KR101697348B1 - 전력계통의 주파수 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력계통의 주파수 제어 방법에 관한 것으로, 다수의 에너지저장장치(ESS : Energy Storage System)의 고속 충방전 특성과 배터리 충전상태(SOC : State Of Charge)를 이용하여 전력계통 주파수를 조정할 수 있도록 하는 전력계통의 주파수 제어 방법에 있어서, 제어부가 제1,제2 시간정보를 비교하여 제1 시간정보(Before_Exit_time)가 제2 시간정보(After_Exit_time)보다 작거나 같은 경우 출구제어모드를 수행하는 단계; 상기 출구제어모드에서 기 설정된 제1 파라미터 값(D_time)이 0보다 큰 양수 값이면서 제2 시간정보(After_Exit_time)가 제2 파라미터 값(Clear_time)보다 작거나 같으면, 상기 제어부가 배터리 방전량 결정함수(Exit_control_output()함수)를 이용해 배터리 방전을 위한 각 에너지저장장치(ESS)별 출력량을 결정하는 단계; 및 상기 각 에너지저장장치(ESS)별 할당 출력량이 계산되면, 상기 제어부는 주파수가 정상 범위에 도달할 때까지 방전을 수행하는 단계;를 포함한다.

Description

전력계통의 주파수 제어 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING FREQUENCY OF POWER SYSTEM AND METHOD THEREOF}

본 발명은 전력계통의 주파수 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 에너지저장장치(ESS : Energy Storage System)의 고속 충방전 특성과 배터리 충전상태(SOC : State Of Charge)를 이용하여 전력계통 주파수를 안정적으로 조정할 수 있도록 하는 전력계통의 주파수 제어 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래의 화력발전소의 설비를 개략적으로 보인 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 발전소는 보일러, 터빈, 발전기 세 부분으로 구성되며, 송전계통은 우리나라 전력계통에 연계되는 부분이다.

여기서 발전기 계통, 터빈 계통, 순환수 계통, 복급수 계통의 복수 계통이 발전기와 터빈을 구성하는 주요 구성설비이며, 나머지 부분이 보일러 계통이다.

상기 보일러 계통은 급수를 공급하고, 이를 연소하기 위한 연료와 통풍을 위한 설비계통, 다시 이를 보일러 외부로 배출하여 처리하는 다수의 설비계통으로 구성되어 있다.

상기 보일러에서는 급수를 연료와 공기를 이용하여 증기로 생산한 후 터빈계통으로 보내고, 터빈은 발전기와 연결되어 있어 전력계통의 60Hz를 유지하기 위한 증기에 의한 기계적 힘을 조절하기 위해 유입되는 증기량을 밸브를 이용하여 조절한다.

상기 발전기는 계통에서 요구하는 전력부하와 발전기가 생산한 전력량의 차에 의해 60Hz에 해당하는 회전수에 오차가 발생하므로 터빈이 증기에 의해 이를 조절하게 된다.

상기 터빈은 밸브를 열고 닫으면서 증기량을 제어하여 터빈속도를 유지하려고 하지만, 보일러는 도 1에서와 같이 여러 설비로 이뤄져 있으며, 급수와 통풍, 및 연료가 증기를 만들기 위한 연소를 달성하기 위해서는 일정 시간이 소요되며, 연소를 한 후에도 보일러에서 터빈에 필요한 온도와 압력을 가진 증기를 생산하여 공급하는 데에는 또 일정 시간이 소요된다.

한편 주파수 조정은 발전기 조속기(일정한 동기속도로 부하증감에 대응할 수 있도록 하는 장치)가 주파수변동에 바로 응동하는 주파수 추종 제어인 1차제어와 전력거래소의 출력지령을 받아 발전기 출력과 주파수를 제어하는 2차제어로 구분할 수 있다.

