KR101723965B1 - 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법 - Google Patents

에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101723965B1
KR101723965B1 KR1020140193567A KR20140193567A KR101723965B1 KR 101723965 B1 KR101723965 B1 KR 101723965B1 KR 1020140193567 A KR1020140193567 A KR 1020140193567A KR 20140193567 A KR20140193567 A KR 20140193567A KR 101723965 B1 KR101723965 B1 KR 101723965B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
output
renewable energy
energy
storage system
power plant
Prior art date
Application number
KR1020140193567A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160080940A (ko
Inventor
최인선
Original Assignee
주식회사 효성
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 효성 filed Critical 주식회사 효성
Priority to KR1020140193567A priority Critical patent/KR101723965B1/ko
Publication of KR20160080940A publication Critical patent/KR20160080940A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101723965B1 publication Critical patent/KR101723965B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381Dispersed generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22The renewable source being solar energy
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28The renewable source being wind energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/76Power conversion electric or electronic aspects
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/123Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving renewable energy sources

Abstract

본 발명은 풍력, 태양열을 포함하는 신재생 에너지를 발전시키기 위한 신재생 에너지 발전소를 포함하며, 신재생 에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법에 있어서, 상기 에너지 저장 시스템은 신재생 에너지 발전소에서 출력되는 합성 출력의 평균의 최대 변동율을 미리 정해진 허용 변동 범위 내로 제한하는 단계 및 상기 에너지 저장 시스템은, 상기 신재생 에너지 발전소에서 발전이 중단되는 경우에 합성 출력의 변동율의 하강 속도를 제한하기 위해 필요한 에너지량인 기준 에너지량이 될 때까지 에너지를 저장하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면 신재생 에너지 저장 시스템에서 배터리의 잔존 용량을 고려하여 신재생 에너지의 출력을 안정화할 수 있는 효과가 있다.

