KR101971906B1 - 배전 선로보다 큰 용량을 가지는 신재생 발전기를 포함하는 전력 시스템 및 이를 위한 전력 관리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배전 선로보다 큰 용량을 가지는 신재생 발전기를 포함하는 전력 시스템 및 이를 위한 전력 관리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면은, 전력 계통에 연결된 제1 선로에 제2 선로를 통해 연결된 신재생 발전기; 및 상기 제2 선로에 연결된 에너지 저장 장치를 포함하되, 상기 신재생 발전기의 용량은 상기 제1 선로의 용량보다 큰 것을 특징으로 하는 전력 시스템일 수 있다.

Description

배전 선로보다 큰 용량을 가지는 신재생 발전기를 포함하는 전력 시스템 및 이를 위한 전력 관리 장치{A power system including a renewable generator having a larger capacity than a distribution line, and a power management device therefor}
본 발명은 전력 시스템 및 전력 관리 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 배전 선로보다 큰 용량을 가지는 신재생 발전기를 포함하는 전력 시스템 및 이를 위한 전력 관리 장치에 관한 것이다.
태양광 등의 신재생 발전기와 에너지 저장 장치(ESS)를 사용하는 전력 시스템에 대한 관심이 증가하고 있다. 신재생 발전은 화석 연료를 사용하는 발전이나 원자력 발전에 비해 환경 오겸이나 사고의 우려가 적다는 장점이 있다.
에너지 저장 장치는 신재생 발전과의 연계가 없이 단독으로 사용될 수 있다. 이 경우, 시간에 따른 전력 요금의 차이를 이용하여 경부하 구간에서 에너지 저장 장치를 충전하고 최대부하 구간에서 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 방전하는 방식으로 활용되기도 한다. 이 경우 에너지 저장 장치는 피크 부하를 저감하는 효과가 있다.
에너지 저장 장치가 신재생 발전과 연계되어 동작할 경우, 신재생 발전기는 통상 최대 출력으로 동작하고 에너지 저장 장치는 시간대에 따른 전력 요금을 고려하여 신재생 발전기의 출력 전력을 저장하였다가 적절한 시간대에 계통으로 방전하는 방식으로 동작할 수 있다. 신재생 발전기가 전력 요금이 비싼 최대부하 구간에서 생산한 전력은 에너지 저장 장치에 저장되지 않고 바로 계통으로 전력을 공급할 수 있다.
신재생 발전기와 연계되어 있는 배전 선로는 신재생 발전기가 자신의 용량에 해당하는 최대 출력을 내는 경우를 대비하여 신재생 발전기의 용량 이상으로 설치되고 있다. 예를 들어, 태양광 발전기의 용량이 1MW인 경우 연계된 배전 선로의 용량은 1MW 이상으로 설치된다. 다시 말해, 이미 설치되어 있는 배전 선로의 용량 이상으로 신재생 발전기를 설치할 수 없으므로 신재생 발전기의 확산에 제약이 되고 있다.
신재생 발전기로 주로 이용되는 태양광 발전기의 경우, 평균 이용률은 태양광 발전기 용량의 약 15 ~ 19% 정도이다. 즉, 배전 선로의 용량을 태양광 발전기 용량과 같게 설치한 경우, 배전 선로를 통해 전송되는 평균 전력은 배전 선로 용량의 약 15 ~ 19%에 불과하게 되므로 배전 선로의 이용률이 낮아지는 문제가 있다.
이와 같이, 현재 배전 선로의 용량 이하로 신재생 발전기를 설치하는 방식의 경우 배전 선로의 이용률이 낮고, 신재생 발전기를 추가할 경우 배전 선로를 증설해야 하므로 신재생 발전기의 확산에 제약이 되고 있다.
본 발명은 배전 선로의 증설 부담을 줄이면서 신재생 발전기를 추가 설치할 수 있는 전력 시스템 및 이를 위한 전력 관리 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 신재생 발전기의 용량이 배전 선로의 용량보다 큰 경우에도 배전 선로에 과부하가 발생하지 않도록 하는 전력 시스템 및 이를 위한 전력 관리 장치를 제공할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 전력 계통에 연결된 제1 선로에 제2 선로를 통해 연결된 신재생 발전기 및 상기 제2 선로에 연결된 에너지 저장 장치를 포함하되, 상기 신재생 발전기의 용량은 상기 제1 선로의 용량보다 큰 것을 특징으로 하는 전력 시스템이다.
상기 전력 시스템에 있어서, 상기 제1 선로의 용량은 상기 신재생 발전기 용량의 50% 이하일 수 있다.
상기 전력 시스템에 있어서, 상기 신재생 발전기는 태양광 발전기를 포함할 수 있다.
상기 전력 시스템은, 상기 신재생 발전기와 상기 제1 선로 사이에 배치된 보호 장치 및 상기 신재생 발전기의 출력 전력 및/또는 상기 제1 선로의 전력에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전 전력 및 상기 보호 장치의 동작을 제어하는 전력 관리 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 시스템에 있어서, 상기 전력 관리 장치는 제1 선로 전력에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
상기 전력 시스템에 있어서, 상기 전력 관리 장치는 신재생 발전기의 출력 전력에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
상기 전력 시스템에 있어서, 상기 전력 관리 장치는, 상기 에너지 저장 장치가 고장이거나 또는 상기 에너지 저장 장치가 만충되어 상기 에너지 저장 장치로 전력 공급이 어려운 경우, 상기 신재생 발전기가 출력 전력을 줄이도록 상기 신재생 발전기를 제어할 수 있다.
