KR101845703B1 - 수요전력제어 최적화 기술의 ems를 적용한 에너지저장시스템 - Google Patents

수요전력제어 최적화 기술의 ems를 적용한 에너지저장시스템 Download PDF

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Abstract

본 실시 예는 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템에 관한 것으로서, 전력수용가 에너지저장시스템(ESS)에 구비된 EMS와 태양광 발전장치, 최대수요전력제어장치를 이중화 통신으로 연결시켜 최대수요전력제어장치에서 피크전력 예측시 에너지저장시스템에 저장된 배터리 전력 및 태양광발전장치의 발전전력을 공급하여 피크전력을 저감할 수 있도록 제어하고, 또한 계통고장으로 인한 정전사고 발생시에도 에너지저장시스템과 태양광발전장치의 전력을 비상발전용 전원으로 대체시켜 수용가 전력관리 및 수요전력제어를 EMS와 연계관리 함으로써 최적화된 전력관리 기능을 수행하며, 수용가에 설치된 최대수요전력제어장치와 태양광발전장치, 에너지저장시스템을 이중화 통신으로 연동하여 어느 하나의 통신이 불능일 경우에 다른 통신 방식으로 자동 절체하는 등의 효율적 수요전력관리, 전기요금 절감 효과를 제공하는 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템에 관한 것이다.

Description

수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템{ENERGY STORAGE SYSTEM USING ENERGY MANAGEMENT SYSTEM OF DEMAND POWER CONTROL OPTIMIZATION TECHNOLOGY}
본 발명은 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템에 관한 것으로서, 전력수용가 에너지저장시스템(ESS)에 구비된 EMS와 태양광 발전장치, 최대수요전력제어장치를 이중화 통신으로 연결시켜 최대수요전력제어장치에서 피크전력 예측시 에너지저장시스템에 저장된 배터리 전력 및 태양광발전장치의 발전전력을 공급하여 피크전력을 저감할 수 있도록 제어하고, 또한 계통고장으로 인한 정전사고 발생시에도 에너지저장시스템과 태양광발전장치의 전력을 비상발전용 전원으로 대체시켜 수용가 전력관리 및 수요전력제어를 EMS와 연계관리 함으로써 최적화된 전력관리 기능을 수행하며, 수용가에 설치된 최대수요전력제어장치와 태양광발전장치, 에너지저장시스템을 이중화 통신으로 연동하여 어느 하나의 통신이 불능일 경우에 다른 통신 방식으로 자동 절체하는 등의 효율적 수요전력관리, 전기요금 절감 효과를 제공하는 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템에 관한 것이다.
국내 전력산업의 패러다임이 중앙공급방식에서 분산발전으로 변화하고 있고, 정부의 탈원전 정책으로 인해 신재생에너지의 의존도가 증가됨에 따라 전력품질 및 공급안정도 향상, 잉여 생산된 에너지저장의 필요성 등을 고려하여 주택, 옥상, 소규모 공장시설 등 수용가의 공간에 태양광발전장치와 에너지저장시스템 등의 설치를 장려 및 지원하는 정책을 지속적으로 추진하고 있다.
특히, 에너지저장시스템은 파워컨디셔너시스템(PCS), 배터리 및 배터리관리시스템(BMS), 에너지관리시스템(EMS)으로 구성되어 있으며, 한전 또는 신재생 발전 설비로부터 생산된 전력을 배터리에 충전시켜 필요시 공급할 수 있는 시스템으로 피크저감용, 주파수 조정용, 신재생연계용, 비상발전기 대체용 등으로 널리 활용되고 있다.
최대수요전력 발생시 피크전력을 저감하고 수용가에 전력을 공급, 관리하기 위한 기술 중의 하나로서, 공개특허공보 제10-2014-0080715호(2014.07.01. 공개)에는 신재생 저장에너지를 활용한 피크전력 절감시스템 및 그 방법이 개시되어 있다.
상기의 기술에서, 신재생 저장에너지를 활용한 피크전력 절감시스템은, 기상정보, 부하측 전력량 정보, 배터리 정보를 분석하여 피크전력 발생을 예측하도록 하는 데이터분석모듈; 신재생에너지, 신재생에너지를 저장하는 배터리의 전원, 한전 전원을 관리하는 에너지관리모듈; 및 상기 데이터분석모듈로부터 예측되는 피크전력 발생에 따라 상기 에너지관리모듈에 의해 관리되는 배터리의 전원 및 한전 전원에 대한 스위칭을 제어하는 전력감시모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
그러나 상기의 기술은 도 1에 도시한 바와 같이, 데이터분석모듈을 사용하여 수용가 부하측의 전력데이터를 직접 계산하여 피크전력을 예측하기 때문에 한전 전력량계로부터 유효전력 신호(WP), 15분 수요시한 신호(EOI)를 입력받아 피크전력을 분석, 예측하는 최대수요전력제어장치와는 정확도에 있어 차이가 발생하고, 신재생에너지, 배터리 전원, 한전 전원을 관리하는 에너지관리모듈 및 전원 스위칭을 제어하는 전력감시모듈은 전력을 단순히 저장, 공급, 차단 기능만을 수행하기 때문에 피크전력을 전격적으로 절감할 수 없으며, 각 모듈간의 통신이상이 발생시에는 기능이 중단될 수밖에 없는 문제점이 발생된다.
