KR101738427B1 - 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템을 고려한 자동발전제어 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 발전기와 에너지 저장 시스템(Energy Storage System : ESS)을 포함하는 발전 설비에 대한 자동 발전 제어 시 전력계통의 안정도를 향상시킬 수 있는 효율적인 자동 발전 제어가 가능한 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 미리 결정된 주기에 따라 전력계통의 계통 주파수를 취득한 후 이를 이용하여 지역 제어 오차(Area Control Error : ACE) 신호를 생성하는 ACE 신호 생성부; 상기 지역 제어 오차 신호를 하이 패스 필터링하는 하이 패스 필터링부; 및 상기 하이 패스 필터링된 지역 제어 오차 신호를 이용하여 상기 전력계통과 연계되는 에너지 저장 시스템을 구성하는 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 동작을 위한 제어치를 생성하는 ESS 제어치 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 발전기용 제어 신호와 에너지 저장 시스템(Energy Storage System : ESS)용 제어 신호를 별도로 분리하여 발전기의 발전량 제어 및 에너지 저장 시스템의 SOC(State Of Charge) 제어가 동시에 가능해지므로, 발전기와 에너지 저장 시스템이 통합된 형태의 발전 설비에 대해서도 주파수 조정을 통한 자동 발전 제어를 효율적으로 수행할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템{Auto generation control system based on energy storage system}
본 발명은 에너지 저장 시스템을 고려한 자동발전제어 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 발전기와 에너지 저장 시스템(Energy Storage System : ESS)을 포함하는 발전 설비에 대한 자동 발전 제어 시 전력계통의 안정도를 향상시킬 수 있는 효율적인 자동 발전 제어가 가능한 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 자동 발전 제어(Automatic Genetation Control : AGC)란 전력계통의 수요 변화에 따라 발전기 출력을 자동으로 제어하는 것을 의미하며, 전력 계통에서 이러한 자동 발전 제어가 필수적으로 요구되는 이유는 요구되는 전략량에 따라 각 발전기의 발전량을 조절함으로써 과도한 발전량에 따른 발전 비용 손실을 사전에 방지하기 위함이다.
종래의 자동 발전 제어의 경우 기존 주파수와 측정 주파수의 차이에 의해 발생하는 지역 제어 오차(Area Control Error : ACE)를 전력 계통을 구성하는 복수 개의 발전기 각각에 대하여 미리 결정된 참여율에 따라 분배하는 방식을 주로 활용하고 있다.
도 1은 종래의 자동 발전 제어 방법에 대한 참고도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 경우 부하 D1 측으로 50MW의 발전 용량을 공급하는 발전기 G1 및 100MW의 발전 용량을 공급하는 발전기 G2에 대하여 미리 결정된 참여율이 각각 50%이고 계통 주파수 저하에 따라 요구되는 추가 발전 용량이 20MW인 경우, 발전기 각각의 참여율에 따라 발전기 G1 및 G2가 각각 10MW의 발전 용량을 부하 D1 측으로 추가 공급하는 방식으로 자동 발전 제어가 이루어졌다.
그러나, 최근 각광받고 있는 풍력 또는 태양광 발전과 같은 간헐적 출력 특성을 갖는 신재생 전원(Renewable Energy Source : RES)의 경우 신재생 전원 단독이 아닌 복수의 에너지 저장 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System : ESS)과 결합된 복합 발전원 형태로 운영되고 있으며, 이 경우 종래의 자동 발전 제어 방식을 그대로 적용하는 경우 에너지가 한정적인 에너지 저장 시스템의 특성상 에너지가 완전 방전되거나 또는 완전 충전되는 경우가 발생하게 되어 주파수 조정 참여가 어려워지게 되며, 이에 따라 효율적인 자동 발전 제어가 제대로 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서 발전기와 에너지 저장 시스템(Energy Storage System : ESS)을 포함하는 발전 설비에 대한 자동 발전 제어 시 에너지 저장 시스템을 구성하는 복수의 에너지 저장 장치 각각의 SOC(State Of Charge)를 고려한 자동 발전 제어를 수행함으로써 자동 발전 제어 시 전력계통의 안정도를 향상시킬 수 있는 효율적인 자동 발전 제어가 가능한 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템은 미리 결정된 주기에 따라 전력계통의 계통 주파수를 취득한 후 이를 이용하여 지역 제어 오차(Area Control Error : ACE) 신호를 생성하는 ACE 신호 생성부; 상기 지역 제어 오차 신호를 하이 패스 필터링하는 하이 패스 필터링부; 및 상기 하이 패스 필터링된 지역 제어 오차 신호를 이용하여 상기 전력계통과 연계되는 에너지 