KR101781753B1 - 출력 변동 경감을 위해 피어슨 상관계수를 이용한 ess의 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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김지수
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오윤식
조규정
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김민성
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Abstract

본 명세서는 발전기에서 출력된 전압 및 주파수의 변동성을 저감시킬 수 있는 배터리 충방전 제어 장치 및 그 방법을 개시한다. 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 장치는 신재생에너지 발전기에서 출력된 전압 및 주파수를 센싱하는 센싱부; 상기 전압 및 주파수의 피어슨 상관계수를 연산하는 연산부; 상기 연산된 피어슨 상관계수를 이용하여 배터리 충방전량을 산출하는 산출부; 및 상기 산출된 충방전량에 따라 배터리의 충방전을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

출력 변동 경감을 위해 피어슨 상관계수를 이용한 ESS의 제어 장치 및 그 방법{ENERGY STORAGE SYSTEM CONTROL APPARATUS USING PEARSON'S CORRELATION COEFFICIENT FOR SMOOTHING THE OUTPUT AND METHOD THEREOF}
본 발명은 전력 저장 장치의 출력을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 신재생에너지에 연결되어 출력 전압과 주파수를 보완하는 배터리 전력 저장 장치의 제어 및 그 방법에 관한 것이다.
화석연료 고갈에 따라 에너지원 중 주로 사용되어왔던 화력 에너지의 자원이 고갈되고 있다. 그에 따라서 화력 에너지를 대체하기 위하여 신재생에너지가 각광을 받기 시작했으며, 많은 연구가 활발히 진행되고 있다. 신재생에너지는 무한하며 청정하다는 장점을 갖지만, 그 출력 특성이 자연 환경에 영향을 많이 받기 때문에 간헐성이 심하다는 단점이 있다. 이러한 출력 변동은 계통에서 공급되어야 하는 전력 품질을 저하시키며 계통 안정성에 악영향을 주게 된다. 그렇기 때문에 신재생에너지의 출력 안정화는 전력계통 측면에서 주 관심사이며, 최근 여러 연구 결과가 발표되고 있다.
신재생에너지의 출력 간헐성에도 불구하고 에너지 수요가 지속적으로 상승하면서 기존 계통에 대한 신재생에너지의 용량이 비약적으로 증가하고 있다. 이러한 상황에서 신재생에너지의 출력 간헐성은 심각한 계통 안정성의 문제를 야기하며 그에 따라 신재생에너지원의 출력제어는 필수적이다.
도 1은 신재생에너지의 전력 개통을 간략하게 도시한 참고도이다.
도 1을 참조하면, 신재생에너지의 일 예로 풍력 발전이 도시된 것을 확인할 수 있다. 최근 신재생에너지의 출력 안정화를 위하여 사용되는 대표적인 장치로서는 배터리 전력 저장 장치(Battery Energy Storage System, BESS)가 있다. BESS는 생산된 전력을 저장한 후, 전력이 부족할 경우 계통에 전력을 공급하여 에너지 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다. 한편, BESS는 전력과 같은 전력의 양적인 측면뿐만 아니라, 주파수 제어와 같은 전력의 질적인 측면까지 고려해야 한다. 특히 주파수는 계통 주파수와 동일하게 유지시켜야만 한다.
이에 관한 종래 기술로서 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0048395호가 있다. 상기 종래 기술은 대표적인 주파수 제어 방식으로서, 발전량을 제어하는 드롭(Droop) 제어 방식이다. 그러나 상기 종래 기술은 전압 또는 주파수 제어는 개별 제어로 존재하며 이에 따라 비용적인 문제와 불편함을 야기하고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0048395호
본 명세서에 따른 은 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째, 신재생에너지에서 출력된 주파수와 전압 간의 선형관계를 이용해 그 둘의 출력변동성 경감을 동시에 수행시키고자 한다.
둘째, 전력 계통의 전압 또는 주파수를 동시에 제어하여 안정성과 신뢰성을 향상시키고자 한다.
셋째, 전력 계통의 전압 또는 주파수를 동시에 제어하여 종래 기술에 비해 비용을 낮추고 편의성을 높이고자 한다.
본 명세서에 기재된 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 장치는, 신재생에너지 발전기에서 출력된 전압 및 주파수를 센싱하는 센싱부; 상기 전압 및 주파수의 피어슨 상관계수를 연산하는 연산부; 상기 연산된 피어슨 상관계수를 이용하여 배터리 충방전량을 산출하는 산출부; 및 상기 산출된 충방전량에 따라 배터리의 충방전을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 산출부에서 배터리 충방전량을 산출하는 아래의 수학식을 저장하는 메모리부;를 더 포함할 수 있다.