Description

에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법 {Method for controlling stabilization output of renewable energy in energy storage system}
본 발명은 신재생 에너지의 출력을 안정화하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에너지 저장 시스템 잔존 용량을 고려하여 신재생 에너지의 출력을 안정화하도록 제어하는 방법에 관한 것이다.
환경 파괴, 자원 고갈 등이 문제되면서, 전력을 저장하고, 저장된 전력을 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한 태양광 발전 등 신재생 에너지의 중요성이 증대되고 있다. 특히 신재생 에너지는 태양광, 풍력, 조력 등 무한히 공급되는 천연 자원을 이용하고, 발전 과정에서 공해를 유발하지 않아, 그 활용 방안에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.
일반적으로 신재생 에너지 시스템은, 에너지 부족과 환경 오염 등의 문제를 해결하고자 새로운 에너지원을 연구, 개발하는 시스템으로 기존 화석 에너지를 변환시켜 이용하거나, 햇빛, 물, 지열, 생물유기체 등을 포함하는 재생가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지, 지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래에너지원을 그 특성으로 한다. 이러한 신재생 에너지 시스템에는 풍력 발전 시스템, 태양광 발전 시스템 등이 있다.
종래 신재생 에너지를 발전하는 발전소는 신재생 에너지의 간헐성으로 인해 출력 변동성이 커 계통 신뢰성에 영향을 크게 미치는 문제점이 있다. 이에 신재생 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)을 활용하여 신재생 에너지를 발전하는 발전소의 출력의 변동을 제어하는 방식을 많이 연구하고 있으나, 합성 출력이 계통 조건에 비해 불안정하고 에너지 저장 시스템의 용량이 너무 크다는 문제점이 있다.
일본 공개특허공보 2013-172495
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 신재생 에너지 발전소의 합성출력 이동 평균의 최대 변화율을 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)를 이용해 허용 변동범위에 맞춰 제한할 수 있는 한편, 신재생 에너지 발전소에 적용되는 ESS에 소요되는 비용을 최소화할 수 있는 ESS를 포함하는 신재생 에너지 출력 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 풍력, 태양열을 포함하는 신재생 에너지를 발전시키기 위한 신재생 에너지 발전소를 포함하며, 신재생 에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법에 있어서, 상기 에너지 저장 시스템은 신재생 에너지 발전소에서 출력되는 합성 출력의 평균의 최대 변동율을 미리 정해진 허용 변동 범위 내로 제한하는 단계 및 상기 에너지 저장 시스템은, 상기 신재생 에너지 발전소에서 발전이 중단되는 경우에 합성 출력의 변동율의 하강 속도를 제한하기 위해 필요한 에너지량인 기준 에너지량이 될 때까지 에너지를 저장하는 단계를 포함한다.
상기 에너지 저장 시스템에서 신재생 에너지의 출력을 안정화하는데 소요되는 비용을 최소화하기 위한 조건을 충족하도록 하는 추가 제어를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 추가 제어를 수행하는 단계는, 상기 신재생 에너지 발전소의 순간 출력이 미리 정해진 출력 변동 제한폭을 초과하는 경우, 상기 신재생 에너지 발전소의 출력을 제한할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 상기 추가 제어를 수행하는 단계는, 상기 신재생 에너지 발전소의 합성 출력이 미리 정해진 기준치에 정해진 범위 이내로 근접하면, 합성 출력이 상기 기준치가 되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 상기 추가 제어를 수행하는 단계는, 상기 에너지 저장 시스템의 충전 상태인 SOC(State Of Charge)가 완전 충전에 정해진 범위 이내로 접근하면, 상기 신재생 에너지 발전소의 출력을 제한할 수 있다.
본 발명에 의하면 신재생 에너지 저장 시스템에서 배터리의 잔존 용량을 고려하여 신재생 에너지의 출력을 안정화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 에너지 저장 시스템에 소요되는 비용을 최소화하는 추가 제어를 실시함으로써, 경제적으로 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 에너지 저장 시스템의 잔존 용량에 따른 출력값 결정 알고리즘은 확장성 및 유연성이 있으므로, 신재생 에너지 출력 안정화 시장 뿐만 아니라 오프 그리드(Off-Grid) 및 마이크로그리드 계통 활용 분야에도 적용할 수 있을 것으로 예상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서 합성 출력의 변동 범위를 제어하는 것을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 종료를 가정한 필요 에너지를 보유하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법 중에서 주 제어를 시뮬레이션한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법 중에서 추가 제어 알고리즘을 예시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법 중에서 추가 제어를 시뮬레이션한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법의 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 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 실시예를 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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 풍력, 태양열을 포함하는 신재생 에너지를 발전시키기 위한 신재생 에너지 발전소를 포함하며, 신재생 에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법에 대한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 에너지 저장 시스템은 EMS(Energy Management System)(110), PCS(Power Control System)(120), 배터리(130)를 포함한다.
