KR101844443B1 - 에너지 저장 시스템 및 그 제어 장치와 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템 및 그 제어 장치와 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 전기 에너지를 저장하고, 전력 계통에 대하여 충방전을 수행하는 에너지 저장 장치; 및 상기 전력 계통에 대한 연계기준(Grid Code) 및 상기 에너지 저장 장치의 충전상태에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 저장 시스템 및 그 제어 장치와 방법 {Energy Storage System and control device and method thereof}
본 발명은 에너지 저장 시스템 및 그 제어 장치와 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지 저장 장치의 충전상태(SOC; State of Charge)에 기초하여 에너지 저장 장치의 충방전을 효율적으로 제어하는 에너지 저장 시스템 및 그 제어 장치와 방법에 관한 것이다.
정보통신 기술(ICT; Information Communication Technology)의 발달과 함께 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하여 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망인 스마트 그리드(Smart Grid) 기술이 개발되었다.
그리고, 최근에는 화석 에너지의 고갈문제와 환경문제를 해결하기 위하여 태양광, 풍력 등과 같은 신재생 에너지원에 대한 관심이 더욱 높아지고 있으며, 이러한 신재생 에너지원의 간헐적인 출력 특성을 안정화시키고 발전과 수요의 시차를 극복하기 위하여 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)의 중요성이 증대되고 있다.
이와 관련하여, 도 1은 신재생 에너지원(Energy Source)으로부터 전력 계통(Grid)으로 전송되는 전기 에너지에 대해 종래기술에 따른 에너지 저장 시스템이 충방전을 수행하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 태양광, 풍력 등과 같은 신재생 에너지원(10)에서 생산된 전기 에너지(PWind)는 전력 계통(30)으로 공급되며, 에너지 저장 시스템(20)은 신재생 에너지원(10)과 전력 계통(30) 사이에 연결되어 신재생 에너지원(10)에서 전력 계통(30)으로 공급되는 전기 에너지를 충전하고 필요시 방전함으로써, 전력 계통(30)으로 공급되는 전기 에너지(PGrid)를 제어한다.
에너지 저장 시스템(20)은 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치(22)와 이를 제어하는 제어 장치(21)로 구성될 수 있으며, 에너지 저장 장치(22)는 충전 시 신재생 에너지원(10)에서 공급된 전기 에너지를 예컨대 화학 에너지로 변환하여 저장하고 방전 시 예컨대 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력 계통(30)으로 공급한다.
한편, 도 2는 종래기술에 따른 에너지 저장 시스템을 모델로 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸 도면이다.
구체적으로, 도 2(a)는 신재생 에너지원(10)에서 생산되는 전력(PWind)과 전력 계통(30)으로 실제 공급되는 전력(PGrid)의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이고, 도 2(b)는 에너지 저장 장치(22)에서 충방전되는 전력(PBatt)의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이다. 그리고, 도 2(c)는 에너지 저장 장치(22)의 충전상태(SOC; State of Charge)의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이고, 도 2(d)는 후술할 본 발명과 비교하여 추가적인 전력 제어가 없음을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 신재생 에너지원(10)에서 생산된 전력(PWind)은 로우패스 필터(Low Pass Filter)를 통과한 효과를 나타내며 전력 계통(30)으로 전력(PGrid)이 공급되는데, 이 때 에너지 저장 장치(22)는 그 차이에 해당하는 전력(PBatt)만큼 충방전을 수행한다. 그리고, 종래기술의 경우, 에너지 저장 장치(22)는 충전상태(SOC)가 5% ~ 95% 범위에서 동작하게 되며, 평균 20% ~ 90% 범위에서 동작하게 된다.
하지만, 만약 동일한 환경(조건)에서 에너지 저장 장치의 충전 상태(SOC)의 동작(변동) 범위를 줄일 수 있다면, 상대적으로 작은 크기(size)와 용량(capacity)을 갖는 에너지 저장 장치를 사용하여 설비 비용을 줄일 수 있는데, 종래기술의 경우에는 이에 대한 고찰이 없어 에너지 저장 장치의 충방전을 효율적으로 제어하지 못하는 문제점이 있었다.
