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    一种高炉冶炼焦炭适应性测试分析方法

    KR2061063T
    发明人
    佘雪峰, 赵志坚
    受让人
    BEIJING UNIV OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
    申请人
    SEAMAN HARRY JOHN, HURRY EDWARD H
    申请号
    105263
    申请日
    2011-01-19
    公开(公告)号
    KR2061063T
    公开(公告)日
    2009-08-31
    IPC分类号
    B65D025/02B65D025/06B65D081/22G01N001/04
    CPC分类号
    -
    优先权号
    815582
    2830690
    优先权日
    1977-07-13
    1978-07-11
    摘要

    NOVELTY - The gas discharge tube (4) has an electrode (41) and an electrode sealing and forming discharge circuit connected with the inner cavity of insulation pipe portion (42). The inner cavity of the gas discharge tube sealing is provided with low temperature sealing binder (43). The discharge circuit generates inner cavity, when generating low temperature sealing binder in specific low temperature. The electrodes are provided on the axial holes connecting the inner end of the ventilating hole.

    USE - Gas discharge tube.

    ADVANTAGE - Good over-voltage and over- current protection is provided. The circuit is quickly cut off to protect the safety circuit.

    DESCRIPTION OF DRAWING(S) - The drawing shows a sectional view of a gas discharge tube.

    Gas discharge tube (4)

    Electrode (41)

    Insulation pipe portion (42)

    Temperature sealing binder (43)

    权利要求
    1 . A system for dynamic decision support, comprising: a system server having a Graphical User Interface (GUI) active to receive a query associated with a problem requiring decision support from a user; receiving at said server data from multiple external data sources; initializing a module in said server to normalize received data into a dictionary matrix table and storing said normalized data in a data store maintained within said system server; the user selecting fields and dictionaries to be annotated where a module is active within said system server to annotate all selected fields and dictionaries, create a data index, and store said selected fields and data index in a data store; initializing one or more text analysis tools within said server selected by a user to create one or more models for data extraction and text classification; in response to a server prompt to the user, the user inputs a query classification; performing data filtering within the system server through operation of one or more selected classification algorithms to create filtered information according to said query characterization; transmitting said filtered information to one or more Machine Learning (ML) algorithms to address the problem expressed in said user query; the one or more ML algorithms selected applying said one or more models to the filtered information to collect and isolate facts to assist a user with decision priorities for the problem expressed in said query.
    2 . The system of claim 1 , where data from multiple sources is data from web, text, data base, comma-separated-value (csv), or any other common formatted data source.
    3 . The system of claim 1 , further comprising a dictionary editor module active to receive user feedback associated with input data content.
    4 . The system of claim 1 , further comprising text analysis tools associated with word tokenization, word frequency analysis, stop word existence, common pronoun selection, common verb selection, and word length for selection by the user in performing text analysis on received data.
    5 . The system of claim 1 , further comprising instantiating one or more selected ML algorithms to create training data for use in characterizing received unknown data from one or more data sources.
    6 . The system of claim 5 , where the selected ML algorithms present selected text phrases to a user and receive user feedback regarding context and specificity of said selected text phrases to address the query.
    7 . The system of claim 6 , where the user feedback indicates a match, the selected text phrases are added to the training data set and stored to the data store maintained by said system server.
    8 . The system of claim 1 , further comprising utilizing training data sets maintained by the system server to process received data for proper data classification of said received data.
    9 . The system of claim 1 , further comprising transmitting from said ML algorithms to the user a query on how to handle data that is determined to be missing from a data set, receiving a response from the user, and normalizing and updating said data set based upon the response from said user.
    10 . The system of claim 1 , further comprising performing validation and tuning of each data set utilizing selected ML algorithms, receiving user feedback to adjust parameters of analysis, said ML algorithms adjusting parameters of analysis, and performing additional validation and tuning of each data set utilizing said user feedback.
    11 . A method for dynamic decision support, comprising: receiving a query associated with a problem requiring decision support from a user; receiving data from multiple external data sources; normalizing said received data into a dictionary matrix table and storing said normalized data in an electronic data store; the user selecting fields and dictionaries to be annotated; annotating all selected fields and dictionaries, creating a data index, and storing said selected fields and data index in said electronic data store; creating one or more models for data extraction and text classification utilizing one or more text analysis tools selected by a user; receiving a query classification from the user in response to a server prompt to the user; one or more selected classification algorithms performing data filtering to create filtered information according to said query characterization; transmitting said filtered information to one or more Machine Learning (ML) algorithms to address the problem expressed in said user query; the one or more ML algorithms selected applying said one or more models to the filtered information to collect and isolate facts to assist a user with decision priorities for the problem expressed in said query.
    12 . The method of claim 11 , where data from multiple sources is data from web, text, data base, comma-separated-value (csv), or any other common formatted data source.