또한 상기 보일러에서 터빈으로 공급하는 증기는 시간지연을 가지므로 증기밸브를 열더라도 바로 증기를 충분히 공급하지 못하게 되므로, 순간적인 증기요구량은 보일러에서 터빈으로 공급하던 증기에 의해 제어가 가능하나, 더 많은 양을 요구할 경우 증기를 생산하여 공급해야 하므로 시간지연이 발생한다.

따라서 보일러는 연료를 연소하여 물을 증발시켜 터빈에서 필요로 하는 증기를 생산하여 공급하는 데 시간지연이 생기게 된다. 이러한 지연으로 인해 주파수는 곧바로 60Hz로 회복되지 않고 발전기가 얼마의 전력을 얼마나 신속히 공급하느냐에 따라 시간지연을 두고 60Hz로 수렴하게 되는 문제점이 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2015-0089273호(2015.08.05.공개, 배터리 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법 및 그를 위한 배터리 에너지 저장 장치)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 에너지저장장치(ESS : Energy Storage System)의 고속 충방전 특성과 SOC(State Of Charge)를 이용하여 전력계통 주파수를 안정적으로 조정할 수 있도록 하는 전력계통의 주파수 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 에너지저장장치(ESS)의 수명을 최적으로 유지하기 위한 충전 상태를 지속적으로 유지하면서 전력계통의 주파수 변동에 최대한 고속으로 응동할 수 있도록 하는 전력계통의 주파수 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 전력계통의 주파수 제어 방법은, 다수의 에너지저장장치(ESS : Energy Storage System)의 고속 충방전 특성과 배터리 충전상태(SOC : State Of Charge)를 이용하여 전력계통 주파수를 조정할 수 있도록 하는 전력계통의 주파수 제어 방법에 있어서, 제어부가 제1,제2 시간정보를 비교하여 제1 시간정보(Before_Exit_time)가 제2 시간정보(After_Exit_time)보다 작거나 같은 경우 출구제어모드를 수행하는 단계; 상기 출구제어모드에서 기 설정된 제1 파라미터 값(D_time)이 0보다 큰 양수 값이면서 제2 시간정보(After_Exit_time)가 제2 파라미터 값(Clear_time)보다 작거나 같으면, 상기 제어부가 배터리 방전량 결정함수(Exit_control_output()함수)를 이용해 배터리 방전을 위한 각 에너지저장장치(ESS)별 출력량을 결정하는 단계; 및 상기 각 에너지저장장치(ESS)별 할당 출력량이 계산되면, 상기 제어부는 주파수가 정상 범위에 도달할 때까지 방전을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 시간정보(Before_Exit_time)는 과도상태 경험 후, 출구상태 기준을 만족을 할 때까지의 시간을 갱신한 정보로서, 출구제어모드 동작 시간의 기록이며, 상기 제2 시간정보(After_Exit_time)는 출구제어모드 동작 이후 시간을 기록한 정보인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 시간정보(Before_Exit_time)가 제2 시간정보(After_Exit_time)보다 크면 과도제어모드를 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 배터리 방전량 결정함수(Exit_control_output()함수)는 출구제어모드에서 에너지저장장치(ESS)의 배터리 방전량을 결정하는 함수이고, 상기 제1 파라미터 값(D_time)은 과도상태 기준 만족 시간이고, 상기 제2 파라미터 값(Clear_time)은 출구제어모드 종료 시간인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 시간정보(Before_Exit_time)가 제2 시간정보(After_Exit_time)보다 크면서, 제1 파라미터 값(D_time)이 0보다 크면 과도제어모드를 수행하고, 상기 제1 시간정보(Before_Exit_time)가 제2 시간정보(After_Exit_time)보다 크면서, 상기 제1 파라미터 값(D_time)이 0보다 크지 않으면 정상제어모드를 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 과도제어모드에서 제1 파라미터 값(D_time)이 0보다 크고 주파수가 60Hz 이하인 경우, 상기 제어부는, 방전시 참여율 결정함수(SOC_discharge_proportion()함수), 충전시 참여율 결정함수(SOC_charge_proportion()함수), 참여율에 따른 방전전력 계산 함수(P_distribute_discharge()함수), 및 방전전력의 출력 여부를 결정하는 함수(Dynamic_control_output()함수)를 이용하여 에너지저장장치(ESS)의 배터리에 남아있는 전력량에 대응하는 충전량과 방전량을 계산하여 출력을 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 과도제어모드 수행 시 제1 파라미터 값(D_time)이 0보다 크지 않으면, 상기 제어부는 정상제어모드를 수행하여 참여율에 따른 방전전력 계산 함수(P_distribute_discharge()함수)와 정상상태에서의 할당 출력량 계산함수(Normal_control_output()함수)를 이용하여 계산된 할당 출력량의 방전을 에너지저장장치(ESS)별로 수행하게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 주파수가 정상 범위에 도달하여 방전이 종료되면, 상기 제어부는 SOC 적산 함수(SOC_calculation()함수)를 이용하여 계산된 SOC(State of Charge) 상태 정보를 주기적으로 수행되는 다음의 주파수 제어에 활용하기 위하여 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 에너지저장장치(ESS)의 고속 충방전 특성과 배터리 충전상태(SOC)를 이용하여 전력계통 주파수를 안정적으로 조정할 수 있도록 하며, 또한 에너지저장장치(ESS)의 수명을 최적으로 유지하기 위한 충전 상태를 지속적으로 유지하면서 전력계통의 주파수 변동에 최대한 고속으로 응동(응답하여 동작)할 수 있도록 한다.