상기 전력 시스템에 있어서, 상기 보호 장치는 상기 전력 관리 장치의 제어에 의해 동작하는 차단기를 포함할 수 있다.
상기 전력 시스템에 있어서, 상기 신재생 발전기는 복수 개가 구비되고, 상기 에너지 저장 장치는 상기 신재생 발전기의 각각에 대응하여 복수 개가 구비되며, 상기 전력 관리 장치는 상기 복수의 신재생 발전기의 각각의 출력 전력에 기초하여 상기 복수의 에너지 저장 장치 각각의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
상기 전력 시스템에 있어서, 상기 신재생 발전기는 복수 개가 구비되고, 상기 에너지 저장 장치는 상기 복수의 신재생 발전기에 공통으로 대응되도록 구비되며, 상기 전력 관리 장치는 상기 복수의 신재생 발전기의 각각의 출력 전력 정보로부터 복수의 신재생 발전기 전체 출력을 산출하고, 상기 복수의 신재생 발전기 전체 출력에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은, 전력 계통에 연결된 제1 선로에 제2 선로를 통해 연결되고 상기 제1 선로 용량에 비해 큰 용량을 가진 신재생 발전기, 상기 제2 선로에 연결된 에너지 저장 장치 및 상기 신재생 발전기와 상기 제1 선로 사이에 배치된 보호 장치를 포함하는 전력 시스템에서 사용되기 위한 전력 관리 장치에 있어서, 상기 신재생 발전기의 출력 전력 정보를 수집하는 발전정보 수집부, 상기 제1 선로의 전력 정보를 수집하는 선로정보 수집부, 및 상기 신재생 발전기의 출력 전력 및 상기 제1 선로의 전력에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전 전력 및 상기 보호 장치의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 전력 관리 장치이다.
상기 전력 관리 장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 선로의 전력에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
상기 전력 관리 장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 신재생 발전기의 출력 전력에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
상기 전력 관리 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 에너지 저장 장치가 고장이거나 또는 상기 에너지 저장 장치가 만충되어 상기 에너지 저장 장치로 전력 공급이 어려운 경우, 상기 신재생 발전기가 출력 전력을 줄이도록 상기 신재생 발전기를 제어할 수 있다.
상기 전력 관리 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 선로의 전력에 기초하여 상기 보호 장치의 동작 여부를 제어할 수 있다.
상기 전력 관리 장치에 있어서, 상기 신재생 발전기는 복수 개가 구비되고, 상기 에너지 저장 장치는 상기 신재생 발전기의 각각에 대응하여 복수 개가 구비되며, 상기 제어부는 상기 복수의 신재생 발전기의 각각의 출력 전력에 기초하여 상기 복수의 에너지 저장 장치 각각의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
상기 전력 관리 장치에 있어서, 상기 신재생 발전기는 복수 개가 구비되고, 상기 에너지 저장 장치는 상기 복수의 신재생 발전기에 공통으로 대응되도록 구비되고, 상기 제어부는 상기 복수의 신재생 발전기의 각각의 출력 전력 정보로부터 복수의 신재생 발전기 전체 출력을 산출하고, 상기 복수의 신재생 발전기 전체 출력에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
본 발명에 의하면 배전 선로의 증설 부담을 줄이면서 신재생 발전기를 추가 설치할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 신재생 발전기의 용량이 배전 선로의 용량보다 큰 경우에도 배전 선로에 과부하가 발생하지 않도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템을 예시하는 도면이다.
도 2는 태양광 발전기의 시간에 따른 발전 전력을 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전력 시스템을 예시하는 도면이다.
도 4는 에너지 저장 장치의 충방전 전력을 제어하는 방법을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전력 관리 방법을 예시하는도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전력 시스템을 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전력 시스템을 예시하는 도면이다.
도 8은 전력 관리 장치의 내부 구성을 개략적으로 예시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템을 개략적으로 예시하는 도면이다. 도 1을 참조하면, 전력 시스템(100)은 신재생 발전기(110), 에너지 저장 장치(120), 보호 장치(130) 및 전력 관리 장치(140)를 선택적으로 포함할 수 있다.
신재생 발전기(110)는 태양광, 풍력, 수력 등의 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전 장치일 수 있다. 신재생 발전기(110)의 대표적인 예는 태양광 발전기이므로 본 명세서에서는 태양광 발전기를 예로 들어 설명하지만, 본 실시예의 신재생 발전기(110)가 태양광 발전기로 한정되는 것은 아니고, 신재생 발전기(110)는 다양한 종류의 발전기를 포함할 수 있다. 신재생 발전기(110)는 하나로 구성되거나 또는 복수의 발전기로 구성될 수 있다. 신재생 발전기(110)는 제2 선로를 통해 전력 계통(이하 간략히 '계통'이라고도 함)에 연결된 제1 선로에 연결될 수 있다.