    13 . The method of claim 11 , further comprising a dictionary editor receiving user feedback associated with input data content.
    14 . The method of claim 11 , further comprising text analysis tools associated with word tokenization, word frequency analysis, stop word existence, common pronoun selection, common verb selection, and word length for selection by the user in performing text analysis on received data.
    15 . The method of claim 11 , further comprising the one or more selected ML algorithms creating training data for use in characterizing received unknown data from one or more data sources.
    16 . The method of claim 15 , where the selected ML algorithms present selected text phrases to a user and receive user feedback regarding context and specificity of said selected text phrases to address the query.
    17 . The method of claim 16 , where the user feedback indicates a match, the selected text phrases are added to the training data set and stored to the data store.
    18 . The method of claim 11 , further comprising utilizing training data sets to process received data for proper data classification of said received data.
    19 . The method of claim 11 , further comprising transmitting from said ML algorithms to the user a query on how to handle data that is determined to be missing from a data set, receiving a response from the user, and normalizing and updating said data set based upon the response from said user.
    20 . The method of claim 11 , further comprising performing validation and tuning of each data set utilizing selected ML algorithms, receiving user feedback to adjust parameters of analysis, said ML algorithms adjusting parameters of analysis, and performing additional validation and tuning of each data set utilizing said user feedback.
    说明书
    [0001][0001] 본 발명은 해상풍력발전단지의 경제성과 환경성의 공헌도 평가 방법, 이에 적용되는 평가 장치 및 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력 발전기의 경제적인 가치를 산출하기 위한 경제성과 환경성의 공헌도 평가 방법, 이에 적용되는 공헌도 평가 장치 및 기록매체에 관한 것이다.
    [0002][0002] 최근 세계적으로 친환경에너지원의 개발, CO 2 배출의 감소의무 그리고 고유가시대와 맞물려, 풍력, 태양력, 연료전지 및 조력발전 등과 같은 신재생 에너지원이 크게 증대되고 있다.
    [0003][0003] 특히 재생에너지분야에서 풍력발전기는 최근에 기술의 발달로 발전단가가 하락하여 기존의 화석연료를 이용한 발전 방식과 경쟁이 가능한 수준까지 낮아졌다. 또한 좁은 면적 에서도 많은 양의 에너지 생산이 가능하여 타 대체에너지에 비해 상대적으로 높은 에너지밀도를 가진다. 이에 가장 널리 상용화되고 단위기기의 발전용량 및 해양풍력단지 조성 등 규모의 대형화가 빠르게 진행되고 있다. 하지만 풍속을 정확하게 예측하기란 거의 불가능하여 순간적인 전력생산량의 급변에 의한 계통전력 주파수 유지의 악영향적 요소와 매우 큰 불확실성에 기인하여 신뢰성 있는 발전계획을 세우기가 쉽지 않다.
    [0004][0004] 이에 따라, 전력계통의 신뢰성과 안전성을 위해 불확실성을 갖는 발전원의 실질적인 공급능력의 정량적 평가를 위한 국내외 연구가 끊임없이 이어져 오고 있다
    [0005][0005] 이와 같이, 풍력발전은 가장 급성장하고 있는 신재생 에너지원을 이용한 발전원 중 하나이지만 원자력, 석탄, 가스 에너지원을 이용한 기존의 발전기는 2개 상태로 운전모형이 모델링되는 반면, 풍력 발전기는 풍속의 다양한 변화에 따라 그 출력 또한 다양하게 변화하게 된다. 따라서, 풍력 발전기는 공급 에너지원인 바람의 속도의 크기가 시공간적으로 매우 크게 변화하므로, 발전기의 고장으로 인한 운전의 불확실성보다 에너지원의 공급에 의한 운전의 불확실성이 더 크게 된다.
    [0006][0006] 풍력 발전 사업자는 풍력발전기를 건설하기 전에 미리 건설하고자 하는 풍력 발전기가 경제적인 측면에서 어느 정도 가치가 있는지 예측이 가능하기를 원한다. 이에 따라, 풍력 발전기의 경제적 측면의 가치를 측정하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
    [0007][0007] 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 풍력 발전기가 포함된 전력계통의 총 발전비용 및 풍력 발전기가 포함되지 않은 전력계통의 총 발전비용에 기초하여, 적어도 하나의 풍력 발전기의 기여도를 산출하는 기여도 산출방법을 제공함에 있다.
    [0008][0008] 또한, 본 발명은 평균풍속의 변화에 따라 총 확률론적 발전비용, 평균 확률론적 발전비용 단가 및 CO2 배출량의 결과에 기반하여 경제성과 환경성의 기여도를 평가할 수 있는 해상풍력발전단지의 경제성과 환경성의 공헌도 평가 방법, 이에 적용되는 평가 장치 및 기록매체를 제공한다.
