KR101956232B1 - 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ess)의 에너지 관리 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에너지저장장치를 관리함에 있어서 이승저감 운전방식을 적용한 임베디드 시스템을 통해 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것으로, 태양광 모듈을 이용한 태양광이나 풍력 또는 조수간만을 이용한 조력에 의한 발전이 가능한 발전장치(100); 상기 발전장치(100)에서 발전된 에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리(220)의 충방전을 수행하는 전력변환시스템(Power Conversion System; PCS)(210)과, 상기 배터리(220)의 상태 감지 및 배터리 제어 운영을 관리하여 배터리에 최상의 컨디션을 제공하는 배터리 관리 시스템(BMS)(230)과, 상기 배터리(220)에서 공급된 전기에너지를 인버터(300)를 통해 부하(310)로 공급하는 분전반(240)과, 상기 부하(310)의 상태를 센싱하고, 상기 부하(310)가 이승저감을 적용하여 동작되도록 상기 인버터(300)를 제어하는 최적여자 제어부(250)와, 상기 전력변환시스템(210)과 배터리 관리 시스템(230)정보와 상기 최적여자 제어부(250)로부터 상기 인버터(300)와 부하(310)의 정보를 제공받아 상기 배터리(220)의 충방전 전력량을 제어하고, 에너지를 효율적으로 관리하기 위해 에너지 사용 현황을 실시간으로 모니터링, 제어 및 분석하며, 임베디드 시스템으로 적용되는 에너지 관리 시스템(260) 및상기 에너지 저장 시스템(200)의 구성품과 상기 최적 여자 제어부(250)를 통해 수집된 상기 인버터(300)와 부하(310)의 운용과 동작정보를 외부로 전송하는 통신부(270)를 포함하여 구성되는 에너지 저장 시스템(ESS)(300); 및 통신노드(500)를 통해 상기 여너지 저장 시스템(200)으로부터 전송된 상기 부하(310)와 인버터(300)의 운용 및 동작 정보를 모니터로 표시하고, 상기 부하(310)와 인버터(300)의 운용 및 동작 정보를 통해 상기 에너지 저장 시스템(ESS)(200)의 상기 최적여자 제어부(250)가 상기 부하(310)를 미리 설정된 최적효율의 이승저감 방식으로 동작되도록 제어하는 에너지 관리 서버(400);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 에너지저장장치(Energy Storage System; ESS)의 최대 운전 효율 관리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지저장장치를 관리함에 있어서 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(ESS : Energy Storage System)은 에너지를 배터리처럼 저장해서 언제든 꺼내 쓸 수 있는 저장장치를 의미하는 것으로, 지금까지의 전기에너지는 생산과 저장의 차이가 있으므로 전기에너지를 사용하는데 있어서 생산이 함께 움직여줘야 하는데, ESS는 에너지를 효과적으로 저장해 사용하기 위한 시스템으로 에너지생산에 대한 여유를 가질 수 있게 해준다.
그래서 ESS가 활성화되면 비교적 에너지 소비량이 적은 새벽에 생산되는 에너지를 저장하여 에너지 공급이 몰릴 때 효과적으로 사용할 수 있고 에너지 생산 가동률을 높일 수 있다.
그리고 미미하게 모이는 신재생에너지를 축적하여 에너지를 나눠 쓸 수 있기 때문에 지금의 전력난을 많이 해소시킬 수 있는 중요한 에너지 시스템으로 인식되고 있다.
그 중 제주도에서 펼쳐지는 ESS 실증 사업은 한 개의 변전소와 맞먹는 규모의 8메가 와트급으로 진행되고 있어 전력난을 해소해 줄 수 있는 것으로 기대가 되고 있다.
근래 국가적 차원에서 에너지 확보를 위한 신재생 에너지 보급 확대 정책으로 풍력, 태양광 등의 에너지 생산 설비가 급속히 증가하는 추세이다.
