KR101219883B1

KR101219883B1 - 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101219883B1
Application number: KR1020110066233A
Authority: KR
Inventors: 이학주; 채우규; 박중성; 원동준; 강기혁
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2013-01-09
Also published as: WO2013005875A1

Abstract

중앙제어장치에서 에너지 저장장치들의 현재 출력을 이용하여 산출한 부하량(또는 출력량)을 근거로 SOC 기능이 있는 에너지 저장장치의 현재 출력에 따라 SOC 기능이 없는 에너지 저장장치의 출력량을 제어하여 마이크로그리드의 출력을 안정화하도록 한 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템 및 방법이 제시된다. 제시된 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템은 다수의 분산전원 및 에너지 저장장치들로부터 수신한 현재 출력값 및 SOC값을 근거로 SOC 기능이 없는 에너지 저장장치의 출력을 제어하기 위한 출력값 지령을 설정하는 중앙제어장치; 현재 출력값 및 SOC값을 중앙제어장치로 전송하고, 드룹제어에 의해 출력을 제어하는 제1에너지 저장장치; 및 현재 출력값을 중앙제어장치로 전송하고, 중앙제어장치로부터 수신한 출력값 지령을 근거로 출력을 제어하는 제2에너지 저장장치를 포함한다.

Description

마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템 및 방법{THE COORDINATED CONTROL SYSTEM AND METHOD OF ENERGY STORAGE DEVICE}

본 발명은 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중앙 집중제어와 지역제어가 가능한 마이크로그리드 시스템에서 SOC 기능이 있는 에너지 저장장치와 SOC 기능이 없는 에너지 저장장치 상호 간의 협조제어를 수행하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템 및 방법에 대한 것이다.

일반적으로 마이크로그리드 시스템은 수요지 인근의 소규모 전력공급 시스템으로 전력과 열을 동시에 공급할 수 있는 시스템이다. 이때, 마이크로그리드 시스템은 전력계통에서 사고나 고장이 발생하게 되면 전력계통과 분리하고, 마이크로그리드를 구성하는 다수의 분산전원에서 부하로 전력을 공급하도록 제어하는 독립운전을 수행한다. 이때, 마이크로그리드 시스템은 다양한 형태의 제어를 통해 부하에서의 부하변동량을 충족시켜 전력수급의 균형을 유지하는 중앙제어방식으로 분산전원의 출력을 제어한다. 즉, 마이크로그리드의 중앙제어방식은 분산전원 및 부하를 모니터링하여 전압, 주파수 등의 관련 정보를 중앙제어장치에서 수집한다. 중앙제어장치는 수집한 정보를 이용하여 분산전원 및 에너지 저장장치의 출력값 지령을 다시 분산전원 및 에너지 저장장치에 전송한다.

하지만, 마이크로그리드 시스템의 중앙제어방식은 분산전원 및 부하에서 전압, 주파수 등의 정보를 통신을 통하여 중앙제어장치로 전송하기 때문에, 통신지연에 따라 전기품질의 악화와 전력수급 밸런스의 유지가 어려운 문제점이 있다.

또한, 마이크로그리드 시스템의 지역제어 방식은 전압과 주파수 정보를 이용하여 마이크로그리드의 자율적 운전이 가능하지만 동특성이 빠른 분산전원으로 구성해야 한다. 하지만, 동특성이 빠른 분산전원은 에너지의 충전량 및 방전량의 한계가 있어 복수의 분산전원을 이용해야만 장기운전이 가능한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 중앙제어장치에서 에너지 저장장치들의 현재 출력을 이용하여 산출한 부하량(또는 출력량)을 근거로 SOC 기능이 있는 에너지 저장장치의 현재 출력에 따라 SOC 기능이 없는 에너지 저장장치의 출력량을 제어하여 마이크로그리드의 출력을 안정화하도록 한 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 마이크로그리드의 내부 부하 변동량을 저대역통과필터를 이용하여 단주기 부하량 및 장주기 부하량으로 판별하여 마이크로그리드 내의 에너지 저장장치 상호 간 협조제어를 통해 SOC를 가지는 에너지 저장장치의 SOC 설정값을 빠르게 회복하도록 한 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템은, 다수의 분산전원 및 에너지 저장장치들로부터 수신한 현재 출력값 및 SOC값을 근거로 SOC 기능이 없는 에너지 저장장치의 출력을 제어하기 위한 출력값 지령을 설정하는 중앙제어장치; 현재 출력값 및 SOC값을 중앙제어장치로 전송하고, 드룹제어에 의해 출력을 제어하는 제1에너지 저장장치; 및 현재 출력값을 중앙제어장치로 전송하고, 중앙제어장치로부터 수신한 출력값 지령을 근거로 출력을 제어하는 제2에너지 저장장치를 포함한다.

중앙제어장치는, 다수의 분산전원과 제1에너지 저장장치 및 제2에너지 저장장치로부터 수신한 현재 출력값들을 합산하여 마이크로그리드 시스템의 부하량을 산출하는 부하량 산출부; 부하량 산출부에서 산출한 부하량을 장주기 부하량 및 단주기 부하량으로 분류하는 부하량 분류부; 및 부하량 분류부에서 분류된 장주기 부하량 및 제1에너지 저장장치로부터의 SOC값을 근거로 출력값 지령을 설정하고, 제2에너지 저장장치로 출력값 지령을 전송하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

부하량 분류부는 저대역통과필터로 구성된다.

부하량 분류부는, 부하량 산출부에서 산출한 부하량이 저대역통과필터를 통과하면 장주기 부하량으로 분류한다.

제어부는, 제1에너지 저장장치로부터 수신한 SOC값과 부하량 분류부에서 분류된 장주기 부하량을 합산하여 산출한 값을 제2에너지 저장장치의 출력값 지령으로 설정한다.

제1에너지 저장장치는 SOC 기능이 있는 배터리를 포함하고, 제2에너지 저장장치는 SOC 기능이 없는 연료전지를 포함한다.

제1에너지 저장장치는 드룹제어에 의한 지역제어를 통해 출력을 제어한다.

제1에너지 저장장치는, 중앙제어장치로부터의 부하량을 근거로 제1에너지 저장장치의 출력 기준값을 설정하는 기준값 설정부; 중앙제어장치에서 산출한 부하량이 단주기 부하량이면 부하량과 출력 기준값을 비교하여 제1에너지 저장장치의 제어모드를 설정하는 제어모드 설정부; 및 제어모드 설정부에서 설정된 제어모드에 따라 제1에너지 저장장치의 출력을 제어하는 출력 제어부를 포함한다.

기준값 설정부는, 잉여부하량 및 부족 부하량을 포함하는 출력 설정값을 설정한다.

제어모드 설정부는, 부하량이 잉여 부하량 미만이면 충전 제어모드로 설정하고, 부하량이 잉여 부하량 이상 부족 부하량 이하이면 조류 제어모드로 설정하고, 부하량이 부족 부하량을 초과하면 방전 제어모드로 설정한다.

출력 제어부는, 제어모드 설정부에서 충전 제어모드로 설정되면 최대출력으로 충전하도록 제1에너지 저장장치를 제어하고, 제어모드 설정부에서 조류제어모드로 설정되면 전력계통에서 기설정된 전력량을 제외한 부하 변동량에 대한 전력을 출력하도록 제1에너지 저장장치를 제어하고, 제어모드 설정부에서 방전 제어모드로 설정되면 최대출력으로 방전하도록 제1에너지 저장장치를 제어한다.

