세계적으로 환경 문제에 관한 관심이 증가하면서, 환경친화적인 재생 에너지인 태양광 설비 보급 비중은 늘어날 예정이다. 동시에 태양광 발전의 변동성을 해결하기 위해, 태양광 에너지 발전을 줄이는 출력 제한 운영이 증가할 것이다. 그러나 출력 제한 운영은 기존 발전기들의 발전 효율을 감소시킨다. 또한, 재생 에너지 투자자의 투자 수익을 감소시키기 때문에, 계통운영자 입장에서 새로운 계통 운영 기기와 대책이 필요하다.
본 논문에서는 출력제한과 계통 유입 전력량을 최소화하기 위한 에너지 라우터를 정의하고, 계통운영자의 최적 운영 방안을 제안하였다. 에너지 라우터는 ESS와 BTB컨버터로 구성되며 계통 연계지점에 연결된다. 계통 분기 간의 유효전력을 융통하고 무효전력 제어를 통해 전압 유연성을 제공하고, 전력 우회 송전을 통해 송전 손실과 송전 용량 문제를 해결한다. 결과, 재생에너지 변동성에 대한 계통 전압, 주파수 문제와 전력 수급 균형을 해결한다.
에너지 라우터의 최적운영 방안은 혼합 정수 선형계획법(MILP) 기반으로 설계된다. 유연성의 핵심요소인 ESS를 설계하기 위해, 유효전력만을 고려한 충방전 제약을 설계한다. 그리고 핵심자원인 BTB컨버터의 입출력량을 유효 무효전력 선형화 수식을 통해 고려한다. 에너지 라우터의 설치 위치를 고려하여, 예비 선로와 모선을 추가하여 계통이 모델링 된다. 이를 통해 계통 운영자는 출력제한을 최소화하고 계통 유입 전력량을 줄여, 효율적이고 안정적인 계통 운영이 가능하다.
본 논문에서 제안한 알고리즘의 성능을 평가하기 위해 Matlab/R2021b 환경에서 시뮬레이션을 수행하였다. 전력 운영 방법인 ANM 기술(Static Var Compensator, Reconfiguration), ESS와 결과 비교를 통해 제안한 운영 방안이 전압 안정과 전력 수급 균형에 매우 효과적이며, 출력 제한을 최소화하면서도 계통 유입 전력량을 줄여서 효율적인 계통 운영이 가능함을 확인하였다.