KR101202576B1 - 풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전력시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전력시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 풍력발전기(100)와 전력저장유닛(130)이 연계 구성된 상태에서, 먼저 중앙제어유닛(140)은 상기 전력저장유닛(130)이 연결된 풍력발전기 (100)가 계통과 연계되어 있는지 판단한다. 상기 계통 연계된 경우이면 일정한 제어시점에 따라 상기 전력저장유닛(130)의 충방전 상태를 제어할 운전모드가 선택된다. 이후, 상기 중앙제어유닛(140)은 상기 풍력발전기(100)의 풍력발전량 및 부하 시간대별 발전가능량을 계산한다. 그런 다음, 상기 부하 시간대별로 상기 계통 상황 및 전력판매 가격조건에 따라 상기 전력저장유닛(130)의 충방전 제어방식을 결정한다. 상기 결정된 제어방식에 따라 상기 전력저장유닛(130)의 충방전 상태를 제어하여 전체 전력시스템의 운전을 제어한다. 그와 같은 본 발명에 따르면, 풍력발전 출력과 계통의 수요전력 예측을 통한 전력공급의 최적화 및 안정성이 확보되고, 풍력발전에서 얻어진 전력을 비싸게 공급할 수 있어 계통의 안정적 운영과 사업자의 수익이 극대화되는 이점이 있다.
풍력발전, 전력저장장치(BESS), 충방전 비율, 부하 시간대별

Description

풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전력시스템 및 그 제어방법{Power System by associating Wind power and BESS and Method for controlling thereof}
본 발명은 전력제어방법에 관한 것으로, 특히 풍력발전기와 전력저장장치를 연계하고 계통의 상황, 부하조건, 전력판매 가격조건에 따라 전력저장장치의 제어 방식을 다르게 적용하기 위한 풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전력시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
풍력발전은 풍력 터빈을 이용해서 바람(풍력)을 전력으로 바꾸는 방식이다. 근래 들어 전체 전력생산에서 풍력발전이 차지하는 비율은 점점 증가추세에 있고, 특히 상기 풍력발전을 통해 생산되고 있는 전력을 전력거래소 등을 통해 판매도 가능하다.
하지만, 상기 풍력발전은 풍력을 이용하기 때문에 풍속 변화 등의 풍력발전을 하기 위한 여러 조건 등이 가변적이어서 그 풍력발전으로 출력되는 발전량이 일정하지 않아 전력 판매에 어려움이 있다.
그렇기 때문에, 상기한 바와 같이 풍력발전의 출력변화를 제어하기 위해 전력저장장치(BESS : Battery Energy Storage System)를 연계하여 제어하는 방법이 제안되었다.
상기 제어방법의 일 예로, 일본국 'NGK' 사에서는 제안하고 있는 'Constant Power Control(이하, '제 1 방법' 이라 함)' 또는 'Smoothing Control(이하, '제 2 방법'이라 함)' 방법이 있다. 상기 제 1 및 제 2 방법은 전력거래소에서 요구하는 전력품질의 기본사양을 충족시키기 위하여 개별적으로 또는 특정 상황에 따라 선별적으로 적용할 수 있는 방법들이다.
즉, 상기 제 1 방법은 정출력 제어방식으로 일정출력으로 전력을 공급하는 것이다. 이는 방전시(Discharging)에는 배터리 용량의 120%의 전력을 최대 3시간 동안 방전하고, 충전시(Charging)에는 배터리 용량의 120%까지 충전하는 패턴을 제공한다.
또한, 상기 제 2 방법은 출력값을 평균값을 구하고, 그 평균값에 따라 전력을 공급하는 것이다. 이는 방전시(Discharging)에는 단시간 최대 200% 까지 전력을 방전하고, 충전시(Charging)에는 배터리 용량의 120%까지 충전하는 패턴을 제공한다.
상기한 방법에 따라 풍력발전된 전력을 공급할 수 있게 된다.
