KR101610699B1 - 에너지 저장 시스템 기반의 주파수 조정용 전력 관리 시스템 및 관리 방법 - Google Patents

에너지 저장 시스템 기반의 주파수 조정용 전력 관리 시스템 및 관리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템 기반의 주파수 조정용 전력 관리 시스템 및 관리 방법에 관한 것으로서, 상위 관리 시스템, 스마트 미터, 에너지 저장 장치 중 적어도 하나와 통신하는 네트워크 정합 장치, 상기 네트워크 정합 장치를 통해 상위 관리 시스템으로부터 자동 발전 제어 신호, 스마트 미터로부터 전력 계통 주파수 정보, 에너지 저장 장치로부터 배터리 상태 정보 중 적어도 하나를 수집하고, 상기 수집된 정보를 바탕으로 충전 명령 또는 방전 명령을 해당 에너지 저장 장치로 전송하는 주파수 제어 장치를 포함하는 전력 관리 시스템이 제공된다.

Description

에너지 저장 시스템 기반의 주파수 조정용 전력 관리 시스템 및 관리 방법 {Power management system for frequency regulation based on energy storage sytem and method thereof}
본 발명은 에너지 저장 시스템 기반의 주파수 조정용 전력 관리 시스템 및 관리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상위 관리 시스템으로부터 자동 발전 제어 신호, 스마트 미터로부터 전력 계통 주파수 정보, 에너지 저장 장치로부터 배터리 상태 정보 중 적어도 하나를 수집하고, 그 수집된 정보를 바탕으로 해당 에너지 저장 장치를 충전 또는 방전시켜, 전력 계통의 주파수를 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 에너지 저장 시스템 기반의 주파수 조정용 전력 관리 시스템 및 관리 방법에 관한 것이다.
최근 경제발전으로 인한 소득의 증대로 다양한 서비스 제공을 위한 전력 소비량이 급증한 반면, 이에 상응하는 전력 예비율이 부족하여 대규모 정전 사태까지 경험한 바가 있다. 이러한 전력 부족현상을 해결하기 위해서 장기적으로 전력공급의 확충, 전력 수요관리, 신재생 에너지 보급 등을 추진할 필요가 있으며 시간대별 변동이 큰 전기부하를 평준화하기 위해 에너지 저장 장치를 보급하고 이를 이용한 전력 관리 시스템을 운영함으로써 전력 사용 피크와 대규모 정전사고 등에 효과적으로 대응할 수 있는 방안을 모색해야 할 것으로 예상된다.
한편, 전력 계통을 종합적으로 감시하고 제어하며, 경제 급전 및 자동 발전 전력 제어, 전력 계통 해석, 자료의 기록 및 저장, 급전원 모의훈련 등의 기능을 수행하는 계통운영시스템(EMS, Energy Management System)은 현재 전국의 중앙급전발전기에 대한 발전 출력 제어와, 154kV이상 송전선로의 운전상태, 차단기 등 계통보호설비의 동작상태, 전력계통의 이상상태 및 고장발생 상황, 전압 및 주파수 등을 종합적으로 감시 제어하고 있다.
계통운영시스템의 발전 출력 제어 및 주파수 감시 제어 기능과 관련하여 계통주파수를 기준주파수(우리나라의 경우 60Hz)로 유지하기 위하여 전국에 분포된 각 발전자원에 발전기 출력 목표값을 제공하고 있다.
계통주파수는 전력의 공급과 소비가 균형을 이룬 경우에는 일정한 수준을 유지하지만 전력공급이 전력소비보다 큰 경우에는 계통주파수가 상승하며, 반대로 전력공급이 전력소비보다 적은 경우에는 계통주파수가 감소하게 된다. 이러한 계통주파수의 변화는 전동기를 사용하는 전기기기의 수명과 효율에 영향을 미치게 되므로 계통주파수를 일정한 수준으로 유지할 필요가 있다.
선행기술1: 한국공개특허 제2014-0067369호: 전력저장장치의 모니터링 시스템 및 방법
본 발명의 목적은 에너지 저장 장치를 통해 전력 예비율을 확보하여 급격한 전력 수요 변동에도 계통의 주파수를 안정적으로 유지할 수 있는 에너지 저장 시스템 기반의 주파수 조정용 전력 관리 시스템 및 관리 방법을 제공함에 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 상위 관리 시스템, 스마트 미터, 에너지 저장 장치 중 적어도 하나와 통신하는 네트워크 정합 장치, 상기 네트워크 정합 장치를 통해 상위 관리 시스템으로부터 자동 발전 제어 신호, 스마트 미터로부터 전력 계통 주파수 정보, 에너지 저장 장치로부터 배터리 상태 정보 중 적어도 하나를 수집하고, 상기 수집된 정보를 바탕으로 충전 명령 또는 방전 명령을 해당 에너지 저장 장치로 전송하는 주파수 제어 장치를 포함하는 전력 관리 시스템이 제공된다.
