KR101985853B1 - 신재생연계형 ess의 사용자 선택형 운영 모드 시스템 - Google Patents

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KR101985853B1
KR101985853B1 KR1020180123150A KR20180123150A KR101985853B1 KR 101985853 B1 KR101985853 B1 KR 101985853B1 KR 1020180123150 A KR1020180123150 A KR 1020180123150A KR 20180123150 A KR20180123150 A KR 20180123150A KR 101985853 B1 KR101985853 B1 KR 101985853B1
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Abstract

본 발명은 전력 계통(Utility Grid)에 연계된 신재생연계형 ESS의 사용자 선택형 운영 모드 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 광역에 분산된 분산 자원을 활용하여 계통의 안정화에 기여를 하되 분산 자원 운영자의 자율 의사에 따라 계통 안정화에의 기여 또는 경제성 최적 운전을 선택하도록 할 수 있는 신재생연계형 ESS의 사용자 선택형 운영 모드 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신재생연계형 ESS의 사용자 선택형 운영 모드 시스템은 전력을 생산하는 신재생에너지부; ESS; 및 상기 ESS의 충방전 제어를 통해 기 설정된 모드에 따라 경제성 이득을 목적으로 하는 운영 모드 또는 그리드 안정화를 목적으로 하는 운영 모드에서 동작하는 PMS를 포함한다. 본 발명은 운영자의 선택에 따라 ESS의 충방전 제어를 통해 기 설정된 모드에 따라 경제성 이득을 목적으로 하는 운영 모드 또는 그리드 안정화를 목적으로 하는 운영 모드에서 동작할 수 있다.

