KR101727356B1 - 에너지 관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템은 배터리에 유입 또는 유출되는 에너지를 제어하는 에너지 관리 시스템에 있어서, 부하 데이터 또는 에너지 데이터를 수신하는 데이터 수신부, 상기 데이터 수신부에 전송된 상기 부하 데이터를 이용하여 소비 전력의 총량을 산출하는 전체 부하량 산출부, 상기 데이터 수신부에 전송된 상기 에너지 데이터를 이용하여 발전 전력의 총량을 산출하는 에너지 발전량 산출부, 상기 전체 부하량 산출부에서 산출된 상기 소비 전력의 총량과 상기 에너지 발전량 산출부에서 산출된 상기 발전 전력의 총량을 비교하는 비교부, 및 상기 비교 결과에 따라 상기 배터리를 전원과 연결하는 스위치를 포함한다.

Description

에너지 관리 시스템{ENERGY MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 에너지 관리 시스템에 관한 것으로, 특히 스위치를 이용하여 에너지 저장 시스템을 제어하는 에너지 관리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 신 재생 에너지 발전 시스템은 에너지를 발생시키는 장비로 구성되므로, 신 재생 에너지 발전 시스템에서 생성된 에너지를 관련 사업자에 되파는 것이 가능하다.
다만, 가정용 전력 저장 장치(Battery Energy Storage System, BESS)는 에너지를 저장하고, 필요한 경우에 저장된 에너지를 사용하는 것을 목적으로 하는 장비로서, BESS를 이용하여 에너지 요금이 저렴한 시간대에 에너지를 저장하였다가 에너지 요금이 비싼 시간대에 에너지를 파는 행위는 정책적으로 금지된다.
그러나, 일반적인 가정용 에너지 관리 시스템(Home Energy Management System, HEMS)은 이와 같이 정책적으로 금지된 행위를 방지하는 기능을 갖추고 있지 않다.
도 1은 일반적인 가정용 에너지 관리 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 전력은 태양광 발전 시스템(50)에서 발전되어, 계통(10)에 연결된 부하(80)에 공급될 수도 있고, 계통에 역으로 판매될 수도 있으며, 배터리(70)에 저장될 수도 있다.
태양광 전력 변환부(51), 배터리 전력 변환부(71)와 같은 전력 변환부(Power Converting System, PCS)는 직류 전력을 교류 전력으로 또는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 인버터를 포함할 수 있다.
계량 장치(53)는 태양광 발전 시스템(50)에서 발전되어 부하(80)로 공급되거나, 계통(80)으로 판매되는 전력의 전력량을 계량할 수 있다.
한편, 에너지 요금이 저렴한 시간대에 에너지를 저장하였다가 에너지 요금이 비싼 시간대에 에너지를 파는 불공정한 에너지 거래 행위를 방지하기 위하여, 배터리(70)에는 계량 장치가 연결되어 있지 않다.
따라서, 메인 계량 장치(30) 및 계량 장치(53) 만을 관리하는 에너지 관리 시스템(20)은, 부하(80) 등에서 소비되는 에너지 사용량과 태양광 발전 시스템(50)과 같은 가정에 설치된 신 재생 에너지 발전 시스템에서 생산되는 에너지 발전량만을 측정할 수 있을 뿐이다.
이와 같은 에너지 관리 시스템(20)으로는 메인 계량 장치(30)에서 측정되는 에너지 사용량이 배터리(70)에 의해 영향을 받는다는 점을 알아낼 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예는 공급되는 에너지량과 소비되는 에너지량을 비교함으로써, 에너지 저장 시스템에 대한 에너지 공급 여부를 조절하는 에너지 관리 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 에너지 저장 시스템 자체가 전체 공급 에너지량 및 전체 소비 에너지량에 대한 정보를 수집하고, 현재 에너지 저장 상태를 파악하여, 에너지 출력 여부를 결정하는 에너지 관리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템은 배터리에 유입 또는 유출되는 에너지를 제어하는 에너지 관리 시스템에 있어서, 부하 데이터 또는 에너지 데이터를 수신하는 데이터 수신부, 상기 데이터 수신부에 전송된 상기 부하 데이터를 이용하여 소비 전력의 총량을 산출하는 전체 부하량 산출부, 상기 데이터 수신부에 전송된 상기 에너지 데이터를 이용하여 발전 전력의 총량을 산출하는 에너지 발전량 산출부, 상기 전체 부하량 산출부에서 산출된 상기 소비 전력의 총량과 상기 에너지 발전량 산출부에서 산출된 상기 발전 전력의 총량을 비교하는 비교부, 및 상기 비교 결과에 따라 상기 배터리를 전원과 연결하는 스위치를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 가정에 구비된 신 재생 에너지 발전 시스템으로부터 공급되는 에너지량과 가정 내 부하에서 소비되는 에너지량을 비교함으로써, 에너지 저장 시스템에 대한 에너지 공급 여부를 적절하게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 에너지 저장 시스템 자체에서도 현재 에너지 저장 상태를 파악할 수 있을 뿐만 아니라, 전체 공급 에너지량과 전체 소비 에너지량에 대한 정보를 수집할 수 있으므로, 스스로의 에너지 출력 여부를 적절하게 조절할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 에너지 요금이 저렴한 시간대에 에너지 저장 시스템에 에너지를 저장하였다가, 에너지 요금이 비싼 시간대에 에너지 저장 시스템에 저장된 에너지를 파는 불공정한 에너지 거래 행위를 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 가정용 에너지 관리 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 스위치를 이용한 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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.
