[논문]한국표준형 에너지관리시스템(K-EMS) 발전 계획 응용프로그램 개발과 실증시험 결과

오태규; 이정호; 이상호; 민상원; 김태현; 송성환; 정구형; 김기운; 이효상; 이진수; 서은성

문제 정의

K-EMS 개발 연구에서는 EMS기술의 국내 기술 자립과 장적으로 해외수출이 가능 EMS 기술력을 확보하기 위한 개발 목표를 설정하였으며 이에 필요한 기술규격서를 확정하고 이에 근거하여 EMS 응용프로그램을 구현하였다. 발전계획 응용프로그램은 알고리즘의 설계 및 구현에서 통일성을 유지하도록 하였으며 모듈 프로그램간의 입출력 연계를 고려하여 데이터베이스를 구축하였고 응용프로그램 수행에 필요한 각종 파라미터와 입출력을 표출하는 운영자화면을 설계하였다.
본 연구에서는 발전계획 응용프로그램 개발을 통해 전력계통의 경제적 운영의 핵심기술을 확보하였으며 전력산업환경 변화에 따라 EMS의 기능개선의 요구에 국내 기술력으로 유연하게 대응할 수 있는 역량을 확보하였다. 또한 EMS 기술자립을 통해 EMS의 해외 도입비 절감과 경제적인 유지보수를 기대할 수 있고, 해외 수출을 통해 전력 산업의 효율성 및 경쟁력 제고에 기여할 것으로 기대된다.

