KR101819253B1 - 에너지 저장장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

에너지 저장장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 에너지 저장장치에 있어서, 전력시스템으로부터 전력 단가 정보를 수집하는 전력 단가 수집부; 축전기에 충전 전력량 정보를 수집하는 충전량 모니터링부; 상기 축전기에 충전된 전력을 방전하는 방전량을 수집하는 방전량 모니터링부; 상기 전력 단가 수집부에서 수집된 전력 단가를 기초하여 상기 축전기에 전력을 충전 또는 방전하기 위한 일정을 설정하는 충방전 판단부;를 포함한다.

Description

에너지 저장장치 및 그 동작 방법{Energy Storage device and method of operating the same}
본 발명은 에너지 저장장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
배터리 에너지 저장장치(BESS:Battery Energy Storage System)은 발전소나 신재생 에너지 발전 시설에서 생산된 전력을 전력 계통(그리드:Grid)에 저장하였다가 전력 피크와 같이 가장 필요한 때에 공급하여 에너지를 효율적인 이용이 가능하도록 도와 준다. 이러한 에너지 저장 장치는 1차적으로 전력 공급의 안정화와 더불어 신재생 에너지의 확산에 기여할 수 있다.
또한 배터리 에너지 저장장치의 사용목적은 저가격 전력 시간대에 전력을 저장하였다가 고가격 전력 시간대에 기 저장해두었던 전력을 사용하도록 하는 구조를 가진다. 따라서 고가격의 전력을 저가격의 전력으로 사용할 수 있도록 함으로써 경제적 이득을 취할 수 있으며, 전력 시장 전체적인 전력 피크 시의 부하관리를 용이하게 할 수 있다.
종래의 배터리 에너지 저장장치는 배터리가 가지고 있는 전력량, 배터리로 충전 또는 방전되는 순시 전력 등이 표시되고 있다.
배터리 에너지 저장장치의 방전 시 일반 가정에서는 사용자가 상기한 정보들을 기초하여 가정에서 사용하는 부하(형광등, 냉장고 등)을 직접 관리하게 되는데 일반 사용자가 배터리의 축전량과 방전시의 순시 전력만을 가지고 판단하여 댁내 부하를 관리하는 것은 한계가 있다.
도 1은 종래의 시간대별 전력 단가 및 사용량을 나타낸 그래프이고, 도 2는 종래의 배터리 에너지 저장장치의 충방전 일정을 설정하기 위한 예시도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 일반적인 배터리 에너지 저장장치의 충전 및 방전 일정은 도 2에 도시된 바와 같이 충전 시간대 설정(210)을 위한 충전 시작시간과 충전 종료시간을 설정하고, 방전 시간대 설정(220)을 위한 방전 시작시간과 방전 종료시간을 사용자가 입력하게 되어 있다. 그러나 보통의 경우 도 1의 (a)와 같이 시간대별 전력 단가를 적용 받게 되면, 실제 사용하는 전력량은 도 1(b)와 같이 실제 사용하는 전력량은 일일 평균 사용량을 사용하게 된다. 따라서 도 2에서와 같이 시간대별 충전 및 방전의 스케줄링이 정확해야 하는데 정격 충전량에 기반한 배터리 에너지 저장장치는 정확하게 정격량을 100% 충전 및 방전을 수행하기 어렵다.
또한, 배터리 에너지 저장장치의 방전 시 방전 일정 시간대를 잘못 설정하면 예정된 방전시간 보다 빨리 방전되거나 예정된 방전 시간 후에도 많은 축전량이 남아 있을 수 있다.
본 발명은 배터리 에너지 저장장치의 충전 및 방전의 일정을 전력단가에 기반하여 설정할 수 있도록 하기 위한 배터리 에너지 저장장치 및 그 동작 방법을 제공한다.
또한, 배터리 에너지 저장장치의 충전 및 방전을 100%까지 사용 가능할 수 있도록 하는 배터리 에너지 저장장치 및 그 동작 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 에너지 저장장치에 있어서, 전력시스템으로부터 전력 단가 정보를 수집하는 전력 단가 수집부; 축전기에 충전 전력량 정보를 수집하는 충전량 모니터링부; 상기 축전기에 충전된 전력을 방전하는 방전량을 수집하는 방전량 모니터링부; 상기 전력 단가 수집부에서 수집된 전력 단가를 기초하여 상기 축전기에 전력을 충전 또는 방전하기 위한 일정을 설정하는 충방전 판단부;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 배터리 에너지 저장장치 및 그 동작 방법은 시간대별 전력 단가에 기초하여 배터리 에너지 저장장치의 충방전 일정을 설정함으로써, 경제적이고 효율적인 배터리 에너지 저장장치의 운용을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 종래의 시간대별 전력 단가 및 사용량을 나타낸 그래프이다.