즉, 상기 방법들은 풍력발전의 출력발전량이 변화되는 것을 제어함으로써, 전력품질을 향상시켜 계통의 안정성을 향상시키고 전력거래를 위한 제어방법을 고려한 측면이 있다.
하지만, 종래 방법들은 풍력발전량의 변화, 전력수요의 변동, 수요변동에 따른 전력요금 변동, 무효전력의 사용량 변화 등 계통의 상황은 전혀 반영하지 못하 고 있다.
따라서, 계통의 안정성은 어느 정도 유지되는 점은 있지만, 계통에서 요구하는 전력을 안정적으로 공급할 수 없었고, 전력공급의 최적화도 제공할 수 없었다. 이는 계통의 상황과는 무관하게 출력 목표 값을 기준으로 제어가 이루어지기 때문이다.
이로 인하여 풍력발전된 전력을 판매하는데 있어서도 만족할 사항을 제공하지 못하고 있다. 즉 풍력발전에서 얻어진 전력을 판매할 경우, 풍력발전에서 얻어진 전력을 저장하였다가 일정 시간에만 판매하고 있고, 공급 방식에 있어서 전력판매 가격은 전력거래소에서 정한 요금 이상으로 판매할 수 없어, 수익성을 극대화시키지 못하였던 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 풍력발전 및 전력저장장치가 연계된 전력시스템에서 그 전력시스템의 전체 에너지 관리 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 부하 시간대에 따라 전력저장장치의 운전 제어방식을 다르게 적용하여 계통의 안정적 운영과 전력 판매자의 이익 극대화를 도모하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 전력저장유닛이 연결된 풍력발전기가 계통과 연계되어 있는지 판단하는 제 1 단계; 상기 계통 연계된 경우에, 상기 전력저장유닛의 운전을 제어할 제어시점을 결정하기 위해 제공된 데이터를 초기화하는 제 2 단계; 상기 데이터 초기화 후 상기 제어시점에 따른 운전모드인 경우 상기 풍력발전기의 풍력발전량 및 부하 시간대별 발전가능량을 계산하는 제 3 단계; 상기 부하 시간대별로 상기 계통 상황 및 전력판매 가격조건에 따라 상기 전력저장유닛의 충방전 제어방식을 결정하는 제 4 단계; 그리고 상기 결정된 제어방식에 따라 상기 풍력발전기의 출력이 상기 전력저장유닛과 연계되어 제어되도록 운전 제어하는 제 5 단계를 포함하여 구성된다.
상기 제 4 단계의 제어방식 결정은, 상기 시간대별 발전가능량과 상기 전력저장유닛의 충전량을 비교하여 상기 전력저장유닛의 충방전 비율 또는 상기 전력저 장유닛의 출력 목표값을 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어방식은, 상기 시간대별로 각각 상기 전력저장유닛에 전력을 충전하면서 일정 시간동안 출력된 출력의 평균값에 가깝게 전력을 출력하는 제 1 제어방식과, 상기 전력저장유닛으로부터 전력을 일정 값으로 출력 또는 평균값에 가깝게 출력하면서 상기 전력저장유닛의 충방전을 함께 수행하는 제 2 제어방식과, 상기 전력저장유닛으로부터 출력가능한 최대 출력량을 출력하는 제 3 제어방식을 선택적으로 적용하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 제어방식, 제 2 제어방식, 제 3 제어방식이 적용되는 각각의 시간대는 상기 제 1 제어방식이 전력수요가 가장 적은 경부하 시간대이고, 상기 제 3 제어방식이 전력수요가 가장 많은 피크부하 시간대이고, 상기 제 2 제어방식은 상기 경부하 시간대와 피크부하 시간대의 중간 시간대인 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 단계에서, 제어시점에 따른 운전모드가 미선택되면, 전력 수요의 변화에 따라 상기 전력저장유닛에서 전력을 공급하는 운전모드(Load Following Control)로 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 풍력발전기; 상기 풍력발전기에서 생산된 전력을 충전하거나 상기 풍력발전기와 연계된 계통에 공급하도록 방전하는 전력저장유닛; 그리고 상기 계통 상황 및 계통의 부하조건, 전력판매 가격조건에 따라 상기 전력저장유닛의 제어방식을 다르게 적용하여 제어하는 중앙제어유닛을 포함하여 구성된다.
