KR101656437B1 - 무정전 기능을 갖는 부하 평준화용 전력 저장 시스템의 제어방법 - Google Patents

무정전 기능을 갖는 부하 평준화용 전력 저장 시스템의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무정전 기능을 갖는 부하 평준화용 전력 저장 시스템의 제어방법에 관한 것으로써, 본 발명에 따른 전력 저장 시스템의 제어방법은, 전력저장장치 및 신재생 발전장치를 전력 계통과 연계하여 부하에 전력을 공급하는 전력 저장 시스템의 제어방법에 있어서, 전력 계통의 이상 유무를 판단하는 단계, 전력 계통에 대한 이상 유무의 판단 결과, 전력 계통에 이상이 발생된 것으로 판단되면, 전력 계통과의 연계를 차단하고, 전력저장장치의 독립운전 모드로 운전 모드를 변경하는 단계, 및 전력저장장치의 잔존용량 상태 및 신재생 발전장치의 발전량을 고려하여 중요 부하에 대한 독립 운전을 수행하는 단계를 포함한다. 이와 같이, 전력 계통에 정전 등의 이상이 발생되었을 경우, 전력 저장 장치의 잔존 용량 및 신재생 발전장치의 발전량을 고려하여 중요 부하에 대한 독립 운전을 수행함으로써, 중요 부하에 대한 안정적이면서도 효율적인 운전이 가능해지며, 중요 부하의 운전 시간을 증대시킬 수 있다.

Description

무정전 기능을 갖는 부하 평준화용 전력 저장 시스템의 제어방법{CONTROL METHOD OF ENERGY STORAGE SYSTEM WITH UPS FUNCTION}
본 발명은 전력 저장 시스템의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평상시에는 전력계통과의 연계운전을 통해서 전기요금이 저렴한 시간대에 전력저장장치를 충전하고, 전기요금이 비싼 시간대에 전력저장장치에 저장된 전력을 공급함으로써, 전기요금 절감 및 부하평준화에 기여함과 동시에, 정전 등의 이상 발생시에는 미리 설정된 비상용 부하로 무정전으로 전력을 공급하는 무정전 기능을 갖는 부하 평준화용 전력 저장 시스템의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전력 저장 시스템은 에너지 및 환경문제의 심각화에 따른 자원 및 에너지의 효율적 이용에 대한 요구와, 전력수요의 증대, 전원입지의 불확실성 증대, 및 주야간 부하격차 심화에 따른 문제점에 대한 해결방법 중의 하나로서 실용화 가능성이 높은 기술로 평가되고 있다.
이와 같은 전력 저장 시스템에 대한 종래의 기술로는, 기존의 연축전지를 이용한 전력 저장 시스템의 개발과 함께, 대용량 고에너지 밀도의 고성능 전지 개발에 역점을 두고 미국, 일본 등의 선진 각국에서 개발이 진행되고 있으며, 경제성, 전지의 수명 등을 향상시키기 위한 새로운 전지개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
또한, 전력 저장 시스템의 계통연계 및 운전 기술에 대해서는 계통연계 인버터의 제어장치, 보호장치, 역충전 보호, 단독운전 방지장치 등에 대한 특허 및 논문 등이 보고 되고 있으며, 에너지 환경문제의 심각화에 따른 자원 및 에너지의 효율적 이용, 에어컨 등의 악성부하 증가로 인한 주야간 부하격차심화 및 부하율의 악화 등의 측면에서 주로 부하평준화 용도로 개발되어 왔다. 즉, 전력계통에 병렬로 연계되어 전력요금이 저렴한 심야 기저부하 시에 전력을 전력변환장치에 의해 직류로 변환하여 2차전지에 저장하였다가, 전력요금이 높은 최대부하 시간대나 필요시에 저장된 전력을 다시 교류로 변환하여 수용가에 공급함으로써, 전체 계통의 부하 평준화와 수용가의 전력요금 경제성을 향상시키는 방식에 대하여 연구 개발이 진행되고 있다.
그러나, 이러한 기존의 운전방식으로만은 상용계통에 정전, 순간정전, 전압변동과 같은 이상현상이 발생하는 경우, 수용가에 안정적으로 전력을 공급할 수 없으며, 특히, 반도체, 섬유, 정유, 철강 등의 정밀기계 및 주요부하를 갖는 수용가의 경우, 정전 등의 이상 발생 시 치명적인 경제적 물질적 손실이 초래될 수 있다.