따라서, 최대수요전력제어장치를 이중화 통신으로 연결시켜 최대수요전력제어장치에서 피크전력 예측시 에너지저장시스템에 저장된 배터리 전력 및 태양광발전장치의 발전전력을 공급하여 피크전력을 저감할 수 있도록 제어하고, 또한 계통고장으로 인한 정전사고 발생시에도 에너지저장시스템과 태양광발전장치의 전력을 비상발전용 전원으로 대체시켜 수용가 전력관리 및 수요전력제어를 EMS와 연계관리 함으로써 최적화된 전력관리 기능을 수행하기 위한 시스템을 제안하게 된 것이다.
KR 10-2014-0080715 A (2014. 07. 01.)
본 실시 예는 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 수용가의 피크전력을 정확히 예측하기 위하여 한전 전력량계로부터 펄스신호를 제공받을 수 있도록 다중화 통신기능을 구비한 최대수요전력제어장치를 이용하고, 에너지저장시스템의 EMS와 태양광발전장치를 이중화 통신으로 구성하여 안정적인 수요전력제어 및 전력공급 기능을 수행할 수 있는 에너지저장시스템을 제공하는데 있다.
또한, 에너지저장시스템을 이중화 통신으로 연동하여 어느 하나의 통신이 불능일 경우에 다른 통신 방식으로 자동 절체하도록 하는데 있다.
하나의 실시 예에 따르면, 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템을 제공한다.
상기 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템은 수배전반 내부에 설치되고, 한전 계통으로부터 인가된 전력을 변성하는 계기용변성기(MOF)에서 출력되는 전압과 전류에 근거하여 수용가 소비전력을 측정하는 전력량계; 수배전반 내부에 설치되고, 상기 전력량계로부터 입력된 펄스신호와 목표전력에 근거하여 피크전력을 예측하여 부하제어를 실시하는 최대수요전력제어장치; 태양광 모듈로부터 입력되는 직류 전원을 취합하여 출력하고, 보호기능을 수행하는 태양광 접속반, 상기 태양광 접속반에서 출력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 수용가 부하에 공급하며, RS485통신모듈 및 Ethernet통신모듈을 포함하여 구성되는 태양광 인버터를 포함하여 구성되는 태양광발전장치; 상기 태양광발전장치로부터 발전되는 전력 또는 한전 전력을 저장하는 배터리 및 배터리의 충/방전상태를 제어관리하는 배터리관리시스템, 상기 배터리에 저장된 전력의 전압과 주파수를 전력 계통에 대응하여 변환시키고 상기 변환된 전력을 수용가 부하(전력 계통)에 병입시키는 파워컨디셔너시스템, RS485통신모듈 및 Ethernet통신모듈을 포함하여 구성되어 상기 최대수요전력제어장치 및 태양광발전장치와의 통신을 통해 수용가의 소비전력 데이터, 태양광 발전량을 모니터링하고, 배터리 충/방전 시간을 제어하며, 시스템의 전체적인 상태 정보를 제공하기 위한 EMS를 포함하여 구성되는 에너지저장장치를 포함하여 구성된다.
따라서, 최대수요전력제어장치, 태양광발전장치, 에너지저장장치 간의 연계 관리가 가능한 것을 특징으로 한다.
이상과 같이, 본 실시 예는 수용가 전력관리 및 피크시 수요전력제어를 최대수요전력제어장치, 태양광발전장치 및 EMS를 적용한 에너지저장시스템과 연계관리 함으로써 최적화된 전력관리를 수행하여 수요전력관리 및 전기요금 절감 효과가 있으며, 이중화 통신을 구성하여 통신이상 발생시 신속히 전환하여 안정적으로 시스템이 운영되어 전력공급의 안정성을 기할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 에너지저장시스템을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템의 최대수요전력제어장치의 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템의 최대수요전력제어장치의 펄스입력부의 회로도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템의 최대수요전력제어장치에서 수요관리곡선을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템의 최대수요전력제어장치의 전면부 및 후면부의 구성도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템의 최대수요전력제어장치의 화면에 표시되는 상태정보화면.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템의 최대수요전력제어장치의 제어부 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 실시 예에서 개시되는 "포함하다", "구비하다" 또는 '이루어지다"등의 용어들은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것으로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 구비하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 실시 예에서 개시되는 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템은 수용가 전력관리 및 피크시 수요전력제어를 최대수요전력제어장치, 태양광발전장치 및 EMS를 적용한 에너지저장시스템과 연계관리 함으로써 최적화된 전력관리를 수행하여 수요전력관리 및 전기요금 절감 효과가 있으며, 이중화 통신을 구성하여 통신이상 발생시 신속히 전환하여 안정적으로 시스템이 운영되어 전력공급의 안정성을 기할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템에 대하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템은, 전력량계(100), 최대수요전력제어장치(200), 태양광발전장치(300), 에너지저장장치(400) 및 원격모니터링장치(500)를 포함하여 구성된다.