저장 시스템을 구성하는 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 동작을 위한 제어치를 생성하는 ESS 제어치 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 ACE 신호 생성부 및 상기 하이 패스 필터링부 사이에 배치되어 상기 지역 제어 오차 신호를 로우 패스 필터링한 후 상기 로우 패스 필터링된 지역 제어 오차 신호를 상기 하이 패스 필터링부로 전송하는 로우 패스 필터링부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어치에 부가되는 상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 SOC(State of Charge) 제약을 위한 기준값을 생성하는 제1 ESS 기준값 생성부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어치에 부가되는 상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 SOC(State of Chare) 제어를 위한 기준값을 생성하는 제2 ESS 기준값 생성부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어치를 상기 에너지 저장 시스템 측으로 전송하거나 상기 제어치 및 상기 제1 ESS 기준값 생성부에서 생성된 기준값 또는 상기 제어치 및 상기 제2 ESS 기준값 생성부에서 생성된 기준값을 상기 에너지 저장 시스템 측으로 전송하는 믹서부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 발전기용 제어 신호와 에너지 저장 시스템(Energy Storage System : ESS)용 제어 신호를 별도로 분리하여 발전기의 발전량 제어 및 에너지 저장 시스템의 SOC(State Of Charge) 제어가 동시에 가능해지므로, 발전기와 에너지 저장 시스템이 통합된 형태의 발전 설비에 대해서도 주파수 조정을 통한 자동 발전 제어를 효율적으로 수행할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 자동 발전 제어 방법에 대한 참고도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템의 블록도,
도 3 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템의 동작 참고 그래프,
도 8 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템의 동작에 따른 에너지 저장 시스템의 SOC 변화에 대한 참고 그래프,
도 11은 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템의 블록도, 및
도 12는 본 발명에 따른 제어 신호와 응동 간의 상관관계(correlation)에 대한 참고 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들을 설명함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템 중 에너지 저장 시스템(Energy Storage System : ESS)을 구성하는 복수 개의 에너지 저장 장치의 SOC(State Of Charge) 제어와 관련된 부분만을 도시한 것으로, 도 2를 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템(1)은 ACE 신호 생성부(10), 로우 패스 필터링부(20), 하이 패스 필터링부(30), ESS 제어치 생성부(40), 제1 ESS 기준값 생성부(50), 제2 ESS 기준값 생성부(60), 및 믹서부(65)를 포함한다.
ACE 신호 생성부(10)는 미리 결정된 주기에 따라 전력계통의 계통 주파수를 취득한 후 이를 이용하여 지역 제어 오차(Area Control Error : ACE) 신호를 생성한다.
여기에서, 지역 제어 오차란 계획된 전력 수요와 실시간으로 나타나는 전력 수요의 차이로 인하여 전력 계통 내부의 모선에서 발생하는 오차를 의미하며, ACE 신호 생성부(10)는 전력계통의 계통 주파수와 미리 결정된 기준 주파수(예컨대, 60Hz)의 차이값(다시 말해서, 주파수의 변화량)을 미리 결정된 계통정수와 곱하는 방식으로 상기 지역 제어 오차 신호를 생성할 수 있는데, 이를 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016034281818-pat00001
여기에서, ACE는 지역 제어 오차, B는 계통의 특성을 나타내는 계통정수, 및 Δf는 주파수의 변화량(전력 계통의 계통 주파수 - 기준 주파수)을 의미한다.
로우 패스 필터링부(20)는 ACE 신호 생성부(10)에서 생성된 상기 지역 제어 오차 신호를 로우 패스 필터링한다. 여기에서, 로우 패스 필터링부(20)에 의해 상기 지역 제어 오차 신호를 로우 패스 필터링하는 이유는 상기 지역 제어 오차 신호에 포함된 불필요한 잔진동을 제거하기 위함이다.
하이 패스 필터링부(30)는 로우 패스 필터링부(20)를 통과한 지역 제어 오차 신호(다시 말해서, 로우 패스 필터링된 지역 제어 오차 신호)를 하이 패스 필터링한다.
일 예로, 하이 패스 필터링부(30)는 하기 수학식 2에 따라 상기 로우 패스 필터링된 지역 제어 오차 신호를 하이 패스 필터링할 수 있다.
