KR101492730B1 - 신 재생 에너지 시스템 - Google Patents

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KR101492730B1
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energy management
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최철환
최원석
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엘에스산전 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시 에에 따른 신 재생 에너지 시스템은, 적어도 하나의 신 재생 장비; 상기 적어도 하나의 신 재생 장비를 관리하는 에너지 관리 시스템; 및 상기 적어도 하나의 신 재생 장비와 상기 에너지 관리 시스템 사이에 배치되어, 상기 에너지 관리 시스템에서 발생한 데이터를 상기 적어도 하나의 신 재생 장비로 전달하거나, 상기 적어도 하나의 신 재생 장비에서 발생한 데이터를 상기 에너지 관리 시스템으로 전달하는 게이트웨이를 포함하며, 상기 에너지 관리 시스템은, 국제 공인 통신 프로토콜을 기반으로 통신 기능을 수행하여, 상기 게이트웨이와 통신을 수행하는 통신 모듈을 포함한다.

Description

신 재생 에너지 시스템{New renewable energy system}
본 발명은 기존 전력망에 풍력, 태양광 발전 등이 안정적으로 연계되고, 여분의 전력은 전력망을 통해 다른 지역으로 전송할 수 있는 신 재생 에너지 시스템에 관한 것으로, 특히, 국제 공인 규격인 IEC 61850 Editon 2(다양한 분산 전원을 위한 통신 규격)를 사용하여, 원격에서도 신 재생 에너지의 감시 및 일괄 제어가 가능하여 에너지 효율을 최적화시킬 수 있는 신 재생 에너지 시스템에 관한 것이다.
최근 전력 사업은 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하는 스마트 그리드(Smart Grid) 시대를 맞이하였고, 에너지 효율을 최적화, 탄력적인 전력 운용을 이루고 있다.
이를 위해, 신 재생 에너지 시스템은 기존 전력망에 풍력, 태양광 발전 등이 안정적으로 연계되고, 여분의 전력은 전력망을 통해 다른 지역으로 전송할 수 있으며, 이는 차세대 지능형 전력망으로서 각광을 받고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 신 재생 에너지 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 신 재생 에너지 시스템은 에너지 관리 시스템(1), 원격단말장치(2), 신 재생 분야 장비(3)로 구성된다.
상기 신 재생 분야 장비(3)는 제 1 신 재생 장비(4) 내지 제 N 신 재생 장비(5)를 포함한다.
상기 에너지 관리 시스템(1)은 상기 원격단말장치(2)와 신 재생 분야 장비(3)로 구성되는 하위 장비들과 다양한 프로토콜(예를 들어, Modbus, 자체 프로토콜, DNP(Serial Ethernet))을 토대로 RS 232/422/485 또는 이더넷 매체를 이용하여 데이터를 송/수신한다.
상기 에너지 관리 시스템(1)은 SCADA 프로토콜을 이용하여 상기 신 재생 분야 장비(3)의 감시 및 제어 기능을 수행하고, 아날로그 또는 디지털 신호를 통해 상기 신 재생 분야 장치(3)의 상태 및 측정 데이터를 수집/기록/표시하고 있다.
이때, 상기 에너지 관리 시스템(1)은 상기 신 재생 분야 장치(3)와 자체 또는 폐쇄적인 통신망을 구축하여 데이터를 주고 받고 있다.
그러나, 상기 신 재생 분야 장비(3)를 구성하고 있는 신 재생 장비들은 다양하면서 서로 다른 통신 규격을 이용하고 있으며, 이에 따라 상기 서로 다른 통신 규격을 이용하여 있는 신 재생 장비들의 유지 및 보수를 위한 비용이 추가로 발생하며, 이종 간의 통신을 통합하지 못하여 사이트마다 특화된 통신 방식을 지향하고 있다.
즉, 상기와 같은 종래 기술에 따른 신 재생 에너지 시스템은, 상기 에너지 관리 시스템(1)이 폐쇄적인 망으로 구성되어 있으며, 이에 따라 상기 에너지 관리 시스템의 구성에 필요하지 않은 다른 장치나 프로토콜을 연결하기가 용이하지 않은 문제점이 있다.
또한, 외부기기와 같은 임의의 외부 장치를 연결하는 경우, 외부기기를 추가하기가 쉽지 않으며, 외부기기의 연결이 추가된다 하더라도 로컬 망 구성을 전제로 하여 시스템을 구성하고, 통신 기반을 추가로 구축해야 하는 문제가 있다.
