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KR102744629B1 - Linear inertia constraint modeling method for considering frequency stability in power generation plan - Google Patents

Linear inertia constraint modeling method for considering frequency stability in power generation plan Download PDF

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KR102744629B1
KR102744629B1 KR1020220136219A KR20220136219A KR102744629B1 KR 102744629 B1 KR102744629 B1 KR 102744629B1 KR 1020220136219 A KR1020220136219 A KR 1020220136219A KR 20220136219 A KR20220136219 A KR 20220136219A KR 102744629 B1 KR102744629 B1 KR 102744629B1
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frequency
constraint
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rocof
power generation
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전영환
김성은
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홍익대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명에 따른 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법은 전력계통에 연결된 동기 발전기의 1차 주파수 응답과 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려해 평균 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약을 모델링하여 선형화하는 단계, 그리고 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 최저주파수가 최저주파수 한계를 벗어나지 않도록 전력계통의 1차 주파수 응답 능력 변화를 고려하여 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화하는 단계를 포함한다. 이를 통해서, 본 발명은 발전기 기동정지계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 조건을 효과적으로 도출하고, 전력계통의 상정사고 발생시에 주파수 안정도를 고려하여 동기 발전기의 투입 여부를 결정할 수 있는 효과를 제공한다.According to the present invention, a linear inertia constraint modeling method considering frequency stability in a power generation plan includes a step of modeling and linearizing an average rate of change of frequency (hereinafter referred to as RoCoF) constraint by considering the primary frequency response of a synchronous generator connected to a power system and a load change in response to a frequency change, and a step of modeling and linearizing a minimum frequency constraint by considering a change in the primary frequency response capability of the power system so that the lowest frequency does not exceed the lowest frequency limit in each planned time section of a unit commitment (UC) of the generator start-up and shutdown plan. Through this, the present invention effectively derives a linear inertia constraint condition considering frequency stability in a generator start-up and shutdown plan, and provides an effect of being able to decide whether to put in a synchronous generator by considering the frequency stability when an expected accident occurs in the power system.

Description

발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법{LINEAR INERTIA CONSTRAINT MODELING METHOD FOR CONSIDERING FREQUENCY STABILITY IN POWER GENERATION PLAN} {LINEAR INERTIA CONSTRAINT MODELING METHOD FOR CONSIDERING FREQUENCY STABILITY IN POWER GENERATION PLAN}

본 발명은 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 조건을 모델링하는 선형 관성제약 모델링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a linear inertia constraint modeling method for modeling linear inertia constraint conditions that take frequency stability into account in a power generation plan.

전력계통의 관성이란 계통이 주파수 변화에 대하여 저항하는 능력을 의미한다. 전력계통의 관성이 감소하면 수급불균형에 대한 주파수 변화가 심화되어 계통의 주파수 안정도를 유지하기 어려워진다.The inertia of a power system refers to the ability of the system to resist frequency changes. If the inertia of a power system decreases, frequency changes due to supply and demand imbalances become more severe, making it difficult to maintain frequency stability in the system.

전력계통의 관성은 동기화되어 운전되는 발전기의 회전체가 갖는 운동에너지에 의해 제공된다. 대규모 전력계통의 경우, 과거에는 대부분 동기 발전기에 의해 전력이 공급되었기 때문에 주파수 안정도 측면에서 충분한 수준의 계통관성이 유지될 수 있었다. 그러나 오늘날 전력계통의 저탄소 및 탈탄소화를 위하여 풍력발전 또는 태양광발전과 같은 비동기 전원에 의한 전력공급 비중이 증가하면서 전력계통의 관성이 점차 감소하고 있다.The inertia of the power system is provided by the kinetic energy of the rotating body of the generator that is operated synchronously. In the case of large-scale power systems, in the past, power was mostly supplied by synchronous generators, so a sufficient level of system inertia could be maintained in terms of frequency stability. However, today, as the proportion of power supplied by asynchronous power sources such as wind power or solar power generation increases for the purpose of low-carbon and decarbonization of the power system, the inertia of the power system is gradually decreasing.

비동기 전원의 발전비중이 증가된 계통에서 주파수 안정도를 유지하기 위해서는 충분한 계통관성 및 1차 주파수 응답이 확보되어야 한다. 계통관성의 확보를 위하여 동기조상기를 통해 직접 확보하는 방법이나 BESS와 같은 전력전자 설비를 통해 관성을 보조하는 방법들이 연구되고 있으나, 계통관성의 근본적인 확보는 동기 발전기의 투입을 통해 이루어진다. In order to maintain frequency stability in a system where the proportion of asynchronous power generation has increased, sufficient system inertia and primary frequency response must be secured. In order to secure system inertia, methods for directly securing it through a synchronous generator or assisting inertia through power electronic equipment such as BESS are being studied, but the fundamental securing of system inertia is achieved through the introduction of a synchronous generator.

따라서, 동기 발전기의 투입을 결정하는 발전기 기동정지계획에서 주파수 안정도를 유지하기 위한 계통관성의 확보 방법이 필요한 실정이다.Therefore, a method for securing system inertia to maintain frequency stability is needed in the generator start-up and shutdown plan that determines the input of a synchronous generator.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The information contained in this background section has been prepared to promote understanding of the background of the invention and may include matters that are not prior art and are already known to those skilled in the art.

본 발명은 하나의 단일발전기로 등가화하여 단일발전기 주파수 응답 모델을 도출하고, 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 파라미터를 결정하며, 발전기 기동정지계획에서 주파수 안정도를 고려하는 선형 관성제약 조건을 모델링하여 전력계통의 상정사고 발생시에 주파수 안정도를 고려하여 동기 발전기의 투입 여부를 결정할 수 있는 선형 관성제약 모델링 장치 및 선형 관성제약 모델링 방법을 제안하고자 한다.The present invention proposes a linear inertia constraint modeling device and a linear inertia constraint modeling method capable of determining whether to introduce a synchronous generator by considering frequency stability when a power system accident occurs by deriving a single generator frequency response model by equivalentizing it to a single generator, determining linear inertia constraint parameters considering frequency stability in a power generation plan, and modeling linear inertia constraint conditions considering frequency stability in a generator start-up and shutdown plan.

본 발명의 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법은 전력계통에 연결된 동기 발전기의 1차 주파수 응답과 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려해 평균 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약을 모델링하여 선형화하는 단계, 그리고 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 최저주파수가 최저주파수 한계를 벗어나지 않도록 전력계통의 1차 주파수 응답 능력 변화를 고려하여 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화하는 단계를 포함한다.The linear inertia constraint modeling method considering frequency stability in the power generation plan of the present invention includes a step of modeling and linearizing an average rate of change of frequency (hereinafter referred to as RoCoF) constraint considering the primary frequency response of a synchronous generator connected to a power system and the load change for the frequency change, and a step of modeling and linearizing a minimum frequency constraint considering the change in the primary frequency response capability of the power system so that the lowest frequency does not exceed the lowest frequency limit in each planned time section of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC).

상기 평균 RoCoF 제약을 모델링하여 선형화하는 단계는, 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 평균 RoCoF의 크기가 임계 RoCoF의 크기를 벗어나지 않도록 제약할 수 있다.The step of modeling and linearizing the above average RoCoF constraint can constrain the size of the average RoCoF in each planned time interval of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) so as not to exceed the size of the critical RoCoF.

상기 임계 RoCoF 크기는, RoCoF 보호계전기의 임계값이 적용될 수 있다.The above critical RoCoF size can be applied as a threshold value of a RoCoF protection relay.

상기 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화하는 단계는, 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)에 의해 기동정지가 결정되는 양수발전기의 운전모드에 따라 전력계통을 구분하는 단계를 포함할 수 있다.The step of modeling and linearizing the above minimum frequency constraint may include a step of dividing the power system according to the operating mode of the pumped-storage generator, whose start-up and shutdown are determined by the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC).

상기 양수발전기의 운전모드는, 양수발전기가 발전운전하는 발전모드와 상기 발전모드로 운전하지 않고 양수발전기가 펌핑모드로 운전하거나 모든 양수발전기가 정지하는 비발전모드를 포함할 수 있다.The operation mode of the above-mentioned pump-storage generator may include a power generation mode in which the pump-storage generator operates to generate power, and a non-generation mode in which the pump-storage generator operates in a pumping mode without operating in the above-mentioned power generation mode, or in which all pump-storage generators are stopped.

상기 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화하는 단계는, 상기 양수발전기의 운전모드에 따라 구분된 각 전력계통에 대하여 각기 다른 시정수로 최저주파수를 판단하도록 선형 최저주파수 제약을 모델링하는 단계를 포함할 수 있다.The step of modeling and linearizing the above minimum frequency constraint may include a step of modeling a linear minimum frequency constraint so as to determine the minimum frequency with different time constants for each power system classified according to the operation mode of the above-mentioned pump generator.

상기 평균 RoCoF 제약과 상기 최저주파수 제약은, 단일발전기 주파수 응답 모델인 RFR 모델을 통해 유도된 해석적 표현으로 구현되고, 주파수의 해석적 표현을 통한 비선형관성제약이 다변수 함수의 선형화에 적합한 Max-Affine 함수 기반의 구간선형화 방식으로 선형화될 수 있다.The above average RoCoF constraint and the above minimum frequency constraint are implemented as analytical expressions derived through the RFR model, which is a single-generator frequency response model, and the nonlinear inertia constraint through the analytical expression of the frequency can be linearized by a piecewise linearization method based on the Max-Affine function, which is suitable for linearizing a multivariable function.

상기 평균 RoCoF 제약과 상기 최저주파수 제약은, 선형화 변수에 부하감쇠계수를 포함하여 평균 RoCoF 제약 및 최저주파수 제약에서 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 계획시간마다 주파수 변화에 따른 부하 변화 정도를 달리 고려할 수 있도록 모델링될 수 있다.The above average RoCoF constraint and the above minimum frequency constraint can be modeled so that the load change degree according to the frequency change can be considered differently for each planning time of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) in the average RoCoF constraint and the minimum frequency constraint by including a load attenuation coefficient in the linearization variable.

발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 시간구간에서 1차 정상상태 주파수가 임계주파수를 벗어나지 않도록 1차 정상상태 주파수 제약을 모델링하는 단계를 더 포함할 수 있다.An additional step may be included to model a first-order steady-state frequency constraint such that the first-order steady-state frequency does not exceed the critical frequency during each time interval of the generator start-up and shutdown schedule (Unit Commitment, UC).

본 발명의 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법은 전력계통의 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 조건을 모델링하는 단계, 그리고 모델링된 상기 선형 관성제약 조건을 기초로 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 통해 전력계통의 상정사고 발생시에 주파수 안정도를 충족할 수 있도록 동기 발전기의 투입 여부를 결정하는 단계를 포함한다.A linear inertia constraint modeling method considering frequency stability in a power generation plan of the present invention includes a step of modeling a linear inertia constraint condition considering frequency stability of a power system, and a step of determining whether to put in a synchronous generator so as to satisfy frequency stability when an expected accident of the power system occurs through a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) based on the modeled linear inertia constraint condition.

상기 선형 관성제약 조건을 모델링하는 단계는, 전력계통에 접속된 다양한 형태의 발전기들을 하나의 단일 발전기로 등가화하여 선형화된 선형 관성제약 조건을 통해 평균 RoCoF 및 최저주파수를 산정할 수 있다.The step of modeling the above linear inertia constraint condition can calculate the average RoCoF and the lowest frequency through the linearized linear inertia constraint condition by equivalentizing various types of generators connected to the power system as a single generator.

상기 선형 관성제약 조건은, 한계 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약을 동기 발전기의 1차 주파수 응답과 전력계통의 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려한 평균 RoCoF 제약으로 모델링하는 단계를 포함할 수 있다.The above linear inertia constraint condition may include a step of modeling the rate of change of frequency (hereinafter referred to as RoCoF) constraint as an average RoCoF constraint that considers the first frequency response of the synchronous generator and the load change in response to the frequency change of the power system.