상기 전력량계(100)는 전기요금을 부과하기 위하여 한전에서 설치하는 것으로서, 수배전반 또는 배전반 내부에 설치된 계기용변성기에서 출력되는 전압, 전류를 입력받은 후, 부하에서 사용되는 소비전력을 측정하여 시간정보, 정기검침일, 전력량, 전월최대수요전력 발생정보 및 펄스신호 출력 등과 같은 계량정보를 한국전력공사로 전송하여 전력수용가 전기요금을 산출하는 전력기기이다.
이때, 본 발명의 최대수요전력제어장치(200)는 수배전반 내부에 설치되고, 상기 전력량계(100)로부터 입력된 펄스신호와 목표전력에 근거하여 피크전력을 예측하여 부하제어를 실시하는 제어장치이다.
상기에서 피크전력을 예측하고, 부하제어를 수행하는 기술은 일반적인 기술이므로 상세한 설명은 생략하겠다.
또한, 본 발명에서는 후술할 EMS 및 태양광 인버터로 서로 통신을 수행하기 위하여 통신모듈을 구비하게 된다.
그리고 상기 태양광발전장치(300)는, 태양광 모듈(310)로부터 입력되는 직류 전원을 취합하여 출력하고, 보호기능을 수행하는 태양광 접속반(320), 상기 태양광 접속반(320)에서 출력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 수용가 부하에 공급하며, RS485통신모듈 및 Ethernet통신모듈을 포함하여 구성되는 태양광 인버터(330)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 설명하면, 상기 태양광발전장치는 무한, 무공해를 가진 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 공급하는 설비로서, 그 구성은 태양으로부터 복사된 빛에 상응하는 직류전원을 생성하는 태양전지 셀이 수 십장 직렬 연결된 상태에서 일정한 틀에 고정 설치된 태양전지 모듈과 복수의 태양전지 모듈을 직렬 및 병렬로 접속한 태양전지 어레이, 상기 태양전지 어레이에서 출력되는 전력을 취합하여 출력하는 태양광 접속반 및 상기 태양광 접속반에서 출력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 공급하는 태양광 인버터를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 태양광 접속반에는 다수의 케이블, 단자대, 역류방지 다이오드 및 차단기 등의 전력기기가 설치되고, 운영, 유지보수, 점검 시 편리성 제공 및 각종 보호기능을 수행하는 전기설비가 구비될 수 있다.
또한, 태양광 인버터에는 최대전력점 추종 제어기능을 포함한 각종 제어기능 및 보호기능을 수행하는 기능이 부여될 수 있다.
이때, 본 발명에서는 태양광 인버터(330)에 RS485통신모듈 및 Ethernet통신모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이를 통해 EMS와 최대수요전력제어장치와 서로 데이터 통신을 수행하여 효율적인 전력 관리를 수행할 수 있게 된다.
또한, 에너지저장장치(400)는, 상기 태양광발전장치(300)로부터 발전되는 전력 또는 한전 전력을 저장하는 배터리(410) 및 상기 배터리의 충/방전상태를 제어관리하는 배터리관리시스템(420, BMS), 상기 배터리에 저장된 전력의 전압과 주파수를 전력 계통에 대응하여 변환시키고 상기 변환된 전력을 수용가 부하(전력 계통)에 병입시키는 파워컨디셔너시스템(430, PCS), RS485통신모듈 및 Ethernet통신모듈을 포함하여 구성되어 상기 최대수요전력제어장치(200) 및 태양광발전장치(300)와의 통신을 통해 수용가의 소비전력 데이터, 태양광 발전량을 모니터링하고, 배터리 충/방전 시간을 제어하며, 시스템의 전체적인 상태 정보를 제공하기 위한 EMS(440)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
결국, 상기와 같이 구성하면, 최대수요전력제어장치(200), 태양광발전장치(300), 에너지저장장치(400) 간의 연계 관리가 가능하게 되는 것이다.
상기와 같은 태양광발전장치와 에너지저장장치는, 통상적으로 태양광 발전이 원활히 이루어지는 오전 10시부터 16시까지 태양광발전장치로부터 발전된 전력이 배터리에 충전되게 되며, 전력 피크발생시 또는 전력수용가의 필요에 따라 배터리에 저장된 전력이 부하로 공급되게 된다.
설계 조건에 따라서, 태양광발전장치에서 발전된 전력이 배터리를 만충시키고 잉여전력이 발생되는 경우에는 태양광발전장치에서 발전된 전력을 전력 계통에 공급할 수 있도록 구성될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템의 최대수요전력제어장치의 블록도이다.
일반적으로 최대수요전력 제어장치(200)는 전력량계로부터 입력된 펄스신호와 목표전력에 근거하여 현재전력 및 예측전력을 산출한다.
