JP2016171738A

JP2016171738A - 電力管理システム

Info

Publication number: JP2016171738A
Application number: JP2016025686A
Authority: JP
Inventors: チェソンシム; Jae Seong Shim
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2016-09-23
Anticipated expiration: 2036-02-15
Also published as: US10110004B2; JP6196339B2; CN105978019B; KR101750150B1; US20160268804A1; KR20160109411A; CN105978019A

Abstract

【課題】バッテリの放電／充電によるスケジュール上の運用を可能にするシステムを提供する。
【解決手段】電力管理システムはバッテリの充電状態であるＳＯＣ情報を獲得するバッテリエネルギー貯蔵システム及びバッテリエネルギー貯蔵システムの充電または放電を制御する充電制御部を含む。充電制御部は獲得したＳＯＣ情報に基づいて目標ＳＯＣと測定ＳＯＣを比較し、比較結果目標ＳＯＣと測定ＳＯＣが異なる場合、目標ＳＯＣに符合するようにバッテリの充電電力値またはバッテリの放電電力値を調節する。充電制御部はバッテリの充電中に目標ＳＯＣより測定ＳＯＣが小さければバッテリの充電電力値を上昇し、バッテリの放電中に目標ＳＯＣより測定ＳＯＣが小さければバッテリの放電電力値を減少する。
【選択図】図１

Description

本発明は電力管理システムに関するものであり、バッテリの充電状態に応じてバッテリの出力を調節する電力管理システムに関するものである。

環境破壊、資源枯渇などのような問題が提起されるにつれ、電力を貯蔵し、貯蔵した電力を効率に活用するシステムへの関心が高まっている。

そして、太陽光発電などの新再生エネルギーの活用への関心が増大しており、このようなシステムは太陽光、風力、潮力など無限に供給される天然資源を利用するため、発電過程で公害を誘発しないためその活用法案への研究が活発に行われている。

しかし、風力発電や太陽光発電などの新再生エネルギーの電源は本質的にその発電の根本が自然環境に依存しているため発電量が間欠的な特性を有する。このような間欠性は発電出力の急激な変動をもたらし、その結果、電力の品質が落ちる結果を引き起こす。

そして、発電システムの不均一な発電は商用電源の不安定を引き起こす問題がある。

このような問題を解決するためにバッテリを利用した制御が行われているが、バッテリの特性のためバッテリのＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）が減少し、ＳＯＣの減少はバッテリを利用したエネルギーシフト（新再生エネルギー源を利用した電力取引）動作を難しくする恐れがある。

また、バッテリは予め作成されたスケジュールによって動作するが、多様な複合的な原因によってスケジュールによるバッテリのＳＯＣが実際と異なる場合が発生し、これはバッテリの正確な運用に影響を及ぼす。

本発明はバッテリの充電状態（ＳＯＣ）に基づいてバッテリの出力を調節するようにすることで、究極的にバッテリの放電／充電によるスケジュール上の運用を可能にするシステムを提案する。

特に、本発明は過去のデータに基づいて現在のバッテリ充電状態に応じてバッテリの出力を調節するのか否かと、調節する場合には調節された出力量を電気料金がより少なく課されるようにガイドするシステムを提案する。

本発明の一実施例によると、電力管理システムはバッテリの充電状態であるＳＯＣ情報を獲得するバッテリエネルギー貯蔵システム及びバッテリエネルギー貯蔵システムの充電または放電を制御する充電制御部を含む。充電制御部は獲得したＳＯＣ情報に基づいて目標ＳＯＣと測定ＳＯＣを比較し、比較結果目標ＳＯＣと測定ＳＯＣが異なる場合、目標ＳＯＣに符合するようにバッテリの充電電力値またはバッテリの放電電力値を調節する。充電制御部はバッテリの充電中に目標ＳＯＣより測定ＳＯＣが小さければバッテリの充電電力値を上昇し、バッテリの放電中に目標ＳＯＣより測定ＳＯＣが小さければバッテリの放電電力値を減少する。

