KR101555104B1 - 비상 발전 시스템 및 비상 발전 시스템을 이용한 전력 관리 방법 - Google Patents

Abstract

정전이 발생하지 않는 상황에서 수요 전력량을 예측하고, 예측된 수요 전력량에 따라 상시 운전이 가능한 본 발명의 일 측면에 따른 비상발전 시스템은, 미리 정해진 측정 주기 별로 측정된 과거 수요 전력량에 기초하여 타겟 시간에서의 수요 전력량을 예측하고, 상기 예측된 수요 전력량에 따라 충방전 스케쥴을 생성하는 제어기; 및 상기 제어기에 의한 충방전 스케쥴에 따라 충전 또는 방전을 수행하여 계통에서 제공되는 전력을 저장하거나 부하로 전력을 공급하는 에너지 저장장치를 포함하고, 상기 제어기는, 각 측정 주기에서의 과거 수요 전력량과 해당 측정 주기가 포함되어 있는 시간 구간 내의 과거 수요 전력량들의 평균값에 기초하여 산출된 평균 보정지수와 상기 과거 수요 전력량의 측정 주기 별 이동 평균값을 승산하여 상기 타겟 시간에서의 수요 전력량을 예측하는 수요 전력량 예측부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

비상 발전 시스템 및 비상 발전 시스템을 이용한 전력 관리 방법{Emergency Generating System and Method for Managing Power Using Emergency Generating System}

본 발명은 전력 관리 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 비상 발전 시스템 및 비상 발전 시스템을 이용한 전력 관리 방법에 관한 것이다.

최근 전력 사용량이 급증함에 따라 공장, 빌딩, 또는 의료시설 등과 같은 대형 건물에서, 계통으로부터 공급되는 전력이 차단되어 정전사고가 발생하는 경우를 대비하기 위해 비상발전 시스템을 설치하는 경우가 증가하고 있다.

이러한 비상발전 시스템은 상용의 전력 계통에서 공급받는 전력이 차단되어 정전이 발생하였을 때 사용할 수 예비 발전 설비를 의미한다.

도 1에 일반적인 발전 시스템의 구성이 개시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 비상발전 시스템(100)은 제어기(110), 디젤 발전기(120), 무정전 전원장치(UPS: Uninterruptible Power Service, 130), 또는 에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System, 140) 등을 포함하여 구성할 수 있다.

도 1에서, 제어기(110)는 계통(115)에서 공급되는 전력이 차단된 경우 디젤 발전기(120), 무정전 전원장치(130), 또는 에너지 저장장치(140)를 동작시켜 부하(150)에 임시적으로 전력이 공급되게 함으로써 정전이 발생이 방지되도록 한다.

디젤 발전기(120), 무정전 전원장치(130), 또는 에너지 저장 장치(140)는 제어기(110)로부터 전력 공급 명령이 전달되면, 자체적으로 전력을 발생시켜 부하로 공급하는 역할을 수행한다.

이러한 비상발전 시스템의 일 예가 대한민국 등록특허 제10-1180391호에 개시되어 있다.

하지만, 대한민국 등록특허 제10-1180391호에 개시되어 있는 비상발전 시스템이나 도 1에 도시된 바와 같은 일반적인 비상발전 시스템은, 정전사고가 발생되는 경우에만 동작하도록 구성되어 있기 때문에, 정전사고가 발생하지 않을 경우에는 동작이 되지 않아 경제적인 손실이 발생함은 물론, 비상발전 시스템이 방치될 수 있어 비상발전 시스템의 유지보수가 제대로 수행되지 않는다는 문제점이 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같은 일반적인 비상발전 시스템은 정전이 발생된 이후에 동작하기 때문에, 부하로의 전력 공급이 빠르면 수 msec 에서 늦으면 3 ~ 4 sec까지 지연될 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 정전이 발생하지 않는 상황에서 수요 전력량을 예측하고, 예측된 수요 전력량에 따라 상시 운전이 가능한 비상발전 시스템 및 비상발전 시스템을 이용한 전력 관리 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 예측된 수요 전력량 및 전력 요금에 따라 비상발전 시스템의 충방전 동작을 스케쥴링함으로써 전력 사용 요금을 절감할 수 있는 비상발전 시스템 및 비상 발전 시스템을 이용한 전력 관리 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 계통에서 공급되는 전력품질의 모니터링을 통해 정전 발생가능성을 사전에 예측함으로써 정전 발생을 방지할 수 있는 비상발전 시스템 및 비상발전 시스템을 이용한 전력 관리 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 비상발전 시스템은, 미리 정해진 측정 주기 별로 측정된 과거 수요 전력량에 기초하여 타겟 시간에서의 수요 전력량을 예측하고, 상기 예측된 수요 전력량에 따라 충방전 스케쥴을 생성하는 제어기; 및 상기 제어기에 의한 충방전 스케쥴에 따라 충전 또는 방전을 수행하여 계통에서 제공되는 전력을 저장하거나 부하로 전력을 공급하는 에너지 저장장치를 포함하고, 상기 제어기는, 각 측정 주기에서의 과거 수요 전력량과 해당 측정 주기가 포함되어 있는 시간 구간 내의 과거 수요 전력량들의 평균값에 기초하여 산출된 평균 보정지수와 상기 과거 수요 전력량의 측정 주기 별 이동 평균값을 승산하여 상기 타겟 시간에서의 수요 전력량을 예측하는 수요 전력량 예측부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 비상발전 시스템을 이용한 전력 관리 방법은, 미리 정해진 측정 주기에서 측정된 과거 수요 전력량을 획득하는 단계; 각 측정 주기에서의 과거 수요 전력량과 해당 측정 주기가 포함되어 있는 시간 구간 내의 과거 수요 전력량들의 평균값에 기초하여 평균 보정지수를 산출하는 단계; 상기 평균 보정지수와 상기 과거 수요 전력량의 측정 주기 별 이동 평균값을 승산하여 타겟 시간에서의 수요 전력량을 예측하는 단계; 및 예측된 수요 전력량에 따라 충방전 스케쥴을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 비상발전 시스템을 이용하여 수요 전력량을 예측하고, 예측된 수요 전력량에 따라 비상발전 시스템을 상시 운전하기 때문에 비상발전 시스템의 유지보수가 용이하며, 예측된 수요 전력량 및 전력요금에 따라 비상발전 시스템을 이용하여 전력을 충전하거나 방전할 수 있어 전력 사용 요금을 절감할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 방대한 양의 기본 데이터 없이도 수요 전력량을 정확하게 예측할 수 있어, 비상발전 시스템의 구축 비용을 절감할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 정전이 발생하지 않은 상황에서 비상 발전 시스템을 이용하여 계통에서 공급되는 전력을 실시간으로 모니터링하여 정전 발생 가능성을 예측하고, 정전 발생 가능성이 있는 경우 비상발전 시스템을 통해 계통에서 공급되는 전력의 전압, 주파수, 및 역률을 보상함으로써 정전을 미연에 방지할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 비상발전 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 계통에서 공급되는 전력에 대한 사용 요금을 보여주는 테이블이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상발전 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 제어기의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기에 의해 예측된 수요 전력량의 일 예를 보여주는 테이블이다.
도 6a는 본 발명에 따라 예측된 수요 전력량과 종래기술에 따라 예측된 수요 전력량을 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 6b는 본 발명에 따라 예측된 수요 전력량의 오차와 종래기술에 따라 예측된 수요 전력량의 오차를 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 7은 주파수 변화량, 전압 변화량, 및 위상각 변화량의 제한범위의 일 예를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상발전 시스템을 이용한 전력 관리 방법을 보여주는 플로우차트이다.

