KR101106831B1 - 배전 변압기 부하 패턴을 고려한 충전 스테이션 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

배전 변압기 부하 패턴을 고려한 충전 스테이션 관리 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

배전 변압기의 부하 패턴을 고려한 전기 자동차의 충전 스테이션 관리 시스템이 제공된다. 충전 스테이션 관리 시스템은, 변압기로부터 전송된 부하 데이터로부터 충전 스테이션에 의한 부하를 제외한 변압기 부하 패턴을 산출하는 부하 패턴 산출부, 산출된 변압기 부하 패턴에 기초하여 변압기의 공급 전력량으로부터 가용 전력량을 산출하는 전력량 산출부 및 산출된 가용 전력량에 기초하여 충전 스테이션의 다수의 충전기 각각에 대하여 충전 제어를 수행하는 제어부를 포함한다.

Description

배전 변압기 부하 패턴을 고려한 충전 스테이션 관리 시스템 및 방법{Control system and method for electric vehicle charging station considering electric load pattern of associated distribution transformer}
본 발명은 전기 자동차의 충전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배전 변압기의 부하 패턴을 고려하여 충전 장치에 공급되는 전력량을 제어할 수 있는 자동차 충전 장치의 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어 환경 유해 가스 저감을 위한 노력의 일환으로 종래의 화석 연료 자동차를 대신할 친환경 자동차에 대한 관심이 높아지고 있다.
친환경 자동차의 하나인 전기 자동차는 차량 내부에 전기를 충전할 수 있는 배터리가 구비되고, 배터리에 충전된 전기의 힘으로 차량 모터를 구동하여 운행하는 자동차이다.
종래의 화석 연료 자동차가 주유소 등과 같은 시설에서 연료를 주입하는 것과 마찬가지로 전기 자동차 역시 전기 충전 스테이션(예컨대, 충전 장치)에서 배터리에 전기를 충전하여 운행한다. 이러한 충전 스테이션은 전국에 걸쳐 설치되며, 운영시스템에 의해 모니터링 된다.
그러나, 전기 자동차의 동시 충전이 하나의 충전 스테이션에 의해 수행되는 경우, 배전망이 하나의 충전 스테이션에 공급할 수 있는 전력량의 한계를 초과하게 되어 배전망을 통한 전력 공급에 문제를 일으키게 된다.
특히, 배전 변압기로부터의 전력 공급은 한계가 있으며, 이를 초과하는 전력 수요가 발생하게 되면, 변압기의 사고로 이어지는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배전 변압기의 부하 패턴을 고려하여 충전기별 공급 전력량을 제어할 수 있는 충전 스테이션 관리 시스템 및 관리 방법을 제공하고자 하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션 관리 시스템은, 변압기로부터 전송된 부하 데이터로부터 충전 스테이션에 의한 부하를 제외한 변압기 부하 패턴을 산출하는 부하 패턴 산출부, 산출된 변압기 부하 패턴에 기초하여 변압기의 공급 전력량으로부터 가용 전력량을 산출하는 전력량 산출부 및 산출된 가용 전력량에 기초하여 충전 스테이션의 다수의 충전기 각각에 대하여 충전 제어를 수행하는 제어부를 포함한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션 관리 방법은, 변압기로부터 전송된 부하 데이터로부터 충전 스테이션에 의한 부하를 제외한 변압기 부하 패턴을 산출하는 단계, 산출된 변압기 부하 패턴에 기초하여 변압기의 공급 전력량으로부터 가용 전력량을 산출하는 단계 및 산출된 가용 전력량에 기초하여 충전 스테이션의 다수의 충전기 각각에 대한 충전 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 배전 변압기 부하 패턴을 고려한 충전 스테이션 관리 시스템 및 방법은, 배전 변압기의 부하 패턴을 산출하되 충전 스테이션의 부하를 제외하고 산출함으로써, 배전 변압기가 충전 스테이션에 공급할 수 있는 전력량을 효과적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 충전 스테이션 관리 시스템의 개념도들이다.
도 2는 도 1a에 도시된 충전 스테이션 관리 시스템의 구성에 따른 블록도이다.
도 3은 충전 스테이션 관리 시스템에 의해 산출된 변압기의 사용 전력과 가용 전력을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 충전 스테이션 관리 시스템을 이용한 충전 스테이션 관리 방법에 대한 흐름도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시 예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 실시 예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 충전 스테이션 관리 시스템의 개념도들이다.
