부하 관리

Load management
일별 부하 다이어그램. 파란색은 실제 부하 사용량을 나타내고 녹색은 이상적인 부하를 나타냅니다.

Demand-Side Management(DSM; 디맨드사이드 관리)라고도 불리는 부하 관리는 발전소 출력이 아닌 부하를 조정 또는 제어함으로써 네트워크상의 전력 공급과 전기 부하 간의 균형을 유지하는 프로세스입니다.이는 유틸리티가 실시간으로 직접 개입하거나 회로 차단기를 트리거하는 주파수 감응 릴레이(리플 제어), 타임 클럭 또는 소비자 행동에 영향을 주는 특별 관세를 사용하여 달성할 수 있습니다.부하 관리를 통해 전력회사는 피크 사용 시간(피크 쉐이빙) 동안 전력 수요를 줄일 수 있으며, 이는 다시 피크 발전소의 필요성을 제거하여 비용을 절감할 수 있습니다.또한 일부 피킹 발전소는 온라인 상태로 전환하는데 1시간 이상 걸릴 수 있으며, 이는 발전소가 예기치 않게 오프라인 상태가 되었을 때 부하 관리를 더욱 중요하게 만듭니다.또한 피크 플랜트나 백업 발전기는 베이스 로드 발전소보다 더 더럽고 효율이 떨어지기 때문에 부하 관리를 통해 유해한 배출량을 줄일 수 있습니다.새로운[1] 부하 관리 테크놀로지는 민간 산업과 공공 [2][3]단체 모두에 의해 지속적으로 개발되고 있습니다.

간단한 이력

현대의 유틸리티 부하 관리는 1938년경 리플 제어를 사용하여 시작되었습니다.1948년까지 리플 제어는 널리 [4]사용되는 실용적인 시스템이 되었다.

체코인들은 1950년대에 처음으로 리플 컨트롤을 사용했다.초기 송신기는 저전력이었고, 현대 시스템에 비해 50킬로볼트암페어에 불과했다.이들은 1050Hz 신호를 배전망에 연결된 변압기에 공급하는 발전기를 회전시키고 있었다.초기 수신기는 전기 기계식 릴레이였다.그 후 1970년대에는 고출력 반도체를 가진 송신기가 사용되었다.이것들은 움직이는 부품이 없기 때문에 더 신뢰할 수 있습니다.현대의 체코 시스템은 디지털 "텔레그램"을 전송합니다.각각의 전보는 보내는 데 약 30초가 걸린다.약 1초 길이의 맥박이 있습니다.여러 [5]지역에서 사용되는 몇 가지 형식이 있습니다.

1972년 앨라배마주 헌츠빌의 보잉에서 근무하던 시어도어 조지 "테드" 파라스케바코스는 보안, 화재 및 의료 경보 시스템을 위한 디지털 전송과 모든 유틸리티의 미터 판독 기능을 사용하는 센서 모니터링 시스템을 개발했다.이 기술은 현재 발신자 ID로 알려진 그의 특허 자동 전화 회선 식별 시스템의 파생품이었다.1974년, Paraskebakos는 이 [6]기술에 대한 미국 특허를 받았다.

앨라배마 전력회사의 의뢰로 파라스케바코스는 자동 검침 기술과 함께 부하 관리 시스템을 개발했다.이를 통해 그는 와트 전력계 디스크의 속도를 감시하고 결과적으로 소비 전력을 감시하는 시스템의 기능을 활용했습니다.이 정보는 하루 중 시간과 함께 전력회사가 개별 계량기에 온수기와 에어컨 소비량을 관리하도록 지시할 수 있는 능력을 부여하여 하루 중 사용량이 가장 많은 부분에서의 피크 사용을 방지할 수 있도록 했다.이 접근방식으로 Paraskebakos는 여러 [7]특허를 받았습니다.