다시 말해서, 기존의 신 재생 에너지 시스템은 높은 수준의 가용성(신속한 시스템 복구, 고장 전무, 통신 신뢰성 구축)이 요구되어, 매우 높은 수준의 계측 정확도와 신속성이 필요하였다.
또한, 각 통신 프로토콜마다 특화된 통신 프로토콜을 유지하거나, 운영하는데 많은 비용이 요구되고, 다른 통신 프로토콜과의 상호 호환성이 전혀 이루어지지 않았다.
즉, 상기와 같은 종래 기술을 더욱 상세히 설명하면, 종래 다양한 분산 전원 장비와 연계를 하기 위해서는 다양한 장비만큼이나 여러 종류의 통신 방식을 인정해야 했다.
일반적으로 에너지 관리 시스템은 Modbus, DNP(Serial, Ethernet), 시리얼(Serial) 등의 SCADA 프로토콜을 이용하여 하위 장비(원격 단말 장치, 신 재생 분야 장비)와 데이터를 송, 수신하였다.
이 경우, 다양한 통신 프로토콜에 따른 데이터 송, 수신 처리 규약을 정의한 후, 에너지 관리 시스템과 하위 장비 사이에서 사전에 규약된 데이터를 이용하여 시스템에 대한 감시, 제어 기능을 수행하였고, 이에 따른 상태 및 계측 정보 등의 데이터를 실시간으로 수집하였다.
이때, 기존의 통신 프로토콜 구성은 데이터를 수신하는 수신자를 위한 헤더 부분과 데이터 부분으로 구성하였고, 데이터의 무결성을 확인하기 위한 체크섬(CheckSum) 데이터를 마지막에 전송하였다. 이러함 데이터 프레임은 자체 프로토콜을 사용하는 폐쇄적인 통신 및 시스템이었기에 현재 대두되고 있는 보안성에 대한 고려가 전혀 필요하지 않았다.
아울러 상-하위 간 통신 프로토콜은 서로 간에 데이터를 정의한 레지스터 맵(Register Map), 포인트 리스트(Point List) 등의 메모리 또는 데이터 맵 문서 정보를 공유하여 데이터 통신을 위한 연계 구성을 진행할 수 있었다.
이에 따라, 종래 통신 프로토콜은 사이트마다 다양하게 적용되어 차별화된 통신 방식을 지향하여 유지, 운용에 있어 비용을 증대시키거나 효율화를 기대할 수 없었다. SCADA 프로토콜에서 사용되는 프로토콜은 사용자가 프로토콜에 대한 해석 및 적용이 쉬워서 임의 사용자가 접근하여 데이터에 대한 정보 취득 및 왜곡이 쉽다는 단점도 지적되었다.
또한, 사이트는 각종 기기들의 기능이 중복되고 비표준, 비규격 내지 다양한 제조업체에서 제공하는 규격을 중심으로 구성이 되어 상호 호환성을 기대할 수 없고 시스템이나 기기를 독점 업체로부터 공급을 받을수 밖에 없는 구조이고, 정보 전송에 있어 제한적이며 다양하고 신속한 정보를 활용할 수 없는 구조이다.
본 발명에 따른 실시 예에서는, 현재 신 재생 장비에서 사용되고 있는 다양한 통신 프로토콜을 하나의 프로토콜로 통일하여 시스템에 대한 데이터 수집, 처리 및 통신 기능을 제공할 수 있는 신 재생 에너지 시스템을 제공하도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 현재 신 재생 장비에서 사용되고 있는 다양한 통신 프로토콜을 게이트웨이 장비 기반하에서 하나의 통일된 적합한 통신 기능을 제공할 수 있는 신 재생 에너지 시스템을 제공하도록 한다.
제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 에에 따른 신 재생 에너지 시스템은, 적어도 하나의 신 재생 장비; 상기 적어도 하나의 신 재생 장비를 관리하는 에너지 관리 시스템; 및 상기 적어도 하나의 신 재생 장비와 상기 에너지 관리 시스템 사이에 배치되어, 상기 에너지 관리 시스템에서 발생한 데이터를 상기 적어도 하나의 신 재생 장비로 전달하거나, 상기 적어도 하나의 신 재생 장비에서 발생한 데이터를 상기 에너지 관리 시스템으로 전달하는 게이트웨이를 포함하며, 상기 에너지 관리 시스템은, 국제 공인 통신 프로토콜을 기반으로 통신 기능을 수행하여, 상기 게이트웨이와 통신을 수행하는 통신 모듈을 포함한다.