도 1은 종래의 화력발전소의 설비를 개략적으로 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통의 주파수 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통의 주파수 제어 시 각 제어모드에 따른 출력값 도출 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통의 주파수 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 관련된 배터리 에너지저장장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력계통의 주파수 제어 방법의 일 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 지속적으로 주파수 변동에 응동하여 주파수 1차제어를 수행하면서 배터리의 최적수명을 위한 충전상태 유지제어를 수행하며, 고속으로 입출력 데이터를 처리해야 하므로 발생하는 제어시스템의 성능한계에 따라 제어 가능한 일정규모의 에너지저장장치에 할당되는 제어시스템의 전체적인 통합제어를 수행하며, 제어가능 일정규모의 에너지저장장치에 할당되는 제어시스템의 고속 충방전 제어에 의한 주파수조정 성능을 최대한 활용할 수 있도록 하는 것에 관한 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통의 주파수 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전력계통의 주파수 제어 장치는, 정보 입력부(110), 주파수 값 획득부(120), 제어부(130), 제어함수 저장부(140), 및 정보 출력부(150)를 포함한다.

상기 정보 입력부(110)는 주파수와 에너지저장장치의 배터리 충전상태(SOC)를 포함하는 각종 변수에 대한 데이터를 입력받는다.

상기 주파수 값 획득부(120)는 현재에서부터 일정 스텝(예 : 0.02 step, 0.20 step 등) 간격으로 주파수 값을 획득한다.

상기 제어부(130)는 에너지저장장치에 대한 기능구성을 정상상태, 과도상태, 과도상태에서 정상상태로 복귀하는 출구상태로 구분하여 제어를 수행한다.

상기 제어함수 저장부(140)는 에너지저장장치의 제어를 위한 연산에 관련된 적어도 하나 이상의 제어함수를 저장한다.

상기 제어함수 저장부(140)에는 적어도 P_response()함수, P_requirement()함수, Dynamic_indicator()함수, Normal_indicator()함수, Num_available_ESS()함수, SOC_discharge_proportion()함수, 및 SOC_charge_proportion()함수를 저장한다.

여기서 괄호"()"는 함수를 나타내는 기호이다. 상기 괄호"()"안에는 함수 내에서 사용되는 변수들의 값이 정의되지만, 편의상 본 실시예에서는 생략한다.