Description

신재생연계형 ESS의 사용자 선택형 운영 모드 시스템{USER SELECTION OPERATION MODE SYSTEM OF ESS CONNECTED RENEWABLE ENERGY}
본 발명은 전력 계통(Utility Grid)에 연계된 신재생연계형 ESS의 사용자 선택형 운영 모드 시스템에 관한 것이다.
분산전원은 화력 및 원자력 발전과 같은 대규모 집중형 전원과는 다르게 전력 소비가 있는 지역 근처에 분산·배치가 가능한 소규모의 발전 시설로, 비상용 예비전원과 같이 정전 시에만 이용 가능한 발전설비는 제외한다. 사용 가능한 분산 자원은 연료전지, 액화천연가스 가스화, 수소에너지 등의 신에너지와, 지열, 바이오, 파력, 수력, 풍력, 폐기물, 태양열, 태양광 등의 재생에너지를 포함한다.
분산 자원을 통한 전력 수급은 환경적 요인을 많이 받아 일정하게 공급되기 어려우므로, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System)과 같이 주로 전력 계통과 연계한다. 이를 통해 전력 수요가 높은 시간에는 배전 설비에의 피크 부하를 감소시키며, 안정적이고 효율적으로 전력을 공급할 수 있다. 또한 규모가 작아 전력 소비지 주변에 배치되므로, 발전소 입지의 불균형을 해소할 수 있다는 이점이 있다.
다만, 기존의 분산 자원의 운영은 각각의 분산 자원 사이트 별로 개별적으로 이루어지며, ESS와 연계된 신재생에너지의 경우 ESS 운영시의 REC 가중치에 따라 운영하여 경제적 이익을 도모하도록 운영되는 것이 일반적이다. 현재는 경제성 만을 고려하는 운영시스템이 일반적이다. 향후 신재생연계형 ESS가 증가함에 따라 분산 자원을 개별적으로 운영하는 경우 그리드 출력에 대한 불안정이 예상된다. 다만, 분산 자원의 운영은 각 사이트의 자유 의사에 의해 결정되어야 하는 한계가 있다.
한국공개특허 제10-2018-0032957호는 ‘전력계통의 전압 및 주파수를 측정하는 측정부; 상기 측정부에 의해 측정된 전압 및 주파수에 기초하여 제1 유효전력 제어값을 생성하고, 상기 유효전력 제어값 및 상기 측정부에 의해 측정된 전압에 기초하여 제1 무효전력 제어값을 생성하는 제1 제어부; 상기 측정부에 의해 측정된 주파수에 기초하여 제2 유효전력 제어값을 생성하고, 상기 측정부에 의해 측정된 전압에 기초하여 제2 무효전력 제어값을 생성하는 제2 제어부; 상기 전력계통에 연계되는 분산형 전원의 독립운전 정보에 따라 상기 제1 제어부를 활성화시키거나 상기 제2 제어부를 활성화시키는 입력부; 및 상기 제1 제어부가 활성화될 경우에 상기 제1 유효전력 제어값에 기초하여 유효전력 증분 신호를 생성하고 상기 제1 무효전력 제어값에 기초하여 무효전력 증분 신호를 생성하고, 상기 제2 제어부가 활성화될 경우에 상기 제2유효전력 제어값에 기초하여 유효전력 증분 신호를 생성하고 상기 제2 무효전력 제어값에 기초하여 무효전력 증분 신호를 생성하는 출력부;를 포함하는 분산형 전원에 연계된 전력변환장치’를 개시한다.
한국공개특허 제10-2017-0002313호는 ‘에너지 관리 시스템을 구성하는 장치들 또는 외부 장치를 상호 접속하여 상호 간에 정보가 전송될 수 있게 하는 유무선 통신 인터페이스 및 분산 발전이 도입된 상황에서 에너지 저장 장치(ESS; Energy Storage System)가 그 출력에 보상 전류를 투입하게 하여 공통 버스 전압 상승 보상을 수행하는 전압 보상 모듈을 포함하는, 배전 계통 안정화 시스템’을 개시한다.
다만, 종래기술은 단일 분산 자원이 개별적으로 계통의 안정화를 위한 연계 운전을 하는 사항에 대하여 만 개시하고 있다.
1. 한국공개특허 제10-2018-0032957호(공개일: 2018년04월02일): 분산형 전원에 연계된 전력변환장치 및 분산형 전원이 연계된 전력계통의 안정화 방법 2. 한국공개특허 제10-2017-0002313호(공개일: 2017년01월06일): 분산 발전이 도입된 상황에서 ＥＳＳ를 이용한 배전 계통 안정화 시스템 및 방법
이에, 본 발명은 광역에 분산된 분산 자원을 활용하여 계통의 안정화에 기여를 하되 분산 자원 운영자의 자율 의사에 따라 계통 안정화에의 기여 또는 경제성 최적 운전을 선택하도록 할 수 있는 신재생연계형 ESS의 사용자 선택형 운영 모드 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신재생연계형 ESS의 사용자 선택형 운영 모드 시스템은 전력을 생산하는 신재생에너지부; ESS; 및 상기 ESS의 충방전 제어를 통해 기 설정된 모드에 따라 경제성 이득을 목적으로 하는 운영 모드 또는 그리드 안정화를 목적으로 하는 운영 모드에서 동작하는 PMS를 포함한다.
여기서, 상기 PMS는 고장시 운영 모드를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 PMS의 운영 모드는 운영자에 의해 선택될 수 있다.