자세하게는, 최대수요전력 제어장치는 전력량계로부터 출력되는 전력 사용량의 펄스(WP: Watt hour Pulse)신호와 전력 수요시간(EOI: End Of Interval) 펄스신호를 수신하고, 수신된 펄스신호에 근거하여 현재전력과 예측전력을 산출하며, 산출결과 예측전력이 목표전력을 초과하는 것으로 판단되면, 상기 에너지저장장치에 저장된 전력으로 충당 가능한 부하에 대해서는 상기 에너지저장장치에서 출력하는 등의 전력수요관리 기능을 수행한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 최대수요전력제어장치(200)는, 전력량계로부터 출력되는 펄스신호를 입력받는 펄스입력부(210); 상기 펄스입력부에서 입력받은 펄스신호에 근거하여 현재전력과 예측전력을 산출하고, 산출된 현재전력 및 예측전력에 따라 목표전력과 비교하여 수용가 부하를 제어하기 위한 부하 제어 신호를 생성하며, 이상 여부에 대한 알람신호를 생성하고, 계통 고장 발생시 비상발전기에 비상용 전력 공급 신호를 생성하는 제어부(220); 상기 제어부에서 산출된 현재전력 및 예측전력과 설정된 목표전력을 문자 및 그래프로 표시되게 하고, 상기 제어부에서 생성된 부하 제어 신호에 대한 부하연결 상태가 표시되도록 제어하는 MMI부(230); 상기 제어부에서 생성된 알람신호에 근거하여 알람을 출력하는 알람출력부(240); 상기 제어부의 제어에 따라 통신을 수행하기 위하여, 비상발전기(600) 및 근거리 장치와 연결되어 데이터를 송수신하기 위한 RS232통신모듈, 상기 태양광발전장치와 에너지저장장치와의 통신을 수행하고, 원격의 외부 장치와 통신을 수행하는 RS485통신모듈 및 Ethernet통신모듈을 포함하여 구성되는 통신부(250); 외부로부터 전원을 인가받아 동작 요구에 필요한 전원으로 변환하여 공급하는 전원변환부(260)를 포함하여 구성된다.
상기 펄스입력부(210)는 전력량계로부터 출력되는 펄스신호를 입력받게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템의 최대수요전력제어장치의 펄스입력부의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 펄스입력부(210)는 WP펄스신호모듈(211) 및 EOI펄스신호모듈(212)을 포함하여 구성된다.
상기 WP펄스신호모듈(211)은 출력되는 WP신호를 수신하여 WP입력 포토커플러가 도통되도록 하고, 상기 WP입력 포토커플러의 도통에 따라 WP펄스신호를 생성하는 기능을 수행한다.
전력량계에서는 총 수요전력과 실제 부하의 전력량을 측정한 WP펄스가 생성되고, 생성된 WP펄스에 의해 포토커플러(DPC1)가 도통된다.
포토커플러(DPC1)의 도통에 의해 WP펄스신호가 전력량계에서 출력되면, 상기 WP펄스신호는 WP펄스신호모듈(211)에 입력되어 WP펄스신호모듈(211)의 포토커플러(PC1)를 도통시키게 되고, 포토커플러(PC1)의 도통에 따라 WP펄스신호가 생성되어 이를 입력받게 된다.
상기 EOI펄스신호모듈(212)은 전력량계에서 수요시한 15분 종료시 발생되는 EOI신호를 수신하여 EOI입력 포토커플러가 도통되도록 하고, 상기 EOI입력 포토커플러가 도통됨에 따라 EOI펄스신호를 생성하는 기능을 수행한다.
전력량계에서는 매 수요시한(15분)마다 수요시한(EOI) 펄스가 생성되고, 생성된 EOI신호는 포토커플러(DPC2)를 도통시키게 된다.
포토커플러(DPC2)의 도통에 의해 EOI펄스신호가 전력량계에서 출력되면, 상기 EOI펄스신호는 EOI펄스신호모듈(212)에 입력되어 EOI펄스신호모듈의 포토커플러(PC2)를 도통시키게 되고, 포토커플러(PC2)의 도통에 따라 EOI펄스신호가 생성되게 되어 이를 입력받게 된다.
한편, 상기 제어부(220)는 상기 펄스입력부에서 입력받은 펄스신호에 근거하여 현재전력과 예측전력을 산출하고, 산출된 현재전력 및 예측전력에 따라 목표전력과 비교하여 수용가 부하를 제어하기 위한 부하 제어 신호를 생성하며, 이상 여부에 대한 알람신호를 생성하고, 계통 고장 발생시 비상발전기에 비상용 전력 공급 신호를 생성하는 기능을 수행하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템의 최대수요전력제어장치에서 수요관리곡선을 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하여 구체적으로 설명하자면, 현재전력(Pt)은 수요시한 시작 후 현재까지 사용된 전력량을 의미하고, 예측전력(Q)은 단위시간당 전력변화량을 이용하여, 수요시간 종료시 도달될 것으로 예상되는 전력량을 의미하며, 기준전력(Pr)은 0에서 목표전력까지 최단거리를 갖는 전력들에서 현 수요시한대의 전력을 의미한다.