提案するような実施例のバッテリ管理によってスケジュールに応じてバッテリの充電または放電が行われる場合、バッテリの測定ＳＯＣ値が設定値と異なれば、バッテリを充電するための充電電力値とバッテリを放電するための放電電力値の大きさを制御することでスケジュールの時間に対応するようにバッテリを運用可能な長所がある。

本実施例の電力管理システムの構成を示す図である。本発明の実施例による電力市場構造を概略的に説明するための図である。時間によるＳＯＣ管理スケジュールと実際のＳＯＣに差が生じる場合の例を示すグラフである。図３に示したＳＯＣ管理スケジュールによるバッテリの放電と充電制御を説明するためのグラフである。

以下、本発明の実施例について添付した図面と共に詳細に説明する。

図１は、本実施例による電力管理システムの構成を示す図である。

本発明の一実施例による電力管理システム１００は、発電装置１０１、直流／交流コンバータ１０３、交流フィルタ１０５、交流／交流コンバータ１０７、系統１０９、充電制御部１１１、バッテリエネルギー貯蔵システム１１３、システム制御部１１５、負荷１１７及び直流／直流コンバータ１２１を含む。

発電装置１０１は電気エネルギーを生産する。発電装置１０１が太陽電池アレイであれば、発電装置１０１は太陽電池アレイである。太陽電池アレイ１０１は複数の太陽電池モジュールを物理的に締結し電気的に連結して構成される。太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを直列または並列に連結して太陽エネルギーを電気エネルギーに変換し、所定の電圧及び／または電流を発生する装置である。よって、太陽電池アレイは太陽エネルギーを集光し、集光した太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する。また、発電装置１０１が風力発電システムであれば、発電装置１０１は風力エネルギーを電気エネルギーに変換するファンを少なくとも含む。但し、上述したように電力管理システム１００は発電装置１０１なしにバッテリエネルギー貯蔵システム１１３のみを介して電力を供給してもよい。この場合、電力管理システム１００は発電装置１０１を含まなくてもよい。

直流／交流コンバータ１０３は、直流電力を交流電力にインバーティングする。発電装置１０１が供給した直流電力またはバッテリエネルギー貯蔵システム１１３が放電した直流電力受けて直流電力を交流電力にコンバーティングする。

交流フィルタ１０５は、交流電力にコンバーティングされた電力のノイズをフィルタリングする。具体的な実施例において、交流フィルタ１０５は省略されてもよい。

交流／交流コンバータ１０７は、交流電力を系統１０９または少なくとも一つの負荷１１７に供給するようにノイズがフィルタリングされた交流電力の電圧の大きさをコンバーティングし、コンバーティングされた電力を系統１０９または独立した負荷１１７に供給する。具体的な実施例において、交流／交流コンバータ１０７は省略されてもよい。

系統１０９とは、多数の発電所、多数の変電所、多数の送配電線及び多数の負荷が一体となって電力の発生及び利用が行われるシステムである。

負荷１１７は発電装置１０１から電気エネルギーを供給され、電気エネルギーによって生成された電力を消耗する。

バッテリエネルギー貯蔵システム１１３は発電装置１０１から電気エネルギーを供給されて電気エネルギーを充電し、系統１０９または負荷１１７の電力需給状況に応じて充電された電気エネルギーを放電する。

詳しくは、系統１０９または負荷１１７が軽負荷であれば、バッテリエネルギー貯蔵システム１１３は発電装置１０１から遊休電力を供給されて充電する。系統１０９または負荷１１７が過負荷であれば、バッテリエネルギー貯蔵システム１１３は充電された電力を放電して系統１０９または負荷１１７に電力を供給する。系統１０９または負荷１１７の電力需給状況は時間帯別に大きな差を示す。

よって、発電装置１０１の供給する電力を系統１０９または負荷１１７の電力需給状況に対する考慮なしに電力管理システム１００が一律に系統１０９または負荷１１７に供給することは非効率である。そのため、電力管理システム１００は、バッテリエネルギー貯蔵システム１１３を使用して系統１０９または負荷１１７の電力需給状況に応じて電力管理の量を調節する。これを介し、電力管理システム１００は系統１０９または負荷１１７に効率的に電力を供給する。

直流／直流コンバータ１２１は、バッテリエネルギー貯蔵システム１１３が供給するか供給される直流電力の大きさをコンバーティングする。具体的な実施例において、直流／直流コンバータ１２１は省略されてもよい。