    [0009][0009] 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 풍력 발전기의 기여도 산출방법은, 적어도 하나의 풍력 발전기를 포함하는 전력 계통의 총 발전 비용을 산출하는 총 발전비용 산출단계; 및 상기 풍력 발전기가 포함된 전력계통의 총 발전비용 및 상기 풍력 발전기가 포함되지 않은 전력계통의 총 발전비용에 기초하여, 상기 적어도 하나의 풍력 발전기의 기여도를 산출하는 기여도 산출단계;를 포함한다.
    [0010][0010] 그리고, 상기 기여도는, 상기 풍력 발전기가 포함되지 않은 전력계통의 경우에 비하여, 상기 풍력 발전기가 포함된 전력계통의 총 발전비용이 절감된 정도일 수도 있다.
    [0011][0011] 또한, 상기 기여도 산출단계는, 하기 수학식과 같이 평균 풍속 변화에 따른 총 확률론적 발전 비용 단가로 산출되는 것을 특징으로 한다.
    [0012][0012] JPEG 112020008214821-pat00001.jpg 12 103
    [0013][0013] 또한, 상기 기여도 산출단계는, 하기 수학식과 같이 평균 풍속 변화에 따른 평균 확률론적 발전 비용 단가로 산출되는 것을 특징으로 한다.
    [0014][0014] JPEG 112020008214821-pat00002.jpg 11 103
    [0015][0015] 또한, 상기 기여도 산출단계는, 하기 수학식과 같이 평균 풍속 변화에 따른 CO 2 배출량의 변화로 산출되는 것을 특징으로 한다.
    [0016][0016] JPEG 112020008214821-pat00003.jpg 12 103
    [0017][0017] 총 발전비용 산출단계는, 상기 풍력 발전기가 설치될 지역의 풍속 정보를 입력받는 단계; 적어도 하나의 풍력 발전기의 출력특성정보를 입력받는 단계; 및 상기 풍속 정보와 상기 출력특성정보를 기초로, 상기 적어도 하나의 풍력 발전기 각각의 유효부하 지속곡선을 산출하는 단계;를 포함할 수도 있다.
    [0018][0018] 그리고, 상기 풍속 정보는, 풍속의 범위, 풍속의 평균값 및 풍속의 표준편차 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
    [0019][0019] 또한, 상기 출력특성정보는, 풍력 발전기의 용량, 출력 시작점 풍속(Cut-in speed), 정격 출력 풍속(rated speed) 및 출력 종단점 풍속(Cut-out speed) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다
    [0020][0020] 그리고, 상기 유효부하 지속곡선은, 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
    [0021][0021] JPEG 112020008214821-pat00004.jpg 25 122
    [0022][0022] 단, TIFF 112020008214821-pat00005.tif 6 7 : 상승적분을 의미하는 연산자
    [0023][0023] Φ 0 : 원래의 부하지속곡선(LDC)
    [0024][0024] Φ i-1 : 첫번째 발전기에서 i-1번째 발전기까지 고려한 유효부하지속곡선
    [0025][0025] f oi : i번째 풍력발전기의 사고용량확률분포함수
    [0026][0026] NS : 풍력발전기의 상태의 수
    [0027][0027] x : Φ의 랜덤 변수
    [0028][0028] q ij : i번째 풍력발전기의 j번째 상태의 고장률
    [0029][0029] C ij : i번째 풍력발전기의 j번째 상태의 사고용량[MW]
    [0030][0030] 그리고, 상기 총 발전비용 산출단계는, 상기 유효부하 지속곡선을 이용하여, 상기 전력계통에 포함된 발전기 중 어느 한 발전기에 대한 유효부하 확률분포함수를 산출하는 단계; 상기 유효부하 확률분포함수를 이용하여, 공급 지장 시간 기대치(LOLE : Loss of Load Expectation)을 산출하는 단계; 상기 유효부하 확률분포함수를 이용하여, 공급 지장 에너지 기대치(EENS : Expected Energy Not Served)를 산출하는 단계; 상기 공급 지장 에너지 기대치를 이용하여, 상기 전력계통에 포함된 발전기 중 i번째 발전기의 확률론적 발전력을 산출하는 단계; 상기 i번째 발전기의 확률론적 발전력 및 i-1번째 발전기의 공급 지장 시간 기대치를 매개변수로 하여 운영비 함수로부터 상기 i번째 풍력 발전기의 발전비용을 산출하는 단계; 및 상기 전력계통에 포함된 발전기 각각의 발전비용을 모두 합산하여 총 발전비용을 산출하는 단계;를 포함할 수도 있다.
    [0031][0031] 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른, 기여도 산출장치는 상술한 풍력 발전기의 기여도 산출방법을 이용하여, 풍력 발전기의 기여도를 산출할 수도 있다.