또한, 상기 국제 공인 통신 프로토콜은, IEC 61850 EDITION 2 및 IEC 61400 중 어느 하나이다.
또한, 상기 통신 모듈은, BASIC EXCHANGE, REPORT 및 CONTROL를 포함하는 통신 서비스를 지원한다.
또한, 상기 BASIC EXCHANGE는, 게이트웨이와의 통신 연결을 위한 제 1 기능과, 게이트웨이와의 통신 해제를 위한 제 2 기능과, 각 게이트웨이에 따라 데이터 리스트 및 데이터 타입을 요청하고, 이에 따른 응답을 수신하기 위한 제 3 기능과, 데이터 읽기를 위한 제 4 기능과, 데이터 쓰기를 위한 제 5 기능을 지원한다.
또한, 상기 CONTROL은, 직접 제어(DIRECT CONTROL) 타입을 지원한다.
또한, 상기 REPORT은, 리포트 방식 설정을 위한 제 1 기능과, 리포트의 설정 정보를 게이트웨이로부터 읽어 오기 위한 제 2 기능과, 리포트 실행을 위한 제 3 기능을 지원한다.
또한, 상기 적어도 하나의 신 재생 장비는, 상기 에너지 관리 시스템에서 지원하는 국제 공인 통신 프로토콜과 다른 프로토콜을 지원하며, 상기 게이트웨이는, 상기 에너지 관리 시스템 및 신 재생 장비 사이에서, 데이터의 목적지에 지원하는 프로토콜에 의거하여, 해당 데이터의 프로토콜 변환을 수행한다.
또한, 상기 에너지 관리 시스템은, 상기 통신 모듈이 기동함에 따라 게이트웨이 개수만큼 구성 정보를 초기화하고, 상기 게이트웨이의 개수만큼, 이름 및 통신 설정 정보를 구성하며, 네트워크를 통해 상기 게이트웨이와 원활한 데이터 송수신을 위한 큐를 생성한 후 통신 모듈의 데이터베이스와 데이터 송수신을 위한 네트워크를 생성하고, 상기 통신 모듈을 통해 각각의 게이트웨이와 통신 세션을 연결하며, 상기 각 게이트웨이로부터 분산 전원을 모델링한 데이터를 이용하여 통신 모듈의 내부 로컬 데이터 베이스를 초기화한다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 다양한 통신 방식을 지원하는 신 재생 장비들을 통합한 게이트웨이로 하여금 국제 공인 통신 프로토콜(IEC 61850 Edition2, IEC61400)에 의해 에너지 관리 시스템과 연계할 수 있도록 함으로써, 시스템에 대한 신뢰성 증대와, 통신 시험 결과에 따른 다양한 정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 신 재생 장치들의 서비스 결과에 따른 다양한 정보들을 제공하여, 사용자로 하여금 정확한 판단 근거를 제시하여 문제 발생시 세분화된 원인 결과 정보 제공 및 로그 분석 정보를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 신 재생 에너지 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 신 재생 에너지 시스템의 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 통신 기능을 구조적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 의해 구축된 신 재생 에너지 시스템을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의해 구축된 신 재생 에너지 시스템을 나타낸 것이다.
도 6 내지 9는 본 발명의 실시 예에서 제공되는 통신 서비스를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 신 재생 에너지 시스템의 통신 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 도면의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 도면의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 도면의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 도면의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 신 재생 에너지 시스템의 구성을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 다양한 통신 방식으로 구성되는 신 재생 장비(110)와, 상기 신 재생 장비(110)를 감시 및 제어하는 에너지 관리 시스템(120)과, 상기 신 재생 장치(110) 및 에너지 관리 시스템(120) 사이에서 데이터 통신을 수행하는 게이트웨이(130)와, 상기 에너지 관리 시스템(120) 및 게이트웨이(130) 사이에서의 통신 기능을 제공하는 네트워크 장치(140)를 포함한다.
신 재생 장비(110)는 신 재생 분야인 PCS(Power Conditioning System), 태양광 발전 장치 및 에너지 저장장치 등으로 구성될 수 있다.