제2에너지 저장장치는, 중앙제어장치로부터 수신한 출력값 지령 및 부하 설정값을 근거로 제2에너지 저장장치의 제어모드를 설정하는 제어모드 설정부; 및 제어모드 설정부에서 설정된 제어모드에 따라 제2에너지 저장장치의 출력을 제어하는 출력 제어부를 포함한다.

제어모드 설정부는, 출력값 지령이 제1부하 설정값 미만이면 UPC 제1모드로 설정하고, 출력값 지령이 제1부하 설정값 이상이고 제2부하 설정값 이하이면 조류제어모드로 설정하고, 출력값 지령이 제2부하 설정값을 초과하면 UPC 제2모드로 설정한다.

제1부하 설정값은 제2에너지 저장장치의 최소출력값과 전력계통 유입 전력량을 합산한 값이고, 제2부하 설정값은 제2에너지 저장장치의 최대출력값과 전력계통 유입 전력량을 합산한 값이다.

출력 제어부는, 제어모드 설정부에서 UPC 제1모드로 설정되면 최소출력으로 전력을 출력하도록 제2에너지 저장장치를 제어하고, 제어모드 설정부에서 조류제어모드로 설정되면 기설정된 전력을 전력계통에서 출력하고 부하량에서 전력계통에서 출력된 전력을 차감한 부하의 전력을 제2에너지 저장장치에서 출력하도록 제어하고, 제어모드 설정부에서 UPC 제2모드로 설정되면 최대출력으로 전력을 출력하도록 제2에너지 저장장치를 제어한다.

출력 제어부는, UPC 제모드로 설정되고 출력값 지령 제2에너지 저장장치의 최소출력 미만이면 제2에너지 저장장치의 출력이 0이 되도록 제어하고, UPC 제모드로 설정되고 출력값 지령 제2에너지 저장장치의 최소출력 이상이고 제1부하 설정값 미만이면 제2에너지 저장장치가 최소출력으로 출력하도록 제어한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법은, 다수의 분산전원과 제1에너지 저장장치 및 제2에너지 저장장치로부터 현재 출력값 및 SOC값을 수신하는 단계; 다수의 분산전원과 제1에너지 저장장치 및 제2에너지 저장장치로부터 수신한 현재 출력값들을 근거로 마이크로그리드 시스템의 부하량을 산출하는 단계; 산출한 부하량을 장주기 부하량 및 단주기 부하량으로 분류하는 단계; 분류된 장주기 부하량 및 제1에너지 저장장치로부터의 SOC값을 근거로 제2에너지 저장장치의 출력값 지령을 설정하는 단계; 및 설정된 출력값 지령을 근거로 제2에너지 저장장치의 출력을 제어하는 단계를 포함한다.

부하량을 산출하는 단계에서는, 다수의 분산전원과 제1에너지 저장장치 및 제2에너지 저장장치로부터 수신한 현재 출력값들을 합산하여 마이크로그리드 시스템의 부하량을 산출한다.

장주기 부하량 및 단주기 부하량으로 분류하는 단계에서는, 산출한 부하량이 저대역통과필터를 통과하면 장주기 부하량으로 분류한다.

출력값 지령을 설정하는 단계에서는, 제1에너지 저장장치로부터 수신한 SOC값과 분류된 장주기 부하량을 합산하여 산출한 값을 제2에너지 저장장치의 출력값 지령으로 설정한다.

제2에너지 저장장치의 출력을 제어하는 단계에서는, 출력값 지령이 제1부하 설정값 미만이면 UPC 제1모드로 설정하고, 출력값 지령이 제1부하 설정값 이상이고 제2부하 설정값 이하이면 조류제어모드로 설정하고, 출력값 지령이 제2부하 설정값을 초과하면 UPC 제2모드로 설정한다.

제2에너지 저장장치의 출력을 제어하는 단계에서는, UPC 제1모드로 설정되면 최소출력으로 전력을 출력하도록 제2에너지 저장장치를 제어하고, 조류제어모드로 설정되면 기설정된 전력을 전력계통에서 출력하고 부하량에서 전력계통에서 출력된 전력을 차감한 부하의 전력을 제2에너지 저장장치에서 출력하도록 제어하고, UPC 제2모드로 설정되면 최대출력으로 전력을 출력하도록 제2에너지 저장장치를 제어한다.

제2에너지 저장장치의 출력을 제어하는 단계에서는, UPC 제모드로 설정되고 출력값 지령 제2에너지 저장장치의 최소출력 미만이면 제2에너지 저장장치의 출력이 0이 되도록 제어하고, UPC 제모드로 설정되고 출력값 지령 제2에너지 저장장치의 최소출력 이상이고 제1부하 설정값 미만이면 제2에너지 저장장치가 최소출력으로 출력하도록 제어한다.

드룹제어에 의한 지역제어를 통해 제1에너지 저장장치의 출력을 제어하는 단계를 더 포함한다.

제1에너지 저장장치의 출력을 제어하는 단계에서는, 산출한 부하량을 근거로 제1에너지 저장장치의 출력 기준값을 설정하는 단계; 산출한 부하량이 단주기 부하량이면 부하량과 산출한 출력 기준값을 비교하여 제1에너지 저장장치의 제어모드를 설정하는 단계; 및 제어모드에 따라 제1에너지 저장장치의 출력을 PI 제어하는 단계를 포함한다.

출력 기준값을 설정하는 단계에서는, 잉여부하량 및 부족 부하량을 포함하는 출력 설정값을 설정한다.

제1에너지 저장장치의 제어모드를 설정하는 단계에서는, 부하량이 잉여 부하량 미만이면 충전 제어모드로 설정하고, 부하량이 잉여 부하량 이상 부족 부하량 이하이면 조류 제어모드로 설정하고, 부하량이 부족 부하량을 초과하면 방전 제어모드로 설정한다.

제1에너지 저장장치의 출력을 제어하는 단계에서는, 충전 제어모드로 설정되면 최대출력으로 충전하도록 제1에너지 저장장치를 제어하고, 조류제어모드로 설정되면 전력계통에서 기설정된 전력량을 제외한 부하 변동량에 대한 전력을 출력하도록 제1에너지 저장장치를 제어하고, 방전 제어모드로 설정되면 최대출력으로 방전하도록 제1에너지 저장장치를 제어한다.