따라서, 정전 등의 이상이 발생될 경우에도 우수한 품질의 전력을 지속적으로 공급할 수 있도록 필요 시 전력 저장 시스템 및 수용가가 계통에서 분리되어 독립 운전되는 방식으로 대체되는 계통연계 및 독립운전 방식의 전력 저장 시스템의 개발이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명은 부하 평준화와 정전 등의 이상 발생시 수용가에 지속적인 전력공급을 통한 공급지장 피해 방지 및 피해비용 감소, 전체 배전 신뢰도 향상 등에 기여할 수 있는 무정전 기능을 갖는 부하 평준화용 전력 저장 시스템의 제어방법을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 전력 저장 시스템의 제어방법은, 전력저장장치 및 신재생 발전장치를 전력 계통과 연계하여 부하에 전력을 공급하는 전력 저장 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 전력 계통의 이상 유무를 판단하는 단계, 상기 전력 계통에 대한 이상 유무의 판단 결과, 상기 전력 계통에 이상이 발생된 것으로 판단되면, 상기 전력 계통과의 연계를 차단하고, 상기 전력저장장치의 독립운전 모드로 운전 모드를 변경하는 단계, 및 상기 전력저장장치의 잔존용량 상태 및 상기 신재생 발전장치의 발전량을 고려하여 중요 부하에 대한 독립 운전을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 중요 부하에 대한 독립 운전을 수행하는 단계는, 상기 전력저장장치의 잔존 용량을 체크하는 단계, 상기 전력저장장치의 잔존 용량이 기설정된 기준 용량 미만일 경우, 상기 전력저장장치와 연결되어 있는 비상 부하들 중에서 우선 순위에 따른 중요 부하를 체크하는 단계, 및 상기 전력저장장치의 잔존 용량을 고려하여, 상기 중요 부하 중 우선 순위가 낮은 중요 부하와의 연결을 차단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 중요 부하에 대한 독립 운전을 수행하는 단계는, 현재 이용 중인 상기 중요 부하의 부하량과 상기 신재생 발전장치의 발전량을 비교하는 단계, 및 현재 이용 중인 상기 중요 부하의 부하량이 상기 신재생 발전장치의 발전량보다 클 경우, 상기 신재생 발전장치의 발전 전력을 상기 중요 부하에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 중요 부하에 대한 독립 운전을 수행하는 단계는, 현재 이용 중인 상기 중요 부하의 부하량이 상기 신재생 발전장치의 발전량보다 작은 경우, 상기 신재생 발전장치의 잉여 전력을 상기 전력저장장치에 충전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 계통에 대한 이상 유무의 판단 결과, 상기 전력 계통에 이상이 발생되지 않은 것으로 판단되면, 상기 전력저장장치, 상기 신재생 발전장치 및 상기 전력 계통을 연계하여 시간대별로 구분하여 시간대별 연계운전 모드를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 시간대별 연계운전 모드는 최대부하 시간대, 경부하 시간대 및 중간부하 시간대로 구분되어 운전 모드가 변경될 수 있다.
상기 최대부하 시간대에 대응하여, 상기 전력저장장치를 방전 모드로 전환하는 단계, 상기 전력저장장치의 잔존 용량을 체크하는 단계, 상기 전력저장장치의 잔존 용량이 기설정된 기준 용량 이상일 경우, 상기 전력저장장치에 저장된 전력을 현재 사용 중인 부하에 방전하는 단계, 및 상기 전력저장장치의 잔존 용량이 기설정된 기준 용량 미만일 경우, 상기 신재생 발전장치의 발전 전력을 이용하여 상기 전력저장장치를 충전하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 경부하 시간대에 대응하여, 상기 전력저장장치를 충전 모드로 전환하는 단계, 상기 전력저장장치의 잔존 용량을 체크하는 단계, 상기 전력저장장치의 잔존 용량이 기설정된 기준 용량 미만일 경우, 상기 전력계통으로부터 공급되는 전력을 이용하여 상기 전력저장장치를 충전하는 단계, 상기 전력저장장치의 잔존 용량이 기설정된 기준 용량 이상일 경우, 현재 이용 중인 부하량과 상기 신재생 발전장치의 발전량을 비교하는 단계, 현재 이용 중인 부하량이 상기 신재생 발전장치의 발전량보다 클 경우, 상기 신재생 발전장치의 발전 전력을 현재 이용 중인 부하에 공급하는 단계, 및 현재 이용 중인 부하량이 상기 신재생 발전장치의 발전량보다 작은 경우, 상기 신재생 발전장치의 잉여 전력을 상기 전력저장장치에 충전하는 단계를 포함할 수 있다.
이와 같은 전력 저장 시스템의 제어방법에 따르면, 전력 계통에 정전 등의 이상이 발생되었을 경우, 전력 저장 장치의 잔존 용량 및 신재생 발전장치의 발전량을 고려하여 중요 부하에 대한 독립 운전을 수행함으로써, 중요 부하에 대한 안정적이면서도 효율적인 운전이 가능해지며, 중요 부하의 운전 시간을 증대시킬 수 있다.
또한, 정전 시에도 전력 공급이 반드시 필요한 비상 부하에 독립적으로 전력 공급이 가능하도록 전력 저장 시스템을 제어함으로써, 전력계통이 정상 동작하는 평상시에는 전력 저장 장치의 충방전을 통해 부하 평준화에 기여하고, 정전 등의 이상 발생시에는 전력 저장 장치에 저장된 전력을 비상 부하에 무정전으로 공급함으로써, 배전 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 정전 발생시 또는 정전 복귀시에 무정전으로 전력 공급이 가능하도록 전력 저장 시스템을 제어함으로써, 무정전 기능을 보유한 별도의 비상용 발전기에 대한 대체가 가능하여 투자비 절감에 기여할 수 있다.