이에 따라, 상기 신 재생 장비(110)는 제 1 신 재생 장비(111), 제 2 신 재생 장비(112) 및 제 3 신 재생 장비(113)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 내지 3 신 재생 장비들은 고효율 기반으로 서로 다른 다양한 통신 미디어와 데이터 구조를 가진다.
에너지 관리 시스템(120)은 상기 신 재생 장비(110)를 감시하고 제어한다.
특히, 에너지 관리 시스템(120)은 상기 신 재생 장비(110)와의 통신을 통해 상기 신 재생 장비(110)로부터 전송되는 중요 데이터를 수신하며, 상기 신 재생 장비(110)의 제어를 위한 제어 데이터를 전송하거나, 상기 중요 데이터의 요청을 위한 요청 신호를 전송한다.
게이트웨이(130)는 에너지 관리 시스템(120)과 신 재생 장비(110) 사이에 위치하며, 그에 따라 상기 에너지 관리 시스템(120)으로부터 전송되는 데이터를 상기 신 재생 장비(110)로 전달하거나, 상기 신 재생 장비(110)로부터 전송되는 데이터를 상기 에너지 관리 시스템(120)으로 전달한다.
이때, 상기 게이트웨이(130)는 서로 다른 프로토콜을 처리할 수 있으며, 이에 따라 다양한 통신 규격이 적용된 신 재생 장비(110)와 데이터를 주고 받거나, 상기와 같은 국제 공인 표준 프로토콜(IEC 61850 Edition 2, IEC 61400)이 적용된 신 재생 장비(110)와 데이터를 주고 받을 수 있다.
즉, 게이트웨이(130)는 상기 에너지 관리 시스템(120)과는 상기 국제 공인 표준 프로토콜에 의거하여 통신을 수행한다.
또한, 게이트웨이(130)는 상기 신 재생 장비(110)와 상기 에너지 관리 시스템(120)과 동일한 국제 공인 표준 프로토콜에 의거하여 통신을 수행할 수 있으며, 이와 다르게, 상기 국제 공인 표준 프로토콜이 아닌 다른 프로토콜(RS485 또는 Modbus)에 의거하여 통신을 수행할 수 있을 것이다.
다시 말해서, 상기 신 재생 장비(110)가 상기 국제 공인 표준 프로토콜(이하, 제 1 프로토콜이라 함)을 기반으로 구축되었다면, 상기 게이트웨이(130)와 신 재생 장비(110)는 상기 제 1 프로토콜을 기반으로 통신을 수행하게 된다.
그러나, 상기 신 재생 장비(110)가 상기 국제 공인 표준 프로토콜이 아닌 RS 485나 Modbus(이하, 제 2 프로토콜이라 함)를 기반으로 구축되었다면, 상기 구축된 제 2 프로토콜을 기반으로 통신을 수행하게 된다.
즉, 상기 게이트웨이(130)는 제 1 프로토콜에 따른 데이터를 상기 에너지 관리 시스템(120)으로부터 수신하며, 상기 수신한 제 2 데이터를 해당 신 재생 장비(110)에서 제공하는 제 2 프로토콜에 대응하는 데이터로 변환하고, 상기 변환된 데이터를 상기 신 재생 장비(110)로 전달한다.
또한, 게이트웨이(130)는 상기 신 재생 장비(110)로부터 전송되는 제2 프로토콜에 따른 데이터를 수신하고, 이를 제 1 프로토콜의 데이터로 변환하여 상기 에너지 관리 시스템(120)으로 전달한다.
즉, 최근 전력 IT 기술 발전은, 발전소, 변전소, 분산 전원, 신 재생 에너지에서 운용 가능한 데이터에 대해 객체 지향 기반의 모델링 및 국제 공인 통신 규격(IEC 61850 Edition 2, IEC 61400)을 통해 전세계를 하나의 네트워크 기반으로 묶을 수 있는 계기를 마련하고 있다.
스마트 리뉴어블을 구성하는 목적이 풍력 및 태양광 발전 등이 전력망에 안정적 연계를 통해 보다 광범위한 전력 사용 및 남는 전력을 전력망을 통해 다른 지역으로 전송하기 위함에 있고, 현재 다양한 신 재생 기기를 연계하여, 상기 국제 공인 통신 규격 기반의 데이터 및 통신 시험을 시범적으로 진행하고 있다.