EMS(110)는 풍력, 태양열 등의 신재생 에너지의 출력을 전반적으로 관리한다.
PCS(120)는 EMS(110)의 명령에 따라 배터리(130)의 충방전 동작을 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법을 보여주는 흐름도이다.
본 발명의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법은 크게 주 제어와 추가 제어를 포함한다.
주 제어는 에너지 저장 시스템(ESS)을 통해 주어진 조건을 충족시키기 위한 제어로서, 도 2에서 S201 단계 내지 S205 단계이다.
추가 제어는 에너지 저장 시스템에 소요되는 비용을 최소화하기 위해 최적의 비용 사양으로 주어진 조건을 충족하기 위한 제어로서, 도 2에서 S207 단계 내지 S217 단계이다.
도 2를 참조하면, 주 제어의 첫 번째 방식으로서, 에너지 저장 시스템은 신재생 에너지 발전소에서 출력되는 합성 출력의 평균의 최대 변동율을 미리 정해진 허용 변동 범위 내로 제한한다(S201).
S201 단계에서 기준합성출력을 미리 정해진 시간 동안 유지하게 되는데, 도 2의 실시예에서는 1분 동안 유지하는 실시예를 예시한다(S203).
1분이 경과하면, 기준합성출력을 설정한다(S205). 그리고, 에너지 저장 시스템에서 신재생 에너지의 출력을 안정화하는데 소요되는 비용을 최소화하기 위한 조건을 충족하도록 하는 추가 제어를 수행한다.
먼저, 신재생 에너지 발전소의 순간 출력이 미리 정해진 출력 변동 제한폭을 초과하는 경우(S207), 신재생 에너지 발전소의 출력을 제한한다(S209).
그리고, 신재생 에너지 발전소의 합성 출력이 미리 정해진 기준치에 정해진 범위 이내로 근접하면(S211), 합성 출력이 상기 기준치가 되도록 제어한다(S213).
그리고, 에너지 저장 시스템의 충전 상태인 SOC(State Of Charge)가 완전 충전에 정해진 범위 이내로 접근하면(S215), 신재생 에너지 발전소의 출력을 제한한다(S217).
주 제어의 두 번째 방식은, 에너지 저장 시스템은 미리 정해진 기준 에너지량이 될 때까지, 에너지를 저장한다. 여기서, 기준 에너지량이란 신재생 에너지 발전소에서 발전이 중단되는 경우, 합성 출력의 변동율의 하강 속도를 제한할 수 있는 에너지량을 말한다. 예를 들어, 도 4에서 합성 출력 A 지점에서 신재생 에너지 발전이 불시에 종료될 경우, 에너지 저장 시스템은 변동 속도 제한을 유지하면서 발전이 종료될 수 있도록 하는 에너지량인 "K"를 확보해야 한다. 다음 단계의 기준합성출력에 해당하는 에너지량이 확보될 경우 기준합성출력을 한 단계 높여 설정하며, 현 단계의 에너지량의 확보가 되지 않을 경우 기준합성출력을 한 단계 낮춰 설정한다.
이제 실제 신재생 에너지 저장 시스템을 운영한 결과를 바탕으로 도출된 결과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일예로, 태양광 발전소를 10MW 규모로 운영하며, 제어 조건은 다음과 같다.
1) 태양광 발전소의 합성출력 이동평균의 최대 변화율을 분당 100kW(=10,000kW×1%)로 제한.
2) 태양광 발전소 외부 전력계통으로부터 추가 전력 공급 금지.
3) 태양광 발전 부분에 추가로 8,000kW/8,000kWh ESS를 설치함.
4) 태양광 발전 시작/종료 시점에도 위 조건이 동일하게 적용됨.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서 합성 출력의 변동 범위를 제어하는 것을 보여주는 그래프이다.
일사량은 기상 상황에 따라 급격히 변화하며, 태양광 발전 만으로는 통제가 어렵기 때문에, 태양광 발전소의 출력 변동을 제한할 것이 요구된다. 예를 들어, 북해도 전력청에서는 태양광 발전소의 출력변동을 분당 설비량의 1%로 제한할 것을 요구한다.
도 3을 참조하면, 태양광 발전소의 합성출력변동을 제한하기 위해 ESS를 적용하며, 합성출력 변동규모를 ±100kW/분으로 제한하고, 태양광 출력 변동을 ESS로 흡수한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 종료를 가정한 필요 에너지를 보유하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
태양광 발전이 순간적으로 정지하더라도 발전소 합성출력은 정지할 때까지 변화율이 제한되어야 한다. 예를 들어, 변화율이 -100kW/분 이내로 유지하며 정지되어야 한다.
도 4를 참조하면, 태양광 발전소의 출력이 순간적으로 0으로 감소하더라도 ESS는 합성출력 변동률을 제한 범위 안으로 유지하여 발전을 정지시킬 수 있는 에너지량을 항상 보유하여야 한다.
에너지 저장 시스템은 미리 정해진 기준 에너지량이 될 때까지, 에너지를 저장한다. 여기서, 기준 에너지량이란 신재생 에너지 발전소에서 발전이 중단되는 경우, 합성 출력의 변동율의 하강 속도를 제한할 수 있는 에너지량을 말한다. 예를 들어, 도 4에서 합성 출력 A 지점에서 신재생 에너지 발전이 불시에 종료될 경우, 에너지 저장 시스템은 변동 속도 제한을 유지하면서 발전이 종료될 수 있도록 하는 에너지량인 "K"를 확보해야 한다. 다음 단계의 기준합성출력에 해당하는 에너지량이 확보될 경우 기준합성출력을 한 단계 높여 설정하며, 현 단계의 에너지량의 확보가 되지 않을 경우 기준합성출력을 한 단계 낮춰 설정한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법 중에서 주 제어를 시뮬레이션한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 5를 참조하면, ESS의 출력이 최대 9,221kW, 용량이 최대 7,146kWh 필요하다. 8MW/8MWh 용량의 ESS 적용 시 13일의 추가 출력 필요일이 발생하나, 출력 사양을 높이면 투자비가 증가하므로 추가 제어 논리를 적용하여 8MW/8MWh ESS 적용을 검토한다.