Figure 112016094691347-pat00001
Power: 충방전량
ferr: 주파수 편차
PCC: 피어슨 상관계수
Critpower: 기준 전력량
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 메모리부는, 상기 연산부에서 피어슨 상관계수를 연산하는 아래 수학식을 더 저장할 수 있다.
Figure 112016094691347-pat00002
Figure 112016094691347-pat00003
: 평균 주파수
Figure 112016094691347-pat00004
: 평균 전압
σf: 주파수 표준편차
σv: 전압 표준편차
fi: i번째 주파수
Vi: i번째 전압
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 산출부는, 상기 주파수 편차가 양의 값이면 배터리 방전량을 산출하고, 상기 주파수 편차가 음의 값이면 배터리 충전량을 산출할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 산출부는, 상기 연산부에서 연산된 피어슨 상관계수의 절대값이 미리 설정된 기준값 이상일 때, 배터리 충방전량을 산출할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 장치는, 배터리 충방전 제어 장치; 및 다수의 이차전지 셀;을 포함하는 배터리 전력 저장 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 방법은, 센싱부, 연산부, 산출부 및 제어부를 포함하는 장치를 이용하여 배터리의 충방전을 제어하는 방법으로서, (a) 상기 센싱부에 의해, 신재생에너지 발전기에서 출력된 전압 및 주파수를 센싱하는 단계; (b) 상기 연산부에 의해, 상기 전압 및 주파수의 피어슨 상관계수를 연산하는 단계; (c) 상기 산출부에 의해, 상기 연산된 피어슨 상관계수를 이용하여 배터리 충방전량을 산출하는 단계; 및 (d) 상기 제어부에 의해, 산출된 충방전량에 따라 배터리의 충방전을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 장치는 메모리부를 더 포함할 수 있으며, 상기 (c) 단계 이전에, 상기 메모리부에 배터리 충방전량을 산출하는 아래의 수학식을 저장하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
Figure 112016094691347-pat00005
Power: 충방전량
ferr: 주파수 편차
PCC: 피어슨 상관계수
Critpower: 기준 전력량
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계 이전에, 상기 메모리부에 피어슨 상관계수를 연산하는 아래 수학식을 더 저장하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
Figure 112016094691347-pat00006
Figure 112016094691347-pat00007
: 평균 주파수
Figure 112016094691347-pat00008
: 평균 전압
σf: 주파수 표준편차
σv: 전압 표준편차
fi: i번째 주파수
Vi: i번째 전압
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (c) 단계는, 상기 산출부에 의해, 상기 주파수 편차가 양의 값이면 배터리 방전량을 산출하고, 상기 주파수 편차가 음의 값이면 배터리 충전량을 산출하는 단계일 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (c) 단계는, 상기 산출부에 의해, 상기 (b) 단계에서 연산된 피어슨 상관계수의 절대값이 미리 설정된 기준값 이상일 때, 배터리 충방전량을 산출하는 단계일 수 있다.
본 명세서에 따른 는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 신재생에너지에서 출력된 주파수와 전압 간의 선형관계를 이용해 그 둘의 출력변동성 경감을 동시에 수행시킬 수 있다.
둘째, 전력 계통의 전압 또는 주파수를 동시에 제어하여 안정성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
셋째, 전력 계통의 전압 또는 주파수를 동시에 제어하여 종래 기술에 비해 비용을 낮추고 편의성을 높일 수 있다.
본 명세서에 기재된 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 신재생에너지의 전력 개통을 간략하게 도시한 참고도이다.
도 2은 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 장치의 구성을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 3은 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 방법을 간략하게 도시한 흐름도이다.
도 4는 시간에 따른 피어슨 상관계수를 나타내는 그래프이다.
도 5는 기존 주파수와 피어슨 상관계수에 따라 제어된 주파수의 비교 그래프이다.
도 6는 기존 전압과 피어슨 상관계수에 따라 제어된 전압의 비교 그래프이다.
도 7은 기존 제어방법에 따른 주파수 및 전압 그래프이다.
도 8은 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 방법에 따른 주파수 및 전압 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 도면을 중심으로 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 장치를 설명하고자 한다.