이러한, 신재생 에너지는 화석에너지의 고갈문제와 환경문제에 대한 핵심 해결방안이라는 점에서 선진국을 비롯하여 각 국가에서 연구가 활발히 진행 중이다. 특히 신재생 에너지 중 태양 에너지를 이용하여 전력을 발전시키는 태양광 발전 시스템은 공해가 없고, 설치 및 유지보수가 용이하다는 장점 등으로 인해 최근 각광을 받고 있다.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)은 생산된 전기를 저장장치(배터리 등)에 저장했다가 전력이 필요할 때, 공급하여 전력 사용 효율을 향상시킬 수 있는 시스템을 말한다.
이러한 ESS는 크게 1) 전력저장원(배터리, 압축공기 등), 2) 배터리의 상태 감시 및 배터리 제어, 운영을 위한 BMS(Battery Management System), 3) 배터리의 충, 방전을 위한 전력변환 장치(Power Conversion System, PCS) 및 PCS를 제어하면서 상위 시스템 및 타 시스템과 통신을 수행하는 EMS(Energy Management System) 등으로 구성된다.
이러한 전력저장원으로는, LIB(리튬 이온 전지), NaS(나트륨 황 전지), RFB(레독스흐름전지), SuperCapacitor(슈퍼커패시터), Flywheel(플라이 휠), CAES(압축공기 저장)를 포함할 수 있다.
이와 같은 ESS를 설치하는 이유는 주파수 조정, 신재생 에너지 연계, 수요 반응, 비상 발전 등에 활용함으로써 전력피크 억제하고, 전력품질 향상 및 전력수급 위기 대응할 수 있도록 한 것이다. 공공기관 건축물이 ESS를 전력피크 억제를 위해 활용할 경우, 충전요금 및 기본 요금, 사용량 요금을 절감할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 에너지저장장치를 관리함에 있어서 이승저감 운전방식을 적용한 임베디드 시스템을 통해 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 시스템은 태양광 모듈을 이용한 태양광이나 풍력 또는 조수간만을 이용한 조력에 의한 발전이 가능한 발전장치; 상기 발전장치에서 발전된 에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리의 충방전을 수행하는 전력변환시스템(Power Conversion System; PCS)과, 상기 배터리의 상태 감지 및 배터리 제어 운영을 관리하여 배터리에 최상의 컨디션을 제공하는 배터리 관리 시스템(BMS)과, 상기 배터리에서 공급된 전기에너지를 인버터를 통해 부하로 공급하는 분전반과, 상기 부하의 상태를 센싱하고, 상기 부하가 이승저감을 적용하여 동작되도록 상기 인버터를 제어하는 최적여자 제어부와, 상기 전력변환장치와 배터리 관리 시스템정보와 상기 최적여자 제어부로부터 상기 인버터와 부하의 정보를 제공받아 상기 배터리의 충방전 전력량을 제어하고, 에너지를 효율적으로 관리하기 위해 에너지 사용 현황을 실시간으로 모니터링, 제어 및 분석하며, 임베디드 시스템으로 적용되는 에너지 관리 시스템 및상기 에너지 저장 시스템의 구성품과 상기 최적 여자 제어부를 통해 수집된 상기 인버터와 부하의 운용과 동작정보를 외부로 전송하는 통신부를 포함하여 구성되는 에너지 저장 시스템(ESS); 및 통신노드를 통해 상기 여너지 저장 시스템으로부터 전송된 상기 부하와 인버터의 운용 및 동작 정보를 모니터로 표시하고, 상기 부하와 인버터의 운용 및 동작 정보를 통해 상기 에너지 저장 시스템(ESS)의 상기 최적여자 제어부가 상기 부하를 미리 설정된 최적효율의 이승저감 방식으로 동작되도록 제어하는 에너지 관리 서버;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 방법은, 에너지 저장장치의 에너지 관리 시스템(EMS)을 임베디드 시스템으로 구현하는 단계; 상기 에너지저장장치의 최적여자 제어부에서 이승저감을 적용하여 부하의 상태에 따라 인버터를 제어하는 단계; 상기 에너지 관리 시스템에서는 에너지 관리 서버로 상기 이승저감 적용 부하의 상태 정보와 인버터 정보를 통신노드를 통해 무선으로 전송하는 단계; 및 상기 에너지 관리 서버는 부하 및 인버터의 상태를 분석하고, 분석결과를 모니터로 출력하고, 상기 부하에 대한 최적제어를 위한 상기 인버터 제어신호를 