여기서, 제1 선로는 계통으로부터 본 실시예의 전력 시스템(100)까지 연결되는 선로로서, 통상의 배전 선로로 이해될 수 있다. 제2 선로는 제1 선로와 신재생 발전기(110)를 연결하는 선로로 이해될 수 있다. 제2 선로는 배전 선로의 일부로 볼 수 있지만 상황에 따라 전력 시스템(100)의 내부 구성으로 이해될 수도 있다. 즉, 본 실시예의 전력 시스템(100)은 제2 선로를 포함할 수도 있지만 포함하지 않을 수도 있다.
신재생 발전기(110)의 용량은 제1 선로의 용량보다 클 수 있다. 예시적으로, 제1 선로의 용량은 신재생 발전기(110) 용량의 50% 이하일 수 있다. 예시적으로, 제1 선로의 용량은 신재생 발전기(110) 용량의 30% 이하일 수 있다. 여기서, 신재생 발전기(110)의 용량은 신재생 발전기(110)의 최대 출력을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 신재생 발전기(110)가 복수인 경우 신재생 발전기(110)의 용량은 복수의 신재생 발전기들의 최대 출력의 합으로 이해될 수 있다.
종래 신재생 발전기와 연계된 배전 선로는, 신재생 발전기의 최대 출력(용량)에 대비하여 배전 선로의 용량을 신재생 발전기의 용량 이상으로 설정하고 있었다. 그러나 태양광 등의 신재생 발전기는 지속적으로 최대 출력을 내는 것이 아니라 기상 상황에 따라 하루 중 일부 시간대에만 최대 출력을 낼 수 있다. 이로 인해, 배전 선로의 이용률이 낮아지고, 신재생 발전기를 추가할 경우 배전 선로를 증설해야 하므로 신재생 발전기의 확산에 제약이 되는 문제가 있었다.
본 실시예에서는, 신재생 발전기(110) 용량을 제1 선로의 용량보다 크게, 예시적으로 2배 또는 3배 이상으로 함으로써, 배전 선로의 이용률을 높이고 배선 선로의 증설없이 신재생 발전기를 추가할 수 있다. 다만, 이 경우 제1 선로의 과부하를 막기 위한 방법이 필요한데 이에 대해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
에너지 저장 장치(120)는 통상 ESS(Energy Storage System)로 언급되는 장치일 수 있다. 에너지 저장 장치(120)는 에너지 저장 수단(배터리, 연료전지 등) 및 에너지 저장 수단의 충방전을 조절하는 전력 조절 장치(예, PCS; Power Conditioning System)를 포함할 수 있다. 에너지 저장 장치(120)는 제2 선로에 연결될 수 있다. 예시적으로, 에너지 저장 장치(120)는 제2 선로에서 분기된 선로에 연결될 수 있다. 에너지 저장 장치(120)의 용량(최대 전력)은 신재생 발전기(110) 용량에서 제1 선로의 용량을 뺀 값보다 크게 설정될 수 있다.
전술한 신재생 발전기의 용량, 제1 선로의 용량 및 에너지 저장 장치의 용량(최대 전력) 관계에 대해 도 2를 참조하여 보충 설명하기로 한다.
도 2에서 도면 부호 201은 시간에 따른 신재생 발전기의 출력 전력 그래프를 예시하고 있다. 신재생 발전기의 출력 전력(201)은 특정 시간대에 최대 전력(Ppk, 이하 '용량'이하고 함)을 나타낼 수 있다. 기존의 배전 선로는 신재생 발전기의 용량(Ppk) 이상의 용량(Pd1)이 되도록 설치된다. 이 경우, 신재생 발전기의 평균 전력은 신재생 발전기의 용량(Ppk)보다 훨씬 작으므로 배전 선로의 이용 효율이 낮아진다. 본 실시예에서는 제1 선로의 용량(Pd2)을 신재생 발전기의 용량(Ppk)보다 훨씬 작게 하고(예, 50% 또는 30%), 신재생 발전기의 출력 전력이 제1 선로의 용량보다 큰 경우 그 차이에 해당하는 전력(Pe)을 에너지 저장 장치에 저장하는 방식으로 동작할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 보호 장치(130)는 신재생 발전기(110)와 제1 선로 사이에 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 신재생 발전기(110)의 용량이 제1 선로의 용량보다 크므로 제1 선로에 과부하가 발생할 가능성이 있다. 제1 선로의 과부하를 방지하기 위해, 본 실시예에서는 신재생 발전기(110)의 출력의 일부를 에너지 저장 장치(120)로 공급하는 방식을 사용할 수 있다. 또한, 에너지 저장 장치(120)에 이상이 발생한 경우에도 제1 선로에 과부하가 걸리는 것을 방지하기 위해 보호 장치(130)가 추가로 사용될 수 있다. 보호 장치(130)에 대해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
전력 관리 장치(140)는 신재생 발전기(110)의 출력 전력 및/또는 제1 선로의 전력 정보를 입수하고, 신재생 발전기(110)의 출력 전력 및/또는 제1 선로의 전력 정보에 기초하여 에너지 저장 장치(120)의 충방전 전력 및 보호 장치(130)의 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 전력 관리 장치(140)는 신재생 발전기(110), 에너지 저장 장치(120) 및 보호 장치(130)와 통신 수단을 통해 정보를 교환할 수 있다. 도 1에서 점선으로 표시된 선들은 통신을 위한 연결을 의미한다. 전력 관리 장치(140)와 다른 구성들 사이의 통신은 공지의 유선 또는 무선 통신 방식이 사용될 수 있다.