상기 중앙제어유닛은, 상기 풍력발전기가 일정 시간동안 발전할 수 있는 풍 력발전량을 계산하는 제 1 계산부; 상기 계산된 풍력발전량을 소정 시간대별로 분할하여 계산하는 제 2 계산부; 상기 전력저장유닛의 충전량과 상기 시간대별 충전 가능량을 비교하고 상기 시간대별로 상기 계통 상황 및 전력판매 가격조건에 따라 상기 전력저장유닛의 충방전 제어방식을 결정하는 충방전 제어값 결정부; 그리고, 상기 결정된 충방전 제어방식으로 상기 전력저장유닛의 충방전 및 전력시스템의 운전을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 충방전 제어방식은, 상기 전력저장유닛에 전력을 충전하면서 일정 시간동안 출력된 출력의 평균값에 가깝게 전력을 출력하는 제 1 제어방식, 상기 전력저장유닛으로부터 전력을 일정 값으로 출력 또는 평균값에 가깝게 출력하면서 상기 전력저장유닛의 충방전을 함께 수행하는 제 2 제어방식, 상기 전력저장유닛으로부터 출력가능한 최대 출력량을 출력하는 제 3 제어방식인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 따른 풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전력시스템 및 그 제어방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에서는 풍력발전과 전력저장유닛을 연계한 상태에서, 계통의 상황, 전력 소요가 다르게 나타나는 부하조건, 전력판매 가격조건 등의 따라서 전력저장유닛의 제어방식을 서로 다르게 적용하고 있다.
그렇기 때문에 풍력발전 출력과 계통의 수요전력 예측을 통한 전력공급의 최적화 및 안정성이 확보되는 효과가 있다.
또 제어방식에 따라 시간대별로 전력저장유닛에 대하여 1. 충전만 하면서 출 력값의 평균값에 가깝게 출력되도록 운전하거나, 2. 충/방전을 함께 수행하면서 출력값을 일정하게 출력하거나, 3. 충전은 하지 않고 최대 출력량이 출력되게 운전하는 방식을 선택적으로 적용하고 있어, 풍력발전 사업자의 수익을 극대화할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전력시스템 및 그 제어방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전력시스템의 구성도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 중앙제어유닛의 구성도가 도시되어 있다.
풍력을 이용하여 전력을 생산하는 풍력발전기(100)가 구비된다. 상기 풍력발전기(100)는 적어도 하나 이상 구성 가능하다.
상기 풍력발전기(100)에서 생산된 전력을 계통에서 사용가능하도록 계통전원으로 변환하는 전력변환유닛(110)이 구비된다. 상기 전력변환유닛(110)에는 도면에서는 미도시하고 있지만, 인버터, 컨버터, 변압기 등이 구성되어서 계통에 구비된 계통 부하가 원하는 전력으로 변환하는 기능을 수행한다. 상기 전력변환유닛(110) 전단에는 전원 이상시 풍력발전기(100) 등의 발전단과 계통을 단절시키기 위한 차단기(120)가 설치된다. 상기 차단기(120)는 아래에서 설명될 중앙제어유닛(140)의 제어동작에 따라 온/오프 된다.
계통상황, 부하조건, 전력판매 가격조건 등에 의하여 정해진 제어방식에 따 라 상기 풍력발전기(100)에서 생산된 전력의 충/방전과 함께 전력을 공급하는 전력저장유닛(BESS)(130)이 구비된다. 상기 전력저장유닛(130)은 상기 풍력발전기(100)와 상기 전력변환유닛(110)의 사이에 병렬 연결 구성된다. 상기 계통에는 전력거래소와 같이 전력을 구매하는 구성도 포함된다.