이에 따라, 본 실시 예에서는 신 재생 에너지 기기에서 사용되고 있는 다양한 통신 프로토콜을 하나의 프로토콜(IEC 61850 Edition 2 또는 IEC 61400)로 통일시키거나, 상기 국제 공인 통신 규격에 대응하는 프로토콜(IEC 61850 Edition 2, IEC 61400)을 제공하는 게이트웨이 장비 기반하에서 적합한 통신 기능을 제공하여 시스템에 대한 데이터 수집, 데이터 처리 및 통신 기능을 제공할 수 있도록 한다.
따라서, 상기와 같이 신 재생 장비(110)는 다양한 통신 프로토콜 또는 하나의 통일된 통신 프로토콜을 기반으로 한 여러 밴더 장치들을 이루어지며, 상기 신 재생 장비(110)는 게이트웨이(130)를 통해 에너지 관리 시스템(120)과 연결된다.
한편, 게이트웨이(130)와 에너지 관리 시스템(120)은 네트워크 장비(140)를 통해 연결된다.
그리고, 상기 에너지 관리 시스템(120) 내에 구비된 통신 모듈을 국제 공인 규격에 따른 프로토콜(IEC 61850 Edition 2, IEC 61400) 기반으로 한 통신 서비스를 제공하며, 그에 따라 상기 게이트웨이(130)와 연계하여 상기 신 재생 장비(110)들과 통신을 수행한다.
이때, 상기 에너지 관리 시스템(120)에 구비된 통신 모듈은 통신 처리 툴에 의해 통신 서비스나 기능들을 제공하며, 이때, 상기 통신 모듈을 상기 게이트웨이(130)와 연계하여 독립적으로 통신 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 에너지 관리 시스템(120)에 구비된 통신 모듈은 이더넷 기반으로 윈도우 OS(Operating System) 기반의 HMI(Human Machine Interface)를 통해 신 재생 장비(110)를 실시간으로 감시하거나, 상기 신 재생 장비(110)를 실시간으로 제어한다.
즉, 국제 공인 규격에 따른 프로토콜(IEC 61850 Edition 2, IEC 61400)을 기반으로 통신 서비스를 제공하는 에너지 관리 시스템(120)은 윈도우 기반의 도스 프로그램 모드를 통해 상기 통신 서비스를 제공한다.
상기 에너지 관리 시스템(120)에 구비된 통신 모듈은 initialize/connection, server, LD, LN, data, data set 및 Report 등과 같은 MMS 서비스를 처리한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 통신 기능을 구조적으로 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 통신 모듈은 Association(통신 연결 설정), Logical Node(데이터 설정, 읽기, 쓰기) 및 Report Handler(리포트 처리, 에너지 관리 시스템으로 데이터 전송) 등과 같은 프로세스가 있다.
상기와 같은 프로세스에 의해, 에너지 관리 시스템(120)과 게이트웨이(130)는 상호 연결되며, 그에 따라 데이터를 상호 주고받는다.
즉, 상기와 같은 프로세스를 통해 게이트웨이(130)와 에너지 관리 시스템(120)은 서비스 수행 요청 신호나, 수행 결과에 따른 데이터를 상호 주고받는다.
게이트웨이(130)는 상기와 같은 현장 장치(신 재생 장비(110))에서 취득된 데이터를 수신하여 처리하거나, 사용자 명령을 상기 에너지 관리 시스템(120)으로부터 받아 해당 신 재생 장비(110)에 전달한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 의해 구축된 신 재생 에너지 시스템을 나타낸 것이다.
신 재생 에너지원의 확대 보급에 따라 풍력 발전기가 제시되었는데, 지역 및 기후 특성에 따른 출력 예측이 어렵고, 심한 출력 변동으로 인해 계통에 영향을 미치고 있다. 그러나, 인위적으로 이를 제어해주는 에너지 저장 장치와 연계를 통해 도 4와 같은, 시스템을 구축하고 있으며, 풍력 발전기의 출력을 안정화 및 출력 평준화를 이용하여 시스템을 구축한다.
도 4를 참조하면, 신 재생 장비(110)는 4개의 배터리를 가진 제 1 PCS 및 제 2 PCS는 PCS 마스터를 통해 게이트웨이(130)와 통신 환경을 구축하고, 아래와 같은 레지스터의 데이터를 기본으로 한다.