システム制御部１１５は、直流／直流コンバータ１２１、直流／交流コンバータ１０３及び交流／交流コンバータ１０７の動作を制御する。また、システム制御部１１５はバッテリエネルギー貯蔵システム１１３の充電と放電を制御する充電制御部１１１を含む。

充電制御部１１１は、バッテリエネルギー貯蔵システム１１３の充電及び放電を制御する。そして、バッテリエネルギー貯蔵システム１１３はバッテリの充電状態をチェックするが、このようにチェックされた充電状態の情報は充電制御部１１１に伝達される。そして、系統１０９または負荷１１７が過負荷であれば、充電制御部１１１はバッテリエネルギー貯蔵システム１１３が系統１０９または負荷１１７に電力を供給するようにバッテリエネルギー貯蔵システム１１３、直流／直流コンバータ１２１、直流／交流コンバータ１０３、交流／交流コンバータ１０７のうち少なくとも一つ以上を制御する。系統１０９または負荷１１７が系統が軽負荷であれば、充電制御部１１１は外部の電力管理源または発電装置１０１から生成された電力をバッテリ得寝るイー貯蔵システム１１３に供給するようにバッテリエネルギー貯蔵システム１１３及び直流／直流コンバータ１２１を制御する。

上述したような構成を有する電力管理システム１００では、電力市場で提出すべき電力管理スケジュールをより正確に作成することができる。例えば、バッテリが現在のＳＯＣレベルを基準にバッテリの現在温度でどれだけの電力を供給（出力）する際にＳＯＣの変化量がどのように変化するのかに関するデータに基づいたスケジュールが作成される。

図２を参照して、電力市場の構造を概略的に説明する。

図２は、本発明の一実施例による電力市場の構造を概念的に示す図である。

図２を参照すると、電力市場の構造は大きく発電子会社、独立発電事業者、ＰＰＡ事業者、区域電気事業者、韓国電力取引所、韓国電力公社、消費者、大規模消費者及び特定区域消費者に区分される。

発電子会社、独立発電子会社、ＰＰＡ事業者及び区域電気事業者は発電会社を意味し、それぞれが所有する発電機器で発電可能な電力量による供給可能な容量を韓国電力取引所に入札し、それに伴う収益を創出する集団である。

現在、国内の発電会社は韓国電力公社から分離した６つの発電子会社と独立発電事業者である２２８社がある。

発電子会社及び独立発電事業者のそれぞれは、所有する発電機別の供給可能な発電量を毎日韓国電力取引所に入札する。韓国電力取引所は中立の立場で電力市場及び系統の運営を担当する。

韓国電力公社は電力市場で決定された価格で電力を購買し、購買した電力を消費者に供給する。よって、韓国電力公社は送電、配電及び販売を担当する。

ＰＰＡ事業者は電力需給契約（ＰＰＡ：ＰｏｗｅｒＰｕｒｃｈａｓｅＡｇｒｅｅｍｅｎｔ）事業者を意味し、電力市場に電力可能な容量を入札するが、それに対する電力取引代金は電力市場で決定される金額ではなく、韓国電力公社との需給契約による価格を適用して清算する。

区域電気事業者は一定規模の発電設備を有し、発電設備を介して電力を生産して許可された特定区域内で電力を直接販売する事業者である。また、区域電気事業者は不足または余剰電力を韓国電力公社または電力市場で直接購入するか販売する。

ここで、契約電力３万ｋＷ以上の大容量顧客は、韓国電力公社を介さずに電力市場で該当電力を直接購入してもよい。

図３は時間によるＳＯＣ管理スケジュールと実際のＳＯＣに差が生じる場合の例を示すグラフであり、図４は図３に示したＳＯＣ管理スケジュールによるバッテリの放電と充電制御を説明するためのグラフである。

図１及び図３を参照すると、電力管理システム１００は負荷１１７にバッテリの電力を供給するためにバッテリの充電状態ＳＯＣをスケジューリングし、それによってバッテリを放電して、電気料金が安い時間帯にバッテリを充電する。