또한, 경제성 이득을 목적으로 하는 운영 모드에서, 상기 ESS는 기 설정된 충전 시간에 충전하고 기 설정된 방전 시간에 방전할 수 있다.
또한, 상기 ESS는 충전 시간에 충전된 전력을 상기 기 설정된 방전 시간에 일정량으로 방전할 수 있다.
또한, 그리드 안정화를 목적으로 하는 운영 모드에서, 상기 PMS는 신재생 연계형 ESS의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량에 따라 ESS의 충방전량을 산출하고, 상기 산출된 충방전량에 따라 ESS의 충방전을 제어할 수 있다.
또한, 상기 신재생 연계형 ESS의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량은 신뢰성 지표 및 유연성 지표에 따라 산출될 수 있다.
또한, 상기 신재생 연계형 ESS의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량은 다음의 수학식
Figure 112018101736821-pat00001
여기서,
Figure 112018101736821-pat00002
: 신뢰성 지표
Figure 112018101736821-pat00003
: 유연성 지표
에 따라 산출될 수 있다.
본 발명은 운영자의 선택에 따라 ESS의 충방전 제어를 통해 기 설정된 모드에 따라 경제성 이득을 목적으로 하는 운영 모드 또는 그리드 안정화를 목적으로 하는 운영 모드에서 동작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 운영 모드 시스템이 적용되는 전력 계통을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 운영 모드 시스템의 H/W의 상세 구조도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 운영 모드 시스템의 운영 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 4는 도 3의 모드 A의 운영 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 5는 도 3의 모드 B의 운영 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 6은 도 3의 모드 C의 운영 방법에 대한 플로우 차트이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서 사용되는 용어의 정의는 다음과 같다.
- ESS(Energy Storage System, 에너지저장장치): 생산된 전기를 저장장치(배터리 등)에 저장했다가 전력이 필요할 때 공급하여 전력 사용 효율 향상을 도모하는 장치
- 신재생연계형 ESS: 단일 사이트 상에서 ESS와 신재생에너지를 병렬로 연결한 시스템
이하, 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신재생연계형 ESS의 사용자 선택형 운영 모드 시스템에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 운영 모드 시스템이 적용되는 전력 계통을 나타낸다. 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 운영 모드 시스템의 H/W의 상세 구조도를 나타낸다. 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 운영 모드 시스템의 운영 방법에 대한 플로우 차트이다. 도 4는 도 3의 모드 A의 운영 방법에 대한 플로우 차트이다. 도 5는 도 3의 모드 B의 운영 방법에 대한 플로우 차트이다. 도 6은 도 3의 모드 C의 운영 방법에 대한 플로우 차트이다. 이하, 본 발명의 요지를 보다 명확히 하기 위해 종래 주지된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 1을 참조하면, 전력 사업자가 운영하는 배전망(100)에 복수의 신재생 연계형 ESS(400-1, 400-2, ... , 400-n, 이하, ‘400’으로 통칭함)가 연계될 수 있다. 전력 거래소(200)는 시뮬레이터(300)를 매개로 복수의 신재생 연계형 ESS(400)와 전력 거래를 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 신재생 연계형 ESS(400)는 신재생에너지부(410), ESS(420), PMS(430)를 포함할 수 있다. 본 발명에서, ‘신재생연계형 ESS의 사용자 선택형 운영 모드 시스템’은 복수의 신재생 연계형 ESS(400)와 시뮬레이터(300)가 전기적/통신적으로 연결되어 후술하는 제어 모드에 의해 동작할 수 있는 시스템을 의미할 수 있다.
