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표제지

목차

국문요지 9

제1장 서론 11

1.1. 전력계통 계획의 필요성 11

1.2. 전력계통 계획의 분류 11

1.3. 기존 전력계통 계획의 문제점 13

1.4. 본 논문의 해결방안 제시 15

제2장 전력계통 해석 기법론 17

2.1. 전력조류 계산, 최적 조류 계산 19

2.1.1. 전력 조류 계산 (Power Flow, PF) 19

2.1.2. 최적 전력 조류 계산 (Optimal Power Flow, OPF) 24

2.2. 조류추적법을 이용한 전력계통의 해석 26

2.2.1 조류추적법의 정의 26

2.2.2 전력계통 재구성 방안 제안 27

2.3. 발전기 최적 배분 방안 37

2.3.1. 연계선로를 고려한 Unit Commitment의 개념 37

2.3.2. Unit Commitment 40

2.3.3. 발전비용곡선의 선형화 42

2.3.4. 공급요구량 산정 44

2.3.5. In-service 및 Out-service 발전기의 선정 48

2.3.6. In-service 발전기의 발전량 선정 50

2.3.7. 사례연구 - 2016년 우리나라 계통을 이용한 발전기 최적 배분 방안 51

제3장 신뢰도 평가를 이용한 TNEP 후보군 선정 59

3.1. 신뢰도 평가 개념 59

3.1.1. 시스템 모델링 60

3.2. Modified system operating state model 63

3.2.1. Modified system operating state model (MSOS Model)의 개요 63

3.2.2. 공급전력량 기대치(Expected capacity) 66

3.2.3. MSOS Model을 이용한 사례연구 73

제4장 경제성 평가를 이용한 최적 대안 선정 81

4.1. 전력시장 참여자별 편익의 정의 87

4.2. 기존의 경제성 평가 방안 분석(Risk-Benefit method) 90

4.2.1. Risk-Benefit Method 90

4.2.2. 비용최적화 방안 (Cost-optimization method) 95

4.3. 비용 평가 요소 97

4.3.1. 제약비용 97

4.3.2. 건설비 98

4.3.3. 유지보수비용 101

4.3.4. 공급지장비용 104

4.3.5. 손실비용 106

4.3.6. 혼잡비용 119

제5장 새로운 전력계통계획 알고리즘 제안 126

5.1. 기존 전력계통 계획 수립 모델 분석 126

5.1.1. 전원 계획 수립 모델 126

5.1.2. 송전망 확장 계획 수립 모델 128

5.2. 신뢰도를 기반으로 하는 경제성 평가 방안 제안 131

5.2.1. 신뢰도 평가를 이용한 후보군 선정방안 제안 131

5.2.2. 후보군의 선정 133

5.2.3. 경제성 평가를 이용한 최적 후보선정 제안 135

제6장 사례연구 141

6.1. Modified IEEE RTS 24-bus system 141

6.1.1. IEEE RTS 24Bus System 분석 142

6.1.2. 송전망 확장 계획의 후보군 선정 143

6.1.3. 송전망 확장 계획의 최적 후보 선택 146

6.2. 2010년 제주-내륙간 제2 HVDC system 평가 148

제7장 결론 152

참고문헌 153

Abstract 160

표목차

표 2.1. 모선의 구분 22

표 2.2. 모선별 발전기 출력 34

표 2.3. 모선 및 지역별 부하량 34

표 2.4. 우리나라 미래계통의 데이터 53

표 2.5. 우리나라 미래계통 데이터와 제안한 기법 비교 57

표 3.1. MSOS Model의 계산 70

표 3.2. 지역별 모선 및 발전량과 수요량 73

표 4.1. 제약비용의 구분 97

표 4.2. 혼잡 및 손실비용 비교 114

표 4.3. 2016년 미래예통 분석 115

표 4.4. 2010년 부하지속곡선 116

표 4.5. 발전사업자의 손실비용 산정 117

표 4.6. 송전사업자 및 국가의 손실/혼잡비용 산정 117

표 4.7. 시장참여자의 연간편익 산정 118