도 5에서 보는 바와 같이, 8,000kW/8,000kWh ESS를 기준으로 출력 부분의 오류(Fault)가 발생하여 추가 제어가 필요하다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법 중에서 추가 제어 알고리즘을 예시한 그래프이다.
도 6에서 (a)는 추가 제어가 적용되지 않은 태양광 발전의 출력을 나타내고, (b)는 추가 제어가 적용된 태양광 발전의 출력을 나타낸다.
도 6 (a)를 참조하면, 합성출력이 충분한 규모로 나오지 않는 상황에서 태양광이 최대 출력으로 발전하는 경우, ESS의 출력이 적용 사양 이상 필요한 경우가 존재한다.
도 6 (b)를 참조하면, 태양광 발전 출력의 최대값 제한 제어지점을 설정하여 적용사양 이상의 ESS의 출력 필요한 부분을 해소한다.
도 7에서 (a)는 추가 제어가 적용되지 않은 태양광 발전의 출력을 나타내고, (b)는 추가 제어가 적용된 태양광 발전의 출력을 나타낸다.
도 7 (a)를 참조하면, 합성출력이 ESS의 출력 적용 사양의 크기 이상 증가할 경우, 태양광 발전이 순간적으로 정지하면 ESS로 합성출력의 하락폭을 감당하지 못하여 오류(Fault)가 발생할 가능성이 있다.
도 7 (b)를 참조하면, 합성 출력이 ESS 출력 적용 사양 이상 증가하지 못하도록 ESS 추가 제어를 실시한다.
도 8에서 (a)는 추가 제어가 적용되지 않은 태양광 발전의 출력을 나타내고, (b)는 추가 제어가 적용된 태양광 발전의 출력을 나타낸다.
도 8 (a)를 참조하면, ESS 출력 사양에 의한 추가 제어 논리 적용으로 인해 ESS 용량 필요량이 증가하여 ESS 적용 용량이 부족한 구간이 발생할 가능성이 있다.
도 8 (b)를 참조하면, ESS가 제한폭까지 충전된 경우, 태양광 출력을 제어하여 추가 충전을 방지하고 ESS 용량 부족 가능성을 제거한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법 중에서 추가 제어를 시뮬레이션한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 9를 참조하면, ESS의 출력이 최대 8,000kW, 용량이 최대 8,000kWh이 필요한데, 추가 제어로 인해 ESS의 사양으로 오류(Fault) 발생 없이 운영이 가능할 것으로 예상되며, 태양광 추가제어로 인한 손실분이 샘플 데이터(Sample Data) 중 618kWh에 불과하여 총 손실액은 25,956¥ (42¥/kWh 적용)일 것으로 예상된다. 즉, 본 발명에서 8,000kW/8,000kWh 용량의 ESS를 기준으로 추가 제어 적용 시 출력 및 용량 모두 만족하는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법의 흐름도이다.
도 10에서 각각의 기호의 의미에 대해 설명하면 다음과 같다.
1) TargetP : 합성출력 목표값
2) T0 : 이전 합성출력 목표값 이동 시간
3) Te : 발전시장에 따른 충전(1), 유지(2), 방전(3) 구간
(시장 규칙 확인 후 변경)
- 충전시간: 0시 ~ 6시
- 유지시간: 나머지
- 방전시간: 10시 ~ 19시
4) SOC_min : 최소 유지 용량 SOC
5) SOC_max : 충전 한계 용량 SOC
6) WT_P : 현재 풍력 발전량
7) ES_P : 충방전 량(+방전, -충전)
8) SOC_MinP: SOC 대비 최소 유지 전력량(kWh)
9) Max_WT : 전체 WT 용량
10) Target_P_min: 출력변동 목표값(10%이므로 Max_WT*10%)
11) SOC_Ph: 현재 SOC 대비 출력량(kWh)
= (현재SOC-SOC_min) * PCS용량
12) SOC_MarginPh: 현재 여유용량 = SOC_Ph - SOC_MinP
13) Discharge_range : 방전 가능 시간
= 방전 최종 시간(예: 19시) - 현재시간(단위 분)
14) Tset : : 합성출력 목표값 변경 여부(변경 시간: 1, 미변경 : 0)
15) SOC_Max_Error : 현재 SOC가 최대 기준치 이상일 경우 알람
16) SOC_max_Limit : SOC 최대 한계값
도 10을 참조하면, 먼저 합성출력 목표값을 초기화하고(S301), 현재시간을 TO로 하고, Te값을 확인한다(S303).
Te가 1이면(S305), SOC가 최소 유지 용량 SOC 이상인지를 확인한다(S307). 그러나, Te가 1이 아니면, SOC가 충전 한계 용량 SOC 보다 작은지 여부를 확인한다(S331). SOC가 충전 한계 용량 SOC 보다 작으면 풀(full) 충전 모드로 제어하고, 그렇지 않으면, S309 단계로 넘어간다.
SOC가 최소 유지 용량 SOC 이상이면, Tset이 1인지 여부를 확인한다(S309). 그러나, SOC가 최소 유지 용량 SOC 미만이면, 풀 충전 모드로 제어한다(S333).
Tset이 1이면, 합성출력 목표값(Target_P)를 설정한다(S311). 그리고, Tset이 0이 되면(S313), SOC_Max_Error가 1인지 여부와, Te가 3인지 여부를 확인한다(S315, S317).
SOC_Max_Error가 1이거나, Te가 3이면, 방전 여유 용량(Discahrge_Margin)을 계산한다(S335). 그리고, 방전 여유 용량값을 합성 출력 목표값으로 설정한다(S337).
합성 출력 목표값이 ESS의 PCS의 최대값보다 크면(S319), WT(Wind Turbine) 제어를 실시하고(S339), 그렇지 않으면 실시간 제어를 실시한다(S321).
그리고, 현재시간-TO가 60초보다 작으면, TO를 현재시간으로 설정하고, Tset을 1로 설정하고, Te값을 확인한다.
그리고, SOC가 SOC 최대 한계값보다 작으면(S325), SOC_Max_Error를 0으로 한다. 그러나, SOC가 SOC 최대 한계값보다 크면(S325), SOC_Max_Error를 1로 설정한다(S327).
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
110 EMS 120 PCS
130 배터리