Figure 112016034281818-pat00002
여기에서, HACE,i는 i번째 제어 주기의 지역 제어 오차 신호의 고주파 성분,HACE,i-1은 i-1번째 제어 주기의 지역 제어 오차 신호의 고주파 성분, ACE,i는 i번째 제어 주기의 지역 제어 오차 신호, ACE,i-1은 i-1번째 제어 주기의 지역 제어 오차 신호, TC는 하이 패스 필터링부의 시정수, 및 TAGC는 주파수 조정 제어 주기를 의미한다.
또한, 하이 패스 필터링부(30)가 로우 패스 필터링부(20)를 통과한 지역 제어 오차 신호에 대한 하이 패스 필터링을 수행하는 이유는 상기 로우 패스 필터링된 지역 제어 오차 신호에 포함된 DC Offset을 제거함으로써 상기 지역 제어 오차 신호에 신호의 변화속도가 빠른 주기적인 성분만이 포함되도록 함으로써 에너지 저장 시스템의 SOC 관리를 용이하게 할 수 있도록 하기 위함이다.
ESS 제어치 생성부(40)는 하이 패스 필터링부(30)를 통과한 지역 제어 오차 신호(다시 말해서, 하이 패스 필터링된 지역 제어 오차 신호)를 이용하여 전력계통과 연계되는 에너지 저장 시스템을 구성하는 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 동작을 위한 제어치를 생성한다.
이때, ESS 제어치 생성부(40)는 하이 패스 필터링부(30)를 통과한 지역 제어 오차 신호에 따라 결정되는 에너지 저장 시스템의 충전 전력 또는 방전 전력 값과 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 SOC에 따라 미리 결정되거나 또는 실시간으로 결정되는 참여율(다시 말해서, 분배 계수)을 곱하는 방식으로 상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 동작을 위한 제어치를 생성할 수 있다.
제1 ESS 기준값 생성부(50)는 상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 동작을 위한 제어치에 부가되는 상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 SOC 제약을 위한 기준값을 생성한다.
이때, 제1 ESS 기준값 생성부(50)는 하기 수학식 3과 같이 상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 SOC 제약을 위한 기준값을 생성할 수 있다.
Figure 112016034281818-pat00003
여기에서, PGi MAX는 ESS 방전 최대용량(MW), PCi MAX는 ESS 충전 최대용량(MW),SOCi는 현재 ESS의 SOC 값(%), SOCi min은 ESS의 SOC 최소값(%), SOCi max는 ESS의 SOC 최대값(%), Ei는 ESS의 에너지 저장용량(MWh), 및 Tmax는 주파수 조정 자원 (다시 말해서, 에너지 저장 장치) 최대출력 유지시간(초)를 의미한다.
다시 말해서, 제1 ESS 기준값 생성부(50)의 경우 하기 수학식 3에 따라 결정되는 ESS 충전 최대용량(PCi MAXX)을 SOC 제약을 위한 하한 기준값으로 결정하고, ESS 방전 최대용량(PGi MAX)을 SOC 제약을 위한 상한 기준값으로 결정한 후 두 값의 평균값을 산출하여 이를 상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 SOC 제약을 위한 기준값으로 결정할 수 있게 된다.
제2 ESS 기준값 생성부(60)는 상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 동작을 위한 제어치에 부가되는 상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 SOC(State Of Charge) 제어를 위한 기준값을 생성한다.
이때, 제2 ESS 기준값 생성부(60)는 미리 결정된 ESS의 SOC 제어주기에 따라 다음 SOC 제어 주기에 미리 결정된 목표 SOC에 도달할 수 있는 충전 전력값(- 값) 또는 방전 전력값(+ 값)을 상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 SOC 제어를 위한 기준값으로 생성할 수 있다.
또한, 제1 ESS 기준값 생성부(50) 및 제2 ESS 기준값 생성부(60)의 경우 본 발명의 에너지 저장 장치를 고려한 자동 발전 제어 시스템을 운영하는 사용자로부터 입력되는 기준값 생성 명령에 따라 동작이 이루어질 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 경우 에너지 저장 시스템의 제어를 위해 ESS 제어치 생성부(40)에서 입력되는 제어치 만이 에너지 저장 시스템 측으로 전송되거나, 상기 제어치 및 제1 ESS 기준값 생성부(50)에서 생성되는 기준값이 에너지 저장 시스템 측으로 전송되거나 또는 상기 제어치 및 제2 ESS 기준값 생성부(60)에서 생성되는 기준값이 에너지 저장 시스템 측으로 전송될 수 있게 되므로, 본 발명의 경우 필요시 변화하는 에너지 저장 시스템의 SOC에 따라 SOC 제어 기준값을 설정하여 연속적인 주파수 조정 참여가 가능해지는 장점을 갖는다.