또한, 전기요금이 저렴한 경부하 시간대에는 전력계통으로부터 전력을 공급받아 전력 저장 장치를 충전할 뿐만 아니라, 최대부하 시간대에도 태양광 또는 풍력과 같은 신재생 발전장치의 발전 전력을 이용하여 전력 저장 장치를 충전시킴으로써, 효율적인 계통 운전을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제3 스위칭부와 비상 부하의 연결 관계를 나타낸 구성도이다.
도 3는 도 1에 도시된 제어부의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템의 운전 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템(1000)은 전력 저장 장치(100), 신재생 발전장치(200), 모드 전환부(300) 및 제어부(400)를 포함한다.
전력 저장 장치(100)는 특정 수용가의 내부에 설치되며, 경부하 시간대에 전력계통(500)으로부터 전력을 공급받아 저장하고, 상기 경부하 시간대보다 전기요금이 비싼 최대부하 시간대에 저장된 전력을 상기 특정 수용가의 일반 부하에 공급한다. 예를 들어, 상기 경부하 시간대는 전기요금이 상대적으로 저렴한 심야 시간대를 의미하며, 상기 최대부하 시간대는 전력수요가 많아 경부하 시간대보다 상대적으로 전기요금이 비싼 낮 시간대를 의미한다. 한편, 전력 저장 장치(100)는 경부하 시간대와 더불어, 중간부하 시간대에도 전력계통(500)으로부터 전력을 공급받아 저장할 수 있다.
통상적인 전기요금 체계에 따르면, 봄, 여름, 가을 및 겨울에 따라서 시간대별로 전기요금에 차이가 있으며, 경우에 따라서는 최대 약 3배 정도의 전기요금 차이가 발생된다. 따라서, 상대적으로 전력수요가 낮아 전기요금이 싼 경부하 시간대에 전력계통인 전력회사로부터 공급받은 전력을 전력 저장 장치(100)에 저장하였다가, 전기요금이 비싼 최대부하 시간대에 전력 저장 장치(100)에 저장된 전력을 공급함으로써, 근본적으로 부하 평준화에 기여할 수 있다.
전력 저장 장치(100)는 축전지(110) 및 전력 변환부(120)를 포함할 수 있다.
축전지(110)는 전력계통(500) 또는 신재생 발전장치(200)로부터 공급되는 전력을 저장하기 위한 것으로써, 예를 들어, 리튬이온전지가 사용된다. 한편, 축전지(110)는 외부로부터 공급되는 전력을 저장하였다가, 필요에 따라 저장된 전력을 필요 부하에 공급할 수 있는 다양한 종류의 전지로 이루어질 수 있다.
전력 변환부(120)는 전력계통(500)으로부터 공급되는 교류전력을 직류전력으로 변환하여 축전지(110)로 공급하고, 축전지(110)로부터 출력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력을 필요로 하는 일반 부하 또는 비상 부하로 출력한다.
한편, 전력 저장 장치(100)는 축전지(110)와 전력 변환부(120) 사이에 형성되어, 직류전력의 크기를 승압 또는 감압시키기 위한 DC/DC 컨버터를 더 포함할 수 있다.
신재생 발전장치(200)는 축전지(110)에 독립적으로 연결되어 전력계통(500)으로부터의 충전과는 별도로 필요에 따라 개별적으로 축전지(110)를 충전시킨다. 예를 들어, 신재생 발전장치(200)는 태양광 발전장치(210) 및 풍력 발전(220) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
태양광 발전장치(210)는 낮시간대에 태양광을 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 축전지(110)로 전송하여 축전지(110)를 충전시킨다. 또한, 풍력 발전장치(220)는 일정 이상의 풍속이 발생되는 경우, 풍력을 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 축전지(110)로 전송하여 축전지(110)를 충전시킨다. 태양광 발전장치(210) 및 풍력 발전장치(220)로부터 생산된 전력은 각각 DC-DC 컨터버(212, 222)를 통해 축전지(110)의 충전에 적합한 전력으로 변환될 수 있다.
한편, 신재생 발전장치(200)는 태양광 발전장치(210) 및 풍력 발전장치(220) 이 외에도, 연료전지, 바이오에너지 등의 다양한 신재생에너지원을 이용할 수 있다.
모드 전환부(300)는 전력계통(500), 전력 저장 장치(100) 및 기설정된 비상 부하(600)의 사이에 공통으로 연결되며, 제어부(400)의 제어에 따라 전력계통(500) 및 전력 저장 장치(100)의 전력 공급 방향을 조절한다. 여기서, 비상 부하(600)는 전력계통(500)에 정전, 순간정전, 전압변동 등과 같은 이상 현상이 발생되어도 반드시 전력 공급이 유지되어야 하는 부하로, 예를 들어, 컴퓨터와 서버 등과 같은 중요 부하를 의미한다.