도 1은 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 장치의 구성을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 장치(100)는 센싱부(110), 연산부(120), 산출부(130), 제어부(140)를 포함할 수 있다. 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 장치(100)는 메모리부(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 센싱부(110)는 신재생에너지 발전기에서 출력된 전압 및 주파수를 센싱할 수 있다. 상기 '신재생에너지 발전기'란 수력, 풍력, 태양광, 지열 등과 같이 자연에서 존재하는 에너지를 이용하여 전기를 발생시키는 기기를 의미한다. 상기 센싱부(110)는 상기 발전기에서 출력된 전압 및 주파수에 관한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 연산부(120)에 출력할 수 있다. 한편, 상기 센싱부(110)는 미리 설정된 주기마다 전압 및 주파수를 센싱하여 그 값을 상기 메모리부(150)에 저장할 수 있다.
상기 연산부(120)는 상기 센싱부(110)에서 출력된 전압 및 주파수 값을 이용하여 피어슨 상관계수를 연산할 수 있다. 이때, 피어슨 상관계수를 연산하기 위한 수학식은 상기 메모리부(150)에 저장될 수 있다. 피어슨 상관계수를 연산하는 수학식 1은 아래와 같다.
<수학식 1>
Figure 112016094691347-pat00009
rfv: 피어슨 상관계수
Figure 112016094691347-pat00010
: 평균 주파수
Figure 112016094691347-pat00011
: 평균 전압
σf: 주파수 표준편차
σv: 전압 표준편차
fi: i번째 주파수
Vi: i번째 전압
상기 연산부(120)는 상기 메모리부(150)에 저장된 전압 및 주파수 값을 이용하여 평균 주파수, 평균 전압, 주파수 표준편차 및 전압 표준편차를 연산할 수 있다. 상기 연산부(120)는 수학식 1을 사용하여 연산된 피어슨 상관계수값을 상기 산출부(130)에 출력할 수 있다.
상기 산출부(130)는 상기 연산부(120)에서 출력된 상기 연산된 피어슨 상관계수를 이용하여 배터리 충방전량을 산출할 수 있다. 이때, 배터리 충방전량을 산출하기 위한 수학식은 상기 메모리부(150)에 저장될 수 있다. 배터리 충방전량을 산출하는 수학식 2는 아래와 같다.
<수학식 2>
Figure 112016094691347-pat00012
Power: 충방전량
ferr: 주파수 편차
PCC: 피어슨 상관계수
Critpower: 기준 전력량
상기 주파수 편차(ferr)란, 전력 계통에서 요구하는 주파수와의 차이를 의미한다. 예를 들어, 가정용 전력 계통의 주파수는 60Hz이므로, 주파수 편차는 상기 60Hz에서 현재 센싱된 주파수값의 차이값(ferr = 60 - fi)로 계산될 수 있다. 상기 전력 계통에서 요구하는 주파수는 전력 계통에 따라 다양함은 자명하다. 한편, 상기 기준 전력량(Critpower)은 미리 설정되거나 다양하게 변화시킬 수 있는 값으로서 이후에 보다 자세히 설명하도록 하겠다. 상기 산출부(130)는 상기 산출된 배터리 충방전량값을 상기 제어부(140)에 산출할 수 있다.
보다 자세하게, 상기 산출부(130)는 상기 주파수 편차가 양의 값(ferr>0)이면 배터리 방전량을 산출하고, 상기 주파수 편차가 음의 값(ferr<0)이면 배터리 충전량을 산출할 수 있다. 즉, 상기 주파수 편차가 양의 값(ferr>0)이라는 것은 발전기에서 출력된 주파수가 전력 계통에서 요구하는 주파수보다 낮다는 것을 의미한다. 따라서 이때에는 배터리의 방전이 필요하다. 반대로 상기 주파수 편차가 음의 값(ferr<0)이라는 것은 발전기에서 출력된 주파수가 전력 계통에서 요구하는 주파수보다 높다는 것을 의미한다. 따라서 이때에는 배터리의 충전이 필요하다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 산출부(130)는 상기 연산부(120)에서 연산된 피어슨 상관계수의 절대값이 미리 설정된 기준값 이상일 때, 배터리 충방전량을 산출할 수 있다.
아래 표 1은 피어슨 상관계수에 따른 주파수와 전압의 선형관계를 나타낸다.