상기 통신노드를 통해 상기 에너지저장장치의 상기 최적여자 제어부로 전송하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 최적여자 제어부에서 이승저감 부하원칙에 따라 상기 인버터를 제어하는 단계는, 상기 최적여자 제어부에서 상기 부하에 모터가 적용된 경우 상기 모터를 통해서 자속분 전류와 토크분 전류를 측정하고, 측정된 자속분 전류와 토크분 전류를 제어하도록 상기 인버터를 조정하되, 상기 인버터는 이승저감 부하의 원칙에 따라 자속 분 전류와 토크 분 전류를 임의로 제어하여 상기 자속분 전류와 토크분 전류에 대한 제어 작용으로 소비전력을 이승저감 방식으로 운영함으로써 필요이상의 전력이 소비되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 에너지 저장장치인 ESS에서 생산된 전기를 저장장치(배터리) 등에 저장하였다가 전력이 필요할 때 공급하여 전력 사용 효율을 향상시킬 수 있다.
둘째, ESS를 임베디드 시스템으로 구현하고, 이승저감 부하를 적용하여 운전 장치의 운전 효율을 최대화할 수 있다.
셋째, 원격지에서 ESS를 모니터링하면서 최대 운전 효율관리가 가능하도록 제어함으로써 ESS의 운전 효율을 최적화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2는 인버터 운전에 있어서의 주파수에 따른 출력전압의 특성을 보여주는 그래프이다.
도 3은 모터를 일정한 회전수(N)으로 회전시켰을 때 회전수와 토크의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 4는 제어방식별 소비전력을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 인버터 운전에 있어서의 주파수에 따른 출력전압의 특성을 보여주는 그래프이다.
도 3은 모터를 일정한 회전수(N)으로 회전시켰을 때 회전수와 토크의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 4는 제어방식별 소비전력을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
도 1은 본 발명에 따른 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
본 발명에 따른 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 시스템은 도 3에 나타낸 바와 같이, 발전장치(100), 에너지 저장 시스템(ESS)(200), 인버터(300), 이승저감이 적용되는 부하(310), 에너지 관리 서버(400) 및 통신노드(500)로 구성된다.
우선 발전장치(100)는 태양광 모듈을 이용한 태양광이나 풍력 또는 조수간만을 이용한 조력에 의한 발전이 가능한 장치이다.
에너지 저장 시스템(200)은 최대 운전 효율 관리를 위한 것으로, 전력변환시스템(Power Conversion System; PCS)(210), 배터리(220), 배터리 관리 시스템(BMS)(230), 분전반(240), 최적여자 제어부(250), 에너지 관리 시스템(EMS)(260) 및 통신부(270)로 구성된다.
여기서 전력변환시스템(Power Conversion System; PCS)(210)은 발전장치(100)에서 발전된 에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리(220)의 충방전을 수행한다. 이때, 주파수, 전압, AC/DC 변환을 수행한다.
현재 전세계적으로 고유가, 환경문제(예를 들면 CO2저감 대책의 마련 등) 등의 이유로 신재생 에너지에 대한 관심이 폭증하고 있다고 할 수 있다.
이러한 PCS시스템을 적용하여 발전장치(100)에서 발생된 에너지인 직류 에너지를 배터리(220)거나, 교류 에너지로 변환한 후에 도 3에 도시된 바와 같이, 각 분전반(240)으로 직접 공급할 수도 있다.
배터리(220)는 전력변환시스템(210)에서 변환된 전기에너지를 충전한다. 이러한 배터리(220)는 수많은 셀로 이루어져 있는데 이러한 셀(cell)이 모여 모듈(module)이 되고, 모듈이 모여 팩(pack)이 되며, 이 팩이 모여 랙(RACK)이 된다. 최종적으로 ESS 배터리를 여러개의 랙이 모여 시스템을 구성하게 된다.
