전압 불안정 대비 다단계 부하차단 룩 업 테이블의 1단계 차단량만 포함하거나, 다수의 단계 차단량을 함께 포함할 수도 있다.
부하 차단부(450)는 판단부(440)에서 장기 전압 불안정으로 판단하면 기설정된 차단 부하량에 대한 부하차단 신호를 발생한다. 이때, 부하 차단부(450)는 전력계통의 장기 전압 불안정 발생으로 판단하면 룩 업 테이블의 1단계부터 단계적으로 기산정된 차량정보에 따라 순차적으로 부하차단을 의한 부하차단 신호를 발생한다.
부하 차단부(450)는 구성 가능한 모든 통신수단 즉, PMU(200)를 이용한 차단 신호 송출, IEC 61850 기반 지능형전력기기(IED) 기반 부하차단 신호 송출, PITR 등 전용선로를 이용한 부하차단 신호 송출, 기존 SCADA 망을 이용한 부하차단 신호 송출 방법을 모두 고려하여 부하차단 신호를 구성한다.
부하 차단부(450)는 부하차단신호를 전력계통의 복수의 차단기(500)들 중에 해당하는 차단기(500)에게로 부하차단 신호를 전송하여 부하차단을 수행한다.
알람부(460)는 변환부(430)에서 생성된 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 운영자 단말(600)로 제공한다. 이때, 알람부(460)는 조류계산 데이터의 갱신 또는 실시간 계통정보의 갱신시마다 갱신되는 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 운영자 단말(600)로 전송한다.
알람부(460)는 판단부(440)에서 전력계통 불안정으로 판단하면 경보 메시지를 운영자 단말(600)에게로 전송한다. 즉, 알람부(460)는 단기 전압 불안정 발생 또는 장기 전압 불안정 발생시 경고 문자, 경고 영상, 경고 알람 등의 방법으로 전력계통의 불안정을 운영자에게 통보한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 전력계통의 부하 제어 방법의 단기 전압 불안정 발생에 따른 부하 차단을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력계통의 부하 제어 방법의 단기 전압 불안정 발생에 따른 부하 차단을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 부하 제어 장치(400)는 단기 전압 불안정을 유발하는 이벤트 목록 및 복수의 주요 감시 모선(300)들을 설정한다. 즉, 부하 제어 장치(400)는 기설정된 이벤트 목록에 포함된 이벤트 발생시 전압 및 무효전력 감도가 가장 큰 모선을 주요 감시 모선(300)으로 설정한다. 이때, 부하 제어 장치(400)는 기설정된 복수의 주요 감시 모선(300)들 각각에 대해 저전압 발생 여부를 판단하는데 기준이 되는 기준전압을 설정한다.
주요 감시 모선(300) 및 기준전압의 설정이 완료되면, 부하 제어 장치(400)는 복수의 주요 감시 모선(300)들의 전압을 수집한다(S110). 즉, 부하 제어 장치(400)는 SCADA/EMS(100)로부터 주요 감시 모선(300)들의 전압을 수집한다.
부하 제어 장치(400)는 주요 송전선로, 주요 발전기, 주요 부하 등의 탈락이나 투입 여부를 PMU(200)를 통해 수집한다(S130). 이때, 부하 제어 장치(400)는 SCADA/EMS(100) 데이터는 분 단위로 취득되어 주요 송전선로, 주요 발전기, 주요 부하 등의 탈락이나 투입을 실시간으로 반영하지 못하기 때문에 PMU(200)를 통해 주요 전력 설비의 탈락 여부를 수집한다.
부하 제어 장치(400)는 기설정된 주요 감시 모선(300)들의 전압 및 주요 전력 설비들의 탈락 여부를 근거로 전력계통의 단기 전압 불안정 여부를 판단한다. 즉, 부하 제어 장치(400)는 주요 감시 모선(300)들 각각의 전압과 해당 기준 전압을 비교하여 저전압 발생 여부를 판단한다. 부하 제어 장치(400)는 주요 감시 모선(300)들의 저전압 발생 및 주요 전력 설비들의 탈락 발생의 경우 전력계통의 단기 전압 불안정 발생 이벤트를 발생한다.