이하, 본 발명에 따른 전력 저장 시스템 및 그 제어 방법의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 에너지 관리 시스템(100)은 데이터 수신부(110), 산출부(131, 133, 135), 비교부(150), 스위치 신호 송신부(170)를 포함한다. 참고로, 에너지 관리 시스템(100)은 에너지 저장 시스템과 별도로 구비될 수도 있고, 에너지 저장 시스템 내부에 구비될 수도 있다.
데이터 수신부(110)는 부하 데이터, 에너지 데이터, 배터리 데이터와 같은 정보를 수신한다.
부하 데이터는 부하 등에서 소모되는 전력량 정보를 포함할 수 있다.
에너지 데이터는 신 재생 에너지 장비로부터 생성되는 전력량 정보를 포함할 수 있다.
배터리 데이터는 배터리에 저장된 전력량 정보를 포함할 수 있다.
산출부(131, 133, 135)는 데이터 수신부(110)가 수신한 데이터 가운데 필요한 정보를 산출한다.
전체 부하량 산출부(131)는 데이터 수신부(110)에 전송된 데이터 중에서 부하 데이터의 총합을 산출할 수 있다. 즉, 전체 부하량 산출부(131)는 가정에서 사용되는 모든 전력 소비 제품에서 소비되는 전력의 총량을 산출할 수 있다.
신재생 에너지 발전량 산출부(133)는 데이터 수신부(110)에 전송된 데이터 중에서 에너지 데이터의 총합을 산출할 수 있다. 즉, 신재생 에너지 발전량 산출부(133)는 가정에 하나 이상 구비된 신 재생 에너지 발전 시스템에 의해 발전되는 전력의 총량을 산출할 수 있다.
배터리 저장량 산출부(135)는 데이터 수신부(110)에 전송된 데이터 중에서 배터리 데이터를 산출할 수 있다.
비교부(150)는 전체 부하량 산출부(131)에서 산출된 소비 전력의 총합과 신재생 에너지 발전량 산출부(133)에서 산출된 발전 전력의 총합의 크기를 비교한다. 또한, 비교부(150)는 비교 결과를 스위치 신호 송신부(170)에 전송한다.
스위치 신호 송신부(170)는, 비교부(150)로부터 전송된 부하 데이터와 에너지 데이터의 비교 결과에 따라, 스위치 온(ON) 신호 또는 스위치 오프(OFF) 신호를 스위치로 전송한다.
이때, 비교부(150)의 비교 결과 발전 전력의 총합이 소비 전력의 총합보다 큰 경우, 스위치 신호 송신부(170)는 스위치 오프 신호를 생성하여, 스위치를 오프 상태로 대기시킨다. 스위치가 오프되면, 배터리에 에너지가 저장되거나 배터리로부터 에너지가 출력되지 않으므로, 에너지 요금이 저렴한 시간대에 잔여 에너지를 저장하는 일부 불공정 행위를 예방할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 데이터 수신부(110)는 부하 데이터와 에너지 데이터를 수신한다(S101, S103). 데이터 수신부(110)는 주기적으로 또는 미리 정해진 시간에 데이터를 수신할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 비교부(150)는 전체 부하량 산출부(131)에서 산출된 현재 부하량과 신재생 에너지 발전량 산출부(133)에서 산출된 에너지 발전량을 비교한다(S105). 현재 부하량은 소비 전력의 총합을 의미할 수 있고, 에너지 발전량은 발전 전력의 총합을 의미할 수 있다.