신재생에너지부(410)는 신재생에너지(411)와 전력변환장치(412)를 포함할 수 있다. 신재생에너지(411)는 신재생에너지원으로 풍력, 태양광 발전 등일 수 있다. 전력변환장치(412)는 전력 변환 기능 및 절체 기능을 가지며 신재생에너지(411)가 생산하는 전력을 배전망 규격에 맞게 변환하여 배전망에 공급할 수 있다. 전력변환장치(412)는 계통에 전력을 공급하는 상황에서는 신재생에너지(411)가 생산한 전력을 계통에 공급하고 충전을 하여야 하는 상황에서는 신재생에너지(411)가 생산한 전력을 ESS(420)에 공급하여 배터리(421)에 충전시킬 수 있다.
ESS(420)는 배터리(421)와 PCS(422, Power Control System)를 포함할 수 있다. PCS(422)는 배터리(421)의 충방전을 제어할 수 있다.
PMS(430)는 PMS 서버(431) 및 PMS 제어/감시 단말기(432)를 포함할 수 있다. PMS 서버(431)는 시뮬레이터(300)와 연동하고 신재생에너지부(410)와 ESS(420)의 전반적인 제어 동작을 수행할 수 있다. PMS 서버(431)는 A 모드, B 모드, C 모드에서 신재생 연계형 ESS(400)를 통합 제어할 수 있다. PMS 제어/감시 단말기(432)는 PMS 서버(431)가 신재생 연계형 ESS(400)를 제어하는데 필요한 정보를 수집하고 신재생 연계형 ESS(400)의 상태를 모니터링할 수 있다. PMS 서버(431)에는 경제성 이득을 목적으로 하는 운영 알고리즘, 그리드 안정화를 목적으로 하는 운영 알고리즘이 탑재되어 사용자 선택에 따라 해당 알고리즘으로 운영될 수 있고 비상 상황 발생 시 운영 알고리즘이 탑재되어 비상 상황에 대하여 능동적으로 대응할 수 있다.
시뮬레이터(300)는 복수의 신재생 연계형 ESS(400)의 분산 자원을 통합하여 전력 거래소(200)와 전력 거래를 수행할 수 있다. 시뮬레이터(300)는 전일 예측된 복수의 신재생 연계형 ESS(400)의 발전량 중 판매 가능한 발전량을 기초로 전력 거래를 수행할 수 있으며 전력 거래 결과에 따라 복수의 신재생 연계형 ESS(400)을 사용한 전력 공급 계획을 수립하고 그 수립된 전력 공급 계획에 따라 전력을 배전방에 공급할 수 있다. 이때, 후술하는 ‘그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량’을 익일 B 모드에서 운영되는 신재생 연계형 ESS(400)에게 실시간으로 할당하는 것에 의해 전력을 공급할 수 있다.
이하, 신재생 연계형 ESS(400)의 운영 방법에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 의해 상술한 구성이 보다 명확해질 수 있다.
도 3을 참조하면, PMS 서버(431)가 PMS 알고리즘 구동을 위해 필요한 데이터를 입력 받을 수 있다(S310). 이때, 신뢰성/유연성 시뮬레이터로부터 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량(Ptgt), 신재생에너지의 데이터 값(발전량), ESS의 데이터 값(SOC), 운영모드 정보(A 모드, B 모드, C 모드) 등을 입력 받을 수 있다.
그리고, PMS 서버(431)는 A 모드 및 B 모드 중 운영자에 의해 운영 모드가 선택될 수 있다(S320). A 모드로 선택된 경우 PMS 서버(431)는 A 모드에서 동작하고(S330) B 모드로 선택된 경우 PMS 서버(431)는 B 모드에서 동작할 수 있다(S340). PMS 서버(431)는 A 모드에서 동작하는 경우 경제성 이득을 목적으로 하는 운영 알고리즘을 구동하고, B 모드에서 동작하는 경우 그리드 안정화를 목적으로 하는 운영 알고리즘을 구동할 수 있다. A 모드 또는 B 모드로 동작하는 중 고장이 발생한 것으로 판정되면 모드 C에서 PMS 서버(431)는 동작할 수 있다(S350, S360). 이때, PMS 서버(431)는 비상 상황 발생 시 운영 알고리즘을 구동할 수 있다.
이하, A 모드에서 PMS 서버의 구체적인 동작에 대하여 설명한다. A 모드에서, 신재생 연계형 ESS(400)는 기 설정된 충전시간(예들 들어, 10시~16시)에는 신재생에너지 발전량 전부를 충전하고, 기 설정된 방전시간(예를 들어, 16시~익일 10시, 충전시간 외)에는 ESS의 방전 가능 전력량을 계산 후, 방전시간 동안 일정량 만큼 씩 방전하여 REC 5.0 가중치 획득할 수 있다. 모드 A는 충/방전 시간을 지켜서 운영하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 계통 입장에서 안정적인 신재생 연계형 ESS(400)의 충방전을 예측할 수 있다. A 모드에서 PMS 서버(431)는 신재생 연계형 ESS(400)의 충방전 스케쥴을 시뮬레이터(300)에 제공할 수 있다. A 모드에서, 신재생연계형 ESS의 정책에 따라 충전시간과 방전시간을 구분하여 운영할 수 있다. A 모드는 REC 5.0 가중치를 받아 운영자의 경제적 효과를 상승시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, PMS 서버(431)는 충방전 시간 여부를 판단할 수 있다(S331).