このようにスケジューリングされたＳＯＣ情報はバッテリエネルギー貯蔵システム１１３から獲得される。ＳＯＣ情報は充電スケジューリング情報及び放電スケジューリング情報を含む。充電スケジューリング情報または放電スケジューリング情報はバッテリの温度に応じて異なるが、それについては限定しない。

例えば、図３に示した図面符号３０１、３０２及び３０３のように、バッテリに対する充電、放電または待機状態が予めスケジューリングされる。

しかし、バッテリの充電または放電に関する管理がスケジューリングされてそれによって運用されても、実際の充電状態（ＳＯＣ）は予想を外れることがある。

まず、スケジューリングされたバッテリ管理をバッテリ充電区間、バッテリ維持区間、バッテリ放電区間に区分し、これらの区間が順次に行われる場合を例に挙げて説明する。

例えば、時間上Ａ区間ではバッテリを充電してバッテリのＳＯＣが第１勾配３０１で線形的に増加し、Ｂ区間ではバッテリの充電状態が維持されるようにし、Ｃ区間ではバッテリの放電が行われてバッテリのＳＯＣが第２勾配３０３に線形的に減少するスケジュールが作成される。

このようなスケジュールに従って負荷１１７側にバッテリの電力を供給するか、発電所または再生エネルギー源から電力を伝達されてバッテリを充電するなどの過程が行われる。

このようなスケジュールに従ってバッテリの管理が行われるようにするために、充電制御部１１５はバッテリエネルギー貯蔵システム１１３を制御してバッテリを充電するための充電電力値を調節するかバッテリの放電電力値を調節する。

Ａ区間において、充電制御部１１５はＳＯＣ値を増加させるためにバッテリが充電されるように制御し、図４に示したようにＥ電力値でバッテリの充電が行われるように直流／直流コンバータ１２１を制御する。

そして、Ｂ区間において、充電制御部１１５はバッテリのＳＯＣ値が維持されるようにバッテリの充電または放電動作が行われないようにする。即ち、Ｂ区間ではバッテリに伝達される充電電力値または放電電力値が０になる。

そして、Ｃ間において、充電制御部１１５はバッテリを放電してＳＯＣ値を下げるために直流／直流コンバータ１２１を制御してバッテリを放電する。そして、線形的にバッテリのＳＯＣが減少するようにスケジューリングされた場合、図４に示したようにバッテリの出力電力値Ｅが維持されるようにする。

しかし、このようなバッテリの管理を行っても目標としたＳＯＣ値に到達しないかＳＯＣの増加または減少が目標とする勾配に従って行われない場合がある。バッテリのＳＯＣが目標とする値に正確に制御されない場合は結局スケジュールに従ってバッテリの管理及び運用が行われていないということであり、このような場合に備えるために充電制御部１１５はスケジューリングされたＳＯＣ値と測定ＳＯＣ値を比較し、その比較結果に応じてバッテリの充電電力値とバッテリの放電電力値を制御する。測定したＳＯＣ値は測定値である。

詳しくは、図３のバッテリを充電してＳＯＣ値を線形的に増加させるＡ区間において、充電制御部１１５がＢＭＳを介して確認した結果、ＳＯＣが目標ＳＯＣ値である３０１直線に沿って増加せずにそれより小さい値である４０１直線に従って増加することがある。

この際、充電制御部１１５はバッテリを充電して目標ＳＯＣである３０１直線に対応するようにバッテリ充電電力値を増加させる。もちろん、目標ＳＯＣより確認されたＳＯＣが高ければバッテリを充電するための電力値を減少させてもよい。

充電制御部１１５は目標ＳＯＣ値までにバッテリのＳＯＣ値を増加させるために、図４に示したようにＡ区間で時間が経過するにつれ次第にその充電電力値を増加させる。このような場合、バッテリの充電スケジュールが終了する時点で目標ＳＯＣと測定ＳＯＣが同じくなる。充電制御部１１５はＡ区間で目標ＳＯＣに到達するようにバッテリ充電電力値を増加させる場合、スケジューリングされた充電電力値であるＥｋＷより大きい電力でバッテリを充電する。