본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.

먼저, 본 발명에 따른 비상발전 시스템에 대해 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 비상발전 시스템이 요구되는 환경에 대해 간략히 설명한다.

일반적으로, 계통에서 공급되는 전력에 대한 사용요금은 계절과 시간에 따라 각각 다르게 운용된다. 일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 계통에서 공급되는 전력에 대한 사용요금은 기본요금과 전력량 요금의 합으로 구성되며, 전력량 요금은 전력 사용 시간대와 전력 사용 계절에 따라 탄력적으로 결정된다. 이와 같이, 계절이나 시간에 따라 계통에서 공급되는 전력에 대한 사용요금을 다르게 결정하는 이유는 시간이나 계절 별로 요구되는 수요 전력량이 상이하기 때문이다.

따라서, 계통에서 공급되는 전력을 사용하는 건물 또는 공장 등과 같은 수용가에서는 기본적으로 전력 사용요금이 저렴한 시간대에 집중적으로 전력을 사용하고, 전력 사용요금이 비싼 시간대에는 전력 사용량을 감소시키기를 원하지만, 근로시간이나 작업시간 등과 같은 제한사항들로 인해 이러한 정책을 운용하는 데에는 한계가 있다.

따라서, 계통에서 공급되는 전력의 사용요금을 최소화시키기 위해, 에너지 저장장치(Energy Storage System: ESS) 등을 이용하는 방법이 제안된 바 있고, 이러한 에너지 저장장치를 이용하기 위해서는 수요 전력량의 예측이 필수적으로 요구된다.

일반적으로, 수요 전력량을 정확하게 예측하기 위해서는 방대한 양의 과거 소비 전력량 데이터가 요구된다. 하지만, 방대한 양의 전력량 데이터를 이용하여 수요 전력량을 예측하기 위해서는 막대한 시스템 구축 비용이 요구될 뿐만 아니라, 아무리 많은 데이터를 이용해서 예측을 수행하더라도 예측의 정확도가 선형적으로 증가하는 것은 아니기 때문에 비용대비 효과가 만족스럽지 못하다. 이에 따라, 본 발명에서는 저용량의 과거 데이터 만으로도 수요 전력량을 정확하게 예측할 수 있는 비상발전 시스템과 이러한 비상발전 시스템을 이용한 전력 관리 방법을 제안한다.

이하, 첨부되는 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.

<비상발전 시스템>

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상발전 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상발전 시스템(300)은 제어기(310), 모니터링부(320), 비상충방전 스케쥴러(330), 및 에너지 저장장치(340)를 포함한다. 또한, 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이, 비상 발전을 위해 디젤 발전기(350)나 신재생 에너지원(360)을 더 포함할 수 있다.

먼저, 제어기(310)는 미리 정해진 측정 주기 별로 측정된 과거 수요 전력량에 기초하여 타겟 시간에서의 수요 전력량을 예측한다. 또한, 제어기(310)는 예측된 수요 전력량을 기초로 타겟 시간에서의 충방전 스케쥴을 생성한다.

이하, 이러한 제어기(310)의 구성을 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기(310)는 데이터 획득부(410), 평균 보정지수 산출부(420), 이동평균값 산출부(430), 수요 전력량 예측부(440), 및 충방전 스케쥴러(450)를 포함한다.