도 1a를 참조하면, 충전 스테이션 관리 시스템(10)은 관리 장치(100), 변압기(200), 충전 스테이션(300)을 포함할 수 있고, 관리 장치(100)는 변압기(200)와 통신하면서 충전 스테이션(300)의 다수의 충전기에서 수행되는 충전 동작을 제어할 수 있다.
또한, 도 1b를 참조하면, 충전 스테이션 관리 시스템(11)은 도 1a에 도시된 충전 스테이션 관리 시스템(10)에 운영 서버(150)가 더 포함될 수 있다.
운영 서버(150)는 변압기(200)와 통신하면서 관리 장치(100)에 제어 신호, 즉 충전 스테이션(300)의 충전 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 전송할 수 있다. 관리 장치(100)는 운영 서버(150)로부터 전송된 제어 신호에 기초하여 충전 스테이션(300)의 충전 동작을 제어할 수 있다.
여기서, 도 1a 및 도 1b에 도시된 관리 장치(100)와 운영 서버(150)는 통신 네트워크로 연결되어 서로 통신이 가능한 컴퓨팅 장치로 구성될 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 충전 스테이션 관리 시스템의 구성 및 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1a에 도시된 충전 스테이션 관리 시스템의 구성에 따른 블록도이고, 도 3은 충전 스테이션 관리 시스템에 의해 산출된 변압기의 사용 전력과 가용 전력을 나타내는 도면이다.
본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 도 1a에 도시된 바와 같이, 관리 장치(100)가 변압기(200)와 직접 통신하면서 충전 스테이션(300)의 충전 동작을 제어하는 충전 스테이션 관리 시스템(10)에 대하여 설명한다.
그러나, 본 발명은 이에 제한되지는 않으며, 도 1b에 도시된 바와 같이, 충전 스테이션 관리 시스템(11)은 운영 서버(150)가 변압기(200)와 통신하면서 관리 장치(100)를 통해 충전 스테이션(300)의 충전 동작을 제어할 수도 있다.
한편, 도 1b와 같이, 충전 스테이션 관리 시스템(11)이 구성된 경우에는, 도 2에 도시된 관리 장치(100)의 부하 패턴 산출부(110) 및 가용 전력량 산출부(120)는 운영 서버(150)에 포함될 수 있으며, 관리 장치(100)에는 충전 제어부(130)가 포함될 수 있다.
도 1a 및 도 2를 참조하면, 충전 스테이션 관리 시스템(10)은 변압기(200), 관리 장치(100) 및 충전 스테이션(300)을 포함할 수 있다.
변압기(200)는 충전 스테이션(300) 또는 다수의 전자 기기들(미도시) 각각에 접속되어 전력을 공급할 수 있다. 이러한 변압기(200)는 변전소(미도시) 등과 같은 전기 생산 시설로부터 할당된 전력을 충전 스테이션(300) 또는 다수의 전자 기기들에 분배하여 공급할 수 있다.
관리 장치(100)는 충전 스테이션(300)의 다수의 충전기(300_1, 300_2, … 300_N)가 전기 자동차에 충전을 수행하는 것을 제어할 수 있다.
예컨대, 관리 장치(100)는 변압기(200)로부터 출력된 부하 데이터에 기초하여 변압기(200)가 충전 스테이션(300)에 공급할 수 있는 전력량을 산출하고, 산출된 전력량에 따라 충전 스테이션(300)에 충전 제어 동작을 수행할 수 있다.
관리 장치(100)는 부하 패턴 산출부(110), 가용 전력량 산출부(120) 및 충전기 제어부()를 포함할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 관리 장치(100)가 변압기(200)로부터 출력된 부하 데이터로부터 전력량을 산출하고, 이를 이용하여 충전 스테이션(300)을 제어하는 예를 들어 설명한다.
그러나, 본 발명은 이에 제한되지는 않으며, 다수의 변압기들 각각과 통신할 수 있는 관리 서버(미도시)가 있고, 그 관리 서버에서 변압기별로 가용 전력량을 산출하여 관리 장치(100)에 제공할 수 있으며, 관리 장치(100)가 제공된 변압기별 가용 전력량 중에서 해당하는 변압기 가용 전력량을 이용하여 충전 스테이션(300)에 충전 제어 동작을 수행하도록 할 수도 있다.