단기 전압 불안정 이벤트가 발생하면(S150; 예), 부하 제어 장치(400)는 단기 전압 불안정 이벤트의 유지시간을 근거로 단기 전압 불안정 발생 여부를 판단한다. 이때, 부하 제어 장치(400)는 단기 전압 불안정 발생 이벤트가 기준시간이상 유지되면 단기 전압 불안정 발생으로 판단한다. 즉, 판단부(440)는 주요 감시 모선(300)들의 저전압 발생 및 주요 전력 설비들의 탈락 상태가 기준시간이상 유지되면 단기 전압 불안정 발생으로 판단한다.
단기 전압 불안정 발생하면(S170; 예), 부하 제어 장치(400)는 부하 차단 신호 및 알람을 발생한다(S190). 부하 제어 장치(400)는 단기 전압 불안정으로 판단하면 기설정된 차단 부하량에 대한 부하차단 신호를 발생한다. 즉, 부하 제어 장치(400)는 주요 감시 모선(300)의 저전압과 주요 전력 설비의 차단 상황이 사전 검토를 통하여 선정된 기준시간 동안 유지되면 최종적으로 주요 이벤트 발생 후에도 전력계통이 운전점을 갖도록 사전에 검토된 1단계 일괄 차단 부하량에 대한 부하차단 신호가 송출된다. 이때, 부하 제어 장치(400)는 구성 가능한 모든 통신수단 즉, PMU(200)를 이용한 차단 신호 송출, IEC 61850 기반 지능형전력기기(IED) 기반 부하차단 신호 송출, PITR 등 전용선로를 이용한 부하차단 신호 송출, 기존 SCADA 망을 이용한 부하차단 신호 송출 방법을 모두 고려하여 부하차단 신호를 구성한다. 부하 제어 장치(400)는 부하차단신호를 전력계통의 복수의 차단기(500)들 중에 해당하는 차단기(500)에게로 부하차단 신호를 전송하여 부하차단을 수행한다.
이와 함께, 부하 제어 장치(400)는 경고 문자, 경고 영상, 경고 알람 등의 방법으로 단기 전압 불안정 발생을 운영자에게 통보한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 전력계통의 부하 제어 방법의 장기 전압 불안정 발생에 따른 부하 차단을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력계통의 부하 제어 방법의 장기 전압 불안정 발생에 따른 부하 차단을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 5 및 도 6은 장기 전압 불안정 판단 단계를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 부하 제어 장치(400)는 SCADA/EMS(100) 및 PMU(200)로부터 전력계통 데이터를 수집한다(S210). 즉, 부하 제어 장치(400)는 SCADA/EMS(100) 및 PMU(200)를 통해 감지(측정)되는 실시간 계통정보를 통해 전력계통 데이터를 수집한다. 이때, SCADA/EMS(100) 데이터는 분 단위로 취득되어 주요 송전선로, 주요 발전기, 주요 부하 등의 탈락이나 투입을 실시간으로 반영하지 못하는 문제점이 있다. 이러한 주요 전력설비의 변화를 반영하기 위하여 주요 송전선로, 주요 발전기, 주요 부하 등의 탈락이나 투입 여부를 PMU(200) 등을 통하여 취득되는 실시간 계통정보를 수집한다.
부하 제어 장치(400)는 기수집한 전력계통 데이터를 이용하여 조류계산 데이터를 생성한다(S220).
부하 제어 장치(400)는 기생성한 조류계산 데이터를 이용하여 네트워크 PV 곡선(또는, FV 곡선)을 생성한다(S230). 이때, 부하 제어 장치(400)는 연속조류계산방법(CPF, Continuation Power Flow)을 이용하여 전력계통 해석을 위해 잘 알려진 네트워크 유효전력-전압 곡선(PV 곡선) 또는 네트워크 유효조류-전압 곡선(FV 곡선)을 생성한다. 여기서, 부하 제어 장치(400)는 조류계산 데이터가 갱신될 때마다 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 갱신하여 재생성한다. 이때, 부하 제어 장치(400)는 생성된 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 운영자 단말(600)로 제공한다. 부하 제어 장치(400)는 조류계산 데이터의 갱신 또는 실시간 계통정보의 갱신시마다 갱신되는 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 운영자 단말(600)로 전송한다.
부하 제어 장치(400)는 기수집한 실시간 계통정보를 이용하여 현재 전력계통의 운전점을 네트워크 PV 곡선(또는 FV 곡선)에 표시한다(S240). 즉, 부하 제어 장치(400)는 PMU(200)로부터 수집된 실시간 계통정보 중에서 감시지역의 발전력 및 부하량, 감시대상 선로의 유효 조류를 이용하여 기생성된 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선에 현재 전력계통의 운전점을 표시한다.