상기 각각의 현재전력, 예측전력 및 기준전력은 다음의 수학식 1 내지 3을 통해 산출되게 된다.
수학식 1)
현재전력량 = (합성 변성비/펄스정수) × 적산펄스수 × (60/수요시한(분))
여기서, 합성 변성비는 CT(Current Transformer)비와 PT(Potential Transformer)비의 곱, 펄스 정수는 kWh 당 출력되는 펄스의 개수이다.
수학식 2)
예측전력 = 현재전력 + ((단위시간당 전력변화량/ 단위시간(분)) × 남은 수요시한(분))
수학식 3)
기준전력 = (목표전력 / 남은 수요시한(초)) × 경과시간(초)
상기의 수학식 1 내지 3을 이용하여 제어부(220)는 전력 사용량의 펄스(WP: Watt hour Pulse)신호와 전력 수요시간(EOI: End Of Interval) 펄스신호를 이용하여 현재전력, 예측전력 및 기준전력을 산출한다.
또한, 제어부(220)는 산출된 예측전력과 설정된 목표전력을 비교하여, 산출된 예측전력이 목표전력을 초과하는 것으로 판단되면, 상기 에너지저장장치에 저장된 전력으로 충당 가능한 부하에 대해서는 상기 에너지저장장치에서 출력되는 전력이 공급되도록 부하개폐기에 동작 신호를 출력한다.
즉, 제어부(220)는 산출된 예측전력을 기준으로 부하에서 사용되는 수요전력이 목표전력을 초과하지 않도록 부하측에 연결되는 전력을 조정하게 된다.
또한, 제어부(220)는 산출된 예측전력과 설정된 목표전력을 비교하여, 산출된 예측전력이 목표전력을 초과하는 것으로 판단되고, 상기 에너지저장장치에 저장된 전력이 충분하지 않은 경우에는 부하로 공급되는 전력을 차단하여 최대수요전력을 관리하게 된다.
아울러, 상기 제어부(220)는 동작 신호 출력 혹은 전력 차단 신호 제공시 해당 메시지를 출력하도록 제어함과 동시에 알람신호를 생성하여 출력하도록 구성된다.
그리고 상기 MMI부(230)는 제어부에서 산출된 현재전력 및 예측전력과 설정된 목표전력을 문자 및 그래프로 표시되게 하고, 상기 제어부에서 생성된 부하 제어 신호에 대한 부하연결 상태가 표시되도록 제어하는 기능을 수행하게 된다.
그리고 상기 알람출력부(240)는 제어부(220)에서 생성된 알람신호에 근거하여 알람을 출력하는 기능을 수행하게 된다.
여기서, 상기 알람신호는 음성메시지, 경고음 또는 경고등으로 구성되어 청각 및 시각으로 경고하도록 구성될 수 있다.
또한, 통신부(250)는 제어부의 제어에 따라 통신을 수행하기 위하여, 비상발전기(600) 및 근거리 장치와 연결되어 데이터를 송수신하기 위한 RS232통신모듈을 구성하게 된다.
그리고 태양광발전장치와 에너지저장장치와의 통신을 수행하고, 원격의 외부 장치와 통신을 수행하는 RS485통신모듈 및 Ethernet통신모듈을 포함하여 구성하게 되는 것이다.
예를 들어, RS232통신모듈은 펌웨어 업데이트 및 디버깅을 위하여 MAX232CSE를 사용할 수 있고, RS485통신모듈은 태양광 발전장치, 에너지저장장치 및 원격모니터링장치와의 통신을 수행하기 위해 SN75176B가 사용될 수 있다.
그리고 상기 전원변환부(260)는 외부로부터 전원을 인가받아 동작 요구에 필요한 전원으로 변환하여 공급하는 기능을 수행하게 된다.
즉, 상기한 펄스입력부(210), 제어부(220), MMI부(230), 알람출력부(240), 통신부(250)로 전원을 변환하여 공급하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템의 최대수요전력제어장치의 전면부 및 후면부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 최대수요전력 제어장치의 전면부에는 상기 MMI부(230)에 의해 문자, 그래프 및 부하 연결상태가 표시되는 LCD(231)가 구성되고, 상기 최대수요전력 제어장치의 후면부에는 상기 전력량계로부터 출력되는 펄스신호를 입력받는 펄스입력단자(232), 상기 알람출력부에서 출력되는 알람신호를 외부 알람장치로 연결하기 위한 알람출력단자(233), 통신부와 연계하여 외부 장치와 통신을 수행하기 위한 통신단자(234) 및 전원변환부와 연계하여 외부로부터 전원을 인가받기 위한 전원단자(235)를 포함하게 된다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템의 최대수요전력제어장치의 화면에 표시되는 상태정보화면이다.
즉, LCD에 표시되는 내용에는 목표전력, 현재전력, 예측전력, 기준전력을 수요시한(15분)동안 그래프로 표시되게 하고, 상기 표시되는 전력에 대한 정보가 숫자로 표시되도록 한다. 아울러, 일, 월, 년에 대한 최대피크와 시간정보 및 운전방식에 대한 정보가 표시되며, 부하제어에 대한 정보도 표시되게 한다.
