KR102016731B1 - 배터리 에너지 저장 시스템 및 그 운용 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력 발전 단지용 대용량 배터리의 경제적 운용을 수행하도록 한 배터리 에너지 저장 시스템 및 그 운용 방법에 관한 것으로, 풍력 발전 단지에 설치된 다수 개의 대용량 배터리와 다수 개의 풍력 발전기의 정보를 수집하고, 풍력 발전 단지의 기상 정보를 수집하며; 상기 수집한 기상 정보를 이용하여 풍속의 예측 발전량을 도출하고, 해당 예측 발전량에 따라 대용량 배터리의 충방전 일정을 수립하며; 상기 수집한 대용량 배터리의 충방전율 운용 범위 정보에 따라 대용량 배터리의 충방전 가용 범위를 계산하며; 상기 수집한 대용량 배터리 및 풍력 발전기의 정보를 이용하여 발전량 가용 서비스 종류를 선정하며; 상기 계산된 운용 가능 범위와 상기 선정된 발전량 가용 서비스 종류에 따라 대용량 배터리의 용량 설계 및 용도 선정을 도출하며; 상기 대용량 배터리의 충방전 회수를 카운팅하고, 상기 풍력 발전기의 발전량을 측정하며; 상기 카운팅한 충방전 회수와 상기 측정한 발전량에 따라 대용량 배터리의 충방전율 운전영역을 제한하며; 상기 대용량 배터리 및 풍력 발전기의 계전요소 및 알람 정보와, 상기 대용량 배터리의 뱅크별 이상유무를 측정하며; 상기 측정한 계전요소 및 알람 정보와 뱅크별 이상유무에 따라 설비 이용률을 계산하며; 상기 수립된 충방전 일정, 상기 도출된 용량 설계 및 용도 선정, 상기 제한한 충방전율 운전영역, 및 상기 계산된 설비 이용률에 따라 용도별 대용량 배터리의 최대 수명을 도출하는 것을 특징으로 함으로써, 대용량 배터리의 수명을 극대화하여 발전 사업자로 하여금 수익성을 향상시키는데 기여할 수 있으며, 풍력 발전 단지에 적용되는 대용량 배터리의 용량 선정 및 설계 시에 최적의 방안을 제시할 수 있다.

Description

배터리 에너지 저장 시스템 및 그 운용 방법{BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM AND MANAGEMENT METHOD THEREOF}
본 발명은 배터리 에너지 저장 시스템 및 그 운용 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 풍력 발전 단지(Wind Farm)용 대용량 배터리(Battery Energy Storage System)의 경제적 운용(Efficiency Management)을 수행하도록 한 배터리 에너지 저장 시스템 및 그 운용 방법에 관한 것이다.
전세계적으로 국가 단위 지능형 전력망인 스마트 그리드(Smart Grid)의 개념이 도입된 사업들이 활성화되면서, 화석 연료 사용에 따른 자원 부족과 환경 오염으로 인하여 풍력, 태양광 등과 같은 신재생 에너지 보급이 점차 확산되고 있다.
즉, 신재생 에너지 발전원인 풍력 발전기, 태양광 등은, 기존 화석 연료의 자원 부족과 환경 오염으로 인하여 최근 전세계적으로 널리 보급되고 있다. 하지만, 이러한 신재생 에너지 발전원들은 기후조건에 따라 발전량이 급변하기 때문에 기존 전력망과 연계하여 운영할 경우, 불안정성의 요인으로 작용하게 되므로 이러한 제어 불가능한 발전원을 보다 효율적으로 관리하기 위한 체계적인 방안이 필요하게 되었다.
이에, 전력 계통의 효율적이고 경제적으로 관리하기 위한 방안으로 스마트 그리드와 스마트 리뉴어블(Smart Renewable)이란 새로운 개념을 도입하게 되었다.
전세계 여러 국가에서는 지속적으로 신재생 에너지 발전원을 확대 보급하고 있는 실정이다. 하지만, 이러한 발전원은 기상 조건에 따라 발전량의 편차가 심하기 때문에, 일정하게 전력망에 공급할 수 있는 방안에 대한 연구 개발을 활발히 진행하고 있다.