부하 제어 장치(400)는 PMU(200)로부터 수신되는 실시간 계통정보를 이용하여 현재 전력계통의 운전점을 실시간 반영하여 네트워크 PV 곡선(또는 FV 곡선)에 표시된 현재 전력계통의 운점점을 갱신한다(S250). 즉, 부하 제어 장치(400)는 실시간 계통정보가 갱신될 때마다 네트워크 PV 곡선(또는 FV 곡선)에 표시한 전력계통의 현재 운전점을 갱신한다.
부하 제어 장치(400)는 기생성된 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선 및 기설정된 계통 한계점을 근거로 전력계통의 안정 여부를 판단한다. 이때, 부하 제어 장치(400)는 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선에서 현재 전력계통의 운전점과 기설정된 계통 한계점을 비교하여 전력계통의 안정도 여부를 판단한다. 여기서, 도 5에 도시된 바와 같이, 부하 제어 장치(400)는 전력계통의 현재 운전점(A)이 계통 한계점(B) 이하이면(즉, 전력계통 안정도 여유(C-A)가 운전 한계점(C-B)보다 크면), 전력계통이 안정한 것으로 판단한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 부하 제어 장치(400)는 전력계통의 현재 운전점(A)이 계통 한계점(B)을 초과하면(즉, 전력계통 안정도 여유(C-A)가 운전 한계점(C-B)보다 작으면), 전력계통이 불안정한 것으로 판단한다. 여기서, 도 5 및 도 6에 도시된 도면부호 "C"는 전력계통 붕괴점을 의미한다.
전력계통 불안정으로 판단하면(S260; 예), 부하 제어 장치(400)는 부하차단 신호를 발생하고, 경보 메시지를 운영자 단말(600)에게로 전송한다(S270). 즉, 부하 제어 장치(400)는 장기 전압 불안정으로 판단하면 기설정된 차단 부하량에 대한 부하차단 신호를 발생한다. 이때, 부하 제어 장치(400)는 전력계통의 장기 전압 불안정 발생으로 판단하면 룩 업 테이블의 1단계부터 단계적으로 기산정된 차량정보에 따라 순차적으로 부하차단을 의한 부하차단 신호를 발생한다. 이때, 부하 제어 장치(400)는 구성 가능한 모든 통신수단 즉, PMU(200)를 이용한 차단 신호 송출, IEC 61850 기반 지능형전력기기(IED) 기반 부하차단 신호 송출, PITR 등 전용선로를 이용한 부하차단 신호 송출, 기존 SCADA 망을 이용한 부하차단 신호 송출 방법을 모두 고려하여 부하차단 신호를 구성한다. 부하 제어 장치(400)는 부하차단신호를 전력계통의 복수의 차단기(500)들 중에 해당하는 차단기(500)에게로 부하차단 신호를 전송하여 부하차단을 수행한다.
이와 함께, 부하 제어 장치(400)는 경고 문자, 경고 영상, 경고 알람 등의 방법으로 전력계통의 장기 전압 불안정 발생을 운영자에게 통보한다.
상술한 바와 같이, 전력계통의 부하 제어 장치 및 방법은 SCADA/ESM의 전력계통 데이터와 PMU에서 측정되는 실시간 전력계통 정보를 이용하여 단기 전압 안정도 및 장기 전압 안정도를 판단함으로써, 전력계통의 전압 안정도 감시의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 전력계통의 부하 제어 장치 및 방법은 주요 이벤트로 발생하는 단기 전압 불안정과 실시간으로 변동하는 전력계통 특성을 반영한 장기 전압 불안정을 동시에 대응하는 다단계 부하차단시스템을 구현함으로써, 전력계통의 안정 운영이 가능한 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100: SCADA/EMS 200: PMU
300: 감시 모선 400: 부하 제어 장치
410: 설정부 420: 데이터 수집부
430: 변환부 440: 판단부
450: 부하 차단부 460: 알람부
500: 차단기 600: 운영자 단말

Claims (15)

  1. SCADA/EMS로부터 전력계통 데이터를 수집하고, PMU로부터 실시간 계통정보를 수집하는 데이터 수집부;
    상기 데이터 수집부에서 수집된 전력계통 데이터를 이용하여 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 생성하고, 상기 실시간 계통정보를 근거로 상기 생성한 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선에 전력계통의 현재 운전점을 표시하는 변환부;
    상기 수집한 전력계통 데이터 및 실시간 계통정보를 근거로 단기 전압 불안정 발생 여부를 판단하고, 상기 생성한 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선의 현재 운전점 및 기설정된 계통 한계점을 근거로 장기 전압 불안정 발생 여부를 판단하는 판단부; 및
    상기 판단부에서 단기 전압 불안정 발생 또는 장기 전압 불안정 발생으로 판단하면 기설정된 차단 부하량에 따른 부하차단 신호를 발생하여 부하차단을 수행하는 부하 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 부하 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 변환부는,
    상기 조류계산 데이터가 생신될 때마다 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 갱신하여 재생성하고, 실시간 계통정보가 갱신될 때마다 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선에 표시한 전력계통의 현재 운전점을 갱신하여 재생성하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 부하 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 판단부는,
    복수의 주요 감시 모선들 각각의 전압과 주요 전력 설비들의 탈락 여부를 근거로 단기 전압 불안정 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 부하 제어 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 복수의 주요 감시 모선들에서 저전압 발생시 상기 주요 전력 설비들의 탈락하면 단기 전압 불안정 이벤트를 발생하고,