예시적으로, 전력 관리 장치(140)는 신재생 발전기(110)로부터 제1 선로로 공급되는 전력이 제1 선로 용량보다 작도록 에너지 저장 장치(140)의 충방전 전력을 제어할 수 있다. 즉, 전력 관리 장치(140)는 제1 선로의 전력을 계측하고 제1 선로의 전력이 제1 선로의 용량을 넘지 않도록(마진이 고려될 수 있음) 에너지 저장 장치(120)의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
예시적으로, 전력 관리 장치(140)는 신재생 발전기(110)로부터 제1 선로로 공급되는 전력이 신재생 발전기(110) 용량의 소정 비율을 넘지 않도록 에너지 저장 장치(120)의 충방전 전력을 제어할 수 있다. 예시적으로, 소정 비율은 50% 이하 또는 30% 이하일 수 있다.
예시적으로, 전력 관리 장치(140)는 신재생 발전기(110)의 출력 전력에 대한 정보를 수집하고, 신재생 발전기(110)의 출력 전력에서 신재생 발전기(110)의 용량의 소정 비율을 뺀 값을 기준으로 에너지 저장 장치(120)의 충방전 전력을 제어할 수 있다. 예시적으로, 소정 비율은 50% 이하 또는 30% 이하일 수 있다.
예시적으로, 전력 관리 장치(140)는, 에너지 저장 장치(120)가 고장이거나 또는 에너지 저장 장치(120)가 만충되어 신재생 발전기(110)가 생산한 전력을 에너지 저장 장치(120)로 공급하기 어려운 경우, 신재생 발전기(110)가 출력 전력을 줄이도록 신재생 발전기(110)를 제어할 수 있다.
여기서, 전력 관리 장치(140)는 에너지 저장 장치(120)와 별개의 구성일 수 있으나, 전력 관리 장치(140)는 에너지 저장 장치(120)의 제어기로서 에너지 저장 장치(120)의 일부를 구성하는 것으로 이해될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전력 시스템을 예시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 전력 시스템(300)은 계측기(151, 152)와 변압기(153, 154)를 선택적으로 더 포함할 수 있고, 보호 장치(130)는 차단기(131)를 포함할 수 있다.
제1 계측기(151)는 신재생 발전기(110)의 출력 전력을 계측할 수 있다. 제1 계측기(151)가 계측한 신재생 발전기(110)의 출력 전력 정보는 전력 관리 장치(140) 및/또는 에너지 저장 장치(120)로 전송될 수 있다.
제2 계측기(152)는 제1 선로의 전력을 계측할 수 있다. 제2 계측기(152)가 계측한 제1 선로의 전력 정보는 전력 관리 장치(140) 및/또는 에너지 저장 장치(120)로 전송될 수 있다. 도 3에는 제2 계측기(152)가 제1 선로로부터 보호 장치(130)를 지나온 지점인 제2 선로(도 1 참조)에 설치되는 것으로 예시되어 있으나, 제2 계측기(152)가 검출하는 전류는 제1 선로의 전류와 동일하고 제2 계측기가 검출하는 전압은 보호 장치(130)의 전압 강하를 제외하면 제1 선로의 전압과 동일하므로, 제2 계측기(152)가 계측한 전력은 제1 선로의 전력과 실질적으로 동일하다고 볼 수 있다. 다만, 제2 계측기(152)의 위치는 도 3에 도시된 위치로 한정되지는 않는다. 제2 계측기(152)는 제1 선로의 실질적인 전력을 측정할 수 있는 다양한 위치에 설치될 수 있다.
제1 변압기(153)는 신재생 발전기(110)와 제2 선로 사이에서 교류 전압을 변압할 수 있다. 제2 변압기(154)는 제2 선로와 에너지 저장 장치(110) 사이에서 교류 전압을 변압할 수 있다. 제1 변압기(153)와 제2 변압기(154)는 필요에 따라 선택적으로 사용될 수 있다.
차단기(131)는 전력 관리 장치(140)의 지시에 따라 제1 선로의 차단 동작을 수행할 수 있다. 전력 관리 장치(140)는 제2 계측기(152)에서 검출한 제1 선로의 전력에 기초하여 차단기(131)의 동작을 제어할 수 있다. 본 실시예에서는 신재생 발전기(110)의 출력 전력의 일부를 에너지 저장 장치(120)에 저장하는 방식으로 제1 선로의 과부하를 방지하는데, 에너지 저장 장치(120)를 이용한 제1 선로의 과부하 방지 기능에 문제가 생긴 경우에도 제1 선로의 과부하를 확실하게 방지하기 위해 차단기(131)가 추가될 수 있다.