상기 평균 RoCoF 제약은, 지연시간(Time delay) 동안 연속적으로 임계값 이상의 RoCoF가 측정될 때 발전설비를 보호하기 위해 동작하는 주파수변화율 계전기(RoCoF relay)가 과도한 RoCoF로 인해 동작되어 발생될 수 있는 전력계통의 연속적인 발전탈락을 방지하고, 순간 RoCoF 제약이 갖는 계통관성의 과잉확보를 방지할 수 있다.The above average RoCoF constraint can prevent continuous generation loss in the power system that may occur when a frequency change rate relay (RoCoF relay) that operates to protect power generation facilities is operated due to excessive RoCoF when RoCoF exceeding a threshold value is continuously measured during a delay time (Time delay), and can prevent excessive securing of system inertia due to the instantaneous RoCoF constraint.

상기 선형 관성제약 조건은, 전력계통의 1차 주파수 응답 능력 변화를 고려하여 모델링된 최저주파수 제약을 포함하는 단계를 포함할 수 있다.The above linear inertia constraint condition may include a step including a modeled minimum frequency constraint that takes into account changes in the first-order frequency response capability of the power system.

상기 최저주파수 제약은, 발전계획에서 기동정지가 결정되는 양수발전기의 운전모드에 따라 제약식을 달리 적용할 수 있다.The above minimum frequency constraint can be applied differently depending on the operating mode of the pumped-storage generator whose start/stop is determined in the power generation plan.

상기 최저주파수 제약은, 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 상정사고시 최저주파수가 주파수 유지기준의 최저기준을 벗어나지 않도록 제약할 수 있다.The above minimum frequency constraint can be used to restrict the minimum frequency in each planned time section of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) from exceeding the minimum standard of the frequency maintenance criterion in the event of an assumed accident.

상기 선형 관성제약 조건을 모델링하는 단계는, 선형화 변수 중 하나로 주파수에 대한 부하감쇠계수(load damping factor)를 고려하여 평균 RoCoF 제약 및 최저주파수 제약에서 주파수 변화에 대한 계통부하 변화의 영향을 반영할 수 있다.The step of modeling the above linear inertia constraint condition can reflect the influence of system load change on frequency change in the average RoCoF constraint and the lowest frequency constraint by considering the load damping factor for frequency as one of the linearization variables.

본 발명에 따르면, 발전기 기동정지계획에 선형 관성제약 조건을 적용하기 위한 입력데이터를 수집하고, 수집된 상기 입력데이터를 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC) 프로그램으로 분석한 후 상기 발전기 기동정지계획 프로그램에서 분석된 데이터를 이용하여 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약의 파라미터를 결정함으로써, 전력계통의 상정사고 발생시에 주파수 안정도를 고려하여 동기 발전기의 투입 여부를 결정할 수 있다.According to the present invention, input data for applying linear inertia constraint conditions to a generator start-up and shutdown plan are collected, the collected input data are analyzed by a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) program, and then the parameters of linear inertia constraints considering frequency stability in the power generation plan are determined using the data analyzed by the generator start-up and shutdown plan program, thereby making it possible to determine whether to put in a synchronous generator considering frequency stability when an expected accident occurs in a power system.

또한, 본 발명은 전력계통에 접속된 다양한 형태의 발전기들을 하나의 단일발전기로 등가화한 후 상기 등가화된 단일발전기로 변수의 수를 최소화하는 단일발전기 주파수 응답 모델을 도출할 수 있으며, 단일 발전기 주파수 응답 모델을 통해 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 위한 제약식을 모델링함으로써, 발전기 기동정지계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 조건을 효과적으로 도출할 수 있는 환경을 제공한다.In addition, the present invention can derive a single generator frequency response model that minimizes the number of variables by equivalentizing various types of generators connected to a power system into a single generator and then minimizing the number of variables with the equivalent single generator, and by modeling constraints for a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) through the single generator frequency response model, it provides an environment in which linear inertia constraint conditions that consider frequency stability in a generator start-up and shutdown plan can be effectively derived.

또한, 본 발명은 전력계통의 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 조건을 모델링하고, 모델링된 상기 선형 관성제약 조건을 기초로 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 통해 전력계통의 상정사고 발생시에 주파수 안정도를 충족할 수 있도록 하는 동기 발전기의 투입 여부를 결정함으로서, 전력계통을 안정적으로 운영하는데 요구되는 계통관성을 확보할 수 있는 환경을 제공한다.In addition, the present invention models linear inertia constraint conditions that take into account the frequency stability of a power system, and determines whether to introduce a synchronous generator to satisfy the frequency stability when a power system fault occurs through a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) based on the modeled linear inertia constraint conditions, thereby providing an environment in which the system inertia required for stable operation of a power system can be secured.

또한, 본 발명은 전력계통에 연결된 동기 발전기의 1차 주파수 응답과 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려해 평균 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약을 모델링하여 선형화하고, 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 최저주파수가 최저주파수 한계를 벗어나지 않도록 전력계통의 1차 주파수 응답 능력 변화를 고려하여 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화함으로써, 발전기 기동정지계획시 주파수 안정도를 고려해 안정적으로 계통관성을 확보할 수 있는 환경을 제공한다.In addition, the present invention models and linearizes an average rate of change of frequency (hereinafter referred to as RoCoF) constraint by considering the primary frequency response of a synchronous generator connected to a power system and load changes in response to frequency changes, and models and linearizes a minimum frequency constraint by considering changes in the primary frequency response capability of the power system so that the lowest frequency does not exceed the lowest frequency limit in each planned time section of a generator start-up and stop plan (Unit Commitment, UC), thereby providing an environment in which system inertia can be stably secured by considering frequency stability when planning a generator start-up and stop plan.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획 시스템을 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 파라미터 결정 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 단일발전기 주파수 응답 모델링 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 모델링 장치의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획 시스템에서 단일발전기 주파수 응답을 모델링하고, 선형 관성제약 파라미터를 결정한 후 선형 관성제약 조건을 모델링하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 발전계획에서 주파수 안정도를 고려하여 선형 관성제약의 파라미터를 결정하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 다양한 형태의 발전기들을 하나의 단일발전기로 등가화하고, 관성제약을 위한 단일발전기 주파수 응답 모델을 도출하여, 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 위한 제약식을 모델링하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따라 발전계획에서 주파수 안정도를 고려해 선형 관성제약 조건을 모델링하여 선형화하고, 이를 기초로 전력계통의 상정사고 발생시에 주파수 안정도를 충족할 수 있도록 하는 동기 발전기의 투입 여부를 결정하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전기 기동정지계획의 선형관성제약 조건 중에 평균 RoCoF 제약을 간략히 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 순간 RoCoF 및 평균 RoCoF의 개념을 간략히 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 발전기 기동정지계획의 선형관성제약 조건 중에 최저주파수 제약을 간략히 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화하는 단계에서 양수발전기의 운전모드에 따라 전력계통을 구분하는 단계를 간략히 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 축약된 주파수 응답 모델(Reduced Frequency Response, RFR)을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 정교한 시스템 모델과 RFR 모델로 산정된 계통주파수를 비교하는 예를 간략히 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전기 기동정지계획의 선형관성제약 조건 중에 1차 정상상태 주파수 제약을 간략히 도시한 도면이다.
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a generator start-up and shutdown planning system considering frequency stability according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a linear inertia constraint parameter determination device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of a single generator frequency response modeling device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a linear inertial constraint modeling device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart briefly illustrating a process of modeling a single generator frequency response, determining linear inertia constraint parameters, and then modeling linear inertia constraint conditions in a generator start-up and shutdown planning system considering frequency stability according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart briefly illustrating a process of determining parameters of linear inertia constraints in consideration of frequency stability in a power generation plan according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart briefly illustrating a process of equivalentizing various types of generators to a single generator, deriving a single generator frequency response model for inertia constraints, and modeling constraints for a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart briefly illustrating a process of modeling and linearizing linear inertia constraint conditions in consideration of frequency stability in a power generation plan according to one embodiment of the present invention, and determining whether to introduce a synchronous generator based on the linear inertia constraint conditions so as to satisfy frequency stability when an expected accident occurs in a power system.
FIG. 9 is a diagram briefly illustrating an average RoCoF constraint among linear inertia constraint conditions of a generator start-up and shutdown plan according to one embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram briefly illustrating the concept of instantaneous RoCoF and average RoCoF according to one embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram briefly illustrating a minimum frequency constraint among linear inertia constraint conditions of a generator start-up and shutdown plan according to one embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram briefly illustrating a step of dividing a power system according to an operating mode of a pumped-storage generator in a step of modeling and linearizing a minimum frequency constraint according to one embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating a reduced frequency response model (RFR) according to one embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram schematically illustrating an example of comparing a system frequency calculated by a sophisticated system model and an RFR model according to one embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram briefly illustrating a first-order steady-state frequency constraint among linear inertia constraint conditions of a generator start-up and shutdown plan according to one embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are assigned similar drawing reference numerals throughout the specification.

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.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, this does not mean that it excludes other components, but rather that it may include other components, unless otherwise specifically stated. In addition, terms such as "part," "unit," and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.

본 명세서에서, 전력계통 또는 계통은 발전소에서 생산한 전기를 전기사용자에게 공급하기 위하여 물리적으로 상호 연결된 전기설비, 즉, 발전설비, 송변전설비, 배전설비, 기타 부대설비 등을 말한다.In this specification, the power system or grid refers to electrical facilities physically interconnected to supply electricity produced at power plants to electricity users, i.e., power generation facilities, transmission and distribution facilities, distribution facilities, and other auxiliary facilities.

이제 도 1 내지 도 15를 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획 시스템의 선형 관성제약 모델링 장치 및 선형 관성제약 모델링 방법에 대하여 상세하게 설명한다. Now, with reference to FIGS. 1 to 15, a linear inertia constraint modeling device and a linear inertia constraint modeling method of a generator start-stop planning system considering frequency stability according to one embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획 시스템을 간략히 도시한 도면이다. 이때, 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획 시스템(10)은 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a generator start-up and stop planning system considering frequency stability according to one embodiment of the present invention. At this time, the generator start-up and stop planning system (10) considering frequency stability only illustrates a schematic configuration necessary for explanation according to an embodiment of the present invention, and is not limited to this configuration.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획 시스템(10)은 선형 관성제약 파라미터 결정 장치(100), 단일발전기 주파수 응답 모델링 장치(200), 그리고 선형 관성제약 모델링 장치(300)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a generator start-up and shutdown planning system (10) considering frequency stability according to one embodiment of the present invention includes a linear inertia constraint parameter determination device (100), a single generator frequency response modeling device (200), and a linear inertia constraint modeling device (300).

상기 선형 관성제약 파라미터 결정 장치(100)는 발전기 기동정지계획에 선형 관성제약 조건을 적용하기 위한 입력데이터를 수집하고, 수집된 상기 입력데이터를 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC) 프로그램으로 분석할 수 있다. 여기서, 상기 입력데이터는 동기 발전기의 관성정수, 동기 발전기의 발전기 이득 및 동기 발전기의 용량을 포함하는 개별 발전기의 입력데이터를 포함할 수 있다.The above linear inertia constraint parameter determination device (100) collects input data for applying linear inertia constraint conditions to a generator start-up and shutdown plan, and can analyze the collected input data using a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) program. Here, the input data can include input data of individual generators including the inertia constant of a synchronous generator, the generator gain of the synchronous generator, and the capacity of the synchronous generator.