구체적으로, 계통운영상황 영역에 현재 전력을 공급하는 설비가 무엇인지를 표시할 수 있으며, 배터리의 충전 상태 정보, SOC 레벨 정보를 표시하게 된다.
그리고 시간대별 사용추이, 일별 사용추이, 월별 사용추이, 년도별 사용추이, 절감요금, 피크저감관리 영역을 표출시켜 해당 영역에 분석값을 매칭시키게 된다.
한편, 일일 전력 사용량, 충전FID, 방전량 정보 및 월별 누적량 정보 그리고, ESS 설치 후 누적량 정보를 동시에 표출함으로써, 관리의 효율성을 증가시키게 된다.
한편, 부가적인 양태에 따라, 상기 원격모니터링장치(500)는 태양광발전장치, 에너지저장장치 및 최대수요전력 제어장치와 통신을 통해 각각 상기 장치의 상태를 수신하여 표시하고 제어하는 기능을 수행하게 된다.
원격모니터링장치(500)는 상기 태양광발전장치, 에너지저장장치 및 최대수요전력 제어장치와 통신을 통해 각각 상기 장치의 상태를 수신하여 표시하고 제어한다.
이때, 원격모니터링장치(500)는 개인용 컴퓨터 등과 같은 장치로 구성될 수 있으며, 상기 장치들(태양광발전장치, 에너지저장장치 및 최대수요전력 제어장치)의 정보를 수신하여 표시한다.
또한, 원격모니터링장치(500)는 목표전력을 설정할 수 있도록 구성될 수 있으며, 최대수요전력 제어장치의 내부 설정정보를 변경할 수 있다.
또한, 최대수요전력 제어장치의 구동 알고리즘(소프트웨어)을 갱신하도록 구성될 수 있다.
그리고 원격모니터링장치(500)는 태양광발전장치, 에너지저장장치 및 최대수요전력 제어장치와 RS485통신 및 Ethernet통신 중에서 선택된 하나로 통신하도록 구성될 수 있으나, 설계 조건에 따라서 RS485통신 및 Ethernet통신을 모두 적용하여 통신상의 장애를 최소화하도록 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 최대수요전력제어장치(200), 태양광발전장치(300), 에너지저장장치(400)는, 각각 RS485 통신을 수행하기 위한 RS485통신모듈과, 각각 이더넷 통신을 수행하기 위한 Ethernet통신모듈과, 통신 중인 통신모듈을 절체시키기 위한 절체스위치부(700)를 구성하여 이중화 통신이 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.
즉, 시리얼 통신 및 이더넷 통신을 수행하기 위하여 각각 통신모듈을 설치 구성하게 되며, 현재 통신 중인 통신모듈을 문제 발생시 절체하기 위한 절체스위치부를 각각 구비하게 된다.
이때, 통신 불능 상태 발생시 제어부(220)의 제어에 따라 통신모듈을 절체시키게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템의 최대수요전력제어장치의 제어부 블록도이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 상기 제어부(220)는, 설정된 시간에 RS485통신모듈을 통해 통신 답변 신호를 에너지저장장치 및 태양광발전장치로 송출하기 위한 제1통신판단모듈(221)과, 설정된 시간에 Ethernet통신모듈을 통해 통신 답변 신호를 에너지저장장치 및 태양광발전장치로 송출하기 위한 제2통신판단모듈(222)과, 상기 제1통신판단모듈 혹은 제2통신판단모듈 중 어느 하나에서 통신 답변 신호를 획득하지 못하였을 경우에 현재 통신 중인 통신모듈을 다른 통신모듈로 절체시키기 위한 통신절체모듈(223)과, 절체시 통신 불능의 모듈 정보를 원격모니터링장치로 제공하기 위한 통신불능정보제공모듈(224)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 설명하면, 제1통신판단모듈(221)은 설정된 시간에 예를 들어, 1시간 단위로 RS485통신모듈을 통해 통신 답변 신호를 에너지저장장치 및 태양광발전장치로 송출하게 된다.
또한, 제2통신판단모듈(222)은 설정된 시간에 예를 들어, 상기 제1통신판단모듈의 펄스 송출 시간의 1분 후에 Ethernet통신모듈을 통해 통신 답변 신호를 에너지저장장치 및 태양광발전장치로 송출하게 된다.
이때, 상기 에너지저장장치 및 태양광발전장치에 구성된 통신모듈을 통해 통신 답변 신호를 획득하게 되면 정상적인 상태이지만, 상기 제1통신판단모듈 혹은 제2통신판단모듈 중 어느 하나에서 통신 답변 신호를 획득하지 못하였을 경우에는 통신절체모듈(223)에서는 현재 통신 중인 통신모듈을 다른 통신모듈로 절체시키게 되는 것이다.
예를 들어, 현재 RS485통신을 수행하고 있다가 통신 불능 상태가 되면 즉시 Ethernet통신 방식으로 절체하게 되는 것이다.