상기 P_response()함수는 정상상태 주파수에 대하여 에너지저장장치에 대한 전체 출력요구량을 계산한다.

상기 P_requirement()함수는 동적상태 주파수에 대하여 에너지저장장치에 대한 전체 출력요구량을 계산한다.

상기 Dynamic_indicator()함수는 동적제어모드 판단기준에 따라 에너지저장장치를 동적상태 연산 할 것인지를 계산한다.

상기 Normal_indicator()함수는 동적상태에서 정상상태로 전환할 것인지를 출구제어모드 판단기준에 따라 계산해낸다.

상기 제어부(130)는 충전상태에 따른 에너지저장장치의 가용대수를 계산해내기 위하여 충전상태(SOC)가 높은 순으로 에너지저장장치(BESS)를 정렬한다.

상기 Num_available_ESS()함수는 에너지저장장치 충전상태에 따른 에너지저장장치의 가용대수를 계산해낸다.

상기 SOC_discharge_proportion()함수는 에너지저장장치의 충전상태에 따른 비례배분을 위한 방전율을 계산한다.

상기 SOC_charge_proportion()함수는 에너지저장장치의 충전상태에 따른 비례배분을 위한 충전율을 계산한다.

이 외에 제어모드 구분을 위한 변수설정 함수, 출구제어모드 시 출력 초기값(D_time, N_time) 설정 함수, 출구제어모드 종료 이후 제어변수 초기화(N_time) 함수를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 정보 출력부(150)는 에너지저장장치의 제어를 위한 연산 결과 값을 출력한다.

이하 상기와 같이 구성된 전력계통의 주파수 제어 장치의 동작을 도 3과 도 4의 흐름도를 참조하여 설명한다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통의 주파수 제어 시 각 제어모드에 따른 출력값 도출 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 더 구체적으로는 에너지저장장치(ESS)의 각 제어모드(예 : 출구제어모드, 과도제어모드)에 따른 출력값 도출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 제어부(130)가 두 시간(Before_Exit_time, After_Exit_time)을 비교하여 출구제어 혹은 과도제어를 수행한다.

여기서 Before_Exit_time은 과도상태 경험 후, 출구상태 기준을 만족을 할 때까지의 시간을 갱신한 정보이다. 즉, 출구제어모드 동작 시간의 기록이다. 그리고 After_Exit_time은 출구제어모드 동작 이후 시간을 기록한 정보이다.

우선 상기 제어부(130)는 Before_Exit_time이 After_Exit_time보다 작거나 같은 경우 출구제어모드에 들어간다(S101).

반대로 Before_Exit_time이 After_Exit_time보다 크면(S101의 아니오) 과도제어모드에 들어간다(S105의 예).

상기 출구제어모드에서는 D_time이 0보다 큰 양수 값이면서 After_Exit_time이 Clear_time보다 작거나 같은 경우(S103의 예)에 Exit_control_output()함수를 수행한다(S104).

상기 Eixt_control_output()함수에 의하여 ESS 제어전략에 따라 출력값이 결정된다. 상기 Eixt_control_output()함수는 출구제어모드에서 ESS의 배터리 방전량을 결정하는 함수이다.

여기서 D_time은 과도상태 기준 만족 시간, N_time은 출구상태 기준 만족 시간을 각각 나타내고, Clear_time은 출구제어모드 종료 시간을 나타내며, 출구제어모드 종료 시간 도달 시 제어모드(예 : 출구제어모드, 과도제어모드) 결정에 사용되는 상기 파라미터 값(D_time, N_time, clear_time, Before_Exit_time이 After_Exit_time)은 초기화된다.

한편, Before_Exit_time이 After_Exit_time보다 크면서(S101의 아니오, S105의 예), D_time이 0보다 크면 과도제어모드를 수행하고(S106의 예), D_time이 0보다 크지 않으면(S106의 아니오) 정상제어모드를 수행한다(S118의 예).