이러한 연구를 위해서 다양한 파일럿 프로젝트(Pilot Project)로 신재생 에너지 발전원과 대용량 배터리를 연계하여 불규칙한 신재생 에너지 발전원을 보상하여 기존 전력망에 안정성과 일정 출력이 가능한 기술을 확보하려고 노력하고 있다.
한편, 한국등록특허 제10-1135284호는 신재생 에너지원과 에너지원으로부터의 전력을 일시적으로 저장할 수 있는 분산전원과 이러한 시스템을 통해 전력계통을 안정화시키기 위한 충전장치를 채용하고 무효전력 제어기능을 갖는 다중기능 전력변환 장치 및 방법에 관하여 개시하고 있는데, 무효전력 제어기능을 포함하는 전력변환장치에 있어서, 하나 이상의 보조전원장치로부터 대체 전력을 공급받는 대체전력 입력부; 상기 대체전력 입력부로부터 입력된 전기를 교류로 변환하는 전력변환스위칭부; 상기 대체전력 입력부와 연결되고 상기 대체전력 입력부 및 그리드 중 적어도 어느 하나로부터 상기 전력변환스위칭부를 통해 공급되는 전기를 저장하는 충전전원부; 및 소비부하와 연결된 상기 그리드로부터 역률정보와 유효전력 및 무효전력 요구량을 통신을 통해 수신하고, 상기 그리드로부터 수신된 상기 역률정보, 유효전력 및 무료전력 요구량에 부합되도록 상기 전력변환스위칭부를 통해 출력되는 전압, 전류 및 상기 전압 및 상기 전류 간의 위상각을 제어하는 전력제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 개시된 기술에 따르면, 대체전원을 통해 전력계통의 전원공급을 안정적으로 유지할 수 있으며, 전력계통의 전력을 효율적으로 운용할 수 있다.
그런데, 신재생 에너지와 연계되는 대용량 배터리는 고가이며, 충방전 횟수에 따라 수명이 좌우되는 특성을 가지고 있다. 따라서, 대용량 배터리의 수명 연장을 위한 충방전 기법과 전력 판매를 위한 경제적 운영 방안이 필요하지만, 현재까지는 이러한 기법을 적용한 시스템을 개발한 사례가 없는 실정이다.
다시 말해서, 신재생 에너지는 자연 조건에 따라 발전량의 편차가 심하기 때문에, 전력을 안정적으로 공급할 수 없다. 이러한 단점을 극복하기 위해서는 불안정한 신재생 에너지의 출력을 보상하고, 안정적으로 계통에 전력을 공급할 수 있는 대용량 배터리를 적용하는 것이 필수적이며, 이에 이것을 효율적으로 운용할 수 있는 방안이 필요하다고 할 것이다.
한국등록특허 제10-1135284호
본 발명의 일 실시예는 대용량 배터리(Battery Energy Storage System)의 경제성을 고려한 최적 운영을 통하여 풍력 발전 단지(Wind Farm)의 불규칙한 발전을 안정화하는 동시에 대용량 배터리의 수명을 최대한 확보할 수 있는 배터리 에너지 저장 시스템 및 그 운용 방법을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 배터리 에너지 저장 시스템은, 풍력 발전 단지에 설치된 다수 개의 대용량 배터리와 다수 개의 풍력 발전기의 정보를 수집하고, 풍력 발전 단지의 기상 정보를 수집하는 정보 수집부; 상기 정보 수집부에서 수집한 기상 정보를 이용하여 풍속의 예측 발전량을 도출하는 풍력 발전량 예측부; 상기 풍력 발전량 예측부에서 도출한 예측 발전량에 따라 충방전 일정을 수립하는 대용량 배터리 충방전 일정 수립부; 상기 정보 수집부에서 수집한 대용량 배터리의 충방전율 운용 범위 정보에 따라 상기 대용량 배터리의 충방전 가용 범위를 계산하는 대용량 배터리 운용 가능 범위 계산부; 상기 정보 수집부에서 수집한 대용량 배터리 및 풍력 발전기의 정보를 이용하여 발전량 가용 서비스 종류를 선정하는 발전량 가용 서비스 선정부; 상기 대용량 배터리 운용 가능 범위 계산부에서 계산된 운용 가능 범위와 상기 발전량 가용 서비스 선정부에서 선정된 발전량 가용 서비스 종류에 따라 대용량 배터리의 용량 설계 및 용도 선정을 도출하는 대용량 배터리 용량 및 용도 선정부; 상기 대용량 배터리의 충방전 회수를 카운팅하는 대용량 배터리 충방전 회수 계산부; 상기 풍력 발전기의 발전량을 측정하는 풍력 발전기 발전량 측정부; 상기 대용량 배터리 충방전 회수 계산부에서 카운팅한 충방전 회수와 상기 풍력 발전기 발전량 