본 실시예에 따른 모드 전환부(300)는 폐쇄형 절환절체 스위치(Close Transition Transfer Switch : CTTS)로 구성된다. 여기서, CTTS는 서로 다른 두 전원이 모두 살아있어야 한다는 전제하에 약 0.1초라는 짧은 시간동안 양 전원이 동기되면서 어느 한 전원에서 다른 전원으로 부하를 전환시킬 수 있는 스위치를 의미한다. 기존의 자동 절체 스위치(Auto Trasfer Switch : ATS)는 개방형으로, 전력계통(500)에서 전력 저장 장치(100)로 전환 시 순간 정전이 발생될 수 있으나, 폐쇄형 절환절체 스위치(CTTS)는 폐쇄형으로, 순간적으로 양 전원이 병렬로 운전하면서 무정전으로 부하를 전환할 수 있다. 따라서, 모드 전환부(300)를 폐쇄형 절환절체 스위치(CTTS)로 구성함으로써, 전력계통(500)에 정전 등의 이상 발생 시, 전력 저장 장치(100)에 저장된 전력을 무정전으로 비상 부하(600)에 공급할 수 있다.
구체적으로, 모드 전환부(300)는 전력계통(500)과 연결되는 제1 스위칭부(310), 및 제1 스위칭부(310)와 전력 저장 장치(100)의 사이에 직렬로 연결되는 제2 스위칭부(320)를 포함할 수 있다. 제1 스위칭부(310)와 제2 스위칭부(320)는 기본적으로 폐쇄 상태를 유지하며, 제어부(400)의 제어에 따라 개폐 동작이 제어된다.
또한, 모드 전환부(300)는 제1 스위칭부(310)와 제2 스위칭부(320)의 사이 지점과 비상 부하(600) 사이에 배치되는 적어도 하나의 제3 스위칭부(330)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 제3 스위칭부와 비상 부하의 연결 관계를 나타낸 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 비상 부하(600)는 그 사용 형태에 따라 복수의 비상 부하들로 구분될 수 있으며, 제3 스위칭부(330)는 복수의 비상 부하들에 각각 연결되도록 복수가 구비된다. 복수의 제3 스위칭부(330)는 기본적으로 폐쇄 상태를 유지하며, 제어부(400)의 제어에 따라 개폐 동작이 제어된다.
따라서, 복수의 비상 부하(600)는 제1 스위칭부(310)와 제2 스위칭부(320)의 개폐 동작에 따라 전력계통(500) 또는 전력 저장 장치(100)로부터 전력을 공급 받는다. 또한, 복수의 비상 부하(600) 각각은 해당 비상 부하에 직접 연결된 제3 스위칭부(330)의 개폐 동작에 따라 전력 공급의 온/오프가 제어된다.
제어부(400)는 전력 저장 장치(100), 신재생 발전장치(200) 및 모드 전환부(300)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(400)는 전력계통(500)이 정상적으로 동작할 때에는, 전력계통(500)과 전력 저장 장치(100)가 연계 운전하도록 모드 전환부(300)의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(400)는 전력계통(500)에 정전, 순간 정전, 전압 변동 등의 이상 현상이 발생될 경우에는, 전력 저장 장치(100)가 비상 부하(600)를 무정전으로 단독 운전하도록 모드 전환부(300)의 동작을 제어한다. 즉, 제어부(400)는 전력계통(500)에 이상이 발생할 경우, 모드 전환부(300)의 제1 스위칭부(310)를 개방하여 전력계통(500)과의 연결을 차단하고, 제2 스위칭부(320)는 폐쇄 상태로 유지하여 전력 저장 장치(100)에 저장된 전력을 무정전으로 비상 부하(600)에 공급한다.
도 3는 도 1에 도시된 제어부의 개략적인 구성도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 제어부(400)는 전력 계통(500)의 이상 여부를 검출하는 이상 검출부(410), 이상 검출부(410)의 검출 결과를 바탕으로 모드 전환부(300)의 동작을 제어하는 운전모드 제어부(420), 및 이상 검출부(410)의 검출 결과를 바탕으로 전력 변환부(120)의 동작을 제어하는 전력변환 제어부(430)를 포함할 수 있다. 제어부(400)를 구성하는 이상 검출부(410), 운전모드 제어부(420) 및 전력변환 제어부(430)는 하나의 모듈 내에 모두 포함되거나, 또는 각각의 모듈로 구성되어 개별적으로 설치될 수 있다.
이상 검출부(410)는 전력계통(500)의 전압을 측정하여 정전, 순간 정전, 전압 변동 등의 이상 현상이 발생되어는지를 검출한다.