즉, 상기 과도제어모드에 진입하여 D_time이 0보다 크고(S106의 예) 주파수가 60Hz 이하인 경우(S108의 예) SOC_discharge_proportion()함수 및 SOC_charge_proportion()함수를 수행한다(S109). 그리고 P_distribute_discharge()함수를 수행하고(S110), 이어서 Dynamic_control_output()함수를 수행한다(S111).

현재 배터리에 남에 있는 전력량에 따라서 충방전 용량이 달라지는데, 그때 얼마만큼 충전시키고 얼마만큼 방전시킬지를 결정한다.

이때 상기 SOC_discharge_proportion()함수는 SOC 용량에 따라서 방전 시 각 ESS의 참여율을 결정하고, 상기 SOC_charge_proportion()함수는 SOC 용량에 따라서 충전 시 각 ESS의 참여율을 결정하며, 상기 P_distribute_discharge()함수는 상기 계산된 참여율에 따른 방전전력을 계산한다.

그리고 상기 Dynamic_control_output()함수는 주파수와 SOC 상태를 기준으로 ESS의 방전전력의 출력 여부(출력할지 말지 여부)를 결정하는 것으로, 주파수가 60Hz 이하이거나 SOC가 기 설정된 최소와 최대 범위 사이에 있을 때 출력하는 것으로 결정한다. 즉, ESS의 SOC 가용 범위(즉, 기 설정된 최소와 최대 범위) 내에서 각 ESS의 참여율을 계산하고, 각 ESS별 할당 출력량을 계산하여 주파수가 정상 범위에 도달할 때 까지(즉, 주파수가 정상 범위에 있지 않을 경우에는 계속해서) 방전을 수행한다.

한편 상기 과도제어모드에 진입하여 D_time이 0보다 크지 않으면(S106의 아니오) 정상제어모드로 진입하여(S118의 예) P-distribute_discharge()함수를 수행하고(S119) 이어서 Normal_control_output()함수를 수행한다(S120). 즉, 할당 출력량을 계산 함수를 통해서 정상상태 출력값을 계산하여 방전한다.

다음, 주파수(freq_0)가 정상 범위에 도달한 이후에는(S108의 아니오) 각 ESS의 출력값들(P_out_1, P_out_2, P_out_3, P_out_4)을 0으로 초기화 한다(S117).

이후 SOC 적산 함수(SOC_calculation()함수)를 통해서(S113) 계산된 SOC 상태 정보를 저장하여 다음에 활용할 수 있도록 한다(S114). 왜냐하면 상술한 바와 같은 계산 과정이 일정 주기(예 : 20ms)로 반복 수행되기 때문이다.

이후 D_time이 계속해서 0보다 큰 경우(S115의 예), 주파수 유지를 위해 time_count 값을 증가시킨다(S116). 이 과정은 반복 수행될 수 있다.

한편 D_time이 0과 같거나 작은 경우(S115의 아니오)에는 출력값을 도출하고 동작을 멈추게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통의 주파수 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 더 구체적으로는 에너지저장장치(ESS)에서 1차 제어를 수행하는 각 과정별 출력량 연산 방법을 상호간에 연계시키는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

각 제어모드 별 출력량결정 함수는 ESS의 출력값을 결정하기 위한 함수는 주파수 입력 시점마다 연산을 수행한다.

주파수를 입력 받으면(S201) 주파수 불감대 영역여부를 판단하고(S202) 현재 ESS의 제어모드를 확인한다(S203).

여기서 상기 주파수 불감대 영역은, ESS가 주파수 변화에 따라 자주 반응하는 것을 방지하기 위한 주파수 영역으로서, 예컨대 60Hz를 기준으로 상/하 일정 범위 내에서는 ESS가 반응하지 않는 주파수 불감대 영역을 설정함으로써 작은 주파수 변화에 따라 ESS의 잦은 충/방전을 감소시킨다.