(1) [0*04] Read Input Register: 측정 값 데이터
(2) [0*03] Read Holding Register: 상태, DC 저전압/과전류, 목표 유효전력 등
(3) [0*05] Write single Coil: PCS 상태 제어, PCS 계통 분리 등
(4) [0*06] Write single/Multiple Register: Operation Mode, 목표 유효전력 offset
그리고, 게이트웨이(130)는 에너지 관리 시스템(120)과 이더넷 기반의 IEC 61850 데이터로 모델링 하여 이벤트 데이터를 전송한다. 또한, 게이트웨이(130)는 데이터 처리 요청 신호를 수신하여 이를 PCS 마스터로 전송하며, 상기 전송한 데이터 처리 요청 신호에 따른 결과를 확인한다.
아래 표 1은 도 4와 같이 구축된 시스템에 대한 통신 기능 시험 결과를 나타낸 것이다.
통신 프로토콜 (1) 에너지 관리 시스템 <-> 게이트웨이: IED 61850
(2) 게이트웨이 <-> PCS 마스터: RS 485
(3) PCS 마스터 <-> 제 1 PCS/제 2 PCS: RS 485
(4) 제 1 PCS/제 2 PCS <-> 배터리 : CAN
Read 데이터 (1) [0*04] Read Input Register: 측정 값
(2) [0*03] Read Holding Register: 상태, 설정 값 등
Write 데이터 (1) [0*05] Write single Coil: PCS 상태 제어, PCS 계통 분리
(2) [0*06] Write single/Multiple Register: Operation Mode, 목표 유효전력 offset
데이터 취득 시간 (1) 에너지 관리 시스템 <-> 게이트웨이: 수 ms~ 1초 이내
(2) 게이트웨이 <-> PCS 마스터: 0.8초( 폴링 주기)
(3) PCS 마스터 <-> 제 1 PCS/제 2 PCS: 100ms( 폴링 주기, 전체 데이터 취득=1.3ms)
데이터 제어 처리 시간 (1) 에너지 관리 시스템 <-> 제 1 PCS/제 2 PCS: 3초 이내
(제어 요청에 대한 제어 결과 확인)
상기 표 1에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 시스템을 구축하여, 통신 기능에 따른 시험을 수행한 결과, 통신 기능에 문제가 없다는 것을 확인할 수 있었다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의해 구축된 신 재생 에너지 시스템을 나타낸 것이다.
도 4와는 다르게, 송/배전 시, 손실 전압을 보충해 안정성을 높인 설비인 스태콤(STATCOM)은 배터리 에너지 저장 시스템과는 달리 배터리가 없기 때문에, 유효전력 제어 대신 발전기의 무효 전력 변동에 발생하는 송전단 전압 변동을 보상하기 위한 전압 제어 기능을 제공하고 있다.
게이트웨이(130)는 STATCOM 마스터의 레지스터에서 정의한 Modbus 메모리 번지의 데이터를 읽고 쓰는 방법을 통해 통신을 처리하고 있다.
그리고, 게이트웨이(130)는 시스템과 이더넷 기반을 IEC 61850 데이터로 모델링하여 이벤트 데이터를 전송하고, 상기 에너지 관리 시스템(120)으로부터 데이터 처리 요청을 받아, 상기 STATCOM 마스터로의 전송 및 결과를 확인할 수 있다.
상기 STATCOM은 무효 전력을 조절하여 송전단측의 전압을 일정하게 유지하는 기능을 제공하는데, 이러한 전압은 STATCOM이 설치된 지역에 따라 다를 수 있으나, 한 번 설치되면 변하는 일이 없기에 실수로 변경하는 일이 없도록 하기 위해 시스템에서 설정하기 않고 기개 내에서 설정해야 하는 우선 조건이 필요한다.
도 5를 참조하면, 제 1 STATCOM 및 제 2 STATCOM 간에는 STATCOM 마스터라는 Modbus 통신 기반의 레지스터의 데이터를 기반으로 통신을 한다.
표 2는 도 5와 같이 구축된 시스템에 대한 통신 기능 시험 결과를 나타낸 것이다.