S331에서 충전시간으로 판단되면 PMS 서버(431)는 충전량(Pcha)을 계산할 수 있다(S332). 이때, 현재의 신재생에너지의 발전량(Pder)을 전부 충전량(Pcha)으로 할 수 있다. PMS 서버(431)는 충전을 위해 PCS 출력을 제어할 수 있으며(S335), 충전을 하는 동안의 ESS(420) 상태를 확인할 수 있다(S336).
S331에서 방전시간으로 판단되면 PMS 서버(431)는 방전 가능한 총 용량을 계산할 수 있다(S333). 방전시간일 경우에는 충전된 전력량을 기준으로 방전 가능한 총 용량(Pdistotal)을 계산할 수 있다. 이때, 현재 SOC 값(SOCact)과 현재 ESS 용량(Pessact), 최소 SOC 값(SOCmin), ESS 기준 용량(Pact)을 이용하여 방전 가능한 총 용량(Pdistotal)을 계산할 수 있다. 계산식은 다음과 같을 수 있다.
Figure 112018101736821-pat00004
그리고, PMS 서버(431)는 일정 주기별 방전량(Pdis)을 계산할 수 있다(S334). 이때, 방전 가능한 총 용량(Pdistotal)을 기 설정된 방전 시간동안 일정량만큼 방전하도록 계산할 수 있다. 계산식은 다음과 같을 수 있다. 그리고, 계산된 방전량(Pdis)만큼 방전할 수 있다. 아래식은 분당 방전량의 계산식을 예시한다.
Figure 112018101736821-pat00005
PMS 서버(431)는 방전을 위해 PCS 출력을 제어할 수 있으며(S335), 방전을 하는 동안의 ESS(420) 상태를 확인할 수 있다(S336).
이하, B 모드에서 PMS 서버의 구체적인 동작에 대하여 설명한다. B 모드에서 PMS 서버는 기 설정된 충방전 시간에 구애없이, 시뮬레이터(300)로부터 수신하는 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량(Ptgt)에 따라, ESS(420)의 충방전량을 계산하고 그 값에 따라 ESS(420)의 충방전을 제어할 수 있다. B 모드는 신뢰성/유연성 지표에 의한 운영이 되므로 그리드 안정화에 기여할 수 있다.
먼저, PMS 서버(431)가 실시간 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량(Ptgt)을 시뮬레이터(300)로부터 수신하고 이를 이용하여 ESS 충/방전 명령 기준 전력(Pref)을 계산할 수 있다(S341). 여기서, 시뮬레이터(300)는 각각의 신재생 연계형 ESS(400)의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량(Ptgt)을 다음과 같은 기준에 따라 산출할 수 있다.
- 기 설정된 신재생에너지가 활발하게 발전되는 시간대(예를 들어, 10시~16시): 신재생에너지가 활발하게 발전되는 시간대(10시~16시)의 전력 예측량(Pderfore)을 타겟값으로 정의
Figure 112018101736821-pat00006
- 기 설정된 신재생에너지가 활발하게 발전되는 시간대 외 시간대(예를 들어, 16시~익일 10시): 전력 예측량(Pderfore)과 계통에 필요한 전력량(Pneed)을 타겟값으로 정의, 이때, 타겟값에서 부족분은 ESS 방전을 통해 전력 수급을 맞춤
Figure 112018101736821-pat00007
이때, 시뮬레이터(300)는 각각의 신재생 연계형 ESS(400)의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량(Ptgt)을 신뢰성 지표와 유연성 지표를 사용해 산출할 수 있다. 여기서, 신뢰성 지표는 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량(Ptgt, 전일 예측 발전량)과 실제 발전량(Pact)에 대한 편차를 1시간에 대해 5분 단위로 MAPE(Mean Absolute Percentage Error, 평균 절대 백분률 오차)를 계산한 것이다. 계산식은 다음과 같을 수 있다.
Figure 112018101736821-pat00008
신뢰성 지표를 이용하여 그리드에 유입될 전력량 계산 오차를 최소한으로 함으로써, 안정적으로 그리드에 전력을 전송할 수 있다. 유연성 지표는 신재생에너지의 설비용량(capacity)에 대한 출력변동률(α)을 반영한 값과 실제 출력 변동량(ΔPact)의 비를 1시간에 대해 1분 단위로 MAPE를 계산한 것이다. 계산식은 다음과 같을 수 있다.
Figure 112018101736821-pat00009
유연성 지표를 이용하여 그리드에 유입되는 전력에 변화량을 적게 하여 그리드의 주파수 안정에 기여 할 수 있다. 시뮬레이터(300)는 실시간으로 복수의 신재생 연계형 ESS(400) 각각의 실제 발전량(Pact), 실제 출력 변동량(ΔPact)을 실시간 모니터링하여 복수의 신재생 연계형 ESS(400)의 신뢰성 지표와 유연성 지표를 산출할 수 있다.