제1 계측기(151) 및/또는 제2 계측기(152)로부터 신재생 발전기(110)의 출력 전력 및/또는 제1 선로의 전력에 대한 정보를 수신한 전력 관리 장치(140)는 다양한 방법으로 에너지 저장 장치(120)의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
제1 방법으로, 전력 관리 장치(140)는 제2 계측기(152)가 검출한 제1 선로의 전력에 기초하여 에너지 저장 장치(140)의 충방전 전력을 제어할 수 있다. 즉, 전력 관리 장치(140)는 제2 계측기(152)가 검출한 제1 선로의 전력이 기준 전력 이하가 되도록 에너지 저장 장치(140)의 충방전 전력을 제어할 수 있다. 예시적으로, 기준 전력은 제1 선로의 용량에 기초하여 결정될 수 있다. 기준 전력은 제1 선로의 용량에 일정 마진을 감한 전력일 수 있다. 예시적으로, 기준 전력은 신재생 발전기(110) 용량에 기초하여 결정될 수 있다. 기준 전력은 신재생 발전기(110) 용량의 소정 비율이 될 수 있다. 소정 비율은 50% 이하 또는 30% 이하일 수 있다.
제2 방법으로, 전력 관리 장치(140)는 제1 계측기(151)가 검출한 신재생 발전기(110)의 출력 전력에 기초하여 에너지 저장 장치(120)의 충방전 전력을 제어할 수 있다. 예시적으로, 전력 관리 장치(140)는 신재생 발전기(110)의 출력 전력에서 기준 전력을 뺀 값을 에너지 저장 장치(120)에 저장하도록 에너지 저장 장치(120)를 제어할 수 있다. 기준 전력은 전술한 제1 방법에서 설명한 내용이 적용될 수 있다.
제2 방법은 제1 계측기(151)가 검출한 신재생 발전기(110)의 출력 전력에 기초하여 에너지 저장 장치(120)의 충전 전력을 결정한다는 점에서, 제2 계측기(152)가 검출한 제1 선로 전력에 기초하여 에너지 저장 장치(120)의 충전 전력을 결정하는 제1 방법에 비해 차이가 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에서는 신재생 발전기(110)의 용량이 제1 선로의 용량보다 크게 설정되므로(예, 2배 혹은 3배 이상), 제1 선로의 과부하를 확실하게 방지할 필요가 있다. 이를 위해, 본 실시예에서는 차단기(131)를 포함하는 보호 장치(130)를 포함할 수 있는데, 차단기(131)는 제2 계측기(152)에서 검출한 값에 대응하여 동작할 수 있다. 제1 방법의 경우, 에너지 저장 장치(120)의 제어도 제2 계측기(152)의 검출 결과에 대응하여 동작하는데, 제2 계측기(152)에 문제가 생길 경우 에너지 저장 장치(120)를 통한 제1 선로의 전력 조절과 차단기(131)의 동작에 모두 문제가 발생할 수 있다. 제2 방법에 의할 경우, 에너지 저장 장치(120)에 의한 제1 선로의 전력 조절은 제1 계측기(151)를 활용하고, 차단기(131)의 동작은 제2 계측기(152)를 활용하므로 어느 하나의 계측기에 문제가 발생하더라도 제1 선로의 과부하를 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 제2 방법에 의하면 신재생 발전기(110)의 출력 전력에 기초하여 에너지 저장 장치(120)의 충방전을 제어하므로 제1 선로 전력에 기초하여 에너지 저장 장치(120)의 충방전을 제어하는 것보다 신재생 발전기(110)의 출력 변동에 빠르게 대응할 수 있다. 따라서 제1 선로의 과부하를 방지하는 성능이 개선될 수 있다.
제3 방법으로, 전력 관리 장치(140)는 제1 계측기(151)에서 검출한 신재생 발전기(110)의 출력 전력과 제2 계측기(152)에서 검출한 제1 선로의 전력 정보를 모두 활용하여 에너지 저장 장치(120)의 충방전 전력을 제어할 수 있다. 이하 도 3 및 도 4를 참조하여 제3 방법에 대해 설명한다.
S401 단계로서, 전력 관리 장치(140)는 신재생 발전기(110) 출력 전력에서 기준 전력과 조정 전력을 뺀 값을 에너지 저장 장치(120, ESS)의 충전 전력으로 결정할 수 있다. 예시적으로, 기준 전력은 제1 선로의 용량에 기초하여 결정될 수 있다. 기준 전력은 제1 선로의 용량에 일정 마진을 감한 전력일 수 있다. 예시적으로, 기준 전력은 신재생 발전기(110) 용량에 기초하여 결정될 수 있다. 기준 전력은 신재생 발전기(110) 용량의 소정 비율이 될 수 있다. 소정 비율은 50% 이하 또는 30% 이하일 수 있다.
조정 전력은 에너지 저장 장치(120)의 충전 전력을 보조적으로 조절하기 위한 매개 변수로 이해될 수 있다. 조정 전력은 후술할 바와 같이 제1 선로 전력에 기초하여 조절될 수 있다. 동작 시작 시에 조정 전력은 초기값으로 설정될 수 있다.
S403 단계로서, 전력 관리 장치(140)는 에너지 저장 장치(120)가 S401 단계에서 결정된 충전 전력으로 충전되도록 에너지 저장 장치(120)를 제어할 수 있다.
S405 단계로서, 전력 관리 장치(140)는 제1 선로 전력을 기준 전력과 비교할 수 있다.