제안 방법

1단계에서는 수력/양수, 국내탄 발전기 위주로 시험하되 현재 전력거래소가 운영중인NEMS 와 K-EMS를 동시 운영하며 시험하였다. 2단계에서는 1단계발전기에 복합, 유연탄 발전기를 추가하여 제어시험 대상으로 하되 1단계와 마찬가지로 NEMS 와 K-EMS를 동시운영하며 응동시험을 수행하였다. 3단계에서의 시험 대상 발전기 조합은 2단계와 같이하되 발전기별 응동시험 위주로 시험을 수행하였다.
2단계에서는 1단계발전기에 복합, 유연탄 발전기를 추가하여 제어시험 대상으로 하되 1단계와 마찬가지로 NEMS 와 K-EMS를 동시운영하며 응동시험을 수행하였다. 3단계에서의 시험 대상 발전기 조합은 2단계와 같이하되 발전기별 응동시험 위주로 시험을 수행하였다. 마지막 4단계에서는 우리나라 전력계통에서 AGC 가능한 전체 발전기를 대상으로 K-EMS 단독으로 AGC/ED응동시험을 수행하였다.
K-EMS 발전계획 응용프로그램 개발 단계는 크게 Baseline(그림 1의 녹색부분), Prototype(그림 1의 흑색부분), Full-scale(그림1의 황색부분) 3단계로 구분되며 Baseline 단계에서는 자동발전제어, 경제급전, 전력수요예측, 예비력감시, 전력생산비계산 프로그램을 개발하고, Protype 단계에서는 안전제약 경제급전, 최적조류계산 프로그램 개발을 수행하였다. 최종 Full-scale 단계에서는 발전기 기동정지 계획, 최적화 급전계획, 안전도 향상, 전력시장연계 시스템 개발을 수행하였으며 단계별 실증시험과 SCADA, 계통해석 응용프로그램, 발전계획 응용프로그램이 모두 연계된K-EMS 통합 환경에서의 실증시험을 수행하였고 발전소 및 변전소 현장으로부터 실계통 데이터를 취득만하고 제어신호는 보내지 않는 Listening mode에서 시험하였다.
최종 Full-scale 단계에서는 발전기 기동정지 계획, 최적화 급전계획, 안전도 향상, 전력시장연계 시스템 개발을 수행하였으며 단계별 실증시험과 SCADA, 계통해석 응용프로그램, 발전계획 응용프로그램이 모두 연계된K-EMS 통합 환경에서의 실증시험을 수행하였고 발전소 및 변전소 현장으로부터 실계통 데이터를 취득만하고 제어신호는 보내지 않는 Listening mode에서 시험하였다. 또한, 실시간 응용프로그램 위주의 실계통 연계 실증시험에서는 현장과 EMS 간 실계통 데이터와 제어신호를 주고 받는 제어모드에서 수행하였다. (그림 3 참조)
3단계에서의 시험 대상 발전기 조합은 2단계와 같이하되 발전기별 응동시험 위주로 시험을 수행하였다. 마지막 4단계에서는 우리나라 전력계통에서 AGC 가능한 전체 발전기를 대상으로 K-EMS 단독으로 AGC/ED응동시험을 수행하였다.
K-EMS 개발 연구에서는 EMS기술의 국내 기술 자립과 장적으로 해외수출이 가능 EMS 기술력을 확보하기 위한 개발 목표를 설정하였으며 이에 필요한 기술규격서를 확정하고 이에 근거하여 EMS 응용프로그램을 구현하였다. 발전계획 응용프로그램은 알고리즘의 설계 및 구현에서 통일성을 유지하도록 하였으며 모듈 프로그램간의 입출력 연계를 고려하여 데이터베이스를 구축하였고 응용프로그램 수행에 필요한 각종 파라미터와 입출력을 표출하는 운영자화면을 설계하였다.
계산주기는 5분이며 계산된 제약조건을 고려한 각 발전기 출력 제한값을 경제급전에서 입력으로 사용한다. 실증시험에서는 북상조류 제약값을 변경하여 가며 수도권 및 비수도권 발전기 배분 변화를 검토하기 위해, 북상조류 제약값을 각각 13,100MW, 12,100MW, 11,600MW로 변경하며 발전기별 배분 변화를 비교해 보았다. 북상조류 제약값이 13,100MW인 경우는 비제약과 제약 시 배분결과의 변동이 없었고, 북상조류 제약값이 12,100MW인 경우는 북상조류 제약으로 인해 일부 수도권 발전기의 출력이 증가되었고, 일부 비수도권 발전기 출력이 감소됨을 보였다.
K-EMS 개발에서 최적화 급전계획은 비용최소화를 달성하는 급전계획을 산출하는 기능으로써 발전비용 데이터는 10개구간의 입찰값을 사용하고 수요데이터는 5분 전력수요예측값을 이용하였다. 제약조건으로는 발전기 출력제약, 발전기 증감발제약, 북상조류제약을 적용하여 시험하였다. 그림 10은 수요 300MW 증가시 일부 발전기의 출력변동을 표시한 것이다.
자동발전제어는 계통주파수를 목표주파수로, 연계선조류를 목표조류로 제어하기 위해 지역제어오차(ACE; Area Control Error)가 0이 되도록 각 발전기 출력을 2초 주기로 자동조정하는 실시간 기능이다. 제어모드의 실계통 연계시험에서는 부하 평탄 대인 오후 2시부터4시사이에 AGC/ED 응용프로그램을 실계통과 연계하여 발전기 응동 시험을 수행하였으며, 실계통 제어 대상 발전기를 다음과 같이 단계적으로 추가시키며 시험을 수행하였다. 1단계에서는 수력/양수, 국내탄 발전기 위주로 시험하되 현재 전력거래소가 운영중인NEMS 와 K-EMS를 동시 운영하며 시험하였다.
K-EMS 발전계획 응용프로그램 개발 단계는 크게 Baseline(그림 1의 녹색부분), Prototype(그림 1의 흑색부분), Full-scale(그림1의 황색부분) 3단계로 구분되며 Baseline 단계에서는 자동발전제어, 경제급전, 전력수요예측, 예비력감시, 전력생산비계산 프로그램을 개발하고, Protype 단계에서는 안전제약 경제급전, 최적조류계산 프로그램 개발을 수행하였다. 최종 Full-scale 단계에서는 발전기 기동정지 계획, 최적화 급전계획, 안전도 향상, 전력시장연계 시스템 개발을 수행하였으며 단계별 실증시험과 SCADA, 계통해석 응용프로그램, 발전계획 응용프로그램이 모두 연계된K-EMS 통합 환경에서의 실증시험을 수행하였고 발전소 및 변전소 현장으로부터 실계통 데이터를 취득만하고 제어신호는 보내지 않는 Listening mode에서 시험하였다. 또한, 실시간 응용프로그램 위주의 실계통 연계 실증시험에서는 현장과 EMS 간 실계통 데이터와 제어신호를 주고 받는 제어모드에서 수행하였다.

대상 데이터

K-EMS 개발에서 최적화 급전계획은 비용최소화를 달성하는 급전계획을 산출하는 기능으로써 발전비용 데이터는 10개구간의 입찰값을 사용하고 수요데이터는 5분 전력수요예측값을 이용하였다. 제약조건으로는 발전기 출력제약, 발전기 증감발제약, 북상조류제약을 적용하여 시험하였다.