도 2는 종래의 배터리 에너지 저장장치의 충방전 일정을 설정하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예가 적용되는 배터리 에너지 저장장치의 충방전을 위한 장치 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 에너지 저장장치의 충전 일정 설정 모드의 동작 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 에너지 저장장치의 방전 일정 설정 모드의 동작 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예가 적용된 배터리 에너지 저장장치의 충방전량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예가 적용된 배터리 에너지 저장장치의 전력 사용량 그래프이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예가 적용되는 배터리 에너지 저장장치의 충방전을 위한 장치 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예가 적용되는 배터리 에너지 저장장치의 충방전을 위한 장치(100)는 전력 단가 수집부(110), 충전량 모니터링부(120), 방전량 모니터링부(130), 충방전 판단부(140), 충방전부(150), 계량부(160), 제어부(170) 및 통신부(180)를 포함한다.
전력 단가 수집부(110)는 전력시스템으로부터 전력 사용 요금에 관련된 정보를 획득할 수 있다. 전력 단가는 시간대에 따라 차별화되어 과금될 수 있다. 전력 단가 수집부(110)는 전력 계통, 전력 거래소 및 각종 전력 관리 서버 등으로부터 시간에 따라 변하는 전력 사용 요금에 대한 정보를 수집할 수 있다. 상기 전력 단가는 월 또는 일 또는 실시간으로 수집될 수 있다.
충전량 모니터링부(120)는 배터리 에너지 저장장치에 충전된 전력 충전량에 관한 정보를 수집한다.
방전량 모니터링부(130)는 배터리 에너지 저장장치에서 방전되는 전력 방전량에 관한 정보를 수집 할 수 있다. 즉, 댁내에서 배터리 에너지 저장장치에 연결되는 적어도 하나의 부하의 전력 사용에 따라 기 충전된 전력에 대한 방전 상태를 모니터링 할 수 있다.
충방전 판단부(140)는 전력 단가 정보 및 전력의 충방전량에 관한 정보에 기초하여 배터리 에너지 저장장치의 충전 및 방전에 대한 여부 및 일정을 판단할 수 있다.
충방전 판단부(140)는 배터리 에너지 저장장치의 충방전 속도에 대해서도 결정할 수 있다.
충방전부(150)는 충방전 판단부(140)에서 결정한 충방전 여부에 기초하여 배터리 에너지 저장장치에 전력을 충전하거나 방전할 수 있다. 충방전부(150)는 전력 시스템으로부터 수신하는 전력을 배터리 에너지 저장장치로 제공하여 댁내 부하에서 소비할 전력에 대한 충전을 할 수 있으며, 상기 충전된 전력에 대하여 부하 사용량에 기초하여 방전할 수 있다.
계량부(160)는 배터리 에너지 저장장치와 충방전을 통하여 송수신하는 전력 사용량을 측정하여 과금될 전력 요금 및 부하 사용량에 따른 전력 사용량을 확인할 수 있다.
계량부(160)는 전력 사용량에 비례하여 과금될 전력 사용량과 배터리 에너지 저장장치에 충방전된 전력 사용량에 따른 과금 전력 사용가격을 측정하여 표시할 수 있다. 또한 계량부(160)는 통신부(180)를 통하여 연결된 복수의 댁내 전력 사용량에 대한 정보를 측정 및 표시할 수 있다.
계량부(160)는 배터리 에너지 저장장치가 충전되는 경우에는 충전되는 전력량에 기초하여 계측기를 순방향으로 수행하도록 하고, 방전되는 경우에는 방전되는 전력량에 기초하여 계측기가 역방향으로 계측이 수행되도록 할 수 있다.
제어부(170)는 배터리 에너지 저장장치의 전체적인 작동을 제어할 수 있다. 제어부(170)는 전력단가 수집부(110)를 통하여 획득된 시간대별 전력 단가 정보를 기초하여 충방전 판단부(140)에서 전력을 충방전 할 수 있도록 제어할 수 있다.
통신부(180)는 전력 충방전의 판단 및 전력 단가 산출 등에 요구되는 각종 정보를 획득하고, 댁내 부하 사용량에 따른 전력 사용량 정보를 송수신할 수 있다. 또한 통신부(180)는 연결된 댁내의 정보 및 부하정보를 획득하고 제어부(170)로 출력할 수 있다. 상기 통신부(180)는 충방전된 전력량에 대한 정보를 해당 댁내로 전송할 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 에너지 저장장치의 전력 충방전 일정을 설정하기 위한 동작을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 에너지 저장장치의 충전 일정 설정 모드의 동작 흐름도이다.