표 4.8. 혼잡비용 비교 123

표 4.9. 발전사업자의 혼잡비용 산정 124

표 4.10. 송전사업자 및 국가의 손실/혼잡비용 산정 124

표 4.11. 시장참여자의 연간편익 산정 125

표 5.1. WASP과 WADE의 비교 127

표 6.1. 모선별 전력 잉여 지수와 전력 부족 지수 144

표 6.2. 송전망 확장 계획의 후보들 145

표 6.3. 제주도 사례연구의 후보들 148

표 6.4. Healthy와 At-Risk 상태의 신뢰도 한계값 149

표 6.5. 제주계통계획의 경제성 평가 151

그림목차

그림 1.1. 전력계통 계획의 분류 12

그림 2.1. 계층단계 17

그림 2.2. 관심모선을 중심으로 한 전력계통의 재구성 28

그림 2.3. 관심 모선 k의 Power Balance Diagram 30

그림 2.4. IEEE RST 24-Bus system 33

그림 2.5. 연계선로를 고려한 Unit Commitment의 개념 38

그림 2.6. 발전비용의 선형화 43

그림 2.7. 전력계통의 전력공급원 및 소비원 48

그림 2.8. 2016년 우리나라 미래계통 분석 51

그림 2.9. 수도권 발전기 번호와 각 발전기 최대 발전량의 증분비용 52

그림 2.10. 수도권 발전기의 증분비용 및 발전량 55

그림 2.11. 수도권 발전기의 발전기별 발전량과 증분비용 56

그림 2.12. 증분비용에 따른 수도권 발전기의 발전량 56

그림 2.13. 증분비용에 따른 전체 발전기의 발전량 58

그림 3.1. 전체 신뢰도 비용 60

그림 3.2. 시스템 운영상태 다이어그램 60

그림 3.3. Modified System Operating State Model 63

그림 3.4. MSOS Model의 diagram 72

그림 3.5. IEEE-RTS 24bus의 MSOS Model 다이어그램 74

그림 3.6. IEEE-RTS 24bus의 LOLE 75

그림 3.7. 지역 1의 MSOS Model 다이어그램 76

그림 3.8. 지역 1의 LOLE 76

그림 3.9. 지역 2의 MSOS Model 다이어그램 78

그림 3.10. 지역 2의 LOLE 78

그림 3.11. 전력공급 후 지역 2의 LOLE 다이어그램 80

그림 4.1. 소비자 편익과 생산자 편익 81

그림 4.2. 시장참여자의 편익 87

그림 4.3. 전력계통 구성 107

그림 4.4. 무손실 계통(a)과 손실이 있는 계통(b)에서의 발전비용 곡선 111

그림 4.5. 수도권과 비수도권간의 연계선로 115

그림 4.6. 가격결정발전계획(a)과 운영결정발전계획(b)에서의 발전비용 곡선 121

그림 6.1. 모선 ＃15와 ＃23의 State Probability 계산 142

그림 6.2. 모선 ＃15와 ＃23의 누적확률 분포 곡선 142

그림 6.3. 경제성 평가 계산 결과 147

그림 6.4. 세 가지 후보에 대한 신뢰도 평가 결과 149

초록보기

 전력산업의 환경은 전력산업 구조개편, 전력거래 시장의 활성화, 환경규제, 지역간 전력연계, 계통의 대규모화와 복잡화 등의 요인으로 급격하게 변화하고 있다. 이러한 전력산업 변화는 전력산업 참여자들에게 상황에 따른 전력을 달리하는 이익최대화에 몰두하게 하였다. 그 결과 전력 시스템 계획자들은 전력시스템이 비용 효율적이고, 신뢰성 있게 동작하도록 설계하길 요구받게 되었다. 따라서 전력 시스템 계획자들은 기존의 신뢰도 위주의 전력계통계획에서 경제적 관점의 효율적인 전력계통계획이 절실히 요구되고 있다. 전력계통계획은 계통을 안정적으로 운영하기 위한 신뢰도 평가와 최적 비용투자를 고려한 경제성 평가를 고려하게 되었다.

현재 전력계통계획을 위한 다양한 연구가 진행 중이며, 중·장기간의 투자비, 설비 신설에 대한 계통 신뢰성, 전력공급의 안정성 등은 계획안을 위해 고려되는 사항들이다. 특히, 전력시장이 도입되어 있는 전력계통에서의 전력계통 운영자 및 계획자들은 계통의 신뢰도와 경제적 효율성을 동시에 제고함에 따라 송전망 소유자에게 송전 설비투자를 강제할 수 있는 환경을 조성하기 위해 다양한 평가방법을 개발 및 운영하고 있다.