데이터 획득부(410)는 미리 정해진 측정주기마다 수용가에서 요구되는 수요 전력량을 측정하여 데이터베이스(미도시)에 저장한다. 일 실시예에 있어서, 데이터 획득부(410)는 시간대에 따라 수요 전력량 측정 주기를 다르게 설정할 수 있다. 일 예로, 데이터 획득부(410)는 전력 사용량이 작은 시간대(예컨대, 23시~09시)에서는 30분 마다 한 번씩 수요 전력량을 측정한다. 또한, 데이터 획득부(410)는 전력 사용량이 평균인 시간대(예컨대, 09시~10시, 12시~13시, 및 17시~23시)에는 20분 마다 한 번씩 수요 전력량을 측정한다. 또한, 데이터 획득부(410)는 전력 사용량이 많은 시간대(예컨대, 10시~12시 및 13시~17시)에는 10분 마다 한 번씩 수요 전력량을 측정한다.

예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 데이터 획득부(410)는 1일 전 및 2일 전의 수요 전력량(Dt)을 각 시간대 별로 획득하였다는 것을 알 수 있다. 이때, 상술한 바와 같이, 전력 사용량이 작은 시간대(01시~08시, 경부하)에서 데이터 획득부(410)는 수요 전력량을 30분마다 한 번씩 측정하였고, 전력 사용량이 평균인 시간대(09시~10시, 중부하)에서 데이터 획득부(410)는 수요 전력량을 20분 마다 한 번씩 측정하였으며, 전력 사용량이 많은 시간대(11시, 최대부하)에서 데이터 획득부(410)는 수요 전력량을 10분 마다 한 번씩 측정하였다는 것을 알 수 있다.

다음으로, 평균 보정지수 산출부(420)는 데이터 획득부(410)에 의해 획득된 과거 수요 전력량에 기초하여 수요 전력량 예측에 이용될 평균 보정지수를 산출한다. 이러한 평균 보정지수는 수요 전력량 예측 시 시간별 수요 사용량의 변화량과 계절별 수요 전력량의 변화를 반영하기 위한 것이다.

이를 위해, 평균 보정지수 산출부(420)는 먼저, 각 시간대 별로 데이터 획득부(410)에 의해 획득된 과거 수요 전력량의 평균값을 산출한다. 즉, 평균 보정지수 산출부(420)는 도 6에 도시된 바와 같이, 각 시간대 별로 1일 전 및 2일 전 과거 수요 전력량(Dt)들의 평균값(Mp)을 산출한다.

이를 수학식으로 표현하면 아래의 수학식 1과 같다.

수학식 1에서, Mp는 각 시간대 별 과거 수요 전력량의 평균값을 나타내고, n은 측정 주기를 나타내고, Dt(n)은 측정 주기 n에서 측정된 과거 수요 전력량을 나타낸다.

예컨대, 평균 보정지수 산출부(420)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 1일 전 과거 수요 전력량(Dt)들 중 01시에 측정된 2개의 과거 수요 전력량 데이터인 3428 및 3252를 평균하여 3340이라는 평균값을 산출하고, 09시에 측정된 3개의 수요 전력량 데이터인 44521, 4345, 및 4532를 평균하여 4466이라는 평균값을 산출하며, 11시에 측정된 6개의 수요 전력량 데이터인 4478, 4775. 4796, 5021, 5480, 및 4565를 평균하여 4853이라는 평균값을 산출한다. 평균 보정지수 산출부(420)는 1일 전 및 2일 전의 모든 시간 대에 대해 이를 반복함으로써 각 시간대 별로 과거 수요 전력량 평균값을 산출하게 된다.

이후, 평균 보정지수 산출부(420)는 각 측정 주기에서 측정된 과거 수요 전력량 및 해당 측정 주기가 포함되어 있는 시간대에서 산출된 과거 수요 전력량의 평균값을 이용하여 각 측정 주기마다 일별 보정지수를 산출한다.

일 실시예에 있어서, 평균 보정지수 산출부(420)는 각 측정 주기에서 측정된 과거 수요 전력량을 해당 측정 주기가 포함되어 있는 시간대에서 산출된 과거 수요 전력량의 평균값으로 제산함으로써 각 측정 주기에서의 일별 보정지수를 산출한다.

이를 수학식으로 표현하면 아래의 수학식 2와 같다.

수학식 2에서, Sp(n)은 측정 주기 n에서 산출된 일별 보정지수를 나타내고, Dt(n)은 측정 주기 n에서 측정된 과거 수요 전력량을 나타내며, Mp는 측정 주기 n이 포함되어 있는 시간대에서 산출된 과거 수요 전력량의 평균값을 나타낸다.

예컨대, 평균 보정지수 산출부(420)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 1일 전 과거 수요 전력량(Dt)들 중 01시에 측정된 2개의 과거 수요 전력량 데이터인 3428 및 3252와 해당 시간대에서 산출된 과거 수요 전력량의 평균값인 3340를 이용하여 1.03 및 0.97이라는 일별 보정지수를 각각 산출하고, 09시에 측정된 3개의 수요 전력량 데이터인 44521, 4345, 및 4532와 해당 시간대에서 산출된 과거 수요 전력량의 평균값인 4466을 이용하여 1.01, 0.93, 및 1.04라는 일별 보정지수를 각각 산출하며, 11시에 측정된 6개의 수요 전력량 데이터인 4478, 4775. 4796, 5021, 5480, 및 4565와 해당 시간대에서 산출된 과거 수요 전력량의 평균값인 4853을 이용하여 0.92, 0.98, 0.99, 1.03, 1.13, 및 0.94라는 일별 보정지수를 각각 산출한다. 평균 보정지수 산출부(420)는 1일 전 및 2일 전의 모든 측정 주기에 대해 이를 반복함으로써 모든 측정 주기에서의 일별 보정지수를 산출하게 된다.