운전모드 제어부(420)는 이상 검출부(410)의 검출 결과에 따라 모드 전환부(300)의 제1 스위칭부(310)와 제2 스위칭부(320)의 개폐 동작을 제어한다. 예를 들어, 운전모드 제어부(420)는 전력 계통(500)에 이상이 발생되지 않았다고 판단되면, 제1 스위칭부(310) 및 제2 스위칭부(320)를 폐쇄 상태로 유지하여 전력계통(500)과 전력 저장 장치(100) 및 신재생 발전장치(200)가 연계 운전이 가능하도록 제어한다. 반면, 전력계통(500)에 정전 등의 이상이 발생되었다고 판단되면, 운전모드 제어부(420)는 제1 스위칭부(310)를 개방시켜 비상 부하(600)로부터 전력계통(500)을 차단시키고, 제2 스위칭부(320)는 폐쇄 상태로 유지하여 전력 저장 장치(100)에 저장된 전력 또는 신재생 발전장치(200)의 발전 전력을 무정전으로 비상 부하(600)에 단독 공급하도록 제어한다.
또한, 운전모드 제어부(420)는 비상 부하(600)에 대한 독립 운전을 수행함에 있어, 전력 저장 장치(100)의 잔존 용량을 고려하여 복수의 비상 부하들(600) 중에서 우선 순위가 높은 중요 부하에 선택적으로 전력이 공급될 수 있도록 제3 스위칭부(330)의 개폐 동작을 제어한다.
전력변환 제어부(430)는 전류제어 방식을 통해 전력 변환부(120)를 제어하는 전류 제어부(432), 및 전압제어 방식을 통해 전력 변환부(120)를 제어하는 전압 제어부(434)를 포함할 수 있다.
전력변환 제어부(430)는 전력계통(500)과 전력 저장 장치(100)가 연계 운전될 경우, 전력계통(500)과 부하가 연계되는 지점의 전압 조절이 불가능함에 따라, 전류 제어부(432)를 통해 전력 변환부(120)를 제어한다. 전류 제어부(432)는 전력 변환부(120)의 출력 전압 조절을 통해 전력 변환부(120)의 출력 전류를 제어함으로써 전력 저장 장치(100)의 충방전을 제어한다.
반면, 전력변환 제어부(430)는 전력계통(500)에 정전 등의 이상이 발생되어 전력 저장 장치(100)가 단독 운전될 경우, 전압 제어부(434)를 통해 전력 변환부(120)를 제어한다. 전압 제어부(434)는 모드 전환부(300)를 통해 전력계통(500)이 비상 부하(600)로부터 절체됨에 따라, 전련 변환부(120)의 출력 전압의 제어를 통해 비상 부하(600)와 연계되는 지점의 전압을 단독으로 조절함으로써 비상 부하(600)로의 전력 공급을 제어한다.
따라서, 전력변환 제어부(430)는 이상 검출부(410)의 검출 결과, 전력계통(500)에 정전 등의 이상 현상이 발생되었다고 판단되면, 전류 제어부(432)의 출력을 전압 제어부(434)의 출력으로 치환한 후, 전류 제어부(432)를 정지시킴으로써 전력 저장 장치(100)의 단독 운전을 수행시킨다.
한편, 전력계통(500)의 정전 등으로 인해 전력 저장 장치(100)에서 단독으로 비상 부하(600)에 전력을 공급하는 경우에는, 전압제어 방식을 통해 전력을 공급해야 하므로, 원만한 전력 공급을 위해서는 전력 저장 장치(100)의 용량보다 비상 부하(600)의 용량이 적도록 선로가 구성되어야 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템의 운전 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템(1000)의 제어 방법에 따르면, 우선 제어부(400)는 전력 계통(500)의 이상 유무를 판단한다(S100). 즉, 제어부(40)는 전력 계통(500)에 정전, 순간 정전, 전압 변동 등의 이상 현상이 발생하였는지를 판단한다.
전력 계통(500)에 대한 이상 유무의 판단 결과, 전력 계통(500)에 이상이 발생된 것으로 판단되면, 제어부(400)는 모드 전환부(300)의 제어를 통해 전력 계통(500)과의 연계 운전을 차단하고, 전력 저장 장치(100)의 독립운전 모드로 운전 모드를 변경한다(S200). 즉, 제어부(400)는 전력 계통(500)에 이상이 발생된 것으로 판단되면, 모드 전환부(300)의 제1 스위칭부(310)를 개방하여 비상 부하(600)에 대한 전력 계통(500)과의 연계를 차단하고, 제2 스위칭부(320)를 폐쇄 상태로 유지하여 전력 저장 장치(100)에 저장된 전력을 무정전으로 비상 부하(600)에 공급할 수 있도록 제어한다.
독립운전 모드로 운전 모드가 변경되면, 제어부(400)는 전력 저장 장치(100)의 잔존용량(State of Charge : SOC) 상태 및 신재생 발전장치(200)의 발전량을 고려하여 비상 부하(600)에 대한 독립 운전을 수행하도록 제어한다.