상기 주파수 제어 장치는 이중화로 구성될 수 있다.
상기 주파수 제어 장치는 상기 자동 발전 제어 신호와 상기 배터리 상태 정보를 바탕으로 충전 명령 또는 방전 명령을 생성하거나, 상기 전력 계통 주파수 정보 및 배터리 상태 정보를 근거로 주파수 조정 알고리즘을 수행하고, 그 수행 결과를 근거로 충전 명령 또는 방전 명령을 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상위 관리 시스템, 스마트 미터, 에너지 저장 장치 중 적어도 하나와 통신을 수행하기 위한 통신부, 상기 통신부를 통해 상위 관리 시스템으로부터 자동 발전 제어 신호, 스마트 미터로부터 전력 계통 주파수 정보, 에너지 저장 장치로부터 상태 정보 중 적어도 하나를 수집하고, 상기 수집된 정보를 근거로 충전 또는 방전 명령을 생성 및 상기 통신부를 통해 해당 에너지 저장 장치로 전송되도록 하는 주파수 제어 서비스부를 포함하는 주파수 제어 장치가 제공된다.
상기 주파수 제어 장치는 이중화된 다른 주파수 제어 장치와 통신하며 주파수 제어 장치의 주(主)와 부(副)의 역할을 결정하는 이중화 처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 주파수 제어 서비스부는 상기 자동 발전 제어 신호와 상기 배터리 상태 정보를 바탕으로 충전 명령 또는 방전 명령을 생성하거나, 상기 전력 계통 주파수 정보 및 배터리 상태 정보를 근거로 주파수 조정 알고리즘을 수행하고, 그 수행 결과를 근거로 충전 명령 또는 방전 명령을 생성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전력 관리 시스템이 전력 계통의 주파수를 제어하기 위한 방법에 있어서, (a) 상위 관리 시스템으로부터 자동 발전 제어 신호, 스마트 미터로부터 전력 계통 주파수 정보, 에너지 저장 장치로부터 상태 정보 중 적어도 하나를 수집하는 단계, (b) 상기 수집된 정보를 근거로 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전 명령을 생성 및 해당 에너지 저장 장치로 전송하는 단계를 포함하는 전력 계통의 주파수 제어를 위한 방법이 제공된다.
상기 (b)단계는, 상기 전력 계통 주파수 정보 및 배터리 상태 정보를 근거로 주파수 조정 알고리즘을 수행하는 단계, 상기 수행 결과를 근거로 충전 명령 또는 방전 명령을 생성 및 해당 에너지 저장 장치로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상위 관리 시스템으로부터 자동 발전 제어 신호, 스마트 미터로부터 전력 계통 주파수 정보, 에너지 저장 장치로부터 배터리 상태 정보 등을 수집하고, 수집된 정보를 바탕으로 에너지 저장 장치를 충전 또는 방전함으로써, 급격한 전력 수요 변동에도 전력 계통의 주파수를 안정적으로 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템 기반의 주파수 조정용 전력 관리 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.
도 3은 도 2에 도시된 네트워크 정합 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.
도 4는 도 2에 도시된 주파수 제어 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.
도 5는 도 2에 도시된 HMI 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '전력 계통의 주파수 제어를 위한 시스템 및 방법'을 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다. 또한, 각 구성부는 순전히 하드웨어 또는 소프트웨어의 구성만으로 구현될 수도 있지만, 동일 기능을 수행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 둘 이상의 구성부들이 함께 구현될 수도 있다.
또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템 기반의 주파수 조정용 전력 관리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 에너지 저장 시스템 기반의 주파수 조정용 전력 관리 시스템은 전력 관리 시스템(100), 상위 관리 시스템(200), 스마트 미터(300), 전력 계통(400), 적어도 하나 이상의 에너지 저장 장치(500), 데이터 저장 장치(600)를 포함한다.