<표 1>
Figure 112016094691347-pat00013
표 1을 참조하면, 피어슨 상관계수의 절대값이 클수록 주파수와 전압은 강한 선형관계를 가진 것을 확인할 수 있다. 즉, 피어슨 상관계수의 절대값이 클수록 배터리의 충전 및 방전을 제어했을 때, 전력 계통의 출력 변동성을 저감시키는 효과가 크다는 것을 알 수 있다. 상기 기준값은 다양하게 설정될 수 있으면, 실시예에 따라 0.7 또는 0.3이 설정될 수 있다.
상기 제어부(140)는 상기 산출부(130)에서 출력된 상기 충방전량에 따라 배터리의 충방전을 제어할 수 있다.
한편, 아래 표 2는 기준 전력량(Critpower) 변화에 따른 주파수와 전압이 표준 편차를 나타낸다.
<표 2>
Figure 112016094691347-pat00014
표 2를 확인하면, 충방전량을 산출할 때 기준 전력량(Critpower)이 클수록 편차가 줄어든 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 장치가 장착되는 환경에 따라 적정한 기준 전력량을 설정하되, 기준 전력량을 높게 설정할수록 효과가 좋을 수 있다.
이하에서는 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 장치(100)를 이용한 배터리 충방전 제어 방법에 대해서 설명하도록 하겠다. 단, 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 방법을 설명함에 있어서 배터리 충방전 장치의 각 구성에 대해서 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략하도록 하겠다.
도 3은 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 방법을 간략하게 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 먼저 단계 S200에서 상기 센싱부(110)는 신재생에너지 발전기에서 출력된 전압 및 주파수를 센싱할 수 있다.
다음 단계 S210에서, 상기 연산부(120)는 상기 전압 및 주파수의 피어슨 상관계수를 연산할 수 있다. 이때, 피어슨 상관계수를 연산하기 위한 수학식은 상기 메모리부(150)에 저장될 수 있다. 피어슨 상관계수를 연산하는 수학식 1은 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.
본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 방법은 단계 S220을 더 포함할 수 있다. 단계 S220에서 상기 산출부(130)는 연산된 피어슨 상관계수의 절대값이 미리 설정된 기준값(rref) 이상인지, 이하인지 여부를 판단할 수 있다. 만약 상기 피어슨 상관계수의 절대값이 미리 설정된 기준값 이하일 때(단계 S220의 NO), 상기 단계 S200으로 이행할 수 있다. 그리고 단계 S200 내지 단계 S220을 반복적으로 실행할 수 있다. 반면, 상기 피어슨 상관계수의 절대값이 미리 설정된 기준값 이상일 때(단계 S220의 YES), 상기 단계 S230으로 이행할 수 있다.
단계 S230에서, 상기 산출부(130)는 상기 연산된 피어슨 상관계수를 이용하여 배터리 충방전량을 산출할 수 있다. 이때, 배터리 충방전량을 산출하기 위한 수학식은 상기 메모리부(150)에 저장될 수 있다. 배터리 충방전량을 산출하는 수학식 2는 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.
본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 방법은 단계 S240을 더 포함할 수 있다. 단계 S240에서, 상기 산출부(130)는 주파수 편차가 양의 값인지, 음의 값인지 판단할 수 있다. 만약 상기 주파수 편차가 양의 값이면(단계 S240의 YES), 단계 S241로 이행할 수 있다. 단계 S241에서는 상기 제어부(140)가 산출된 배터리 방전량에 따라 배터리의 방전을 제어할 수 있다. 반면 상기 주파수 편차가 음의 값이면(단계 S240의 NO), 단계 S242로 이행할 수 있다. 단계 S242에서는 상기 제어부(140)가 산출된 배터리 충전량에 따라 배터리의 충전을 제어할 수 있다. 그리고 단계 S241 및 S242는 모두 단계 S200으로 이행한다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 충방전 제어 방법은 전력 계통을 모니터링하여 실시간 출력 변동성을 저감시킬 수 있다.
<실험예>
이하에서는 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 방법을 이용한 실험예를 통해서 기존 발명과 비교하여 출력의 변동성이 저감되는지 여부에 대해서 설명하도록 하겠다.
도 4는 시간에 따른 피어슨 상관계수를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 가로축은 시간이며, 세로축은 피어슨 상관계수를 나타내는 것을 확인할 수 있다. '0~4 시간' 구간일 때에는 피어슨 상관계수의 절대값이 대체적으로 0.25이하에 머무르며, '16~20 시간' 구간일 때에는 피어슨 상관계수의 절대값이 대체적으로 1에 가까운 것을 미리 확인할 수 있다.