BMS(230)는 배터리(220)의 상태 감지 및 배터리 제어 운영을 관리하여 배터리에 최상의 컨디션을 제공하기 위한 것으로, 배터리 상태에 따른 개별충전방식을 통해 배터리 수명을 극대화하도록 하여 배터리 교체 주기를 연장시키며, 불량 배터리를 감지한다.
분전반(240)은 PCS(210)에서 공급된 전기에너지를 인버터(300)를 통해 이승저감이 적용되는 부하(310)로 공급한다. 이러한 부하로는 공조기나 펌프 등이 될 수 있다. 예를 들어 공조기가 적용되는 경우에는 통상적으로 모터가 배치될 수 있다. 이러한 모터로는 3상 유도 전동기에 적용될 수 있다. 3상 유도전동기는 통상적으로 동기 전동기와 동일한 구조와 동일한 원리로 회전자계를 발생시킬 수 있다. 그러나 동기 전동기와 달리 회전자는 회전자계와 동일한 속도로 회전할 수 없고, 일반 적인 유도 전동기의 동작에서는, 회전자계의 속도보다 느린 속도로 회전하게 된다(역상 제동과 회생 제동의 경우를 제외한다). 따라서 유도전동기를 비동기화 전동기(asynchronous machine)라고도 한다.
이와 같이 회전자의 속도와 회전자계의 속도가 비동기화됨에 따라 회전자계의 속도와 회전자의 자속이 동기화되지 않는다고 생각할 수 있으나, 자세히 살펴보면, 유도전동기는 자속의 관점에서 보면 동기화되어 있다는 것을 알 수 있다.
최적여자 제어부(250)는 부하(310)의 상태(예를 들어 온도 등)를 측정하고, 인터터(300)를 통해 부하(310)가 이승저감을 적용하여 동작하도록 제어하여 최대 운전 효율관리가 가능하도록 한다.
에너지관리시스템(EMS)(260)은 전력변환시스템(PCS)(210)와 배터리 관리 시스템(230), 인버터(300)와 주변기기인 부하(310)의 정보를 최적여자 제어부(250)로부터 제공받아 BMS(230)를 통해 배터리(220)의 충방전 전력량을 제어하고, 에너지를 효율적으로 관리하기 위해 에너지 사용 현황을 실시간으로 모니터링, 제어 및 분석한다.
이때, 에너지 관리 시스템(260)은 임베디드 시스템으로 적용되는 것이 바람직하며, 임베디드 시스템이란 다른 기기의 일부로서 내장된 컴퓨팅 시스템으로, 일반적인 컴퓨터와 달리 자신을 포함하고 있는 기기에 부과한 특정 목적의 컴퓨팅 작업만을 수행할 수 있다.
이를 위해 임베디드 시스템은 중앙처리 장치(Central Panel Unit)을 갖고 있으며, 운영체제를 필요로 하며, 운영체제로 애플리케이션을 실행하여 특정작업을 수행하도록 구성될 수 있다. 통상적으로 임베디드 시스템은 군사용 기기, 산업용 기기, 통신기기, 셋탑 박스, DTV(Digital Television), 디지털 카메라와 같은 가전기기 등을 위해 사용될 수 있다.
임베디드 시스템은 특정 작업을 수행하기 위해 GUI(Graphic User Interface)를 제공할 수 있다. 즉 임베디드 시스템에 내장되어 있는 펌웨어(firmware)를 사용해서 이승저감 방식으로 운전할 수 있다.
또한 본 발명 ESS(300)의 에너지 관리 시스템(260)은 ESS(300)의 구성품들의 상태를 외부의 에너지 관리 서버(400)로 전송하는 통신부(270)가 더 구성된다.