상기 풍력발전기(100)의 출력을 상기 전력저장유닛(130)과 연계하여 제어하고 상기 전력저장유닛(130)의 동작을 제어하기 위한 중앙제어유닛(140)이 구비된다.
상기 중앙제어유닛(140)의 구성은 도 2와 같다.
우선, 본 실시 예의 전력시스템은 2가지 운전모드를 지원한다. 즉, 계통의 상황, 부하조건, 전력판매 가격조건에 따라 상기 전력저장유닛(130)의 제어 방식을 제어시점에 따라 운전하는 제 1 운전모드와, 부하전력의 변화에 따라 전력을 공급하는 제 2 운전모드로 구분된다. 즉 상기 1 운전모드와 제 2 운전모드는 풍력발전기(100) 및 전력저장유닛(130)이 연계된 제어방식이지만, 상기 제 1 운전모드는 계통의 안정성 및 수익극대화를 위한 모드이고, 상기 제 2 운전모드는 단지 부하전력에 따라 전력을 공급하는 'Load Following Control' 제어방식이다. 본 실시 예는 상기 제 1 운전모드에 의해 전력시스템의 운전이 제어되는 경우이다. 이에 본 명세서에 운전모드를 제 2 운전모드로 지칭하지 않으면 제 1 운전모드 상태인 것으로 간주한다.
상기 중앙제어유닛(140)에는 상기 운전모드가 선택되도록 하는 모드 선택부(142)가 구비된다. 상기 운전모드는 전력시스템이 운용 개시될 때 자동으로 선택된다.
소정 시간동안(즉, 24시간)의 풍력발전량을 예측하는 풍력발전량 예측부(이하, '예측부'라 칭함)(144)가 구비된다.
상기 예측된 풍력발전량을 가공하여 부하 시간대별로 분할하여 발전 가능량을 추출하는 발전가능량 추출부(이하, '추출부'라 칭함)(146)가 구비된다. 여기서, 상기 부하 시간대는 경부하, 중부하, 피크부하 시간대로 구분한다. 상기 경부하는 부하량이 많지 않아 전력 판매가격이 비교적 낮게 책정된 시간대이고, 상기 중부하는 상기 경부하 시간대보다는 부하량이 많아 전력 판매가격인 높게 책정된 시간대이고, 상기 피크 시간대는 24시간 중 가장 부하량이 많아 전력 판매가격이 가장 높게 책정될 수 있는 시간대이다. 하지만, 상기 경부하, 중부하, 피크부하 시간대는 일 실시 예에 불과한 것이고, 전력시스템이 운영되는 지역이나 환경 등의 조건에 따라 더 구체적으로 구분되거나 그보다 작은 시간대로 구분될 수 있다.
상기 부하 시간대별로 발전 가능량이 계산되면, 상기 부하시간대별로 전력저장유닛(130)의 제어방식을 각각 다르게 적용하기 위한 충방전 제어값을 결정하는 결정부(148)가 구비된다.
상기 제어방식은, 상기 충방전 제어값에 따라 제 1 내지 제 3 제어방식이 있다.
상기 제 1 제어방식은 상기 경부하 시간대에 적용되는 것으로, 상기 전력저장유닛(130)에 전력을 충전하면서 일정 시간동안 출력된 출력의 평균값에 가깝게 전력을 출력함과 동시에 상기 전력저장유닛(130)에 상기 풍력발전기(100)의 전력이 충전되게 하는 방식이다. 이 방식을 'smoothing 방식'이라 한다.
