[논문]배전지능화 시스템을 위한 배전계통 구분개폐기 교체 우선순위 결정에 관한 연구

성인제; 채희석; 문종필; 서인용; 김재철

doi:10.5207/jieie.2015.29.9.051

Abstract ▼ AI-Helper

Intelligent distribution automation system includes operating a switchgear of distribution system remotely when switchgear are not available to operate quickly. This system makes it possible to reduce the interrupt time. It also aims to improve the reliability of customers. Currently, Intelligent di...

Intelligent distribution automation system includes operating a switchgear of distribution system remotely when switchgear are not available to operate quickly. This system makes it possible to reduce the interrupt time. It also aims to improve the reliability of customers. Currently, Intelligent distribution automation improves the reliability by replacing manual switchgear, which is installed as sectional switchgear. However the prioritization of the replacement for the switchgear is required for its intellectualization. Many studies have been conducted related with prioritization of switchgear replacement. But it is difficult to interpret and apply to the power distribution system. That is because most of the studies just considers customer numbers for prioritizing the replacement. In this paper presents an algorithm to determine the intelligent swichgear replacement priority considering customer number, load quantity and interruption cost. Further, this algorithm is verified by using system reliability index.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

과거에는 배전계통에 정전이 발생하면 작업자가 현장으로 이동하여 복구하기까지 많은 시간이 소요되어 이러한 불편을 수용가가 그대로 겪어야만 했다. 배전지능화 시스템은 이러한 수용가의 불편을 저감하고자 배전계통에 설치되어 있는 구분개폐기를 원격으로 조작하여 고장시간을 단축시키고 공급신뢰도를 향상시키는데 그 목적이 있다[1,7].
본 논문에서는 배전계통 구간부하의 부하량, 수용가수, 정전비용의 세 가지 관점에서 구분개폐기 교체 우선순위 결정 알고리즘을 제안하였고 시스템 신뢰도 지수 변화추이 분석을 통해 알고리즘의 탁월성을 확인하였다. 제안하는 알고리즘이 각 구간부하의 부하량, 수용가수, 정전비용 세 가지 요소를 모두 고려하여 구분개폐기 교체 우선순위를 결정했다는 것을 확인할 수 있다.

가설 설정

23.1km의 선로길이 및 10MW의 부하량을 가지고 있으며 고장 시 연계확률의 경우 100%이며 공급할 수 있는 충분한 전력 공급여력이 있는 것으로 가정하였다.

제안 방법

본 논문에서는 배전계통 선로의 기존의 수용가수뿐만 아니라 구간선로가 가지고 있는 부하량과 수용가의 고장 경험 시 피해비용인 정전비용까지 세 가지의 측면을 고려하여 구분개폐기의 교체 우선순위를 결정한다. 구분개폐기 교체 우선순위를 결정할 수 있는 알고리즘을 제시하고 전체 개폐기 지능화 시의 시스템 신뢰도 지수 변화추이를 분석한다.
SAIDI 지수는 기본적으로 구간부하의 수용가수와 밀접한 관련이 있는 신뢰도 지수로써 부하량이 아무리 변하여도 SAIDI 지수에 변화는 없다[4,8]. 따라서 기존 알고리즘 이용 시 신뢰도 지수의 변화를 본 논문에서 제안하는 수용가수를 이용한 교체 우선순위 결정 알고리즘 이용 시의 신뢰도 지수 변화와 비교한다.
기존 방식인 수용가수 관점의 교체 우선순위를 이용한다면 상대적으로 불공평한 우선순위 결정이 될 수도 있다. 또한 사례연구를 위한 모의 배전계통 구성 시 구간부하가 지닌 부하량 및 수용가수와 같은 부하 데이터를 같은 값으로 지정하여 연구를 진행하였다[2].
본 논문에서는 배전계통 선로의 기존의 수용가수뿐만 아니라 구간선로가 가지고 있는 부하량과 수용가의 고장 경험 시 피해비용인 정전비용까지 세 가지의 측면을 고려하여 구분개폐기의 교체 우선순위를 결정한다. 구분개폐기 교체 우선순위를 결정할 수 있는 알고리즘을 제시하고 전체 개폐기 지능화 시의 시스템 신뢰도 지수 변화추이를 분석한다.
본 절에서는 구분개폐기 교체 우선순위를 결정하는 기존 알고리즘과 제안 알고리즘(그림 4 참조)의 신뢰도 지수 개선효과를 비교해 본다.
본 절에서는 부하량, 수용가수, 정전비용의 세 가지 구간부하의 정보를 이용하여 배전계통 수동개폐기를 지능화개폐기로 교체 시 교체 우선순위를 결정하는 알고리즘을 기술한다. 교체 대상인 수동개폐기에 대해 교체 우선순위를 부여하고 정해진 우선순위에 따라 각 개폐기별로 점수를 부여하는 것이 기본적인 방법이다.

대상 데이터

본 논문에서 제안하는 알고리즘을 이용한 구분개폐기 교체 시 신뢰도 지수의 변화를 모의 배전계통을 대상으로 출력한다. 분석에 사용될 신뢰도 지수는 부하와 에너지 관점의 지수인 공급지장 에너지 지수(ENS, Energy Not Supplied Index)와 3.
본 논문에서 제안하는 알고리즘을 이용한 구분개폐기 교체 시 신뢰도 지수의 변화를 모의 배전계통을 대상으로 출력한다. 분석에 사용될 신뢰도 지수는 부하와 에너지 관점의 지수인 공급지장 에너지 지수(ENS, Energy Not Supplied Index)와 3.2절에 기술했던 SAIDI 지수 그리고 정전비용(ECOST)이다. ENS의 지수의 경우 SAIDI 지수와는 다르게 부하에 가장 큰 영향을 받는 시스템 신뢰도 지수이다[4,8].
그림의 예시는 부하량, 수용가수, 정전비용 중 부하량을 이용하여 교체 우선순위를 결정한다. 우선 배전계통 구간부하의 부하량이 큰 구간을 선정한다. 그 후 선정된 부하량을 절반에 가깝게 양분하는 개폐기를 먼저 교체하는 것이 기본적인 방법이다.
그림 5는 모의 배전계통 모델을 나타내며 기본적으로 12분할 3연계 형태이다. 총 12개의 구간선로로 구성되어 있고 11개의 수동개폐기가 설치되어 있다. 23.