이후, 평균 보정지수 산출부(420)는 과거 수요 전력량이 측정된 일수를 기준으로 각 측정주기에서의 일별 보정지수를 평균함으로써 평균 보정지수를 산출한다.

이를 수학식으로 표현하면 아래의 수학식 3과 같다.

수학식 3에서, St(n)은 측정 주기 n에서의 평균 보정지수를 나타내고, m은 과거 수요 전력량의 측정 일수를 나타내며, Sm,p(n)는 측정일 m의 측정 주기n에서의 일별 보정지수를 나타낸다.

예컨대, 평균 보정지수 산출부(420)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 1일 전 과거 수요 전력량(Dt)들 중 01시에 측정된 첫 번 째 과거 수요 전력량 데이터를 기초로 산출된 일별 보정지수인 1.03과 2일 전 과거 수요 전력량(Dt)들 중 01시에 측정된 첫 번째 과거 수요 전력량 데이터를 기초로 산출된 일별 보정지수인 1.02를 평균하여 평균 보정지수인 1.03을 산출한다. 또 다른 예로, 평균 보정지수 산출부(420)는 1일 전 과거 수요 전력량(Dt)들 중 09시에 측정된 첫 번째 과거 수요 전력량 데이터를 기초로 산출된 일별 보정지수인 1.01과 2일 전 과거 수요 전력량(Dt)들 중 09시에 측정된 첫 번째 과거 수요 전력량 데이터를 기초로 산출된 일별 보정지수인 1.01을 평균하여 평균 보정지수인 1.01을 산출한다. 또 다른 에로, 평균 보정지수 산출부(420)는 1일 전 과거 수요 전력량(Dt)들 중 11시에 측정된 첫 번째 과거 수요 전력량 데이터를 기초로 산출된 일별 보정지수인 0.92와 2일 전 과거 수요 전력량(Dt)들 중 09시에 측정된 첫 번째 과거 수요 전력량 데이터를 기초로 산출된 일별 보정지수인 0.90을 평균하여 평균 보정지수인 0.91을 산출한다. 평균 보정지수 산출부(420)는 모든 측정 주기에 대해 이를 반복함으로써 모든 측정 주기에서의 평균 보정지수를 산출하게 된다.

다음으로, 이동 평균값 산출부(430)는 각 측정 주기 별로 과거 수요 전력량의 이동 평균값을 산출한다. 구체적으로, 이동 평균값 산출부(430)는 측정 주기에 상응하는 윈도우 구간을 쉬프트 시켜가면서 윈도우 구간 내에 위치하게 되는 과거 수요 전력량들의 평균값을 해당 측정 주기에서의 이동 평균값으로 산출한다.

이를 수학식으로 표현하면 아래의 수학식 4와 같다.

수학식 4에서, Mm(n)은 측정 주기 n에서의 이동 평균값을 나타내고, n은 측정주기를 나타내며, Dt(n)은 측정 주기 n에 포함되는 윈도우 구간 내에 위치하게 되는 과거 수요 전력량을 나타낸다. 이때, 측정일인 m은 계절별로 다르게 설정될 수 있다. 예컨대, 봄과 가을에는 비교적 전력 변화량이 많지 않기 때문에 2주인 14일로 설정될 수 있고, 여름과 겨울에는 전력 변화량이 많을 수 있기 때문에 1주인 7일로 설정될 수 있다.

예컨대, 이동 평균값 산출부(430)는 도 5에 도시된 바와 같이, 1일 전 과거 수요 전력량(Dt)들 중 01시에 측정된 과거 수요 전력량을 기초로 할 때, 단위 시간 당 측정 주기는 2회이므로 윈도우 구간은 2회의 측정주기만큼의 크기를 갖도록 설정된다. 따라서, 01시에 측정된 첫 번째 과거 수요 전력량의 경우 그 이전의 과거 수요 전력량 데이터가 없기 때문에 별도의 이동 평균값이 존재하지 않는다.

이후, 이동 평균값 산출부(430)는 01시에 측정된 두 번 째 과거 수요 전력량에 대한 이동 평균값을 산출하기 위해 윈도우 구간을 쉬프트 시키게 되고, 이로 인해 윈도우 구간 내에는 01시에 측정된 첫 번째 과거 수요 전력량 데이터와 01시에 측정된 두 번째 과거 수요 전력량 데이터가 포함되게 된다. 따라서, 이동 평균값 산출부(430)는 01시에 측정된 두 번째 과거 수요 전력량 데이터에 대해 첫 번째 과거 수요 전력량 데이터인 3340과 두 번째 과거 수요 전력량 데이터인 3252를 평균함으로써 이동 평균값으로 3340이라는 값을 산출하게 된다.

이후, 이동 평균값 산출부(430)는 02시에 측정된 첫 번 째 과거 수요 전력량에 대한 이동 평균값을 산출하기 위해 윈도우 구간을 쉬프트 시키게 되고, 이로 인해 윈도우 구간 내에는 01시에 측정된 두 번째 과거 수요 전력량 데이터와 02시에 측정된 첫 번째 과거 수요 전력량 데이터가 포함되게 된다. 따라서, 이동 평균값 산출부(430)는 02시에 측정된 첫 번째 과거 수요 전력량 데이터에 대해 01시의 두 번째 과거 수요 전력량 데이터인 3252와 02시의 첫 번째 과거 수요 전력량 데이터인 3312를 평균함으로써 이동 평균값으로 3282라는 값을 산출하게 된다.