전력 관리 시스템(100)은 상위 관리 시스템(200)으로부터 자동 발전 제어 신호, 스마트 미터(300)로부터 전력 계통 주파수 정보, 에너지 저장 장치(500)로부터 상태 정보 등을 수집하고, 수집된 정보를 근거로 충전 또는 방전 명령을 생성하여 해당 에너지 저장 장치로 전송한다. 즉, 전력 관리 시스템(100)은 상위 관리 시스템(200)으로부터의 자동 발전 제어 신호와 에너지 저장 장치(500)로부터의 배터리 상태 정보를 바탕으로 에너지 저장 장치에 충전 명령 또는 방전 명령을 전송하여, 전력 계통의 주파수를 안정적으로 유지한다.
또한, 전력 관리 시스템(100)은 스마트 미터(300)로부터의 전력 계통 주파수 정보와 에너지 저장 장치(500)로부터의 배터리 상태 정보를 바탕으로 주파수 조정 알고리즘을 수행하고, 그 결과에 따라 에너지 저장 장치에 충전 명령 또는 방전 명령을 내려 전력 계통의 주파수를 안정적으로 유지한다. 여기서, 주파수 조정 알고리즘은 전력 계통의 주파수가 기 설정된 일정 값(예컨대, 60Hz)가 되도록 조정하는 알고리즘으로, 예컨대, 60Hz를 기준으로 기준치 이상이 되면 에너지를 충전하고 기준치 이하이면 에너지를 방전하도록 하여, 전력 계통의 주파수를 안정적으로 유지한다. 즉, 부하, 즉 전력 수요가 급격하게 증가하면 전력 계통의 주파수가 하락하게 되고, 이렇게 되면 여러 가지 문제가 발생하므로 전력 생산을 증가시켜 주파수를 복원(60Hz)하는 과정을 수행하는데, 이러한, 일련의 과정을 주파수 조정이라 한다.
전력 관리 시스템(100)은 에너지 저장장치들(500)로부터, 전원 온 정보 또는 에너지 저장량 정보 등을 수신할 수 있으며, 각 에너지 저장장치들(500)로 충전 명령, 방전 명령 등을 전송할 수 있다.
전력 관리 시스템(100)은 상위 관리 시스템(200), 스마트 미터(300), 에너지 저장 장치(500)로부터 수집된 정보를 데이터 저장 장치에 저장(600)하고, 필요 시 검색하여 전체 시스템을 효율적으로 관리할 수 있도록 한다.
전력 관리 시스템(100)에 대한 상세한 설명은 도 2를 참조하기로 한다.
상위 관리 시스템(200)은 변전소 상위 시스템으로, 예컨대, 전력거래소에 있는 EMS(Energy Management System)일 수 있다.
상위 관리 시스템(200)은 전력 계통을 종합적으로 감시하고 제어하며, 경제 급전 및 자동 발전 전력 제어, 전력 계통 해석, 자료의 기록 및 저장, 급전원 모의훈련 등의 기능을 수행한다.
상위 관리 시스템(200)의 발전 출력 제어 및 주파수 감시 제어 기능과 관련하여 계통주파수를 기준주파수(우리나라의 경우 60Hz)로 유지하기 위하여 전국에 분포된 각 발전자원에 발전기 출력 목표값을 제공하고 있다. 계통주파수는 전력의 공급과 소비가 균형을 이룬 경우에는 일정한 수준을 유지하지만 전력공급이 전력소비보다 큰 경우에는 계통주파수가 상승하며, 반대로 전력공급이 전력소비보다 적은 경우에는 계통주파수가 감소하게 된다. 이러한 계통주파수의 변화는 전동기를 사용하는 전기기기의 수명과 효율에 영향을 미치게 되므로 계통주파수를 일정한 수준으로 유지할 필요가 있다.
상위 관리 시스템(200)은 자동발전제어(AGC, Automatic Generation Control)를 전력 관리 시스템(100)에 전송하여, 각 발전자원에 발전기 출력 목표값을 제공하는 방식으로 계통 주파수를 제어한다.
스마트 미터(300)는 전력 계통(400)의 시간대별 전력 사용량을 측정하여 그 정보를 송신할 수 있는 기능을 갖추어, 시간대별 요금을 알 수 있는 전자식 전력량계를 말한다. 여기서, 전력 계통(400)은 발전자원에서 생산한 전기를 전기사용자에게 공급하기 위한 발전자원설비, 송변전설비, 배전설비 및 기타 부대설비를 포함할 수 있다.