상기 S203 단계에서 확인한 ESS의 현재 제어모드가 출구제어 모드인 경우, 출구제어 전략에 따른 출력을 결정한다(S208). 즉, 출구제어 전력에 따라 출구제어를 수행하는 시간동안 사용자가 지정한 비율에 따라서 ESS의 출력 감소량을 계산하여 ESS의 출력을 감소시킨다(S209).

상기 S203 단계에서 확인한 ESS의 현재 제어모드가 과도제어 모드인 경우, 과도제어 전력에 따른 출력을 결정한다(S204). 즉, 과도제어 모드에서는 현재 주파수가 주파수 제어가 필요한 주파수 범위인지 확인한다(S205).

상기 S205 단계에서 확인한 현재 주파수가 주파수 제어가 필요한 범위인 경우, 각 ESS의 SOC 최소/최대 유지 범위 내에서 사용 가능한 ESS의 SOC 용량을 판단하고, 각 ESS의 참여율을 고려하여, 각 ESS의 할당 출력량을 계산한다(S206).

상기 S206 단계에서 SOC 유지 범위 내에서 할당 출력량을 계산한 이후, SOC 적산 함수를 통해 SOC 적산을 계산하고(S207), 상기 SOC 적산에 따라 최종적인 ESS 출력을 수행한다(S210).

도 5는 본 발명의 일 실시예에 관련된 배터리 에너지저장장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.

본 실시예는 도 5의 FRC(Frequency Regulation Controller)(예 : FRC #1 ~ FRC #6)에서 이뤄진다.

상기 FRC(예 : FRC #1 ~ FRC #6)는 처리가능한 입출력 데이터량에 따라 연계하는 PCS G(Power Conditioning System Group)(예 : PCS G1 ~ PCS G6)(220)와 BAT&BMS(Battery and Battery Monitoring System)(예 : BAT&BMS G1 ~ BAT&BMS G6)(210) 용량이 정해진다.

따라서 배터리 에너지저장장치가 대용량인 경우 FRC는 다수개가 연계되어 구성되며, 다수개로 구성되는 FRC별로 충전량과 운전가능 상태가 달라지게 되므로 이를 통합 제어할 수 있는 상위제어기가 필요로 하게 된다. 이러한 통합 제어기능을 수행하는 제어시스템이 FRCM(Frequency Regulation Controller Master)이다.

본 실시예에서는 상기 FRCM 및 FRC(예 : FRC #1 ~ FRC #6)를 모두 포함하는 개념을 제어시스템(또는 제어부)(230)이라고 한다. 따라서 도 1에서 제어부(130)와 도 5에서와 같이 실제 구현되는 시스템에서의 제어부(230)가 사실상 동일한 개념이라고 할 수 있다.

참고로 상기 제어부(130, 또는 230)는 배터리간 충전상태 균형을 유지하기 위해 각 FRC의 제어 참여율을 계산한다.

예컨대 정상상태 주파수에서 제어할 경우 배터리 충전량 유지범위 이내에서는 참여율을 100%로 하고 유지범위를 벗어날 경우 참여율은 0%가 된다.

한편 과도상태 주파수에서 제어할 경우 FRC의 배터리 충전상태 분포에 따라 각각 다른 참여율을 적용하는데, 가령 모든 FRC의 배터리간 충전량 편차 절대값이 10% 이하인 경우, 참여율은 참여가능한 FRC 전체 가용용량에 대하여 해당 FRC 가용용량의 비율로 결정한다.