또 다른 예로, 1일 전 과거 수요 전력량(Dt)들 중 09시에 측정된 과거 수요 전력량을 기초로 할 때, 단위 시간 당 측정 주기는 3회이므로 윈도우 구간은 3회의 측정주기만큼의 크기를 갖도록 설정된다. 따라서, 09시에 측정된 첫 번째 과거 수요 전력량의 경우 첫 번째 과거 수요 전력량인 4521이 이동 평균값으로 산출되고, 09시에 측정된 두 번 째 과거 수요 전력량에 대한 이동 평균값은 첫 번째 과거 수요 전력량 데이터인 4521과 두 번째 과거 수요 전력량 데이터인 4345를 평균함으로써 이동 평균값으로 4433이라는 값을 산출하게 되며, 09시에 측정된 세 번 째 과거 수요 전력량에 대한 이동 평균값은 첫 번째 과거 수요 전력량 데이터인 4521, 두 번째 과거 수요 전력량 데이터인 4345, 및 세 번째 과거 수요 전력량인 4532를 평균함으로써 이동 평균값으로 4466이라는 값을 산출하게 된다.

이후, 이동 평균값 산출부(430)는 10시에 측정된 첫 번 째 과거 수요 전력량에 대한 이동 평균값을 산출하기 위해 윈도우 구간을 쉬프트 시키게 되고, 이로 인해 윈도우 구간 내에는 09시에 측정된 두 번째 과거 수요 전력량 데이터, 09시에 측정된 세 번째 과거 수요 전력량 데이터, 및 10시에 측정된 첫 번째 과거 수요 전력량 데이터가 포함되게 된다. 따라서, 이동 평균값 산출부(430)는 10시에 측정된 첫 번째 과거 수요 전력량 데이터에 대해 09시의 두 번째 과거 수요 전력량 데이터인 4345, 09시의 세 번째 과거 수요 전력량 데이터인 4532, 및 10시의 첫 번째 과거 수요 전력량 데이터인 4348을 평균함으로써 이동 평균값으로 4408이라는 값을 산출하게 된다.

이동 평균값 산출부(430)는 모든 측정 주기에 윈도우 구간을 쉬프트 시켜가면서 이를 반복함으로써 각 측정 주기에서의 이동 평균값을 산출한다.

다음으로, 수요 전력량 예측부(440)는, 평균 보정지수 산출부(420)에 의해 산출된 평균 보정지수와 이동 평균값 산출부(430)에 의해 산출된 이동 평균값을 이용하여 각 측정 주기 별로 수요 전력량을 산출하고, 산출된 수요 전력량을 해당 측정 주기에 상응하는 타겟 시간에서의 수요 전력량으로 예측한다.

일 실시예에 있어서, 수요 전력량 예측부(440)는 아래의 수학식 5에 기재된 바와 같이, 평균 보정지수 산출부(420)에 의해 산출된 평균 보정지수와 이동 평균값 산출부(430)에 의해 산출된 이동 평균값을 승산함으로써 각 측정 주기 별로 수요 전력량을 예측할 수 있다.

수학식 5에서, Pt(n)은 측정 주기 n에서 예측된 수요 전력량을 나타내고, St(n)은 측정 주기 n에서 산출된 평균 보정지수를 나타내며, Mm(n)은 측정 주기 n에서 산출된 이동 평균값을 나타낸다.

예컨대, 수요 전력량 예측부(440)는 도 5에 도시된 바와 같이, 01시의 두 번째 측정 주기에 대해 산출된 평균 보정지수인 0.97과 이동 평균값인 3340을 승산함으로써 예측 대상이 되는 타겟일에서의 해당 측정 주기(타겟 시간)의 수요 전력량은 3255인 것으로 예측한다.

이와 같이 본 발명은 이동 평균값만을 이용하여 타겟 시간에서의 수요 전력량을 예측하는 것이 아니라, 시간대 별 및 계절 별로 변화하는 수요 전력량을 반영하기 위해 평균 보정지수를 산출하고, 이러한 평균 보정지수를 이동 평균값에 반영하여 수요 전력량을 예측하기 때문에 수요 전력량의 예측 정확성을 높일 수 있게 된다.

구체적으로 도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 평균 보정지수와 이동 평균값을 모두 이용하여 예측된 수요 전력량은 이동 평균값만을 이용하여 예측된 수요 전력량과 비교할 때, 실제 수요 전력량이 급격하게 변화되는 경우에도 이를 정확하게 예측할 수 있다는 것을 알 수 있다.

또한, 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 평균 보정지수와 이동 평균값을 모두 이용하여 예측된 수요 전력량의 오차와 이동 평균값만을 이용하여 예측된 수요 전력량의 오차를 비교할 때, 본 발명에 따라 예측된 수요 전력량의 오차가 훨씬 작다는 것을 알 수 있다.

이때, 본 발명에 따라 예측된 수요 전력량의 오차는 아래의 수학식 6을 이용하여 산출할 수 있고, 이동 평균값에 기초하여 예측된 수요 전력량의 오차는 수학식 7을 이용하여 산출할 수 있다.

수학식 5 및 6에서, Pe(n)은 측정 주기 n에서 본 발명에 따라 예측된 수요 전력량의 오차를 나타내고, Pt(n)은 측정 주기 n에서 예측된 수요 전력량을 나타내고, Me(n)는 측정주기n에서 이동 평균값을 기초로 예측된 수요 전력량의 오차를 나타내고, Mm(n)은 측정주기 n에서 산출된 이동 평균값을 나타내며, Dt(n)은 측정주기 n에서 실제 수요 전력량을 나타낸다.

