본 논문은 한국형 에너지관리시스템 (K-EMS)의 발전계획 응용프로그램 기능중 하나인 예비력감시 응용프로그램 개발을 위한 예비력감시 알고리즘 개발에 관한 것이다. 예비력감시 응용프로그램은 EMS에서 실시간으로 수행되어 급전원에게 제어지역별, 발전소별, 발전기별로 현재 전력계통의 유효전력 예비력을 제시한다. 본 예비력감시 알고리즘은 국내 전력시장운영규칙의 예비력 항목으로 정의된 주파수조정 예비력, 운전상태 대기예비력, 정지상태 대기예비력, 대체예비력, 운영예비력을 계산한다. K-EMS에서는 경제급전 응용프로그램과 예비력감시 응용프로그램을 연계하여, 요구된 주파수 조정예비력 확보량을 만족하도록 경제급전에서 발전력을 조정한다. 국내 전국계통 실시간 데이터를 이용하여 K-EMS 실시간 예비력감시 알고리즘을 시험하였다.
경쟁적 전력시장에서는 다수의 시장 참여자들이 전력을 사고팔게 되는 만큼, 시장참여자들과 전력거래소 사이의 전력거래를 효과적으로 정산하기 위한 다양한 기법들이 요구된다. 특히 제약보상금액은 전력거래시에 시장참여자의 입찰 우선순위에도 불구하고 전력거래소가 계통의 제약조건으로 인해 실제 급전계획에서 조정한 전력거래량에 대해서 해당 거래금액을 보상해주기 위한 지불금액으로써, 우리나라의 도매경쟁 전력시장 설계에도 적용되어 있는데, 전력시장에서의 불필요한 분쟁을 방지하기 위해서는 그 계산과 정에 대한 명확한 이해가 요구된다고 할 수 있다. 본 논문에서는 이와 같은 제약보상금액을 보다 명확하고 효율적으로 정산하기 위한 계산기법을 제안한다. 이를 위해 각 급전치에 대한 시장참여자의 잉여 이익을 계산하고, 급전치의 변동에 의한 잉여 이익의 변동을 기준으로 제약보상금액을 계산하여 거래금액과 함께 정산한다.
정부의 배전분할 유보결정에 따라 전력거래소에서는 현행 발전경쟁시장의 효율성 향상을 위한 많은 사업을 추진하고 있다. 그중 우선적으로 추진하였던 사업이 도매전력시장을 대비해 구축한 시장운영시스템(MOS; Market Operation System)을 현행 계통운영을 담당하고 있는 급전 자동화시스템(EMS; Energy Management System)과의 연계활동이다. 이는 시장운영시스템(MOS)에 내재되어 있는 최첨단 기능중에서 일부를 현행 전력시장에 적용함으로써 계통운영의 효율성 향상뿐만 아니라 계통운영기술을 선진화하는 것이다. 특히, 기존 급전시스템에 비해 가장 두드러지는 점은 발전기들에 대한 에너지 및 예비력 급전계획을 사전적으로 5분단위로 최적화하여 수립하고 이를 발전기들에게 송신함으로써 경제적이며 안정적인 전력계통운영을 가능하게 해 줄 수 있는 것이다. 이를 가능하게 하기 위해서는 바로 정확한 미래 수요수준의 결정이 필수불가결한 요소이다. 따라서 본 논문에서는 MOS-EMS 연계활용에서의 실시간 수요예측의 중요성과 기존 제작사의 알고리즘과 국내 전력수요특성간의 불일치점 그리고 이를 해결하고자 모색했던 방안들에 대하여 설명하고자 한다.
전력산업에 당초 도입 예정되었던 도매경쟁시장을 운영지원하기 위하여 전력거래소는 지난 2002년 도매경쟁 전력시장 운영시스템(Two Way Bidding Pool Market Operation System; TWBP MOS, 이하 전력시장운영시스템)을 구축하였다. 그러나 이후 배전분할 잠정 중단정책에 따라 구축 완료된 시스템은 실 업무에 적용해보지도 못한 채 폐기될 수도 있는 상황이 발생하였다. 하지만 전력거래소는 배전분할 잠정 중단에 따른 발전 경쟁시장(CBP; Cost-Based Pool) 장기화에 대비, 운영상의 효율성을 개선하고 기 개발된 전력시장운영시스템을 활용하여 급전체계를 개선하는데 성공하였다. 실시간 급전 운영을 위해 기존 EMS에 전력시장운영시스템을 연계하여 전력시장운영시스템의 5분 단위 수요 예측량을 기반으로 송전망 제약과 예비력 요구량 등을 고려한 발전기별 경제부하 배분량 및 예비력 배분량을 결정하고, 추가적으로 EMS에서 수요예측 오차 및 주파수 보정량을 실시간으로 계산하여 발전기별로 배분하도록 함으로써, 1일 전 시행하던 급전계획을 취득 자료를 기반으로 5분 단위로 실시간 계산할 수 있도록 급전 개선하였다. 이를 통해 실시간으로 에너지와 예비력을 동시에 최적화함으로써 전력시장 및 전력계통 운영을 한층 선진화 할 수 있는 계기를 마련하였으며 또한 저비용 발전기 사용을 극대화함으로 발전비용의 절감에도 기여하는 효과를 가져왔다. 이러한 긍정적인 효과에도 불구하고, 전력시장윤영 시스템은 구축된 모든 설비 및 프로그램을 당초 목적에 맞게 활용하지 못한다는 이유 등으로 시스템의 최적화 및 성능 개선에 대한 투자가 망설여지는 현실이다. 특히 온라인 실시간 시스템과 별도로 전력시장운영을 모의 할 수 있는 시뮬레이터가 구축되지 않아 시장의 흐름을 사전 예측하거나 시스템 오류 등을 재현하여 재발 대책 등을 마련하기가 매우 어려운 실정이다. 이에 본 논문에서는 그동안 쌓아온 전력거래소의 전력시장운영시스템 운영관리에 대한 다양한 경험을 바탕으로 구축비용을 획기적으로 절감할 수 있는 전력시장운영시스템 시뮬레이터의 구축방안을 제시하고자 한다.