도 4를 참조하면 제어부(170)는 배터리 에너지 저장장치의 전력 충전 일정을 설정하기 위한 충전 일정 설정 모드(S402)를 실행하고, 전력단가 수집부(110)에서 일일 시간대별 전력 단가 정보를 획득할 수 있다.(S404) 전력단가 수집부(110)는 일일 시간대별 전력 단가에 대한 정보 외에도 소정 기간 동안 수집되는 전력 단가에 대하여 시간대별 단가에 대한 평균을 산출하여 시간대별 전력 단가를 획득할 수 있다.
제어부(170)는 상기 획득된 시간대별 전력 단가에 대한 정보를 기초하여 최소 단가를 가지는 적어도 하나의 시간대를 검색할 수 있다(S406) 상기 최소 단가에 대한 기준은 사용자 설정에 따른 기준 단가 또는 일일 전력 사용량에 따른 전력 사용량가의 평균값을 기초하여 그 이하를 최소 단가로 설정할 수 있다. 또한 전력 사용량이 적은 시간대에 전력 단가가 적게 책정되는 경우가 일반적이기 때문에 전력 사용량이 적은 시간대에 적용된 전력 단가를 최소 단가로 적용할 수 있다. 상기 최소단가를 분류하는 기준은 다양하게 적용될 수 있다.
충방전 판단부(140)는 상기 검색된 최소단가를 가지는 시간대의 충전 가능 용량을 산출하고 상기 최소단가를 가지는 시간대의 충전 가능 용량이 축전기 용량 이상인지를 판단할 수 있다.(S408) 즉, 검색된 최소 단가를 가지는 한정된 시간대 또는 해당 시간대에 공급되는 전력량이 충전 대상 축전기의 충전 용량 이상이어야 한다. 따라서 충방전 판단부(140)는 상기 검색된 시간대에서 충전 가능한 전력이 충전 대상 축전기의 용량 미만인 경우 상기 검색된 시간대 이외의 최소 단가를 가지는 시간대를 재검색할 수 있다.
반면, 충방전 판단부(140)는 상기 검색된 시간대에서 충전 가능한 전력이 충전 대상 축전기의 용량 이상인 경우 상기 검색된 시간대로 충전 일정을 설정할 수 있다.(S410)
상기와 같이 본 발명의 실시 예에 따라 일일 또는 소정 기간 동안에 획득된 시간대별 전력 단가를 기초하여 최소 단가를 가지는 시간대를 검색하여 해당 시간대를 충전 일정으로 설정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 에너지 저장장치의 방전 일정 설정 모드의 동작 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 제어부(170)는 배터리 에너지 저장장치의 전력 방전 일정을 설정하기 위한 방전 일정 설정모드(S502)를 실행하고, 전력단가 수집부(110)에서 일일 시간대별 전력 단가 정보를 획득할 수 있다.(S504) 전력단가 수집부(110)는 일일 시간대별 전력 단가에 대한 정보 외에도 소정 기간 동안 수집되는 전력 단가에 대하여 시간대별 단가에 대한 평균을 산출하여 시간대별 전력 단가를 획득할 수 있다.
제어부(170)는 상기 획득된 시간대별 전력 단가에 대한 정보를 기초하여 최대 단가를 가지는 적어도 하나의 시간대를 검색할 수 있다.(S506) 상기 최대 단가에 대한 기준 역시 최소 단가의 기준을 설정하기 위한 다양한 예와 유사하게 설정될 수 있다. 상기 최대 단가에 대한 기준은 사용자 설정에 따른 기준 단가 또는 일일 전력 사용량에 따른 전력 사용량가의 평균값을 기초하여 초과하는 값을 최고단가로 설정할 수 있다. 또한 전력 사용량이 많은 시간대에 전력 단가가 높게 책정되는 경우가 일반적이기 때문에 전력 사용량이 많은 시간대에 적용된 전력 단가를 최대 단가로 적용할 수 있다. 상기 최대 단가를 분류하는 기준은 다양하게 적용될 수 있다.
충방전 판단부(140)는 상기 검색된 최대 단가를 가지는 시간대의 방전 가능 용량을 산출하고, 상기 최대 단가를 가지는 시간대의 방전 가능 용량이 축전기 방전 용량 이상인지를 판단할 수 있다.(S508) 즉, 검색된 최대 단가를 가지는 한정된 시간대 또는 해당 시간대에 소비되는 전력량이 방전 대상 축전기의 방전 용량 이상이어야 한다. 따라서 충방전 판단부(140)는 상기 검색된 시간대에서 방전 가능한 전력이 방전 대상 축전기의 용량 미만인 경우 상기 검색된 시간대 이외의 최대 단가를 가지는 시간대를 재검색 할 수 있다.