한편, 본 발명은 수요 전력량의 예측을 위해 필요한 데이터 또한 최소화시킬 수 있어 적은 비상발전 시스템의 구축비용을 최소화할 수 있게 된다.

다음으로, 충방전 스케쥴러(4450)는 수요 전력량 예측부(440)에 의해 예측된 수요 전력량을 기초로 에너지 저장 장치(340)의 충방전 스케쥴을 설정한다.

일 실시예에 있어서, 충방전 스케쥴러(450)는 수요 전력량 예측부(440)에 의해 예측된 수요 전력량이 미리 정해진 제1 기준치 이하인 경우, 계통(370)에서 공급되는 전력량과 예측된 수요 전력량의 차이값에 해당하는 전력을 에너지 저장 장치(340)에 충전하기 위한 충전 스케쥴을 생성하여 에너지 저장 장치(340)로 제공한다.

또한, 충방전 스케쥴러(450)는 수요 전력량 예측부(440)에 의해 예측된 수요 전력량이 미리 정해진 제2 기준치 이상인 경우 계통(370)에서 공급되는 전력량과 예측된 수요 전력량의 차이값에 해당하는 전력을 에너지 저장 장치(340)로부터 부하(380)측으로 방전시키기 위한 방전 스케쥴을 생성하여 상기 에너지 저장장치(340)로 제공한다.

이러한 실시예에 따르는 경우 제1 기준치와 제2 기준치는 동일한 값으로 설정될 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 충방전 스케쥴러(450)는 수요 전력량 예측부(440)에 의해 예측된 수요 전력량이 미리 정해진 제1 기준치 이하이고, 타겟시간에서의 전력요금이 미리 정해진 제1 값 이하인 경우, 계통(370)에서 공급되는 전력량과 예측된 수요 전력량의 차이값에 해당하는 전력을 에너지 저장 장치(340)에 충전하기 위한 충전 스케쥴을 생성하여 에너지 저장장치(340)로 제공한다.

또한, 충방전 스케쥴러(450)는 수요 전력량 예측부(440)에 의해 예측된 수요 전력량이 미리 정해진 제2 기준치 이상이고, 타겟시간에서의 전력요금이 미리 정해진 제2 값 이상인 경우 계통(370)에서 공급되는 전력량과 예측된 수요 전력량의 차이값에 해당하는 전력을 에너지 저장 장치(340)로부터 부하(380)측으로 방전시키기 위한 방전 스케쥴을 생성하여 에너지 저장장치(340)로 제공한다.

이에 따라, 본 발명은 예측된 수요 전력량을 기초로 수요 전력량이 작고 전력요금이 저렴한 시간구간에서는 에너지 저장 장치(340)를 이용하여 충전을 수행하고, 수요 전력량이 많고 전력요금이 비싼 구간에서는 에너지 저장 장치(340)를 방전을 수행함으로써 계통(370)으로부터 공급받는 전력량을 최소화시킬 수 있고, 이로 인해 전력 사용 요금을 최소화시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 비상발전 시스템(300)은 예측된 수요 전력량에 따라 항상 충전 또는 방전을 수행하기 위해 상시 운전되어야 하므로 비상발전 시스템(300)의 유지/보수를 원활하게 수행할 수 있게 된다.

다시 도 3을 참조하면, 모니터링부(320)는 계통(370)에서 공급되는 전력의 주파수, 전압, 및 위상각을 모니터링하고, 모니터링 결과를 비상 충방전 스케쥴러(330)로 제공한다.

비상 충방전 스케쥴러(330)는, 모니터링부(320)에 의해 모니터링된 주파수, 전압, 및 위상각을 미리 정해진 기준 주파수, 기준전압, 및 기준 위상각과 비교하여 주파수 변화량, 전압 변화량, 및 위상각 변화량을 산출한다.

산출결과, 주파수 변화량, 전압 변화량, 및 위상각 변화량 중 어느 하나가 제한범위를 벗어나는 것으로 판단되면 정전이 발생될 가능성이 있는 것으로 판단하고, 비상 충방전 스케쥴러(330)는 계통에서 공급되는 전력의 전압, 주파수, 및 역률을 보상하기 위한 비상 충방전 스케쥴을 생성하여 에너지 저장 장치(340)로 제공한다.

주파수 변화량, 전압 변화량, 및 위상각 변화량의 일 예가 도 7에 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 주파수 변화량, 전압 변화량, 및 위상각 변화량은 비상발전 시스템(300)의 정격 용량에 따라 다른 값으로 설정될 수 있다.

상술한 실시예에 있어서는 모니터링부(320) 및 비상 충방전 스케쥴러(330)가 제어기(310)와 물리적으로 분리된 구성인 것으로 설명하였지만, 이는 하나의 예에 불과할 뿐, 모니터링부(320) 및 비상 충방전 스케쥴러(330)는 제어기(310) 내부에 포함되어 구성될 수도 있을 것이다.

이러한 실시예에 따르는 경우, 비상 충방전 스케쥴러(330)는 충방전 스케쥴러(450)과 하나로 구현될 수도 있을 것이다.

다음으로, 에너지 저장 장치(340)는 제어기(310) 또는 비상 충방전 스케쥴러(330)로부터 제공되는 충방전 스케쥴에 따라 충방전 동작을 수행한다.

구체적으로, 에너지 저장 장치(34)는 제어기(310) 또는 비상 충방전 스케쥴러(330)로부터 충전 명령이 전달되면, 계통(370), 디젤 발전기(350), 또는 신재생 에너지원(350)로부터 제공되는 전력을 저장한다.