    [0032][0032] 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 상술한 풍력 발전기의 기여도 산출 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 수록되어 있다.
    [0033][0033] 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 풍력 발전기가 포함된 전력계통의 총 발전비용 및 풍력 발전기가 포함되지 않은 전력계통의 총 발전비용에 기초하여, 적어도 하나의 풍력 발전기의 기여도를 산출하는 기여도 산출방법을 제공할 수 있게 되어, 풍력 발전기의 경제적 측면의 가치를 측정할 수 있게 된다. 이에 따라, 풍력 발전 사업자는 풍력발전기를 건설하기 전에 미리 건설하고자 하는 풍력 발전기가 경제적인 측면에서 어느 정도 가치가 있는지 예측할 수 있게 된다.
    [0034][0034] 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 신재생발전원인 풍력발전기를 투입 시 공급 불확실성을 고려한 확률론적인 공급 신뢰도 측면에서 계통의 경제성 및 환경성을 위한 온라인 실시간 클라우딩형 시스템 구축이 가능해질 수 있으며, 이를 활용할 경우 신재생에너지가 계통에 투입될 때 풍속에 따른 경제성 및 환경성 공헌도를 평가할 수 있다.
    [0035][0035] 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 풍력발전기가 포함된 전력계통(electric power system)(100)을 개념적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 풍력발전기의 기여도 산출방법에 관하여 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 출력특성 곡선을 도시한 도면이다. 도 4는 풍력 발전기의 가용용량 확률분포 함수를 얻기 위한 풍속 모형과 출력특성곡선과의 결합모습을 도시한 도면이다. 도 5는 신뢰도 지수와 유효부하지속곡선을 나타낸 그래프를 도시한 도면이다. 도 6은 확률론적 시뮬레이션 프로그램의 샘플 입력 데이터를 나타낸다. 도 7은 상기 도 6의 입력 데이터의 모의 결과를 나타낸다. 도 8은 본 발명을 적용하여 실험된 모델계통도를 나타낸다. 도 9a 내지 도 9c는 세 개의 풍력단지별 등가발전기의 사고용량확률분포함수(foWTG)를 도시한 그래프이다.
    [0036][0036] 이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 실시 예에 기초하여 설명한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
    [0037][0037] 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있는 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백히 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
    [0038][0038] 본 발명은 확률론적 시뮬레이션 시스템을 이용하여 해상풍력 발전단지(1기당 3[MW], 총 10기)가 설치된 후 첨두부하를 고정시키고, 평균풍속 변화에 따라 계통모델에 대한 경제성 및 환경성 공헌도를 분석하였다. 본 발명의 실시예에 따라, 평균풍속의 변화에 따라 총 확률론적 발전비용, 평균 확률론적 발전비용 단가 및 CO 2 배출량의 결과를 나타내었으며 경제성과 환경성의 공헌도를 평가할 수 있는 방안으로 기여도 함수를 새롭게 제안하였다. 이하 설명에서는 상기 경제성과 환경성의 공헌도(contrubution)를 정량화된 값인 기여도(credit)로 설명하기로 한다.
    [0039][0039] 이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
    [0040][0040] 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 풍력발전기가 포함된 전력계통(electric power system)(100)을 개념적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전력계통(100)은 풍력발전기(110) 및 이외의 발전기(150)를 포함한다. 여기에서 이외의 발전기(150)는 화력 발전기, 원자력 발전기 등이 될 수 있다.
    [0041][0041] 풍력발전기(110)는 공급 에너지원인 바람의 속도의 크기가 시공간적으로 매우 크게 변화한다. 따라서, 풍력발전기(110)의 고장에 의한 것보다 에너지원의 공급에 의한 운전의 불확실성이 상대적으로 크다. 따라서 풍력 발전기(110)는 다개상태(multi state)로 운전모형이 모델링되며, 그 모의방법이 통상 2개상태모형을 이용하는 이외의 발전기(150)와 상이하다.
    [0042][0042] 이하에서는, 도 2를 참고하여, 풍력 발전기(110)가 전력계통(100)에 투입될 경우의 기여도의 산출방법에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 풍력발전기의 경제성과 환경성의 기여도 산출방법에 관하여 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
    [0043][0043] 여기에서, 기여도는 풍력 발전기가 포함되지 않은 전력계통의 경우에 비하여, 풍력 발전기가 포함된 전력 계통의 총 발전비용이 절감된 정도를 나타내는 값이다. 예컨대, 기여도는 확률론적인 발전비용의 절감정도를 알 수 있는 경제적 기여도 혹은 가치성(credit)을 정량적으로 나타낸다.