S405 단계에서 제1 선로 전력이 기준 전력에 비해 크다고 판단되면 S407 단계로 진행하여 조정 전력을 감소시킬 수 있다. 조정 전력을 감소시키면 에너지 저장 장치(120)의 충전 전력이 증가하여 제1 선로 전력을 줄일 수 있다.
S405 단계에서 제1 선로 전력이 기준 전력에 비해 작다고 판단되면 S409 단계로 진행하여 조정 전력을 증가시킬 수 있다. 조정 전력을 증가시키면 에너지 저장 장치(120)의 충전 전력이 감소하여 제1 선로 전력을 증가시킬 수 있다. 다만, S409 단계에서 조정 전력을 증가시키는 것은 다른 조건을 함께 고려할 수 있다. 예를 들어, 신재생 발전기(110)의 출력 전력이 충분하지 않아 제1 선로 전력이 기준 전력 이하인 경우에는 조정 전력을 증가시키는 것이 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 경우에는 조정 전력을 변경하지 않을 수 있다.
제3 방법을 요약하면, 전력 관리 장치(140)는 제1 계측기(151)에서 검출한 신재생 발전기(110)의 출력 전력에 기초하여 에너지 저장 장치(120)의 충전 전력을 결정하되, 제2 계측기(152)에서 검출한 제1 선로의 전력에 기초하여 에너지 저장 장치(120)의 충전 전력을 보조적으로 조절할 수 있다.
제3 방법에 의하면, 제2 계측기(152)에 고장이 발생할 경우 조정 전력을 활용하지 못하게 되지만 제 1 계측기(151)에서 검출한 신재생 발전기(110) 출력 전력에 기초한 에너지 저장 장치(120)의 충방전 조절 기능은 유효하므로 제1 선로의 과부하 관점에서 큰 문제가 되지 않는다. 만약, 제1 계측기(151)에 고장이 발생하고 제1 선로 전력이 증가하는 경우에는, 제2 계측기(152)에서 검출한 제1 선로 전력에 기초하여 조정 전력을 감소시킴으로써 ESS 충전 전력을 증가시켜 제1 선로의 과부하를 방지할 수 있다.
이와 같이, 제3 방법에 의하면 계측기(151, 152)가 고장나는 경우에 제1 선로의 과부하를 방지하는 효과가 제1 방법과 제2 방법에 비해 우수하다. 또한, 제3 방법에 의하면 신재생 발전기(110)의 출력 전력을 검출하여 에너지 저장 장치(120)를 제어함으로써 신재생 발전기(110)의 출력 변동에 빠르게 대응할 수 있으므로 제1 선로의 과부하를 방지하는 성능이 개선될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전력 관리 방법을 예시하는도면이다.
S501 단계로서, 신재생 발전기가 발전을 수행할 수 있다.
S503 단계로서, 계측기들을 통해 신재생 발전기의 출력 전력 및/또는 제1 선로 전력을 계측할 수 있다. 신재생 발전기의 출력 전력 및/또는 제1 선로 전력을 계측하기 위한 계측기들은 도 3에 예시한 바와 같이 배치될 수 있다.
S505 단계로서, 전력 관리 장치는 에너지 저장 장치의 충방전 전력을 계산할 수 있다. 전력 관리 장치가 에너지 저장 장치의 충방전 전력을 계산하는 방법은 앞서 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 방법들 중의 어느 하나의 방법을 사용하거나 또는 그 외의 다른 방법이 사용될 수 있다.
S507 단계로서, 전력 관리 장치는 에너지 저장 장치로의 충전이 가능한지 여부를 판단할 수 있다.
S507 단계의 판단 결과, 에너지 저장 장치로의 충전이 가능하다고 판단되면 S509 단계로 진행하여 에너지 저장 장치의 충전을 수행할 수 있다.
S507 단계의 판단 결과, 에너지 저장 장치로의 충전이 가능하지 않다고 판단되면 S511 단계로 진행하여 신재생 발전기의 출력을 감소시킬 수 있다. 이를 위해, 전력 관리 장치는 신재생 발전기에게 출력을 줄이도록 지시할 수 있다. 에너지 저장 장치로의 충전이 가능하지 않다고 판단되는 경우는, 예시적으로, 에너지 저장 장치의 고장 또는 에너지 저장 장치가 만충된 경우일 수 있다.
도 5에 예시된 방법에 의하면, 전력 관리 장치는 에너지 저장 장치가 고장이거나 또는 에너지 저장 장치가 만충되어 에너지 저장 장치로 전력 공급이 어려운 경우 등에서, 신재생 발전기가 출력 전력을 줄이도록 신재생 발전기를 제어할 수 있다. 본 실시예에서는 신재생 발전기의 용량이 제1 선로의 용량에 비해 2배 또는 3배 이상으로 클 수 있다. 이 때, 에너지 저장 장치가 만충이 되거나 고장이 발생할 경우 제1 선로에 과부하가 걸릴 수 있다. 도 5의 방법에 의하면 이러한 경우에도 제1 선로에 과부하가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전력 시스템을 예시하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 전력 시스템(600)은 복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3) 및 복수의 제1 계측기(151-1, 151-2, 151-3)를 포함할 수 있다.