현재 출력값 및 SOC값을 수신하는 단계에서는, 다수의 분산전원으로부터 현재 출력값들을 수신하는 단계 SOC 기능이 있는 제1에너지 저장장치로부터 현재 출력값 및 SOC값을 수신하는 단계; 및 SOC 기능이 없는 제2에너지 저장장치로부터 현재 출력값을 수신하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템 및 방법은 마이크로그리드의 부하변동량을 장주기 부하 및 단주기 부하로 구분하여 장주기 부하는 SOC가 없고 동특성이 느린 에너지 저장장치(즉, 연료전지)에서 담당하고, 단주기 부하는 SOC가 있는 에너지 저장장치(즉, 배터리)에서 담당하여 상호가 협조제어를 수행함으로써, 마이크로그리드의 전력수급 균형을 유지하고, 마이크로그리드로 내부로 유입되는 계통전력을 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템 및 방법은 시간에 관계없이 마이크로그리드 내부의 부하변동을 에너지 저장장치가 전적으로 담당하여 부하에 전력을 공급하도록 하고 이와 반대로 에너지 저장장치의 출력이 부하 변동량을 초과할 경우 부하변동량은 전력계통에서 담당하며, 배터리는 일정한 출력을 내는 유니트 제어모드로 전환시켜서 전력수급 균형을 유지함으로써, 마이크로그리드를 안정적으로 운영할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예의 설명을 위한 마이크로그리드 협조제어 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1의 제1에너지 저장장치의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 1의 제2에너지 저장장치의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 1의 중앙제어장치의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 6은 도 5의 SOC 특성이 없는 제2에너지 저장장치를 제어하는 단계를 설명하기 위한 흐름도.
도 7은 도 5의 SOC 특성이 있는 제1에너지 저장장치를 제어하는 단계를 설명하기 위한 흐름도.
도 8은 SOC 특성이 없는 제2에너지 저장장치의 운영모드를 설명하기 위한 도면.
도 9 내지 도 11은 SOC 특성이 있는 제1에너지 저장장치의 운영모드를 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명은 중앙제어장치에 의한 중앙 집중제어와 지역제어가 가능한 마이크로그리드 시스템에서 분산전원 상호 간의 협조제어를 수행하는 협조제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템은 지역제어와 중앙제어장치에 의한 중앙제어가 가능한 마이크로그리드 시스템에서 에너지 저장장치 상호 간의 협조제어를 수행한다. 이때, 마이크로그리드의 부하변동량은 장주기 성분과 단주기 성분으로 구분된다. 따라서, 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템은 SOC특성을 가진 에너지 저장장치가 동특성이 빨라 단주기 성분의 부하 변동량을 감당하고, SOC특성이 없는 연료전지 등의 에너지 저장장치는 동특성이 느리지만 시간에 상관없이 출력을 낼 수 있기 때문에 장주기 성분의 부하 변동량을 감당하도록 제어한다.

더욱 상세하게는, 제1제어 단계로 중앙제어장치에서는 각 분산전원의 출력량과 SOC를 수신하여 마이크로그리드 내부 부하량을 산출한다. 이후, 마이크로그리드 내부 부하변동을 저대역통과필터에 의해 단주기, 장주기 변동량으로 추출하게 된다. 이때, 부하변동량을 단주기와 장주기 성분으로 구분하기 위하여 저대역통과필터를 사용한다. 즉, 분산전원이 감당해야 하는 양이 저대역통과필터를 통과하면 장주기 성분으로, 이외의 성분은 단주기 성분으로 간주한다.

수신된 SOC값이 허용된 범위(10~100%)를 유지하도록 장주기의 부하 변동량에 추가적인 출력량을 합산한다. 만약, SOC가 100%일 경우 장주기의 부하 변동량을 감소시킴으로써 더 이상 배터리가 충전을 하지 못하도록 연료전지의 출력량을 명령하며, SOC가 10%일 경우 장주기의 부하 변동량을 증가시킴으로써 더 이상 배터리가 방전을 하지 못하도록 연료전지의 출력량을 명령한다.

다음, 제2제어 단계에서는 각 분산전원의 제어장치가 분산전원이 담당하는 부하량과 출력 용량을 고려하여 UPC 및 FFC의 적절한 제어모드로 전환하여 제어함으로써, 마이크로그리드의 출력을 안정화시킨다. 중앙제어장치에서 장주기의 부하량과 SOC 관리를 위한 부하량을 산출하여 출력량을 명령받은 SOC가 없는 에너지 저장장치의 제어장치는 출력 용량을 고려하여 UPC 및 FFC의 적절한 제어모드로 전환하여 PI 제어를 통해 출력을 제어한다. 반면, 드룹제어를 통한 지역제어가 가능한 SOC가 있는 에너지 저장장치는 중앙제어장치의 명령없이 드룹제어에 의한 출력량과 출력 용량을 고려하여 UPC 및 FFC의 적절한 제어모드로 전환하여 PI 제어를 통해 출력을 제어한다. SOC가 있는 에너지 저장장치는 출력동특성이 빠른 특성을 가지므로 중앙제어장치의 명령없이 부하변동에 대하여 빠르게 반응할 수 있으므로, 전력수급 밸런스를 유지하며 전력 품질을 향상시켜줄 수 있다. 따라서 본 발명은 향후 마이크로그리드의 보급이 확대되면 마이크로그리드의 전력품질 향상과 전력수급 밸런스 유지에 적용이 기대된다.

SOC가 있는 에너지 저장장치인 배터리는 연료전지보다 상위에 설치되어 드룹 제어를 통한 지역제어로 출력제어가 이루어진다. 드룹제어에 의해 마이크로그리드가 계통과 분리되어 계통에서 오는 전력이 “0”이 될 경우 주파수가 변동하게 되고, 설정된 드룹계수에 의해 배터리 출력을 증가시켜 마이크로그리드의 전력수급 균형을 유지한다.

SOC가 없는 에너지 저장장치인 연료전지는 중앙제어 방식에 의해 배터리와 연료전지의 출력량을 중앙제어장치로부터 입력받는다. 또, 연료전지는 배터리의 SOC를 일정하게 유지하기 위하여 SOC와 SOC 설정값을 비교하여 이값을 PI 제어기를 통해 연료전지 입력값에 더한다.

본 발명은 이와 같이 에너지 저장장치의 출력을 이용하여 부하를 추정하여 SOC 특성이 없고 동특성이 느린 에너지 저장장치에게 지령값을 전송하고, SOC 특성이 있지만 동특성이 빠른 에너지 저장장치가 부하변동과 동특성이 느린 에너지 저장장치의 출력값의 차이를 감당하여 전력 균형을 이루는 방법이다. 이는 배터리와 같이 동특성이 빠르고 SOC특성을 가진 에너지 저장장치의 용량을 줄일 수 있으며, 장주기 성분은 SOC 특성이 없는 연료전지와 같은 에너지 저장장치가 감당함으로써 SOC특성을 가진 에너지 저장장치의 SOC 관리를 도와 시간에 무관하게 출력 밸런스 유지가 가능한 장점을 가진다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 1은 본 발명의 실시예의 설명을 위한 마이크로그리드 협조제어 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 도 1의 제1에너지 저장장치의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 1의 제2에너지 저장장치의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 1의 중앙제어장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 실시예에서 에너지 저장장치는 화학적 에너지, 전기 에너지 등을 저장하고 필요시 출력하는 장치를 통칭하므로, 일반적인 에너지 저장장치에 한정되지 않는다.

도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템은 다수의 분산전원(100), 제1에너지 저장장치(200), 제2에너지 저장장치(300), 중앙제어장치(400)를 포함하여 구성된다. 이때, 다수의 분산전원(100)과 제1에너지 저장장치(200) 및 제2에너지 저장장치(300)는 배전용 변압기(500)와 정지형 개폐기(600)가 연결된 전력선(700)을 통해 부하(800)로 전력을 공급하고, 네트워크(900)를 통해 중앙제어장치(400)와 데이터를 송수신한다.