Due to integration of wind power, its unpredictable uncertainty can be a very lethal factor in generation dispatch problem. To handle such uncertainty of wind power output, a profit maximization problem is formulated and random wind speed is modeled by Weibull distribution in this paper. A case study is calculated through profit maximization approach with random wind speed. The effect of case study results is evaluated on how the uncertain wind power integration into the power system affects on the generation dispatch.
본 논문은 한국형 에너지관리시스템(K-EMS)의 발전계획 응용프로그램 기능중 하나인 최적 조류계산 기능에 관한 것이다 최적조류계산(OPF) 기능의 목적은 전력계통의 상태를 향상시킬 수 있는 전력계통 제어요소를 위한 권고사항을 정하는 것이다. 최적조류계산은 또한 계통 조류 방정식을 만족시키는 동시에 발전기 경제 급전 또는 송전 손실 최소화 등의 급전원의 목적에 맞는 제어 요소의 권고 사항을 정할 수 있다는 강점을 지나고 있다. 이에 본 논문에서는 KEMS에서 적용하려는 최적조류계산의 기능 및 적용방안에 대해서 설명 하고자 한다.
SThis paper proposes a new dispatch scheduling algorithm in interconnected regional system operations. The dispatch scheduling formulated as mixed integer non-linear programming (MINLP) problem can efficiently be computed by generalized Benders decomposition (GBD) algorithm. GBD guarantees adequate computation speed and solution convergency since it decomposes a primal problem into a master problem and subproblems for simplicity. In addition, the inter-temporal optimal power flow (OPF) subproblem of the dispatch scheduling problem is comprised of various variables and constraints considering time-continuity and it makes the inter-temporal OPF complex due to increased dimensions of the optimization problem. In this paper, regional decomposition technique based on auxiliary problem principle (APP) algorithm is introduced to obtain efficient inter-temporal OPF solution through the parallel implementation. In addition, it can find the most economic dispatch schedule incorporating power transaction without private information open. Therefore, it can be expanded as an efficient dispatch scheduling model for interconnected system operation.
전력계통 운용상 점차 고도의 기술이 요구됨에 따라 급전제어소에 설치되는 컴퓨터시스템도 많은 자료를 빠른 시간내에 처리할 수 있도록 대용량의 고속용 계산기가 채용되고 있으며, 이용기술면에서도 온라인 조류계산을 기본으로한 여러가지 진보된 응용기능을 갖추어 가고 있다. 1960년대말 디지탈컴퓨터시스템이 전력계통운용의 자동화를 위하여 특수하게 설계되어 이용된 이래 비약적인 발전을 거듭하면서 최근에는 안전제어(Security Control), 협조계획(Interactive Planning) 그리고 계층제어(Hierarchical Control) 등의 다양한 기능에 의해 전체 전력계통의 안전운용과 효율적운용을 기할 수 있도록 에너지관리시스템(EMS: Energy Management System)이 개발되었으며 세계적으로 많은 전력회사들이 종래에 사용해 오던 AGC/SCADA기능위주의 시스템에서 이 시스템으로 교체해 가고 있다. 우리나라의 한국전력공사에서도 최신기술의 EMS를 도입하기 위한 사업이 1987년 중반기를 준공목표로 1986, 10월말 현재 전체공정의 약 85%가 추진되고 있는데, 여기에서는 이에 관련하여 먼저 EMS의 기술동향과 설계방법에 관해 살펴보고 다음에 한전 EMS의 특징에 대하여 소개하고자 한다.
본 논문에서는 한국형 통합 에너지관리시스템(K-EMS)용 발전계획 응용프로그램 중에서 경제급전(Economic Dispatch) 프로그램 개발의 상세 내용을 소개한다. 특히 복합화력에서 가스터빈(GT)과 스팀 터빈(ST)의 현재출력을 고려하여 등가복합화력기로 변환하여 경제배분에 포함시키는 방안 및 데이터 이상 또는 데이터 미비 처리 방안 등을 소개한다.
The introduction of competition in electricity market emphasizes the importance of sufficient transmission capacities to guarantee various electricity transactions. Therefore, when dispatch scheduling, transmission security constraints should be considered for the economic and stable electric power system operation. In this paper, we propose an optimal dispatch scheduling algorithm incorporating transmission security constraints. For solving these constraints, the dispatch scheduling problem is decomposed into a master problem to calculate a general optimal power flow (OPF) without transmission security constraints and several subproblems to inspect the feasibility of OPF solution under various transmission line contingencies. If a dispatch schedule given by the master problem violates transmission security constraints, then an additional constraint is imposed to the master problem. Through these iteration processes between the master problem and subproblems, an optimal dispatch schedule reflecting the post-contingency rescheduling is derived. Moreover, since interruptible loads can positively participate as generators in the competitive electricity market, we consider these interruptible loads active control variables. Numerical example demonstrates efficiency of the proposed algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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