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KR100776352B1 - Ｓｃａｄａ와 연계한 ｕｐｆｃ의 자동운전 시스템 및 그방법 - Google Patents

Ｓｃａｄａ와 연계한 ｕｐｆｃ의 자동운전 시스템 및 그방법 Download PDF

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KR100776352B1
KR100776352B1 KR1020060037269A KR20060037269A KR100776352B1 KR 100776352 B1 KR100776352 B1 KR 100776352B1 KR 1020060037269 A KR1020060037269 A KR 1020060037269A KR 20060037269 A KR20060037269 A KR 20060037269A KR 100776352 B1 KR100776352 B1 KR 100776352B1
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Abstract

본 발명은 UPFC(종합조류제어기 : unified power flow controller, 이하 "UPFC"라 함)의 운전 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 SCADA(원방감시제어 및 자료취득기 : supervisory control and data acquisition, 이하 "SCADA"라 함)로부터 계통의 데이터를 입력받아 계통의 상태별로 최적의 운전 조건을 자동으로 결정하여 운전하는 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명의 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 시스템을 이루는 구성수단은 직, 병렬형 FACTS 기기로써, 계통 변수를 제어하는 UPFC, 상기 계통의 선로 데이터와 상기 UPFC의 상태 데이터를 주기적으로 취득하는 SCADA, 상기 SCADA로부터 전달받은 데이터를 분석하여, 각 계통 상황별로 최적의 운전모드와 계통 변수들의 최적 레퍼런스를 결정하는 상위제어기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
UPFC, SCADA, FACTS

Description

ＳＣＡＤＡ와 연계한 ＵＰＦＣ의 자동운전 시스템 및 그 방법{automatic operation system and automatic operation method of ＵＰＦＣ connected ＳＣＡＤＡ}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SCADA와 연계한 UPFC 자동운전 시스템의 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : UPFC를 포함한 주변 계통
111 : 계통의 3상 선로
112 : UPFC
113 : UPFC의 Local 제어기
200 : SCADA를 포함한 UPFC 자동운전 시스템
211 : 측정된 계통 선로 데이터
212 : UPFC 상태 데이터
213 : UPFC 운전모드 및 레퍼런스
221 : 지역계통 SCADA
222 : 상위제어기로 전달되는 계통 데이터
223 : 상위제어기에서 결정된 UPFC 운전조건 데이터
224 : 상위 제어기
본 발명은 UPFC(종합조류제어기 : unified power flow controller, 이하 "UPFC"라 함)의 운전 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 SCADA(원방감시제어 및 자료취득기 : supervisory control and data acquisition, 이하 "SCADA"라 함)로부터 계통의 데이터를 입력받아 계통의 상태별로 최적의 운전 조건을 자동으로 결정하여 운전하는 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
UPFC는 직, 병렬형 FACTS(유연송전시스템 : flexible AC transmission system, 이하 "FACTS"라 함) 기기로써 계통의 전압 및 유, 무효 전력 등 3가지의 변수를 동시에 제어할 수 있는 기기이다. 따라서 하나의 파라미터만을 제어하면 되는 SVC 등의 FACTS 기기와 달리 운전 조건 결정이 훨씬 복잡하고 어렵다. 기존의 제한된 시나리오에 의한 수동 설정 운전 방식은 계통의 다양한 외란에 신속하게 대응할 수 없는 문제점을 안고 있다.
강진 변전소에는 세계에서 두 번째 국내에서는 첫 번째로 도입된 직,병렬 FACTS 설비인 UPFC가 설치되어 운전되고 있다. 그런데, 현재 이 UPFC는 변전소 및 지역급전소에서 지정된 운전 시나리오에 따라 수동 설정치 운전(Set-point control) 방식으로 운전되고 있다. 그러나 계통의 환경은 항상 가변하며 다양한 원인에 의하여 예상하지 못한 외란이 발생하므로 수동 설정치 운전방식으로는 이러한 계통의 변화에 대응하는 데에 한계가 있다.