    [0044][0044] 일단, 풍력 발전기의 기여도 산출장치는 풍력 발전기가 설치될 지역의 풍속 정보를 입력받는다(S210) 그리고, 기여도 산출장치는 전력계통(100)에 포함된 적어도 하나의 풍력 발전기의 출력특성정보를 입력받는다(S220)
    [0045][0045] 여기에서, 풍속 정보는 풍속의 범위, 풍속의 평균값 및 풍속의 표준편차 중 적어도 하나를 포함한다. 예를 들어, 풍속 정보에서 풍속의 범위는 0~35 [m/s], 평균 풍속은 10 [m/s], 풍속의 표준편차는 8 [m/s]가 될 수 있다.
    [0046][0046] 그리고, 풍력 발전기의 출력특성정보는 풍력 발전기의 용량(capacity), 출력 시작점 풍속(Cut-in speed), 정격 출력 풍속(rated speed) 및 출력 종단점 풍속(Cut-out speed) 중 적어도 하나를 포함한다. 예를 들어, 풍력 발전기의 출력특성정보 중 풍력 발전기의 용량은 10 MW, 출력 시작점 풍속은 5 m/s, 정격 출력 풍속은 14 m/s, 출력 종단점 풍속은 25 m/s가 될 수 있다.
    [0047][0047] 이와 같은 정보가 입력되면, 기여도 산출장치는 풍속 정보와 출력특성정보를 기초로 적어도 하나의 풍력 발전기 각각의 유효부하 지속곡선을 산출한다(S230)
    [0048][0048] 본 실시예에서는 풍력이라는 자원공급의 불확실성이 매우 큰 풍력발전기를 고려한 확률론적인 발전비용의 산정 방법론이 적용된다. 또한 확률론적인 발전비용은 공급지장 에너지기대치(EENS; Expected Energy Not Served)라는 신뢰도 평가기법을 필요로 한다. 확률론적 신뢰도 평가를 위한 기법은 몬테카를로 모의(Monte Carlo simulation)방법과 해석적 상태누적(Analytical enumeration)방법이 있다. 본 실시예에서는, 상대적으로 결과의 신빙성을 보다 용이하게 검증할 수 있는 해석적 상태누적의 방법을 토대로 한 유효부하 지속곡선을 이용하는 방법을 적용한다. 확률적인 신뢰도 지수는 확률론적인 불확실성을 갖는 발전원의 공급능력을 분석하기 위하여 널리 사용되고 있다.
    [0049][0049] 상기 확률적인 신뢰도 지수는 유효부하 지속곡선(ELDC: Effective Load Duration Curve)을 이용하여 계산할 수 있다. 따라서, 상승 적분식을 이용하여 다개상태를 갖는 i번째 풍력발전기의 사고용량확률분포함수를 고려한 유효부하 지속곡선(ELDC: Effective Load Duration Curve)인 Φ i 를 구하는 점화식은 하기 <수학식 1>과 같다.
    [0050][0050] JPEG 112020008214821-pat00006.jpg 25 122
    [0051][0051] 단, TIFF 112020008214821-pat00007.tif 6 7 : 상승적분을 의미하는 연산자
    [0052][0052] Φ 0 : 원래의 부하지속곡선(LDC)
    [0053][0053] Φ i-1 : 첫번째 발전기에서 i-1번째 발전기까지 고려한 유효부하지속곡선
    [0054][0054] f oi : i번째 풍력발전기의 사고용량확률분포함수
    [0055][0055] NS : 풍력발전기의 상태의 수
    [0056][0056] x : Φ의 랜덤 변수
    [0057][0057] q ij : i번째 풍력발전기의 j번째 상태의 고장률
    [0058][0058] C ij : i번째 풍력발전기의 j번째 상태의 사고용량[MW]
    [0059][0060] 여기에서, i번째 풍력발전기의 j번째 상태의 고장률(q ij )은 정규분포를 이용하여 산출될 수 있다. 구체적으로, 고장률(q ij )은 1에서 입력된 풍속정보에 포함된 풍속의 범위, 풍속의 평균값 및 풍속의 표준편차가 적용된 정규분포에 대한 확률분포함수를 뺌으로써 산출할 수 있다. 입력된 풍속정보가 적용된 정규분포는 풍력발전기가 작동될 확률에 해당되므로, 1에서 정규분포에 대한 확률분포함수를 빼면 작동되지 않을 확률, 즉 고장률이 산출되기 때문이다.
    [0060][0061] 또한, 사고용량 확률분포함수(f oi )는 다음과 같은 과정을 통해 산출해낼 수 있다. 풍력 발전기의 이론적인 출력은 하기 <수학식 2>와 같다.
    [0061][0062] JPEG 112020008214821-pat00008.jpg 16 50
    [0062][0063] 단, P = 출력 [kW]
    [0063][0064] C p = 출력계수
    [0064][0065] ρ = 공기밀도(1225 kg/m 3 )
    [0065][0066] V = 풍속 (m/sec)
    [0066][0067] A = 날개의 회전면적 (m 2 )
    [0067][0069] 이와 같이, 풍력 발전기의 이론 출력식에서 보는 것처럼 풍력발전기의 출력은 풍속에 크게 의존한다. 또한, 풍력 발전기의 출력특성곡선은 하기 <수학식 3>에 의해 정식화된다.