스마트 미터(300)는 전력 계통(400)의 주파수 정보를 측정하여 전력 관리 시스템(100)으로 전송한다.
에너지 저장 장치(500)는 전원 온 정보, 배터리 상태 정보 등을 포함하는 상태 정보를 전력 관리 시스템(100)으로 전송한다. 이때, 에너지 저장 장치(500)는 자신의 식별정보와 함께 상태 정보를 전송할 수 있다. 여기서, 배터리 상태 정보는 배터리의 충전 상태(SOC: state of charge), 추가로 저장 가능한 전력 정보 등을 포함할 수 있다.
에너지 저장 장치(500)는 충전 모드로 동작하는 경우, 내부 전력망에서의 교류 전원을 입력받아, 이를 직류 전원으로 변환하여, 내부에 구비되는 배터리팩에 직류 전원을 저장할 수 있다.
에너지 저장 장치(500)는 방전 모드로 동작하는 경우 저장된 직류 전원을, 교류 전원으로 변환하여, 내부 전력망으로 공급할 수도 있다.
에너지 저장 장치(500)의 충전 모드와 방전 모드는 전력 관리 시스템(100)으로부터의 충전 명령 또는 방전 명령에 기초하여 수행된다.
여기에서는 하나의 에너지 저장 장치(500)만을 도시하였으나, 에너지 저장 장치가 복수 개일 수 있다.
이와 같은 전력 관리 시스템(100), 상위 관리 시스템(200), 스마트 미터(300), 전력 계통(400), 적어도 하나 이상의 에너지 저장 장치(500), 데이터 저장 장치(600)는 통신망을 통해 연동되며, 이러한 통신망은 전력선망, 인터넷망, 인트라넷망, 이동통신망, 위성 통신망 등 다양한 유무선 통신 기술을 이용하여 인터넷 프로토콜로 데이터를 송수신할 수 있는 망을 말한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도, 도 3은 도 2에 도시된 네트워크 정합 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도, 도 4는 도 2에 도시된 주파수 제어 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도, 도 5는 도 2에 도시된 HMI 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 전력 관리 시스템(100)은 네트워크 정합 장치(110), 주파수 제어 장치(120), HMI(Human-Machine Interface)장치(130)를 포함한다.
네트워크 정합장치(110)는 상위 관리 시스템, 스마트 미터, 에너지 저장 장치, 데이터 저장 장치와 등과 통신을 수행한다.
이러한 네트워크 정합 장치(110)에 대해 도 3을 참조하면, 네트워크 정합 장치(110)는 Gigabit PHY(111), 네트워크 프로세서 기반의 고속 스위치(113), 2개 이상의 광 변환기(114)를 포함한다.
Gigabit PHY(111)는 최대 1Gbps의 통신 속도를 제공하며 전력 관리 시스템(100) 내부 통신을 위한 이더넷 기반의 물리 계층 장치이다. 네트워크 정합장치(110) 외부로는 RJ-45 커넥터를 통해 주파수 제어 장치(120)와 HMI 장치(130)에 연결되며 내부로는 네트워크 프로세서 기반의 고속 스위치(113)와 SGMII(Serial Gigabit Media Independent Interface) 혹은 SERDES(Serializer/Deserializer) 표준으로 정합한다.
네트워크 프로세서 기반의 고속 스위치(113)는 C 언어 혹은 어셈블리 언어로 프로그래밍이 가능한 네트워크 프로세서를 이용하여 고속의 패킷 스위칭 기술을 구현한 이더넷 스위치이다. 본 발명에서는 네트워크 정합 장치(110)와 외부 네트워크 장치와의 안정적인 통신을 위해 HSR(High-availability Seamless Redundancy)이라는 프로토콜을 이용하여 네트워크를 구축한다. HSR은 IEC(International Electrotechnical Commission) 61850 규격에 있는 Redundancy 프로토콜이며 IEC 62439-3 Clause 에서 정의하고 있다.
일반적인 프로토콜을 이용하여 네트워크를 구축하는 경우, 링크 단절에 의해 패킷 손실은 물론이고 복구하는 데에도 수십 밀리 초(ms)에서 수십 초(s)가 걸리는 반면, HSR 프로토콜을 이용하여 링 네트워크를 구축할 경우, 링크 단절에 의한 패킷 손실 없이 정상적인 통신이 지속적으로 제공되어 시스템의 안정성을 높일 수 있다.