분산전원(100)은 마이크로터빈, 연료전지, 디젤발전기 등으로 구성되며, 배전용 변압기(500) 및 정지형 개폐기(600)와 연결되는 교류전력선(700)을 통해 부하(800)와 연결된다. 분산전원(100)은 현재 출력값을 네트워크(900)를 통해 중앙제어장치(400)로 전송한다.

제1에너지 저장장치(200)는 현재 출력값 및 SOC값을 중앙제어장치(400)로 전송하고, 드룹제어에 의해 전력을 부하(800)로 출력한다. 이때, 제1에너지 저장장치(200)는 SOC 기능이 있는 배터리(280)를 포함하여 구성된다. 이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1에너지 저장장치(200)는 기준값 설정부, 제어모드 설정부(240), 출력 제어부(260)를 포함하여 구성된다. 여기서, 제1에너지 저장장치(200)는 중앙제어장치(400)와의 데이터 송수신을 위한 통신부(미도시)를 포함하여 구성될 수도 있다.

기준값 설정부는 중앙제어장치(400)로부터의 부하량을 근거로 제1에너지 저장장치(200)의 출력 기준값을 설정한다. 여기서, 기준값 설정부는 잉여부하량 및 부족 부하량을 포함하는 출력 설정값을 설정한다.

제어모드 설정부(240)는 중앙제어장치(400)에서 산출한 부하량이 단주기 부하량이면 부하량과 출력 기준값을 비교하여 제1에너지 저장장치(200)의 제어모드를 설정한다. 여기서, 제어모드 설정부(240)는 부하량이 잉여 부하량 미만이면 충전 제어모드로 설정하고, 부하량이 잉여 부하량 이상 부족 부하량 이하이면 조류 제어모드로 설정하고, 부하량이 부족 부하량을 초과하면 방전 제어모드로 설정한다.

출력 제어부(260)는 제어모드 설정부(240)에서 설정된 제어모드에 따라 제1에너지 저장장치(200)의 출력을 제어한다. 여기서, 출력 제어부(260)는 제어모드 설정부(240)에서 충전 제어모드로 설정되면 최대출력으로 충전하도록 제1에너지 저장장치(200)를 제어하고, 제어모드 설정부(240)에서 조류제어모드로 설정되면 전력계통에서 기설정된 전력량을 제외한 부하(800) 변동량에 대한 전력을 출력하도록 제1에너지 저장장치(200)를 제어하고, 제어모드 설정부(240)에서 방전 제어모드로 설정되면 최대출력으로 방전하도록 제1에너지 저장장치(200)를 제어한다.

제2에너지 저장장치(300)는 현재 출력값을 중앙제어장치(400)로 전송하고, 중앙제어장치(400)로부터 수신한 출력값 지령을 근거로 출력을 제어한다. 이때, 제2에너지 저장장치(300)는 SOC 기능이 없는 연료전지(360)를 포함하여 구성된다. 이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2에너지 저장장치(300)는 제어모드 설정부(320) 및 출력 제어부(340)를 포함한다. 여기서, 제2에너지 저장장치(300)는 중앙제어장치(400)와의 데이터 송수신을 위한 통신부(미도시)를 포함하여 구성될 수도 있다.

제어모드 설정부(320)는 중앙제어장치(400)로부터 수신한 출력값 지령 및 부하(800) 설정값을 근거로 제2에너지 저장장치(300)의 제어모드를 설정한다. 여기서, 제어모드 설정부(320)는 출력값 지령이 제1부하(800) 설정값 미만이면 UPC 제1모드로 설정하고, 출력값 지령이 제1부하(800) 설정값 이상이고 제2부하(800) 설정값 이하이면 조류제어모드로 설정하고, 출력값 지령이 제2부하(800) 설정값을 초과하면 UPC 제2모드로 설정한다. 이때, 제어모드 설정부(320)는 제2에너지 저장장치(300)의 최소출력값과 전력계통 유입 전력량을 합산한 값을 제1부하(800) 설정값으로 하고, 제2에너지 저장장치(300)의 최대출력값과 전력계통 유입 전력량을 합산한 값을 제2부하(800) 설정값으로 하여 제2에너지 저장장치(300)의 제어모드를 설정한다.

출력 제어부(340)는 제어모드 설정부(320)에서 설정된 제어모드에 따라 제2에너지 저장장치(300)의 출력을 제어한다. 여기서, 출력 제어부(340)는 제어모드 설정부(320)에서 UPC 제1모드로 설정되면 최소출력으로 전력을 출력하도록 제2에너지 저장장치(300)를 제어하고, 제어모드 설정부(320)에서 조류제어모드로 설정되면 기설정된 전력을 전력계통에서 출력하고 부하량에서 전력계통에서 출력된 전력을 차감한 부하(800)의 전력을 제2에너지 저장장치(300)에서 출력하도록 제어하고, 제어모드 설정부(320)에서 UPC 제2모드로 설정되면 최대출력으로 전력을 출력하도록 제2에너지 저장장치(300)를 제어한다.

중앙제어장치(400)는 에너지 저장장치들로부터 수신한 현재 출력값 및 SOC값을 근거로 SOC 기능이 없는 에너지 저장장치의 출력을 제어하기 위한 출력값 지령을 설정한다. 이를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 중앙제어장치(400)는 통신부(420), 부하량 산출부(440), 부하량 분류부(460), 제어부(480)를 포함하여 구성된다.

통신부(420)는 다수의 분산전원(100) 및 에너지 저장장치들(즉, 제1에너지 저장장치(200), 제2에너지 저장장치(300))들과 데이터를 송수신한다.

부하량 산출부(440)는 다수의 분산전원(100)과 제1에너지 저장장치(200) 및 제2에너지 저장장치(300)로부터 수신한 현재 출력값들을 합산하여 마이크로그리드 시스템의 부하량을 산출한다.

부하량 분류부(460)는 부하량 산출부(440)에서 산출한 부하량을 장주기 부하량 및 단주기 부하량으로 분류한다. 이때, 부하량 분류부(460)는 저대역통과필터로 구성되며, 부하량 산출부(440)에서 산출한 부하량이 저대역통과필터를 통과하면 장주기 부하량으로 분류한다. 부하량 산출부(440)에서 산출한 부하량이 저대역통과필터를 통과하지 못하면 단주기 부하량으로 분류한다. 여기서, 저대역통과필터의 컷오프 주파수는 동특성이 느린 에너지 저장장치에 따라 다르게 설정된다.

제어부(480)는 부하량 분류부(460)에서 분류된 장주기 부하량 및 제1에너지 저장장치(200)로부터의 SOC값을 근거로 출력값 지령을 설정하고, 제2에너지 저장장치(300)로 출력값 지령을 전송하도록 제어한다. 이때, 제어부(480)는 통신부(420)를 통해 제1에너지 저장장치(200)로부터 수신한 SOC값과 부하량 분류부(460)에서 분류된 장주기 부하량을 합산하여 산출한 값을 제2에너지 저장장치(300)의 출력값 지령으로 설정한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 6은 도 5의 SOC 특성이 없는 제2에너지 저장장치를 제어하는 단계를 설명하기 위한 흐름도이고, 도 7은 도 5의 SOC 특성이 있는 제1에너지 저장장치를 제어하는 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저, 중앙제어장치(400)는 네트워크(900)를 통해 다수의 분산전원(100)과 제1에너지 저장장치(200) 및 제2에너지 저장장치(300)로부터 현재 출력값 및 SOC값을 수신한다(S100). 이때, 중앙제어장치(400)는 다수의 분산전원(100)으로부터 현재 출력값들을 수신하고, SOC 기능이 있는 제1에너지 저장장치(200)로부터 현재 출력값 및 SOC값을 수신하고, SOC 기능이 없는 제2에너지 저장장치(300)로부터 현재 출력값을 수신한다.