이러한 이승저감 부하의 운전에 대하여는 후술되는 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
에너지 관리 서버(400)는 ESS(200)의 통신부(270)로부터 통신노드(500)를 통해 전송된 ESS(200)의 부하(310)와 구성품들의 상태 정보를 전송받는다.
그리고 구성품(전력변환시스템(PCS)(210), 배터리(220), 배터리 관리 시스템(BMS)(230), 분전반(240), 최적여자제어부(250), 에너지 관리 시스템(EMS)(260) 및 통신부(270))의 이상 발생 시나 부하(310)에 대한 최대 효율 이상시 이를 에너지 관리 서버(400)의 관리자가 알 수 있도록 HMI를 통해 모니터에 이를 표시한다. 그에 따라 관리자나 서버(400)에서는 최적여자 제어부(250)나 에너지 관리 시스템(260)을 통해 원격지에서 인버터(300)를 제어하여 이승저감 부하(310)를 정상범위 또는 최대 효율로 정상범위에서 구동되도록 제어할 수 있다.
최근 인버터(inverter)의 에너지 절약 및 이용합리화는 공조용뿐만 아니라, 전에는 별로 생각하지 않았던 반송기계, 기타 일반산업기계에도 니즈(needs)가 높아가고 있다. 그 결과 여러가지 에너지 절약 방법에 의한 대처방안이 추진되고 있다.
인버터 운전이 에너지 절약이 된다는 것은 오래 전부터 알려져 온 사실이다.
이러한 인버터 운전을 고려할 요소로는 모터의 특성에 대하여 고려할 필요가 있다.
이와 같은 인버터 운전을 할 때 사용할 수 있는 모터로는 유도전동기를 사용할 수 있다.
유도전동기의 속도 N(r/min)은 다음 수학식 1로 표시될 수 있다.
유도전동기의 전압V와 주파수f와 자속(토크) 사이에는 다음 수학식 2와 같은 관계가 있다.
전압 V와 주파수f의 관계를 일정하게 유지하면서 주파수를 가변시키면 저속에서 고속까지 일정한 자속(즉 일정 토크)을 발생시킬 수 있다. 중간속도로 운전하는 경우 전압도 속도에 거의 비례하여 저감되도록 제어할 수 있다.
인버터(inverter)는 주파수(f)와 전압V를 임의로 제어할 수 있기 때문에 유도전동기를 임의의 속도로 가변 운전할 수 있다. 이때 상용 전원으로 모터를 중간 속도로 운전하는 경우, 기계적 또는 전기적으로 브레이크를 걸 필요가 있다.
이 방식은 모터는 전원 전압이 인가되어 착실하게 토크를 내면서 브레이크로 억제하게 되기 때문에 브레이크의 억제 분만큼의 에너지 소모가 발생하게 된다. 인버터에 의해 모터 자신의 속도를 가변토록 하면, 브레이크에서 소비되는 에너지가 불필요하게 되어 에너지 절약이 가능할 수 있다. 경 부하시에는 필요한 모터 토크는 작아도 되기 때문에 모터의 여자 전류를 저감시킬 수 있다. 따라서 속도는 낮추지 않고, 전압을 내릴 수 있어서 에너지 절약이 될 수 있다.
도 2는 인버터 운전에 있어서의 주파수에 따른 출력전압의 특성을 보여주는 그래프이다.
도 2를 참조하면, 이러한 부하의 종류로는 저감토크 부하, 정토크 부하, 정출력 부하의 3종류로 나눌 수 있다.
인버터 운전에서의 에너지 절약 효과는 모터에 걸리는 부하에 크게; 영향을 받기 때문에 부하 특성에 맞는 Voltage/frequency(전압/주파수) 패턴을 선택할 필요가 있다.
2승 저감 토크 부하에서는 회전속도가 낮아지면, 속도의 2승에 비례하여 토크도 작아지는 부하로서, 팬이나 펌프 등의 유체기기로 대표될 수 있다. 이러한 팬이나 펌프 등의 유체 기기 적용시에 회전 속도에 대한 제어로서 대폭적인 에너지 절약을 할 수 있다. 이러한 일예로 펌프를 예로 들어 설명하면, 유량과 풍량은 회전속도에 비례하여 변화는 특성을 보인다. 또한 토크(일종의 정압)은 회전 속도의 2승에 비례하여 수학식 3과 같이 변화하는 특성을 갖고 있다.