믹서부(65)는 ESS 제어치 생성부(40)에서 생성되는 제어치를 에너지 저장 시스템 측으로 전송하거나 상기 제어치 및 제1 ESS 기준값 생성부(50)에서 생성되는 기준값을 에너지 저장 시스템 측으로 전송하거나 또는 상기 제어치 및 제2 ESS 기준값 생성부(60)에서 생성되는 기준값을 에너지 저장 시스템 측으로 전송한다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템의 동작 참고 그래프이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, ACE 신호 생성부(10)가 도 3에 도시된 그래프와 같이 미리 결정된 시간 간격으로 취득된 전력 계통의 계통 주파수를 이용하여 상기 수학식 1에 따라 도 4에 도시된 그래프와 같은 지역 제어 오차 신호(단위 : MW)를 생성한다.
그리고, 로우 패스 필터링부(20)가 상기 지역 제어 오차 신호에 대한 로우 패스 필터링을 수행하여 도 5에 도시된 그래프와 같은 로우 패스 필터링된 지역 제어 오차 신호(단위 : MW)를 생성한 후 하이 패스 필터링부(30)가 이에 대한 하이 패스 필터링을 수행하여 도 6에 도시된 그래프와 같은 지역 제어 오차 신호(단위 : MW)를 생성한다.
그리고, ESS 제어치 생성부(40)가 상기 하이 패스 필터링된 지역 제어 오차 신호와 에너지 저장 시스템을 구성하는 복수 개의 에너지 저장 장치별로 미리 결정되거나 또는 실시간으로 결정되는 참여율(다시 말해서, 분배 계수)을 곱하여 도 7에 도시된 그래프와 같은 상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 동작을 위한 제어치(단위 : MW)를 생성하게 된다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템의 동작에 따른 에너지 저장 시스템의 SOC 변화에 대한 참고 그래프이다.
도 8의 경우 ESS 제어치 생성부(40)에서 생성된 제어치에 따른 에너지 저장 시스템의 시간에 따른 SOC 변화에 대한 그래프이며, 도 8을 참조하면, 상기 제어치에 따른 에너지 저장 시스템의 SOC(도 8의 SOC)가 에너지 저장 시스템의 목표 SOC(도 8의 SOC_Target)와 근접한 상태로 유지되고 있는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 도 9의 경우 ESS 제어치 생성부(40)에서 생성된 제어치 및 제1 ESS 기준값 생성부(60)에서 생성된 기준값(다시 말해서, 에너지 저장 시스템의 SOC 제약을 위한 기준값)에 따른 에너지 저장 시스템의 시간에 따른 SOC 변화에 대한 그래프이며, 도 9를 참조하면, 상기 제어치만 적용된 경우의 에너지 저장 시스템의SOC(도 9의 SOC_RAW)와 비교시 상기 제어치 및 상기 기준값이 적용된 SOC(도 9의 SOC)가 상기 기준값에 의해 보다 높은 값을 갖는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 10의 경우 ESS 제어치 생성부(40)에서 생성된 제어치 및 제2 ESS 기준값 생성부(70)에서 생성된 기준값(다시 말해서, 에너지 저장 시스템의 SOC 제어를 위한 기준값)에 따른 에너지 저장 시스템의 시간에 따른 SOC 변화에 대한 그래프이며, 도 10을 참조하면, 상기 기준값에 의래 에너지 저장 시스템의 SOC(도 10의 SOC)가 순간 상승한 후 상기 제어치 및 상기 기준값에 따라 에너지 저장 시스템의 목표 SOC(도 10의 SOC_Target)를 크게 벗어나지 않는 상태로 유지되고 있는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템의 블록도이다.
도 11은 본 발명의 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템의 발전기 제어와 관련 부분 및 에너지 저장 시스템(Energy Storage System : ESS)을 구성하는 복수 개의 에너지 저장 장치의 제어와 관련된 부분을 모두 도시한 것으로, 도 11을 참조하면 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템(100)은 ACE 신호 생성부(10), 로우 패스 필터링부(20), 제1 믹서부(25), 하이 패스 필터링부(30), ESS 제어치 생성부(40), 제1 ESS 기준값 생성부(50), 제2 ESS 기준값 생성부(60), 제2 믹서부(65), 인테그럴부(70), 제1 발전기 제어치 생성부(80), 제3 믹서부(85), 제2 발전기 제어치 생성부(90), 및 발전기 기준값 생성부(95)을 포함한다.