광 변환기(114)는 구리(Copper) 매체와 광(Optic) 매체 사이에서 Gigabit 이더넷(1000BASE-TX)의 전기 신호를 변환하는 장치이다. HSR을 이용한 이중화 구조로 2개의 광 변환기(114)가 사용된다.
네트워크 정합 장치(110)가 포함할 수 있는 이러한 구성부들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 결합으로 구현될 수 있으며, 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 둘 이상의 구성부들이 동시에 구현될 수도 있다.
다시 도 2를 참조하면, 주파수 제어 장치(120)는 네트워크 정합 장치(110)를 통해 상위 관리 시스템으로부터 자동 발전 제어 신호, 스마트 미터로부터 전력 계통 주파수 정보, 에너지 저장 장치로부터 배터리 상태 정보 중 적어도 하나를 수집하고, 수집된 정보를 바탕으로 충전 명령 또는 방전 명령을 해당 에너지 저장 장치로 전송한다.
즉, 주파수 제어 장치(120)는 자동 발전 제어 신호와 배터리 상태 정보를 바탕으로 충전 명령 또는 방전 명령을 생성하여, 네트워크 정합 장치(110)를 통해 해당 에너지 저장 장치로 전송한다. 또한, 주파수 제어 장치(120)는 전력 계통 주파수 정보 및 배터리 상태 정보를 근거로 주파수 조정 알고리즘을 수행하고, 그 수행 결과를 근거로 충전 명령 또는 방전 명령을 생성하여, 네트워크 정합 장치(110)를 통해 해당 에너지 저장 장치로 전송되도록 한다.
이러한 주파수 제어 장치(120)는 고장 또는 장애에 대비하여 이중화로 구성된다.
주파수 제어 장치(120)에 대해 도 4를 참조하면, 주파수 제어 장치(120)는 통신부(121), 주파수 제어 서비스부(122), 보조 서비스부(123), 전력 관리 소프트웨어 플랫폼(124), 이중화 처리부(125), 제어부(126)를 포함한다.
통신부(121)는 네트워크 정합 장치(110)와의 통신을 위한 것으로, 이더넷 정합 장치일 수 있다. 이더넷 정합 장치는 최대 1Gbps의 통신 속도를 지원하는 10/100/1000BASE-TX 인터페이스를 사용하여 대량의 데이터 수집 및 주파수 제어 지령 전달 과정에서 병목현상이 발생하지 않도록 한다. 이더넷 정합 장치는 외부 장치와 국제 표준에서 정하는 규격의 RJ-45 커넥터로 연결되며 필요 시, 통신 선로의 고장으로 인한 시스템 장애를 감소시키기 위해 2개의 라인을 사용한다.
주파수 제어 서비스부(122)는 통신부(121)를 통해 상위 관리 시스템으로부터 자동 발전 제어 신호, 스마트 미터로부터 전력 계통 주파수 정보, 에너지 저장 장치로부터 상태 정보 중 적어도 하나를 수집하고, 상기 수집된 정보를 근거로 충전 또는 방전 명령을 생성 및 통신부(121)를 통해 해당 에너지 저장 장치로 전송되도록 한다.
주파수 제어 서비스부(122)는 자동 발전 제어 신호와 배터리 상태 정보를 바탕으로 충전 명령 또는 방전 명령을 생성하거나, 전력 계통 주파수 정보 및 배터리 상태 정보를 근거로 주파수 조정 알고리즘을 수행하고, 그 수행 결과를 근거로 충전 명령 또는 방전 명령을 생성할 수 있다. 여기서, 주파수 조정 알고리즘은 전력 계통의 주파수가 기 설정된 일정 값(예컨대, 60Hz)가 되도록 조정하는 알고리즘으로, 예컨대, 60Hz를 기준으로 기준치 이상이 되면 에너지를 충전하고 기준치 이하이면 에너지를 방전하도록 하여, 전력 계통의 주파수를 안정적으로 유지한다. 즉, 부하, 즉 전력 수요가 급격하게 증가하면 전력 계통의 주파수가 하락하게 되고, 이렇게 되면 여러 가지 문제가 발생하므로 전력 생산을 증가시켜 주파수를 복원(60Hz)하는 과정을 수행하는데, 이러한, 일련의 과정을 주파수 조정이라 한다.