한국공개특허 제10-2015-0005040호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 에너지 저장 장치의 충전상태(SOC; State of Charge)에 기초하여 에너지 저장 장치의 충방전을 효율적으로 제어하는 에너지 저장 시스템 및 그 제어 장치와 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 에너지 저장 장치의 충전상태(SOC; State of Charge) 변화를 최소화시키는 에너지 저장 시스템 및 그 제어 장치와 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 에너지 저장 시스템은, 전기 에너지를 저장하고, 전력 계통에 대하여 충방전을 수행하는 에너지 저장 장치; 및 상기 전력 계통에 대한 연계기준(Grid Code) 및 상기 에너지 저장 장치의 충전상태에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 형태에 따른 에너지 저장 장치를 위한 제어 장치는, 상기 에너지 저장 장치의 충방전 제어를 위한 전력 기준값을 설정하는 전력 기준값 설정부; 상기 전력 기준값에 상기 에너지 저장 장치의 충전상태에 기초하여 생성된 전력 오프셋을 반영한 후 전력 계통에 대한 연계기준(Grid Code)에 상응하여 상기 전력 기준값을 조정하는 전력 기준값 조정부; 및 상기 조정된 전력 기준값에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 충방전 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 에너지 저장 장치를 위한 제어 장치는, 상기 에너지 저장 장치를 원하는 충전상태로 유지시키기 위한 충전상태 기준값을 설정하는 충전상태 설정부; 상기 에너지 저장 장치의 충전상태를 측정하여 충전상태 측정값을 생성하는 충전상태 측정부; 및 상기 충전상태 기준값과 상기 충전상태 측정값에 기초하여 상기 전력 오프셋을 산출하는 전력 오프셋 산출부를 더 포함한다.
한편, 본 발명의 일 형태에 따른 에너지 저장 장치를 위한 제어 방법은, 상기 에너지 저장 장치의 충방전 제어를 위한 전력 기준값을 설정하는 단계; 상기 에너지 저장 장치의 충전상태에 기초하여 상기 전력 기준값에 반영할 전력 오프셋을 산출하는 단계; 상기 전력 기준값에 상기 전력 오프셋을 반영하여 상기 전력 기준값을 조정하는 단계; 및 상기 조정된 전력 기준값에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전력 오프셋을 산출하는 단계는, 상기 에너지 저장 장치를 원하는 충전상태로 유지시키기 위한 충전상태 기준값을 설정하는 과정; 상기 에너지 저장 장치의 충전상태를 측정하여 충전상태 측정값을 생성하는 과정; 및 상기 충전상태 기준값과 상기 충전상태 측정값에 기초하여 상기 전력 오프셋을 산출하는 과정을 포함한다.
본 발명에 따르면, 에너지 저장 장치의 충전상태(SOC; State of Charge)에 기초하여 에너지 저장 장치의 충방전을 효율적으로 제어함으로써 에너지 저장 장치의 충전상태(SOC; State of Charge) 변화를 최소화시킬 수 있는 효과를 가진다.
그리고, 이에 따라 에너지 저장 장치의 크기(size)와 용량(capacity)을 줄일 수 있으며, 그 결과 에너지 저장 시스템의 설비 비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 신재생 에너지원으로부터 전력 계통으로 전송되는 전기 에너지에 대해 종래기술에 따른 에너지 저장 시스템이 충방전을 수행하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 에너지 저장 시스템을 모델로 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 신재생 에너지원으로부터 전력 계통으로 전송되는 전기 에너지에 대해 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템이 충방전을 수행하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 위한 제어 방법의 흐름도이다.
도 5는 도 4의 단계 S420에 대한 상세 흐름도이다.
도 6은 에너지 저장 장치의 충전상태(SOC)에 기초하여 전력 오프셋을 산출하는 본 발명의 제1 방식을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6의 제1 방식에 기반하는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 모델로 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 에너지 저장 장치의 충전상태(SOC)에 기초하여 전력 오프셋을 산출하는 본 발명의 제2 방식을 설명하는 도면이다.