구체적으로, 제어부(400)는 독립운전 모드로 운전 모드가 변경되면, 전력 정장 장치(100)의 축전지(110)에 대한 잔존 용량을 체크한다(S210).
잔존 용량의 체크 결과, 전력 저장 장치(100)의 잔존 용량이 기설정된 기준 용량의 미만일 경우, 전력 저장 장치(100)와 연결되어 있는 비상 부하들(600) 중에서 우선 순위에 따른 중요 부하를 체크한다(S220). 즉, 전력 저장 장치(100)와 연결되어 있는 비상 부하들(600) 중에서 현재 사용중인 비상 부하들(600)이 무엇인지를 파악하고, 현재 사용중인 비상 부하들(600)을 우선 순위에 따라 지속적으로 전력 공급이 이루어져야 하는 중요 부하로 체크한다. 예를 들어, 1순위에서 4순위의 비상 부하들(610, 620, 630, 640) 중에서 3순위의 비상 부하(630)가 사용중이지 않을 경우, 현재 사용중인 1순위, 2순위 및 4순위의 비상 부하(610, 620, 640)를 중요 부하로 체크한다. 여기서, 비상 부하들(600)에 대한 우선 순위는 사용자에 의해 사전에 설정되어 있을 수 있다. 또한, 상기 기준 용량은 약 40%로 설정될 수 있다.
중요 부하의 체크 이후, 전력 저장 장치(100)의 잔존 용량을 고려하여, 중요 부하(600) 중 우선 순위가 낮은 중요 부하(600)와의 연결을 차단한다(S230). 즉, 전력 저장 장치(100)의 잔존 용량과 현재 이용중인 중요 부하의 부하량을 비교하여, 중요 부하의 부하량이 전력 저장 장치(100)의 잔존 용량보다 클 경우, 우선 순위가 낮은 중요 부하와의 연결을 차단하여 전력 공급을 중지시킨다. 예를 들어, 전력 저장 장치(100)의 잔존 용량이 1순위 및 2순위 부하(610, 620)의 부하량보다 크고, 4순위 부하(640)까지 합친 부하량보다 작을 경우, 4순위 부하(640)와 연결되어 있는 제3 스위칭부(330)를 개방시켜 4순위 부하(640)와의 연결을 차단시킨다.
다음으로, 현재 이용 중인 중요 부하의 부하량과 신재생 발전장치(200)의 발전량을 비교한다(S240). 즉, 현재 전력 저장 장치(100)로부터 전력을 공급받아 이용 중인 중요 부하의 부하량과 신재생 발전장치(200)의 현재 발전량을 비교한다. 예를 들어, 현재 전력 저장 장치(100)로부터 전력을 공급받고 있는 1순위 및 2순위 부하(610, 620)의 부하량과 신재생 발전장치(200)의 현재 발전량을 비교한다.
비교 결과, 현재 이용 중인 중요 부하의 부하량이 신재생 발전장치(200)의 발전량보다 클 경우, 신재생 발전장치(200)에서 발전된 전력을 중요 부하에 공급한다(S250). 즉, 전력 저장 장치(100)에 연결되어 있는 중요 부하의 부하량이 신재생 발전장치(200)의 발전량보다 클 경우, 전력 저장 장치(100)에 저장된 전력과 함께 신재생 발전장치(200)에서 생산된 전력을 중요 부하에 공급한다.
반면, 비교 결과, 현재 이용 중인 중요 부하의 부하량이 신재생 발전장치(200)의 발전량보다 작은 경우, 신재생 발전장치(200)의 잉여 전력을 전력 저장 장치(100)에 충전한다(S260). 즉, 신재생 발전장치(200)의 현재 발전량이 현재 이용 중인 중요 부하의 부하량보다 클 경우, 중요 부하의 운전에 필요한 전력 만큼은 중요 부하에 공급하고, 중요 부하에 공급하고 남는 잉여 전력은 전력 저장 장치(100)의 충전에 사용된다.
이와 같이, 전력 계통에 정전 등의 이상이 발생되었을 경우, 전력 저장 장치(100)의 잔존 용량 및 신재생 발전장치(200)의 발전량을 고려하여 중요 부하에 대한 독립 운전을 수행함으로써, 중요 부하에 대한 안정적이면서도 효율적인 운전이 가능해지며, 중요 부하의 운전 시간을 증대시킬 수 있다. 즉, 신재생 발전장치(200)는 외부의 환경 변화에 따라 발전량이 계속해서 변화되므로, 중요 부하에 대한 전력 공급의 안정성을 보장할 수 없다. 따라서, 우선적으로, 전력 저장 장치(100)의 잔존 용량 상태를 고려하여 비상 부하의 우선 순위에 따라 중요 부하에 대한 전력 공급을 수행하고, 보충적으로 신재생 발전장치(200)의 발전량을 부하량과 비교하여 신재생 발전 전력을 중요 부하에 공급하거나 전력 저장 장치(100)의 충전에 이용함으로써, 중요 부하에 대한 안정적 운전과 함께 운전 시간을 증대시킬 수 있는 운전이 가능해 진다.