그리고, 상기 선형 관성제약 파라미터 결정 장치(100)는 상기 발전기 기동정지계획 프로그램에서 분석된 데이터를 이용하여 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약의 파라미터를 결정할 수 있다. 여기서, 상기 선형 관성제약의 파라미터는 계통관성, 단일발전기 이득, 및 부하감쇠계수를 포함할 수 있다.And, the linear inertia constraint parameter determination device (100) can determine the parameters of the linear inertia constraint that consider frequency stability in the power generation plan using the data analyzed in the generator start-up and shutdown plan program. Here, the parameters of the linear inertia constraint can include system inertia, single generator gain, and load damping coefficient.

상기 단일발전기 주파수 응답 모델링 장치(200)는 전력계통에 접속된 다양한 형태의 발전기들을 하나의 단일발전기로 등가화하고, 상기 등가화된 단일발전기로 변수의 수를 최소화하는 단일발전기 주파수 응답 모델을 도출할 수 있으며, 단일발전기 주파수 응답 모델을 통해 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 위한 제약식을 모델링할 수 있다. 여기서, 상기 등가화된 단일발전기는 다수의 고차 시스템인 터빈 및 조속기 모델이 단일한 1차 시스템으로 축약되어 단일의 발전기 이득과 단일의 시정수를 변수로 포함할 수 있다.The above single generator frequency response modeling device (200) can equate various types of generators connected to a power system to a single generator, derive a single generator frequency response model that minimizes the number of variables with the equivalent single generator, and model constraints for a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) through the single generator frequency response model. Here, the equivalent single generator can reduce a number of high-order systems, such as turbine and governor models, to a single first-order system, and include a single generator gain and a single time constant as variables.

그리고, 상기 단일발전기 주파수 응답 모델은 전력계통의 상정사고시의 발전탈락량, 전력계통의 관성, 부하감쇠계수, 단일발전기 이득, 또는 단일발전기 시정수 중 적어도 하나를 선형화 변수로 포함할 수 있다.In addition, the single generator frequency response model may include at least one of the amount of generation loss in the event of a power system fault, the inertia of the power system, the load damping coefficient, the single generator gain, or the single generator time constant as a linearization variable.

상기 선형 관성제약 모델링 장치(300)는 전력계통의 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 조건을 모델링하고, 모델링된 상기 선형 관성제약 조건을 기초로 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 통해 전력계통의 상정사고 발생시에 주파수 유지기준을 충족하도록 동기 발전기의 투입 여부를 결정할 수 있다.The above linear inertia constraint modeling device (300) models linear inertia constraint conditions that take into account the frequency stability of a power system, and can determine whether to put in a synchronous generator to satisfy the frequency maintenance criteria when an expected accident occurs in the power system through a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) based on the modeled linear inertia constraint conditions.

그리고, 상기 선형 관성제약 모델링 장치(300)는 전력계통에 연결된 동기 발전기의 관성 및 1차 주파수 응답과 전력계통의 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려해 평균 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약을 모델링하여 선형화할 수 있다.In addition, the linear inertia constraint modeling device (300) can model and linearize the average rate of change of frequency (hereinafter referred to as RoCoF) constraint by considering the inertia and first frequency response of a synchronous generator connected to a power system and the load change in response to the frequency change of the power system.

또한, 상기 선형 관성제약 모델링 장치(300)는 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 최저주파수가 최저주파수 한계를 벗어나지 않도록 전력계통의 1차 주파수 응답 능력 변화와 계통관성 및 주파수 변화에 따른 부하변화를 고려하여 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화할 수 있다.In addition, the linear inertia constraint modeling device (300) can model and linearize the minimum frequency constraint by considering changes in the primary frequency response capability of the power system and load changes due to system inertia and frequency changes so that the minimum frequency does not exceed the minimum frequency limit in each planned time section of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC).

또한, 상기 선형 관성제약 모델링 장치(300)는 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 시간구간에서 1차 정상상태 주파수가 임계주파수를 벗어나지 않도록 1차 정상상태 주파수 제약을 모델링할 수 있다.In addition, the linear inertia constraint modeling device (300) can model the first steady-state frequency constraint so that the first steady-state frequency does not exceed the critical frequency in each time section of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC).

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 파라미터 결정 장치의 블록도이다. 이때, 선형 관성제약 파라미터 결정 장치(100)는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.FIG. 2 is a block diagram of a linear inertia constraint parameter determination device according to one embodiment of the present invention. At this time, the linear inertia constraint parameter determination device (100) only shows a schematic configuration necessary for explanation according to an embodiment of the present invention, and is not limited to this configuration.

도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 파라미터 결정 장치(100)는 파라미터 결정 제어 모듈(110), 데이터 수집 모듈(120), 분석 모듈(130), 그리고 파라미터 결정 모듈(140)을 포함한다.Referring to FIG. 2, a linear inertia constraint parameter determination device (100) according to one embodiment of the present invention includes a parameter determination control module (110), a data collection module (120), an analysis module (130), and a parameter determination module (140).

상기 파라미터 결정 제어 모듈(110)은 발전기 기동정지계획에 선형 관성제약 조건을 적용하기 위한 입력데이터를 수집하고, 수집된 상기 입력데이터를 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC) 프로그램으로 분석하며, 상기 발전기 기동정지계획 프로그램에서 분석된 데이터를 이용하여 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약의 파라미터를 결정하도록 상기 각부의 동작을 제어할 수 있다.The above parameter determination control module (110) collects input data for applying linear inertia constraint conditions to a generator start-up and stop plan, analyzes the collected input data using a generator start-up and stop plan (Unit Commitment, UC) program, and controls the operation of each part to determine parameters of linear inertia constraints that take frequency stability into account in the power generation plan using the data analyzed by the generator start-up and stop plan program.

상기 데이터 수집 모듈(120)은 발전기 기동정지계획에 선형 관성제약 조건을 적용하기 위한 입력데이터를 수집할 수 있다.The above data collection module (120) can collect input data for applying linear inertia constraint conditions to the generator start/stop plan.

그리고, 상기 데이터 수집 모듈(120)은 본 발명의 한 실시예에 따른 입력데이터 수집부(122)를 포함할 수 있다.In addition, the data collection module (120) may include an input data collection unit (122) according to one embodiment of the present invention.

상기 입력데이터 수집부(122)는 발전기 기동정지계획에 선형 관성제약 조건을 적용하기 위한 입력데이터를 수집할 수 있다. 여기서, 상기 입력데이터는 동기 발전기의 관성정수, 동기 발전기의 발전기 이득 및 동기 발전기의 용량을 포함하는 개별 발전기의 입력데이터를 포함할 수 있다.The above input data collection unit (122) can collect input data for applying linear inertia constraint conditions to the generator start-up and shutdown plan. Here, the input data can include input data of individual generators including the inertia constant of the synchronous generator, the generator gain of the synchronous generator, and the capacity of the synchronous generator.

상기 분석 모듈(130)은 수집된 상기 입력데이터를 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC) 프로그램으로 분석할 수 있다.The above analysis module (130) can analyze the collected input data using a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) program.

그리고, 상기 분석 모듈(130)은 본 발명의 한 실시예에 따른 발전기 기동정지계획 분석부(132)를 포함할 수 있다.In addition, the analysis module (130) may include a generator start-up and shutdown plan analysis unit (132) according to one embodiment of the present invention.

상기 발전기 기동정지계획 분석부(132)는 상기 데이터 수집 모듈(120)에서 수집된 입력데이터를 기초로 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC) 프로그램으로 분석할 수 있다.The above generator start-up and shutdown plan analysis unit (132) can analyze the input data collected from the data collection module (120) using a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) program.

상기 파라미터 결정 모듈(140)은 상기 발전기 기동정지계획 프로그램에서 분석된 데이터를 이용하여 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약의 파라미터를 결정할 수 있다.The above parameter determination module (140) can determine the parameters of linear inertia constraints that take frequency stability into account in the power generation plan using data analyzed in the generator start-up and shutdown plan program.

상기 파라미터 결정 모듈(140)은 선형 관성제약의 선형화 단계에서 상수로 결정되는 파라미터들을 결정할 수 있다. 여기서, 상기 선형 관성제약의 파라미터는 계통관성, 단일발전기 이득, 및 부하감쇠계수를 포함할 수 있다.The above parameter determination module (140) can determine parameters determined as constants in the linearization step of the linear inertia constraint. Here, the parameters of the linear inertia constraint can include system inertia, single generator gain, and load damping coefficient.

그리고, 상기 계통관성은 전력계통에 접속되어 운전되는 모든 발전기들의 관성에서 상정사고 발전기의 관성을 제외하고 결정할 수 있다. 또한, 상기 단일발전기 이득은 전력계통에 접속되어 운전되는 발전기들 중 1차 주파수 응답을 제공하는 발전기들의 이득에서 상정사고 발전기들의 발전기 이득을 제외하고 결정할 수 있으며, 개별 발전기가 출력을 변동시킬 수 있는 여유용량을 고려하여 단일발전기 이득이 과대평가되지 않도록 결정할 수 있다. 그리고, 상기 부하감쇠계수는 입력된 부하감쇠계수를 계통 베이스로 베이스 변환하여 결정될 수 있다.And, the system inertia can be determined by excluding the inertia of the assumed fault generator from the inertia of all generators connected to the power system and operated. In addition, the single generator gain can be determined by excluding the generator gains of the assumed fault generators from the gains of the generators providing the first frequency response among the generators connected to the power system and operated, and the single generator gain can be determined so that it is not overestimated by considering the spare capacity that individual generators can change the output. And, the load attenuation coefficient can be determined by converting the input load attenuation coefficient into a system basis.

본 발명은 선형 관성제약 파라미터 결정 장치(100)에서 도출된 상기 선형 관성제약의 파라미터를 이용하여 평균 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약 및 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화할 수 있다.The present invention can model and linearize the average rate of change of frequency (RoCoF) constraint and the lowest frequency constraint by using the parameters of the linear inertia constraint derived from the linear inertia constraint parameter determination device (100).

본 발명은 상수로 결정되는 상정사고 발전기 발전탈락량과 단일발전기 시정수가 주파수변화율 제약과 최저주파수 제약에서 각각 결정될 수 있다. 여기서, 상기 상정사고 발전기 발전탈락량은 최대용량의 상정사고 발전기 탈락량으로 결정될 수 있다. The present invention can determine the assumed accident generator generation loss amount and the single generator time constant, which are determined as constants, respectively, under the frequency change rate constraint and the minimum frequency constraint. Here, the assumed accident generator generation loss amount can be determined as the assumed accident generator loss amount of the maximum capacity.

그리고, 상기 단일발전기 시정수는 관성제약이 적용되지 않는 발전기 기동정지계획의 전원구성 결과를 활용하여 전력계통의 주파수 안정도 위반 시점의 시정수들에 대한 평균값을 적용하되, 선형화 방식의 오차 및 주파수 해석적 표현의 오차를 보정할 수 있도록 보정 상수를 더해서 결정될 수 있다.In addition, the single generator time constant can be determined by applying the average value of the time constants at the time of violation of the frequency stability of the power system by utilizing the power configuration result of the generator start-up and shutdown plan to which inertia constraints are not applied, and adding a correction constant so as to correct the error of the linearization method and the error of the frequency analytical expression.

또한, 상기 최저주파수 제약에서 적용되는 시정수는 발전기 기동정지계획에서 기동정지가 결정되는 양수발전기의 운전상태에 따라 각각 결정될 수 있다.In addition, the time constant applied in the above minimum frequency constraint can be determined according to the operating status of the pump generator whose start/stop is determined in the generator start/stop plan.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 단일발전기 주파수 응답 모델링 장치의 블록도이다. 이때, 단일발전기 주파수 응답 모델링 장치(200)는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.Figure 3 is a block diagram of a single generator frequency response modeling device according to one embodiment of the present invention. At this time, the single generator frequency response modeling device (200) only shows a schematic configuration necessary for explanation according to an embodiment of the present invention, and is not limited to this configuration.