그리고, 다음과 같은 수학식에 따라, 실시간 각각의 신재생 연계형 ESS(400)의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량(
Figure 112018101736821-pat00010
)을 다음과 같은 기준에 따라 산출할 수 있다.
- 기 설정된 신재생에너지가 활발하게 발전되는 시간대(예를 들어, 10시~16시): 신재생에너지가 활발하게 발전되는 시간대(10시~16시)의 전력 예측량(Pderfore)을 타겟값으로 정의
Figure 112018101736821-pat00011
- 기 설정된 신재생에너지가 활발하게 발전되는 시간대 외 시간대(예를 들어, 16시~익일 10시): 전력 예측량(Pderfore)과 계통에 필요한 전력량(Pneed)을 타겟값으로 정의, 이때, 타겟값에서 부족분은 ESS 방전을 통해 전력 수급을 맞춤
Figure 112018101736821-pat00012
위와 같이 신뢰성 지표와 유연성 지표를 활용하여 실시간 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량(
Figure 112018101736821-pat00013
)을 산출하는 것에 의해 그리드에 유입될 전력량의 계산 오차 및 전력 변화량을 최소화할 수 있다.
S341에서, ESS 충/방전 명령 기준 전력(
Figure 112018101736821-pat00014
)은 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량(Ptgt)과 현재 신재생 발전량(Pder)의 차를 이용하여 다음의 수학식에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112018101736821-pat00015
그리고, ESS 충/방전 명령 기준 전력(Pref)의 부호를 확인하여 PMS 서버(431)는 다음 순서로 분기되어 동작할 수 있다(S342).
PMS 서버(431)는 ESS 충/방전 명령 기준 전력(Pref)의 부호가 양(+)이면 다음의 수학식에 따라 충전량을 계산할 수 있다(S343).
Figure 112018101736821-pat00016
PMS 서버(431)는 ESS 충/방전 명령 기준 전력(Pref)의 부호가 음(-)이면 다음의 수학식에 따라 방전량을 계산할 수 있다(S344).
Figure 112018101736821-pat00017
PMS 서버(431)는 ESS 충/방전량을 PCS로 송신하여 제어할 수 있으며 실시간 ESS의 상태값을 확인할 수 있다(S345, S346).
상기와 같이, 신재생 연계형 ESS에서 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량(Ptgt)과 현재 신재생 발전량(Pder)의 차를 ESS가 추종 운전을 통해 보충하는 형태로 운영될 수 있다. 이에 의해, 안정적인 전력 공급이 가능할 수 있다.
이하, C 모드에서 PMS 서버의 구체적인 동작에 대하여 설명한다. C 모드는 ESS나 신재생에너지의 H/W 고장이나, 그리드 고장 등이 발생 시에 운영되는 단계이다. 비상 상황(그리드고장, ESS고장, PV고장 등) 발생 시, 고장 지점의 CB(차단기)를 차단 후, 고장 원인을 파악하여 고장 복구 절차를 진행한다. 고장 복구가 완료되면 시스템을 재기동하여 사용자가 원하는 운영모드를 선택할 수 있도록 한다. C 모드는 비상 상황 발생 시 자동으로 CB가 차단되는 것은 물론, 시스템 복구를 위해 사용자가 처리해야하는 절차서가 제공됨으로서, 신속하게 비상 상황을 처리 할 수 있다.
먼저, 고장이 발생하면 배전망과 연계되는 CB(Circuit Breaker(차단기), 미도시)가 자동 차단될 수 있다(S361). 이때, 디스플레이부(미도시)를 통해, 각 상황에 맞는 절차서가 화면에 띄워질 수 있다(S362). 그리고, 고장 복구가 완료되면 PMS(430)를 재가동할 수 있다(S363). 재가동시 CB를 수동으로 투입 제어할 수 있다(S364). 그리고, 재시작이 완료되면 사용자 모드가 A 모드, B 모드, C 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있다(S365).
본 발명을 적용하면 운영환경 및 사용자 선택에 의해 ESS의 운영 방식을 유연하게 설정 할 수 있다. 본 발명을 이용하면 발전사업자 입장에서는 경제적 이득을 취할 수 있고, 전력 공급사업자의 입장에서는 그리드 안정화를 이룰 수 있다. 또한, 비상 상황이 발생하면 상황에 맞는 대처 방법을 화면에 띄워주기 때문에 고장 복구를 위한 시간을 단축 할 수 있다. 본 발명은 선택적 운영을 통해 각 목적별 이득을 달성 할 수 있는 시스템이다.
100: 배전망
200: 전력거래소
300: 시뮬레이터
400: 신재생 연계형 ESS
410: 신재생에너지부
420: ESS
430: PMS