2003년부터 광주 계통에 연계되어 운전되고 있는 UPFC는 지정된 운전절차에 따라 운전자에 의하여 수동으로 운전되고 있다. 이 운전방법에서는 그간의 운전경험 및 실적을 바탕으로 Sh-capacitor 또는 OLTC의 동작이 예상되는 시간을 고려하여 강진 S/S의 계통 전압을 조정하는 방법을 적용하고 있으며, 계통의 사고는 345kV 신강진-신화순 루트 고장 시만을 고려하여 운전절차를 수립하여 대응하고 있다.
이러한 운전절차는 그간의 계통 운영 경험을 바탕으로 수립된 것이므로 UPFC의 활용도를 어느 정도까지는 높일 수 있지만, 계통의 다양한 변화 및 외란에 대한 대응을 할 수 없다는 단점이 있다. 또한 수동 운전 방식은 운전원 부재시 계통 사고에 대한 신속한 대응을 할 수 없는 문제점도 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, SCADA와의 데이터 연계를 통하여 계통의 상태에 따라 최적의 운전 조건을 결정하여 이를 UPFC에 전달함으로써, 신속한 계통의 안정화 제어와 FACTS 기기의 최적 운용을 가능하게 하는 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 시스템을 이루는 구성수단은 직, 병렬형 FACTS 기기로써, 계통 변수를 제어하는 UPFC, 상기 계통의 선로 데이터와 상기 UPFC의 상태 데이터를 주기적으로 취득하는 SCADA, 상기 SCADA로부터 전달받은 데이터를 분석하여, 각 계통 상황별로 최적의 운전모드와 계통 변수들의 최적 레퍼런스를 결정하는 상위제어기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 계통 변수는 계통의 전압, 유효전력 및 무효전력인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 계통의 선로 데이터는 각 계통 모선의 전압 데이터, 선로의 조류에 관한 데이터, 차단기 접점 정보 데이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 UPFC의 상태 데이터는 UPFC가 운전되고 있는 상태와 관련된 아날로그 데이터, 인버터의 기동상태 데이터, 밸브 및 릴레이 상태 데이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 또 다른 본 발명인 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 방법을 이루는 구성수단은, SCADA가 계통의 선로 데이터와 UPFC의 상태 데이터를 주기적으로 취득하여 상위 제어기에 전달하는 단계, 상기 상위 제어기가 전달받은 데이터를 분석하여 각 계통 상황별로 최적의 운전모드와 계통 변수들의 최적 레퍼런스를 결정하여 상기 SCADA에 전달하는 단계, 상기 SCADA가 전달받은 최적의 운전모드와 계통 변수들 의 최적 레퍼런스를 상기 UPFC에 전달하고, 상기 UPFC가 전달받은 최적의 운전모드와 계통 변수들의 최적 레퍼런스를 이용하여 각 계통의 선로 전압, 유효전력 및 무효전력을 제어하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상위 제어기가 최적의 운전모드와 계통 변수들의 최적 레퍼런스를 결정하는 단계는, 상기 SCADA로부터 전달받은 데이터를 분석하여 계통의 상태를 판단하는 과정, 상기 계통 상태 판단을 근거로 각 상태별로 적합한 제어 목적 함수를 결정하는 과정, 상기 결정된 제어 목적에 따라 UPFC의 운전모드를 결정하고, 각 목적에 맞는 OPF(optical power flow)를 수행하는 과정, 상기 OPF의 수행 결과를 이용하여 UPFC의 직렬측 유효전력 및 무효전력 조류와 병렬측 전압 레퍼런스를 결정하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성수단으로 이루어져 있는 본 발명인 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 시스템 및 그 방법에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명인 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 시스템은 계통의 변수들을 제어하는 UPFC(112)와, 상기 계통의 선로 데이터와 상기 UPFC의 상태 데이터를 주기적으로 취득하는 SCADA(221)와, 상기 SCADA(221)로부터 데어터를 전달받아, 이를 분석하여 각 계통 상황별로 최적의 운전모드와 계통 변수 들의 최적 레퍼런스를 결정하는 상위제어기(224)를 포함하여 구성된다.
즉, UPFC(112)와, 이 UPFC(112)가 설치된 계통의 선로 데이터(211) 및 UPFC의 운전상태 데이터(212)를 취득하는 SCADA(221)와 이 데이터를 분석하여 계통의 상태를 판단하고, 그에 따라 적절한 운전조건을 결정하는 상위제어기(224)로 구성된다.