상기 제 2 제어방식은 상기 중부하 시간대에 적용되는 것으로, 상기 전력저장유닛(130)으로부터 전력을 일정 값으로 출력 또는 평균값에 가깝게 출력하면서 상기 전력저장유닛(130)의 충/방전을 함께 수행하는 방식이다. 이 방식을 '출력 평준화 방식'이라 한다.
상기 제 3 제어방식은 상기 피크부하 시간대에 적용되는 것으로, 상기 전력저장유닛(130)으로부터 출력가능한 최대 출력량을 출력하는 방식이다. 이때는 상기 전력저장유닛(130)에는 충전은 되지 않는다. 이 방식을 'Energy Shifting 방식'이라 한다.
상기 결정된 충방전 제어값을 기준값으로 사용하여 상기 전력시스템의 운전모드를 제어하는 제어부(150)가 구비된다.
이어 상기한 구성을 가지는 전력시스템의 제어방법을 도 3을 참조하기로 한다. 도 3에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전력시스템을 제어하는 흐름도가 도시되어 있다.
우선, 전력시스템이 구동 개시하면(s100), 제어부(150)는 풍력발전기(100)가 계통에 전력을 공급할 수 있는 계통 연계된 상태인지를 판단한다(s102).
상기 판단결과, 계통 연계된 경우가 아니면, 본 실시 예의 운전기능은 수행되지 않는다. 그래서, 본 실시 예는 일단 계통연계된 상태를 전제로 한다.
그와 같이 전력시스템이 계통연계된 경우, 상기 제어부(150)는 데이터 초기화를 수행한다(s104). 상기 데이터는 경부하/중부하/피크부하 시간대별 셋팅, BESS (130)의 초기 충전량 셋팅, 시간대별 전력판매가격 셋팅 등의 입력 데이터를 말한다. 상기한 데이터가 필요한 것은 풍력발전기(100)의 전력과 전력저장유닛(130)을 연계하여 제어하기 때문이고, 또 전력 판매기능을 제공하기 때문이다.
상기 데이터 초기화가 완료되면, 모드선택부(142)는 운전모드를 선택한다. 여기서는 제 1운전모드가 선택된다(s106).
상기 제 1운전모드가 선택되면, 상기 예측부(144)는 풍력발전량을 예측한다(s108). 상기 풍력발전량은 향후 24시간 동안의 값이 된다. 상기 예측할 시간은 실험을 통해 부하시간대별로 최적의 제어값을 얻을 수 있는 시간으로, 상술한 부하시간대가 변동하면 상기 풍력발전량을 예측할 시간도 달라질 수 있다.
상기 풍력발전량이 예측되면, 상기 추출부(146)는 상기 24시간 동안의 풍력발전량을 가공하여 앞서 설명한 바 있는 부하 시간대별(즉, 경부하/중부하/피크부하)로 분할하여 시간대별 발전 가능량을 추출한다(s110).
상기 시간대별 발전 가능량이 추출되면, 상기 결정부(148)는 상기 전력저장유닛(130)을 제어하기 위한 충방전 제어값을 결정한다(s111). 상기 충방전 제어값은 상기 시간대별로 전력판매 가격을 기준으로 최대의 이익을 낼 수 있도록 결정하는 것이 바람직하다.
상기 시간대별 충방전 제어값의 결정 과정은 다음과 같다.
첫 번째, 경부하 시간대이다.
상기 제 110단계에서 시간대별 발전 가능량이 추출된 상태에서 상기 결정부(148)는 우선 경부하 시간 발전가능량과 상기 전력저장유닛(130)의 충전량을 비교한다.
상기 비교결과, 상기 경부하 시간 발전가능량이 상기 전력저장유닛(130)의 충전량보다 큰 경우에만(s112), 상기 결정부(148)는 경부하 시간대의 충/방전 비율을 아래에 기재한 알고리즘에 의해 결정한다.