도 5는 기존 주파수와 피어슨 상관계수에 따라 제어된 주파수의 비교 그래프이다.
도 5를 참조하면, 기존 주파수는 붉은 색 세모로 표시되어 있으며, 제어된 주파수는 초록색 원으로 표시되어 있는 것을 확인할 수 있다. 앞서 도 4에 언급한 '0~4 시간' 구간 및 '16~20 시간' 구간을 살펴보면, 피어슨 상관계수의 절대값이 1에 가까울수록 주파수 편차가 큰 폭으로 감소하고 0에 가까울수록 편차가 크다는 것을 확인할 수 있다.
표 3은 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 방법의 적용 전후를 주파수의 평균과 표준편차를 나타낸다.
<표 3>
Figure 112016094691347-pat00015
표 3을 확인하면, 제어 전과 제어 후 평균은 같지만, 표준편차가 줄어든 것을 확인할 수 있다.
도 6는 기존 전압과 피어슨 상관계수에 따라 제어된 전압의 비교 그래프이다.
도 6을 참조하면, 기존 전압은 붉은 색 실선으로 표시되어 있으며, 제어된 전압은 초록색 점선으로 표시되어 있는 것을 확인할 수 있다. 도 6에 도시된 실험예를 통해 계산한 결과, 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 방법을 따른 경우, 기존 전압에 비해 편차가 감소하였음을 확인 할 수 있었다.
표 4는 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 방법의 적용 전후를 전압주파수의 평균과 표준편차를 나타낸다.
<표 4>
Figure 112016094691347-pat00016
표 4를 확인하면, 제어 전과 제어 후 평균은 큰 차이가 없지만, 표준편차가 줄어든 것을 확인할 수 있다.
도 7은 기존 제어방법에 따른 주파수 및 전압 그래프이다.
도 7을 참조하면, 왼쪽에는 주파수가 오른쪽에는 전압이 표시된 것을 확인할 수 있다. 제어 전 주파수는 왼쪽 그래프에서 붉은 색 세모로 표시되었으며, 기존 방법에 따른 제어 후 주파수는 왼쪽 그래프에서 녹색 원으로 표시되어 있다. 제어 전 전압은 오른쪽 그래프에서 붉은 색 실선으로 표시되었으며, 기존 방법에 따른 제어 후 전압은 오른쪽 그래프에서 녹색 점선으로 표시되어 있다. 도 7을 살펴보면, 기존 제어 방법의 경우, 주파수의 편차는 감소하였지만, 오히려 제어 전 전압이 기준 전압인 22.9kV에 더 가깝다는 문제점이 발생하는 것을 확인 할 수 있다.
도 8은 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 방법에 따른 주파수 및 전압 그래프이다.
도 8을 참조하면, 왼쪽에는 주파수가 오른쪽에는 전압이 표시된 것을 확인할 수 있다. 제어 전 주파수는 왼쪽 그래프에서 붉은 색 세모로 표시되었으며, 기존 방법에 따른 제어 후 주파수는 왼쪽 그래프에서 녹색 원으로 표시되어 있다. 제어 전 전압은 오른쪽 그래프에서 붉은 색 실선으로 표시되었으며, 기존 방법에 따른 제어 후 전압은 오른쪽 그래프에서 녹색 점선으로 표시되어 있다. 도 8을 살펴보면, 기존 제어 방법과 비교할 때 본 명세서에 따른 제어 방법은 주파수의 편차가 감소하면서, 전압 또한 기준 전압에 가깝게 제어되는 것을 확인 할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 장치 및 방법은 특정 전력 계통에서만 효과가 있는 것이 아니다. 아래 표 5는 국내 3곳의 풍력발전 지역에서 실험한 결과이다.