도 9는 도 8의 제2 방식에 기반하는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 모델로 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 에너지 저장 장치의 충전상태(SOC)에 기초하여 전력 오프셋을 산출하는 본 발명의 제3 방식을 설명하는 도면이다.
도 11은 도 10의 제3 방식에 기반하는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 모델로 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸 도면이다.
도 12는 에너지 저장 장치의 충전상태(SOC)에 기초하여 전력 오프셋을 산출하는 본 발명의 제4 방식을 설명하는 도면이다.
도 13은 도 12의 제4 방식에 기반하는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 모델로 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부 도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 참고로, 하기 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 신재생 에너지원으로부터 전력 계통으로 전송되는 전기 에너지에 대해 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템이 충방전을 수행하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 태양광, 풍력 등과 같은 신재생 에너지원(100)에서 생산된 전기 에너지(PWind)는 전력 계통(300)으로 공급되며, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(200)은 신재생 에너지원(100)과 전력 계통(300) 사이에 연결되어 신재생 에너지원(100)에서 전력 계통(300)으로 공급되는 전기 에너지를 충전하고 필요시 방전함으로써, 전력 계통(300)으로 공급되는 전기 에너지(PGrid)를 제어한다
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(200)은 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치(220)와 이를 제어하는 제어 장치(210)를 포함하며, 에너지 저장 장치(220)는 충전 시 신재생 에너지원(100)에서 공급된 전기 에너지를 예컨대 화학 에너지로 변환하여 저장하고 방전 시 예컨대 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력 계통(300)으로 공급한다. 참고로, 에너지 저장 장치(220)는 리튬이온전지(LIB), 나트륨황전지(NaS), 레독스흐름전지(RFB) 등과 같이 공지된 기술을 이용하여 구현할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치(210)는 전력 기준값 설정부(211), 충전상태 설정부(212), 충전상태 측정부(213), 전력 오프셋 산출부(214), 전력 기준값 조정부(215), 충방전 제어부(216) 등을 포함한다.
전력 기준값 설정부(211)는 에너지 저장 장치(220)의 충방전 제어를 위한 전력 기준값(PBatt,Ref)을 설정한다.
충전상태 설정부(212)는 에너지 저장 장치(220)를 원하는 충전상태(SOC)로 유지시키기 위한 충전상태 기준값(SOCRef)을 설정한다. 충전상태 기준값은 40 ~ 60% 범위 내에서 설정하는 것이 좋으며, 바람직하게는 50%로 설정한다.
충전상태 측정부(213)는 에너지 저장 장치(220)의 충전상태를 측정하여 충전상태 측정값(SOC)을 생성한다.
전력 오프셋 산출부(214)는 충전상태 기준값과 충전상태 측정값에 기초하여, 예컨대 충전상태 측정값과 충전상태 기준값의 차(SOC - SOCRef)에 기초하여 전력 기준값을 위한 오프셋(POffset; 이하, "전력 오프셋"이라 한다)을 산출한다.
전력 기준값 조정부(215)는 전력 기준값 설정부(211)에서 설정된 전력 기준값(PBatt , Ref)에 전력 오프셋 산출부(214)에서 산출된 전력 오프셋(POffset)을 반영한 후 전력 계통에 대한 연계기준(Grid Code)에 상응하여 전력 기준값을 조정한다.
충방전 제어부(216)는 전력 기준값 조정부(215)에서 조정된 전력 기준값(PBatt , Grid , Ref)에 기초하여 에너지 저장 장치(220)의 충방전을 제어한다. 이 경우, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 충방전 제어부(216)는 에너지 저장 장치(220)에서 충방전되는 전력(PBatt)을 피드백받아 폐루프 제어를 수행한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 위한 제어 방법의 흐름도이다. 그리고, 도 5는 도 4의 단계 S420에 대한 상세 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 단계 S410에서, 전력 기준값 설정부(211)는 에너지 저장 장치(220)의 충방전 제어를 위한 전력 기준값(PBatt,Ref)을 설정한다.