Figure 112009082162855-pat00001
Figure 112009082162855-pat00002
Figure 112009082162855-pat00003
Figure 112009082162855-pat00004
Figure 112009082162855-pat00005
Figure 112009082162855-pat00006
Figure 112009082162855-pat00007
여기서 Tavg -10은 과거 10분 추세와 미래 10분 추세를 고려한 20분 평균값, Ti는 i 시점의 발전량, α는 발전량 예측치 오차 보정계수, C BESS -i 는 i시점의 충방전 순시값, BESS short - inst 는 Smoothing 제어를 위한 순시 충/방전 비율(단, BESS의 용량보다 이 값이 크게 되면 최대치로 함), BESS long - inst 는 전력저장을 위한 피크 충/방전 비율(피크시 방전용), BESS capa - max 는 설치된 BESS의 순간 최대 충방전 용량, C BESS - capa 는 Smoothing 제어를 위한 시간당 충/방전 비율용량(단, BESS의 용량보다 이 값이 크게되면 최대 용량으로 함), BESS short - capa 는 Smoothing 제어를 위한 시간당 충/방전 비율용량, BESS long - capa 는 전력저장을 위한 전체 충/방전 비율(피크시 방전용) 이다.
그와 같이 상기 전력저장유닛(130)의 충/방전 비율이 결정되면(s114), 상기 제어부(150)는 상기 결정된 값을 기준값으로 하여 상기 전력저장유닛(130)을 제어하면서 'Smoothing' 운전으로 전력시스템을 운전한다(s116).
상기 전력시스템이 운전될 때, 상기 제어부(150)는 상기 전력저장유닛(130)을 매 분당 또는 매 시간당 제어주기로 제어한다. 상기 매 분당 제어는 상기 제어부(150)가 'C BESS - i '값을 계산하여 상기 전력저장유닛(130)을 제어한다. 반면 상기 매 시간당 제어는 상기 제어부(150)가 'BESS short - capa '를 계산하여 Smoothing 제어를 위한 시간당 충/방전 비율을 조정하면서 상기 전력저장유닛(130)을 제어한다. 이때 비율은 상기 전력저장유닛(130)의 전체 용량에서 30~40%가 넘지 않도록 한다.
즉 상기 경부하 시간대에는 상기 풍력발전기(100)의 전력을 상기 전력제어유닛(130)에 충전하면서, 상기 전력제어유닛(130)에서 일정 시간동안 출력된 출력의 평균값에 가깝게 전력을 출력하는 것이다. 상기 경부하 시간대는 전력 수요가 많지않기 때문에 이 시간대에는 전력을 충분히 저장하도록 한다.
두 번째, 중부하 시간대이다.
상기 제 112 단계에서, 경부하 시간 발전 가능량이 상기 전력저장유닛(130)의 충전량보다 작으면, 이때는 상기 결정부(148)가 중부하시간 발전가능량과 상기 전력저장유닛(130)의 충전량을 비교한다(s118).
상기 비교결과, 상기 중부하 시간 발전가능량이 상기 전력저장유닛(130)의 충전량보다 크면, 상기 결정부(148)는 중부하 시간대의 정출력 목표 값을 결정한다.
상기 정출력 목표값은 다음과 같은 알고리즘에 의해 수행된다.
Figure 112009082162855-pat00008
여기서, Tavg -30는 과거 30분 추세와 미래 30분 추세를 고려한 60분 평균값이, 고, β는 발전량 예측치 오차 보정계수이다.
상기 정출력 목표값이 정해지면(s120), 상기 제어부(150)는 시간 평균 정출력 제어방식으로 상기 전력저장유닛(130)을 제어한다(s122). 예컨대, 매 10분당 제어할 경우 Tavg - 30값을 계산하여 상기 전력저장유닛(130)을 제어하면서 운전동작을 제어한다.
즉 상기 중부하 시간대는 상기 전력저장유닛(130)의 충방전을 제어하면서 그 출력값은 일정한 값이 출력되게 한다. 상기 중부하 시간대는 상기 경부하 시간대보다는 전력 수요가 많기 때문에, 전력은 공급하면서 어느 정도의 전력을 저장하는 것이다.