통신 프로토콜 (1) 에너지 관리 시스템 <-> 게이트웨이: IED 61850
(2) 게이트웨이 <-> STATCOM 마스터: RS 485
(3) STATCOM 마스터 <-> 제 1 STATCOM/제 2 STATCOM: RS 485
Read 데이터 (1) [0*04] Read Input Register: 측정 값
(2) [0*03] Read Holding Register: 상태, 설정 값 등
Write 데이터 (1) [0*05] Write single Coil: STATCOM 상태 제어, STATCOM 계통 분리
(2) [0*06] Write single/Multiple Register: Operation Mode
데이터 취득 시간 (1) 에너지 관리 시스템 <-> 게이트웨이: 수 ms~ 1초 이내
(2) 게이트웨이 <-> STATCOM 마스터: 0.8초( 폴링 주기)
(3) STATCOM 마스터 <-> 제 1 STATCOM/제 2 STATCOM: 100ms( 폴링 주기, 전체 데이터 취득=1.3ms)
데이터 제어 처리 시간 (1) 에너지 관리 시스템 <-> 제 1 STATCOM/제 2 STATCOM: 3초 이내
(제어 요청에 대한 제어 결과 확인)
상기 표 2에서와 같이, 도 5와 같은 시스템을 구축하여, 통신 기능에 따른 시험을 수행한 결과, 통신 기능에 문제가 없다는 것을 확인할 수 있었다.
도 6 내지 9는 본 발명의 실시 예에서 제공되는 통신 서비스를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 9를 참조하면, 에너지 관리 시스템(120)에서 제공하는 통신 서비스는 기본 교환 관련 기능(Basic Exchange), 보고 기능(Report) 및 제어 기능(control)을 포함한다.
그리고, 상기 기본 교환 관련 기능(Basic Exchange)은 게이트웨이(130)와의 데이터 송/수신을 위한 통신 연결(Connect Gateway) 기능 및 통신 해제(Disconnect Gateway) 기능을 기본으로 한다.
그리고, 상기 기본 교환 관련 기능(Basic Exchange)은 각 게이트웨이에 따라 데이터 리스트 및 데이터 타입을 요청하고 응답받으며, 이에 따른 리스트 정보를 읽을 수 있는 리스트 정보 읽기 기능(Read List Info)을 제공한다.
또한, 기본 교환 관련 기능(Basic Exchange)은 데이터 요청 및 요청 데이터의 결과 확인을 위한 데이터 읽기 기능 및 데이터 쓰기 기능을 개별적으로 수행하는 것이 가능하고, 구조적 레벨에서 값들을 일고 쓰는 것도 가능하다.
한편, 보고 기능(Report)의 경우는 설정 정보를 게이트웨이(130)로부터 읽어 오기 위한 RCB(Report Control Block) 값 획득 기능(Get RCB Value), 보고를 실행하기 이전에 보고 방식을 설정하기 위한 보고 방식 설정 기능(Set RCB value) 및, 게이트웨이의 기본 설정을 그대로 사용하거나 상기 설정한 상태에 따라 보고를 실행하는 보고 실행 기능(Execute Report)을 포함한다.
한편, 제어 기능(control)의 경우는 총 1가지 제어 타입으로, 기본적인 직접 제어 기능(direct control)으로 구성된다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 신 재생 에너지 시스템의 통신 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 먼저 에너지 관리 시스템(120)은 통신 모듈을 기동하며, 상기 통신 모듈이 기동되면, 연결된 게이트웨이(130)의 개수만큼 구성 정보를 초기화한다(100단계).
그리고, 상기 에너지 관리 시스템(120)은 상기 게이트웨이(130)의 개수만큼 이름 및 통신 설정 정보 등을 구성하여, 네트워크 통신을 초기화한다(110단계).
이후, 상기 에너지 관리 시스템(120)은 네트워크를 통해 상기 게이트웨이(130)와 원활한 데이터 송수신을 가능하게 하기 위한 큐를 생성하고(120단계), 그에 따라 통신 모듈의 데이터 베이스와 데이터 송/수신을 위한 네트워크를 생성한다(130단계).
이에 따라, 상기 에너지 관리 시스템(120)의 통신 모듈은 각각의 게이트웨이와 통신 세션을 연결하고(140단계), 각 게이트웨이로부터 분산 전원을 모델링한 데이터를 모두 호출하여 이를 정리한 후 통신 모듈의 내부 로컬 데이터베이스를 초기화한다(150단계).