한편, 단계 S420에서, 충전상태 설정부(212), 충전상태 측정부(213), 전력 오프셋 산출부(214)는 상호 연동하여 에너지 저장 장치(220)의 충전상태에 기초하여 전력 오프셋(POffset)을 산출한다. 참고로, 단계 S410과 단계 S420는 별도로 수행되는 것으로 그 실행 순서에 상관이 없으며 함께 수행되어도 무방하다.
도 5를 참조하여 단계 S420에 대해 상술하면, 단계 S422에서, 충전상태 설정부(212)는 에너지 저장 장치(220)를 원하는 충전상태(SOC)로 유지시키기 위한 충전상태 기준값(SOCRef)을 설정한다. 그리고, 단계 S424에서, 충전상태 측정부(213)는 에너지 저장 장치(220)의 충전상태를 측정하여 충전상태 측정값(SOC)을 생성한다. 그리고, 단계 S426에서, 전력 오프셋 산출부(214)는 충전상태 기준값과 충전상태 측정값에 기초하여, 예컨대 충전상태 측정값과 충전상태 기준값의 차(SOC - SOCRef)에 기초하여 전력 오프셋(POffset)을 산출한다.
다시 도 4를 참조하면, 단계 S430에서, 전력 기준값 조정부(215)는 전력 기준값 설정부(211)에서 설정된 전력 기준값(PBatt,Ref)에 전력 오프셋 산출부(214)에서 산출된 전력 오프셋(POffset)을 반영한 후 전력 계통에 대한 연계기준(Grid Code)에 상응하여 전력 기준값을 조정한다.
그리고, 단계 S440에서, 충방전 제어부(216)는 전력 기준값 조정부(215)에서 조정된 전력 기준값(PBatt , Grid , Ref)에 기초하여 에너지 저장 장치(220)의 충방전을 제어한다.
한편, 본 발명에서는 에너지 저장 장치의 충전상태(SOC)에 기초하여 에너지 저장 장치의 충방전을 효율적으로 제어하기 위하여 전력 기준값(PBatt,Ref)에 반영할 전력 오프셋(POffset)을 다양한 방식으로 산출하는데, 이하에서는 이에 대해 설명한다.
먼저, 도 6은 에너지 저장 장치의 충전상태(SOC)에 기초하여 전력 오프셋(POffset)을 산출하는 본 발명의 제1 방식을 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 방식은 하기 수학식 1에 의해 전력 오프셋(POffset)을 산출하는데, 구체적으로는, 충전상태 기준값(SOCRef)을 기준으로 하여 충전상태 측정값(SOC)이 작으면 작을수록 보다 큰 양의 전력 오프셋(POffset)을 산출하고 충전상태 측정값(SOC)이 크면 클수록 보다 큰 음의 전력 오프셋(POffset)을 산출한다. 참고로, 하기 수학식 1에서 a1은 기울기로서 양의 실수를 갖는다.
[수학식 1]
POffset = - a1 (SOC - SOCRef)
이와 관련하여, 도 7은 도 6의 제1 방식에 기반하는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 모델로 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸 도면이다.
구체적으로, 도 7(a)는 신재생 에너지원(100)에서 생산되는 전력(Pwind)과 전력 계통(300)으로 실제 공급되는 전력(Pgrid)의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이고, 도 7(b)는 에너지 저장 장치(220)에서 충방전되는 전력(PBatt)의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이다. 그리고, 도 7(c)는 에너지 저장 장치(220)의 충전상태(SOC)의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이고, 도 7(d)는 에너지 저장 장치(220)의 충전상태(SOC)한 기초하여 산출된 전력 오프셋(POffset)이 적용되는 것을 시간의 경과에 따라 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 신재생 에너지원(100)에서 생산된 전력(Pwind)은 로우패스 필터(Low Pass Filter)를 통과한 효과를 나타내며 전력 계통(300)으로 전력(Pgrid)이 공급되는데, 이 때 에너지 저장 장치(220)는 그 차이에 해당하는 전력(PBatt)만큼 충방전을 수행한다. 그리고, 본 발명의 제1 방식의 경우, 에너지 저장 장치(220)는 충전상태(SOC)가 23% ~ 77% 범위에서 동작하며, 평균 30% ~ 70% 범위에서 동작하는 것을 알 수 있다.