도 3을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 단일발전기 주파수 응답 모델링 장치(200)는 주파수 응답 모델링 제어 모듈(210), 송수신 모듈(230), 등가화 모듈(230), 그리고 단일발전기 모델링 모듈(240)를 포함한다.Referring to FIG. 3, a single generator frequency response modeling device (200) according to one embodiment of the present invention includes a frequency response modeling control module (210), a transmission/reception module (230), an equivalent module (230), and a single generator modeling module (240).

상기 주파수 응답 모델링 제어 모듈(210)은 전력계통에 접속된 다양한 형태의 발전기들을 하나의 단일발전기로 등가화하고, 상기 등가화된 단일발전기로 변수의 수를 최소화하는 단일발전기 주파수 응답 모델을 도출할 수 있으며, 단일발전기 주파수 응답 모델을 통해 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 위한 제약식을 모델링하도록 상기 각부의 동작을 제어할 수 있다.The above frequency response modeling control module (210) can equate various types of generators connected to a power system to a single generator, derive a single generator frequency response model that minimizes the number of variables with the equated single generator, and control the operation of each part to model constraints for a generator start/stop plan (Unit Commitment, UC) through the single generator frequency response model.

상기 송수신 모듈(220)은 선형 관성제약 파라미터 결정 장치(100) 및 선형 관성제약 모델링 장치(300)와 파라미터 결정 및 관성제약 모델링에 필요한 데이터를 송수신할 수 있다.The above-mentioned transmission/reception module (220) can transmit and receive data required for parameter determination and inertial constraint modeling with the linear inertial constraint parameter determination device (100) and the linear inertial constraint modeling device (300).

상기 등가화 모듈(230)은 전력계통에 접속된 다양한 형태의 발전기들을 하나의 단일발전기로 등가화할 수 있다.The above equivalent module (230) can equivalentize various types of generators connected to a power system into a single generator.

그리고, 상기 등가화 모듈(230)은 본 발명의 한 실시예에 따른 단일발전기 등가화부(232)를 포함할 수 있다.In addition, the equivalent module (230) may include a single generator equivalent unit (232) according to one embodiment of the present invention.

상기 단일발전기 등가화부(232)는 전력계통에 접속된 다양한 형태의 발전기들을 하나의 단일발전기로 등가화할 수 있다.The above single generator equivalent unit (232) can equivalentize various types of generators connected to a power system into one single generator.

상기 단일발전기 모델링 모듈(240)은 상기 등가화된 단일발전기로 변수의 수를 최소화하는 단일발전기 주파수 응답 모델을 도출할 수 있으며, 단일발전기 주파수 응답 모델을 통해 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 위한 제약식을 모델링할 수 있다. 여기서, 상기 등가화된 단일발전기는 다수의 고차 시스템인 터빈 및 조속기 모델이 단일한 1차 시스템으로 축약되어 단일의 발전기 이득과 단일의 시정수를 변수로 포함할 수 있다.The above single generator modeling module (240) can derive a single generator frequency response model that minimizes the number of variables with the equivalent single generator, and can model constraints for the generator start-up and shutdown schedule (Unit Commitment, UC) through the single generator frequency response model. Here, the equivalent single generator can reduce multiple high-order systems, such as turbine and governor models, to a single first-order system, and include a single generator gain and a single time constant as variables.

그리고, 상기 단일발전기 모델링 모듈(240)은 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 응답 모델링부(242), 그리고 제약식 모델링부(244)를 포함할 수 있다.In addition, the single generator modeling module (240) may include a frequency response modeling unit (242) and a constraint modeling unit (244) according to one embodiment of the present invention.

상기 주파수 응답 모델링부(242)는 상기 등가화된 단일발전기로 변수의 수를 최소화하는 단일발전기 주파수 응답 모델을 도출할 수 있다.The above frequency response modeling unit (242) can derive a single generator frequency response model that minimizes the number of variables with the equivalent single generator.

상기 제약식 모델링부(244)는 상기 단일발전기 주파수 응답 모델로 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 위한 제약식을 모델링할 수 있다.The above constraint modeling unit (244) can model constraints for the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) using the single generator frequency response model.

또한, 상기 단일발전기 주파수 응답 모델은 전력계통의 상정사고시의 발전탈락량, 전력계통의 관성, 부하감쇠계수, 단일발전기 이득, 또는 단일발전기 시정수 중 적어도 하나를 선형화 변수로 포함할 수 있다.In addition, the single generator frequency response model may include at least one of the amount of generation loss in the event of a power system fault, the inertia of the power system, the load damping coefficient, the single generator gain, or the single generator time constant as a linearization variable.

여기서, 상기 발전탈락량은 전력계통에 연결된 발전기들 중에 용량이 가장 큰 발전기가 탈락한 경우에 해당 발전기의 발전량을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 발전탈락량은 전력계통에서 상정사고에 의한 순간적인 발전 또는 부하의 변화를 포함할 수 있다.Here, the above generation loss amount may include the generation amount of a generator with the largest capacity among the generators connected to the power system when the generator is lost. In addition, the above generation loss amount may include a momentary change in generation or load due to an expected accident in the power system.

그리고, 상기 단일발전기 모델링 모듈(240)은 상기 단일발전기 주파수 응답 모델을 도출하는 단계에서 축약된 주파수 응답 모델(Reduced Frequency Response, RFR)을 통해 유도된 해석적 표현으로 단일발전기 주파수 응답 모델을 도출할 수 있으며, 제약식을 모델링하는 단계에서 평균 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약 또는 최저주파수 제약을 구현할 수 있다.In addition, the single generator modeling module (240) can derive the single generator frequency response model as an analytical expression derived through a reduced frequency response model (RFR) in the step of deriving the single generator frequency response model, and can implement an average rate of change of frequency (hereinafter referred to as RoCoF) constraint or a minimum frequency constraint in the step of modeling constraints.

여기서, 상기 평균 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약은 전력계통에 연결된 동기 발전기의 관성 및 1차 주파수 응답과 전력계통의 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려해 선형화되고, 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 평균 RoCoF의 크기가 임계 RoCoF의 크기를 벗어나지 않도록 제약할 수 있다.Here, the average rate of change of frequency (RoCoF) constraint is linearized by considering the inertia and primary frequency response of a synchronous generator connected to a power system and the load change in response to the frequency change of the power system, and the size of the average RoCoF in each planned time section of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) can be restricted so that it does not exceed the size of the critical RoCoF.

그리고, 상기 최저주파수 제약은 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)에 의해 기동정지가 결정되는 양수발전기의 운전모드에 따라 전력계통을 구분하고, 상기 양수발전기의 운전모드에 따라 구분된 각 전력계통에 대하여 각기 다른 시정수로 최저주파수를 판단하도록 선형 최저주파수 제약으로 선형화될 수 있다.In addition, the minimum frequency constraint can be linearized into a linear minimum frequency constraint so that the power system is divided according to the operation mode of the pump-storage generator, the start/stop of which is determined by the unit commitment (UC) of the generator, and the minimum frequency is determined with a different time constant for each power system divided according to the operation mode of the pump-storage generator.

상기 평균 RoCoF 제약 또는 상기 최저주파수 제약은 선형관성제약 모델링 시 선형화 변수로 부하감쇠계수가 적용될 수 있다.The above average RoCoF constraint or the above minimum frequency constraint can be applied as a load damping coefficient as a linearization variable when modeling linear inertia constraints.

상기 단일발전기 주파수 응답 모델의 시정수는 선형화 방식의 오차 및 주파수 해석적 표현의 오차를 보정하도록 평균 시정수에 보정 상수를 더해서 결정될 수 있다.The time constant of the above single generator frequency response model can be determined by adding a correction constant to the average time constant to correct the error of the linearization method and the error of the frequency analytical expression.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 모델링 장치의 블록도이다. 이때, 선형 관성제약 모델링 장치(300)는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.Figure 4 is a block diagram of a linear inertial constraint modeling device according to one embodiment of the present invention. At this time, the linear inertial constraint modeling device (300) only shows a schematic configuration necessary for explanation according to an embodiment of the present invention, and is not limited to this configuration.

도 4를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 모델링 장치(300)는 제어 모듈(310), 평균 RoCoF 모델링 모듈(320), 최저주파수 제약 모델링 모듈(330), 1차 정상상태 주파수 제약 모델링 모듈(340), 그리고 동기발전기 투입여부 결정 모듈(350)를 포함한다.Referring to FIG. 4, a linear inertia constraint modeling device (300) according to one embodiment of the present invention includes a control module (310), an average RoCoF modeling module (320), a minimum frequency constraint modeling module (330), a first-order steady-state frequency constraint modeling module (340), and a synchronous generator input/output decision module (350).

상기 제어 모듈(310)은 전력계통의 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 조건을 모델링하고, 모델링된 상기 선형 관성제약 조건을 기초로 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 통해 전력계통의 상정사고 발생시에 주파수 유지기준을 충족하는 동기 발전기의 투입 여부를 결정하도록 상기 각부의 동작을 제어할 수 있다.The above control module (310) models linear inertia constraint conditions that take into account the frequency stability of the power system, and can control the operation of each part to determine whether to put in a synchronous generator that satisfies the frequency maintenance criteria when an expected accident occurs in the power system through a generator start-up and stop plan (Unit Commitment, UC) based on the modeled linear inertia constraint conditions.

또한, 상기 제어 모듈(310)은 전력계통에 연결된 동기 발전기의 관성 및 1차 주파수 응답과 전력계통의 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려해 평균 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약을 모델링하여 선형화하고, 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 최저주파수가 최저주파수 한계를 벗어나지 않도록 전력계통의 1차 주파수 응답 능력 변화와 계통관성 및 주파수 변화에 따른 부하변화를 고려하여 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화하도록 상기 각부의 동작을 제어할 수 있다.In addition, the control module (310) models and linearizes an average rate of change of frequency (hereinafter referred to as RoCoF) constraint by considering the inertia and primary frequency response of a synchronous generator connected to a power system and load changes in response to frequency changes in the power system, and controls the operation of each part to model and linearize a minimum frequency constraint by considering changes in the primary frequency response capability of the power system and load changes in response to system inertia and frequency changes so that the minimum frequency does not exceed the minimum frequency limit in each planned time section of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC).

상기 평균 RoCoF 모델링 모듈(320)은 전력계통에 연결된 동기 발전기의 관성 및 1차 주파수 응답과 전력계통의 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려해 평균 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약을 모델링하여 선형화할 수 있다. The above average RoCoF modeling module (320) can model and linearize the average rate of change of frequency (hereinafter referred to as RoCoF) constraint by considering the inertia and primary frequency response of a synchronous generator connected to a power system and the load change in response to the frequency change of the power system.

그리고, 상기 평균 RoCoF 모델링 모듈(320)은 본 발명의 한 실시예에 따른 RoCoF 선형화부(322)를 포함할 수 있다.Additionally, the average RoCoF modeling module (320) may include a RoCoF linearization unit (322) according to one embodiment of the present invention.

상기 RoCoF 선형화부(322)는 상기 평균 RoCoF 제약을 모델링하여 선형화할 때 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 평균 RoCoF의 크기가 임계 RoCoF의 크기를 벗어나지 않도록 제약할 수 있다. 여기서, 상기 임계 RoCoF 크기는 RoCoF 보호계전기의 임계값이 적용될 수 있다.The above RoCoF linearization unit (322) can model and linearize the average RoCoF constraint so that the size of the average RoCoF in each planned time section of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) does not exceed the size of the critical RoCoF. Here, the critical RoCoF size can be applied as the threshold value of the RoCoF protection relay.

