[논문]도시철도 실측 부하에 기반한 첨두부하 절감용 ESS 용량 산정

박종영; 정호성; 김형철; 신승권

doi:10.5370/kiee.2014.63.6.860

도시철도 실측 부하에 기반한 첨두부하 절감용 ESS 용량 산정
Capacity Determination of ESS for Peak Load Shaving Based on the Actual Measurement of Loads in the Substation of Urban Railway 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.63 no.6, 2014년, pp.860 - 865

박종영 (Korea Railroad Research Institute) , 정호성 (Korea Railroad Research Institute) , 김형철 (Korea Railroad Research Institute) , 신승권 (Korea Railroad Research Institute)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes the method for determination of the capacities of ESS (Energy Storage System) and PCS (Power Conditioning System) for the peak load shaving based on the load data in the substation of urban railway. In addition, this paper analyze the actual measurement of loads in the substation of urban railway. The load of a weekday in the substation of urban railway is high around rush hours in the morning and evening, which is different from that of a normal substation. The required capacities of ESS and PCS become larger as the amount of peak load shaving is higher, and are affected from the patterns of daily load in the substation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 논문에서는 일부하 곡선 데이터를 기반으로 하여 변전소에 ESS 및 PCS를 설치하는 내용을 다루고자 한다. 그리고 도시철도의 전력에너지 요금 및 효율적인 에너지 소비에 영향을 미치는 첨두부하를 이러한 설비를 통하여 어떻게 관리할 수 있는지에 대해 설명하고 있다. 첨두부하의 저감을 위한 방법으로써 ESS(Energy Storage System, 에너지저장장치)가 많이 제안되고 있으며[8], 이 논문에서는 도시철도 변전소에 ESS를 설치하는 경우 ESS의 저장용량 및 PCS(Power Conditioning System, 전력변환시스템)의 출력 용량을 산정하는 방법을 제시하였다.
그리고 도시철도의 전력에너지 요금 및 효율적인 에너지 소비에 영향을 미치는 첨두부하를 이러한 설비를 통하여 어떻게 관리할 수 있는지에 대해 설명하고 있다. 첨두부하의 저감을 위한 방법으로써 ESS(Energy Storage System, 에너지저장장치)가 많이 제안되고 있으며[8], 이 논문에서는 도시철도 변전소에 ESS를 설치하는 경우 ESS의 저장용량 및 PCS(Power Conditioning System, 전력변환시스템)의 출력 용량을 산정하는 방법을 제시하였다.
이 논문에서는 일부하 곡선 데이터를 기반으로 하여 변전소에 ESS 및 PCS를 설치하는 내용을 다루고자 한다. 그리고 도시철도의 전력에너지 요금 및 효율적인 에너지 소비에 영향을 미치는 첨두부하를 이러한 설비를 통하여 어떻게 관리할 수 있는지에 대해 설명하고 있다.

가설 설정

그림 2는 도시철도 변전소의 시간당 측정된 일일부하곡선의 예이다. 평탄화 기준부하 P_base를 기준으로 하여 그 값을 초과하는 부하에 대해서는 ESS의 방전을 통하여 보상하는 것으로 가정하였다. 실제 부하곡선은 순시로 변화하기 때문에 실부하곡선과 시간당 부하곡선과 다르지만, 어느 부하곡선으로 계산하든 보상을 해주어야 하는 부하량은 같음을 유추할 수 있다.

제안 방법

지금까지 도시철도 변전소의 실측데이터를 기반으로 ESS의 저장용량과 PCS의 출력 용량을 산정하는 기법을 제안하였다. 그리고 실제 도시철도 변전소에서 실측한 데이터에 대하여 시간별, 계절별 등으로 그 패턴과 특성을 분석한 다음, 이에 대하여 ESS와 PCS의 용량을 산정하여 첨두부하 저감에 대한 효과를 살펴보았다.
이에 대한 분석을 위하여 1년 동안의 데이터에 대한 분석을 함께 실시하였다. 그리고 이러한 실측 데이터에 대하여 제안한 방법을 제안하여 ESS 및 PCS의 용량을 산정하고 그 결과를 분석하였다.
유용한 결과를 얻어 내기 위하여 실제 도시철도 변전소 중의 한 곳에서 측정된 2013년도 실측데이터를 이용해 제안한 방법을 검증하였다. 도시철도 변전소의 전력소비 패턴은 일반 변전소에서의 패턴과 다른 양상을 나타낸다.
지금까지 도시철도 변전소의 실측데이터를 기반으로 ESS의 저장용량과 PCS의 출력 용량을 산정하는 기법을 제안하였다. 그리고 실제 도시철도 변전소에서 실측한 데이터에 대하여 시간별, 계절별 등으로 그 패턴과 특성을 분석한 다음, 이에 대하여 ESS와 PCS의 용량을 산정하여 첨두부하 저감에 대한 효과를 살펴보았다.

대상 데이터

도시철도 부하곡선의 특성 분석을 위하여 A지역 도시철도공사 B 변전소의 2013년 실측데이터를 분석하였다. 시간당 평균부하의 데이터와 15분 단위 첨두부하 데이터를 대상으로 분석하였다.