관리 장치(100)의 부하 패턴 산출부(110)는 변압기(200)와 통신하면서, 변압기(200)로부터 출력된 부하 데이터로부터 변압기(200)의 부하 패턴을 산출할 수 있다.
예컨대, 부하 패턴 산출부(110)는 변압기(200)로부터 충전 스테이션(300)과 다수의 전자 기기에 의한 부하 데이터를 제공받을 수 있다.
부하 패턴 산출부(110)는 변압기(200)로부터 출력된 부하 데이터 중에서 충전 스테이션(300)에 의한 부하 데이터를 제외한 나머지 부하 데이터, 즉 다수의 전자 기기에 의한 부하 데이터만을 이용하여 변압기(200)의 부하 패턴을 산출할 수 있다.
여기서, 부하 패턴 산출부(110)는 변압기(200)의 시간대별 부하 패턴을 산출할 수 있다. 이를 위하여, 부하 패턴 산출부(110)는 일정 기간 동안 변압기(200)로부터 출력된 부하 데이터를 수집하고, 이를 기간별로 통계 처리하여 변압기(200)의 시간대별 부하 패턴을 산출할 수 있다.
이때, 부하 패턴 산출부(110)는 수집된 부하 데이터로부터 평균 또는 이동평균을 산출하는 방법 등을 이용하여 변압기(200)의 시간대별 부하 패턴을 산출할 수 있다.
한편, 부하 패턴 산출부(110)는 변압기(200)로부터 출력된 부하 데이터에 기초하여 변압기(200)에 접속된 다수의 전자 기기에 대한 계절별 부하 패턴 또는 요일별 부하 패턴을 산출할 수도 있다.
관리 장치(100)의 가용 전력량 산출부(120)는 부하 패턴 산출부(110)로부터 출력된 변압기(200)의 부하 패턴에 기초하여 변압기(200)가 충전 스테이션(300)에 공급할 수 있는 가용 전력량을 산출할 수 있다.
예컨대, 가용 전력량 산출부(120)는 변압기(200)의 부하 패턴에 기초하여 현재 사용되고 있는 전력량, 즉 변압기(200)에 접속된 다수의 전자 기기들 각각이 사용하는 사용 전력량을 산출할 수 있다.
가용 전력량 산출부(120)는 변압기(200)로부터 공급 가능한 전력량, 즉 무부하 상태에서의 변압기(200)의 총 공급 전력량에서 산출된 사용 전력량을 감산함으로써, 변압기(200)의 가용 전력량을 산출할 수 있다.
여기서, 무부하 상태는 변압기(200)에 충전 스테이션(300) 또는 다수의 전자 기기들 각각이 접속되지 않은 상태를 말할 수 있다.
한편, 부하 패턴 산출부(110)로부터 출력된 변압기(200)의 부하 패턴은 변압기(200)의 시간대별 부하 패턴이기 때문에, 가용 전력량 산출부(120)로부터 산출되는 변압기(200)의 가용 전력량 또한 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량일 수 있다.
즉, 가용 전력량 산출부(120)는 도 3의 (A)에서와 같이, 부하 패턴 산출부(110)로부터 출력된 변압기(200)의 부하 패턴에 기초하여 시간대별 사용 전력량을 산출할 수 있다.
그리고, 가용 전력량 산출부(120)는 도 3의 (B)에서와 같이, 변압기(200)의 총 공급 전력량에서 산출된 시간대별 사용 전력량을 감산함으로써, 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량을 산출할 수 있다.
관리 장치(100)의 충전 제어부(130)는 가용 전력량 산출부(120)에 의해 산출된 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량에 기초하여 충전 스테이션(300)의 충전 동작을 제어할 수 있다.
여기서, 가용 전력량 산출부(120)로부터 산출된 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량은 충전 스테이션(300) 가용 전력량, 즉 변압기(200)가 충전 스테이션(300)에 공급할 수 있는 가용 전력량일 수 있으며, 충전 제어부(130)는 이를 이용하여 충전 스테이션(300)의 다수의 충전기(300_1, 300_2, … 300_N) 전체에 대한 충전 제어 동작을 수행할 수 있다.
