[논문]프로그램 로직 기반의 스마트 최대 전력 관리 시스템에 관한 연구

이우철; 권성현

doi:10.5207/jieie.2014.28.2.092

프로그램 로직 기반의 스마트 최대 전력 관리 시스템에 관한 연구
A Study on Programmable Logic-based Smart Peak Power Control System 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.28 no.2, 2014년, pp.92 - 99

이우철 (한경대학교 전기전자제어공학과 IT융합기술연구소) , 권성현 (한경대학교 전기전자제어공학과 IT융합기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

The paper is related to smart maximum power system based on program logic. Especially, this system compares the total demand power with the target power by using the signal from the digital kilo watt meter. Based on the power information by the maximum power control equipment the consumed future power is anticipated. In addition, through consumed future power the controllable target power is set, and it applies on the maximum power control equipment. User or manager would control the load efficiently through the simple programming which could control load based on the control sequence and relay. To begin with the conventional maximum power control algorithm is surveyed, and the smart maximum power control system based on program logic is used, and the new algorithm from full load to proportion shut down is proposed by using PLC program. the validity of the proposed control scheme is investigated by both simulation results.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

최대 수요 전력 제어기는 수용가의 첨두부하 억제를 통한 기본요금의 절감을 목표로 하나, 개별 수용가의 전력비용을 절감하기 위해서는 기본요금의 절감과 함께 사용요금의 절감도 필요하다[5]. 따라서 본 논문에서는 외부에서 사용자 또는 관리자가 간단한 프로그래밍을 통해 부하 특성에 맞게 제어 시퀀스 및 릴레이를 구성할 수 있는 프로그램 가능 로직 제어 프로세서를 내장하여 부하를 좀 더 효율적으로 제어하여 시간 및 비용을 절감하고자 하는 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템을 제공하는 것이다. 기존의 최대전력제어 알고리즘을 고찰하고, 전력사용량을 억제하기 위하여 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템의 제어 방법을 활용하여 PLC(Programmable Logic Controller) 프로그램을 통하여 전 부하(100% 차단) 차단 방식에서 비율 제어 차단이 가능한 한 새로운 알고리즘을 제시한 후에 시뮬레이션을 통하여 제시된 방법의 타당성을 검증하기로 하기로 한다.
본 논문에서는 전력사용량 기반의 새로운 에너지절감 알고리즘을 제시하였다. 최대전력 관리시스템 제에서 제시한 바와 같이 PLC 프로그램에 따른 비율 제어 방식으로 해당 공정의 온도 변화가 작게 되어 전력사용량이 줄어듬을 확인할 수 있었다.