<표 5>
상기 표를 살펴보면, 발전량이 서로 다른 3지역 모두에서 주파수 및 전압의 편차가 줄어든 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 배터리 충방전 제어 장치(100)는 배터리 충방전 제어 장치 및 다수의 이차전지 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전력 저장 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다. 상기 다수의 이차전지 셀은 재충전이 가능하고 충전 또는 방전 전압을 고려해야 하는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다. 이차 전지 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이차 전지 셀의 종류, 출력전압, 충전용량 등에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 메모리부(150)는 상기 연산부(120), 산출부(130) 및 제어부(140) 중 어느 하나의 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 상기 센싱부(110), 연산부(120), 산출부(130) 및 제어부(140)와 연결될 수 있다. 상기 메모리부(150)는 RAM, ROM, EEPROM등 데이터를 기록하고 소거할 수 있다고 알려진 공지의 반도체 소자나 하드 디스크와 같은 대용량 저장매체로서, 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상술한 연산부(120), 산출부(130) 및 제어부(140)는 마이크로프로세서로 구성할 수 있다. 이런 경우, 상기 연산부(120), 산출부(130) 및 제어부(140)의 동작은 프로그램 모듈로 구현할 수 있다. 프로그램 모듈은 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터에 의해 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합으로 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 프로그램 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 메모리를 포함한다. 또한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disK)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급언어 코드를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 연산부(120), 산출부(130) 및 제어부(140)의 구성요소는 논리회로를 포함하는 전자회로 모듈로 구체화될 수 있다. 전자회로 모듈의 일 예로는 주문형 반도체(ASIC)을 들 수 있다. 하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 배터리 충방전 제어 장치
110 : 센싱부
120 : 연산부
130 : 산출부
140 : 제어부
150 : 메모리부

Claims (11)

  1. 신재생에너지 발전기에서 출력된 전압 및 주파수를 센싱하는 센싱부;
    상기 전압 및 주파수의 피어슨 상관계수를 연산하는 연산부;
    상기 연산된 피어슨 상관계수를 이용하여 배터리 충방전량을 산출하는 산출부;
    상기 산출된 충방전량에 따라 배터리의 충방전을 제어하는 제어부; 및
    상기 산출부에서 배터리 충방전량을 산출하는 아래의 수학식을 저장하는 메모리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 장치.
    Figure 112017080914981-pat00018

    Power: 충방전량
    ferr: 주파수 편차
    PCC: 피어슨 상관계수
    Critpower: 기준 전력량
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 메모리부는,
    상기 연산부에서 피어슨 상관계수를 연산하는 아래 수학식을 더 저장하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 장치.
    Figure 112017080914981-pat00019

    Figure 112017080914981-pat00020
    : 평균 주파수
    Figure 112017080914981-pat00021
    : 평균 전압
    σf: 주파수 표준편차
    σv: 전압 표준편차
    fi: i번째 주파수
    Vi: i번째 전압
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산출부는,
    상기 주파수 편차가 양의 값이면 배터리 방전량을 산출하고,
    상기 주파수 편차가 음의 값이면 배터리 충전량을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산출부는,
    상기 연산부에서 연산된 피어슨 상관계수의 절대값이 미리 설정된 기준값 이상일 때, 배터리 충방전량을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 장치.
  6. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 배터리 충방전 제어 장치; 및
    다수의 이차전지 셀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전력 저장 시스템.
  7. 센싱부, 연산부, 산출부 및 제어부를 포함하는 장치를 이용하여 배터리의 충방전을 제어하는 방법으로서,
    (a) 상기 센싱부에 의해, 신재생에너지 발전기에서 출력된 전압 및 주파수를 센싱하는 단계;
    (b) 상기 연산부에 의해, 상기 전압 및 주파수의 피어슨 상관계수를 연산하는 단계;
    (c) 상기 산출부에 의해, 상기 연산된 피어슨 상관계수를 이용하여 배터리 충방전량을 산출하는 단계; 및
    (d) 상기 제어부에 의해, 산출된 충방전량에 따라 배터리의 충방전을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법으로서,
    상기 장치는 메모리부를 더 포함할 수 있으며,
    상기 (c) 단계 이전에, 상기 메모리부에 배터리 충방전량을 산출하는 아래의 수학식을 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
    Figure 112017080914981-pat00022

    Power: 충방전량
    ferr: 주파수 편차
    PCC: 피어슨 상관계수
    Critpower: 기준 전력량
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이전에, 상기 메모리부에 피어슨 상관계수를 연산하는 아래 수학식을 더 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
    Figure 112017080914981-pat00023

    Figure 112017080914981-pat00024
    : 평균 주파수
    Figure 112017080914981-pat00025
    : 평균 전압
    σf: 주파수 표준편차
    σv: 전압 표준편차
    fi: i번째 주파수
    Vi: i번째 전압
  10. 제7항에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 산출부에 의해, 상기 주파수 편차가 양의 값이면 배터리 방전량을 산출하고, 상기 주파수 편차가 음의 값이면 배터리 충전량을 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 산출부에 의해, 상기 (b) 단계에서 연산된 피어슨 상관계수의 절대값이 미리 설정된 기준값 이상일 때, 배터리 충방전량을 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
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