Claims (5)

  1. 풍력, 태양열을 포함하는 신재생 에너지를 발전시키기 위한 신재생 에너지발전소를 포함하며, 신재생 에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템은 신재생 에너지 발전소에서 출력되는 합성 출력의 평균의 최대 변동율을 미리 정해진 허용 변동 범위 내로 제한하는 단계; 및 상기 에너지 저장 시스템은, 상기 신재생 에너지 발전소에서 발전이 중단되는 경우에 합성 출력 변동율의 하강 속도를 제한하기 위해 필요한 에너지량인 기준 에너지량이 될 때까지 에너지를 저장하는 단계를 포함하고,
    상기 에너지 저장 시스템에서 신재생 에너지의 출력을 안정화하는데 소요되는 비용을 최소화하기 위한 추가 제어를 수행하는 단계를 더 포함하고,
    상기 추가 제어를 수행하는 단계는, 상기 신재생 에너지 발전소의 순간 출력이 미리 정해진 출력 변동 제한폭을 초과하는 경우, 상기 신재생 에너지 발전소의 출력을 제한하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 추가 제어를 수행하는 단계는, 상기 신재생 에너지 발전소의 합성 출력이 미리 정해진 기준치에 정해진 범위 이내로 근접하면, 합성 출력이 상기 기준치가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 추가 제어를 수행하는 단계는, 상기 에너지 저장 시스템의 충전 상태인 SOC(State Of Charge)가 완전 충전에 정해진 범위 이내로 접근하면, 상기 신재생 에너지 발전소의 출력을 제한하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법.
KR1020140193567A 2014-12-30 2014-12-30 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법 KR101723965B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140193567A KR101723965B1 (ko) 2014-12-30 2014-12-30 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140193567A KR101723965B1 (ko) 2014-12-30 2014-12-30 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160080940A KR20160080940A (ko) 2016-07-08
KR101723965B1 true KR101723965B1 (ko) 2017-04-07