충전 제어부(130)는 충전 스테이션(300)에서 소비하는 전력량, 즉 전기 자동차의 충전을 위한 소비 전력량이 가용 전력량 산출부(120)로부터 출력된 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량을 초과하지 않도록 충전 제어를 수행할 수 있다.
한편, 가용 전력량 산출부(120)는 산출된 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량에 오프셋 마진을 가산하여 충전 제어부(130)로 출력할 수도 있다.
예컨대, 가용 전력량 산출부(120)는 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이, 산출된 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량에 대략 5~10%의 오프셋 마진을 가산하여 소정 증가된 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량을 산출할 수 있다.
충전 제어부(130)는 오프셋 마진이 가산된 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량에 기초하여 충전 스테이션(300)의 충전 제어 동작을 수행할 수 있다.
이러한, 오프셋 마진은 충전 스테이션(300)의 다수의 충전기(300_1, 300_2, … 300_N) 전체가 산출된 가용 전력량을 항상 최대로 사용하고 있지 않기 때문에 소정의 충전 스테이션(300)에 소정의 마진을 보장하기 위해 부가할 수 있다.
또한, 가용 전력량 산출부(120)는 산출된 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량을 충전 스테이션(300)의 다수의 충전기(300_1, 300_2, … 300_N)의 총 수로 배분하여 시간대별 충전기 가용 전력량을 산출할 수도 있다.
예컨대, 충전 스테이션(300)에는 N(N은 자연수)개의 충전기(300_1, 300_2, … 300_N)가 위치하고 있으며, 가용 전력량 산출부(120)는 산출된 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량을 1/N하여 시간대별 충전기 가용 전력량을 산출할 수 있다.
충전 제어부(130)는 가용 전력량 산출부(120)로부터 출력된 시간대별 충전기 가용 전력량을 이용하여 각각의 충전기별로 충전 제어 동작을 수행할 수 있다.
여기서, 충전 제어부(130)는 충전 스테이션(300)의 다수의 충전기(300_1, 300_2, … 300_N) 각각에서 소비하는 전력량이 가용 전력량 산출부(120)로부터 출력된 시간대별 충전기 가용 전력량을 초과하지 않도록 충전 제어를 수행할 수 있다.
또한, 가용 전력량 산출부(120)는 앞서 설명한 바와 같이, 산출된 시간대별 충전기 가용 전력량에 5~10%의 오프셋 마진을 가산하여 소정 증가된 시간대별 충전기 가용 전력량을 산출하고, 이를 충전 제어부(130)로 출력할 수도 있다.
도 4는 도 2에 도시된 충전 스테이션 관리 시스템을 이용한 충전 스테이션 관리 방법에 대한 흐름도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 충전 스테이션 관리 시스템(10)의 부하 패턴 산출부(110)는 변압기(200)로부터 출력된 변압기(200)의 부하 데이터로부터 부하 패턴을 산출할 수 있다(S10).
여기서, 부하 패턴 산출부(110)는 충전 스테이션(300)에 의해 발생되는 부하 데이터를 제외한 나머지 부하 데이터, 즉 다수의 전자 기기들에 의한 부하 데이터를 이용하여 변압기(200)의 시간대별 부하 패턴을 산출할 수 있다.
가용 전력량 산출부(120)는 부하 패턴 산출부(110)로부터 출력된 변압기(200)의 시간대별 부하 패턴에 기초하여 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량을 산출할 수 있다(S21, S23).
예컨대, 가용 전력량 산출부(120)는 변압기(200)의 부하 패턴에 기초하여 시간대별 사용 전력량을 산출하고, 변압기(200)의 총 공급 전력량에서 이를 감산함으로써, 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량을 산출할 수 있다.
여기서, 가용 전력량 산출부(120)는 산출된 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량을 충전 스테이션(300)의 가용 전력량으로 출력하거나(S21), 또는 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량을 충전 스테이션(300)의 다수의 충전기(300_1, 300_2, … 300_N) 대수로 배분하여 변압기(200)의 시간대별 충전기 가용 전력량을 출력할 수 있다(S23).
한편, 가용 전력량 산출부(120)는 기설정된 오프셋 마진을 산출된 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량 또는 산출된 변압기(200)의 시간대별 충전기 가용 전력량에 가산하고, 소정 증가된 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량 또는 산출된 변압기(200)의 시간대별 충전기 가용 전력량을 출력할 수도 있다(S30).