비교 결과, 에너지 발전량이 현재 부하량보다 큰 경우, 스위치 신호 송신부(170)는 스위치에 스위치 오프 신호를 전송한다(S107).
반면에, 에너지 발전량이 현재 부하량보다 작은 경우, 스위치 신호 송신부(170)는 스위치에 스위치 온 신호를 전송한다(S109).
다음은 앞서 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템이, 스위치에 스위치 온 신호 또는 스위치 오프 신호를 전송하여, 배터리에 저장되는 전력량을 조절하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 스위치를 이용한 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 가정 내에서 전력은 계통(10), 하나 이상의 신 재생 에너지 발전부(50, 60), 배터리(70), 부하(80)를 통해 생성, 전달 및 소비될 수 있다.
이와 같은 전력의 흐름을 제어하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 에너지 관리부(20)는 계통(10)과 연결된 메인 계량부(30), 하나 이상의 신 재생 에너지 발전부(50, 60)에 연결된 하나 이상의 계량부(53, 63), 배터리(70)에 연결된 계량부(73), 부하(80)로부터 에너지에 관련된 정보를 수집하고, 수집된 정보를 이용하여 스위치(90)의 동작을 제어할 수 있다.
또는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 배터리 전력 변환부(71)가 에너지 관리부(20)로부터 에너지에 관련된 정보를 수집하고, 수집된 정보를 이용하여 스위치(90)의 동작을 제어할 수도 있다. 다음은 앞서 에너지 관리부(20)가 배터리 전력 변환부(71)와 별도로 데이터를 수집하고, 스위치(90) 조절하는 방법에 관하여 설명하며, 이는 배터리 전력 변환부(71)에서 수행되는 데이터 수집 및 스위치 조절 방법에도 적용될 수 있다.
계통(10)은 발전소, 변전소 및 송전선을 포함하는 전기적인 연계(grid)이다. 계통(10)이 정상 상태인 경우에는 예컨대, 부하(80)가 계통(10)으로부터 전력을 공급받을 수 있고, 계통(10)이 이상 상태인 경우에는 예컨대, 배터리(70)와의 연계가 차단될 수도 있다.
메인 계량부(30)는 부하(80)에서 소비되는 전력의 시간대별 사용량을 측정하고, 이에 따른 시간대별 요금을 산출한다.
배전반(40)은 계통(10)으로부터 공급되는 전력, 하나 이상의 신 재생 에너지 발전부(50, 60)에서 생성되는 전력 등을 수신하여 각종 설비로 배전한다.
태양광 발전부(50)는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생성한다. 태양광 발전부(50)는 태양광 패널(Photovoltaic Panels. PV) 등을 포함할 수 있다. 태양광 패널 등에서는 직류 전력이 출력될 수 있다.
태양광 전력 변환부(51)는 태양광 발전부(50)에서 발전된 에너지 변환을 수행한다. 예컨대, 태양광 전력 변환부(51)는 태양광 발전부(50)를 통해 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 직류-교류 컨버터(DC-AC converter)를 포함할 수 있다.
제1 계량부(53)는 태양광 전력 변환부(51)로부터 공급되는 전력의 시간대별 사용량을 측정하고, 이에 따라 시간대별 요금을 산출한다.
풍력 발전부(60)는 풍력 에너지로부터 전기 에너지를 생성한다. 풍력 발전부(60)는 풍력 터빈 등을 포함할 수 있다. 풍력 터빈 등에서는 교류 전력이 출력될 수 있다.
풍력 전력 변환부(61)는 풍력 발전부(60)에서 발전된 에너지 변환을 수행한다. 예컨대, 풍력 전력 변환부(61)는 풍력 발전부(60)를 통해 공급되는 교류 전력을 교류 전력으로 변환하는 교류-교류 컨버터(AC-AC converter)를 포함할 수 있다. 교류-교류 컨버터는 풍력 발전부(60)를 통해 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환한 후, 교류 전력으로 변환하는 양방향 컨버터를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 계량부(63)는 풍력 전력 변환부(61)로부터 공급되는 전력의 시간대별 사용량을 측정하고, 이에 따라 시간대별 요금을 산출한다.
배터리(70)는 태양광 전력 변환부(51) 또는 풍력 전력 변환부(61)를 통해 변환된 교류 전력을 저장한다. 또는 배터리(70)는 계통(10)으로부터 전력을 공급받아 충전될 수도 있다. 배터리(70)는 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있으며, 배터리 셀은 예컨대, 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery), 금속 리튬 전지, 공기 아연 축전지 등일 수 있다.