    상기 발생한 단기 전압 불안정 이벤트가 설정시간 동안 유지되면 단기 전압 불안정 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 부하 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 현재 운전점이 계통 한계점 이하이면 장기 전압 불안정 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 부하 제어 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 판단부는,
    전력계통 붕괴점과 상기 현재 운전점의 차이값이 전력계통 안정도 여유가 상기 전력계통 붕괴점과 상기 계통 한계점의 차이값인 운전 한계점 이하이면 장기 전압 불안정 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 부하 제어 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 변환부에서 생성된 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 운영자 단말에게로 전송하고, 상기 단기 전압 불안정 발생시 또는 상기 장기 전압 불안정 발생시 운영자 단말에게로 전압 불안정 발생을 통보하는 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 부하 제어 장치.
  8. SCADA/EMS로부터 복수의 주요 감시 모선들의 전압을 수집하는 단계;
    PMU로부터 전력계통 주요 전력 설비의 탈락 여부를 수집하는 단계;
    상기 수집한 복수의 주요 감시 모선들의 전압 및 상기 수집한 주요 전력 설비의 탈락 여부를 근거로 단기 전압 불안정 이벤트를 발생하는 단계;
    상기 이벤트를 발생하는 단계에서 발생한 단기 전압 불안정 이벤트의 유지시간을 근거로 단기 전압 불안정 발생 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 판단하는 단계에서 단기 전압 불안정 발생으로 판단하면 부하차단 신호 및 알람을 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 부하 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 이벤트를 발생하는 단계에서는,
    상기 복수의 주요 감시 모선들에서 저전압 발생시 상기 주요 전력 설비들의 탈락 상태이면 단기 전압 불안정 이벤트를 발생하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 부하 제어 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 판단하는 단계에서는,
    상기 발생한 단기 전압 불안정 이벤트가 설정시간 동안 유지되면 단기 전압 불안정 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 부하 제어 방법.
  11. SCADA/EMS로부터 전력계통 데이터를 수집하고, PMU로부터 실시간 계통정보를 수집하는 단계;
    상기 수집한 전력계통 데이터를 근거로 조류계산 데이터를 생성하는 단계;
    상기 생성한 조류계산 데이터를 근거로 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 생성하는 단계;
    상기 수집한 실시간 계통정보를 근거로 현재 운전점을 검출하여 상기 생성한 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선에 표시하는 단계;
    상기 표시된 현재 운전점 및 기설정된 계통 한계점을 근거로 장기 전압 불안정 발생 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 판단하는 단계에서 장기 전압 불안정 발생으로 판단하면 부하차단 신호 및 알람을 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 부하 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 조류계산 데이터가 생신될 때마다 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 갱신하여 재생성하고, 실시간 계통정보가 갱신될 때마다 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선에 표시한 전력계통의 현재 운전점을 갱신하여 재생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 부하 제어 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 판단하는 단계에서는,
    상기 현재 운전점이 상기 계통 한계점 이하이면 장기 전압 불안정 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 부하 제어 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 판단하는 단계에서는,
    전력계통 붕괴점과 상기 현재 운전점의 차이값이 전력계통 안정도 여유가 상기 전력계통 붕괴점과 상기 계통 한계점의 차이값인 운전 한계점 이하이면 장기 전압 불안정 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 부하 제어 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 생성된 네트워크 PV 곡선 또는 FV 곡선을 운영자 단말에게로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 부하 제어 방법.
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