중앙제어장치(400)는 수신한 현재 출력값 및 SOC값을 이용하여 마이크로그리드 시스템의 부하량을 산출한다(S200). 이때, 중앙제어장치(400)는 다수의 분산전원(100)과 제1에너지 저장장치(200) 및 제2에너지 저장장치(300)로부터 수신한 현재 출력값들을 합산하여 마이크로그리드 시스템의 부하량을 산출한다.

중앙제어장치(400)는 저대역통과필터를 이용하여 기산출한 부하량을 장주기 부하량 및 단주기 부하량으로 분류한다(S300). 이때, 중앙제어장치(400)는 산출한 부하량이 저대역통과필터를 통과하면 장주기 부하량으로 분류한다. 중앙제어장치(400)는 산출한 부하량이 저대역통과필터를 통과하지 못하면 단주기 부하량으로 분류한다.

기산출한 부하량이 장주기 부하량으로 분류되면(S400; YES), SOC 특성이 없는 제2에너지 저장장치(300)의 출력 제어를 수행한다(S500). 이하에서, 도 6을 참조하여 SOC 특성이 없는 제2에너지 저장장치(300)의 출력 제어하는 방법을 상세하게 설명하면 아래와 같다.

먼저, 중앙제어장치(400)는 기분류된 장주기 부하량 및 제1에너지 저장장치(200)로부터의 SOC값을 근거로 제2에너지 저장장치(300)의 출력값 지령을 설정한다(S510). 이때, 중앙제어장치(400)는 제1에너지 저장장치(200)로부터 수신한 SOC값과 분류된 장주기 부하량을 합산하여 산출한 값을 제2에너지 저장장치(300)의 출력값 지령으로 설정한다. 중앙제어장치(400)는 설정된 출력값 지령을 제2에너지 저장장치(300)로 전송한다.

출력값 지령이 제1부하(800) 설정값 이상이고 제2부하(800) 설정값 이하이면(S520; YES), 제2에너지 저장장치(300)는 조류제어모드로 설정한다(S522). 여기서, 제1부하(800) 설정값은 제2에너지 저장장치(300)의 최소출력값과 전력계통 유입 전력량을 합산한 값이고, 제2부하(800) 설정값은 제2에너지 저장장치(300)의 최대출력값과 전력계통 유입 전력량을 합산한 값이다.

조류제어모드로 설정됨에 따라 기설정된 전력을 전력계통에서 출력하고, 제2에너지 저장장치(300)는 부하량에서 전력계통에서 출력된 전력을 차감한 부하량에 대한 전력을 출력한다(S524). 그에 따라, SOC 특성이 없는 제2에너지 저장장치(300)에서 마이크로그리드의 전력수급 밸런스를 유지한다.

출력값 지령이 제1부하(800) 설정값 미만이면(S540; YES), 제2에너지 저장장치(300)는 UPC 제1모드로 설정한다(S542). UPC 제1모드로 설정됨에 따라 제2에너지 저장장치(300)는 최소출력으로 전력을 출력하고, 계통전력이 나머지 부하(800)에 대한 전력을 출력한다(S544). 그에 따라, 계통전력에서 마이크로그리드의 전력수급 밸런스를 유지한다.

출력값 지령이 제2부하(800) 설정값을 초과하면(S560; YES), 제2에너지 저장장치(300)는 UPC 제2모드로 설정한다(S562). UPC 제2모드로 설정됨에 따라 제2에너지 저장장치(300)는 최대출력으로 전력을 출력하고, 전력계통에서 나머지 부하(800)에 대한 전력을 출력한다(S564). 그에 따라, 계통전력에서 마이크로그리드의 전력수급 밸런스를 유지한다.

기산출한 부하량이 단주기 부하량으로 분류되면(S400; NO), SOC 특성이 있는 제1에너지 저장장치(200)의 출력 제어를 수행한다(S600). 이때, 제1에너지 저장장치(200)는 드룹제어에 의한 지역제어를 통해 출력제어를 수행한다. 이하에서, 도 7을 참조하여 SOC 특성이 있는 제1에너지 저장장치(200)의 출력 제어하는 방법을 상세하게 설명하면 아래와 같다.

기산출한 부하량을 근거로 제1에너지 저장장치(200)의 출력 기준값을 설정한다(S610). 이때, 제1에너지 저장장치(200)는 잉여부하량 및 부족 부하량을 포함하는 출력 설정값을 설정한다. 즉, 제1에너지 저장장치(200)는 기산출한 부하량이 단주기 부하량이면 부하량과 설정된 출력 기준값(즉, 잉여부하량 및 부족부하량)을 비교하여 제1에너지 저장장치(200)의 제어모드를 설정한다. 제1에너지 저장장치(200)는 설정되는 제어모드에 따라 제1에너지 저장장치(200)의 출력을 PI 제어하여 출력을 제어한다.

부하량(즉, 단주기 부하량)이 잉여 부하량 이상 부족 부하량 이하이면(S620; YES), 제1에너지 저장장치(200)는 조류제어모드로 설정한다(622). 조류제어모드로 설정되면 전력계통에서 기설정된 전력을 출력하고, 제1에너지 저장장치(200)는 부하량에서 전력계통의 출력을 제외한 나머지 부하(800) 변동량에 대한 전력을 출력한다(S624).

부하량(즉, 단주기 부하량)이 잉여 부하량 미만이면(S640; YES), 제1에너지 저장장치(200)는 충전제어모드로 설정한다(S642). 충전제어모드로 설정되면, 제1에너지 저장장치(200)는 최대출력충전을 유지하고, 전력계통에서 나머지 부하(800)에 대한 전력을 출력한다(S644).

부하량(즉, 단주기 부하량)이 부족 부하량을 초과하면(S660; YES), 제1에너지 저장장치(200)는 방전제어모드로 설정한다(S662). 방전제어모드로 설정되면, 제1에너지 저장장치(200)는 최대출력방전을 유지하고, 전력계통에서 나머지 부하(800)에 대한 전력을 출력한다(S664).

이하, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템 및 방법에서 에너지 저장장치들의 운영모드를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 8은 SOC 특성이 없는 제2에너지 저장장치(300)의 운영모드를 설명하기 위한 도면이다. 도 9 내지 도 11은 SOC 특성이 있는 제1에너지 저장장치(200)의 운영모드를 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 부하(800)와 용량을 고려한 상태에서 SOC특성이 없는 제2에너지 저장장치(300; 예컨대, 연료전지(360))의 전력계통 연계시 운영모드를 상세하게 도식화한 것이다. 일반적으로 SOC 특성이 없는 제2에너지 저장장치(300; 예컨대, 연료전지(360) 또는 분산전원(100))는 최소출력(Pdg_min)과 최대출력(Pdg_max) 제약이 존재한다. 이때, 제2에너지 저장장치(300)의 제어모드를 설정하기 위한 기준값인 제1부하(800) 설정값 및 제2부하(800) 설정값은 하기의 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 산출한다.