장점과 작동 원리

전기에너지는 효과적으로 대량으로 저장할 수 없는 에너지의 형태이기 때문에 즉시 생성, 분배 및 소비해야 합니다.시스템의 부하가 최대 생성 용량에 도달하면 네트워크 운영자는 추가 에너지 공급을 찾거나 부하를 줄일 방법을 찾아야 합니다. 따라서 부하 관리가 이루어집니다.실패하면 시스템이 불안정해지고 블랙아웃이 발생할 수 있습니다.

장기적인 부하 관리 계획은 부하 동작뿐만 아니라 배전망의 물리적 특성(즉, 토폴로지, 용량 및 회선의 기타 특성)을 설명하는 정교한 모델을 구축하는 것으로 시작할 수 있습니다.분석에는 일기예보, 제안된 부하 분산 명령의 예측 영향, 오프라인 기기의 추정 수리 시간 및 기타 요인을 설명하는 시나리오가 포함될 수 있다.

부하 관리의 활용은 발전소가 평균 용량 사용률의 척도인 더 높은 용량 계수를 달성하는 데 도움이 됩니다.용량 계수는 발전소가 생산할 수 있는 최대 출력과 비교하여 발전소의 출력을 측정하는 것입니다.용량 계수는 보통 용량에 대한 평균 부하 비율 또는 일정 기간 동안의 피크 부하에 대한 평균 부하 비율정의됩니다.저부하율에서는 발전소의 효율이 낮을 수 있고, 고부하율에서는 고정비용이 kWh의 출력에 분산되어 있으며(그 결과 전기 단위당 가격이 낮아지고), 고부하율이 높을수록 총출력이 높아지기 때문에 고부하율이 유리하다.전력 부하 계수가 연료의 비가용성, 유지보수 정지, 계획되지 않은 고장 또는 수요 감소(하루 종일 소비 패턴이 변동함에 따라)에 영향을 받는 경우, 그리드 에너지 저장소는 종종 터무니없이 비싸기 때문에 발전을 조정해야 한다.

자가 발전 대신 전력을 구입하는 소규모 유틸리티는 부하 제어 시스템을 설치하는 것으로도 이점을 얻을 수 있습니다.피크 사용 시 에너지 공급자에게 지불해야 하는 위약금을 대폭 줄일 수 있습니다.많은 사람들은 부하 제어 시스템이 한 시즌 안에 투자금을 회수할 수 있다고 보고한다.

수요 대응과의 비교

부하를 줄이기로 한 결정은 시스템 신뢰성에 기초하여 이루어집니다.이 유틸리티는 어떤 의미에서 스위치를 소유하고 있으며 배전 시스템의 안정성 또는 신뢰성이 위협받는 경우에만 부하를 분산시킵니다.전력회사(전력 생산, 운송 및 공급사업)는 정당한 이유 없이 비즈니스 프로세스를 중단시키지 않습니다.로드 관리는 올바르게 수행되면 비침습적이며 소비자에게 아무런 부담이 되지 않습니다.부하를 오프 피크 시간으로 전환해야 합니다.

수요 응답은 스마트 그리드 제어 부하 제어 스위치와 같은 장치를 사용하는 전기 소비 장치의 손에 "켜짐 스위치"를 놓습니다.많은 주택용 소비자가 1년 내내 일정한 전기 요금을 지불하고 있지만, 실제로 공공요금은 수요, 배전망 및 회사의 발전 포트폴리오 구성에 따라 끊임없이 변동합니다.자유시장에서 에너지 도매가격은 하루 종일 천차만별이다.스마트 그리드에 의해 가능한 수요 대응 프로그램은 비용 우려에 따라 사용을 제한하도록 소비자에게 동기를 부여하려고 시도한다.낮 동안 비용이 상승함에 따라(시스템이 최대 용량에 도달하고 더 비싼 피크 발전소가 사용됨) 자유 시장 경제는 가격 상승을 허용해야 한다.그에 상응하는 상품 수요 감소는 가격 하락을 충족시켜야 한다.이 방법은 예측 가능한 부족에는 효과가 있지만 예상치 못한 기기 고장으로 인해 많은 위기가 몇 초 안에 발생합니다.정전사태를 피하기 위해서는 같은 시간 내에 이들 문제를 해결해야 합니다.수요 대응에 관심이 있는 많은 전력회사는 가격 업데이트가 소비자에게 [8]발표되기 전에 "온오프 스위치"를 작동할 수 있도록 부하 제어 기능에 관심을 표명했다.