Claims (8)

  1. 전력을 생산하는 신재생에너지부;
    ESS; 및
    상기 ESS의 충방전 제어를 통해 기 설정된 모드에 따라 경제성 이득을 목적으로 하는 운영 모드 또는 그리드 안정화를 목적으로 하는 운영 모드에서 동작하는 PMS를 포함하고,
    상기 그리드 안정화를 목적으로 하는 운영 모드에서,
    상기 PMS는 신재생 연계형 ESS의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량에 따라 ESS의 충방전량을 산출하고, 상기 산출된 충방전량에 따라 ESS의 충방전을 제어하고,
    상기 신재생 연계형 ESS의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량은 신뢰성 지표 및 유연성 지표에 따라 산출되며,
    상기 신재생 연계형 ESS의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량 중
    기 설정된 신재생에너지가 활발하게 발전되는 시간대의 신재생 연계형 ESS의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량은 다음의 수학식

    Figure 112019018459416-pat00027


    여기서,
    RMAPE: 신뢰성 지표
    PMAPE: 유연성 지표
    Pderfore: 신재생 에너지의 발전 전력 예측량
    에 따라 산출되고,
    상기 신재생 연계형 ESS의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량 중
    기 설정된 신재생에너지가 활발하게 발전되는 시간대 외 시간대의 신재생 연계형 ESS의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량은 다음의 수학식

    Figure 112019018459416-pat00028


    여기서,
    RMAPE: 신뢰성 지표
    PMAPE: 유연성 지표
    Pderfore: 신재생 에너지의 발전 전력 예측량
    Pneed: 신재생 에너지의 발전 전력 예측량 외 계통에 필요한 전력량
    에 따라 산출되고,
    상기 신뢰성 지표는 다음의 수학식

    Figure 112019018459416-pat00029


    여기서,
    Ptgt: 전일 예측된 신재생 에너지의 예측 발전량
    Pact: 5분 단위로 확인한 실제 신재생 에너지의 발전량
    에 따라 산출되고,
    상기 유연성 지표는 다음의 수학식

    Figure 112019018459416-pat00030


    여기서,
    Capacity: 신재생 에너지의 설비 용량
    a: 신재생 에너지의 설비 용량에 대한 출력변동률
    ΔPact: 1분 단위로 확인한 실제 출력 변동량
    에 따라 산출되고,
    상기 신뢰성 지표 및 유연성 지표는 복수의 신재생연계형 ESS의 분산 자원을 통합하여 전력 거래소와 전력거래를 수행하는 시뮬레이터에 의해 산정되고,
    상기 시뮬레이터는 상기 신뢰성 및 유연성 지표에 따라 복수의 신재생연계형 ESS 각각에 신재생 연계형 ESS의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량을 할당하고,
    상기 신재생 연계형 ESS는 상기 할당 받은 신재생 연계형 ESS의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량 보다 실시간 신재생에너지의 발전량이 작으면 신재생 연계형 ESS의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량 보다 실시간 신재생에너지의 발전량이 작은 만큼 ESS를 방전하고, 상기 할당 받은 신재생 연계형 ESS의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량 보다 실시간 신재생에너지의 발전량이 크면 신재생 연계형 ESS의 그리드에 유입될 것으로 예상되는 발전량 보다 실시간 신재생에너지의 발전량이 큰 만큼 ESS를 충전하는 것을 특징으로 하는 신재생연계형 ESS의 사용자 선택형 운영 모드 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 PMS는 고장시 운영 모드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생연계형 ESS의 사용자 선택형 운영 모드 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 PMS의 운영 모드는 운영자에 의해 선택되는 것을 특징으로 하는 신재생연계형 ESS의 사용자 선택형 운영 모드 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    경제성 이득을 목적으로 하는 운영 모드에서, 상기 ESS는 기 설정된 충전 시간에 충전하고 기 설정된 방전 시간에 방전하는 것을 특징으로 하는 신재생연계형 ESS의 사용자 선택형 운영 모드 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 ESS는 충전 시간에 충전된 전력을 상기 기 설정된 방전 시간에 일정량으로 방전하는 것을 특징으로 하는 신재생연계형 ESS의 사용자 선택형 운영 모드 시스템.
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KR20140084917A (ko) * 2012-12-27 2014-07-07 주식회사 포스코아이씨티 전력 관리 시스템
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KR20180032957A (ko) 2016-09-23 2018-04-02 한국전력공사 분산형 전원에 연계된 전력변환장치 및 분산형 전원이 연계된 전력계통의 안정화 방법

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