이론/모형

이러한 계산 시간의 차이는 배전계통의 규모가 커지거나 교체 대상 개폐기의 수가 많아질수록 기하급수적으로 늘어날 것이다. 또한 기존 알고리즘의 경우 부하의 다른 데이터를 고려하지 않고 수용가수와 밀접한 관련이 있는 SAIDI 지수만을 이용하였다. 이는 앞서 밝힌 바와 같이 교체 우선순위 결정시 부하량이나 정전비용은 크지만 수용가수가 작은 부하의 개폐기에 대해서 공정하지 못한 우선순위 결정법이 될 수 있다.

성능/효과

이에 따라 2번 개폐기를 우선적으로 지능화개폐기로 교체한다. 교체가 진행된 2번 개폐기를 기준으로 양측 구간선로의 남은 부하량을 비교하면 6,000kW를 지닌 왼쪽 구간이 5,000kW인 오른쪽 구간보다 부하량이 크다는 것을 확인할 수 있다. 그럼 부하량이 상대적으로 큰 왼쪽 구간선로의 1번 수동개폐기를 지능화개폐기로 교체한다.
위의 결과들을 통해 부하량, 수용가수, 정전비용을 이용한 지능화가 여러 가지 측면에서 전체적으로 신뢰도 개선에 탁월하다는 것을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 배전계통 구간부하의 부하량, 수용가수, 정전비용의 세 가지 관점에서 구분개폐기 교체 우선순위 결정 알고리즘을 제안하였고 시스템 신뢰도 지수 변화추이 분석을 통해 알고리즘의 탁월성을 확인하였다. 제안하는 알고리즘이 각 구간부하의 부하량, 수용가수, 정전비용 세 가지 요소를 모두 고려하여 구분개폐기 교체 우선순위를 결정했다는 것을 확인할 수 있다. 물론 본 논문에서 제안하는 알고리즘을 현장에 적용하기 위해서는 배전선로의 분할과 연계 현황도 고려되어야 한다.

후속연구

제안한 알고리즘을 이용하여 현재 배전계통에 설치되어 있는 구분개폐기 교체 시 우선순위를 결정할 수 있으며 본 논문이 향후 2030년까지 90% 이상의 지능화율을 목표로 하고 있는 배전지능화 시스템의 핵심인 구분개폐기 교체 시 우선순위 결정에 도움을 줄 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지능화율이란?	국내 배전계통은 약 49%의 지능화율를 달성하여 기존 수동개폐기와 교체된 지능화개폐기가 혼재되어 있고 배전지능화 사업은 2030년까지 지능화율 100% 달성을 목표로 하고 있다. 여기서 지능화율이란 설치되어 있는 전체 구분개폐기(수동개폐기 및 지능화개폐기) 중 지능화개폐기가 차지하는 비율을 뜻한다[1,3].
	SAIDI 지수만을 이용한 기존 알고리즘의 문제점은?	또한 기존 알고리즘의 경우 부하의 다른 데이터를 고려하지 않고 수용가수와 밀접한 관련이 있는 SAIDI 지수만을 이용하였다. 이는 앞서 밝힌 바와 같이 교체 우선순위 결정시 부하량이나 정전비용은 크지만 수용가수가 작은 부하의 개폐기에 대해서 공정하지 못한 우선순위 결정법이 될 수 있다.
	배전지능화 시스템의 목적은?	과거에는 배전계통에 정전이 발생하면 작업자가 현장으로 이동하여 복구하기까지 많은 시간이 소요되어 이러한 불편을 수용가가 그대로 겪어야만 했다. 배전지능화 시스템은 이러한 수용가의 불편을 저감하고자 배전계통에 설치되어 있는 구분개폐기를 원격으로 조작하여 고장시간을 단축시키고 공급신뢰도를 향상시키는데 그 목적이 있다[1,7].

참고문헌 (8)

K. H. Lee, "Establishment and Prospects of Intelligent Power Distribution Master Plan", Journal of the Electric World, KIEE, No. 451, pp. 77-86, 2014.7.
H. S. Chai, H. S. Shin, S. M. Cho, J. F. Moon, J. C. Kim, "Study on the algorithm for the Reasonable Switch Automation Rate with Customer Interruption Cost and Reliability Evaluation", The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 62, No. 4, pp. 467-473, 2013.4.

원문보기 상세보기
"Intelligent Power Distribution Long-term Master Plan for achieving Global Top Distribution Tech.", KEPCO, 2014.3.
"Distribution Engineering", KIEE, Bookshill, 2008.
"Goldbook - Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems", IEEE, IEEE Std 493-2007.
N. H. Cho, J. H. Oh, B. N. Ha, H. H. Lee, "The Switch Installation Criteria For Satisfying Future Reliability Goal", The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 51A, No. 9, pp. 433-440, 2002.9.
J. F. Moon, H. S. Chai, J. C. Kim, "Trends and Expected Performance of Intelligent Power Distribution Technology", The Proceedings of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol. 29, No. 1, pp. 34-39, 2015.1.
R. Billinton, "Reliability Evalutation of Power Systems, 2nd Edition", Plenum Press, New York, 1984.

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