그리고 축동력은 수학식 4와 같이 회전속도의 3승에 비례하는 특성을 갖는다.
도 3은 모터를 일정한 회전수(N)으로 회전시켰을 때 회전수와 토크의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 모터의 회전속도를 N1에서 N2로 변화시키면, 유량(Q), 압력, 즉 토크(H, T), 축동력(PL)은 일정한 법칙을 가지고 변화하며, 수학식 3 내지 4와 같은 관계를 나타내며 돌아가게 된다. 이에 따라 소비전력(P 또는 PL로 표시)을 제어하여 운전할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같이 2승 저감 부하의 특성을 살펴보면, 블로어를 기준으로 설명하면 다음과 같다.
즉 댐퍼제어(상용운전)인 경우에는 풍량을 작게 하더라도 소비전력은 그리 적어지지 않으나, 인버터 운전인 경우에는 소비전력이 회전속도의 3승에 거의 비례하기 때문에 풍량을 적게 할수록 소비전력이 대폭으로 감소되는 것을 알 수 있다. 이 소비 전력의 차이가 에너지 절약으로 되는 것이 이승저감의 원리에 대한 것이다.
이와 같은 인버터 운전에서는 정토크 인버터로도 충분히 에너지 절약이 되는 소비전력이 보다 적어지도록 부하토크에 맞추어 전압을 낮게 하는 2승 저감 토크 패턴을 선택하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명 에너지 관리시스템(EMS)(380)에서는 인버터(350)를 제어함에 있어 출력전압을 부하에 따라 제어하는 최적 여자 제어를 선택하면, 더욱 에너지 절약을 할 수 있다.
여자전류와 토크분 전류로 분할하여 그 비율을 손실이 최소가 되도록 제어함으로써 모터를 최고 효율로 운전할 수 있기 때문에 큰 에너지 절약을 할 수 있다.
이러한 제어방식별 소비전력을 도 4에서 설명하고 있다.
도 5는 본 발명에 따른 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명에 따른 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 방법은 도 5에 나타낸 바와 같이, 에너지 관리 시스템(EMS)(260)을 임베디드 시스템으로 구현한다(S100).
그리고 최적여자 제어부(250)에서는 부하(310)의 상태에 따라 이승저감을 적용하여 인버터(300)를 조정한다(S110). 이때, 최적여자 제어부(250)에서는 부하(310)가 모터인 경우 모터를 통해서 자속분 전류와 토크분 전류를 측정하고, 측정된 자속분 전류와 토크분 전류를 제어하도록 인버터(310)를 조정한다.
이때 인버터(310)는 이승저감 부하의 원칙에 따라 수학식 3 내지 5를 만족시키도록 자속 분 전류와 토크 분 전류를 임의로 제어할 수 있다.
이와 같은 자속분 전류와 토크분 전류에 대한 제어 작용으로 소비전력을 이승저감 방식으로 운영함으로써 필요이상의 전력을 소비하는 것을 방지할 수 있다.
한편 에너지 관리 시스템(260)은 통신부(270)와 통신노드(500)을 통해 에너지 관리 서버(400)로 최적여자 제어부(250)에서 측정한 부하(310)의 상태 정보 및 인버터(300) 운용 정보를 전송한다. 또한 필요에 따라 에너지 저장 시스템(200)을 구성하는 구성품들인 전력변환시스템(210), 배터리(220), 배터리 관리 시스템(BMS)(230), 분전반(240), 부하(250) 및 에너지 관리 시스템(EMS)(260) 중 하나 이상의 상태정보를 전송한다.
그에 따라 에너지 관리 서버(400)는 부하 및 인버터의 상태를 분석하여 모니터로 출력한다(S130). 또한 에너지 관리 서버(400)는 정상이 아닌 이상 상태 발생 시 인터페이스(430)를 통해 외부(모니터 등)로 출력할 수 있다.