    [0068][0070] JPEG 112020008214821-pat00009.jpg 36 139
    [0069][0071] V ci : 출력시작점 풍속(the cut-in speed) [m/sec]
    [0070][0072] V R : 정격출력풍속 (the rated speed) [m/sec]
    [0071][0073] V co : 출력 종단점 풍속(the cut-out speed) [m/sec]
    [0072][0074] P R : 정격출력 [kW]
    [0073][0075] P SWbi : i번째 풍속 밴드의 대표 SWbi에 해당하는 풍력발전기의 출력 [kW]
    [0074][0076] N b : 풍속밴드의 총 개수
    [0075][0078] 그리고, 상기 <수학식 3>에 의한 풍력발전기의 출력특성곡선은 도 3의 그래프와 같다. 즉, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 출력특성 곡선을 도시한 도면이다.
    [0076][0079] 상기 <수학식 3>에서 출력시작점 풍속과 정격출력풍속 사이에서의 곡선의 계수인 A,B,C는 하기 <수학식 4>에 의해 계산된다.
    [0077][0080] JPEG 112020008214821-pat00010.jpg 90 144
    [0078][0081] 상기와 같은 계수의 값을 이용하여 풍력발전기의 사고용량 확률분포함수를 산출할 수 있게 된다. 여기에서, 풍력발전기 자체는 고장이 없다고 가정하고(즉, aleatory uncertainty는 없다고 가정), 풍력에너지원의 공급의 불확실성(즉, epistemic uncertainty)을 고려한 풍력모델과 풍력 발전기의 출력특성모델을 결합하여 얻어진 다개상태로 된 풍력발전기의 사고용량 확률분포함수를 구하게 된다.
    [0079][0082] 도 4는 풍력 발전기의 가용용량 확률분포 함수를 얻기 위한 풍속 모형과 출력특성곡선과의 결합모습을 도시한 도면이다. 도 4에 의하면, 통상 정규 확률분포 함수에 가까운 와이블 분포를 갖는 풍속 확률밀도함수와 풍력발전기의 출력특성곡선을 결합하여 풍력발전기의 다개상태로된 가용용량 확률분포함수(Available capacity probability distribution function)을 얻는 모습을 나타내고 있다. 여기에서, (P SWbi , P BSWbi )는 i번째 풍속밴드의 풍속이 SW bi 일 때의 풍력 발전기의 출력 및 풍속을 의미한다. 따라서, 이를 역으로 이용하면, 풍력발전기의 사고용량 확률분포함수(f oi )를 산출할 수 있게 된다.
    [0080][0083] 그 후에, 기여도 산출장치는 풍력발전기의 사고용량 확률분포함수를 이용하여 유효부하 확률분포함수를 산출하게 된다(S240) 구체적으로 기여도 산출장치는 우선순위에 의해 전력계통에 포함된 첫 번째 발전기부터 NG번째 발전기까지 상승 적분하여 유효부하 확률분포함수인 Φ NG (x)를 산출하게 된다.
    [0081][0084] 그리고, 기여도 산출장치는 유효부하 확률분포함수를 이용하여 공급 지장 시간 기대치(LOLE: Loss of Load Expectation)를 산출한다(S250) 여기에서, 공급 지장 시간 기대치는 하기 <수학식 5>에 의해 산출된다.
    [0082][0085] JPEG 112020008214821-pat00011.jpg 9 110
    [0083][0086] 또한, 기여도 산출장치는 유효부하 확률분포함수를 이용하여 공급 지장 에너지 기대치(EENS: Expected Energy Not Served)를 산출한다(S260) 여기에서, 공급 지장 에너지 기대치는 하기 <수학식 6>에 의해 산출된다.
    [0084][0087] JPEG 112020008214821-pat00012.jpg 15 109
    [0085][0088] 상기 <수학식 5> 및 <수학식 6>에서 사용된 변수는 다음과 같다.