이때, 상기 통신불능정보제공모듈(224)은 절체시 통신 불능의 모듈 정보를 원격모니터링장치로 제공하게 되는 것이다.
즉, 현재 RS485통신 상태가 불안정하다는 신호를 제공하는 것이다.
결국, 최대수요전력제어장치는 태양광 발전장치, 에너지저장장치 및 원격모니터링장치 사이 및 각 장치들 사이를 이중화 통신방식으로 구성하여 일측 통신선로에 이상이 있는 경우 정상적인 통신선로를 통해 통신이 가능하도록 함으로써, 통신에 대한 오류를 최소화할 수 있는 장점을 제공하는 것이다.
한편, 부가적인 양태에 따라, 제어부(220)는 태양광모듈의 발전 전력이 수용가 부하 전력 범위 내일 경우에 인버터에 공급 신호를 제공하기 위한 인버터공급신호모듈(225)과, 태양광모듈의 발전 전력이 수용가 부하 전력 범위 미만일 경우에 EMS에 공급 신호를 제공하기 위한 EMS공급신호모듈(226)과, 태양광모듈의 발전 전력과 배터리에 저장된 충전 전력이 수용가 부하 전력 범위 미만일 경우에 한전 상용 전력을 공급하기 위한 상용전력공급모듈(227)과, 비상 상황 발생시 비상발전기에 비상용 전력 공급 신호를 제공하기 위한 비상용전력공급신호모듈(228)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 인버터공급신호모듈(225)은 태양광모듈의 발전 전력이 수용가 부하 전력 범위 내일 경우에 인버터에 공급 신호를 제공하게 되는 것이다.
즉, 발전 전력이 수용가 부하를 충분히 수용할 수 있다고 판단되면 인버터에 공급 신호를 제공하게 되는 것이다.
반면, 태양광모듈의 발전 전력이 수용가 부하 전력 범위 미만일 경우에는 EMS공급신호모듈(226)을 통해 EMS에 공급 신호를 제공하게 되며, 이를 통해 배터리에 저장된 전력을 공급하게 되는 것이다.
이때, 인버터 공급을 차단하고, 배터리를 통해 수용가에 공급할 수 있도록 제어할 수도 있으며, 인버터를 통해 공급하고, 변동성 전압을 대비하여 배터리를 통해 충분한 전력을 공급할 수 있도록 제어할 수 있다.
한편, 태양광모듈의 발전 전력과 배터리에 저장된 충전 전력이 수용가 부하 전력 범위 미만일 경우에는 상용전력공급모듈(227)을 통해 한전 상용 전력을 공급하도록 제어할 수 있다.
이때, 인버터 공급 및 배터리 공급을 차단하고, 상용 전력으로 공급하도록 제어할 수도 있으며, 인버터 및 배터리를 통해 공급하면서 부족한 전력량을 변동성 전압을 대비하여 상용 전력으로 공급할 수 있도록 제어할 수 있다.
한편, 상기 비상용전력공급신호모듈(228)은 비상 상황 발생시 예를 들어, 정전 사태 혹은 낙뢰에 의한 파손 등이 발생하면, 비상발전기에 비상용 전력 공급 신호를 제공하도록 제어할 수 있다.
본 발명에 의하면, 수용가 전력관리 및 피크시 수요전력제어를 최대수요전력제어장치, 태양광발전장치 및 EMS를 적용한 에너지저장시스템과 연계관리 함으로써 최적화된 전력관리를 수행하여 수요전력관리 및 전기요금 절감 효과가 있으며, 이중화 통신을 구성하여 통신이상 발생시 신속히 전환하여 안정적으로 시스템이 운영되어 전력공급의 안정성을 기할 수 있는 장점을 제공하게 된다.
이상에서 설명된 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로세서에 의해 액세스 가능한 임의의 매체일 수 있다. 이러한 매체는 휘발성 및 비휘발성 매체 둘 다, 착탈식과 비착탈식 매체, 통신 매체, 저장 매체 및 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다.
통신 매체는 컴퓨터 판독 가능한 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 반송파 또는 기타 전송 메커니즘 등의 변조된 데이터 신호의 기타 데이터를 포함할 수 있고, 공지된 임의의 기타 형태의 정보 전달 매체를 포함할 수 있다.
저장 매체는 RAM, 플래시 메모리, ROM, EPROM, 전기적으로 소거 가능한 판독 전용 메모리("EEPROM"), 레지스터, 하드 디스크, 착탈식 디스크, 콤팩트 디스크 판독 전용 메모리("CD-ROM"), 또는 공지된 임의의 기타 형태의 저장 매체를 포함할 수 있다.