제2에너지 저장장치(300)는 제1부하(800) 기준값 및 제2부하(800) 기준값과 출력값 지령을 비교하여 하기와 같이 제2에너지 저장장치(300)의 제어모드를 설정하고, 제어모드에 따라 전력을 출력한다.

UPC 제1모드 : 0 < Pload < Pdg_min인 경우 Pdg=0

Pdg_min ≤ Pload ≤ Pload_p1 인 경우 Pdg_min 출력

조류제어모드(FFC) : Pload_p1 < Pload < Pload_p2

UPC 제2모드 : Pload_P2 ≤ Pload

즉, 부하량(Pload; 또는, 출력값 지령)이 제1부하(800) 설정값(Pload_p1) 미만이면, 제2에너지 저장장치(300)가 UPC 제1모드로 동작한다. 그에 따라, 제2에너지 저장장치(300; 연료전지(360))가 최소출력을 일정하게 출력하고 나머지 부하(800)는 계통전력에서 출력한다. 이때, 부하량(Pload)이 최소출력(Pdg_min) 미만이면 제2에너지 저장장치(300)가 오프되어 출력은 0이 되고, 전력계통에서 전력을 공급한다.

부하량(Pload)이 제1부하(800) 설정값(Pload_p1) 이상이고 제2부하(800) 설정값(Pload_P2) 이하이면, 제2에너지 저장장치(300)가 조류제어모드로 동작한다. 그에 따라, 전력계통으로부터 기설정된 양(즉, 계약전력)만큼 일정하게 공급받고, 나머지 부하(800)의 전력은 제2에너지 저장장치(300)가 담당한다.

SOC특성이 없는 제2에너지 저장장치(300)가 담당하는 부하(800)가 제2에너지 저장장치(300)의 용량을 초과할 경우에는(즉, 제2부하(800) 설정값(Pload_P2) 이상인 경우), 제2에너지 저장장치(300)가 최대출력을 내고, 연계된 전력계통으로부터 일정하게 전력을 공급받는다. 이 경우 나머지 부하(800)의 전력공급은 연계된 전력계통에서 담당하는 UPC 제2모드로 설정한다.

도 9는 부하(800)와 용량을 고려한 상태에서 SOC특성이 있는 제1에너지 저장장치(200; 즉, 배터리(280))의 전력계통 연계시 운영모드를 상세하게 도식화한 것이다.

충전제어(UPC_ch)모드 : -Pload_p1<-Pload 인 경우 Pdg=-Pdg_max(충전)

조류제어(FFC)모드 : -Pload_p1 ≤ Pload ≤ +Pload_p2

방전제어(UPC_dis)모드 : +Pload_P2 < Pload인 경우 Pdg=+Pdg_max(방전)

일반적으로 SOC를 가지고 있는 에너지 저장장치(즉, 제1에너지 저장장치(200), 배터리(280))는 최소출력(Pdg_min)의 제약은 없지만, 최대출력(Pdg_max)과 SOC에 대한 제약이 존재하게 된다. 도 9에서 (+)부하(800)는 SOC를 가지고 있는 제1에너지 저장장치(200)가 방전해서 담당해야 하는 부족부하량(+Pload_p2)이며, (-)부하(800)는 SOC를 가지고 있는 제1에너지 저장장치(200)가 충전해서 담당해야 하는 잉여부하량(-Pload_p1)이다.

잉여부하량 이상 부족부하량 이하에서 운전되는 경우 전력계통으로부터 일정한 전력을 공급받거나 수급할 수 있도록 조류제어모드로 설정하고, 부하(800) 변동량에 대한 전력공급은 SOC를 가지고 있는 제1에너지 저장장치(200)에서 담당한다.

만약, |Pload|<|Pgrid_FFC(전력계통 출력 설정값)|인 경우는 SOC를 가지고 있는 제2에너지 저장장치(300)가 잉여전력 또는 부족전력에 대하여 충전 또는 방전을 한다. 즉, 부하량(Pload)이 부족부하량(+Pload_p2)를 초과하면 부하(800)가 많은 경우 SOC를 가지고 있는 제2에너지 저장장치(300)가 최대출력(+Pdg_max)으로 방전하고 나머지 부하(800)는 전력계통으로부터 전력을 공급받는 방전제어(UPC_dis)모드로 설정한다.

반대로 부하(800)가 적거나, 신재생에너지의 출력이 남아서 잉여전력이 SOC를 가지고 있는 분산전원(100; 배터리(280))의 충전용량을 초과하는(즉, 부하량(-Pload)가 잉여부하량(-Pload_p1)을 초과하는 경우에는 SOC를 가지고 있는 제1에너지 저장장치(200)가 최대출력(dg_max)으로 충전하고 나머지 부하(800)의 전력공급은 연계된 전력계통으로부터 공급받도록 충전제어(UPC_ch)모드로 설정한다.

도 10은 SOC를 가지고 있는 제1에너지 저장장치(200)와 전력계통 연계 시에 제어 운영모드를 그래프화한 것으로 전력계통의 출력 설정값(Pgrid_FFC)에 따른 제어변화를 나타낸 것이다. 도 9에서 출력 설정값이 (+)로 전력을 일정하게 공급해주는 경우 그래프 2, 3분면의 load_p1 값이 load_p1`으로 옮겨지게 되어 UPC 모드의 변환 지점이 변하게 된다. 이때, -Pload_p1인 경우 -Pdg_max grid_FFC이고, -Pload_p1`인 경우 -Pdg_max + Pgrid_FFC가 된다. 즉, SOC를 가지고 있는 제1에너지 저장장치(200)가 담당해야 하는 잉여전력이 SOC를 가지고 있는 제1에너지 저장장치(200) 용량보다 많아지는 dg_max<-Pload 경우 UPC_ch 모드로 설정, SOC를 가지고 있는 제1에너지 저장장치(200)가 최대출력(dg_max)으로 충전, 나머지 부하(800)변동의 전력공급은 연계된 전력계통으로부터 공급받는다. SOC를 가지고 있는 제1에너지 저장장치(200)가 담당해야 하는 부족전력은 도 8의 제1, 제4분면과 동일하다.

도 11은 Pgrid_FFC가 (-)전력을 일정하게 수급해가는 경우로 도 9의 제1, 제4사분면의 +Pload_p2 값이 +Pload_p2`으로 옮겨지게 되어 UPC 모드의 변환 지점이 변하게 된다. 이때, +Pload_p2인 경우 +Pdg_max + Pgrid_FFC 이고, +Pload_p2`인 경우 +Pdg_max - Pgrid_FFC이다.

SOC를 가지고 있는 제1에너지 저장장치(200)가 담당해야 하는 부족전력이 SOC를 가지고 있는 제1에너지 저장장치(200)의 용량보다 많아지는 +Pdg_max<+Pload의 경우에 방전제어(UPC_dis)모드로 설정, SOC를 가지고 있는 제1에너지 저장장치(200)가 최대출력+Pdg_max로 방전하고, 나머지 부하(800) 변동은 연계된 전력계통으로부터 공급받는다. 이때, SOC를 가지고 있는 제1에너지 저장장치(200)가 담당해야하는 잉여전력은 도 9의 제2, 제3사분면과 동일하다.