제안 방법

2) 차단 조건은 15분간의 시간을 기준으로 하여 현재전력과 기준전력 그리고 남은 수요시한 등을 적용하여 예측전력과 조정전력을 계산한다.
따라서 본 논문에서는 외부에서 사용자 또는 관리자가 간단한 프로그래밍을 통해 부하 특성에 맞게 제어 시퀀스 및 릴레이를 구성할 수 있는 프로그램 가능 로직 제어 프로세서를 내장하여 부하를 좀 더 효율적으로 제어하여 시간 및 비용을 절감하고자 하는 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템을 제공하는 것이다. 기존의 최대전력제어 알고리즘을 고찰하고, 전력사용량을 억제하기 위하여 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템의 제어 방법을 활용하여 PLC(Programmable Logic Controller) 프로그램을 통하여 전 부하(100% 차단) 차단 방식에서 비율 제어 차단이 가능한 한 새로운 알고리즘을 제시한 후에 시뮬레이션을 통하여 제시된 방법의 타당성을 검증하기로 하기로 한다.
시뮬레이션에서는 웅진케미칼(주) 안성 사업장내 1,000kW 용량의 공조기(Auto Handling Unit)를 대상으로 하여 피크 제어시 온도 변화 및 전력 변화에 관하여 실험하였고, 그 결과를 SIMON社의 HMI(Human Machine Interface) 온도 및 습도 데이터와 TRAND로 제시하였다. 또한 전력은 XELpower社 의 직접부하제어(Direct Load Control) System 화면으로 전력 결과를 제시하였다. 본 연구에서는 젤파워社의 디맨드컨트롤러 하부에 PLC에 프로그래밍을 통하여 전 부하 차단 방식에서 비율 제어 차단 방식으로 수행하였다.
또한 전력은 XELpower社 의 직접부하제어(Direct Load Control) System 화면으로 전력 결과를 제시하였다. 본 연구에서는 젤파워社의 디맨드컨트롤러 하부에 PLC에 프로그래밍을 통하여 전 부하 차단 방식에서 비율 제어 차단 방식으로 수행하였다. 기존의 디맨드컨트롤러는 단순한 최대전력관리장치에 의존하여 부하특성을 전혀 고려하지 않고, 차단 가능부하의 용량 및 운전 상태를 전혀 고려하지 않아 현재전력이 기준전력을 조금만 넘어도 시간조건 만족 시 즉시 차단하기 때문에 피크관리는 이루어지나, 생산차질이 심각해져서 공정의 최대 부하원인 가열로등에 적용을 할 수 없었다.
시뮬레이션에서는 웅진케미칼(주) 안성 사업장내 1,000kW 용량의 공조기(Auto Handling Unit)를 대상으로 하여 피크 제어시 온도 변화 및 전력 변화에 관하여 실험하였고, 그 결과를 SIMON社의 HMI(Human Machine Interface) 온도 및 습도 데이터와 TRAND로 제시하였다. 또한 전력은 XELpower社 의 직접부하제어(Direct Load Control) System 화면으로 전력 결과를 제시하였다.
프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템은, 디지털 적산전력량계로부터 전력수요 시간 펄스 및 전기 사용량 펄스를 입력 부를 통해 입력받고 최대전력 관리 프로세서에서 전력량을 적산하여 목표 전력량과 비교하여 각 부하와의 접점을 제어하도록 한다. 이때 각 부하에 연계된 로더 장치에 의해 프로그램이 가능한 PLC 프로세서는 부하 특성에 따라 출력부의 DI 및 A/D 값의 입력에 의해 부하의 현재 차단 가능성을 파악하여 제어 가능한 부하 위주로 제어를 수행하도록 한다. 즉 제어장치는 부하제어 알고리즘에 DI 및 A/D 값을 반영하여 시스템에 악영향을 줄 수 있는 제어를 피하면서 제어대상 부하를 좀 더 확장할 수 있게 한다.
이렇게 제시된 정보를 수용가 모니터링 PC 및 관리자의 스마트폰에 주기적으로 전송하고, 수용가 및 관리자가 절감 요금 및 설정 가능한 목표 전력값 정보를 바탕으로 최대수요전력제어기의 목표 전력량을 재설정하도록 한다. 따라서 통신 서버는 목표전력량을 최대수요전력제어기에 전송하고, 상기 최대수요전력제어기는 전송받은 목표 전력량을 바로 적용하여 최적화된 제어기법에 따라 수용가의 부하를 제어하여 목표 전력량 이하로 부하를 사용하도록 한다.
프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템은, 디지털 적산전력량계로부터 전력수요 시간 펄스 및 전기 사용량 펄스를 입력 부를 통해 입력받고 최대전력 관리 프로세서에서 전력량을 적산하여 목표 전력량과 비교하여 각 부하와의 접점을 제어하도록 한다. 이때 각 부하에 연계된 로더 장치에 의해 프로그램이 가능한 PLC 프로세서는 부하 특성에 따라 출력부의 DI 및 A/D 값의 입력에 의해 부하의 현재 차단 가능성을 파악하여 제어 가능한 부하 위주로 제어를 수행하도록 한다.