충전 제어부(130)는 가용 전력량 산출부(120)로부터 제공된 변압기(200)의 시간대별 가용 전력량에 기초하여 충전 스테이션(300)의 충전 동작을 제어할 수 있다(S40).
예컨대, 충전 제어부(130)는 가용 전력량 산출부(120)로부터 제공된 시간대별 충전 스테이션 가용 전력량에 기초하여 충전 스테이션(300)에서 소비되는 충전 전력이 충전 스테이션 가용 전력량을 초과하지 않도록 시간대별로 제어할 수 있다.
또한, 충전 제어부(130)는 가용 전력량 산출부(120)로부터 제공된 시간대별 충전기 가용 전력량에 기초하여 충전 스테이션(300)의 다수의 충전기(300_1, 300_2, … 300_N) 각각에서 소비되는 충전 전력이 충전기 가용 전력량을 초과하지 않도록 시간대별로 제어할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 충전 스테이션 관리 시스템 및 방법은, 변압기(200)가 충전 스테이션(300)에 공급할 수 있는 전력량을 시간대별로 산출하여 충전 제어를 수행함으로써, 충전 스테이션(300)에서 변압기(200)의 전력 공급량을 초과하는 충전 수요가 발생하더라도 이를 탄력적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 내용은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 충전 스테이션 관리 시스템 100: 관리 장치
110: 부하 패턴 산출부 120: 가용 전력량 산출부
130: 충전 제어부 200: 변압기
300: 충전 스테이션

Claims (10)

  1. 변압기로부터 전송된 부하 데이터로부터 충전 스테이션에 의한 부하를 제외한 변압기 부하 패턴을 산출하는 부하 패턴 산출부;
    산출된 상기 변압기 부하 패턴에 기초하여 상기 변압기의 공급 전력량으로부터 가용 전력량을 산출하는 전력량 산출부; 및
    산출된 상기 가용 전력량에 기초하여 상기 충전 스테이션의 적어도 두 개의 충전기 각각에 대하여 충전 제어를 수행하는 제어부를 포함하는 충전 스테이션 관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력량 산출부는 상기 변압기의 공급 전력량으로부터 시간별로 상기 충전 스테이션에 공급할 수 있는 상기 가용 전력량을 산출하는 충전 스테이션 관리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전력량 산출부는 상기 가용 전력량에 오프셋 마진을 적용하는 충전 스테이션 관리 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력량 산출부는 산출된 상기 가용 전력량을 상기 적어도 두 개의 충전기 수에 따라 배분하여 시간별로 충전기별 가용 전력량을 산출하는 충전 스테이션 관리 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전력량 산출부는 산출된 상기 충전기별 가용 전력량에 오프셋 마진을 적용하는 충전 스테이션 관리 시스템.
  6. 변압기로부터 전송된 부하 데이터로부터 충전 스테이션에 의한 부하를 제외한 변압기 부하 패턴을 산출하는 단계;
    산출된 상기 변압기 부하 패턴에 기초하여 상기 변압기의 공급 전력량으로부터 가용 전력량을 산출하는 단계; 및
    산출된 상기 가용 전력량에 기초하여 상기 충전 스테이션의 적어도 두 개의 충전기 각각에 대한 충전 제어를 수행하는 단계를 포함하는 충전 스테이션 관리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 변압기의 공급 전력량으로부터 가용 전력량을 산출하는 단계는, 상기 변압기의 공급 전력량으로부터 시간별로 상기 충전 스테이션에 공급할 수 있는 상기 가용 전력량을 산출하는 충전 스테이션 관리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 변압기의 공급 전력량으로부터 가용 전력량을 산출하는 단계는, 산출된 상기 가용 전력량에 오프셋 마진을 적용하는 단계를 더 포함하는 충전 스테이션 관리 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 변압기의 공급 전력량으로부터 가용 전력량을 산출하는 단계는, 상기 가용 전력량을 상기 적어도 두 개의 충전기 수에 따라 배분하여 시간별로 충전기별 가용 전력량을 산출하는 단계를 더 포함하는 충전 스테이션 관리 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 변압기의 공급 전력량으로부터 가용 전력량을 산출하는 단계는, 산출된 상기 충전기별 가용 전력량에 오프셋 마진을 적용하는 단계를 더 포함하는 충전 스테이션 관리 방법.
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