그러나 전력계통은 비선형성, 불확실성, 생산과 수요의 동시성 등 여러 복합적인 특성을 가지고 있으므로, 전력계통의 분석 과정에서 많은 요소들을 고려로 인해, 그 해석에 많은 문제를 노출하고 있다. 그 결과 다양한 전력계통 계획을 위한 방안들이 존재해 왔지만, 실제 전력운영자들이나 계통 계통계획자들에게 명확한 해를 제시하지 못하고, 알고리즘의 제안 수준에서 그치고 있는 실정이다.

따라서 본 논문에서는 "전력계통의 해석", "전력계통의 분석", "전력계통계획의 비교", "전력계통 계획의 최적 대안선정"이라는 전력계통계획의 수립 순서에 따라, 신뢰도와 경제성을 고려한 전력계통 계획 수립 방안을 제시하고자 한다.

각 단계별로 모선을 중심으로 한 전력계통 재구성 방안으로 전력계통을 해석하며, 두 종류의 신뢰도 지수를 이용하여 전력계통을 신뢰도 평가하며, 이를 토대로 후보군을 screening 하는 기법을 소개하고, 전력설비의 신설로 인해 영향을 받는 경제성 평가 요인을 선정하여 신뢰도 기준을 충족하는 후보 간의 경제성 평가를 통해 최적 대안을 제시하는 방안을 제시한다.

본 논문에서 제시하는 각 세부적인 기법들과 최적 대안 선정방안을 IEEE RTS 24-Bus system과 제주계통의 전력계통계획을 이용하여 검증하였으며, 본 논문의 실효성을 입증하였다.

참고문헌 (68건) : 자료제공( 네이버학술정보 )