이때, ACE 신호 생성부(10), 로우 패스 필터링부(20), 하이 패스 필터링부(30), ESS 제어치 생성부(40), 제1 ESS 기준값 생성부(50), 제2 ESS 기준값 생성부(60), 및 제2 믹서부(65)의 경우 도 2를 참조하여 전술한 바 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
제1 믹서부(25)는 로우 패스 필터링부(20)를 통과한 지역 제어 오차 신호 및 로우 패스 필터링부(20) 및 하이 패스 필터링부(30)를 통과한 지역 제어 오차 신호를 이용하여 발전기 제어를 위한 지역 제어 오차 신호를 생성한 후 이를 제1 발전기 제어치 생성부(80)로 전송한다.
다시 말해서, 제1 믹서부(25)는 로우 패스 필터링부(20)를 통과한 지역 제어 오차 신호에서 로우 패스 필터링부(20) 및 하이 패스 필터링부(30)를 통과한 지역 제어 오차 신호 성분(다시 말해서, ESS 제어를 위해 사용되는 지역 제어 오차 신호)을 제외한 신호를 생성한 후 이를 제1 발전기 제어치 생성부(80)로 전송하게 되는데, 이를 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016034281818-pat00004
여기에서, LACE,i는 i번째 지역 제어 오차 신호의 저주파 성분(다시 말해서, 발전기 제어를 위한 지역 제어 오차 신호), ACE,i는 로우 패스 필터링부(20)를 통과한 지역 제어 오차 신호, 및 HACE,i는 로우 패스 필터링부(20) 및 하이 패스 필터링부(30)를 통과한 지역 제어 오차 신호를 의미한다.
이에 따라, 본 발명의 경우 발전기의 발전량 제어를 위한 지역 제어 오차 신호 및 에너지 저장 시스템의 SOC 제어를 위한 지역 제어 오차 신호를 분리할 수 있게 되며, 그 결과 발전기의 발전량 제어 및 에너지 저장 시스템의 SOC 제어가 동시에 가능한 장점을 갖는다.
인테그럴부(70)는 ACE 신호 생성부(20)로부터 전송되는 지역 제어 오차 신호에 대한 인테그럴(integral : 적분)을 수행한 후 상기 인테그럴된 지역 제어 오차 신호를 제2 발전기 제어치 생성부(90)로 전송한다.
제1 발전기 제어치 생성부(80) 및 제2 발전기 제어치 생성부(90)는 발전기 에 대한 자동 발전 제어를 위한 PI 제어에 있어서, 비례제어를 위한 제어치 및 적분제어를 위한 제어치를 각각 생성하며, 제1 발전기 제어치 생성부(80)의 경우 상기 수학식 4에 따라 제1 믹서부(25)로부터 전송되는 지역 제어 오차 신호의 저주파 성분과 각 발전기의 응동 속도에 따라 미리 결정된 각 발전기별 참여율(다시 말해서, 분배 계수)을 곱하여 비례제어를 위한 제어치를 생성한다.
그리고, 제2 발전기 제어치 생성부(90)는 인테그럴부(70)를 통과한 상기 인테그럴된 지역 제어 오차 신호를 각 발전기의 증분비에 따라 미리 결정된 각 발전기별 참여율(다시 말해서, 분배 계수)을 곱하여 적분제어를 위한 제어치를 생성한다.
발전기 기준값 생성부(95)는 경제 급전(Economic Dispatch)을 위해 총 발전비용이 최소화되는 제어 기준값을 생성하며, 이에 따라 최종적으로 발전기 측으로 전송되는 제어 신호는 발전기 기준값 생성부(95)에서 생성된 기준값과 지역 제어 오차 신호에 따른 각 발전기별 할당량(다시 말해서, 제1 발전기 제어치 생성부(80) 및 제2 발전기 제어치 생성부(90)에서 생성되는 제어치의 합)의 합이 될 수 있다.
본 발명은 전력 계통으로부터 수집되는 전력 계통 주파수를 이용하여 지역 제어 오차(Area Control Error : ACE) 신호를 생성한 후 이를 발전기 발전량 제어를 위한 저주파 성분과 에너지 저장 시스템 SOC 제어를 위한 고주파 성분으로 분리한 후 이를 이용하여 발전기 발전량 제어를 위한 제어치 및 에너지 저장 시스템 SOC 제어를 위한 제어치를 동시에 생성하는 방식으로 자동 발전 제어를 수행하는 것이 가능하다.