이상에서와 같이, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
100 : 전력량계
200 : 최대수요전력제어장치
300 : 태양광발전장치
400 : 에너지저장장치

Claims (5)

  1. 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템에 있어서,
    수배전반 내부에 설치되고, 한전 계통으로부터 인가된 전력을 변성하는 계기용변성기(MOF)에서 출력되는 전압과 전류에 근거하여 수용가 소비전력을 측정하는 전력량계(100);
    수배전반 내부에 설치되고, 상기 전력량계(100)로부터 입력된 펄스신호와 목표전력에 근거하여 피크전력을 예측하여 부하제어를 실시하며, RS485통신모듈 및 Ethernet통신모듈을 포함하여 구성되는 최대수요전력제어장치(200);
    태양광 모듈(310)로부터 입력되는 직류 전원을 취합하여 출력하고, 보호기능을 수행하는 태양광 접속반(320), 상기 태양광 접속반(320)에서 출력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 수용가 부하에 공급하며, RS485통신모듈 및 Ethernet통신모듈을 포함하여 구성되는 태양광 인버터(330)를 포함하여 구성되는 태양광발전장치(300);
    상기 태양광발전장치(300)로부터 발전되는 전력 또는 한전 전력을 저장하는 배터리(410) 및 상기 배터리의 충/방전상태를 제어관리하는 배터리관리시스템(420, BMS), 상기 배터리에 저장된 전력의 전압과 주파수를 전력 계통에 대응하여 변환시키고 상기 변환된 전력을 수용가 부하(전력 계통)에 병입시키는 파워컨디셔너시스템(430, PCS), RS485통신모듈 및 Ethernet통신모듈을 포함하여 구성되어 상기 최대수요전력제어장치(200) 및 태양광발전장치(300)와의 통신을 통해 수용가의 소비전력 데이터, 태양광 발전량을 모니터링하고, 배터리 충/방전 시간을 제어하며, 시스템의 전체적인 상태 정보를 제공하기 위한 EMS(440)를 포함하여 구성되는 에너지저장장치(400);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 최대수요전력제어장치(200), 태양광발전장치(300), 에너지저장장치(400) 간의 이중화 통신을 이용하여 연계 관리가 가능하도록 구성되고,
    상기 최대수요전력제어장치(200)는,
    전력량계로부터 출력되는 펄스신호를 입력받는 펄스입력부(210);
    상기 펄스입력부에서 입력받은 펄스신호에 근거하여 현재전력과 예측전력을 산출하고, 산출된 현재전력 및 예측전력에 따라 목표전력과 비교하여 수용가 부하를 제어하기 위한 부하 제어 신호를 생성하며, 이상 여부에 대한 알람신호를 생성하며, 계통 고장 발생시 비상발전기에 비상용 전력 공급 신호를 생성하는 제어부(220);
    상기 제어부에서 산출된 현재전력 및 예측전력과 설정된 목표전력을 문자 및 그래프로 표시되게 하고, 상기 제어부에서 생성된 부하 제어 신호에 대한 부하연결 상태가 표시되도록 제어하는 MMI부(230);
    상기 제어부에서 생성된 알람신호에 근거하여 알람을 출력하는 알람출력부(240);
    상기 제어부의 제어에 따라 통신을 수행하기 위하여, 비상발전기(600) 및 근거리 장치와 연결되어 데이터를 송수신하기 위한 RS232통신모듈, 상기 태양광발전장치와 에너지저장장치와의 통신을 수행하고, 원격의 외부 장치와 통신을 수행하는 RS485통신모듈 및 Ethernet통신모듈을 포함하여 구성되는 통신부(250); 및
    외부로부터 전원을 인가받아 동작 요구에 필요한 전원으로 변환하여 공급하는 전원변환부(260);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 최대수요전력 제어장치의 전면부에는 상기 MMI부(230)에 의해 문자, 그래프 및 부하 연결상태가 표시되는 LCD가 구성되고,
    상기 최대수요전력 제어장치의 후면부에는,
    상기 전력량계로부터 출력되는 펄스신호를 입력받는 펄스입력단자;
    상기 알람출력부에서 출력되는 알람신호를 외부 알람장치로 연결하기 위한 알람출력단자;
    통신부와 연계하여 외부 장치와 통신을 수행하기 위한 통신단자; 및
    전원변환부와 연계하여 외부로부터 전원을 인가받기 위한 전원단자;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 펄스입력부(210)는,
    상기 전력량계에서 출력되는 WP신호를 수신하여 WP입력 포토커플러가 도통되고, 상기 WP입력 포토커플러의 도통에 따라 WP펄스신호가 생성되는 WP펄스신호모듈(211); 및
    상기 전력량계에서 수요시한 15분 종료시 발생되는 EOI신호를 수신하여 EOI입력 포토커플러가 도통되고, 상기 EOI입력 포토커플러가 도통됨에 따라 EOI펄스신호가 생성되는 EOI펄스신호모듈(212);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 최대수요전력제어장치(200), 태양광발전장치(300), 에너지저장장치(400)는,
    각각 RS485 통신을 수행하기 위한 RS485통신모듈;
    각각 이더넷 통신을 수행하기 위한 Ethernet통신모듈; 및
    통신 중인 통신모듈을 절체시키기 위한 절체스위치부(700);
    를 포함하여 이중화 통신이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 수요전력제어 최적화 기술의 EMS를 적용한 에너지저장시스템.
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