상기 최저주파수 제약 모델링 모듈(330)은 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 최저주파수가 최저주파수 한계를 벗어나지 않도록 전력계통의 1차 주파수 응답 능력 변화와 계통관성 및 주파수 변화에 따른 부하변화를 고려하여 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화할 수 있다.The above minimum frequency constraint modeling module (330) can model and linearize the minimum frequency constraint by considering changes in the primary frequency response capability of the power system and load changes due to system inertia and frequency changes so that the minimum frequency does not exceed the minimum frequency limit in each planned time section of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC).

그리고, 상기 최저주파수 제약 모델링 모듈(330)은 본 발명의 한 실시예에 따른 양수발전기 운전모드 분석부(332), 그리고 최저주파수 제약 선형화부(334)를 포함할 수 있다.In addition, the minimum frequency constraint modeling module (330) may include a pump generator operation mode analysis unit (332) and a minimum frequency constraint linearization unit (334) according to one embodiment of the present invention.

상기 양수발전기 운전모드 분석부(332)는 상기 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화할 때 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)에 의해 기동정지가 결정되는 양수발전기의 운전모드에 따라 전력계통을 구분할 수 있다. 여기서, 상기 양수발전기의 운전모드는 양수발전기가 발전운전하는 발전모드와 상기 발전모드로 운전하지 않고 양수발전기가 펌핑모드로 운전하거나 모든 양수발전기가 정지하는 비발전모드를 포함할 수 있다.The above-mentioned pump-storage generator operation mode analysis unit (332) can divide the power system according to the operation mode of the pump-storage generator, in which the start/stop is determined by the generator start/stop plan (Unit Commitment, UC), when modeling and linearizing the minimum frequency constraint. Here, the operation mode of the pump-storage generator can include a power generation mode in which the pump-storage generator is operated for power generation and a non-generation mode in which the pump-storage generator is operated in pumping mode without being operated in the power generation mode or in which all pump-storage generators are stopped.

상기 최저주파수 제약 선형화부(334)는 상기 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화하며, 상기 양수발전기의 운전모드에 따라 구분된 각 전력계통에 대하여 각기 다른 시정수로 최저주파수를 판단하도록 선형 최저주파수 제약을 모델링할 수 있다.The above minimum frequency constraint linearization unit (334) models and linearizes the above minimum frequency constraint, and can model the linear minimum frequency constraint so as to determine the minimum frequency with different time constants for each power system classified according to the operation mode of the positive-storage generator.

상기 평균 RoCoF 제약과 상기 최저주파수 제약은 단일발전기 주파수 응답 모델인 RFR 모델을 통해 유도된 해석적 표현으로 구현되고, 주파수의 해석적 표현을 통한 비선형관성제약이 다변수 함수의 선형화에 적합한 Max-Affine 함수 기반의 구간선형화 방식으로 선형화될 수 있다.The above average RoCoF constraint and the above minimum frequency constraint are implemented as analytical expressions derived through the RFR model, which is a single-generator frequency response model, and the nonlinear inertia constraint through the analytical expression of the frequency can be linearized by a piecewise linearization method based on the Max-Affine function, which is suitable for linearizing a multivariable function.

그리고, 상기 평균 RoCoF 제약과 상기 최저주파수 제약은 선형화 변수에 부하감쇠계수를 포함하여 평균 RoCoF 제약 및 최저주파수 제약에서 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 계획시간마다 주파수 변화에 따른 부하 변화 정도를 달리 고려할 수 있도록 모델링될 수 있다.In addition, the above average RoCoF constraint and the above minimum frequency constraint can be modeled so that the load change degree according to the frequency change can be considered differently for each planning time of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) in the average RoCoF constraint and the minimum frequency constraint by including a load attenuation coefficient in the linearization variable.

상기 1차 정상상태 주파수 제약 모델링 모듈(340)는 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 시간구간에서 1차 정상상태 주파수가 임계주파수를 벗어나지 않도록 1차 정상상태 주파수 제약을 모델링할 수 있다.The above first steady-state frequency constraint modeling module (340) can model the first steady-state frequency constraint so that the first steady-state frequency does not exceed the critical frequency in each time section of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC).

상기 동기발전기 투입여부 결정 모듈(350)은 모델링된 상기 선형 관성제약 조건을 기초로 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 통해 전력계통의 상정사고 발생시에 주파수 유지기준을 충족하도록 동기 발전기의 투입 여부를 결정할 수 있다.The above synchronous generator input/output decision module (350) can determine whether to input a synchronous generator to satisfy the frequency maintenance standard in the event of an expected power system accident through a generator start/stop plan (Unit Commitment, UC) based on the modeled linear inertia constraint condition.

본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 모델링 장치(300)는 전력계통에 접속된 다양한 형태의 발전기들을 하나의 단일 발전기로 등가화한 축약된 주파수 응답 모델(Reduced Frequency Response, RFR)을 통해 평균 RoCoF 및 최저주파수를 산정하는 상기 선형 관성제약 조건을 모델링할 수 있다. A linear inertia constraint modeling device (300) according to one embodiment of the present invention can model the linear inertia constraint condition for calculating the average RoCoF and the lowest frequency through a reduced frequency response model (RFR) that equates various types of generators connected to a power system to a single generator.

본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 모델링 장치(300)는 한계 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약을 동기 발전기의 관성 및 1차 주파수 응답과 전력계통의 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려한 평균 RoCoF 제약으로 상기 선형 관성제약 조건을 모델링할 수 있다.A linear inertia constraint modeling device (300) according to one embodiment of the present invention can model the linear inertia constraint condition as an average RoCoF constraint that considers the inertia and first frequency response of a synchronous generator and the load change for the frequency change of a power system.

이때, 상기 평균 RoCoF 제약은 지연시간(Time delay) 동안 연속적으로 임계값 이상의 RoCoF가 측정될 때 발전설비를 보호하기 위해 동작하는 주파수변화율 계전기(RoCoF relay)가 과도한 RoCoF로 인해 동작되어 발생될 수 있는 전력계통의 연속적인 발전탈락을 방지하고, 순간 RoCoF 제약이 갖는 계통관성의 과잉확보를 방지할 수 있다.At this time, the average RoCoF constraint can prevent continuous generation loss of the power system that may occur when a frequency change rate relay (RoCoF relay) that operates to protect the power generation facility is operated due to excessive RoCoF when RoCoF exceeding the threshold value is continuously measured during the delay time (Time delay), and can prevent excessive securing of the system inertia that the instantaneous RoCoF constraint has.

그리고, 상기 선형 관성제약 조건은 전력계통의 1차 주파수 응답 능력 변화를 고려하여 모델링된 최저주파수 제약을 포함할 수 있다. 상기 최저주파수 제약은 발전계획에서 기동정지가 결정되는 양수발전기의 운전모드에 따라 제약식을 달리 적용할 수 있다. 또한, 상기 최저주파수 제약은 계통관성의 감소로 인한 주파수의 과도한 하락을 방지하여 의도하지 않은 저주파수 계전기(Under Frequency Relay, UFR)의 동작을 방지할 수 있다.In addition, the linear inertia constraint condition may include a minimum frequency constraint modeled by considering the change in the first-order frequency response capability of the power system. The minimum frequency constraint may have different constraint expressions applied depending on the operation mode of the pump-storage generator whose start/stop is determined in the power generation plan. In addition, the minimum frequency constraint may prevent excessive frequency drop due to a decrease in system inertia, thereby preventing unintended operation of an under-frequency relay (UFR).

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 모델링 장치(300)는 상기 선형 관성제약 조건을 모델링할 때 선형화 변수 중 하나로 주파수에 대한 부하감쇠계수(load damping factor)를 고려하여 평균 RoCoF 제약 및 최저주파수 제약에서 주파수 변화에 대한 계통부하 변화의 영향을 반영할 수 있다.And, a linear inertia constraint modeling device (300) according to one embodiment of the present invention can reflect the influence of system load change on frequency change in average RoCoF constraint and lowest frequency constraint by considering a load damping factor for frequency as one of the linearization variables when modeling the linear inertia constraint condition.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획 시스템에서 단일발전기 주파수 응답을 모델링하고, 선형 관성제약 파라미터를 결정한 후 선형 관성제약 조건을 모델링하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 4의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.FIG. 5 is a flowchart briefly illustrating a process of modeling a single generator frequency response, determining linear inertia constraint parameters, and then modeling linear inertia constraint conditions in a generator start-up and shutdown planning system considering frequency stability according to one embodiment of the present invention. In this case, the following flowchart is explained using the same drawing symbols as those in FIGS. 1 to 4.

도 5를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획 시스템(10)은 전력계통에 접속된 다양한 형태의 발전기들을 하나의 단일발전기로 등가화하고, 상기 등가화된 단일발전기로 변수의 수를 최소화하는 단일발전기 주파수 응답 모델을 도출할 수 있다(S102).Referring to FIG. 5, a generator start-up and shutdown planning system (10) considering frequency stability according to one embodiment of the present invention can equate various types of generators connected to a power system to a single generator and derive a single generator frequency response model that minimizes the number of variables with the equated single generator (S102).

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획 시스템(10)은 발전기 기동정지계획에 선형 관성제약 조건을 적용하기 위한 입력데이터를 수집하고, 수집된 상기 입력데이터를 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC) 프로그램으로 분석하며, 상기 발전기 기동정지계획 프로그램에서 분석된 데이터를 이용하여 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약의 파라미터를 결정할 수 있다(S104).And, a generator start-up and shutdown planning system (10) considering frequency stability according to one embodiment of the present invention collects input data for applying linear inertia constraint conditions to a generator start-up and shutdown plan, analyzes the collected input data using a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) program, and determines parameters of linear inertia constraints considering frequency stability in a power generation plan using the data analyzed by the generator start-up and shutdown plan program (S104).

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획 시스템(10)은 등가화된 단일발전기의 해석적 표현으로 도출된 단일발전기 주파수 응답 모델을 통해 전력계통의 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의관성제약식을 모델링할 수 있다(S106).And, the generator start-up and shutdown plan system (10) considering frequency stability according to one embodiment of the present invention can model the inertia constraint of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) considering frequency stability of the power system through a single generator frequency response model derived as an analytical expression of an equivalent single generator (S106).

본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획 시스템(10)은 한계 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약을 동기 발전기의 관성 및 1차 주파수 응답과 전력계통의 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려한 평균 RoCoF 제약으로 모델링할 수 있다.A generator start-up and shutdown planning system (10) considering frequency stability according to one embodiment of the present invention can model the limit rate of change of frequency (hereinafter referred to as RoCoF) constraint as an average RoCoF constraint that considers the inertia and primary frequency response of a synchronous generator and the load change in response to the frequency change of a power system.

본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획 시스템(10)은 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 최저주파수가 최저주파수 한계를 벗어나지 않도록 전력계통의 1차 주파수 응답 능력 변화와 계통관성 및 주파수 변화에 따른 부하변화를 고려하여 최저주파수 제약을 모델링할 수 있다.A generator start-up and shutdown planning system (10) considering frequency stability according to one embodiment of the present invention can model a minimum frequency constraint by considering changes in the primary frequency response capability of a power system and load changes due to system inertia and frequency changes so that the minimum frequency does not exceed the minimum frequency limit in each planned time section of a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC).

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획 시스템(10)은 모델링된 상기 평균 RoCoF 제약과 상기 최저주파수 제약을 각각 선형화하여 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)에서 전력계통의 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 조건을 모델링할 수 있다(S108).And, the generator start-up and shutdown planning system (10) considering frequency stability according to one embodiment of the present invention can model linear inertia constraint conditions considering frequency stability of a power system in the generator start-up and shutdown planning (Unit Commitment, UC) by linearizing the modeled average RoCoF constraint and the minimum frequency constraint, respectively (S108).

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획 시스템(10)은 모델링된 상기 선형 관성제약 조건을 기초로 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 통해 전력계통의 상정사고 발생시에 주파수 유지기준을 충족하도록 동기 발전기의 투입 여부를 결정할 수 있다(S110).And, the generator start-up and shutdown planning system (10) considering frequency stability according to one embodiment of the present invention can determine whether to put in a synchronous generator to meet the frequency maintenance standard when an expected accident occurs in the power system through the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) based on the modeled linear inertia constraint condition (S110).