한편, 전력 계통(500)에 대한 이상 유무의 판단 결과, 전력 계통(500)에 이상이 발생되지 않은 것으로 판단되면, 전력 저장 장치(100), 신재생 발전장치(200) 및 전력 계통(500)을 연계하여, 시간대별로 구분하여 시간대별 연계운전 모드를 수행한다(S300).
구체적으로, 전력 요금이 가장 비싼 최대부하 시간대에 대응하여, 전력 저장 장치(100)는 방전 모드로 전환된다(S310).
전력 저장 장치(100)에 대한 방전 모드로의 전환에 따라, 전력 저장 장치(100)의 잔존 용량을 체크한다(S312).
전력 저장 장치(100)에 대한 잔존 용량의 체크 결과, 전력 저장 장치(100)의 잔존 용량이 기설정된 기준 용량 이상일 경우, 전력 저장 장치(100)에 저장되어 있는 전력을 일반 부하 또는 비상 부하로 방전시킨다(S314). 예를 들어, 기준 용량은 약 40%로 설정될 수 있다.
반면, 전력 저장 장치(100)의 잔존 용량이 기준 용량 미만일 경우, 전력 저장 장치(100)의 방전을 중지시키고, 신재생 발전장치(200)로부터 생산되는 발전 전력을 이용하여 전력 저장 장치(100)를 충전시킨다(S316).
한편, 전기 요금이 가장 저렴한 경부하 시간대에 대응하여, 전력 저장 장치(100)는 충전 모드로 전환된다(S320).
전력 저장 장치(100)에 대한 충전 모드로의 전환에 따라, 전력 저장 장치(100)의 잔존 용량을 체크한다(S322).
전력 저장 장치(100)에 대한 잔존 용량의 체크 결과, 전력 저장 장치(100)의 잔존 용량이 기설정된 기준 용량 미만일 경우, 전력 계통(500)으로부터 공급되는 전력을 이용하여 전력 저장 장치(100)를 바로 충전시킨다(S324). 예를 들어, 기준 용량은 약 40%로 설정될 수 있다.
반면, 전력 저장 장치(100)의 잔존 용량이 기준 용량 이상일 경우, 현재 이용 중인 부하량과 신재생 발전장치(200)의 발전량을 비교한다(S326).
현재 이용 중인 부하량과 신재생 발전장치(200)의 발전량을 비교한 결과, 현재 이용 중인 부하량이 신재생 발전장치(200)의 발전량보다 클 경우, 신재생 발전장치(200)에서 생산되는 전력을 현재 이용 중인 부하에 공급한다(S328).
반면, 현재 이용 중인 부하량이 신재생 발전잔치(200)의 발전량보다 작을 경우, 신재생 발전장치(200)의 잉여 전력을 전력 저장 장치(100)에 충전한다(S324). 즉, 신재생 발전장치(200)의 현재 발전량이 현재 사용 중인 부하의 부하량보다 클 경우, 부하의 운전에 필요한 전력 만큼은 부하에 공급하고, 부하에 공급하고 남는 잉여 전력은 전력 저장 장치(100)의 충전에 사용된다.
한편, 최대부하 시간대와 경부하 시간대의 사이에 해당하는 중간부하 시간대의 운전 모드는, 전기 요금 체계 및 신재생 발전장치(200)의 발전량 등을 고려하여, 최대부하 시간대에 대응되는 방전 모드 및 경부하 시간대에 대응되는 충전 모드 중 어느 하나를 선택하여 운전 모드를 결정할 수 있다.
이상과 같이, 정전 시에도 전력 공급이 반드시 필요한 비상 부하에 독립적으로 전력 공급이 가능하도록 전력 저장 시스템을 제어함으로써, 전력계통이 정상 동작하는 평상시에는 전력 저장 장치의 충방전을 통해 부하 평준화에 기여하고, 정전 등의 이상 발생시에는 전력 저장 장치에 저장된 전력을 비상 부하에 무정전으로 공급함으로써, 배전 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 정전 발생시 또는 정전 복귀시에 무정전으로 전력 공급이 가능하도록 전력 저장 시스템을 제어함으로써, 무정전 기능을 보유한 별도의 비상용 발전기에 대한 대체가 가능하여 투자비 절감에 기여할 수 있다.