그에 따라 서버 관리자는 모니터를 통해 이상을 알게 되고, ESS 관리자는 필요에 따라 부하의 최대효율 제어를 위하여 최적여자 제어부(250)를 통해 인버터(300)를 제어할 수 있다(S140). 또한 이상이 발생한 구성품에 대한 이상을 점검하여 수리, 교체 등의 후속조치를 수행할 수 있도록 할 수 있다.
따라서 본 발명 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 시스템 및 방법에서는 에너지 관리 시스템(260)을 임베디드 시스템으로 구현하고, 인버터(300)를 제어함에 있어 이승저감을 이용함으로써 에너지저장장치(ESS)에서의 운전 효율을 관리함에 있어 최대 운전 효율로 관리하는 것이 가능하다.
이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 발전장치
200 : 에너지 저장 시스템(ESS) 210 : PCS(Power Conversion System)
220 : 배터리 230 : 배터리 관리 시스템(BMS)
240 : 분전반 250 : 최적여자 제어부
260 : 에너지 관리 시스템(EMS) 270 : 통신부
300 : 인버터 310 : 부하(이승저감 적용)
400 : 에너지 관리 서버 500 : 통신노드
200 : 에너지 저장 시스템(ESS) 210 : PCS(Power Conversion System)
220 : 배터리 230 : 배터리 관리 시스템(BMS)
240 : 분전반 250 : 최적여자 제어부
260 : 에너지 관리 시스템(EMS) 270 : 통신부
300 : 인버터 310 : 부하(이승저감 적용)
400 : 에너지 관리 서버 500 : 통신노드
Claims (3)
- 태양광 모듈을 이용한 태양광이나 풍력 또는 조수간만을 이용한 조력에 의한 발전이 가능한 발전장치(100);
상기 발전장치(100)에서 발전된 에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리(220)의 충방전을 수행하는 전력변환시스템(Power Conversion System; PCS)(210)과, 상기 배터리(220)의 상태 감지 및 배터리 제어 운영을 관리하여 배터리에 최상의 컨디션을 제공하는 배터리 관리 시스템(BMS)(230)과, 상기 배터리(220)에서 공급된 전기에너지를 인버터(300)를 통해 부하(310)로 공급하는 분전반(240)과, 상기 부하(310)의 상태를 센싱하고, 상기 부하(310)가 이승저감을 적용하여 동작되도록 상기 인버터(300)를 제어하는 최적여자 제어부(250)와, 상기 전력변환시스템(210) 과 배터리 관리 시스템(230)정보와 상기 최적여자 제어부(250)로부터 상기 인버터(300)와 부하(310)의 정보를 제공받아 상기 배터리(220)의 충방전 전력량을 제어하고, 에너지를 효율적으로 관리하기 위해 에너지 사용 현황을 실시간으로 모니터링, 제어 및 분석하며, 임베디드 시스템으로 적용되는 에너지 관리 시스템(260) 및상기 최적 여자 제어부(250)를 통해 수집된 상기 인버터(300)와 부하(310)의 운용과 동작정보를 외부로 전송하는 통신부(270)를 포함하여 구성되고, 상기 전력변환시스템(PCS)(210), 배터리(220), 배터리 관리 시스템(BMS)(230), 분전반(240), 최적여자제어부(250), 에너지 관리 시스템(EMS)(260) 및 통신부(270)를 구성품으로 하여 상기 인버터(300)와 부하(310)의 운용과 동작정보를 외부로 전송 시 상기 구성품의 운용과 동작정보 역시 상기 통신부(270)를 통해 외부로 전송하는 에너지 저장 시스템(ESS)(200); 및
통신노드(500)를 통해 상기 에너지 저장 시스템(200)으로부터 전송된 상기 부하(310)와 인버터(300) 및 상기 에너지 저장 시스템(ESS)(200)을 구성하는 상기 전력변환시스템(PCS)(210), 배터리(220), 배터리 관리 시스템(BMS)(230), 분전반(240), 최적여자제어부(250), 에너지 관리 시스템(EMS)(260) 및 통신부(270)의 운용 및 동작 정보를 모니터로 표시하고, 상기 에너지 저장 시스템(ESS)(200)의 상기 최적여자 제어부(250)가 상기 부하(310)를 미리 설정된 최적효율의 이승저감 방식으로 동작되도록 제어하며, 상기 전력변환시스템(PCS)(210), 배터리(220), 배터리 관리 시스템(BMS)(230), 분전반(240), 최적여자제어부(250), 에너지 관리 시스템(EMS)(260) 및 통신부(270)의 이상 발생 시나 상기 부하(310)의 최대 효율 이상 시 이를 HMI(Human Machine Interface)를 통해 모니터에 표시하도록 제어하는 것에 따라 상기 최적여자 제어부(250)나 에너지 관리 시스템(260)을 통해 원격지에서 상기 인버터(300)를 제어하여 부하(310)를 정상범위 또는 최대 효율로 구동되도록 하는 에너지 관리 서버(400);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 시스템.