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 발전계획에서 주파수 안정도를 고려하여 선형 관성제약의 파라미터를 결정하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 4의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.FIG. 6 is a flowchart briefly illustrating a process of determining parameters of linear inertia constraints in consideration of frequency stability in a power generation plan according to one embodiment of the present invention. In this case, the following flowchart is explained using the same drawing symbols as those of FIGS. 1 to 4.

도 6을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 파라미터 결정 장치(100)는 발전기 기동정지계획에 선형 관성제약 조건을 적용하기 위한 입력데이터를 수집할 수 있다(S210). 여기서, 상기 입력데이터는 동기 발전기의 관성정수, 동기 발전기의 발전기 이득 및 동기 발전기의 용량을 포함하는 개별 발전기의 입력데이터를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, a linear inertia constraint parameter determination device (100) according to one embodiment of the present invention can collect input data for applying linear inertia constraint conditions to a generator start-up and shutdown plan (S210). Here, the input data can include input data of individual generators including an inertia constant of a synchronous generator, a generator gain of the synchronous generator, and a capacity of the synchronous generator.

본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 파라미터 결정 장치(100)는 수집된 상기 입력데이터를 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC) 프로그램으로 분석할 수 있다(S220).A linear inertia constraint parameter determination device (100) according to one embodiment of the present invention can analyze the collected input data using a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) program (S220).

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 파라미터 결정 장치(100)는 상기 발전기 기동정지계획 프로그램에서 분석된 데이터를 이용하여 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약의 파라미터를 결정할 수 있다(S230).And, the linear inertia constraint parameter determination device (100) according to one embodiment of the present invention can determine the parameters of the linear inertia constraint that considers frequency stability in the power generation plan using the data analyzed in the generator start-up and stop plan program (S230).

본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 파라미터 결정 장치(100)는 선형 관성제약의 선형화 단계에서 상수로 결정되는 파라미터들을 결정할 수 있다. 여기서, 상기 선형 관성제약의 파라미터는 계통관성, 단일발전기 이득, 및 부하감쇠계수를 포함할 수 있다.A linear inertia constraint parameter determination device (100) according to one embodiment of the present invention can determine parameters determined as constants in a linearization step of a linear inertia constraint. Here, the parameters of the linear inertia constraint can include system inertia, single generator gain, and load damping coefficient.

상기 계통관성은 전력계통에 접속되어 운전되는 모든 발전기들의 관성에서 상정사고 발전기의 관성을 제외하고 결정할 수 있다. 그리고, 상기 단일발전기 이득은 전력계통에 접속되어 운전되는 발전기들 중 1차 주파수 응답을 제공하는 발전기들의 이득에서 상정사고 발전기의 발전기 이득을 제외하고 결정할 수 있으며, 개별 발전기가 출력을 변동시킬 수 있는 여유용량을 고려하여 단일발전기 이득이 과대평가되지 않도록 결정할 수 있다. 또한, 상기 부하감쇠계수는 입력된 부하감쇠계수를 계통 베이스로 베이스 변환하여 결정될 수 있다.The above system inertia can be determined by excluding the inertia of the assumed fault generator from the inertia of all generators connected to and operating in the power system. In addition, the single generator gain can be determined by excluding the generator gain of the assumed fault generator from the gains of generators providing the first frequency response among the generators connected to and operating in the power system, and the single generator gain can be determined so that it is not overestimated by considering the spare capacity that individual generators can vary their outputs. In addition, the load attenuation coefficient can be determined by converting the input load attenuation coefficient into a system basis.

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 다양한 형태의 발전기들을 하나의 단일발전기로 등가화하고, 관성제약을 위한 단일발전기 주파수 응답 모델을 도출하여, 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 위한 제약식을 모델링하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 4의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.FIG. 7 is a flowchart briefly illustrating a process of equivalentizing various types of generators to a single generator, deriving a single generator frequency response model for inertia constraints, and modeling constraints for a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) according to one embodiment of the present invention. In this case, the following flowchart is explained using the same drawing symbols as those of FIGS. 1 to 4.

도 7을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 단일발전기 주파수 응답 모델링 장치(200)는 전력계통에 접속된 다양한 형태의 발전기들을 하나의 단일발전기로 등가화할 수 있다(S310). Referring to FIG. 7, a single generator frequency response modeling device (200) according to one embodiment of the present invention can equate various types of generators connected to a power system to one single generator (S310).

여기서, 상기 등가화된 단일발전기는 다수의 고차 시스템인 터빈 및 조속기 모델이 단일한 1차 시스템으로 축약되어 단일의 발전기 이득과 단일의 시정수를 변수로 포함할 수 있다.Here, the equivalent single generator can be reduced from multiple higher-order systems, such as turbine and governor models, into a single first-order system, which can include a single generator gain and a single time constant as variables.

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 단일발전기 주파수 응답 모델링 장치(200)는 제약식 변수의 수를 최소화하도록 단일발전기 주파수 응답 모델을 도출할 수 있다(S320). 상기 단일발전기 주파수 응답 모델은 전력계통의 상정사고시의 발전탈락량, 전력계통의 관성, 부하감쇠계수, 단일발전기 이득, 또는 단일발전기 시정수 중 적어도 하나를 선형화 변수로 포함할 수 있다.And, a single generator frequency response modeling device (200) according to one embodiment of the present invention can derive a single generator frequency response model to minimize the number of constraint variables (S320). The single generator frequency response model can include at least one of a power loss amount in the event of an assumed power system fault, power system inertia, a load damping coefficient, a single generator gain, or a single generator time constant as a linearization variable.

또한, 상기 발전탈락량은 전력계통에 연결된 발전기들 중에 용량이 가장 큰 발전기가 탈락한 경우에 해당 발전기의 발전량을 포함하거나, 전력계통에서 상정사고에 의한 순간적인 발전 또는 부하의 변화를 포함할 수 있다.In addition, the above-mentioned power generation loss amount may include the power generation amount of a generator with the largest capacity among the generators connected to the power system when that generator is lost, or may include an instantaneous change in power generation or load due to an expected accident in the power system.

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 단일발전기 주파수 응답 모델링 장치(200)는 상기 도출된 단일발전기 주파수 응답 모델로 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 위한 제약식을 모델링할 수 있다(S330).And, a single generator frequency response modeling device (200) according to one embodiment of the present invention can model a constraint for a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) using the derived single generator frequency response model (S330).

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 단일발전기 주파수 응답 모델링 장치(200)는 상기 단일발전기 주파수 응답 모델을 도출할 때 축약된 주파수 응답 모델(Reduced Frequency Response, RFR)을 통해 유도된 해석적 표현으로 평균 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약 또는 최저주파수 제약을 구현할 수 있다.In addition, a single generator frequency response modeling device (200) according to one embodiment of the present invention can implement an average rate of change of frequency (hereinafter referred to as RoCoF) constraint or a minimum frequency constraint as an analytical expression derived through a reduced frequency response model (RFR) when deriving the single generator frequency response model.

그리고, 상기 평균 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약은 전력계통에 연결된 동기 발전기의 관성 및 1차 주파수 응답과 전력계통의 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려해 선형화되고, 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 평균 RoCoF의 크기가 임계 RoCoF의 크기를 벗어나지 않도록 제약할 수 있다.In addition, the above average rate of change of frequency (RoCoF) constraint is linearized by considering the inertia and primary frequency response of a synchronous generator connected to a power system and the load change in response to the frequency change of the power system, and the size of the average RoCoF in each planned time section of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) can be restricted so that it does not exceed the size of the critical RoCoF.

상기 최저주파수 제약은 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)에 의해 기동정지가 결정되는 양수발전기의 운전모드에 따라 전력계통을 구분하고, 상기 양수발전기의 운전모드에 따라 구분된 각 전력계통에 대하여 각기 다른 시정수로 최저주파수를 판단하도록 선형 최저주파수 제약으로 선형화될 수 있다.The above minimum frequency constraint can be linearized into a linear minimum frequency constraint so that the power system is divided according to the operation mode of the pump-storage generator, the start/stop of which is determined by the unit commitment (UC) of the generator, and the minimum frequency is determined with a different time constant for each power system divided according to the operation mode of the pump-storage generator.

또한, 상기 평균 RoCoF 제약 또는 상기 최저주파수 제약은 선형관성제약 모델링 시 선형화 변수로 부하감쇠계수가 적용될 수 있다.Additionally, the above average RoCoF constraint or the above minimum frequency constraint can be applied as a load damping coefficient as a linearization variable when modeling linear inertia constraints.

상기 단일발전기 주파수 응답 모델의 시정수는 선형화 방식의 오차 및 주파수 해석적 표현의 오차를 보정하도록 평균 시정수에 보정 상수를 더해서 결정될 수 있다.The time constant of the above single generator frequency response model can be determined by adding a correction constant to the average time constant to correct the error of the linearization method and the error of the frequency analytical expression.

도 8은 본 발명의 한 실시예에 따라 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 조건을 모델링하여 선형화하고, 이를 기초로 전력계통의 상정사고 발생시에 주파수 유지기준을 충족하도록 동기 발전기의 투입 여부를 결정하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 4의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.FIG. 8 is a flowchart briefly illustrating a process of modeling and linearizing linear inertia constraint conditions considering frequency stability in a power generation plan according to one embodiment of the present invention, and determining whether to introduce a synchronous generator based on the linear inertia constraint conditions so as to satisfy a frequency maintenance criterion when a power system accident occurs. In this case, the following flowchart is explained using the same drawing symbols as those in FIGS. 1 to 4.

도 8을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 모델링 장치(300)는 전력계통의 주파수 안정도를 고려한 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC) 관성제약식을 모델링할 수 있다(S410). Referring to FIG. 8, a linear inertia constraint modeling device (300) according to one embodiment of the present invention can model a generator start-stop plan (Unit Commitment, UC) inertia constraint equation that takes into account the frequency stability of a power system (S410).

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 모델링 장치(300)는 전력계통에 연결된 동기 발전기의 관성 및 1차 주파수 응답과 전력계통의 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려해 평균 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약을 모델링하여 선형화할 수 있다(S420).And, a linear inertia constraint modeling device (300) according to one embodiment of the present invention can model and linearize an average rate of change of frequency (hereinafter referred to as RoCoF) constraint by considering the inertia and first frequency response of a synchronous generator connected to a power system and the load change in response to the frequency change of the power system (S420).

예를 들어, 평균 RoCoF 제약의 제약식은 아래의 수학식 1과 같다.For example, the constraint formula for the average RoCoF constraint is as shown in Equation 1 below.

여기서, 는 임계 RoCoF 크기 [Hz/s]이고, 는 t시간에서 평균 RoCoF 크기 선형함수의 계통관성 [pu]이고, 는 t시간에서 로 정규화된 부하감쇠계수 [pu]이며, 는 t시간에서 평균 RoCoF 크기 선형함수의 발전기 이득 [pu]이고, 는 평균 RoCoF 크기 선형함수의 파라미터이다.Here, is the critical RoCoF size [Hz/s], is the systematic inertia [pu] of the linear function of the average RoCoF size at time t, is at time t is the normalized load attenuation coefficient [pu], is the generator gain [pu] of the linear function of the average RoCoF size at time t, is a parameter of the average RoCoF size linear function.

도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전기 기동정지계획의 선형 관성제약 조건 중에 평균 RoCoF 제약을 간략히 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 순간 RoCoF 및 평균 RoCoF의 개념을 간략히 도시한 도면이다.FIG. 9 is a diagram briefly illustrating an average RoCoF constraint among linear inertia constraint conditions of a generator start-up and shutdown plan according to one embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a diagram briefly illustrating the concept of instantaneous RoCoF and average RoCoF according to one embodiment of the present invention.