측정부에서 측정한 발전량에 따라 상기 대용량 배터리의 충방전율 운전영역을 제한하는 충방전율 운전영역 제한부; 상기 대용량 배터리 및 풍력 발전기의 계전요소 및 알람 정보를 측정하는 계전요소 및 알람 정보 측정부; 상기 대용량 배터리의 뱅크별 이상유무를 측정하는 대용량 배터리 이상유무 측정부; 상기 계전요소 및 알람 정보 측정부에서 측정한 계전요소 및 알람 정보와 상기 대용량 배터리 이상유무 측정부에서 측정한 뱅크별 이상유무에 따라 설비 이용률을 계산하는 설비 이용률 계산부; 및 상기 대용량 배터리 충방전 일정 수립부에서 수립된 충방전 일정, 상기 대용량 배터리 용량 및 용도 선정부에서 도출된 용량 설계 및 용도 선정, 상기 충방전율 운전영역 제한부에서 제한한 충방전율 운전영역, 및 상기 설비 이용률 계산부에서 계산된 설비 이용률에 따라 용도별 대용량 배터리의 최대 수명을 도출하는 최대 수명 도출부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 대용량 배터리 충방전 일정 수립부는 상기 대용량 배터리 운용 가능 범위 계산부에서 계산한 대용량 배터리의 충방전 가용 범위 내에서 충방전 일정을 수립할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 대용량 배터리 충방전 회수 계산부는 상기 대용량 배터리의 현재 충방전율과 과거 충방전 회수를 고려하여 상기 대용량 배터리의 충방전 회수를 상기 충방전율 운전영역 제한부에 적용할 수 있다.
실시예들 중에서, 배터리 에너지 저장 시스템의 운용 방법은, 풍력 발전 단지에 설치된 다수 개의 대용량 배터리와 다수 개의 풍력 발전기의 정보를 수집하고, 풍력 발전 단지의 기상 정보를 수집하는 단계; 상기 수집한 기상 정보를 이용하여 풍속의 예측 발전량을 도출하고, 해당 예측 발전량에 따라 대용량 배터리의 충방전 일정을 수립하는 단계; 상기 수집한 대용량 배터리의 충방전율 운용 범위 정보에 따라 대용량 배터리의 충방전 가용 범위를 계산하는 단계; 상기 수집한 대용량 배터리 및 풍력 발전기의 정보를 이용하여 발전량 가용 서비스 종류를 선정하는 단계; 상기 계산된 운용 가능 범위와 상기 선정된 발전량 가용 서비스 종류에 따라 대용량 배터리의 용량 설계 및 용도 선정을 도출하는 단계; 상기 대용량 배터리의 충방전 회수를 카운팅하고, 상기 풍력 발전기의 발전량을 측정하는 단계; 상기 카운팅한 충방전 회수와 상기 측정한 발전량에 따라 대용량 배터리의 충방전율 운전영역을 제한하는 단계; 상기 대용량 배터리 및 풍력 발전기의 계전요소 및 알람 정보와, 상기 대용량 배터리의 뱅크별 이상유무를 측정하는 단계; 상기 측정한 계전요소 및 알람 정보와 뱅크별 이상유무에 따라 설비 이용률을 계산하는 단계; 및 상기 수립된 충방전 일정, 상기 도출된 용량 설계 및 용도 선정, 상기 제한한 충방전율 운전영역, 및 상기 계산된 설비 이용률에 따라 용도별 대용량 배터리의 최대 수명을 도출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템 및 그 운용 방법은, 풍력 발전 단지에 대용량 저장 장치를 적용하여 불규칙한 풍력 발전량으로 인한 계통의 불안정성을 안정적인 출력으로 보장하도록 하며, 대용량 배터리에 경제성을 고려한 효율적인 관리 기능을 적용함으로써, 대용량 배터리의 수명을 극대화하여 발전 사업자로 하여금 수익성을 향상시키는데 기여할 수 있으며, 풍력 발전 단지에 적용되는 대용량 배터리의 용량 선정 및 설계 시에 최적의 방안을 제시함으로써, 경제적인 효과에도 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템을 가진 풍력 발전 단지를 설명하는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템을 설명하는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 운용 방법을 설명하는 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템을 가진 풍력 발전 단지를 설명하는 구성도이다.