- 청구항 1에 기재된 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 방법으로,
상기 에너지 저장장치의 에너지 관리 시스템(EMS)(260)을 임베디드 시스템으로 구현하는 단계(S100);
상기 에너지저장장치의 최적여자 제어부(250)에서 이승저감을 적용하여 부하(310)의 상태에 따라 인버터(300)를 제어하되, 상기 최적여자 제어부(250)에서 상기 부하(310)에 모터가 적용된 경우 상기 모터를 통해서 자속분 전류와 토크분 전류를 측정하고, 측정된 자속분 전류와 토크분 전류를 제어하도록 상기 인버터(300)를 조정하며, 상기 인버터(300)는 이승저감 부하의 원칙에 따라 자속 분 전류와 토크 분 전류를 임의로 제어하여 상기 자속분 전류와 토크분 전류에 대한 제어 작용으로 소비전력을 이승저감 방식으로 운영하여 필요이상의 전력이 소비되는 것을 방지하는 단계(S110);
상기 에너지 관리 시스템(260)에서는 에너지 관리 서버(400)로 상기 이승저감 적용 부하의 상태 정보와 인버터 정보를 통신노드(500)를 통해 무선으로 전송하되, 전력변환시스템(PCS)(210), 배터리(220), 배터리 관리 시스템(BMS)(230), 분전반(240), 최적여자제어부(250), 에너지 관리 시스템(EMS)(260) 및 통신부(270)와 상기 인버터(300)와 부하(310)의 운용과 동작정보를 상기 통신부(270)를 통해 외부로 전송하는 단계(S120); 및
상기 에너지 관리 서버(400)는 부하(310) 및 인버터(300)의 상태를 분석하고(S130), 분석결과를 모니터로 출력하며, 상기 부하(310)에 대한 최적제어를 위한 상기 인버터 제어신호를 상기 통신노드(500)를 통해 상기 에너지 저장 시스템(200)의 상기 최적여자 제어부(250)로 전송하는 단계(S140);를 포함하되,
상기 최적여자 제어부(250)가 상기 부하(310)를 미리 설정된 최적효율의 이승저감 방식으로 동작되도록 제어하며, 상기 전력변환시스템(PCS)(210), 배터리(220), 배터리 관리 시스템(BMS)(230), 분전반(240), 최적여자제어부(250), 에너지 관리 시스템(EMS)(260) 및 통신부(270)의 이상 발생 시나 상기 부하(310)의 최대 효율 이상 시 이를 HMI(Human Machine Interface)를 통해 모니터에 표시하도록 제어하는 것에 따라 상기 최적여자 제어부(250)나 에너지 관리 시스템(260)을 통해 원격지에서 상기 인버터(300)를 제어하여 부하(310)를 정상범위 또는 최대 효율로 구동되도록 하는 것을 특징으로 하는 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 관리 방법. - 삭제
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