Family

ID=56503258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140193567A KR101723965B1 (ko) 2014-12-30 2014-12-30 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101723965B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102491098B1 (ko) * 2017-07-04 2023-01-20 주식회사 케이티 신재생 발전소에서 발생되는 전력의 출력 변동을 제어하는 시스템, 에너지 저장 장치 및 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010022122A (ja) * 2008-07-10 2010-01-28 Meidensha Corp 分散型電源の安定化制御方式

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5738212B2 (ja) 2012-02-20 2015-06-17 三菱重工業株式会社 電力貯蔵型の発電システム
KR20130131903A (ko) * 2012-05-25 2013-12-04 (주)그린파워 에너지 저장 장치를 이용한 동적 전압 보상 시스템과 동적 전압 보상 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010022122A (ja) * 2008-07-10 2010-01-28 Meidensha Corp 分散型電源の安定化制御方式

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160080940A (ko) 2016-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cau et al. Energy management strategy based on short-term generation scheduling for a renewable microgrid using a hydrogen storage system
Darras et al. PV output power fluctuations smoothing: The MYRTE platform experience
Gaztañaga et al. Enhanced experimental PV plant grid-integration with a MW Lithium-Ion energy storage system
Wibowo et al. Dynamic economic dispatch of hybrid microgrid with energy storage using quadratic programming
An et al. Optimal sizing of a grid-connected microgrid
Wang et al. An improved min-max power dispatching method for integration of variable renewable energy
Nojavan et al. Risk assessment in a central concentrating solar power plant
Liu et al. Optimal scheduling of multi-source microgrid considering power to gas technology and wind power uncertainty
Elkholy et al. A resilient and intelligent multi-objective energy management for a hydrogen-battery hybrid energy storage system based on MFO technique
Arrinda et al. Analysis of massive integration of renewable power plants under new regulatory frameworks
KR101723965B1 (ko) 에너지 저장 시스템에서의 신재생 에너지 출력 안정화 제어 방법
Li et al. Optimization scheduling model based on source-load-energy storage coordination in power systems
JP7180993B2 (ja) 発電システム
Hanan et al. Multi-operating modes based energy management strategy of virtual power plant
Yao et al. Economic dispatch for microgrid containing electric vehicles via probabilistic modelling
Xu et al. Optimal configuration of battery energy storage system for peak-load regulation
Alganahi et al. Experimental study of using renewable energy in Yemen
Sameti et al. Simulation of a ZEB electrical balance with aHybrid small wind/PV
Kinjyo et al. Optimal operation of smart grid with fuel cell in isolated islands
Chudy et al. Mitigation of CO 2 emissions by optimizing energy storage capacity
Pandey et al. Renewable energy sources operational performance evaluation with hybrid model
Lorenz et al. Forecasting Solar Radiation
Shrestha et al. Steady state analysis of PV integration in hydro dominated INPS grid using ETAP
Achour et al. Modeling and Supervisory Control of Hybrid Renewable Energy Based on Wind-PV-Diesel-Battery
Han et al. Increasing the installation capacity of PV with PEMFC backup within a residential community

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200115

Year of fee payment: 4