    [0086][0089] Φ NG : 최종 유효부하지속 곡선
    [0087][0090] L p : 최대부하[MW]
    [0088][0091] IC i : 총 설비용량 (=ΣC i ) [MW]
    [0089][0092] C i : i번째 발전기의 용량 [MW]
    [0090][0093] ED : 총 부하 에너지 [MWh]
    [0091][0094] NG : 전체 발전기 수
    [0092][0096] 상술한 바와 같이, 상기 수식들에 의해, 신뢰도지수인 공급지장시간기대치(LOLE: Loss of Load Expectation) 및 공급지장 에너지기대치(EENS: Expected Energy Not Served)를 각각 구할 수 있다. 이와 같이 산출된 공급지장시간 기대치 및 공급지장 에너지 기대치를 나타낸 그래프는 도 5에 도시되어 있다. 도 5는 신뢰도 지수와 유효부하지속곡선을 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
    [0093][0097] 그 후에, 기여도 산출장치는 공급 지장 에너지 기대치를 이용하여, 전력 계통에 포함된 발전기 중 i번째 발전기의 확률론적 발전력을 산출한다(S270) i번째 발전기의 확률론적 발전력 ΔEi는 i번째 발전기까지 고려한 전후의 공급지장 에너지 기대치(EENS)의 차이와 같다. 따라서, i번째 발전기의 확률론적 발전력 ΔE i 는 하기 <수학식 7>에 의해 산출될 수 있다.
    [0094][0098] JPEG 112020008214821-pat00013.jpg 11 112
    [0095][0099] 그리고, 기여도 산출장치는 i번째 발전기의 확률론적 발전력 및 i-1번째 발전기의 공급 지장 시간 기대치를 매개변수로 하여 운영비 함수로부터 i번째 풍력 발전기의 발전비용을 산출한다. 즉, 하기 <수학식 8>에 의해 i번째 풍력 발전기까지 투입된 확률론적 발전비용(PC, production const) PC i 가 산출된다.
    [0096][0100] JPEG 112020008214821-pat00014.jpg 9 104
    [0097][0101] 여기에서, F i [won/h]는 i번째 발전기의 운영비 함수이다. 운영비 함수는 발전기에 따라 다양한 함수가 될 수 있으며, 일 예로, 하기 <수학식 9>의 수식이 적용될 수 있다.
    [0098][0102] JPEG 112020008214821-pat00015.jpg 15 138
    [0099][0103] 상기 <수학식 9>는 발전기 입출력특성곡선식 H i = αP i 2 + βP i + γ의 기울기에 연료비를 곱한 증분 가격계수 λ a 및 열소비 상수에 연료비를 곱한 λ b 를 이용한 운영비 함수를 적용한 것이다.
    [0100][0104] 그 후에, 기여도 산출장치는 전력계통에 포함된 발전기 각각의 발전비용을 모두 합산하여 총 발전비용을 산출한다(S290) 즉, 풍력 발전기를 고려한 전력계통의 총 확률론적 발전 비용(TPC, total production cost)는 하기 <수학식 10>에 의해 산출된다.
    [0101][0105] JPEG 112020008214821-pat00016.jpg 19 116
    [0102][0106] 또한, i 발전기의 CO 2 배출량 및 총 CO 2 배출량은 하기 <수학식 11> 및 <수학식 12>에 의해 산출된다.
    [0103][0107] JPEG 112020008214821-pat00017.jpg 15 105
    [0104][0108] JPEG 112020008214821-pat00018.jpg 15 105
    [0105][0109] 상기 <수학식 11>에서 JPEG 112020008214821-pat00019.jpg 7 6 는 #i의 CO 2 배출 계수이다.
    [0106][0110] 본 발명의 실시예에 따라, 기여도 산출장치는 산출된 총 발전 비용을 이용하여 기여도를 산출한다(S295). 예컨대, 풍력 발전기가 포함된 전력계통의 총 발전비용 및 상기 풍력 발전기가 포함되지 않은 전력계통의 총 발전비용에 기초하여, 상기 적어도 하나의 풍력 발전기의 기여도를 산출한다. 상기 기여도는 풍력 발전기가 포함되지 않은 전력계통의 경우에 비하여, 상기 풍력 발전기가 포함된 전력계통의 총 발전비용이 절감된 정도를 나타내게 된다.
    [0107][0111] 구체적으로, 본 발명의 실시예에서는 경제성과 환경성의 기여도를 평가할 수 있는 방안으로 기여도 함수를 하기 <수학식 13>, <수학식 14>, <수학식 15>와 같이 정의한다.
    [0108][0112] JPEG 112020008214821-pat00020.jpg 12 103
    [0109][0113] JPEG 112020008214821-pat00021.jpg 11 103
    [0110][0114] JPEG 112020008214821-pat00022.jpg 12 103
    [0111][0115] 상기 <수학식 13>은 평균 풍속 변화에 따른 총 확률론적 발전 비용을 나타내며, 상기 <수학식 14>는 평균 풍속 변화에 따른 평균 확률론적 발전 비용 단가를 나타내며, 상기 <수학식 15>는 평균 풍속 변화에 따른 CO 2 배출량의 변화 결과를 나타낸다. 상기 <수학식 14>에서 APC는 평균 확률론적 발전비용(average production cost unit)을 의미한다.