성능/효과

3) 복귀 조건은 현재 시간을 기준으로 현재전력과 기준전력, 조정전력의 관계에 의해 미리 정해진 방식에 따라 부하를 제어한다.
기존의 디맨드컨트롤러는 단순한 최대전력관리장치에 의존하여 부하특성을 전혀 고려하지 않고, 차단 가능부하의 용량 및 운전 상태를 전혀 고려하지 않아 현재전력이 기준전력을 조금만 넘어도 시간조건 만족 시 즉시 차단하기 때문에 피크관리는 이루어지나, 생산차질이 심각해져서 공정의 최대 부하원인 가열로등에 적용을 할 수 없었다. 그러나 본 논문에서는 기존의 디맨드 콘트롤러 하부에 LS社의 PLC를 장착하여 온도에 민감한 가열로등에 부하 특성을 고려하여 제품 불량이 발생치 않는 한계점까지의 출력을 제한하여 피크 관리가 이루어지기 때문에 기존의 냉난방기에만 국한되던 피크 관리 대상를 광역화하여 전력비를 절감할 수가 있었다. 그림 8은 본 연구에서 사용된 시스템에 대한 회로도를 보여준다.
그림 6의 온도의 경우 용해로를 기준으로 하여 피크가 발생되면 기존의 최대전력제어기는 전부하 차단(100% 차단)이 발생되어 용해로의 기준 온도를 초과하여 공정 사고가 발생된다. 그러나 본 논문의 프로그램 로직기반의 스마트 최대전력 관리시스템은 PLC 프로그래밍에 의해 부하 차단을 소폭으로 비율 제어하므로 용해로의 기준 온도 범위 내에서 유지될 수 있다.
본 논문에서는 전력사용량 기반의 새로운 에너지절감 알고리즘을 제시하였다. 최대전력 관리시스템 제에서 제시한 바와 같이 PLC 프로그램에 따른 비율 제어 방식으로 해당 공정의 온도 변화가 작게 되어 전력사용량이 줄어듬을 확인할 수 있었다. 전 부하 차단시보다 차단 전력량이 줄어들지만, 비율 제어로 온도에 민감한 대상까지 제어 범위가 넓어지므로 피크 전력관리가 더욱 용이해졌다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최대수요 전력제어기의 기본 원리는 무엇인가?	최대수요 전력제어기의 기본 원리는 수요(Demand) 시간 동안의 평균전력이 최대수요전력이므로 부하가 순간적으로 많은 전력을 소비하여도 그 수요시한의 나머지 시간 동안에 미리 선정된 부하의 전력을 차단하게 되면 부하의 소비 전력을 목표 전력 값에 맞출 수가 있다. 예를 들어 그림 1과 같이 부하변동이 있는 경우에는 소비전력의 추이가 목표전력을 초과하게 된다.
	PLC 프로세서에 의한 프로그램 로직 제어기법은 어떠한 장점이 있는가?	이러한 PLC 프로세서에 의한 프로그램 로직 제어기법에 의해 기존의 우선순위 제어에 따라 특정 부하가 항상 꺼져 있게 되는 상황을 피할 수 있고, 전기로 및 공조기와 같이 임계 온도 이하로 떨어지거나 올라가면 안 되는 부하에 적용하면 기기에 손상이 가지 않는 제어를 할 수 있으며, 부하접점의 상태를 알 수 있어 가동하는 부하 위주의 제어가 되어 좀 더 정밀하고 안정적인 부하 운용이 가능하다.
	기존의 최대전력 제어 시스템은 어떠한 문제점이 있는가?	또한 기존의 최대전력 제어 시스템은 시퀀스 제어 및 지연 제어가 필요한 부하의 경우 우선순위 제어 방식을 적용하려면 별도의 회로를 구성하여 부하에 맞게 새로 제작하여야 한다. 이에 따라 수용가의 경우 추가비용이 발생하고 설치자의 경우 부하의 특성을 설치 전에 파악하여 그 부하 특성에 맞는 회로를 구성하여 적용하여야 하기 때문에 금전적, 시간적 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다[6-8].

참고문헌 (15)

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상세보기
S. D. Kim, S.B. Yoo, "Recommended Practice for a Reasonable Power Density and Analysis of Power Consumption Capacity for the year in Large-scale Buildings", Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol. 23, No. 6, pp. 85-88, June. 2009.

원문보기 상세보기
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상세보기
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상세보기
Fred Halsall, "Data Communication,Computer Networks and open system." Addison Wesley, pp.62-70, 1995.

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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