또한 모든 FRC의 배터리간 충전량 편차 절대값이 10%를 초과하는 경우 참여율은 참여 가능한 FRC 전체 가용에너지에 대하여 해당 FRC 가용에너지의 비율로 결정한다. 단 과도상태 주파수에서 제어할 경우 배터리의 제어를 위한 가용 충전량은 정상상태 주파수에서 제어할 경우 배터리 충전량 유지범위보다 크게 설정하여 배터리 에너지저장장치의 과도상태 주파수 기여율을 높이도록 한다.

한편 본 실시예에서 상기 정상상태 제어모드는 고장이 없는 전력계통 정상상태 시 적용되며, 충전상태와 전력계통 주파수를 고려하여 제어한다. 이때 상기 정상상태에서는 급속한 계통 제어가 필요하지 않으므로, 배터리 에너지저장장치의 제어응답을 최소화하여 최적수명 충전용량을 확보하도록 제어한다.

본 실시예에서 상기 에너지저장장치는 낮은 충전상태에서 운전 시 수명이 감소되므로 방전한계를 설정한다. 또한 잦은 충방전 동작으로 인한 배터리 수명 감소를 방지하기 위해 주파수 변동을 제어하는 주파수 불감대 영역을 설정한다. 즉, 매우 작고 빠르게 변하는 주파수 변동에 대한 에너지저장장치의 모든 응답 설정은 전반적인 설비의 수명 및 효율을 저하시키므로 주파수 불감대 영역을 설정한다. 충전상태에 따라 전력계통의 외란으로 인식하지 않을 만큼의 적정한 양으로 충전하여 충전량을 확보하는 것이다.

또한 본 실시예는 계통고장이 발생한 직후의 과도상태 시에는 에너지저장장치의 제어가 최대한으로 발휘되도록 한다.

그리고 방전한계 범위 이상의 충전상태에서는 국내 전력계통의 계통정수 K(MW/Hz)를 적용하여 에너지저장장치의 출력을 제어한다. 상기 계통정수 K는 전력계통에서 발전기 탈락(발전기가 예기치 않게 중단되거나 정상적인 전력을 출력하지 못할 때) 시 최소 주파수 시점에서 발전기 탈락량에 대한 주파수 오차에 해당하는 값이다. 예컨대 전력계통 과도시에 에너지저장장치의 특성상 빠른 제어가 가능하기 때문에 계통 외란 발생 후 최소 주파수 시점까지의 도달 이전 시점부터 동작이 가능한 영역에서 주파수 하락에 비례하여 계통에서 요구하는 최대 출력량을 기준으로 에너지저장장치의 요구량을 산정하여 계통정수 K를 산정한다. 또한 계통이 과도기간으로부터 회복되기 시작하여 정상상태의 제어모드로 복귀할 때는 급격한 출력변동을 방지할 필요성이 있다.

상기와 같이 본 실시예에서는 대용량 에너지저장장치의 고속 충방전 성능을 이용하여 최대한 신속히 잉여전력을 충전하고, 부족전력을 방전하면서 대용량 에너지저장장치의 가용능력을 향상시키기 위한 지속적인 충전량 유지가 가능하도록 제어함으로써 발전소의 시간지연과 배터리의 지속적인 출력발생의 제한성 문제점을 극복할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

110 : 정보 입력부 120 : 주파수 값 획득부
130 : 제어부 140 : 제어함수 저장부
150 : 정보 출력부
210 : BAT&BMS(Battery and Battery Monitoring System)
220 : PCS G(Power Conditioning System Group)
230 : 제어시스템

Claims (8)