복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3) 각각의 출력은 제2 선로에서 서로 공통으로 연결될 수 있다. 복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3) 출력이 공통으로 접속된 제2 선로에는 에너지 저장 장치(120)가 연결될 수 있다. 즉, 에너지 저장 장치(120)는 복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3)에 공통으로 대응되도록 구비될 수 있다.
제1 계측기(151-1, 151-2, 151-3)는 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3)의 개수에 대응하는 개수로 구비되어 복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3) 각각의 출력 전력을 검출할 수 있다.
전력 관리 장치(140)는 복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3), 복수의 제1 계측기(151-1, 151-2, 151-3), 에너지 저장 장치(120), 제2 계측기(152) 및 보호 장치(130)의 각각과 통신하며 정보를 교환할 수 있다.
전력 관리 장치(140)는 복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3) 각각의 출력 전력 정보로부터 복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3)의 전체 출력을 산출하고, 복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3)의 전체 출력에 기초하여 에너지 저장 장치(120)의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전력 시스템을 예시하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 전력 시스템(700)은 복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3), 복수의 제1 계측기(151-1, 151-2, 151-3) 및 복수의 에너지 저장 장치(120-1, 120-2, 120-3)를 포함할 수 있다.
제1 계측기(151-1, 151-2, 151-3)는 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3)의 개수에 대응하는 개수로 구비되어 복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3) 각각의 출력 전력을 검출할 수 있다.
에너지 저장 장치(120-1, 120-2, 120-3)는 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3)의 개수에 대응하는 개수로 구비되어 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3)의 각각에 연결될 수 있다. 즉, 복수의 에너지 저장 장치(120-1, 120-2, 120-3)의 각각은 복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3)의 각각에 대응하여 배치될 수 있다.
전력 관리 장치(140)는 복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3), 복수의 제1 계측기(151-1, 151-2, 151-3), 복수의 에너지 저장 장치(120-1, 120-2, 120-3), 제2 계측기(152) 및 보호 장치(130)의 각각과 통신하며 정보를 교환할 수 있다.
전력 관리 장치(140)는 복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3)의 각각의 출력 전력에 기초하여 복수의 에너지 저장 장치(120-1, 120-2, 120-3) 각각의 충방전 전력을 제어할 수 있다. 이 경우, 복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3) 각각이 제1 선로로 방출할 수 있는 전력(방출 전력)이 적절히 분배될 필요가 있다.
복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3) 각각의 방출 전력을 분배하는 제1 방법으로서, 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3)의 용량을 기준으로 방출 전력을 분배할 수 있다. 예시적으로, 제1 선로가 수용할 수 있는 기준 전력을 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3) 각각의 용량에 비례하여 방출 전력을 분배할 수 있다.
방출 전력을 분배하는 제2 방법으로서, 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3) 각각의 출력 전력을 기준으로 방출 전력을 분배할 수 있다. 예시적으로, 제1 선로가 수용할 수 있는 기준 전력을 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3) 각각이 현재 출력하는 있는 출력 전력(즉, 제1 계측기에 의해 검출된 전력)에 비례하여 분배할 수 있다. 이 방법에 의하면, 복수의 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3)의 출력 전력을 최대한 활용하여 제1 선로에 기준 전력이 흐르도록 할 수 있다. 즉, 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3)의 용량을 기준으로 방출 전력을 분배하는 경우, 용량이 큰 신재생 발전기가 어떤 이유로 출력 전력이 감소할 때 제1 선로의 전력이 기준 전력에 미달할 수 있다. 그러나 신재생 발전기(110-1, 110-2, 110-3) 각각의 출력 전력을 기준으로 방출 전력을 분배하는 경우 이러한 문제가 발생하지 않으므로 제1 선로의 활용률을 높일 수 있다.
도 8은 전력 관리 장치의 내부 구성을 개략적으로 예시하는 도면이다.
전력 관리 장치(140)는 발전정보 수집부(141), 선로정보 수집부(142) 및 제어부(143)를 포함할 수 있다.
발전정보 수집부(141)는 신재생 발전기의 출력 전력 정보를 수집할 수 있다. 예시적으로, 발전정보 수집부(141)는 도 3에 예시된 제1 계측기(151)에서 검출한 신재생 발전기의 출력 전력 정보를 수집할 수 있다. 신재생 발전기가 복수 개인 경우 발전정보 수집부(141)는 복수의 신재생 발전기 각각의 출력 전력 정보를 수집할 수 있다.
선로정보 수집부(142)는 제1 선로의 전력 정보를 수집할 수 있다. 예시적으로, 선로정보 수집부(142)는 도 3에 예시된 제2 계측기(152)에서 검출한 제1 선로의 전력 정보를 수집할 수 있다.
제어부(143)는 발전정보 수집부(141)와 선로정보 수집부(142)를 통해 수집된 신재생 발전기의 출력 전력 및 제1 선로의 전력에 기초하여 에너지 저장 장치의 충방전 전력 및 보호 장치의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(143)는 앞서 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 전력 관리 장치(140)의 충방전 전력 제어 기능 및 보호 장치의 제어 기능을 수행할 수 있다.