그와 같이 상기한 경부하 시간대와 중부하 시간대는 시간 평균값에 따라 상기 전력저장유닛(130)에 저장된 전력 중 일부만을 일정 범위 내에서 제한적으로 공 급되게 한다. 즉, 부하율이 피크부하 시간대에 비해 상대적으로 낮은 시간대에 전력을 저장하기 위함이다. 이는 경부하와 중부하 시간대에는 전력을 판매하여도 피크부하 시간대에 비해 상대적으로 싸기 때문이다.
세 번째, 피크부하 시간대인 경우이다.
상기 피크부하 시간대의 충방전 제어값 결정에는 전력저장유닛(130)의 초기 충전량 정보를 추출한다(s124). 상기 초기 충전량 정보는 데이터 초기화시에 이미 제공된 값이다.
상기 충전량 정보가 추출되면, 상기 결정부(148)는 상기 전력저장유닛(130)의 정출력 제어를 위한 정출력 제어값을 다음의 알고리즘을 이용하여 결정한다(s126).
Figure 112009082162855-pat00009
여기서, TES 는 에너지 쉬프트(Energy Shift) 제어를 위한 정출력 제어값이고, Hpeak 는 초기 입력된 피크부하 시간이다. WT는 피크 시간대별 풍력 발전량 예측치이고, γ는 발전량 예측치 오차 보정계수이다.
상기 정출력 제어값이 결정되면, 상기 제어부(150)는 상기 전력저장유닛(130)을 결정된 정출력 제어값을 정출력 제어한다(s128).
상기 피크부하 시간대에서는 목표 값에 따라 상기 전력저장유닛(130)에 저장된 전력을 모두 판매할 수 있도록 운전 제어한다. 즉 상기 전력저장유닛(130)의 최대 출력량을 계산하여 계산된 출력량을 모두 공급하는 것이다. 이는 상기 경부하 및 중부하시간대에 비해 전력요금을 상대적으로 비싸게 판매할 수 있기 때문이다.
한편 상기 제 106 단계에서 제 1 운전모드가 미 선택되면, 상기 중앙제어유닛(140)은 부하전력의 변환에 따라 전력을 계통에 공급하는 제 2 운전모드로 전력시스템의 운전을 제어한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시 예에 따르면, 풍력발전기와 전력저장유닛을 연계하고, 계통의 상황, 부하 조건, 전력판매 가격조건에 따라 전력저장유닛을 제어하는 방식을 다르게 적용하여, 전력계통의 안정성 및 효율성을 향상시키고 있음은 물론 풍력 발전사업자의 수익을 극대화할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전체 전력시스템의 구성도
도 2는 도 1의 중앙제어유닛의 구성도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전 및 전력저장장치가 연계된 전력시스템을 제어하는 흐름도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 풍력발전기 110 : 전력변환유닛
130 : 전력저장유닛 140 : 중앙제어유닛
142 : 모드선택부 144 : 풍력발전량 예측부
146 : 발전가능량 추출부 148 : 충방전 제어값 결정부
150 : 제어부

Claims (9)

  1. 전력저장유닛이 연결된 풍력발전기가 계통과 연계되어 있는지 판단하는 제 1 단계;
    상기 계통 연계된 경우에, 상기 전력저장유닛의 운전을 제어할 제어시점을 결정하기 위해 제공된 데이터를 초기화하는 제 2 단계;
    상기 데이터 초기화 후 상기 제어시점에 따른 운전모드인 경우 상기 풍력발전기의 풍력발전량 및 부하 시간대별 발전가능량을 계산하는 제 3 단계;
    상기 부하 시간대별로 상기 계통의 상황, 부하조건 및 전력판매 가격조건에 따라 상기 전력저장유닛의 충방전 제어방식을 결정하는 제 4 단계; 그리고
    상기 결정된 충방전 제어방식에 따라 상기 풍력발전기의 출력이 상기 전력저장유닛과 연계되어 제어되도록 운전 제어하는 제 5 단계를 포함하고,