또한, 전기요금이 저렴한 경부하 시간대에는 전력계통으로부터 전력을 공급받아 전력 저장 장치를 충전할 뿐만 아니라, 최대부하 시간대에도 태양광 또는 풍력과 같은 신재생 발전장치의 발전 전력을 이용하여 전력 저장 장치를 충전시킴으로써, 효율적인 계통 운전을 제공할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1000 : 전력 저장 시스템 100 : 전력 저장 장치
110 : 축전지 120 : 전력 변환부
200 : 신재생 발전장치 300 : 모드 전환부
310 : 제1 스위칭부 320 : 제2 스위칭부
330 : 제3 스위칭부 400 : 제어부
410 : 이상 검출부 420 : 운전모드 제어부
430 : 전력변환 제어부 432 : 전류 제어부
434 : 전압 제어부 500 : 전력 계통
600 : 비상 부하

Claims (8)

  1. 전력저장장치 및 신재생 발전장치를 전력 계통과 연계하여 부하에 전력을 공급하는 전력 저장 시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 전력 계통의 이상 유무를 판단하는 단계;
    상기 전력 계통에 대한 이상 유무의 판단 결과, 상기 전력 계통에 이상이 발생된 것으로 판단되면, 상기 전력 계통과의 연계를 차단하고, 상기 전력저장장치의 독립운전 모드로 운전 모드를 변경하는 단계; 및
    상기 전력저장장치의 잔존용량 상태 및 상기 신재생 발전장치의 발전량을 고려하여 중요 부하에 대한 독립 운전을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 전력 계통에 대한 이상 유무의 판단 결과, 상기 전력 계통에 이상이 발생되지 않은 것으로 판단되면, 상기 전력 저장 장치, 상기 신재생 발전장치 및 상기 전력 계통을 연계하여 시간대별로 구분하여 최대부하 시간대, 경부하 시간대 및 중간부하 시간대로 구분되어 운전 모드가 변경되는 시간대별 연계운전 모드를 수행하는 단계를 더 포함하되,
    상기 중요 부하에 대한 독립 운전을 수행하는 단계는,
    상기 전력 저장 장치의 잔존 용량을 체크하는 단계; 상기 전력 저장 장치의 잔존 용량이 상기 전력 저장 장치의 총 저장 용량의 기준 용량 미만일 경우, 상기 전력 저장 장치와 연결되어 있는 비상 부하들 중에서 우선 순위에 따른 중요 부하를 체크하는 단계; 및 상기 전력 저장 장치의 잔존 용량을 고려하여, 상기 중요 부하 중 우선 순위가 낮은 중요 부하와의 연결을 차단하는 단계를 더 포함하고,
    상기 시간대별 연계운전 모드를 수행하는 단계는
    상기 최대부하 시간대에 대응하여, 상기 전력 저장 장치를 방전 모드로 전환하는 단계; 상기 전력 저장 장치의 잔존 용량을 체크하는 단계; 상기 전력 저장 장치의 잔존 용량이 상기 전력 저장 장치의 총 저장 용량의 기준 용량 이상일 경우, 상기 전력 저장 장치에 저장된 전력을 현재 사용 중인 부하에 방전하는 단계; 및 상기 전력 저장 장치의 잔존 용량이 상기 기준 용량 미만일 경우, 상기 신재생 발전장치의 발전 전력을 이용하여 상기 전력 저장 장치를 충전하는 단계;를 포함하거나,
    상기 경부하 시간대에 대응하여, 상기 전력 저장 장치를 충전 모드로 전환하는 단계; 상기 전력 저장 장치의 잔존 용량을 체크하는 단계; 상기 전력 저장 장치의 잔존 용량이 상기 전력 저장 장치의 총 저장 용량의 기준 용량 미만일 경우, 상기 전력 계통으로부터 공급되는 전력을 이용하여 상기 전력 저장 장치를 충전하는 단계; 상기 전력 저장 장치의 잔존 용량이 상기 기준 용량 이상일 경우, 현재 이용 중인 부하량과 상기 신재생 발전장치의 발전량을 비교하는 단계; 현재 이용 중인 부하량이 상기 신재생 발전장치의 발전량보다 클 경우, 상기 신재생 발전장치의 발전 전력을 현재 이용 중인 부하에 공급하는 단계; 및 현재 이용 중인 부하량이 상기 신재생 발전장치의 발전량보다 작은 경우, 상기 신재생 발전장치의 잉여 전력을 상기 전력 저장 장치에 충전하는 단계를 포함하거나,
    상기 중간부하 시간대에 대응하여, 전기 요금 체계 및 신재생 발전장치의 발전량에 기초하여 상기 최대부하 시간대에 대응되는 방전모드 및 상기 경부하 시간대에 대응되는 충전모드 중 하나를 선택하여 운전모드를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 중요 부하에 대한 독립 운전을 수행하는 단계는,
    현재 이용 중인 상기 중요 부하의 부하량과 상기 신재생 발전장치의 발전량을 비교하는 단계; 및
    현재 이용 중인 상기 중요 부하의 부하량이 상기 신재생 발전장치의 발전량보다 클 경우, 상기 신재생 발전장치의 발전 전력을 상기 중요 부하에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 중요 부하에 대한 독립 운전을 수행하는 단계는,
    현재 이용 중인 상기 중요 부하의 부하량이 상기 신재생 발전장치의 발전량보다 작은 경우, 상기 신재생 발전장치의 잉여 전력을 상기 전력저장장치에 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
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