부하 제어 기술의 적용은 무선 주파수와 전력선 통신 기반 시스템의 판매로 오늘날 계속 증가하고 있습니다.특정 유형의 스마트 미터 시스템은 부하 제어 시스템으로도 사용할 수 있습니다.충전 제어 시스템은 피크 시간대에 전기 자동차의 재충전을 방지할 수 있습니다.차량 간 시스템은 전기 자동차의 배터리에서 유틸리티로 전기를 반환하거나 차량 배터리의 재충전을 느린 [9]속도로 조절할 수 있습니다.

리플 제어

리플 제어는 부하 제어의 일반적인 형태로 미국, 호주, 체코, 뉴질랜드, 영국, 독일, 네덜란드, 남아프리카 등 세계 여러 나라에서 사용되고 있습니다.리플 제어에는 주 전원 신호의 표준 50~60Hz에 고주파 신호(보통 100~1600Hz[10])를 겹칩니다.비필수 주거용 또는 산업용 부하에 연결된 수신기 장치는 이 신호를 수신하면 신호가 비활성화되거나 다른 주파수 신호가 수신될 때까지 부하를 차단합니다.

리플 컨트롤의 초기 실시는 제2차 세계대전 중 배전 시스템을 통해 통신하는 시스템을 사용하여 세계 각지에서 이루어졌다.초기 시스템은 변압기를 통해 배전망에 연결된 회전 발전기를 사용했다.리플 제어 시스템은 일반적으로 2단계(또는 그 이상)의 요금 체계와 결합되어 있어 피크 시간(저녁)에는 전기가 더 비싸고 사용 빈도가 낮은 시간(아침 일찍)에는 더 저렴합니다.

영향을 받는 주거용 기기는 지역에 따라 다르지만 주거용 전기 온수기, 에어컨, 수영장 펌프 또는 농작물 세척 펌프가 포함될 수 있다.부하 제어를 갖춘 배전망에서는 이러한 장치에는 제어 대상 기기의 듀티 사이클을 제한하는 프로그램을 실행할 수 있는 통신 컨트롤러가 장착되어 있습니다.소비자는 보통 에너지 요금을 절감함으로써 부하 제어 프로그램에 참여함으로써 보상을 받습니다.유틸리티에 의한 적절한 부하 관리를 통해 부하를 분산하여 정전을 방지하고 비용을 절감할 수 있습니다.

온수기 또는 베이스보드 전기 히터와 같은 편의 장비를 켜는 신호를 기기가 수신하지 못할 수 있기 때문에 리플 제어가 인기가 없을 수 있습니다.최신 전자 수신기는 기존 전자 기계 시스템보다 더 신뢰할 수 있습니다.또한, 일부 현대 시스템은 쾌적 장치를 켜기 위해 전보를 반복한다.또, 많은 리플 제어 리시버에는, 컴포트 디바이스를 강제적으로 온으로 하는 스위치가 있습니다.

최신 리플 컨트롤은 30~180초 길이의 디지털 전보를 보낸다.원래 이것들은 전기 기계식 릴레이로 수신되었다.현재는 마이크로프로세서에 의해 수신되는 경우가 많습니다.많은 시스템이 쾌적 장치(예: 온수기)가 켜져 있는지 확인하기 위해 전보를 반복한다.방송 주파수는 사람의 청력 범위 내에 있기 때문에 와이어, 필라멘트 전구 또는 변압기를 청각적으로 [5]진동시키는 경우가 많습니다.