또한, 에너지 저장 장치(340)는 제어기(310) 또는 비상 충방전 스케쥴러(330)로부터 방전 명령이 전달되면, 내부에 저장되어 있는 전력을 부하(370)로 공급한다.

일 실시예에 있어서, 에너지 저장 장치(340)는 충방전이 가능한 복수개의 배터리를 포함하고, 충전 명령이 전달되면, 계통(370), 디젤 발전기(350), 또는 신재생 에너지원(350)로부터 제공되는 전력을 복수개의 배터리에 저장하고, 방전 명령이 전달되면 복수개의 배터리에 저장되어 있는 전력을 부하(380)로 제공하는 배터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System: BESS)로 구현될 수 있다.

한편, 디젤 발전기(350) 및 신재생 에너지원(360)은 제어기(310)의 제어에 따라 전력을 생산하여 에너지 저장장치(340)로 공급하는 역할을 수행한다.

<비상발전 시스템을 이용한 전력 관리 방법>

이하, 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 비상발전 시스템을 이용한 전력 관리방법에 대해 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상발전 시스템을 이용한 전력 관리 방법을 보여주는 플로우차트이다. 도 8에 도시된 전력 관리 방법은 도 3에 도시된 비상발전 시스템에 의해 수행될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 먼저, 계통에서 공급되는 전력의 주파수, 전압, 및 위상각을 모니터링한다(S800).

이후, 모니터링된 주파수, 전압, 및 위상각을 기준 주파수, 기준 전압, 및 기준 위상각과 비교하여 주파수 변화량, 전압 변화량, 및 위상각 변화량을 산출한다(S810).

이후, 산출된 주파수 변화량, 전압 변화량, 및 위상각 변화량 중 어느 하나가 미리 정해진 제한 범위를 벗어나는지 여부를 판단하여(S820), 주파수 변화량, 전압 변화량, 및 위상각 변화량 중 어느 하나가 미리 정해진 제한 범위를 벗어나는 것으로 판단되면, 정전 발생 가능성이 있는 것으로 판단하여 계통에서 공급되는 전력의 전압, 주파수, 및 역률을 보상하기 위해 에너지 저장장치의 비상 충방전 스케쥴을 생성한다(S830).

한편, S820에서 주파수 변화량, 전압 변화량, 및 위상각 변화량이 미리 정해진 제한 범위를 벗어나지 않는 것으로 판단되면, 정전 발생 가능성이 없는 상태인 것으로 판단하여 미리 정해진 측정 주기에서 측정된 과거 수요 전력량에 기초하여 이동 평균값과 평균 보정지수를 산출한다(S840). 이를 위해, 도 8에서는 도시하지 않았지만, 미리 정해진 측정 주기마다 측정된 과거 수요 전력량 데이터를 획득하는 과정을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 이동 평균값은, 각 측정 주기 별로, 각 측정 주기의 크기에 상응하는 윈도우 구간을 쉬프트 시켜가면서 윈도우 구간 내에 위치하게 되는 과거 수요 전력량들의 평균값을 계산함으로써 산출할 수 있다.

또한, 평균 보정지수는 과거 수요 전력량들의 측정일을 기초로 각 측정 주기에서 산출된 일별 보정지수들의 측정 주기별 평균값으로 산출할 수 있고, 여기서, 일별 보정지수는 각 측정 주기 별로 각 측정 주기에서의 과거 수요 전력량을 해당 측정 주기가 포함되어 있는 시간 구간 내의 과거 수요 전력량들의 평균값으로 제산함으로써 산출할 수 있다.

이후, 평균 보정지수와 상기 이동 평균값을 승산하여 각 측정 주기(타겟 시간)에서의 수요 전력량을 예측한다(S850).

이후, 예측된 수요 전력량에 따라 충방전 스케쥴을 생성한다(S860).

일 실시예에 있어서, 예측된 수요 전력량이 미리 정해진 제1 기준치 이하인 경우, 계통에서 공급되는 전력량과 예측된 수요 전력량의 차이값에 해당하는 전력을 에너지 저장 장치에 충전하기 위한 충전 스케쥴을 생성하고, 예측된 수요 전력량이 미리 정해진 제2 기준치 이상인 경우 계통에서 공급되는 전력량과 예측된 수요 전력량의 차이값에 해당하는 전력을 에너지 저장 장치로부터 부하측으로 방전시키기 위한 방전 스케쥴을 생성할 수 있다.

이러한 실시예에 따르는 경우 제1 기준치와 제2 기준치는 동일한 값으로 설정될 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 예측된 수요 전력량이 미리 정해진 제1 기준치 이하이고, 타겟시간에서의 전력요금이 미리 정해진 제1 값 이하인 경우, 계통에서 공급되는 전력량과 예측된 수요 전력량의 차이값에 해당하는 전력을 에너지 저장 장치에 충전하기 위한 충전 스케쥴을 생성하고, 예측된 수요 전력량이 미리 정해진 제2 기준치 이상이고, 타겟시간에서의 전력요금이 미리 정해진 제2 값 이상인 경우 계통에서 공급되는 전력량과 예측된 수요 전력량의 차이값에 해당하는 전력을 에너지 저장 장치로부터 부하측으로 방전시키기 위한 방전 스케쥴을 생성할 수 있다.