풍력 발전 단지(100)는, 기본적으로 도 1과 같이 구성된다. 풍력 발전 단지(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 풍력 발전 단지(100)의 발전 용량에 맞게 선정된 대용량 배터리(111, 112)와, 다양한 용량을 가진 다수 개의 풍력 발전기(121, 122, 123)와, 다수 개의 전력 변환 장치(131 ~ 135)를 포함한다.
이때, 대용량 배터리(111, 112)는 여러 개의 충방전 뱅크(Bank)로 구성되어 있기 때문에 각 뱅크의 고장유무에 따라 설비 이용률이 좌우된다.
모든 대용량 배터리(111, 112) 및 풍력 발전기(121, 122, 123)에는 전력 변환 장치(PCS; Power Conversation System)(131 ~ 135)와 병렬로 설치되어 운영된다.
전력 변환 장치(131 ~ 135)는 교류를 직류로 또는 직류를 교류로 변환하는 장치로서, 전력 계통의 이상유무에 따라 전력 공급을 중단시킬 수 있는 계전 기능을 가지고 있으며, 이러한 정보와 풍력 발전기(121, 122, 123)의 이상유무를 알 수 있는 알람 정보를 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템을 설명하는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System)(200)은, 정보 수집부(201), 풍력 발전량 예측부(202), 대용량 배터리 충방전 일정 수립부(203), 대용량 배터리 운용 가능 범위 계산부(204), 발전량 가용 서비스 선정부(205), 대용량 배터리 용량 및 용도 선정부(206), 대용량 배터리 충방전 회수 계산부(207), 풍력 발전기 발전량 측정부(208), 충방전율 운전영역 제한부(209), 계전요소 및 알람 정보 측정부(210), 대용량 배터리 이상유무 측정부(211), 설비 이용률 계산부(212), 최대 수명 도출부(213)를 포함하여, 풍력 발전 단지(100)에 대용량 배터리를 설치하여 불규칙한 풍력 발전량에 대해 안정적으로 전력을 공급하면서, 또한 대용량 배터리의 수명을 최대한 확보하도록 해 준다.
정보 수집부(201)는, 도 1에 도시된 바와 같은 풍력 발전 단지(100) 내에 설치된 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)의 정보를 실시간으로 수집하고, 기상 센서 등을 이용하여 풍력 발전 단지(100)의 기상 정보(예를 들어, 풍향, 풍속, 대기온도, 습도 등)를 실시간으로 측정하여 수집하며, 해당 측정 수집된 기상 정보를 풍력 발전량 예측부(202)로 입력하며, 수집한 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)의 정보를 발전량 가용 서비스 선정부(205)로 제공한다.
풍력 발전량 예측부(202)는 정보 수집부(201)로부터 제공되는 측정 수집한 이전의 기상 정보를 이용하여 풍력(즉, 풍속)의 예측 발전량을 도출하며, 해당 도출된 풍속의 예측 발전량을 대용량 배터리 충방전 일정 수립부(203)로 입력한다. 여기서, 예측 발전량은 메모리 내에 기 설정해 둔 풍속에 따른 풍력 발전기(121, 122, 123)의 발전량에 대한 정보를 통해 예측되도록 한다.