전보는 지역마다 다른 기준을 따릅니다.예를 들어 체코에서는 "ZPA II 32S", "ZPA II 64S" 및 "Versacom"을 사용하는 지역이 다릅니다.ZPA II 32S는 2.33초 ON, 2.99초 OFF, 32개의 1초 펄스(On 또는 Off)를 각 펄스 간에 "Off 시간"을 1초 간격으로 전송합니다.ZPA II 64S 에서는 오프 타임이 대폭 단축되어 64 펄스를 송신 또는 [5]건너뛸 수 있습니다.

인근 지역에서는 다른 주파수 또는 전보를 사용하여 원하는 지역에서만 전보가 작동하도록 합니다.로컬 그리드를 의도적으로 인터티에 접속하는 변압기에는 리플 제어 신호를 장거리 [5]전력선에 전달하기 위한 장치(브리징 캐패시터)가 없습니다.

전보의 각 데이터 펄스는 명령어 수를 두 배로 늘릴 수 있으므로 32개의 펄스가 2^32개의 개별 명령을 허용합니다.그러나 실제로는 특정 펄스가 특정 유형의 장치 또는 서비스에 연결되어 있습니다.어떤 전보들은 특이한 목적을 가지고 있다.예를 들어, 대부분의 리플 제어 시스템에는 연결된 장치에 시계를 설정하는 전보가 있습니다(예: 자정).[5]

Zellweger 오프피크는 리플 제어 시스템의 일반적인 브랜드 중 하나입니다.

주파수 기반 분산형 수요 제어

부하가 클수록 그리드의 동기화된 발전기의 로터가 물리적으로 느려집니다.따라서 그리드에 부하가 많이 걸리면 AC 주전원의 주파수가 약간 줄어듭니다.감소된 주파수는 전체 그리드에서 즉시 감지됩니다.저렴한 현지 전자제품은 주 주파수를 쉽고 정확하게 측정하고 양단 가능한 로드를 끌 수 있습니다.경우에 따라 이 기능은 거의 무료입니다. 예를 들어 제어 장비(예: 전력 미터 또는 에어컨 시스템의 온도 조절기)에 마이크로 컨트롤러가 이미 있는 경우입니다.대부분의 전자파워미터는 내부적으로 주파수를 측정하며 기기의 전원을 끌 때는 디맨드 컨트롤 릴레이만 필요합니다.다른 장비에서는 마이크로컨트롤러의 디지털 입력이 신뢰할 수 있는 빠른 디지털 에지를 감지할 수 있도록 주전원 사이클을 감지하는 저항분할기와 슈미트 트리거(소형 집적회로)만 필요한 경우가 많습니다.슈미트 트리거는 이미 많은 마이크로 컨트롤러에서 표준 장비입니다.

리플 컨트롤에 비해 가장 큰 장점은 고객 편의성입니다.리플 컨트롤 전보가 수신되지 않으면 온수기가 꺼진 상태로 유지되어 차가운 샤워가 발생할 수 있습니다.또는 에어컨이 꺼진 채로 유지되어 무더운 집을 만들 수도 있다.반대로 그리드가 복구되면 주파수는 자연스럽게 정상으로 상승하므로 주파수 제어 부하 제어는 자동으로 온수기, 에어컨 및 기타 쾌적기기를 활성화합니다.기기의 코스트를 삭감할 수 있기 때문에, 리플 제어 영역의 중복이나 미발송, 코드 착신, 송신기 전력등의 염려가 없습니다.

리플 제어에 비해 가장 큰 단점은 미세 제어가 덜하다는 것입니다.예를 들어 그리드 인증 기관에는 손실되는 부하를 선택할 수 있는 기능이 제한적입니다.통제된 전시 경제에서 이것은 상당한 불이익이 될 수 있다.

이 시스템은 21세기 초에 PNNL에서 발명되었으며 [11]그리드를 안정화시키는 것으로 나타났습니다.

스킴의 예

미국, 영국, 프랑스포함한 많은 국가에서 전력망은 부하 관리[12] 체계에서 민간 비상 디젤 발전기를 일상적으로 사용한다.