이후, 생성된 충방전 스케쥴에 따라 에너지 저장 장치를 충방전 시켜 전력을 저장하거나 전력을 부하로 공급한다(S870)

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

300: 비상발전 시스템 310: 제어기
320: 모니터링부 330: 비상 충방전 스케쥴러
340: 에너지 저장장치 350: 디젤 발전기
360: 신재생 에너지원 370: 계통
380: 부하 410: 데이터 획득부
420: 평균 보정지수 산출부 430: 이동 평균값 산출부
440: 수요 전력량 예측부 450: 충방전 스케쥴러

Claims (11)

1. 미리 정해진 측정 주기 별로 측정된 과거 수요 전력량에 기초하여 타겟 시간에서의 수요 전력량을 예측하고, 상기 예측된 수요 전력량에 따라 충방전 스케쥴을 생성하는 제어기; 및
   상기 제어기에 의한 충방전 스케쥴에 따라 충전 또는 방전을 수행하여 계통에서 제공되는 전력을 저장하거나 부하로 전력을 공급하는 에너지 저장장치를 포함하고,
   상기 제어기는,
   각 측정 주기에서의 과거 수요 전력량을 해당 측정 주기가 포함되어 있는 시간 구간 내의 과거 수요 전력량들의 평균값으로 제산하여 일별 보정지수를 산출하고, 상기 과거 수요 전력량들의 측정일을 기초로 각 측정 주기에서 산출된 일별 보정지수들의 측정 주기별 평균을 산출하여 평균 보정지수를 산출하는 평균 보정지수 산출부; 및
   상기 평균 보정지수와 상기 과거 수요 전력량의 측정 주기 별 이동 평균값을 승산하여 상기 타겟 시간에서의 수요 전력량을 예측하는 수요 전력량 예측부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상발전 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는,
   상기 측정 주기에 상응하는 윈도우 구간을 쉬프트 시켜가면서 상기 윈도우 구간 내에 위치하게 되는 과거 수요 전력량들의 평균값을 계산하여 상기 과거 수요 전력량의 측정 주기 별 이동 평균값을 산출하는 이동 평균값 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상발전 시스템.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   계통에서 공급되는 전력의 주파수, 전압, 및 위상각을 모니터링하는 모니터링부; 및
   모니터링된 주파수, 전압, 및 위상각을 미리 정해진 기준 주파수, 기준전압, 및 기준 위상각과 비교하여 주파수 변화량, 전압 변화량, 및 위상각 변화량을 산출하고, 상기 주파수 변화량, 전압 변화량, 및 위상각 변화량 중 어느 하나가 제한범위를 벗어나면 전압, 주파수, 및 역률을 보상하기 위한 비상 충방전 스케쥴을 생성하여 상기 에너지 저장장치로 제공하는 비상 충방전 스케쥴러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상 발전 시스템.
7. 미리 정해진 측정 주기에서 측정된 과거 수요 전력량을 획득하는 단계;
   각 측정 주기에서의 과거 수요 전력량과 해당 측정 주기가 포함되어 있는 시간 구간 내의 과거 수요 전력량들의 평균값에 기초하여 평균 보정지수를 산출하는 단계;
   상기 평균 보정지수와 상기 과거 수요 전력량의 측정 주기 별 이동 평균값을 승산하여 타겟 시간에서의 수요 전력량을 예측하는 단계; 및
   예측된 수요 전력량에 따라 충방전 스케쥴을 생성하는 단계를 포함하고,
   상기 평균 보정지수를 산출하는 단계는,
   각 측정 주기 별로, 상기 측정 주기에서의 과거 수요 전력량을 해당 측정 주기가 포함되어 있는 시간 구간 내의 과거 수요 전력량들의 평균값으로 제산하여 일별 보정지수를 산출하는 단계; 및
   상기 과거 수요 전력량들의 측정일을 기초로, 각 측정 주기에서 산출된 일별 보정지수들의 측정 주기별 평균을 산출하여 상기 평균 보정지수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상발전 시스템을 이용한 전력 관리 방법.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,
   상기 예측하는 단계 이전에,
   상기 측정 주기에 상응하는 윈도우 구간을 쉬프트 시켜가면서 상기 윈도우 구간 내에 위치하게 되는 과거 수요 전력량들의 평균값을 계산하여 상기 과거 수요 전력량의 측정 주기 별 이동 평균값을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상발전 시스템을 이용한 전력 관리 방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 충방전 스케쥴을 생성하는 단계에서,
    상기 예측된 수요 전력량이 미리 정해진 제1 기준치 이하인 경우 계통에서 공급되는 전력량과 상기 예측된 수요 전력량의 차이값에 해당하는 전력을 충전하기 위한 에너지 저장장치의 충전 스케쥴을 생성하고,
    상기 예측된 수요 전력량이 미리 정해진 제2 기준치 이상인 경우 계통에서 공급되는 전력량과 상기 예측된 수요 전력량의 차이값에 해당하는 전력을 방전하기 위한 에너지 저장장치의 방전 스케쥴을 생성하는 것을 특징으로 하는 비상발전 시스템을 이용한 전력 관리 방법.
11. 제7항에 있어서,
    계통에서 공급되는 전력의 주파수, 전압, 및 위상각을 모니터링하는 단계;
    모니터링된 주파수, 전압, 및 위상각을 미리 정해진 기준 주파수, 기준전압, 및 기준 위상각과 비교하여 주파수 변화량, 전압 변화량, 및 위상각 변화량을 산출하는 단계; 및
    상기 주파수 변화량, 전압 변화량, 및 위상각 변화량 중 어느 하나가 제한범위를 벗어나면 전압, 주파수, 및 역률을 보상하기 위해 에너지 저장장치의 비상 충방전 스케쥴을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상발전 시스템을 이용한 전력 관리 방법.
    
    
    

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