도 8은 에너지 저장 장치의 충전상태(SOC)에 기초하여 전력 오프셋(POffset)을 산출하는 본 발명의 제2 방식을 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 방식은 하기 수학식 2에 의해 전력 오프셋(POffset)을 산출하는데, 구체적으로는, 충전상태 기준값(SOCRef)을 기준으로 하여 충전상태 측정값(SOC)이 작으면 작을수록 보다 큰 양의 전력 오프셋(POffset)을 산출하고 충전상태 측정값(SOC)이 크면 클수록 보다 큰 음의 전력 오프셋(POffset)을 산출하는데, 전술한 제1 방식과 비교하여 전력 오프셋 기본값(POffset Δ)을 둠으로써 보다 다이나믹하게 대응한다. 참고로, 하기 수학식 2에서 a2는 기울기로서 양의 실수를 갖는다.
[수학식 2]
SOC < SOCRef 인 경우: POffset = - a2 (SOC - SOCRef) + POffset Δ
SOC = SOCRef 인 경우: POffset = 0
SOCRef < SOC 인 경우: POffset = - a2 (SOC - SOCRef) - POffset Δ
이와 관련하여, 도 9는 도 8의 제2 방식에 기반하는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 모델로 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸 도면이다.
구체적으로, 도 9(a)는 신재생 에너지원(100)에서 생산되는 전력(Pwind)과 전력 계통(300)으로 실제 공급되는 전력(Pgrid)의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이고, 도 9(b)는 에너지 저장 장치(220)에서 충방전되는 전력(PBatt)의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이다. 그리고, 도 9(c)는 에너지 저장 장치(220)의 충전상태(SOC)의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이고, 도 9(d)는 에너지 저장 장치(220)의 충전상태(SOC)한 기초하여 산출된 전력 오프셋(POffset)이 적용되는 것을 시간의 경과에 따라 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 신재생 에너지원(100)에서 생산된 전력(Pwind)은 로우패스 필터(Low Pass Filter)를 통과한 효과를 나타내며 전력 계통(300)으로 전력(Pgrid)이 공급되는데, 이 때 에너지 저장 장치(220)는 그 차이에 해당하는 전력(PBatt)만큼 충방전을 수행한다. 그리고, 본 발명의 제2 방식의 경우, 에너지 저장 장치(220)는 충전상태(SOC)가 38% ~ 73% 범위에서 동작하며, 평균 40% ~ 60% 범위에서 동작하는 것을 알 수 있다.
도 10은 에너지 저장 장치의 충전상태(SOC)에 기초하여 전력 오프셋(POffset)을 산출하는 본 발명의 제3 방식을 설명하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제3 방식은 하기 수학식 3에 의해 전력 오프셋(POffset)을 산출하는데, 구체적으로는, 충전상태 기준값(SOCRef)을 기준으로 하여 충전상태 측정값(SOC)이 작으면 작을수록 보다 큰 양의 전력 오프셋(POffset)을 산출하고 충전상태 측정값(SOC)이 크면 클수록 보다 큰 음의 전력 오프셋(POffset)을 산출하는데, 전술한 제1 방식과 비교하여 충전상태 기준값(SOCRef)을 기준으로 소정 범위, 즉 충전상태 최소 기준값(SOCRef , Min)과 충전상태 최대 기준값(SOCRef , Max) 내에서는 보다 예민하게 대응한다. 참고로, 하기 수학식 3에서 a3와 b3는 기울기로서 양의 실수를 갖는다.
[수학식 3]
SOC < SOCRef , Min 인 경우: POffset = - a3 (SOC - SOCRef , Min) + POffset Δ
SOCRef , Min ≤ SOC ≤ SOCRef , Max 인 경우: POffset = - b3 (SOC - SOCRef)
SOCRef , Max < SOC 인 경우: POffset = - a3 (SOC - SOCRef , Max) - POffset Δ
이와 관련하여, 도 11은 도 10의 제3 방식에 기반하는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 모델로 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸 도면이다.