성능/효과

도시철도 변전소의 평일 전력부하는 일반 전력부하와는 다르게 출퇴근 시간대에 큰 값을 가지는 패턴을 보였으며, 주말에는 일과 시간에 비교적 일정한 값을 나타냈다. 그리고 8월달에 전체적으로 큰 일부하량을 나타냈으며, 3월달에 가장 큰 첨두부하값을 나타냈다.

후속연구

목표 부하저감량에 따라 ESS의 용량을 결정하는 부하곡선이 달라짐을 보았다. 따라서 도시철도 변전소에서 첨두부하 저감을 위해 ESS 및 PCS를 설치할 때 용량을 결정하기 위해서는 변전소의 부하패턴에 대한 분석이 필요하다. 따라서 도시철도 변전소에서 첨두부하 저감을 위해 ESS 및 PCS의 설치 용량을 산정하였으며, 차후 변전소의 부하패턴을 정밀하게 분석한다면 바로 적용 가능한 ESS 및 PCS의 용량을 산정할 수 있을 것이다.
따라서 도시철도 변전소에서 첨두부하 저감을 위해 ESS 및 PCS를 설치할 때 용량을 결정하기 위해서는 변전소의 부하패턴에 대한 분석이 필요하다. 따라서 도시철도 변전소에서 첨두부하 저감을 위해 ESS 및 PCS의 설치 용량을 산정하였으며, 차후 변전소의 부하패턴을 정밀하게 분석한다면 바로 적용 가능한 ESS 및 PCS의 용량을 산정할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	첨두부하의 저감을 위한 방법으로는 무엇이 있는가?	그리고 도시철도의 전력에너지 요금 및 효율적인 에너지 소비에 영향을 미치는 첨두부하를 이러한 설비를 통하여 어떻게 관리할 수 있는지에 대해 설명하고 있다. 첨두부하의 저감을 위한 방법으로써 ESS(Energy Storage System, 에너지저장장치)가 많이 제안되고 있으며[8], 이 논문에서는 도시철도변전소에 ESS를 설치하는 경우 ESS의 저장용량 및 PCS(Power Conditioning System, 전력변환시스템)의 출력용량을 산정하는 방법을 제시하였다.
	도시철도 변전소의 목표 부하저감량에 따라 ESS의 용량을 결정함에 따라 필요한 것은 무엇인가?	목표 부하저감량에 따라 ESS의 용량을 결정하는 부하곡선이 달라짐을 보았다. 따라서 도시철도 변전소에서 첨두부하 저감을 위해 ESS 및 PCS 를 설치할 때 용량을 결정하기 위해서는 변전소의 부하패턴에 대한 분석이 필요하다. 따라서 도시철도 변전소에서 첨두부하 저감을 위해 ESS 및 PCS의 설치 용량을 산정하였으며, 차후 변전소의 부하패턴을 정밀하게 분석한다면 바로 적용 가능한 ESS 및 PCS의 용량을 산정할 수 있을 것이다.
	에너지의 효율적인 소비를 위한 기법엔 무엇이 있는가?	최근 들어 에너지 절약 및 효율화의 필요성이 높아지고 있으며, 이에 따라 전력 산업 분야에서는 친환경 에너지원의 발전비중 증가와 에너지 저장장치의 활용에 대한 연구 및 적용이 이루어지고 있다. 도시철도시스템 분야에서도 효율적인 전력에너지의 사용을 위해 신재생에너지원 및 에너지저장장치의 적용이나 스마트그리드 기술 및 에너지관리시스템(Energy Management System, EMS)의 적용에 대한 연구 및 실증이 이루어지고 있다[1-3].

참고문헌 (8)

Hosung Jung, Hyungchul Kim, Seoungkwon Shin, Kiyong Yoon, Jae-moon Kim, and Yang-su Kim, "Installation of power monitoring system for load pattern analysis on DC urban transit system," ISGC&E 2013, July 2013.
Seungkwon Shin, Hosung Jung, Hyungchul Kim, and Jinho Kim, "Study on HVDC application in AC power grid for Korean railway," ISGC&E 2013, July 2013.
Hansang Lee, Seungmin Jung, Hosung Jung, Hyungchul Kim, and Gilsoo Jang, "Power management for electric railway system to reduce the railway operating cost," 2012 KIEE fall conf., pp. 411-413, 2012.
Chang-mu Lee, Han-min Lee, and Gil-dong Kim, "Application effect and optimal location of energy storage system in AC electric railway," 2010 KIEE fall conf., Oct. 2010.
H. Lee, J. Song, H. Lee, C. Lee, G. Jang, and G. Kim, "Capacity optimization of the supercapacitor energy stroages on DC railway system using a railway powerflow algorithm," IJICIC,Vol. 7, no. 5, pp. 2739-2753, May 2011.
Hosung Jung, Hyungchul Kim, Seongkwon Shin, Jinho Kim, Kiyong Yoon, and Yonghyeun Cho, "A power losses analysis of AC railway power feeding network using adaptiveVoltage control," Trans. of KIEE,Vol. 62, no. 11, pp. 1621-1627, 2013.
Joo-uk Kim, Hosung Jung, and Hyungchul Kim, "A study on constructing rail energy management system applied SE process," ISGC&E 2013, July 2013.
Sung-min Cho, Hee-sang Shin, and Jae-chul Kim, "Modeling of battery energy storage system at substation for load leveling and its economic evaluation," Trans. of KIEE, Vol. 61, no. 7, pp. 950-956, 2012.

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