전압 민감도 이력 데이터베이스를 활용한 실시간 배전 전압 관리 기법

국문 초록 (Abstract)

배전계통에 재생에너지 기반의 소규모 distributed energy resources(DER)이 급증하면서 계통에 과전압 문제가 빈번히 발생하고 있다. 이에 따라 distribution system operator(DSO)는 과전압 문제를 완화하기 위해 유연성 자원을 활용한 포트폴리오 구성이 필요하다. 그러나 DER의 수가 많을수록 최적의 포트폴리오를 산정하기 위한 계산 복잡도가 증가하여 실시간 제어에 한계가 존재한다.
본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 전압 민감도 행렬을 산전에 계산하여 저장해 두고 과전압 문제가 발생하면, 이를 활용해 유연성 포트폴리오를 구성해 실시간에 계산부담을 감소시키는 방법을 제안하였다. 이를 위해 과거 재생에너지 발전량 데이터를 기반으로 전력 조류 해석을 수행하여 전압 민감도 행렬을 도출하고, 이를 history data base(HDB)에 저장하였다. 이후 실시간에 과전압 문제가 발생한 시점의 모선별 유효·무효전력 상태와 HDB에 저장된 시나리오별 모선별 유효효·무효전력 간 유클리드 거리를 계산하고, 거리가 가장 작은 시나리오의 전압 민감도를 선택하였다. 그리고 선택된 전압 민감도를 토대로 유연성 비용이 최소가 되는 유연성 포트폴리오를 구성하였다. 제안된 방법은 Newton-Raphson(NR) 기반 전력 조류 해석을 통해 전압 민감도를 계산하는 방법과 Distflow 방법으로 전력 방정식을 선형화하여 민감도를 산정하는 방식과 계산 속도 측면에서 비교 분석하였다. 그 결과 제안된 방법은 NR 기반 방법보다 약 124배, Distflow 기반 방법보다 약 1.8배 빠르게 전압 민감도를 탐색하였으며, 전압 문제 역시 해결함으로써 실시간 배전 전압 관리에 적합한 방법임을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 필요성 1
• 1.2 연구 동향 3
• 1.3 연구 목적 및 구 6
• 제2장 배전계통 전압 해석 및 민감도 산정 기법 8
• 2.1 전압 민감도 개념 8
• 2.2 Newton-Raphson 기반 전압 민감도 산정 기법 10
• 2.3 Distflow 기반 전압 민감도 산정 기법 14
• 제3장 HDB 기반 유연성 포트폴리오 구성 17
• 3.1 HDB 기반 유연성 포트폴리오 구성 모델 17
• 3.2 전압 민감도 생성 및 탐색 방법 19
• 3.2.1. 전압 민감도 생성 및 HDB 구축 (Off-line) 19
• 3.2.2. 실시간 전압 민감도 탐색 방법론 (On-line 단계) 21
• 3.2.3. 제안된 방법의 흐름도 25
• 3.3 유연성 포트폴리오 수학적 모델링 27
• 제4장 사례 연구 29
• 4.1 사례연구 설정 29
• 4.1.1 사례연구 설정 29
• 4.1.2 배전계통 설정 31
• 4.1.3 태양광 시나리오 설정 33
• 4.1.4 과전압 상황 36
• 4.2 사례연구 결과 및 분석 38
• 제5장 결 론 47
• 참고문헌 49
• ABSTRACT 54