구체적으로, 도 11(a)는 신재생 에너지원(100)에서 생산되는 전력(Pwind)과 전력 계통(300)으로 실제 공급되는 전력(Pgrid)의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이고, 도 11(b)는 에너지 저장 장치(220)에서 충방전되는 전력(PBatt)의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이다. 그리고, 도 11(c)는 에너지 저장 장치(220)의 충전상태(SOC)의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이고, 도 11(d)는 에너지 저장 장치(220)의 충전상태(SOC)한 기초하여 산출된 전력 오프셋(POffset)이 적용되는 것을 시간의 경과에 따라 나타낸 것이다.
도 11을 참조하면, 신재생 에너지원(100)에서 생산된 전력(Pwind)은 로우패스 필터(Low Pass Filter)를 통과한 효과를 나타내며 전력 계통(300)으로 전력(Pgrid)이 공급되는데, 이 때 에너지 저장 장치(220)는 그 차이에 해당하는 전력(PBatt)만큼 충방전을 수행한다. 그리고, 본 발명의 제3 방식의 경우, 에너지 저장 장치(220)는 충전상태(SOC)가 30% ~ 70% 범위에서 동작하며, 평균 40% ~ 60% 범위에서 동작하는 것을 알 수 있다.
도 12는 에너지 저장 장치의 충전상태(SOC)에 기초하여 전력 오프셋(POffset)을 산출하는 본 발명의 제4 방식을 설명하는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제4 방식은 하기 수학식 4에 의해 전력 오프셋(POffset)을 산출하는데, 구체적으로는, 충전상태 기준값(SOCRef)을 기준으로 하여 충전상태 측정값(SOC)이 작으면 작을수록 보다 큰 양의 전력 오프셋(POffset)을 산출하고 충전상태 측정값(SOC)이 크면 클수록 보다 큰 음의 전력 오프셋(POffset)을 산출하는데, 전술한 제1 방식과 비교하여 충전상태 기준값(SOCRef)을 기준으로 소정 범위(SOCRef , Min ≤ SOC ≤ SOCRef , Max) 내에서는 전력 오프셋(POffset)을 적용하지 않는다. 참고로, 하기 수학식 4에서 a4는 기울기로서 양의 실수를 갖는다.
[수학식 4]
SOC < SOCRef , Min 인 경우: POffset = - a4 (SOC - SOCRef , Min)
SOCRef , Min ≤ SOC ≤ SOCRef , Max 인 경우: POffset = 0
SOCRef , Max < SOC 인 경우: POffset = - a4 (SOC - SOCRef , Max)
이와 관련하여, 도 13은 도 12의 제4 방식에 기반하는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 모델로 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸 도면이다.
구체적으로, 도 13(a)는 신재생 에너지원(100)에서 생산되는 전력(Pwind)과 전력 계통(300)으로 실제 공급되는 전력(Pgrid)의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이고, 도 13(b)는 에너지 저장 장치(220)에서 충방전되는 전력(PBatt)의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이다. 그리고, 도 13(c)는 에너지 저장 장치(220)의 충전상태(SOC)의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이고, 도 13(d)는 에너지 저장 장치(220)의 충전상태(SOC)한 기초하여 산출된 전력 오프셋(POffset)이 적용되는 것을 시간의 경과에 따라 나타낸 것이다.