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번호 참고문헌 국회도서관 소장유무
1 Classification of publications and models on transmission expansion planning 네이버 미소장
2 "Probabilistic Transmission System Planning",Wiley/IEEE Press, 2011 미소장
3 Transmission Expansion Planning in Electricity Markets 네이버 미소장
4 An Effective Transmission Network Expansion Cost Allocation Based on Game Theory 네이버 미소장
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7 “Planning for Big Things in Brazil”, IEEE Power and Energu Magazine, pp. 54–63, 2007. 미소장
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9 “A basic framework for generating system operating health analysis” IEEE Trans. Power Syst., vol.9, no. 3, pp. 1610–1617, 1994. 미소장
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11 Reliability Assessment of the Brazilian Power System Using Enumeration and Monte Carlo 네이버 미소장
12 A Bilevel Approach to Transmission Expansion Planning Within a Market Environment 네이버 미소장
13 Flexible Transmission Expansion Planning With Uncertainties in an Electricity Market 네이버 미소장
14 “Differential evolution algorithm for static and multistage transmission expansion planning”, IET Gener. Transm. Distrib., vol.3, no.4, pp. 365-384, 2008. 미소장
15 Power transfer allocation for open access using graph theory-fundamentals and applications in systems without loopflow 네이버 미소장
16 “Contributions of individual generators to complex power losses and flows I. Fundamental theory”, IET Gener. Transm. Distrib., vol.149, no.2, pp. 182-185, 2002. 미소장
17 Evaluation of optimal transfer capability in the Haenam-Jeju HVDC system based on cost optimization 소장
18 “Generation and Transmission Expansion Under Risk Using Stochastic Programming” IEEE Trans. Power Syst., vol.22, no. 3, pp. 1369–1378,2007. 미소장
19 A Scenario-Based Multi-Objective Model for Multi-Stage Transmission Expansion Planning 네이버 미소장
20 “Decentralized approach for congestion management and congestion price discovering”, IET Gener. Transm. Distrib., Vol. 149,No. 6, pp.645-652,2002 미소장
21 “Congestion-Driven Transmission Planning Considering the Impact of Generator Expansion”, IEEE Trans. Power Syst., Vol. 23, No. 2, pp.781-789, 2009 미소장
22 Transmission Transfer Capability Task Force, Available Transfer Capability Definitions and Determination, North American Electric Reliability Council, Princeton, NJ, June, 1996. 미소장
23 Power System Economics, Designing Markets for Electricity, John Wiley and Sons, 2002. 미소장
24 Electric Power Transfer Capability : Concepts, Applications. Sensitivity and Uncertainty, University of Wisconsin, Madison, July, 2001. 미소장
25 Reliability Evaluation of Power System, Longman(London, England)/Plenum press, 1984. 미소장
26 A basic framework for generating system operating health analysis 네이버 미소장
27 Final Report, Composite-System Reliability Evaluation : Phase 1-Scoping Study, Tech. report EPRI EL-5290, Project 2581-1, December 1987. 미소장
28 An approach to evaluating system well-being in engineering reliability applications 네이버 미소장
29 Bibliography on the application of probability methods in power system reliability evaluation 1996-1999 네이버 미소장
30 Report 네이버 미소장
31 A probabilistic approach for setting power flow limits in electric networks, Probabilistic Methods Applied to Power Systems, Naples, Italy, September, 22-26, 2002. 미소장
32 An approach to evaluating system well-being in engineering reliability applications 네이버 미소장
33 Application of computer software in transmission expansion planning using variable load structure 네이버 미소장
34 Optimal long term transmission expansion planning based on maximum principle 네이버 미소장
35 Transmission network planning using linear programming, IEEE Transmission on Power Apparatus and System, Vol.PAS-104, pp.349-356, 1985 미소장
36 Transmission Network Estimation Using Linear Programming 네이버 미소장
37 A mathematical optimizatio technique for the expansion of electrical power transmission systems, IEEE Transmission on Power Apparatus and System, Vol.PAS-89, pp.13-119, 1970 미소장
38 Transmission planning using discrete dynamic optimization, IEEE Transmission on Power Apparatus and System, Vol.PAS-92, pp.1358-1371, 1973 미소장
39 New transmission planning model 네이버 미소장
40 A mixed integer disjunctive model for transmission network expansion 네이버 미소장
41 Branch and bound algorithm for transmission system expansion planning using a transportation model 네이버 미소장
42 Optimization of transmission line planning including security constraints 네이버 미소장
43 An optimization model for long-range transmission expansion planning 네이버 미소장
44 Transmission network planning: A method for synthesis of minimum-cost secure networks, IEEE Transmission on Power Apparatus and System, Vol.PAS-104, pp.2026-2034, 1985 미소장
45 Optimal Long Range Transmission Planning with AC Load Flow 네이버 미소장
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47 A new Benders decomposition approach to solve power transmission network design problems 네이버 미소장
48 Transmission network planning: An efficient Benders decomposition scheme, Proc. 13th PSCC in Trondheim, 1999, pp. 487–494., 1999 미소장
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50 Value-based transmission planning and the effects of network models 네이버 미소장
51 A zero-one implicit enumeration method for optimizing investments in transmission expansion planning 네이버 미소장
52 Mathematical Decomposition Techniques for Power Systems Expansion Planning – Volume 2: Analysis of the Linearized Power Flow Model Using the Bender Decomposition Technique, Project 2473–6 EPRI EL-5299, 1988 미소장
53 A decomposition approach to automated generation/transmission expansion planning, IEEE Transmission on Power Apparatus and System, Vol.PAS-104, pp.3074–3083, 1985 미소장
54 A hierarchical decomposition approach for transmission network expansion planning 네이버 미소장
55 Transmission Expansion of Branch and Bound Integer Programming with Optimal Cost Capacity Curves, IEEE Transactions on Power system, Vol.15, pp.490-495, 1974 미소장
56 Transmission System expansion planning using a branch and bound approach, IASTED 2003, pp.672-677, 2003 미소장
57 p,p′-DDE fails to reduce the competitive reproductive fitness in Nigerian male guppies 네이버 미소장
58 A Study on Fuzzy Branch and Bound Based Transmission System Expansion Planning for the Highest Satisfaction Levl of the Decision Maket, MSc Thesis, 2004 미소장
59 Specialised Bransch-and-bound Algorithm for Transmission Network Expansion Planning, IEE Proceedings Generation, Transmission & Distribution, Vol.148,5, pp.482-488, 2001 미소장
60 Transmission network expansion planning under an improved genetic algorithm 네이버 미소장
61 Trans-kingdom conjugation offers a powerful gene targeting: tool in yeast 네이버 미소장
62 A kernel-oriented algorithm for transmission expansion planning [discussion and closure] 네이버 미소장
63 Coalition formation in transmission expansion planning 네이버 미소장
64 A Coorperative Game Theory Approach to Transmission Planning in Power Systems, Ph.D., Univ. California, Berkeley, 1997 미소장
65 A cooperative expert system for transmission expansion planning of electrical power systems 네이버 미소장
66 IEEE Transactions on Antennas and Propagation 네이버 미소장
67 Decentralised approach for congestion management and congestion price discovering 네이버 미소장
68 IEEE Transactions on Power Systems publication information 네이버 미소장

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