상기와 같은 통신 서비스 기능 실행을 위한 준비 동작(100단계~150단계)이 이루어지면, 게이트웨이와 통신 서비스(Basic Exchange, Reporting, Control)을 수행하기 위해 대기한다(160단계).
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 다양한 통신 방식을 지원하는 신 재생 장비들을 통합한 게이트웨이로 하여금 국제 공인 통신 프로토콜(IEC 61850 Edition2, IEC61400)에 의해 에너지 관리 시스템과 연계할 수 있도록 함으로써, 시스템에 대한 신뢰성 증대와, 통신 시험 결과에 따른 다양한 정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 신 재생 장치들의 서비스 결과에 따른 다양한 정보들을 제공하여, 사용자로 하여금 정확한 판단 근거를 제시하여 문제 발생시 세분화된 원인 결과 정보 제공 및 로그 분석 정보를 제공할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 신 재생 장비;
    상기 적어도 하나의 신 재생 장비를 관리하는 에너지 관리 시스템; 및
    상기 적어도 하나의 신 재생 장비와 상기 에너지 관리 시스템 사이에 배치되어, 상기 에너지 관리 시스템과 적어도 하나의 신 재생 장비를 연계하는 게이트웨이를 포함하며,
    상기 게이트웨이는,
    상기 적어도 하나의 신 재생 장비에서 발생한 데이터를 상기 에너지 관리 시스템에서 사용하는 통신 프로토콜에 대응하는 데이터로 모델링하여 상기 에너지 관리 시스템으로 전송하고,
    상기 에너지 관리 시스템에서 발생한 데이터를 해당 신 재생 장비에서 사용하는 통신 프로토콜에 대응하는 데이터로 모델링하여 해당 신 재생 장비로 전송하고,
    상기 에너지 관리 시스템은 기본 교환 기능(BASIC EXCHANGE), 보고 기능(REPORT) 및 제어 기능(CONTROL)을 수행하는 통신 모듈을 포함하고,
    상기 기본 교환 기능은,
    상기 게이트웨이와의 통신 연결 기능과,
    상기 게이트웨이와의 통신 해제 기능과,
    각 게이트웨이에 따라 데이터 리스트 및 데이터 타입을 요청하고, 이에 따른 응답을 수신하기 위한 리스트 정보 읽기 기능과,
    데이터 읽기를 위한 데이터 읽기 기능과,
    데이터 쓰기를 위한 데이터 쓰기 기능을 제공하는,
    신 재생 에너지 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 게이트웨이와 에너지 관리 시스템은,
    국제 공인 통신 프로토콜을 기반으로 통신을 수행하며,
    상기 국제 공인 통신 프로토콜은,
    IEC 61850 EDITION 2 및 IEC 61400 중 어느 하나인
    신 재생 에너지 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 기능은,
    직접 제어(DIRECT CONTROL) 기능을 포함하는
    신 재생 에너지 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 보고 기능은,
    보고 방식 설정을 위한 기능과,
    보고 설정 정보를 게이트웨이로부터 읽어 오기 위한 기능과,
    보고 실행을 위한 기능을 포함하는
    신 재생 에너지 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 신 재생 장비는, 상기 에너지 관리 시스템에서 지원하는 국제 공인 통신 프로토콜과 다른 통신 프로토콜을 지원하며,
    상기 게이트웨이는,
    상기 에너지 관리 시스템 및 신 재생 장비 사이에서, 데이터의 목적지에 지원하는 통신 프로토콜에 의거하여, 해당 데이터의 통신 프로토콜 변환을 수행하는
    신 재생 에너지 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 에너지 관리 시스템은,
    상기 통신 모듈이 기동함에 따라 게이트웨이 개수만큼 구성 정보를 초기화하고,
    상기 게이트웨이의 개수만큼, 이름 및 통신 설정 정보를 구성하며,
    네트워크를 통해 상기 게이트웨이와 원활한 데이터 송수신을 위한 큐를 생성한 후 통신 모듈의 데이터베이스와 데이터 송수신을 위한 네트워크를 생성하고,
    상기 통신 모듈을 통해 각각의 게이트웨이와 통신 세션을 연결하며,
    상기 각 게이트웨이로부터 분산 전원을 모델링한 데이터를 이용하여 통신 모듈의 내부 로컬 데이터 베이스를 초기화하여 상기 게이트웨이와의 통신을 위한 대기 동작을 수행하는
    신 재생 에너지 시스템.
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