플로리다

세계에서[13] 가장 큰 주거용 부하 제어 시스템은 플로리다에 있으며 플로리다 파워라이트에 의해 관리되고 있습니다.800,000개의 LCT(부하 제어 트랜스폰더)를 사용하고 1,000MW의 전력을 제어합니다(비상시 2,000MW).FPL은 부하 관리 [14]프로그램 덕분에 수많은 새로운 발전소의 건설을 피할 수 있었다.

오스트레일리아 및 뉴질랜드

뉴질랜드 주택에 장착된 리플 컨트롤 수신기.좌측 회로 차단기는 저수 히터 공급(현재 켜짐)을 제어하고 우측 회로 차단기는 야간 매장 히터 공급(현재 꺼짐)을 제어합니다.

호주와 뉴질랜드는 1950년대부터 가정용 및 상업용 저수 난방기의 전원을 껐다 켤 수 있을 뿐만 아니라 야간 난방기와 가로등을 원격 제어할 수 있는 리플 제어 시스템을 갖추고 있다.각 로컬 디스트리뷰션 네트워크 내에 있는 리플 주입 장치는 고객 구내에 있는 리플 제어 리시버에 신호를 보냅니다.제어는 로컬 정전 또는 전송 시스템 운영자의 요구(전송 전력) 감소 요청에 따라 로컬 배전망 회사에 의해 수동으로 수행되거나 주입 장비가 49.2Hz 미만으로 주 주파수를 감지하면 자동으로 수행될 수 있습니다.리플 제어 리시버는 여러 리플 채널 중 하나에 할당되어 네트워크 회사가 네트워크의 일부에서만 공급을 끌 수 있도록 하며 일정 시간 후 온수기의 전원이 복구되었을 때 수요 급증의 영향을 줄이기 위해 단계적으로 공급을 복원할 수 있도록 한다.

지역에 따라 전기 소비자는 2개의 전기 계량기를 사용할 수 있습니다. 하나는 일반 공급용이고 다른 하나는 부하 관리 공급용입니다. 제어된 공급은 킬로와트시 당 낮은 요금으로 청구됩니다.부하 관리형 전원 공급 장치가 1미터밖에 없는 경우, 전력은 "복합" 요금으로 청구되며, 가격은 "언제"와 "제어" 사이입니다.

체코 공화국

체코는 1950년대부터 [5]리플 제어 시스템을 운용해 왔다.

프랑스.

프랑스는 EJP 관세를 부과하고 있어 특정 부하를 분리할 수 있고 소비자에게 특정 [15]부하를 분리하도록 권장하고 있습니다.이 요금은 신규 고객에게는 적용되지 않습니다(2009년 [16]7월 현재).Tempo 요금에는 다른 유형의 날짜도 포함되어 있지만, 신규 고객에 대해서도 중단되었습니다(2009년 [17]7월 현재).야간 할인된 가격은 월 요금이 [18]더 비싸면 이용하실 수시 할인된 요금입니다.

독일.

디스트리뷰션 시스템 운영자인 Westnetz와 gridX는 로드 관리 솔루션을 시범적으로 운영했습니다.이 솔루션을 통해 그리드 운영자는 로컬 에너지 관리 시스템과 통신하고 [19]그리드 상태에 대응하여 EV 충전에 사용할 수 있는 부하를 조정할 수 있습니다.

영국

2009년 영국의 Rltec은 가정용 냉장고가 동적 부하 응답 시스템을 장착하여 판매되고 있다고 보고했습니다.2011년에는 Sainsbury 슈퍼마켓 체인이 난방 및 환기 [20]장비에 동적 수요 기술을 사용할 것이라고 발표되었습니다.

영국에서는 야간 저장 히터가 종종 이코노미 7 또는 이코노미 10과 같은 시간 전환 오프 피크 공급 옵션과 함께 사용됩니다.또한 현장에 장착된 주파수 감지 릴레이에 의해 자동으로 트리거되는 회로 차단기를 사용하여 산업 부하를 분리할 수 있는 프로그램도 있습니다.이 프로그램은 디젤 [21]제너레이터를 사용하는 프로그램인 Standing Reserve와 함께 작동합니다.이것들은 BBC Radio 4 Longwave Radio 텔레스위치를 사용하여 원격으로 전환할 수도 있습니다.