대용량 배터리 충방전 일정 수립부(203)는 정보 수집부(201)에서 측정한 기상 정보에 따른 대용량 배터리(111, 112)의 최적 충방전 일정을 수립하도록 하며, 해당 수립된 대용량 배터리(111, 112)의 최적 충방전 일정을 최대 수명 도출부(213)로 입력한다. 이때, 대용량 배터리 충방전 일정 수립부(203)는 대용량 배터리 운용 가능 범위 계산부(204)에서 계산한 대용량 배터리(111, 112)의 충방전 가용 범위에서 수명 감소를 최소화하는 방안으로, 풍력 발전량 예측부(202)에서 도출한 풍속의 예측 발전량에 따라 충방전 일정을 수립한다. 여기서, 충방전 일정은 메모리 내에 기 설정해 둔 풍속의 예측 발전량에 따른 충방전 일정에 대한 정보를 통해 수립되도록 한다.
대용량 배터리 운용 가능 범위 계산부(204)는 정보 수집부(201)에서 수집한 대용량 배터리(111, 112)의 정보 중에서 풍력 발전 단지(100)에 적용되는 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율(SOC)(또는, 충방전 상태)의 운용 범위에 따라 대용량 배터리(111, 112)의 운용 가능 범위(즉, 충방전 가용 범위)를 계산하고, 해당 계산된 대용량 배터리(111, 112)의 운용 가능 범위를 대용량 배터리 용량 및 용도 선정부(206)로 입력한다. 여기서, 대용량 배터리(111, 112)의 운용 가능 범위는 메모리 내에 기 설정해 둔 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율(SOC) 운용 범위에 따른 대용량 배터리(111, 112)의 충방전 가용 범위에 대한 정보를 통해 결정될 수 있다.
발전량 가용 서비스 선정부(205)는 정보 수집부(201)에서 수집한 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)의 정보를 이용하여 발전량 가용 서비스 종류를 선정하고, 해당 선정된 발전량 가용 서비스 종류를 대용량 배터리 용량 및 용도 선정부(206)로 입력한다. 여기서, 발전량 가용 서비스는 풍력 발전 단지(100) 내에 설치된 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)를 이용하여 발전 사업을 수행할 경우에 다양한 발전 서비스 종류(예를 들어, 수요 감축, 수요 발전 등)를 의미하며, 메모리 내에 기 설정해 둔 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)에 따른 발전 서비스 종류에 대한 정보를 통해 결정될 수 있다.
대용량 배터리 용량 및 용도 선정부(206)는 대용량 배터리 운용 가능 범위 계산부(204)에서 계산된 대용량 배터리(111, 112)의 운용 가능 범위와 발전량 가용 서비스 선정부(205)에서 선정된 발전량 가용 서비스 종류를 입력받아, 발전량 용도에 따른 대용량 배터리(111, 112)의 용량을 설계하고 용도 선정을 도출하며, 해당 도출된 발전량 용도에 따른 대용량 배터리(111, 112)의 용량 설계 및 용도 선정을 최대 수명 도출부(213)로 입력한다. 여기서, 대용량 배터리(111, 112)의 용량 설계 및 용도 선정은, 메모리 내에 기 설정해 둔 대용량 배터리(111, 112)의 운용 가능 범위 및 발전량 가용 서비스 종류에 따른 대용량 배터리(111, 112)의 용량 설계 및 용도 선정에 대한 정보를 통해 결정될 수 있다.
대용량 배터리 충방전 회수 계산부(207)는 대용량 배터리(111, 112)의 충방전 회수를 카운팅하고, 해당 카운팅된 대용량 배터리(111, 112)의 충방전 회수를 충방전율 운전영역 제한부(209)에 적용한다. 여기서, 대용량 배터리(111, 112)의 충방전 회수는 대용량 배터리(111, 112)의 수명과 관계가 있기 때문에 대용량 배터리(111, 112)의 현재 충방전율(SOC)과 과거 충방전 회수를 고려하여 적용하도록 한다.
풍력 발전기 발전량 측정부(208)는 풍력 발전기(121, 122, 123)의 발전량을 측정하고, 해당 측정된 풍력 발전기(121, 122, 123)의 발전량을 충방전율 운전영역 제한부(209)로 입력한다. 여기서, 풍력 발전기(121, 122, 123)의 발전량은 각각의 대용량 배터리(111, 112)마다 충전량을 배분할 때에 이용되도록 한다.