본 발명의 SOC 관리는 비례-적분제어기를 이용하여 SOC가 없는 분산전원(100; 연료전지(360)) SOC를 가지고 있는 제1에너지 저장장치(200)의 SOC를 일정하게 유지하는 것으로, 도 10에서 화살표지점으로 유지되는 것이다. 이 단계에서는 우선 순간적인 부하(800)변동에 대해서 드룹제어에 의해 SOC를 가지고 있는 제1에너지 저장장치(200)가 충전 또는 방전을 한다. 이후, 제1에너지 저장장치(200)의 SOC가 제한 범위를 초과하는 경우 SOC가 없는 제2에너지 저장장치(300)가 SOC 관리를 위해 출력을 가감한다. 만약, SOC가 없는 제2에너지 저장장치(300)의 출력이 출력제한에 걸리면 조류제어모드에서 UPC모드로 설정이 변경되고, SOC가 없는 제2에너지 저장장치(300)는 Pfc_max 또는 Pfc_min로 일정한 출력을 내고, Pbtry=0, 나머지 부하(800)는 연계된 전력계통에서 전력을 공급받는다.

상술한 바와 같이, 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템 및 방법은 마이크로그리드의 부하(800)변동량을 장주기 부하(800) 및 단주기 부하(800)로 구분하여 장주기 부하(800)는 SOC가 없고 동특성이 느린 에너지 저장장치(즉, 연료전지(360))에서 담당하고, 단주기 부하(800)는 SOC가 있는 에너지 저장장치(즉, 배터리(280))에서 담당하여 상호가 협조제어를 수행함으로써, 마이크로그리드의 전력수급 균형을 유지하고, 마이크로그리드로 내부로 유입되는 계통전력을 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템 및 방법은 시간에 관계없이 마이크로그리드 내부의 부하(800)변동을 에너지 저장장치가 전적으로 담당하여 부하(800)에 전력을 공급하도록 하고 이와 반대로 에너지 저장장치의 출력이 부하(800) 변동량을 초과할 경우 부하(800)변동량은 전력계통에서 담당하며, 배터리(280)는 일정한 출력을 내는 유니트 제어모드로 전환시켜서 전력수급 균형을 유지함으로써, 마이크로그리드를 안정적으로 운영할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

100: 분산전원 200: 제1에너지 저장장치
220: 기준값 산출부 240: 제어모드 설정부
260: 출력 제어부 280: 배터리
300: 제2에너지 저장장치 320: 제어모드 설정부
340: 출력 제어부 360: 연료전지
400: 중앙제어장치 420: 통신부
440: 부하량 산출부 460: 부하량 분류부
480: 제어부 500: 배전용 변압기
600: 정지형 개폐기 700: 전력선
800: 부하 900: 네트워크