도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 선형 관성제약 조건은 한계 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약을 동기 발전기의 관성 및 1차 주파수 응답과 전력계통의 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려한 평균 RoCoF 제약으로 모델링할 수 있다.Referring to FIGS. 9 and 10, the linear inertia constraint condition can be modeled as a rate of change of frequency (hereinafter referred to as RoCoF) constraint that considers the inertia and first-order frequency response of a synchronous generator and the load change for the frequency change of the power system.

그리고, 상기 평균 RoCoF 제약은 지연시간(Time delay) 동안 연속적으로 임계값 이상의 RoCoF가 측정될 때 발전설비를 보호하기 위해 동작하는 주파수변화율 계전기(RoCoF relay)가 과도한 RoCoF로 인해 동작되어 발생될 수 있는 전력계통의 연속적인 발전탈락을 방지하고, 순간 RoCoF 제약이 갖는 계통관성의 과잉확보를 방지할 수 있다.In addition, the above average RoCoF constraint can prevent continuous generation loss of the power system that may occur when a frequency change rate relay (RoCoF relay) that operates to protect power generation facilities is operated due to excessive RoCoF when RoCoF exceeding the threshold value is continuously measured during the delay time (Time delay), and can prevent excessive securing of system inertia caused by the instantaneous RoCoF constraint.

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 모델링 장치(300)는 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 최저주파수가 최저주파수 한계를 벗어나지 않도록 전력계통의 1차 주파수 응답 능력 변화와 계통관성 및 주파수 변화에 따른 부하변화를 고려하여 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화할 수 있다(S430).And, the linear inertia constraint modeling device (300) according to one embodiment of the present invention can model and linearize the minimum frequency constraint by considering the change in the primary frequency response capability of the power system and the load change according to the system inertia and frequency change so that the minimum frequency does not exceed the minimum frequency limit in each planned time section of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) (S430).

예를 들어, 최저주파수 제약의 제약식은 아래의 수학식 2와 같다.For example, the constraint for the lowest frequency constraint is as shown in mathematical expression 2 below.

여기서, 는 전체 양수발전기의 발전운전상태(발전: 1, 그 외: 0)이고, 는 임계 최저주파수 편차 크기 [Hz]이며, 는 t시간에서 최저주파수 편차 크기 선형함수의 계통관성[pu]이고, 는 t시간에서 로 정규화된 부하감쇠계수 [pu]이며, 은 t시간에서 최저주파수 편차 크기 선형함수의 발전기 등가이득 [pu]이다. 그리고, 는 최저주파수 편차 크기 선형함수(발전운전)의 파라미터이고, 는 최저주파수 편차 크기 선형함수(비발전운전)의 파라미터이다.Here, is the power generation operation status of the entire power generator (generation: 1, others: 0), is the critical minimum frequency deviation size [Hz], is the system inertia [pu] of the linear function of the minimum frequency deviation size at time t, is at time t is the normalized load attenuation coefficient [pu], is the generator equivalent gain [pu] of the linear function of the minimum frequency deviation magnitude at time t. And, is a parameter of the linear function of the minimum frequency deviation size (power generation operation), is a parameter of the linear function of the minimum frequency deviation size (non-generating operation).

도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 발전기 기동정지계획의 선형관성제약 조건 중에 최저주파수 제약을 간략히 도시한 도면이고, 도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화하는 단계에서 양수발전기의 운전모드에 따라 전력계통을 구분하는 단계를 간략히 도시한 도면이다.FIG. 11 is a diagram briefly illustrating a minimum frequency constraint among linear inertia constraint conditions of a generator start-up and shutdown plan according to one embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a diagram briefly illustrating a step of dividing a power system according to an operation mode of a pump-storage generator in a step of modeling and linearizing a minimum frequency constraint according to one embodiment of the present invention.

도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 최저주파수 제약은 발전계획에서 기동정지가 결정되는 양수발전기의 운전모드에 따라 제약식을 달리 적용할 수 있다. 그리고, 상기 최저주파수 제약은 계통관성의 감소로 인한 주파수의 과도한 하락을 방지하여 의도하지 않은 저주파수 계전기(Under Frequency Relay, UFR)의 동작을 방지할 수 있다.Referring to FIGS. 11 and 12, the minimum frequency constraint can be applied differently depending on the operation mode of the pumped-storage generator whose start/stop is determined in the power generation plan. In addition, the minimum frequency constraint can prevent excessive frequency drop due to a decrease in system inertia, thereby preventing unintended operation of the under-frequency relay (UFR).

그리고, 상기 선형 관성제약 조건을 모델링하는 단계는 선형화 변수 중 하나로 주파수에 대한 부하감쇠계수(load damping factor)를 고려하여 평균 RoCoF 제약 및 최저주파수 제약에서 주파수 변화에 대한 계통부하 변화의 영향을 반영할 수 있다.In addition, the step of modeling the above linear inertia constraint condition can reflect the influence of the system load change on the frequency change in the average RoCoF constraint and the lowest frequency constraint by considering the load damping factor for the frequency as one of the linearization variables.

도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 축약된 주파수 응답 모델(Reduced Frequency Response, RFR)을 도시한 도면이고, 도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 정교한 시스템 모델과 RFR 모델로 산정된 계통주파수를 비교하는 예를 간략히 도시한 도면이다.FIG. 13 is a diagram illustrating a reduced frequency response model (RFR) according to one embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a diagram briefly illustrating an example of comparing a system frequency calculated by a sophisticated system model and an RFR model according to one embodiment of the present invention.

도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 모델링 장치(300)는 전력계통에 접속된 다양한 형태의 발전기들을 하나의 단일 발전기로 등가화한 축약된 주파수 응답 모델(Reduced Frequency Response, RFR)을 통해 평균 RoCoF 및 최저주파수를 산정할 수 있다.Referring to FIGS. 13 and 14, a linear inertia constraint modeling device (300) according to one embodiment of the present invention can calculate an average RoCoF and a minimum frequency through a reduced frequency response model (RFR) that equates various types of generators connected to a power system to a single generator.

여기서, 상기 평균 RoCoF 제약과 상기 최저주파수 제약은 단일발전기 주파수 응답 모델인 RFR 모델을 통해 유도된 해석적 표현으로 구현되고, 주파수의 해석적 표현을 통한 비선형관성제약이 다변수 함수의 선형화에 적합한 Max-Affine 함수 기반의 구간선형화 방식으로 선형화될 수 있다.Here, the above average RoCoF constraint and the above minimum frequency constraint are implemented as analytical expressions derived through the RFR model, which is a single-generator frequency response model, and the nonlinear inertia constraint through the analytical expression of the frequency can be linearized by a piecewise linearization method based on the Max-Affine function, which is suitable for linearizing a multivariable function.

그리고, 상기 평균 RoCoF 제약과 상기 최저주파수 제약은 선형화 변수에 부하감쇠계수를 포함하여 평균 RoCoF 제약 및 최저주파수 제약에서 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 계획시간마다 주파수 변화에 따른 부하 변화 정도를 달리 고려할 수 있도록 모델링될 수 있다.In addition, the above average RoCoF constraint and the above minimum frequency constraint can be modeled so that the load change degree according to the frequency change can be considered differently for each planning time of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) in the average RoCoF constraint and the minimum frequency constraint by including a load attenuation coefficient in the linearization variable.

도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전기 기동정지계획의 선형관성제약 조건 중에 1차 정상상태 주파수 제약을 간략히 도시한 도면이다.FIG. 15 is a diagram briefly illustrating a first-order steady-state frequency constraint among linear inertia constraint conditions of a generator start-up and shutdown plan according to one embodiment of the present invention.

도 15를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 모델링 장치(300)는 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 시간구간에서 1차 정상상태 주파수가 임계주파수를 벗어나지 않도록 1차 정상상태 주파수 제약을 모델링할 수 있다(S440).Referring to FIG. 15, a linear inertia constraint modeling device (300) according to one embodiment of the present invention can model a first steady-state frequency constraint so that the first steady-state frequency does not exceed the critical frequency in each time section of a generator start-up/stop plan (Unit Commitment, UC) (S440).

예를 들어, 1차 정상상태 주파수 제약의 제약식은 아래의 수학식 3과 같다.For example, the constraint equation for the first-order steady-state frequency constraint is as shown in mathematical expression 3 below.

여기서, 는 임계 1차 정상상태 주파수 편차 크기 [Hz]이고, 는 t시간에서 로 정규화된 부하감쇠계수 [pu]이며, 은 t시간에서 최저주파수 편차 크기 선형함수의 발전기 등가이득 [pu]이다. 그리고, 는 계통 베이스 [MVA]이고, 는 정격주파수 [Hz]이며, 는 g발전기의 최대발전용량 [MW]이다.Here, is the critical first-order steady-state frequency deviation size [Hz], is at time t is the normalized load attenuation coefficient [pu], is the generator equivalent gain [pu] of the linear function of the minimum frequency deviation magnitude at time t. And, is the system base [MVA], is the rated frequency [Hz], is the maximum power generation capacity of the g generator [MW].

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 선형 관성제약 모델링 장치(300)는 모델링된 상기 선형 관성제약 조건을 기초로 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 통해 전력계통의 상정사고 발생시에 주파수 유지기준을 충족하도록 동기 발전기의 투입 여부를 결정할 수 있다(S450).And, the linear inertia constraint modeling device (300) according to one embodiment of the present invention can determine whether to put in a synchronous generator to satisfy the frequency maintenance criterion when an expected accident occurs in the power system through a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) based on the modeled linear inertia constraint condition (S450).

이와 같이, 본 발명은 발전기 기동정지계획에 선형 관성제약 조건을 적용하기 위한 입력데이터를 수집하고, 수집된 상기 입력데이터를 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC) 프로그램으로 분석한 후 상기 발전기 기동정지계획 프로그램에서 분석된 데이터를 이용하여 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약의 파라미터를 결정함으로써, 전력계통의 상정사고 발생시에 주파수 안정도를 고려하여 동기 발전기의 투입 여부를 결정할 수 있다.In this way, the present invention collects input data for applying linear inertia constraint conditions to a generator start-up and shutdown plan, analyzes the collected input data with a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) program, and then determines parameters of linear inertia constraints considering frequency stability in a power generation plan using the data analyzed by the generator start-up and shutdown plan program, thereby making it possible to determine whether to put in a synchronous generator considering frequency stability when an expected accident occurs in a power system.

또한, 본 발명은 전력계통에 접속된 다양한 형태의 발전기들을 하나의 단일발전기로 등가화한 후 상기 등가화된 단일발전기로 변수의 수를 최소화하는 단일발전기 주파수 응답 모델을 도출할 수 있으며, 단일발전기 주파수 응답 모델을 통해 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 위한 제약식을 모델링하여 발전기 기동정지계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 조건을 효과적으로 도출할 수 있는 환경을 제공한다.In addition, the present invention can derive a single generator frequency response model that minimizes the number of variables by equating various types of generators connected to a power system to a single generator and then using the equated single generator, and provides an environment in which a constraint for a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) can be modeled through the single generator frequency response model, thereby effectively deriving linear inertia constraint conditions that take frequency stability into account in the generator start-up and shutdown plan.

또한, 본 발명은 전력계통의 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 조건을 모델링하고, 모델링된 상기 선형 관성제약 조건을 기초로 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 통해 전력계통의 상정사고 발생시에 주파수 유지기준을 충족하도록 동기 발전기의 투입 여부를 결정함으로서, 전력계통을 안정적으로 운영하는데 요구되는 계통관성을 확보할 수 있는 환경을 제공한다.In addition, the present invention models linear inertia constraint conditions that take into account the frequency stability of a power system, and determines whether to put in a synchronous generator to satisfy a frequency maintenance criterion when a power system accident occurs through a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) based on the modeled linear inertia constraint conditions, thereby providing an environment in which the system inertia required for stable operation of a power system can be secured.