성능/효과

(그림 5의 하단: Regulation MW; 주파수 응동성분, Hz; 계통주파수) 그림 6은 서인천복합2호기 AGC/ED 시험결과이다. 경제급전에서 계산된 기준값(BP)과 주파수 응동량에 의하여 AGC 제어 신호가 결정되고 실제 출력은 약간 지연되어 나타남을 확인하였다.
실증시험에서는 북상조류 제약값을 변경하여 가며 수도권 및 비수도권 발전기 배분 변화를 검토하기 위해, 북상조류 제약값을 각각 13,100MW, 12,100MW, 11,600MW로 변경하며 발전기별 배분 변화를 비교해 보았다. 북상조류 제약값이 13,100MW인 경우는 비제약과 제약 시 배분결과의 변동이 없었고, 북상조류 제약값이 12,100MW인 경우는 북상조류 제약으로 인해 일부 수도권 발전기의 출력이 증가되었고, 일부 비수도권 발전기 출력이 감소됨을 보였다.
하동화력#1 발전기는 비용 최소화를 위하여 발전기를 증발률 제약까지 배분량을 증가시켰고, 인천 GT04 발전기는 비용 최소화를 위하여 발전기의 배분량을 최대입찰량까지 증가시켰다. 삼천포 화력#6 발전기는 비용 최소화를 위하여 배분량이 증가되어야 하나 초기값이 최대입찰량이어서 초기값과 동일한 발전배분 값으로 배분되었고, 신인천 GT15 발전기는 비용 최소화를 위하여 감발 (초기값 입찰가격:100.8 배분값 입찰가격:99.03) 하였고, 부곡GT01 발전기는 비용 최소화를 위하여 최대 감발 가능 범위까지 감발 (초기값 입찰가격:100.7 배분값 입찰가격:100.1)하였다.
이와 같이 개발된 발전계획 응용프로그램은 실제 전력계통과 연계된 전력거래소 천안지사 테스트베드에서, 운영자 화면과 데이터베이스 간의 유기적 결합과 응용프로그램의 기능 및 성능에 대해 실증시험을 수행하므로써 실제 전력계통 운영에의 적용 가능성과 신뢰성을 검증하였다. 다음의 본론에서는 K-EMS발전계획 응용프로그램의 실증시험 결과를 정리하였다.

후속연구

본 연구에서는 발전계획 응용프로그램 개발을 통해 전력계통의 경제적 운영의 핵심기술을 확보하였으며 전력산업환경 변화에 따라 EMS의 기능개선의 요구에 국내 기술력으로 유연하게 대응할 수 있는 역량을 확보하였다. 또한 EMS 기술자립을 통해 EMS의 해외 도입비 절감과 경제적인 유지보수를 기대할 수 있고, 해외 수출을 통해 전력 산업의 효율성 및 경쟁력 제고에 기여할 것으로 기대된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자동발전제어는 어떤 기능인가?	자동발전제어는 계통주파수를 목표주파수로, 연계선조류를 목표조류로 제어하기 위해 지역제어오차(ACE; Area Control Error)가 0이 되도록 각 발전기 출력을 2초 주기로 자동조정하는 실시간 기능이다. 제어모드의 실계통 연계시험에서는 부하 평탄 대인 오후 2시부터4시사이에 AGC/ED 응용프로그램을 실계통과 연계하여 발전기 응동 시험을 수행하였으며, 실계통 제어 대상 발전기를 다음과 같이 단계적으로 추가시키며 시험을 수행하였다.
	안전제약 경제급전에서 계산주기와 입력값은 무엇인가?	안전제약 경제급전(SCED)은 경제급전시 안전도 (security) 제약조건(북상조류제약 및 예비력 제약) 이 부가된 상태에서 전력계통내의 안전도가 유지되도록 각 발전기의 출력 제한값을 계산하는 기능이다. 계산주기는 5분이며 계산된 제약조건을 고려한 각 발전기 출력 제한값을 경제급전에서 입력으로 사용한다. 실증시험에서는 북상조류 제약값을 변경하여 가며 수도권 및 비수도권 발전기 배분 변화를 검토하기 위해, 북상조류 제약값을 각각 13,100MW, 12,100MW, 11,600MW로 변경하며 발전기별 배분 변화를 비교해 보았다.
	한국표준형 EMS (K-EMS)의 발전계획 응용프로그램은 무엇으로 구성되는가?	한국표준형 EMS (K-EMS)의 발전계획 응용프로그램은 모듈별로 자동발전제어(AGC; Automatic Generation Control), 경제급전(ED; Economic Dispatch), 예비력감시 (RM; Reserve Monitoring), 전력생산비계산(PC; Production Costing), 전력수요예측(LF; Load Forecasting), 안전제약 경제급전(SCED; Security Constrained Economic Dispatch), 최적조류계산(OPF; Optimal Power Flow), 발전기 기동정지계획(UC; Unit Commitment), 최적화 급전계획(DOS; Dispatch Optimal Scheduling), 안전도 향상 (SEN; Security Enhancement), 전력시장연계시스템(MIS; Market Interface System) 으로 구성된다. (그림 1 참조)

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

한국표준형 에너지관리시스템(K-EMS) 발전 계획 응용프로그램 개발과 실증시험 결과 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

한국표준형 에너지관리시스템(K-EMS) 발전 계획 응용프로그램 개발과 실증시험 결과 원문보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

오태규 (23) 이정호 (7) 이상호 (8) 민상원 (52) 김태현 (4) 송성환 (3) 김기운 (1) 이효상 (8) 이진수 (2)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

AI 본문요약
AI-Helper