SP 전송은 Dumfries 및 Galloway 영역에 Damfries 및 Galloway 영역에 내장형 발전의 실시간 모니터링과 연결 해제를 사용하여 전송 네트워크에서 과부하가 검출되었을 때 동적 부하 관리 방식을 도입했습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 민간에서 개발한 최대 부하 관리 시스템의 예
  2. ^ 미국 부서에너지, 전력공급 및 전력신뢰성 사무국
  3. ^ 2008년 10월 15일 Wayback Machine에서 아카이브된 현재 US DOE 프로젝트 분석
  4. ^ Ross, T. W.; Smith, R. M. A. (October 1948). "Centralized ripple control on high-voltage networks". Journal of the Institution of Electrical Engineers - Part II: Power Engineering. 95 (47): 470–480. doi:10.1049/ji-2.1948.0126. Retrieved 18 October 2019.
  5. ^ a b c d e f "Ripple control". EnergoConsult CB S.R.O. Retrieved 18 October 2019.
  6. ^ 미국 특허 제3842,208호(센서 감시장치)
  7. ^ 미국 특허 No. 4,241,237, 4,455,453 및 7,940,901(제품 및 서비스의 원격 관리) 및 캐나다 특허 No. 1,155,243(리모트 센서 감시, 측정 및 제어를 위한 장치 및 방법)
  8. ^ N. A. Sinitsyn. S. Kundu, S. Backhaus (2013). "Safe Protocols for Generating Power Pulses with Heterogeneous Populations of Thermostatically Controlled Loads". Energy Conversion and Management. 67: 297–308. arXiv:1211.0248. doi:10.1016/j.enconman.2012.11.021. S2CID 32067734.
  9. ^ Liasi, Sahand Ghaseminejad; Golkar, Masoud Aliakbar (2017). "Electric vehicles connection to microgrid effects on peak demand with and without demand response". 2017 Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE). pp. 1272–1277. doi:10.1109/IranianCEE.2017.7985237. ISBN 978-1-5090-5963-8. S2CID 22071272.
  10. ^ Jean Marie Polard. "The Remote Control Frequencies". Retrieved 21 June 2011.
  11. ^ Kalsi, K.; et al. "Loads as a Resource: Frequency Responsive Demand Control" (PDF). pnnl.gov. U.S. Government. Retrieved 16 February 2018.
  12. ^ Claverton Energy Experts 라이브러리 2010년 2월 17일 Wayback Machine에 보관
  13. ^ Michael Andreolas (February 2004). "Mega Load Management System Pays Dividends". Retrieved 21 June 2011.
  14. ^ "FPL Files Proposal to Enhance Energy Conservation Programs". May 2006. Archived from the original on 16 June 2011. Retrieved 21 June 2011.
  15. ^ 클라버튼 에너지 전문가
  16. ^ (프랑스어) EDF EPJ 2009년6월 24일 Wayback Machine에서 아카이브 완료
  17. ^ (프랑스어) 2009년 6월 24일 Wayback Machine에서 EDF Tempo 아카이브 완료
  18. ^ (프랑스어) EDF 가격표
  19. ^ https://www.gridx.ai/press-releases/following-a-successful-pilot-gridx-agrees-on-cooperation-with-westnetz. {{cite web}}:누락 또는 비어 있음 title=(도움말)
  20. ^ 뉴스/미디어/다운로드 다이내믹 디맨드, 스마트 그리드 솔루션, 에너지 밸런싱
  21. ^ 영국, 스코틀랜드, 웨일즈 및 오프쇼어를 위한 국가 전력 전송 시스템 운영자(NETSO)인 내셔널 그리드를 통한 백업 발전 및 부하 감소를 위한 상업적 기회.

외부 링크