Claims

SOC 기능이 있는 제1에너지 저장장치;
SOC 기능이 없는 제2에너지 저장장치; 및
상기 제1에너지 저장장치와 상기 제2에너지 저장장치 및 다수의 분산전원들로부터 각각의 현재 출력값을 전송받고, 상기 전송받은 각각의 현재 출력값을 근거로 마이크로그리드 시스템의 부하량을 산출하고, 상기 산출한 부하량 및 상기 제1에너지 저장장치로부터 전송받은 SOC값을 근거로 상기 제2에너지 저장장치의 출력을 제어하기 위한 출력값 지령을 설정하는 중앙제어장치를 포함하고,
상기 제1에너지 저장장치는 상기 중앙제어장치에서 산출한 부하량에 따른 드룹제어에 의해 상기 제1에너지 저장장치의 출력을 제어하고,
상기 제2에너지 저장장치는 상기 중앙제어장치에서 설정된 출력값 지령을 근거로 상기 제2에너지 저장장치의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 중앙제어장치는,
상기 다수의 분산전원과 상기 제1에너지 저장장치 및 제2에너지 저장장치로부터 수신한 현재 출력값들을 합산하여 마이크로그리드 시스템의 부하량을 산출하는 부하량 산출부;
상기 부하량 산출부에서 산출한 부하량을 장주기 부하량 및 단주기 부하량으로 분류하는 부하량 분류부; 및
상기 부하량 분류부에서 분류된 장주기 부하량 및 상기 제1에너지 저장장치로부터의 SOC값을 근거로 출력값 지령을 설정하고, 상기 제2에너지 저장장치로 상기 출력값 지령을 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 부하량 분류부는 저대역통과필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 부하량 분류부는,
상기 부하량 산출부에서 산출한 부하량이 상기 저대역통과필터를 통과하면 장주기 부하량으로 분류하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1에너지 저장장치로부터 수신한 SOC값과 상기 부하량 분류부에서 분류된 장주기 부하량을 합산하여 산출한 값을 상기 제2에너지 저장장치의 출력값 지령으로 설정하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1에너지 저장장치는 SOC 기능이 있는 배터리를 포함하고, 상기 제2에너지 저장장치는 SOC 기능이 없는 연료전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1에너지 저장장치는 드룹제어에 의한 지역제어를 통해 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1에너지 저장장치는,
상기 중앙제어장치로부터의 부하량을 근거로 상기 제1에너지 저장장치의 출력 기준값을 설정하는 기준값 설정부;
상기 중앙제어장치에서 산출한 부하량이 단주기 부하량이면 상기 부하량과 상기 출력 기준값을 비교하여 상기 제1에너지 저장장치의 제어모드를 설정하는 제어모드 설정부; 및
상기 제어모드 설정부에서 설정된 제어모드에 따라 제1에너지 저장장치의 출력을 제어하는 출력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 기준값 설정부는,
잉여부하량 및 부족 부하량을 포함하는 출력 설정값을 설정하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 제어모드 설정부는,
상기 부하량이 잉여 부하량 미만이면 충전 제어모드로 설정하고, 상기 부하량이 잉여 부하량 이상 부족 부하량 이하이면 조류 제어모드로 설정하고, 상기 부하량이 상기 부족 부하량을 초과하면 방전 제어모드로 설정하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 출력 제어부는,
상기 제어모드 설정부에서 충전 제어모드로 설정되면 최대출력으로 충전하도록 상기 제1에너지 저장장치를 제어하고, 상기 제어모드 설정부에서 조류제어모드로 설정되면 전력계통에서 기설정된 전력량을 제외한 부하 변동량에 대한 전력을 출력하도록 상기 제1에너지 저장장치를 제어하고, 상기 제어모드 설정부에서 방전 제어모드로 설정되면 최대출력으로 방전하도록 상기 제1에너지 저장장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제2에너지 저장장치는,
상기 중앙제어장치로부터 수신한 출력값 지령 및 부하 설정값을 근거로 상기 제2에너지 저장장치의 제어모드를 설정하는 제어모드 설정부; 및
상기 제어모드 설정부에서 설정된 제어모드에 따라 제2에너지 저장장치의 출력을 제어하는 출력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
청구항 12에 있어서,
상기 제어모드 설정부는,
상기 출력값 지령이 제1부하 설정값 미만이면 UPC 제1모드로 설정하고, 상기 출력값 지령이 상기 제1부하 설정값 이상이고 제2부하 설정값 이하이면 조류제어모드로 설정하고, 상기 출력값 지령이 상기 제2부하 설정값을 초과하면 UPC 제2모드로 설정하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
청구항 13에 있어서,
상기 제1부하 설정값은 상기 제2에너지 저장장치의 최소출력값과 전력계통 유입 전력량을 합산한 값이고, 상기 제2부하 설정값은 상기 제2에너지 저장장치의 최대출력값과 상기 전력계통 유입 전력량을 합산한 값인 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
청구항 13에 있어서,
상기 출력 제어부는,
상기 제어모드 설정부에서 UPC 제1모드로 설정되면 최소출력으로 전력을 출력하도록 상기 제2에너지 저장장치를 제어하고,
상기 제어모드 설정부에서 조류제어모드로 설정되면 기설정된 전력을 전력계통에서 출력하고 상기 중앙제어장치에서 산출한 부하량에서 전력계통에서 출력된 전력을 차감한 부하의 전력을 제2에너지 저장장치에서 출력하도록 제어하고,
상기 제어모드 설정부에서 UPC 제2모드로 설정되면 최대출력으로 전력을 출력하도록 상기 제2에너지 저장장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 출력 제어부는,
상기 UPC 제1모드로 설정되고 상기 출력값 지령이 상기 제2에너지 저장장치의 최소출력 미만이면 상기 제2에너지 저장장치의 출력이 0이 되도록 제어하고,
상기 UPC 제2모드로 설정되고 상기 출력값 지령이 상기 제2에너지 저장장치의 최소출력 이상이고 제1부하 설정값 미만이면 상기 제2에너지 저장장치가 최소출력으로 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템.
다수의 분산전원과 제1에너지 저장장치 및 제2에너지 저장장치로부터 각각의 현재 출력값을 수신하고, 상기 제1에너지 저장장치로부터 SOC값을 수신하는 단계;
상기 다수의 분산전원과 상기 제1에너지 저장장치 및 제2에너지 저장장치로부터 수신한 각각의 현재 출력값을 근거로 마이크로그리드 시스템의 부하량을 산출하는 단계;
상기 산출한 부하량을 장주기 부하량 및 단주기 부하량으로 분류하는 단계;
상기 분류된 장주기 부하량 및 상기 제1에너지 저장장치로부터의 SOC값을 근거로 상기 제2에너지 저장장치의 출력값 지령을 설정하는 단계; 및
상기 설정된 출력값 지령을 근거로 제2에너지 저장장치의 출력을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 부하량을 산출하는 단계에서는,
상기 다수의 분산전원과 상기 제1에너지 저장장치 및 제2에너지 저장장치로부터 수신한 현재 출력값들을 합산하여 마이크로그리드 시스템의 부하량을 산출하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 장주기 부하량 및 단주기 부하량으로 분류하는 단계에서는,
상기 산출한 부하량이 저대역통과필터를 통과하면 장주기 부하량으로 분류하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 출력값 지령을 설정하는 단계에서는,
상기 제1에너지 저장장치로부터 수신한 SOC값과 상기 분류된 장주기 부하량을 합산하여 산출한 값을 상기 제2에너지 저장장치의 출력값 지령으로 설정하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 제2에너지 저장장치의 출력을 제어하는 단계에서는,
상기 출력값 지령이 제1부하 설정값 미만이면 UPC 제1모드로 설정하고, 상기 출력값 지령이 상기 제1부하 설정값 이상이고 제2부하 설정값 이하이면 조류제어모드로 설정하고, 상기 출력값 지령이 상기 제2부하 설정값을 초과하면 UPC 제2모드로 설정하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법.
청구항 21에 있어서,
상기 제1부하 설정값은 상기 제2에너지 저장장치의 최소출력값과 전력계통 유입 전력량을 합산한 값이고, 상기 제2부하 설정값은 상기 제2에너지 저장장치의 최대출력값과 상기 전력계통 유입 전력량을 합산한 값인 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법.
청구항 21에 있어서,
상기 제2에너지 저장장치의 출력을 제어하는 단계에서는,
상기 UPC 제1모드로 설정되면 최소출력으로 전력을 출력하도록 상기 제2에너지 저장장치를 제어하고, 상기 조류제어모드로 설정되면 기설정된 전력을 전력계통에서 출력하고 상기 산출한 부하량에서 전력계통에서 출력된 전력을 차감한 부하의 전력을 제2에너지 저장장치에서 출력하도록 제어하고, 상기 UPC 제2모드로 설정되면 최대출력으로 전력을 출력하도록 상기 제2에너지 저장장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법.
청구항 21에 있어서,
상기 제2에너지 저장장치의 출력을 제어하는 단계에서는,
상기 UPC 제1모드로 설정되고 상기 출력값 지령이 상기 제2에너지 저장장치의 최소출력 미만이면 상기 제2에너지 저장장치의 출력이 0이 되도록 제어하고,
상기 UPC 제2모드로 설정되고 상기 출력값 지령이 상기 제2에너지 저장장치의 최소출력 이상이고 제1부하 설정값 미만이면 상기 제2에너지 저장장치가 최소출력으로 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 부하량을 산출하는 단계에서 산출한 부하량을 근거로 드룹제어에 의한 지역제어를 통해 제1에너지 저장장치의 출력을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법.
청구항 25에 있어서,
상기 제1에너지 저장장치의 출력을 제어하는 단계에서는,
상기 산출한 부하량을 근거로 상기 제1에너지 저장장치의 출력 기준값을 설정하는 단계;
상기 산출한 부하량이 단주기 부하량이면 상기 산출한 부하량과 상기 설정한 출력 기준값을 비교하여 상기 제1에너지 저장장치의 제어모드를 설정하는 단계; 및
상기 제어모드에 따라 상기 제1에너지 저장장치의 출력을 PI 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법.
청구항 26에 있어서,
상기 출력 기준값을 설정하는 단계에서는,
잉여부하량 및 부족 부하량을 포함하는 출력 설정값을 설정하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법.
청구항 26에 있어서,
상기 제1에너지 저장장치의 제어모드를 설정하는 단계에서는,
상기 산출한 부하량이 잉여 부하량 미만이면 충전 제어모드로 설정하고, 상기 산출한 부하량이 잉여 부하량 이상 부족 부하량 이하이면 조류 제어모드로 설정하고, 상기 산출한 부하량이 상기 부족 부하량을 초과하면 방전 제어모드로 설정하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법.
청구항 26에 있어서,
상기 제1에너지 저장장치의 출력을 제어하는 단계에서는,
상기 제어모드를 설정하는 단계에서 충전 제어모드로 설정되면 최대출력으로 충전하도록 상기 제1에너지 저장장치를 제어하고, 상기 제어모드를 설정하는 단계에서 조류제어모드로 설정되면 전력계통에서 기설정된 전력량을 제외한 부하 변동량에 대한 전력을 출력하도록 상기 제1에너지 저장장치를 제어하고, 상기 제어모드를 설정하는 단계에서 방전 제어모드로 설정되면 최대출력으로 방전하도록 상기 제1에너지 저장장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 현재 출력값 및 SOC값을 수신하는 단계에서는,
상기 다수의 분산전원으로부터 현재 출력값들을 수신하는 단계
SOC 기능이 있는 상기 제1에너지 저장장치로부터 현재 출력값 및 SOC값을 수신하는 단계; 및
SOC 기능이 없는 상기 제2에너지 저장장치로부터 현재 출력값을 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 방법.