충방전율 운전영역 제한부(209)는 대용량 배터리 충방전 회수 계산부(207)에서 적용하는 각각의 대용량 배터리(111, 112)의 충방전 회수와 풍력 발전기 발전량 측정부(208)에서 측정한 풍력 발전기(121, 122, 123)의 발전량을 입력받아, 각각의 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율 운전영역을 제한하며, 해당 제한된 각각의 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율 운전영역을 최대 수명 도출부(213)로 입력한다. 여기서, 각각의 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율 운전영역 제한은 메모리 내에 기 설정해 둔 대용량 배터리(111, 112)의 충방전 회수 및 풍력 발전기(121, 122, 123)의 발전량에 따른 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율 운전영역 제한에 대한 정보를 통해 결정될 수 있다.
계전요소 및 알람 정보 측정부(210)는 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)의 계전요소 및 알람 정보를 측정하고, 해당 측정한 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)의 계전요소 및 알람 정보를 설비 이용률 계산부(212)로 입력한다.
대용량 배터리 이상유무 측정부(211)는 대용량 배터리(111, 112)의 뱅크(Bank)별 이상유무를 측정하며, 해당 측정한 대용량 배터리(111, 112)의 뱅크(Bank)별 이상유무를 설비 이용률 계산부(212)로 입력한다.
설비 이용률 계산부(212)는 계전요소 및 알람 정보 측정부(210)에서 측정한 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)의 계전요소 및 알람 정보와 대용량 배터리 이상유무 측정부(211)에서 측정한 대용량 배터리(111, 112)의 뱅크별 이상유무를 입력받아, 해당 입력받은 예방 진단을 통한 설비 이용률을 계산하며, 해당 계산된 예방 진단을 통한 설비 이용률을 최대 수명 도출부(213)로 입력한다. 여기서, 설비 이용률은 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)의 계전요소 및 알람 정보와 대용량 배터리(111, 112)의 뱅크별 이상유무에 따라 메모리 내에 기 설정된 설비 이용률을 통해 계산될 수 있다.
최대 수명 도출부(213)는 대용량 배터리 충방전 일정 수립부(203)에서 수립된 대용량 배터리(111, 112)의 최적 충방전 일정, 대용량 배터리 용량 및 용도 선정부(206)에서 도출된 발전량 용도에 따른 대용량 배터리(111, 112)의 용량 설계 및 용도 선정, 충방전율 운전영역 제한부(209)에서 제한된 각각의 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율 운전영역, 및 설비 이용률 계산부(212)에서 계산된 예방 진단을 통한 설비 이용률에 대한 정보를 입력받아, 해당 입력받은 정보들을 이용하여 용도별 대용량 배터리(111, 112)의 최대 수명을 도출한다. 여기서, 용도별 대용량 배터리(111, 112)의 최대 수명은 대용량 배터리(111, 112)의 최적 충방전 일정, 발전량 용도에 따른 대용량 배터리(111, 112)의 용량 설계 및 용도 선정, 각각의 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율 운전영역, 및 예방 진단을 통한 설비 이용률에 따라 메모리 내에 기 설정된 용도별 대용량 배터리(111, 112)의 최대 수명에 대한 정보를 통해 도출될 수 있다.
이때, 대용량 배터리(111, 112)의 용도는 적용하고자 하는 서비스의 특성에 따라 다양하게 분류할 수 있다. 또한, 충방전율의 속도가 빠른 대용량 배터리(111, 112)의 경우에는 풍력 발전기(121, 122, 123)의 순간적인 출력 요동 현상을 보상하는 용도로 사용될 수 있다. 그리고 충방전율의 빠른 속도보다는 용량이 대용량인 배터리(111, 112)의 경우에는 일정한 출력을 장시간 동안 공급할 수 있기 때문에 일정 출력에 사용될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가진 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템은, 도 1의 대용량 배터리(111, 112)와 연결 설치되며, 또한 도 1의 풍력 발전기들(121, 122, 123)과 연동하여 운영되어, 일정한 에너지 출력 제어와 순간적인 출력 파워의 오차를 보정을 위한 대용량 배터리(111, 112)의 용량 설계와 용도 선정을 수행하고, 충방전율(SOC)에 따른 운전 영역을 제한하고, 기상 정보를 활용한 대용량 배터리(111, 112)의 최적화된 충방전 일정을 수립하고, 예방 진단 기능을 통한 설비 이용률을 증대하도록 하며, 이에 대용량 배터리(111, 112)의 수명을 연장하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 운용 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 우선 정보 수집부(201)에서는, 풍력 발전 단지(100) 내에 설치된 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)의 정보를 실시간으로 수집함과 동시에(S301), 예를 들어, 풍향, 풍속, 대기온도, 습도 등을 감지할 수 있는 기상 센서를 이용하여 풍력 발전 단지(100)의 기상 정보를 실시간으로 측정하여 수집하도록 하며(S302), 해당 수집한 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)의 정보를 발전량 가용 서비스 선정부(205)로 제공해 주며, 또한 해당 측정 수집된 기상 정보를 풍력 발전량 예측부(202)로 제공해 준다.