そして、充電制御部１１５は調節された充電電力値と調節勾配を決定する際に過去のデータを参照する。バッテリをより高い電力値で充電する場合には所要する電気料金を考慮し、過去のデータ（例えば、昨年の同日と同時間帯のＳＯＣ値）を参照してバッテリの充電電力値を増減する値を決定する。

また、図３と図４ではバッテリの充電可否、バッテリの放電可否及びバッテリの充放電を行わない区間全部に対して同じく修正されたバッテリ管理が適用されると図示されているが、Ａ区間とＢ区間境界点において、バッテリのＳＯＣ値が目標値に到達していなければＢ区間の初期にバッテリの充電が更に持続するようにしてもよい。

一方、バッテリを放電して負荷に伝達するＣ区間において、バッテリが目標とするＳＯＣ勾配３０３に沿って減少しない場合、例えばスケジューリングされた放電速度である第２勾配３０３に沿って減少されるようにする場合にバッテリのＳＯＣが予め設定された目標値より低くなると判断されれば、充電制御部１１５はバッテリの放電スケジュールが終了する時点に目標ＳＯＣと測定ＳＯＣが同じくなるようにバッテリの放電による放電電力値を意図的により小さくなるように制御する。

即ち、図３で修正された放電速度４０３に沿ってバッテリの放電が行われるように設定された放電電力値であるＥｋＷより小さい出力でバッテリの放電が行われるようにすることで、Ｃ区間の完了時点では目標ＳＯＣ値になるように制御する。

上述したように、修正されたバッテリ放電速度４１３は過去のデータを参照するか、現在のＳＯＣレベルに応じて線形的に減少するようにするか、非線形的に減少するように制御する。

上述したような実施例のバッテリ管理によってスケジュールに応じてバッテリの充電または放電が行われる場合、バッテリの測定ＳＯＣ値が設定値と異なれば、バッテリを充電するための充電電力値とバッテリを放電するための放電電力値の大きさを制御することでスケジュールの時間に対応するようにバッテリを運用可能な長所がある。

Claims

発電装置またはバッテリに連結され、負荷に電力を供給するシステムであって、
前記バッテリの充電状態であるＳＯＣ情報を獲得するバッテリエネルギー貯蔵システムと、
前記バッテリエネルギー貯蔵システムの充電または放電を制御する充電制御部と、を含み、
前記充電制御部は、
前記獲得したＳＯＣ情報に基づいて目標ＳＯＣと測定ＳＯＣを比較し、
前記比較の結果、前記目標ＳＯＣと測定ＳＯＣが異なる場合、前記目標ＳＯＣに符合するようにバッテリの充電電力値またはバッテリの放電電力値を調節し、
前記充電制御部は、
前記バッテリの充電中に前記目標ＳＯＣより測定ＳＯＣが小さければ前記バッテリの充電電力値を上昇し、
前記バッテリの放電中に前記目標ＳＯＣより測定ＳＯＣが小さければ前記バッテリの放電電力値を減少する電力管理システム。
前記充電制御部は、前記バッテリの充電電力値を線形的に増加させる、請求項１に記載の電力管理システム。
前記充電制御部は、前記バッテリの放電電力値を線形的に減少させる、請求項１または請求項２に記載の電力管理システム。
前記ＳＯＣ情報は、前記バッテリの充電スケジューリング情報及び放電スケジューリング情報を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電力管理システム。
前記充電スケジューリング情報または前記放電スケジューリング情報は温度に応じて異なる、請求項４に記載の電力管理システム。
前記充電制御部は、前記バッテリの充電スケジュールが終了する時点に前記目標ＳＯＣが前記測定ＳＯＣと同じくなるように制御する、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電力管理システム。
前記充電制御部は、前記バッテリの充電スケジュールが終了する時点に前記測定ＳＯＣが前記目標ＳＯＣに到達していなければ、前記バッテリの充電が更に持続するように制御する、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の電力管理システム。
前記充電制御部は、前記バッテリの放電スケジュールが終了する時点に前記目標ＳＯＣが測定ＳＯＣと同じくなるように制御する、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の電力管理システム。
前記発電装置は太陽光発電装置、風力発電システム、発電所及び再生エネルギー源のうちいずれか一つである、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の電力管理システム。