상기 UPFC(112)에 의하여 제어되는 계통 변수들은 계통의 전압, 계통의 유효전력 및 계통의 무효전력 등이 포함된다. 이들의 계통 변수들의 최적의 제어 레퍼런스들은 상기 상위 제어기에 의하여 결정된다.
상기 지역계통 SCADA(221)는 지역계통 모선의 전압 및 선로(111)의 조류 등의 아날로그 데이터와 차단기의 접점 정보와 같은 디지털 데이터를 주기적으로 취득하여 상위 제어기(224)로 전달한다. 즉, 상기 SCADA(221)는 각 계통 모선의 전압데이터, 선로의 조류에 관한 데이터, 차단기 접점 정보 데이터와 같은 선로 데이터(211)를 주기적으로 수집하여 상위 제어기(224)로 전달한다.
또한, 상기 SCADA(221)는 UPFC(112)로부터 UPFC가 운전되고 있는 상태와 관련된 데이터(아날로그입력 포인트), Inverter의 기동상태, 밸브 및 릴레이 상태 등 실제적인 기기의 제약에 관한 데이터(디지털 입력 포인트) 등을 입력받아 상기 상위 제어기(224)로 전달한다. 즉, UPFC가 운전되고 있는 상태와 관련된 아날로그 데이터, 인버터의 기동상태 데이터, 밸브 및 릴레이 상태 데이터와 같은 UPFC의 상태 데이터(212)를 주기적으로 수집하여 상기 상위 제어기(224)로 전달한다.
한편, 상기 SCADA(221)는 후술하는 상위 제어기(224)로부터 UPFC의 동작 구 성에 대한 선택 및 제어 모드 등의 데이터(디지털 출력 포인트) 및 UPFC의 운전 지령값에 관련된 데이터(223)를 전달받아, UPFC(112)에 포함되는 UPFC 컨트롤러(113)로 전달한다.
본 발명의 구성요소인 상위제어기의 주요 기능은 다음과 같다.
1) 계통 상태 분석 : 상위제어기(224)는 SCADA(221)로부터 입력받은 아날로그 데이터(222)를 분석하여 주기적으로 계통의 상황을 판단하고, 선로 사고 등 계통의 사고 발생시에는 디지털 입력 데이터로부터 즉각적으로 계통의 상태를 판단한다. 계통의 상태는 SCADA의 데이터 취득 주기를 고려하여 결정하며 정상상태, 모선 전압 저하, 선로 조류 혼잡, 선로 사고 등의 상황으로 구분한다.
2) 제어목적 결정 : 계통 상태 분석을 근거로 각 상태별로 적합한 제어 목적 함수를 결정한다. 여기에서는 오프라인 계통 해석을 통하여 각 상태별로 최적의 목적 함수 및 운전 시나리오를 미리 결정하여 적용한다.
3) OPF의 수행 : 앞에서 결정된 제어 목적에 따라 UPFC의 운전모드를 결정하고, UPFC RTU로부터 입력받은 기기의 상태 데이터를 참고하여 UPFC의 운전 제한치를 결정하고, 각 목적에 맞는 OPF를 수행한다.
4) UPFC 운전 레퍼런스 결정 : OPF의 수행 결과를 이용하여 UPFC의 직렬측 유, 무효 전력 조류 및 병렬측 전압 레퍼런스를 결정하고 이를 SCADA에 전달하여[223] UPFC가 적합한 운전조건으로 운전될 수 있도록 한다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 시스템을 이용하여 UPFC를 자동으로 운전하는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, SCADA(221)가 계통의 선로 데이터(211)와 UPFC의 상태 데이터(212)를 주기적으로 취득하여 상위 제어기(224)에 관련 시스템 데이터(222)를 전달한다.
그러면, 상기 상위 제어기(224)가 전달받은 데이터(222)를 분석하여 각 계통 상황별로 최적의 운전모드와 계통 변수들의 최적 레퍼런스를 결정하여 상기 SCADA(221)에 레퍼런스 신호(223)를 전달한다.