예를 들어, 에너지 저장 장치에 저장된 SOC가 65%이고, 전력 계통 주파수가 기준 주파수 이하인 경우, 주파수 제어 서비스부(122)는 전력 공급이 전력 소비보다 적다고 판단하여, 해당 에너지 저장 장치가 방전되도록 제어할 수 있다.
또한, 에너지 저장 장치에 저장된 SOC가 40%이고, 전력 계통 주파수가 기준 주파수 이상인 경우, 주파수 제어 서비스부(122)는 전력 공급이 전력 소비보다 많다고 판단하여, 해당 에너지 저장 장치가 충전되도록 제어할 수 있다. 이러한 과정을 통해 전력 계통 주파수가 기준 주파수를 유지하도록 할 수 있다
주파수 제어 서비스부(122)는 전력 관리 소프트웨어 플랫폼(124)이 제공하는 API(Application Programming Interface)를 통해 전력 계통의 주파수 정보와 에너지 저장 장치내의 배터리 상태 정보 등을 전달받아 실질적으로 주파수 조정 알고리즘을 수행하는 소프트웨어 모듈이다.
보조 서비스부(123)는 수요 관리 서비스, 피크 감소(Peak Shaving) 서비스, 신재생 에너지 전력 평활 서비스 등의 다양한 기능을 수행하는 소프트웨어 모듈이다. 수요 관리 서비스는 전력 요금이 저렴한 야간에 에너지를 저장하고 전력 요금이 비싼 주간 시간대에 사용함으로써 전체적인 전력 요금을 절약할 수 있도록 하는 서비스이다. 피크 감소 서비스는 주간 특정 시간대(예: 2시 ~4시)의 전력 요금이 높게 책정되어 있고 특정 수준(전력량 기준) 이상을 사용하게 되면 전력 요금이 급격히 증가하는데, 그 특정 수준 이상의 전력량을 에너지 저장 장치의 전력을 사용함으로써 과도한 요금 부과를 피할 수 있도록 하는 서비스이다. 신재생 에너지(예컨대, 태양광, 풍력, 조력 등)는 일기 상태에 따라 발전량이 불규칙하게 되는데, 이러한 전력 생산의 불규칙을 에너지 저장 장치를 통해 평활(平滑)화하는 서비스를 신재생 에너지 전력 평활 서비스라고 한다.
전력 관리 소프트웨어 플랫폼(124)은 자체 API를 정의하여 제공하고, 상위 서비스 모듈(즉, 주파수 제어 서비스부, 보조 서비스부 등임)로부터 요청되는 서비스를 운영 체제 종속적인 시스템 API로 변환하여 하위 운영 체제(즉, 제어부)로 전달한다. 또한, 제어부(126)를 통해 외부 시스템 혹은 장치로부터 전달되는 메시지를 상위 서비스 모듈(즉, 주파수 제어 서비스부, 보조 서비스부 등임)로 전달한다.
이중화 처리부(125)는 이중화된 다른 주파수 제어 장치와 통신하며 주파수 제어 장치의 주(主)와 부(副)의 역할을 결정한다. 즉, 이중화 처리부(125)는 주/부 주파수 제어 장치를 감시하여, 주 주파수 제어 장치에 고장(장애)발생이 감지된 경우, 부 주파수 제어 장치를 주 주파수 제어 장치로 전환시킨다.
주파수 제어 장치(120)는 전력 관리 시스템(100)의 핵심 역할을 수행하고 있으므로, 이중화로 구성하여 고가용성(High-availability)을 높인다. 주(Primary) 주파수 제어 장치와 부(Secondary) 주파수 제어 장치는 독립적인 2대의 하드웨어 시스템에 동일한 소프트웨어를 실행하여 동작한다. 이중화 처리부(125)는 제어부(운영체제)(126)를 통해 상대편 이중화 처리부와 통신하며 주파수 제어 장치(120)의 주(主)와 부(副)의 역할을 결정한다. 주(主) 주파수 제어 장치는 전력 관리 시스템(100)을 감시하고 제어할 수 있으며 외부 시스템 혹은 장치와 통신할 수도 있다. 부(副) 주파수 제어 장치는 전략 관리 시스템을 감시만 할 수 있고 제어 및 외부와의 통신 기능은 비활성화된다.
주(主) 주파수 제어 장치는 특별한 고장 사고가 발생하지 않는 한, 자신의 역할을 계속 수행하며 부(副) 주파수 제어 장치는 주(主) 주파수 제어 장치에 전원 장애 혹은 통신 장애 등의 문제가 발생하여 주(主) 주파수 제어 장치의 역할을 수행할 수 없다고 판단하면 제어 및 외부와의 통신 기능을 활성화하여 스스로 주(主) 주파수 제어 장치의 역할을 수행한다.