    [0112][0116] 이와 같은 방법을 통해, 풍력 발전기의 기여도 산출장치는 전력계통에서 풍력 발전기의 기여도를 산출할 수 있게 된다. 즉, 풍력 발전기가 포함됨으로써 어느 정도의 경제성과 환경성이 공헌되는지 예측할 수 있게 되므로, 풍력 발전기 사업자는 풍력 발전기의 가치를 예측할 수 있게 된다.
    [0113][0118] 이하에서는, 상술한 방법을 제주도 전력 계통과 유사한 전력 계통에 적용한 실시예를 설명한다.
    [0114][0119] 본 발명에서는 행원풍력발전단지(HWN), 성산풍력발전단지(SSN), 한림풍력발전단지(HLM), 탐라풍력발전단지(TAML)의 모델계통을 대상으로 사례연구를 하였다.
    [0115][0120] 본 발명의 실험에서는 확률론적 시뮬레이션 프로그램을 이용하였다. 앞서 모델계통의 발전기 특성 데이터를 가져온 후 도 6에 도시된 바와 같이 모델계통에 데이터를 입력하였으며, 주요 입력 데이터로서 발전정격용량 및 사고확률, 풍력 발전기 특성, 풍속, 연료비 계수, 연료비 함수, 부하자료를 포함할 수 있다.
    [0116][0121] 모델 계통의 데이터를 입력 후 시스템을 실행하여 도 7과 같은 결과를 얻었다. 도 7에 도시된 바와 같이 본 실험의 결과에서 LOLE는 0.02[hours/year]로 얻어진다.
    [0117][0122] 본 발명의 실험에서는 제주도 전력계통 규모의 샘플계통을 대상으로 모의를 평가하여 임의의 조건하에서 평균 풍속에서의 용량을 결정하였다. 도 8과 같이 행원풍력발전단지(HWN), 성산풍력발전단지(SSN), 한림풍력발전단지(HLM)가 있는 제주도 전력계통과 유사한 모델계통과, 탐라풍력발전단지(TAML)를 추가한 모델계통을 대상으로 연구를 하였다.
    [0118][0123] 하기 <표 1>은 본 실시예의 전력 계통의 입력 자료로서 발전기 특성 데이터를 나타낸다.
    [0119][0124] JPEG 112020008214821-pat00023.jpg 88 166
    [0120][0125] 표 1에서 알 수 있듯이, 본 실시예의 전력 계통에서는 풍력단지가 네 군데(1, 2, 3, 4번) 있다고 가정하고 이들 각각의 풍력단지에 속하는 풍력발전기들은 하나의 등가발전기로 등가화하였다. 이들을 표 1에서 WTG(Wind Turbine Generator)로 나타내었다. 그리고 HVDC는 3개 상태를 갖는 하나의 등가발전기로 가정하였다.
    [0121][0126] 하기 <표 2>는 본 실험의 모델 계통의 풍력 발전 단지 특성 데이터이다.
    [0122][0127] JPEG 112020008214821-pat00024.jpg 29 159
    [0123][0128] 평균풍속의 변화에 따른 총 확률론적 발전비용, 평균확률론적 발전비용 단가 및 CO 2 배출량의 결과는 하기 <표 3>과 같다.
    [0124][0129] JPEG 112020008214821-pat00025.jpg 86 159
    [0125][0130] 도 9a, 9b, 9c는 상기 <표 3>을 도시한 그래프이다. 상기 도 9a, 도 9b, 도 9c를 참조하면, 평균풍속이 1[m/s] 증가할 때 계산하면 총 확률론적 발전비용(ΔCost A )은 전술한 <수학식 13>에 따라 2.5[GWonㆍs/Yearㆍm]로 연간 약 25억 원이 감소하였고, 평균 확률론적 발전비용 단가(ΔCost B )는 전술한 <수학식 14>에 따라 평균적으로 0.475[Wonㆍs/kWhㆍm]로 감소였으며, CO 2 배출량(Δ(CO 2 ) A )은 전술한 <수학식 15>에 따라 15.108[kTonㆍs/Yearㆍm]로 연간 15,108[Ton]이 감소함을 알 수 있다. 이는 탐라해상풍력발전단지의 경제성 및 환경성의 기여도를 의미한다.
    [0126][0131] 즉, 이와 같이, 풍력 발전기의 기여도를 산출할 수 있게 되어 풍력 발전기 사업자는 보다 쉽게 풍력 발전기의 가치를 예측하고, 해상 풍력 발전 단지의 경제성과 환경성의 공헌도를 분석할 수 있게 된다.
    [0127][0132] 한편, 본 실시예에 따른, 풍력 발전기의 기여도 산출장치는 상술한 풍력 발전기의 기여도 산출방법을 이용하여 기여도를 산출할 수 있다.
    [0128][0133] 한편, 본 실시예에 따른 풍력 발전기의 기여도 산출방법을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
    [0129][0134] 또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
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