도 13을 참조하면, 신재생 에너지원(100)에서 생산된 전력(Pwind)은 로우패스 필터(Low Pass Filter)를 통과한 효과를 나타내며 전력 계통(300)으로 전력(Pgrid)이 공급되는데, 이 때 에너지 저장 장치(220)는 그 차이에 해당하는 전력(PBatt)만큼 충방전을 수행한다. 그리고, 본 발명의 제4 방식의 경우, 에너지 저장 장치(220)는 충전상태(SOC)가 28% ~ 74% 범위에서 동작하며, 평균 30% ~ 65% 범위에서 동작하는 것을 알 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 에너지 저장 장치에 대한 충전상태 측정값(SOC)과 충전상태 기준값(SOCRef)에 기초하여 전력 오프셋(POffset)을 산출하는데, 이 경우 충전상태 측정값(SOC)이 낮으면 보다 많이 충전하고 보다 적게 방전하도록 전력 오프셋(POffset)을 생성하고 충전상태 측정값(SOC)이 높으면 보다 적게 충전하고 보다 많이 방전하도록 전력 오프셋(POffset)을 생성하여, 에너지 저장 장치의 충전상태 변동을 최소화한다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징들을 변경하지 않고서 다른 구체적인 다양한 형태로 실시할 수 있는 것이므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
그리고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10, 100: 신재생 에너지원 20, 200: 에너지 저장 시스템
21, 210: 제어 장치 22, 220: 에너지 저장 장치
30, 300: 전력 계통 211: 전력 기준값 설정부
212: 충전상태 설정부 213: 충전상태 측정부
214: 전력 오프셋 산출부 215: 전력 기준값 조정부
216: 충방전 제어부

Claims (15)

  1. 에너지 저장 시스템에 있어서,
    전기 에너지를 저장하고, 전력 계통에 대하여 충방전을 수행하는 에너지 저장 장치; 및
    상기 전력 계통에 대한 연계기준(Grid Code) 및 상기 에너지 저장 장치의 충전상태에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 제어 장치를 포함하고,
    상기 제어 장치는
    상기 에너지 저장 장치의 충방전 제어를 위한 전력 기준값을 설정하는 전력 기준값 설정부;
    상기 에너지 저장 장치를 원하는 충전상태로 유지시키기 위한 충전상태 기준값을 설정하는 충전상태 설정부;
    상기 에너지 저장 장치의 충전상태를 측정하여 충전상태 측정값을 생성하는 충전상태 측정부;
    상기 충전상태 기준값과 상기 충전상태 측정값에 기초하여 전력 오프셋을 산출하는 전력 오프셋 산출부;
    상기 전력 기준값에 상기 전력 오프셋을 반영한 후 전력 계통에 대한 연계기준(Grid Code)에 상응하여 상기 전력 기준값을 조정하는 전력 기준값 조정부; 및
    상기 조정된 전력 기준값에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 충방전 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 에너지 저장 장치에 대한 충전상태가 기 설정된 충전상태 기준값보다 낮으면 보다 많이 충전하고 보다 적게 방전하도록 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하고, 상기 에너지 저장 장치에 대한 충전상태가 기 설정된 충전상태 기준값보다 높으면 보다 적게 충전하고 보다 많이 방전하도록 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  3. 삭제
  4. 에너지 저장 장치를 위한 제어 장치로서,
    상기 에너지 저장 장치의 충방전 제어를 위한 전력 기준값을 설정하는 전력 기준값 설정부;
    상기 에너지 저장 장치를 원하는 충전상태로 유지시키기 위한 충전상태 기준값을 설정하는 충전상태 설정부;
    상기 에너지 저장 장치의 충전상태를 측정하여 충전상태 측정값을 생성하는 충전상태 측정부;
    상기 충전상태 기준값과 상기 충전상태 측정값에 기초하여 전력 오프셋을 산출하는 전력 오프셋 산출부;
    상기 전력 기준값에 상기 전력 오프셋을 반영한 후 전력 계통에 대한 연계기준(Grid Code)에 상응하여 상기 전력 기준값을 조정하는 전력 기준값 조정부; 및
    상기 조정된 전력 기준값에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 충방전 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 위한 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전력 오프셋 산출부는 상기 충전상태 측정값이 상기 충전상태 기준값보다 낮으면 보다 많이 충전하고 보다 적게 방전하도록 전력 오프셋을 산출하고, 상기 충전상태 측정값이 상기 충전상태 기준값보다 높으면 보다 적게 충전하고 보다 많이 방전하도록 전력 오프셋을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 위한 제어 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 전력 오프셋 산출부는 하기 수학식 1에 의해 전력 오프셋을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 위한 제어 장치.