제어부(126)는 주파수 제어 장치(120)를 구성하는 각 구성부들의 동작을 제어하는 구성으로, 운영 체제(Operating System)를 통해 구동한다. 운영 체제(Operating System)는 쉽게 구할 수 있는 범용 시스템으로 구성하며 마이크로소프트사의 윈도우즈 시스템 혹은 최근 개방형 운영 체제로 각광을 받고 있는 리눅스 시스템을 사용할 수 있다.
이러한 제어부(126)는 적어도 하나의 연산 장치를 포함할 수 있는데, 여기서 상기 연산 장치는 범용적인 중앙연산장치(CPU), 특정 목적에 적합하게 구현된 프로그래머블 디바이스 소자(CPLD, FPGA), 주문형 반도체 연산장치(ASIC) 또는 마이크로 컨트롤러 칩일 수 있다.
주파수 제어 장치(120)가 포함할 수 있는 이러한 구성부들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 결합으로 구현될 수 있으며, 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 둘 이상의 구성부들이 동시에 구현될 수도 있다.
다시 도 2를 참조하면, HMI 장치(130)는 전력 관리 시스템(100)의 제어 관련 정보를 표시하도록 한다. 전력 관리 시스템 관리자는 HMI 장치(130)를 통해 전력 관리 시스템(100)의 여러 부속 장치를 감시하고 제어할 수 있으며, 전력 관리 시스템(100)의 유지 정비에 필요한 작업을 수행하게 된다.
이러한 HMI 장치(130)에 대해 도 5를 참조하면, HMI 장치(130)는 시스템 운전용 HMI(131), 유지 정비용 HMI(132), 운영 체제(133), 통신부(134)를 포함한다.
시스템 운전용 HMI(131)는 전력 관리 시스템(100)의 여러 부속 시스템 및 장치를 감시하고 제어하는 그래픽 기반의 운영 프로그램이다. 하위 운영 체제와 시스템 API를 통해 정보를 주고 받으며 사용자가 원하는 감시 및 제어 화면을 출력하고 사용자가 입력하는 내용을 받아 전력 관리 시스템 내의 부속 시스템 혹은 장치에 전달한다.
유지 정비용 HMI(132)는 전력 관리 시스템 내의 부속 시스템 및 장치의 소프트웨어를 수정하고 업데이트 하는 과정에서 사용자에게 편리성을 제공하는 그래픽 기반의 응용 프로그램이다. 하위 운영 체제와 시스템 API를 통해 정보를 주고 받으며 전력 관리 시스템의 유지 정비에 필요한 작업을 수행한다.
운영 체제(Operating System)(133)는 쉽게 구할 수 있는 범용 시스템으로 구성하며 마이크로소프트사의 윈도우즈 시스템 혹은 최근 개방형 운영 체제로 각광을 받고 있는 리눅스 시스템을 사용할 수 있다.
통신부(134)는 네트워크 정합 장치와의 통신을 위한 것으로, 이더넷 정합 장치일 수 있다. 이더넷 정합 장치는 최대 1Gbps의 통신 속도를 지원하는 10/100/1000BASE-TX 인터페이스를 사용하여 대량의 데이터 수집 및 주파수 제어 지령 전달 과정에서 병목현상이 발생하지 않도록 한다. 이더넷 정합 장치는 외부 장치와 국제 표준에서 정하는 규격의 RJ-45 커넥터로 연결되며 필요 시, 통신 선로의 고장으로 인한 시스템 장애를 감소시키기 위해 2개의 라인을 사용한다.
HMI 장치(130)가 포함할 수 있는 이러한 구성부들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 결합으로 구현될 수 있으며, 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 둘 이상의 구성부들이 동시에 구현될 수도 있다.
전력 계통의 주파수 제어를 위한 방법은 프로그램으로 작성 가능하며, 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 전력 계통의 주파수 제어를 위한 방법에 관한 프로그램은 전자장치가 읽을 수 있는 정보저장매체(Readable Media)에 저장되고, 전자장치에 의하여 읽혀지고 실행될 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 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 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 전력 계통의 주파수 제어를 위한 시스템 및 방법을 제공함으로써, 에너지 저장 장치를 통해 전력 예비율을 확보하여 급격한 전력 수요 변동에도 계통의 주파수를 안정적으로 유지할 수 있는다.