또한, 본 발명은 전력계통에 연결된 동기 발전기의 관성 및 1차 주파수 응답과 전력계통의 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려해 평균 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약을 모델링하여 선형화하고, 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 최저주파수가 최저주파수 한계를 벗어나지 않도록 전력계통의 1차 주파수 응답 능력 변화와 계통관성 및 주파수 변화에 따른 부하변화를 고려하여 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화함으로써, 발전기 기동정지계획시 주파수 안정도를 고려해 안정적으로 계통관성을 확보할 수 있는 환경을 제공한다.In addition, the present invention models and linearizes an average rate of change of frequency (hereinafter referred to as RoCoF) constraint by considering the inertia and primary frequency response of a synchronous generator connected to a power system and the load change in response to the frequency change of the power system, and models and linearizes a minimum frequency constraint by considering the change in the primary frequency response capability of the power system and the load change according to the system inertia and frequency change so that the minimum frequency does not exceed the minimum frequency limit in each planned time section of the unit commitment (UC) of the generator, thereby providing an environment in which the system inertia can be stably secured by considering frequency stability when planning the start and stop of the generator.

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. 이러한 기록 매체는 서버뿐만 아니라 사용자 단말에서도 실행될 수 있다.The embodiments of the present invention described above are not implemented only through devices and methods, but may also be implemented through a program that realizes a function corresponding to the configuration of the embodiments of the present invention or a recording medium on which the program is recorded. Such a recording medium can be executed not only on a server but also on a user terminal.

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. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.

Claims (17)

전력계통에 연결된 동기 발전기의 1차 주파수 응답과 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려해 평균 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약을 모델링하여 선형화하는 단계, 그리고
발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 최저주파수가 최저주파수 한계를 벗어나지 않도록 전력계통의 1차 주파수 응답 능력 변화를 고려하여 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화하는 단계
를 포함하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
A step for modeling and linearizing the average rate of change of frequency (RoCoF) constraints by considering the primary frequency response of a synchronous generator connected to a power system and the load change in response to frequency changes, and
A step for modeling and linearizing the minimum frequency constraint by considering the change in the primary frequency response capability of the power system so that the minimum frequency does not exceed the minimum frequency limit in each planned time section of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC).
A linear inertia constraint modeling method considering frequency stability in a power generation plan including .
제1항에서,
상기 평균 RoCoF 제약을 모델링하여 선형화하는 단계는,
발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 평균 RoCoF의 크기가 임계 RoCoF의 크기를 벗어나지 않도록 제약하는 것을 특징으로 하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
In paragraph 1,
The step of modeling and linearizing the above average RoCoF constraint is:
A linear inertia constraint modeling method that considers frequency stability in a power generation plan, characterized in that the size of the average RoCoF in each planned time interval of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) is constrained so that it does not exceed the size of the critical RoCoF.
제2항에서,
상기 임계 RoCoF 크기는,
RoCoF 보호계전기의 임계값이 적용되는 것을 특징으로 하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
In paragraph 2,
The above critical RoCoF size is,
A linear inertia constraint modeling method considering frequency stability in a power generation plan characterized by the application of threshold values of RoCoF protection relays.
제1항에서,
상기 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화하는 단계는,
발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)에 의해 기동정지가 결정되는 양수발전기의 운전모드에 따라 전력계통을 구분하는 단계
를 포함하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
In paragraph 1,
The step of modeling and linearizing the above minimum frequency constraint is:
A step for dividing the power system according to the operating mode of the pumped-storage generator, whose start-up and shutdown are determined by the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC).
A linear inertia constraint modeling method considering frequency stability in a power generation plan including .
제4항에서,
상기 양수발전기의 운전모드는,
양수발전기가 발전운전하는 발전모드와 상기 발전모드로 운전하지 않고 양수발전기가 펌핑모드로 운전하거나 모든 양수발전기가 정지하는 비발전모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
In Article 4,
The operating mode of the above-mentioned positive-storage generator is:
A linear inertia constraint modeling method considering frequency stability in a power generation plan characterized by including a power generation mode in which a pump-storage generator operates in power generation mode and a non-generation mode in which the pump-storage generator operates in pumping mode or all pump-storage generators are stopped without operating in the power generation mode.
제5항에서,
상기 최저주파수 제약을 모델링하여 선형화하는 단계는,
상기 양수발전기의 운전모드에 따라 구분된 각 전력계통에 대하여 각기 다른 시정수로 최저주파수를 판단하도록 선형 최저주파수 제약을 모델링하는 단계
를 포함하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
In Article 5,
The step of modeling and linearizing the above minimum frequency constraint is:
A step for modeling a linear minimum frequency constraint to determine the minimum frequency with different time constants for each power system classified according to the operation mode of the above-mentioned pump generator.
A linear inertia constraint modeling method considering frequency stability in a power generation plan including .
제1항에서,
상기 평균 RoCoF 제약과 상기 최저주파수 제약은,
단일발전기 주파수 응답 모델인 RFR 모델을 통해 유도된 해석적 표현으로 구현되고, 주파수의 해석적 표현을 통한 비선형관성제약이 Max-Affine 함수 기반의 구간선형화 방식으로 선형화되는 것을 특징으로 하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
In paragraph 1,
The above average RoCoF constraint and the above minimum frequency constraint are,
A linear inertia constraint modeling method that considers frequency stability in a power generation plan, characterized by being implemented as an analytical expression derived from the RFR model, which is a single-generator frequency response model, and in which the nonlinear inertia constraint through the analytical expression of frequency is linearized by a piecewise linearization method based on the Max-Affine function.
제1항에서,
상기 평균 RoCoF 제약과 상기 최저주파수 제약은,
선형화 변수에 부하감쇠계수를 포함하여 평균 RoCoF 제약 및 최저주파수 제약에서 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 계획시간마다 주파수 변화에 따른 부하 변화 정도를 달리 고려할 수 있도록 모델링되는 것을 특징으로 하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
In paragraph 1,
The above average RoCoF constraint and the above minimum frequency constraint are,
A linear inertia constraint modeling method that considers frequency stability in a power generation plan, characterized in that the load change degree according to the frequency change can be considered differently for each planning time of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) by including a load attenuation coefficient in the linearization variable and the average RoCoF constraint and the minimum frequency constraint.
제1항에서,
발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 시간구간에서 1차 정상상태 주파수가 임계주파수를 벗어나지 않도록 1차 정상상태 주파수 제약을 모델링하는 단계
를 더 포함하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
In paragraph 1,
Step of modeling the first steady-state frequency constraint so that the first steady-state frequency does not exceed the critical frequency in each time interval of the generator start-up and shutdown schedule (Unit Commitment, UC).
A linear inertia constraint modeling method considering frequency stability in a development plan that includes more.
전력계통의 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 조건을 모델링하는 단계, 그리고
모델링된 상기 선형 관성제약 조건을 기초로 발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)을 통해 전력계통의 상정사고 발생시에 주파수 유지기준을 충족할 수 있도록 동기 발전기의 투입 여부를 결정하는 단계
를 포함하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
A step for modeling linear inertia constraint conditions considering the frequency stability of the power system, and
A step for deciding whether to put in a synchronous generator so that the frequency maintenance standard can be met in the event of an expected power system accident through a generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) based on the modeled linear inertia constraint conditions.
A linear inertia constraint modeling method considering frequency stability in a power generation plan including .
제10항에서,
상기 선형 관성제약 조건을 모델링하는 단계는,
전력계통에 접속된 다양한 형태의 발전기들을 하나의 단일 발전기로 등가화하여 선형화된 선형 관성제약 조건을 통해 평균 RoCoF 및 최저주파수를 산정하는 것을 특징으로 하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
In Article 10,
The steps for modeling the above linear inertia constraints are:
A linear inertia constraint modeling method that considers frequency stability in a power generation plan, characterized by calculating the average RoCoF and the lowest frequency through linear inertia constraint conditions by equating various types of generators connected to a power system to a single generator.
제10항에서,
상기 선형 관성제약 조건은,
한계 주파수변화율(Rate of Change of Frequency, 이하 RoCoF) 제약을 동기 발전기의 1차 주파수 응답과 전력계통의 주파수 변화에 대한 부하 변화를 고려한 평균 RoCoF 제약으로 모델링하는 단계
를 포함하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
In Article 10,
The above linear inertia constraints are,
Step of modeling the rate of change of frequency (RoCoF) constraint as an average RoCoF constraint that considers the primary frequency response of the synchronous generator and the load change in response to the frequency change of the power system.
A linear inertia constraint modeling method considering frequency stability in a power generation plan including .
제12항에서,
상기 평균 RoCoF 제약은,
지연시간(Time delay) 동안 연속적으로 임계값 이상의 RoCoF가 측정될 때 발전설비를 보호하기 위해 동작하는 주파수변화율 계전기(RoCoF relay)가 과도한 RoCoF로 인해 동작되어 발생될 수 있는 전력계통의 연속적인 발전탈락을 방지하고, 순간 RoCoF 제약이 갖는 계통관성의 과잉확보를 방지하는 것을 특징으로 하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
In Article 12,
The above average RoCoF constraints are,
A linear inertia constraint modeling method that considers frequency stability in a power generation plan, characterized by preventing continuous generation loss in a power system that may be caused by the operation of a frequency change rate relay (RoCoF relay) that operates to protect power generation facilities when RoCoF exceeding a threshold value is continuously measured during a delay time (time delay), and preventing excessive acquisition of system inertia due to instantaneous RoCoF constraints.
제10항에서,
상기 선형 관성제약 조건은,
전력계통의 1차 주파수 응답 능력 변화를 고려하여 모델링된 최저주파수 제약을 포함하는 단계
를 포함하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
In Article 10,
The above linear inertia constraints are,
A step that includes a modeled minimum frequency constraint that takes into account the variation in the first-order frequency response capability of the power system.
A linear inertia constraint modeling method considering frequency stability in a power generation plan including .
제14항에서,
상기 최저주파수 제약은,
발전계획에서 기동정지가 결정되는 양수발전기의 운전모드에 따라 제약식을 달리 적용하는 것을 특징으로 하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
In Article 14,
The above minimum frequency constraint is,
A linear inertia constraint modeling method that considers frequency stability in a power generation plan, characterized by applying constraints differently depending on the operating mode of a pump-storage generator whose start/stop is determined in the power generation plan.
제15항에서,
상기 최저주파수 제약은,
발전기 기동정지계획(Unit Commitment, UC)의 각 계획시간구간에서 상정사고시 최저주파수가 주파수 유지기준의 최저기준을 벗어나지 않도록 제약하는 것을 특징으로 하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
In Article 15,
The above minimum frequency constraint is,
A linear inertia constraint modeling method that considers frequency stability in a power generation plan, characterized by restricting the minimum frequency in each planned time section of the generator start-up and shutdown plan (Unit Commitment, UC) so that it does not exceed the minimum standard of the frequency maintenance standard in the event of an assumed accident.
제10항에서,
상기 선형 관성제약 조건을 모델링하는 단계는,
선형화 변수 중 하나로 주파수에 대한 부하감쇠계수(load damping factor)를 고려하여 평균 RoCoF 제약 및 최저주파수 제약에서 주파수 변화에 대한 계통부하 변화의 영향을 반영하는 것을 특징으로 하는 발전계획에서 주파수 안정도를 고려한 선형 관성제약 모델링 방법.
In Article 10,
The steps for modeling the above linear inertia constraints are:
A linear inertia constraint modeling method that considers frequency stability in a power generation plan, characterized by reflecting the influence of system load changes on frequency changes under average RoCoF constraints and minimum frequency constraints by considering the load damping factor for frequency as one of the linearization variables.
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