    [수학식 1]
    POffset = - a1 (SOC - SOCRef)
    (여기서, POffset은 전력 오프셋, SOC는 충전상태 측정값, SOCRef는 충전상태 기준값, a1은 기울기이다)
  8. 제4항에 있어서,
    상기 전력 오프셋 산출부는 하기 수학식 2에 의해 전력 오프셋을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 위한 제어 장치.
    [수학식 2]
    SOC < SOCRef 인 경우: POffset = - a2 (SOC - SOCRef) + POffsetΔ
    SOC = SOCRef 인 경우: POffset = 0
    SOCRef < SOC 인 경우: POffset = - a2 (SOC - SOCRef) - POffsetΔ
    (여기서, POffset은 전력 오프셋, SOC는 충전상태 측정값, SOCRef는 충전상태 기준값, POffsetΔ는 전력 오프셋 기본값, a2는 기울기이다)
  9. 제4항에 있어서,
    상기 전력 오프셋 산출부는 하기 수학식 3에 의해 전력 오프셋을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 위한 제어 장치.
    [수학식 3]
    SOC < SOCRef,Min 인 경우: POffset = - a3 (SOC - SOCRef,Min) + POffsetΔ
    SOCRef,Min ≤ SOC ≤ SOCRef,Max 인 경우: POffset = - b3 (SOC - SOCRef)
    SOCRef,Max < SOC 인 경우: POffset = - a3 (SOC - SOCRef,Max) - POffsetΔ
    (여기서, POffset은 전력 오프셋, SOC는 충전상태 측정값, SOCRef,Min는 충전상태 최소 기준값, SOCRef,Max는 충전상태 최대 기준값, POffsetΔ는 전력 오프셋 기본값, a3와 b3는 기울기이다)
  10. 제4항에 있어서,
    상기 전력 오프셋 산출부는 하기 수학식 4에 의해 전력 오프셋을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 위한 제어 장치.
    [수학식 4]
    SOC < SOCRef,Min 인 경우: POffset = - a4 (SOC - SOCRef,Min)
    SOCRef,Min ≤ SOC ≤ SOCRef,Max 인 경우: POffset = 0
    SOCRef,Max < SOC 인 경우: POffset = - a4 (SOC - SOCRef,Max)
    (여기서, POffset은 전력 오프셋, SOC는 충전상태 측정값, SOCRef,Min는 충전상태 최소 기준값, SOCRef,Max는 충전상태 최대 기준값, a4는 기울기이다)
  11. 제4항, 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충방전 제어부는 상기 에너지 저장 장치의 충방전된 전력을 피드백받아 폐루프 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 위한 제어 장치.
  12. 에너지 저장 장치를 위한 제어 방법으로서,
    상기 에너지 저장 장치의 충방전 제어를 위한 전력 기준값을 설정하고, 상기 에너지 저장 장치의 충전상태에 기초하여 상기 전력 기준값에 반영할 전력 오프셋을 산출하는 단계;
    상기 전력 기준값에 상기 전력 오프셋을 반영하여 상기 전력 기준값을 조정하는 단계; 및
    상기 조정된 전력 기준값에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 전력 오프셋을 산출하는 단계는,
    상기 에너지 저장 장치를 원하는 충전상태로 유지시키기 위한 충전상태 기준값을 설정하는 과정;
    상기 에너지 저장 장치의 충전상태를 측정하여 충전상태 측정값을 생성하는 과정; 및
    상기 충전상태 기준값과 상기 충전상태 측정값에 기초하여 상기 전력 오프셋을 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 위한 제어 방법.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전력 오프셋 산출은, 상기 충전상태 측정값이 상기 충전상태 기준값보다 낮으면 보다 많이 충전하고 보다 적게 방전하도록 전력 오프셋을 산출하고, 상기 충전상태 측정값이 상기 충전상태 기준값보다 높으면 보다 적게 충전하고 보다 많이 방전하도록 전력 오프셋을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 위한 제어 방법.
  15. 제12항 또는 제14항에 있어서,
    상기 전력 기준값을 조정하는 단계는, 상기 전력 기준값에 상기 전력 오프셋을 반영한 후 전력 계통에 대한 연계기준(Grid Code)에 상응하여 상기 전력 기준값을 조정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 위한 제어 방법.
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