예시적으로, 제어부(143)는 제1 선로의 전력에 기초하여 에너지 저장 장치의 충방전 전력을 제어할 수 있다. 예시적으로, 제어부(143)는 신재생 발전기의 출력 전력에 기초하여 에너지 저장 장치의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
예시적으로, 제어부(143)는 에너지 저장 장치가 고장이거나 또는 에너지 저장 장치가 만충되어 에너지 저장 장치로 전력 공급이 어려운 경우, 신재생 발전기가 출력 전력을 줄이도록 신재생 발전기를 제어할 수 있다.
예시적으로, 제어부(143)는 제1 선로의 전력에 기초하여 보호 장치의 동작 여부를 제어할 수 있다.
예시적으로, 신재생 발전기가 복수 개가 구비되고 에너지 저장 장치가 신재생 발전기의 각각에 대응하여 복수 개가 구비되는 경우, 제어부(143)는 복수의 신재생 발전기의 각각의 출력 전력에 기초하여 복수의 에너지 저장 장치 각각의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
예시적으로, 신재생 발전기가 복수 개가 구비되고 에너지 저장 장치는 복수의 신재생 발전기에 공통으로 대응되도록 구비되는 경우, 제어부(143)는 복수의 신재생 발전기의 각각의 출력 전력 정보로부터 복수의 신재생 발전기 전체 출력을 산출하고, 복수의 신재생 발전기 전체 출력에 기초하여 에너지 저장 장치의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
전력 관리 장치(140)는 CPU, 마이크로프로세서 등에서 동작하는 프로그램/펌웨어의 형태로 구현되거나 또는 ASIC 등의 하드웨어로 구현될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 실시예에 따라 배전 선로의 증설 부담을 줄이면서 신재생 발전기를 추가 설치할 수 있는 전력 시스템 및 이를 위한 전력 관리 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 실시예에 따라 신재생 발전기의 용량이 배전 선로의 용량보다 큰 경우에도 배전 선로에 과부하가 발생하지 않도록 하는 전력 시스템 및 이를 위한 전력 관리 장치를 제공할 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
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 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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 할 것이다.

Claims (17)

  1. 전력 계통에 연결된 제1 선로에 제2 선로를 통해 연결된 신재생 발전기;
    상기 제2 선로에 연결된 에너지 저장 장치; 및
    상기 신재생 발전기의 출력 전력에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충방전 전력을 제어하는 전력 관리 장치;를 포함하되,
    상기 신재생 발전기는 복수 개가 구비되고,
    상기 에너지 저장 장치는 복수 개가 구비되어 상기 복수의 신재생 발전기의 각각에 대응하여 설치되고,
    상기 복수의 신재생 발전기의 용량의 합은 상기 제1 선로의 용량보다 크고,
    상기 전력 관리 장치는, 상기 복수의 신재생 발전기의 각각이 상기 제1 선로로 방출하는 전력을 상기 복수의 신재생 발전기 각각의 출력 전력에 비례하여 분배하고, 상기 분배된 전력에 기초하여 각 에너지 저장 장치로의 충방전 전력을 결정하며,
    상기 전력 관리 장치는, 상기 에너지 저장 장치가 고장이거나 또는 상기 에너지 저장 장치가 만충되어 상기 에너지 저장 장치로 전력 공급이 어려운 경우, 상기 고장 또는 만충된 에너지 저장 장치에 대응되는 신재생 발전기의 출력 전력을 줄이도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 선로의 용량은 상기 복수의 신재생 발전기 용량의 합의 50% 이하인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 신재생 발전기는 태양광 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력 시스템은 상기 신재생 발전기와 상기 제1 선로 사이에 배치된 보호 장치를 포함하고,
    상기 보호 장치는 상기 전력 관리 장치의 제어에 의해 동작하는 차단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1 선로를 통해 전력 계통에 연결되고 그 용량의 합이 상기 제1 선로 용량에 비해 큰 복수의 신재생 발전기, 상기 복수의 신재생 발전기의 각각에 대응하여 구비된 복수의 에너지 저장 장치를 포함하는 전력 시스템에서 사용되기 위한 전력 관리 장치에 있어서,
    상기 복수의 신재생 발전기 각각의 출력 전력 정보를 수집하는 발전정보 수집부;
    상기 제1 선로의 전력 정보를 수집하는 선로정보 수집부; 및
    상기 복수의 신재생 발전기 각각의 출력 전력에 기초하여 상기 에너지 저장 장치 각각의 충방전 전력을 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는, 상기 복수의 신재생 발전기의 각각이 상기 제1 선로로 방출하는 전력을 상기 복수의 신재생 발전기 각각의 출력 전력에 비례하여 분배하고, 상기 분배된 전력에 기초하여 각 에너지 저장 장치로의 충방전 전력을 결정하며,
    상기 제어부는, 상기 에너지 저장 장치가 고장이거나 또는 상기 에너지 저장 장치가 만충되어 상기 에너지 저장 장치로 전력 공급이 어려운 경우, 상기 고장 또는 만충된 에너지 저장 장치에 대응되는 신재생 발전기의 출력 전력을 줄이도록 제어하는 전력 관리 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 선로의 전력에 기초하여 상기 신재생 발전기와 상기 제1 선로 사이에 배치된 보호 장치의 동작 여부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
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