1. 다수의 에너지저장장치(ESS : Energy Storage System)의 고속 충방전 특성과 배터리 충전상태(SOC : State Of Charge)를 이용하여 전력계통 주파수를 조정할 수 있도록 하는 전력계통의 주파수 제어 방법에 있어서,
   제어부가 제1,제2 시간정보를 비교하여 제1 시간정보(Before_Exit_time)가 제2 시간정보(After_Exit_time)보다 작거나 같은 경우 출구제어모드를 수행하는 단계;
   상기 출구제어모드에서 기 설정된 제1 파라미터 값(D_time)이 0보다 큰 양수 값이면서 제2 시간정보(After_Exit_time)가 제2 파라미터 값(Clear_time)보다 작거나 같으면, 상기 제어부가 배터리 방전량 결정함수(Exit_control_output()함수)를 이용해 배터리 방전을 위한 각 에너지저장장치(ESS)별 출력량을 결정하는 단계; 및
   상기 각 에너지저장장치(ESS)별 할당 출력량이 계산되면, 상기 제어부는 주파수가 정상 범위에 도달할 때까지 방전을 수행하는 단계;를 포함하되,
   상기 출구제어모드는 상기 에너지저장장치(ESS)의 기능이 과도상태에서 정상상태로 복귀하는 상태인 출구상태에서의 급격한 출력변동을 방지하기 위하여 상기 에너지저장장치(ESS)의 출력을 제어하는 모드이며,
   상기 배터리 방전량 결정함수(Exit_control_output()함수)는 상기 출구제어모드에서 상기 에너지저장장치(ESS)의 배터리 방전량을 결정하는 함수이고,
   상기 제1 파라미터 값(D_time)은 과도상태 기준 만족 시간이며,
   상기 제2 파라미터 값(Clear_time)은 출구제어모드 종료 시간인 것을 특징으로 하는 전력계통의 주파수 제어 방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 시간정보(Before_Exit_time)는 과도상태 경험 후, 출구상태 기준을 만족을 할 때까지의 시간을 갱신한 정보로서, 출구제어모드 동작 시간의 기록이며, 상기 제2 시간정보(After_Exit_time)는 출구제어모드 동작 이후 시간을 기록한 정보인 것을 특징으로 하는 전력계통의 주파수 제어 방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 제1 시간정보(Before_Exit_time)가 제2 시간정보(After_Exit_time)보다 크면 과도제어모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 주파수 제어 방법.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 시간정보(Before_Exit_time)가 제2 시간정보(After_Exit_time)보다 크면서, 제1 파라미터 값(D_time)이 0보다 크면 과도제어모드를 수행하고,
   상기 제1 시간정보(Before_Exit_time)가 제2 시간정보(After_Exit_time)보다 크면서, 상기 제1 파라미터 값(D_time)이 0보다 크지 않으면 정상제어모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 주파수 제어 방법.
   
6. 제 3항에 있어서, 상기 과도제어모드에서 제1 파라미터 값(D_time)이 0보다 크고 주파수가 60Hz 이하인 경우,
   상기 제어부는, 방전시 참여율 결정함수(SOC_discharge_proportion()함수), 충전시 참여율 결정함수(SOC_charge_proportion()함수), 참여율에 따른 방전전력 계산 함수(P_distribute_discharge()함수), 및 방전전력의 출력 여부를 결정하는 함수(Dynamic_control_output()함수)를 이용하여 에너지저장장치(ESS)의 배터리에 남아있는 전력량에 대응하는 충전량과 방전량을 계산하여 출력을 결정하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 주파수 제어 방법.
   
7. 제 3항에 있어서,
   상기 과도제어모드 수행 시 제1 파라미터 값(D_time)이 0보다 크지 않으면, 상기 제어부는 정상제어모드를 수행하여 참여율에 따른 방전전력 계산 함수(P_distribute_discharge()함수)와 정상상태에서의 할당 출력량 계산함수(Normal_control_output()함수)를 이용하여 계산된 할당 출력량의 방전을 에너지저장장치(ESS)별로 수행하게 하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 주파수 제어 방법.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 주파수가 정상 범위에 도달하여 방전이 종료되면,
   상기 제어부는 SOC 적산 함수(SOC_calculation()함수)를 이용하여 계산된 SOC(State of Charge) 상태 정보를 주기적으로 수행되는 다음의 주파수 제어에 활용하기 위하여 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 주파수 제어 방법.

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