100 : 전력 관리 시스템 110 : 네트워크 정합 장치
111 : Gigabit PHY
113 : 네트워크 프로세서 기반의 고속 스위치(113),
114 : 광 변환기 120 : 주파수 제어 장치
121, 134 : 통신부 122 : 주파수 제어 서비스부
123 : 보조 서비스부 124 : 전력 관리 소프트웨어 플랫폼
125 : 이중화 처리부 126 : 제어부
130 : HMI 장치 131 : 시스템 운전용 HMI
132 : 유지 정비용 HMI 133 : 운영 체제(133)
200 : 상위 관리 시스템 300 : 스마트 미터
400 : 전력 계통 500 : 에너지 저장 장치
600 : 데이터 저장 장치

Claims (8)

  1. 상위 관리 시스템, 스마트 미터, 에너지 저장 장치 중 적어도 하나와 통신하는 네트워크 정합 장치; 및
    상기 네트워크 정합 장치를 통해 상위 관리 시스템으로부터 자동 발전 제어 신호, 스마트 미터로부터 전력 계통 주파수 정보, 에너지 저장 장치로부터 배터리 상태 정보 중 적어도 하나를 수집하고, 상기 수집된 정보를 바탕으로 충전 명령 또는 방전 명령을 해당 에너지 저장 장치로 전송하는 주파수 제어 장치;를 포함하되,
    상기 네트워크 정합 장치는 HSR(High-availability Seamless Redundancy) 프로토콜을 이용한 이중화 구조로 2개의 광 변환기를 이용하여 상기 상위 관리 시스템, 스마트 미터, 에너지 저장 장치 중 적어도 하나와 통신을 수행하고,
    상기 주파수 제어 장치는 이중화로 구현되어, 주 주파수 제어 장치는 전력 관리 시스템의 감시 및 제어, 외부 통신 기능을 활성화하고, 부 주파수 제어 장치는 전력 관리 시스템의 감시 기능만을 활성화하며, 주 주파수 제어 장치에 고장 또는 장애 발생 시, 부 주파수 제어 장치의 전력 관리 시스템 제어 및 외부 통신 기능을 활성화시켜 주 주파수 제어 장치로 전환시키는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 제어 장치는 상기 자동 발전 제어 신호와 상기 배터리 상태 정보를 바탕으로 충전 명령 또는 방전 명령을 생성하거나, 상기 전력 계통 주파수 정보 및 배터리 상태 정보를 근거로 주파수 조정 알고리즘을 수행하고, 그 수행 결과를 근거로 충전 명령 또는 방전 명령을 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  4. 상위 관리 시스템, 스마트 미터, 에너지 저장 장치 중 적어도 하나와 통신을 수행하기 위한 통신부;
    상기 통신부를 통해 상위 관리 시스템으로부터 자동 발전 제어 신호, 스마트 미터로부터 전력 계통 주파수 정보, 에너지 저장 장치로부터 상태 정보 중 적어도 하나를 수집하고, 상기 수집된 정보를 근거로 충전 또는 방전 명령을 생성 및 상기 통신부를 통해 해당 에너지 저장 장치로 전송되도록 하는 주파수 제어 서비스부; 및
    이중화된 다른 주파수 제어 장치와 통신하며, 주파수 제어 장치의 주(主)와 부(副)의 역할을 결정하는 이중화 처리부;를 포함하되,
    주 주파수 제어 장치는 전력 관리 시스템의 감시 및 제어, 외부 통신 기능이 활성화되고, 부 주파수 제어 장치는 전력 관리 시스템의 감시 기능만을 활성화되며, 주 주파수 제어 장치에 고장 또는 장애 발생 시, 부 주파수 제어 장치의 전력 관리 시스템 제어 및 외부 통신 기능을 활성화시켜 주 주파수 제어 장치로 전환시키는 것을 특징으로 하는 주파수 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 주파수 제어 서비스부는 상기 자동 발전 제어 신호와 상기 에너지 저장 장치 상태 정보를 바탕으로 충전 명령 또는 방전 명령을 생성하거나, 상기 전력 계통 주파수 정보 및 에너지 저장 장치 상태 정보를 근거로 주파수 조정 알고리즘을 수행하고, 그 수행 결과를 근거로 충전 명령 또는 방전 명령을 생성하는 것을 특징으로 하는 주파수 제어 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
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