전기차 증감발 용량을 고려한 송전제약 단기 발전계획

국문 초록 (Abstract)

재생 에너지의 확대정책에 따라 점차 높아지는 전력계통의 재생 에너지 도입률은 출력 변동성과 예측의 불확실성 증가를 야기한다. 따라서 기존과 동일한 방안만으로 계통운영을 지속하는 것은 증대되는 변동성과 불확실성에 대처할 수 있는 증감발 용량의 부족 상황으로 귀결된다. 증감발 용량이 부족하다면 안정적인 전력계통의 운영이 용이하지 않다. 이러한 상황하에서 전기차를 계통상황에 맞도록 운용한다면 이를 적절히 상쇄할 수 있다. 본 논문은 전기차를 증감발 용량 자원으로 활용하여 계통의 유연성을 향상시키는 방안을 제안한다. 더불어 계통에서 필요로 하는 증감발 용량이 점차 증가하여 증감발 용량이 송전선에 미치는 영향을 간과할 수 없게 됨에 따라 증감발 용량을 포함한 송전제약 고려 방안을 제안한다. 이와 같은 방안을 통하여 송전선의 물리적 한계를 넘어서지 않는 범위에서 증감발 용량의 이행성을 담보한다. 한편 제안한 방안에 전기차의 적용이 가능하도록 위치상태, 연결상태, 충전상태를 확률적으로 고려한 전기차의 활용 가능 용량 산정방안을 제시한다. 또한 증감발 용량의 산정방안을 개선하여 더욱 효과적인 계통운영이 될 수 있도록 유도한다. 기존의 증감발 용량 산정방안에서는 시간과 관계없이 증감발 용량의 불확실성을 항상 같은 값으로 설정했다. 기존 방안과는 달리 증감발 용량의 시간대별 불확실성 산정방안을 제안한다. 예측한 부하량과 재생 에너지의 설비용량 및 예측 출력량 등의 계통 상황을 반영하여 증감발 용량의 불확실성을 산정한다. 본 논문에서는 제안한 증감발 용량 확보방안의 개선안을 통하여 더욱 효과적으로 계통을 운영할 수 있음을 제시한다. 또한 전기차를 증감발 용량자원으로써 활용하는 방안을 제안하며 활용가능성을 살펴본다. 더불어 송전제약을 고려한 경우 전기차가 더욱 유의미하게 이용될 수 있음을 검증한다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 1 절 연구의 배경 및 목적 1
• 제 2 절 논문의 구성 7
• 제 2 장 증감발 용량 9
• 제 1 절 정의 및 필요성 9
• 2.1.1 증감발 용량 정의 9
• 2.1.2 증감발 용량과 재생 에너지 관계 12
• 2.1.3 증감발 용량 부족에 따른 계통영향 16
• 제 2 절 증감발 용량의 구성과 할당 19
• 2.2.1 변동성과 불확실성 19
• 2.2.2 단일 단위 급전(single interval dispatch)을 활용한 증감발 용량 할당 22
• 제 3 절 증감발 용량과 예비력 비교 24
• 제 3 장 증감발 용량의 활용방안 개선 30
• 제 1 절 다중 단위 급전(multiple interval dispatch)을 활용한 증감발 용량 할당 31
• 제 2 절 예측오차를 고려한 불확실성 대응 용량 산정 34
• 제 3 절 송전한계를 고려한 증감발 용량 43
• 제 4 장 증감발 용량의 전기차 활용 45
• 제 1 절 전기차의 증감발 용량 적용가능성 고찰 46
• 제 2 절 마르코프 체인(Markkov chain)을 이용한 전기차 상태추정 52
• 4.2.1 단일 구역, 단일 노드 54
• 4.2.2 단일 구역, 다중 노드 55
• 4.2.3 다중 구역, 단일 노드 56
• 4.2.4 다중 구역, 다중 노드 57
• 제 3 절 전기차의 충방전 가능 용량 산정 61
• 제 5 장 전기차 증감발 용량을 고려한 송전제약 단기 발전계획 정식화 69
• 제 1 절 목적함수 70
• 제 2 절 제약조건 71
• 5.2.1 발전기 제약조건 72
• 5.2.2 전기차 제약조건 73
• 5.2.3 증감발 용량 제약조건 74
• 5.2.4 송전한계 제약조건 75
• 제 6 장 사례연구 77
• 제 1 절 개선된 방안을 활용한 증감발 용량 산정 81
• 제 2 절 전기차의 충방전 가능 용량 산정 84
• 제 3 절 단기 발전계획 수행 결과 92
• 6.3.1 송전제약에 따른 영향 94
• 6.3.2 재생 발전원의 변동성에 따른 영향 98
• 6.3.3 전기차의 보급률 변화에 따른 영향 102
• 제 7 장 결론 및 제언 104
• 참고문헌 109
• 부 록 115
• 부록 1 예비력을 포함한 단기 발전계획 정식화 115
• 부록1.1 목적함수 115
• 부록1.2 제약조건 115
• 부록 2 기호 및 약어 117
• Abstract 120

참고문헌 (Reference)

1. 해외 전력시장 동향: CAISO. 2015. 12., 전력거래소, 해외 전력시장 동향: CAISO, , 2015

2. CBP 체제에서의 계통운영보조서비스시장 도입에 관한 연구. 2016. 03., 전력거래소, CBP 체제에서의 계통운영보조서비스시장 도입에 관한 연구, , 2016

3. 계통 유연성을 고려한 개선된 증감발 용량모델과 단기 발전계획에 적용; 서울대학교 대학원, 권헌규, 공학박사 학위논문, , 2017