배터리 전력 변환부(71)는 배터리(70)에 저장된 에너지 변환을 수행한다. 예컨대, 배터리 전력 변환부(71)는 배터리(70)에 저장된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 교류-직류 컨버터(AC-DC converter)를 포함할 수 있다.
제3 계량부(73)는 배터리(70)로부터 출력되는 전력의 시간대별 사용량을 측정하고, 이에 따라 시간대별 요금을 산출한다.
스위치(90)는 에너지 관리부(20)의 제어에 의하여 온 또는 오프로 동작함으로써, 배터리(70)로 유입되는 전력 또는 배터리(70)로부터 출력되는 전력을 단속한다.
부하(80)는 계통(10), 발전부(50, 60) 또는 배터리(70)로부터 전력을 전달받아 소비한다. 예컨대, 부하(80)는 전력을 공급받아 소비하는 집, 건물 공장 등에 구비된 시설일 수 있다.
에너지 관리부(20)는 메인 계량부(30) 또는 부하(80)로부터 부하 데이터를 전송받아, 현재 부하량이 얼마인지 알 수 있다. 또한, 에너지 관리부(20)는 제1 계량부(53), 제2 계량부(63) 등으로부터 에너지 데이터를 전송받아, 에너지 발전량이 얼마인지 알 수 있다.
에너지 관리부(20)는 현재 부하량과 에너지 발전량을 비교하여, 에너지 발전량이 현재 부하량보다 크면, 스위치(90)에 스위치 오프 신호를 전송하여 배터리(70)에 유입 또는 유출되는 전력을 차단할 수 있다.
또한, 에너지 관리부(20)는 에너지 발전량이 현재 부하량보다 작으면, 스위치(90)에 스위치 온 신호를 전송하여 배터리(70)에 전력이 유입 또는 유출되도록 제어할 수 있다.
한편, 에너지 관리부(20)는 제3 계량부(73)로부터 전송된 배터리(70) 전력량 관련 정보를 이용하여, 스위치(90)에 스위치 온 신호 또는 스위치 오프 신호를 유동적으로 전송할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시 예 외의 많은 실시 예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
100: 에너지 관리 시스템
110: 데이터 수신부
131: 전체 부하량 산출부
133: 신 재생 에너지 발전량 산출부
135: 배터리 저장량 산출부
150: 비교부
170: 스위치 신호 송신부

Claims (5)

  1. 배터리에 유입 또는 유출되는 에너지를 제어하는 에너지 관리 시스템에 있어서,
    부하 데이터 또는 에너지 데이터를 수신하는 데이터 수신부;
    상기 데이터 수신부에 전송된 상기 부하 데이터를 이용하여 소비 전력의 총량을 산출하는 전체 부하량 산출부;
    상기 데이터 수신부에 전송된 상기 에너지 데이터를 이용하여 발전 전력의 총량을 산출하는 에너지 발전량 산출부;
    상기 전체 부하량 산출부에서 산출된 상기 소비 전력의 총량과 상기 에너지 발전량 산출부에서 산출된 상기 발전 전력의 총량을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교 결과에 따라 상기 배터리로 유입되는 전력 또는 상기 배터리로부터 유출되는 전력을 단속하는 스위치; 및
    상기 비교부의 비교 결과를 수신하여, 상기 소비 전력의 총량보다 상기 발전 전력의 총량이 크면, 상기 스위치에 스위치 오프 신호를 전송하여, 상기 배터리에 유입되는 전력을 차단하고,
    상기 소비 전력의 총량보다 상기 발전 전력의 총량이 작으면, 상기 스위치에 스위치 온 신호를 전송하여, 상기 배터리에 전력이 유입되도록 제어하는 에너지 관리부를 포함하고,
    상기 에너지 관리부는
    상기 소비 전력의 총량보다 상기 발전 전력의 총량이 큰 경우가 상기 소비 전력의 총량보다 상기 발전 전력의 총량이 작은 경우에 비해, 에너지 요금이 저렴한 것으로 판단하여, 상기 배터리에 유입되는 전력을 차단하는
    에너지 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 수신부는 부하 또는 메인 계량 장치로부터 상기 부하 데이터를 전송받는
    에너지 관리 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발전 전력을 생산하는 발전 시스템은 태양광 발전 시스템 또는 풍력 발전 시스템 중 적어도 하나를 포함하는
    에너지 관리 시스템.
  5. 삭제
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