반면, 충방전 판단부(140)는 상기 검색된 시간대에서 방전 가능한 전력이 방전 대상 축전기의 용량 이상인 경우 상기 검색된 시간대로 방전 일정을 설정할 수 있다.(S510)
상기와 같이 본 발명의 실시 예에 따라 일일 또는 소정 기간 동안에 획득된 시간대별 전력 단가를 기초하여 최대 단가를 가지는 시간대를 검색하여 해당 시간대를 방전 일정으로 설정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예가 적용된 배터리 에너지 저장장치의 충방전량을 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명의 실시 예가 적용된 배터리 에너지 저장장치의 전력 사용량 그래프이다.
도 6 내지 도 7을 참고하면, 상기 도 4 내지 도 5에서 설명한 충전 또는 방전 일정으로 설정된 시간대와 같이 전력 사용량이 적은 새벽 시간대(610)가 전력 단가가 최소단가로 설정됨에 따라 해당 시간대를 충전 시간대 일정으로 설정하고, 전력을 충전할 수 있다. 또한 오후 내지 저녁 시간대(620)가 전력 단가가 최대단가로 설정됨에 따라 해당 시간대를 방전 시간대로 설정하고 전력을 방전할 수 있다.
상기와 같이 설정된 충방전 일정 설정에 따라 도 7에 도시된 바와 같이 종래의 전력 사용량에 대한 상태와 반대 상태의 현상이 나타날 수 있다. 즉, 종래의 전력 사용량이 높았던 시간대에는 본 발명의 실시 예에 따라 기 충전된 전력을 방전하는 시간대로 일정이 설정됨에 따라 과금되는 전력 사용량이 현저하게 줄어들 수 있다. 또한 종래의 전력 사용량이 낮았던 시간대인 새벽 시간대에서는 기 방전된 전력을 충전하기 위하여 과금되는 전력 사용량이 증가하는 현상이 나타날 수 있다.
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 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 배터리 에너지 저장장치에 있어서,
    전력시스템으로부터 전력 단가 정보를 수집하는 전력 단가 수집부;
    축전기에 충전 전력량 정보를 수집하는 충전량 모니터링부;
    상기 축전기에 충전된 전력을 방전하는 방전량을 수집하는 방전량 모니터링부;
    상기 전력 단가 수집부에서 수집된 전력 단가를 기초하여 상기 축전기에 전력을 충전 또는 방전하기 위한 일정을 설정하는 충방전 판단부; 및
    상기 전력 단가 정보에 기초하여 최소 단가를 가지는 제1 시간대와, 최대 단가를 가지는 제2 시간대를 검색하는 제어부를 포함하고,
    상기 최소 단가는
    상기 전력 단가가 사용자 설정에 따른 기준 단가 이하인 단가 또는 일일 전력 사용량에 따른 전력 사용량가의 평균값 이하인 단가로 설정되고,
    상기 최대 단가는
    상기 전력 단가가 사용자 설정에 따른 기준 단가를 초과하는 단가 또는 일일 전력 사용량에 따른 전력 사용량가의 평균값을 초과하는 단가로 설정되고,
    상기 충방전 판단부는
    상기 제1 시간대의 충전 가능 용량을 산출하고, 상기 산출된 제1 시간대의 충전 가능 용량이 상기 축전기 용량 이상이면 제1 시간대를 충전 일정으로 설정하고, 상기 제1 시간대의 충전 가능 용량이 상기 축전기 용량 미만이면 제1 시간대 이외의 최소 단가를 갖는 시간대를 재검색하여 충전 일정을 설정하고,
    상기 제2 시간대의 방전 가능 용량을 산출하고, 상기 산출된 제2 시간대의 방전 가능 용량이 상기 축전기 방전 용량 이상이면 제2 시간대를 방전 일정으로 설정하고, 상기 제2 시간대의 방전 가능 용량이 상기 축전기의 방전 용량 미만이면 상기 제2 시간대 이외의 최대 단가를 갖는 시간대를 재검색하여 방전 일정을 설정하는
    배터리 에너지 저장장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전 또는 방전되는 전력량에 기초하여 전력 사용량을 계측하고 상기 계측된 전력 사용량을 기초하여 미리 설정된 기준에 따라 요금을 산출하는 계량부;를 더 포함하는
    배터리 에너지 저장장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 단가 수집부에서 수집되는 전력 단가는
    일일 시간대별 전력 단가임을 특징으로 하는
    배터리 에너지 저장장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 단가 수집부는
    소정 기간 동안 수집된 전력 단가에 대해 시간대별 평균 전력 단가를 산출하고, 상기 산출된 시간대별 평균 전력 단가를 시간대별 전력 단가로 설정하는
    배터리 에너지 저장장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충방전 판단부는
    상기 축전기에 충전 및 방전된 전력량을 기초하여 상기 축전기의 충전 또는 방전 속도를 조절하는
    배터리 에너지 저장장치.
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