따라서, 발전기와 에너지 저장 시스템이 통합된 형태의 발전 설비에 대해서도 주파수 조정을 통한 자동 발전 제어를 효율적으로 수행할 수 있는 장점을 가지게 되며, 발전기와 에너지 저장 시스템이 통합된 형태의 발전 설비에서 본 발명에 따른 자동 발전 제어를 수행하게 되는 경우 도 12에 도시된 그래프와 같은 본 발명에 따른 제어 신호와 응동 간의 상관관계(correlation)가 발전기 단독으로 적용된 발전설비와 비교시 매우 높아지는(종래의 경우 0.7 내지 0.8, 본 발명의 경우 약 0.996) 장점을 갖는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의해서 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(1, 100) : 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템
(10) : ACE 신호 생성부 (20) : 로우 패스 필터링부
(30) : 하이 패스 필터링부 (40) : ESS 제어치 생성부
(50) : 제1 ESS 기준값 생성부 (60) : 제2 ESS 기준값 생성부
(70) : 인테그럴부 (80) : 제1 발전기 생성부
(90) : 제2 발전기 제어치 생성부 (95) : 발전기 기준값 생성부

Claims (5)

  1. 미리 결정된 주기에 따라 전력계통의 계통 주파수를 취득한 후 이를 이용하여 지역 제어 오차(Area Control Error : ACE) 신호를 생성하는 ACE 신호 생성부;
    상기 지역 제어 오차 신호를 로우 패스 필터링하는 로우 패스 필터링부;
    상기 로우 패스 필터링된 지역 제어 오차 신호를 하이 패스 필터링하는 하이 패스 필터링부;
    상기 로우 패스 필터링부를 통과한 지역 제어 오차 신호 및 상기 로우 패스필터링부 및 상기 하이 패스 필터링부를 통과한 지역 제어 오차 신호를 이용하여 상기 전력계통을 구성하는 각 발전기의 제어를 위한 지역 제어 오차 신호를 생성하는 제1 믹서부;
    상기 제1 믹서부에서 생성된 상기 각 발전기의 제어를 위한 지역 제어 오차 신호를 이용하여 상기 각 발전기의 비례제어를 위한 제어치를 생성하는 제1 발전기 제어치 생성부; 및
    상기 로우 패스 필터링부 및 상기 하이 패스 필터링부를 통과한 지역 제어 오차 신호를 이용하여 상기 전력계통과 연계되는 에너지 저장 시스템을 구성하는 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 동작을 위한 제어치를 생성하는 ESS 제어치 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 ACE 신호 생성부로부터 전송되는 지역 제어 오차 신호에 대한 인테그럴(integral)을 수행하는 인테그럴부 및 상기 인테그럴부로부터 상기 인테그럴된 지역 제어 오차 신호를 전송받은 후 이를 이용하여 상기 각 발전기의 적분제어를 위한 제어치를 생성하는 제2 발전기 제어치 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 동작을 위한 제어치에 부가되는 상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 SOC(State of Charge) 제약을 위한 기준값을 생성하는 제1 ESS 기준값 생성부 및 상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 동작을 위한 제어치에 부가되는 상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 SOC(State Of Charge) 제어를 위한 기준값을 생성하는 제2 ESS 기준값 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 복수 개의 에너지 저장 장치 각각의 동작을 위한 제어치를 상기 에너지 저장 시스템 측으로 전송하거나 상기 제어치 및 상기 제1 ESS 기준값 생성부에서 생성된 기준값 또는 상기 제어치 및 상기 제2 ESS 기준값 생성부에서 생성된 기준값을 상기 에너지 저장 시스템 측으로 전송하는 제2 믹서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템을 고려한 자동 발전 제어 시스템.
  5. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108574289A (zh) * 2018-03-13 2018-09-25 浙江大学 一种有关微网孤岛运行的基于集中控制的阶梯式调频方法
CN110233486A (zh) * 2018-12-17 2019-09-13 万克能源科技有限公司 基于主动预测soc的储能辅助模糊pid控制方法
KR20210006656A (ko) * 2019-07-09 2021-01-19 한국전력공사 주파수 조정용 에너지 저장 장치의 운전 최적화 장치 및 방법

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