상기 상위 제어기가 최적의 운전모드와 계통 변수들의 최적 레퍼런스를 결정하기 위해서는, 상기 SCADA로부터 전달받은 데이터를 분석하여 계통의 상태를 판단하고, 상기 계통 상태 판단을 근거로 각 상태별로 적합한 제어 목적 함수를 결정한 다음, 상기 결정된 제어 목적에 따라 UPFC의 운전모드를 결정하고, 각 목적에 맞는 OPF를 수행한 후, 상기 OPF의 수행 결과를 이용하여 UPFC의 직렬측 유효전력 및 무효전력 조류와 병렬측 전압 레퍼런스를 결정하는 과정을 거친다.
상기 SCADA(221)가 전달받은 최적의 운전모드와 계통 변수들의 최적 레퍼런스(223)를 상기 UPFC(112)에 전달하고, 상기 UPFC가 전달받은 최적의 운전모드와 계통 변수들의 최적 레퍼런스를 이용하여 각 계통의 선로 전압, 유효전력 및 무효전력을 제어한다.
이상과 같은 구성과 실시예에 따라, 변전소 및 지역 급전소에서 지정된 운전 시나리오에 따라 수동 설정치 운전(Set-point control) 방식으로 운전되고 있는 ㅈ종래의 UPFC의 운전방법을 SCADA와 연계하여 실시간으로 취득되는 계통 데이터를 이용하여 계통을 분석하고 이를 근거로 하여 최적의 운전조건을 결정할 수 있다.
상기와 같은 구성 및 작용 그리고 바람직한 실시예를 가지는 본 발명인 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 시스템 및 그 방법에 의하면, SCADA 취득 데이터를 이용하여 계통의 상태를 판단하고 최적의 운전조건을 제안하는 자동운전 시스템을 구성함으로써 향후 국내 FACTS 기기의 도입시 자동운전 시스템 개발의 근거로 활용할 수 있다.
또한 평상시 계통의 손실을 감소할 수 있도록 운전조건을 결정하여 계통 전체적인 경제성을 확보할 수 있으며, 계통 사고 발생시 신속한 대응을 통하여 계통의 안정화에 기여할 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 직, 병렬형 FACTS 기기로써, 계통 변수를 제어하는 UPFC;
    상기 계통의 선로 데이터와 상기 UPFC의 상태 데이터를 주기적으로 취득하는 SCADA;
    상기 SCADA로부터 전달받은 데이터를 분석하여, 각 계통 상황별로 최적의 운전모드와 계통 변수들의 최적 레퍼런스를 결정하는 상위제어기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 계통 변수는 계통의 전압, 유효전력 및 무효전력인 것을 특징으로 하는 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 계통의 선로 데이터는 각 계통 모선의 전압 데이터, 선로의 조류에 관한 데이터, 차단기 접점 정보 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 UPFC의 상태 데이터는 UPFC가 운전되고 있는 상태와 관련된 아날로그 데이터, 인버터의 기동상태 데이터, 밸브 및 릴레이 상태 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 시스템.
  5. SCADA가 계통의 선로 데이터와 UPFC의 상태 데이터를 주기적으로 취득하여 상위 제어기에 전달하는 단계;
    상기 상위 제어기가 전달받은 데이터를 분석하여 각 계통 상황별로 최적의 운전모드와 계통 변수들의 최적 레퍼런스를 결정하여 상기 SCADA에 전달하는 단계;
    상기 SCADA가 전달받은 최적의 운전모드와 계통 변수들의 최적 레퍼런스를 상기 UPFC에 전달하고, 상기 UPFC가 전달받은 최적의 운전모드와 계통 변수들의 최적 레퍼런스를 이용하여 각 계통의 선로 전압, 유효전력 및 무효전력을 제어하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하고,
    상기 상위 제어기가 최적의 운전모드와 계통 변수들의 최적 레퍼런스를 결정하는 단계는,
    상기 SCADA로부터 전달받은 데이터를 분석하여 계통의 상태를 판단하는 과정, 상기 계통 상태 판단을 근거로 각 상태별로 적합한 제어 목적 함수를 결정하는 과정, 상기 결정된 제어 목적에 따라 UPFC의 운전모드를 결정하고, 각 목적에 맞는 OPF를 수행하는 과정, 상기 OPF의 수행 결과를 이용하여 UPFC의 직렬측 유효전력 및 무효전력 조류와 병렬측 전압 레퍼런스를 결정하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 SCADA와 연계한 UPFC의 자동운전 방법.
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