    상기 충방전 제어방식은, 상기 시간대별로 각각 상기 전력저장유닛에 전력을 충전하면서 일정 시간동안 출력된 출력의 평균값으로 전력을 출력하는 제 1 제어방식과, 상기 전력저장유닛으로부터 전력을 일정 값으로 출력하거나 일정 시간동안 출력된 출력의 평균값으로 출력하면서 상기 전력저장유닛의 충방전을 함께 수행하는 제 2 제어방식과, 상기 전력저장유닛으로부터 출력가능한 최대 출력량을 출력하는 제 3 제어방식 중 어느 하나의 제어방식이 결정되는 것을 특징으로 하는 풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전력시스템의 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 단계에서 데이터는 부하 시간대, 상기 전력저장유닛의 초기 충전량, 부하 시간대별 전력판매가격 정보가 제공되는 것을 특징으로 하는 풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전력시스템의 제어방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 4 단계의 충방전 제어방식 결정은, 상기 시간대별 발전가능량과 상기 전력저장유닛의 충전량을 비교하여 상기 전력저장유닛의 충방전 비율 또는 상기 전력저장유닛의 출력 목표값을 결정하는 것을 특징으로 하는 풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전력시스템의 제어방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 제어방식, 제 2 제어방식, 제 3 제어방식이 적용되는 각각의 시간대는, 상기 제 1 제어방식의 시간대에서 상기 제 3 제어방식의 시간대로 갈수록 전력수요가 더 증가하게 되는 시간대임을 특징으로 하는 풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전력시스템의 제어방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3 단계에서, 제어시점에 따른 운전모드가 미선택되면, 전력 수요의 변화에 따라 상기 전력저장유닛에서 전력을 공급하는 운전모드(Load Following Control)로 수행되는 것을 특징으로 하는 풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전력시스템의 제어방법.
  7. 풍력발전기;
    상기 풍력발전기에서 생산된 전력을 충전하거나 상기 풍력발전기와 연계된 계통에 공급하도록 방전하는 전력저장유닛; 그리고
    상기 계통의 상황, 계통의 부하조건, 전력판매 가격조건에 따라 상기 전력저장유닛의 충방전 제어방식을 다르게 적용하여 제어하는 중앙제어유닛을 포함하고,
    상기 충방전 제어방식은, 부하 시간대별로 각각 상기 전력저장유닛에 전력을 충전하면서 일정 시간동안 출력된 출력의 평균값으로 전력을 출력하는 제 1 제어방식과, 상기 전력저장유닛으로부터 전력을 일정 값으로 출력하거나 일정 시간동안 출력된 출력의 평균값으로 출력하면서 상기 전력저장유닛의 충방전을 함께 수행하는 제 2 제어방식과, 상기 전력저장유닛으로부터 출력가능한 최대 출력량을 출력하는 제 3 제어방식 중 어느 하나의 제어방식이 결정됨을 특징으로 하는 풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전력시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 중앙제어유닛은,
    상기 풍력발전기가 일정 시간동안 발전할 수 있는 풍력발전량을 계산하는 제 1 계산부;
    상기 계산된 풍력발전량을 소정 시간대별로 분할하여 계산하는 제 2 계산부;
    상기 전력저장유닛의 충전량과 상기 시간대별 충전 가능량을 비교하고 상기 시간대별로 상기 계통 상황 및 전력판매 가격조건에 따라 상기 전력저장유닛의 충방전 제어방식을 결정하는 충방전 제어값 결정부; 그리고
    상기 결정된 충방전 제어방식으로 상기 전력저장유닛의 충방전 및 전력시스템의 운전을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 풍력발전과 전력저장장치가 연계된 전력시스템.
  9. 삭제
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