이에, 풍력 발전량 예측부(202)는 정보 수집부(201)에서 측정 수집된 기상 정보를 입력받아 메모리에 저장해 두었다가, 메모리에 저장해 둔 이전의 기상 정보를 이용하여 풍력(즉, 풍속)의 예측 발전량을 도출하도록 하는데, 이때 메모리 내에 기 설정해 둔 풍속에 따른 풍력 발전기(121, 122, 123)의 발전량에 대한 정보를 통해서 풍속의 예측 발전량을 예측하도록 하며(S303), 해당 예측된 풍속의 예측 발전량을 대용량 배터리 충방전 일정 수립부(203)로 제공해 준다.
이에 따라, 대용량 배터리 충방전 일정 수립부(203)는 대용량 배터리 운용 가능 범위 계산부(204)로부터 제공되는 풍속의 예측 발전량에 따라 최적의 충방전 일정을 수립하는데, 이때 메모리 내에 기 설정해 둔 풍속의 예측 발전량에 따른 최적의 충방전 일정에 대한 정보를 통해서 충방전 일정을 수립하도록 하며(S304), 해당 수립된 대용량 배터리(111, 112)의 충방전 일정을 최대 수명 도출부(213)로 제공해 준다.
그리고 대용량 배터리 운용 가능 범위 계산부(204)에서는, 상술한 단계 S301에서 수집한 대용량 배터리(111, 112)의 정보를 이용하여 풍력 발전 단지(100)에 적용되는 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율(SOC)(또는, 충방전 상태)의 운용 범위에 따라 대용량 배터리(111, 112)의 운용 가능 범위(즉, 충방전 가용 범위)를 계산하는데, 이때 메모리 내에 기 설정해 둔 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율(SOC) 운용 범위에 따른 대용량 배터리(111, 112)의 충방전 가용 범위에 대한 정보를 통해서 대용량 배터리(111, 112)의 충방전 가용 범위를 계산하도록 하며(S305), 해당 계산된 대용량 배터리(111, 112)의 운용 가능 범위를 대용량 배터리 용량 및 용도 선정부(206)로 제공해 준다.
또한, 발전량 가용 서비스 선정부(205)는 정보 수집부(201)에서 수집한 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)의 정보를 이용하여 발전량 가용 서비스 종류를 선정하는데, 이때 메모리 내에 기 설정해 둔 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)에 따른 발전 서비스 종류에 대한 정보를 통해서 발전량 가용 서비스 종류를 선정하도록 하며(S306), 해당 선정된 발전량 가용 서비스 종류를 대용량 배터리 용량 및 용도 선정부(206)로 제공해 준다.
이에, 대용량 배터리 용량 및 용도 선정부(206)는 상술한 단계 S305에서 계산된 대용량 배터리(111, 112)의 운용 가능 범위와 상술한 단계 S306에서 선정된 발전량 가용 서비스 종류를 입력받아, 발전량 용도에 따른 대용량 배터리(111, 112)의 용량을 설계하고 용도 선정을 도출하는데, 이때 메모리 내에 기 설정해 둔 대용량 배터리(111, 112)의 운용 가능 범위 및 발전량 가용 서비스 종류에 따른 대용량 배터리(111, 112)의 용량 설계 및 용도 선정에 대한 정보를 통해서 대용량 배터리(111, 112)의 용량 설계 및 용도 선정을 결정할 수 있으며(S307), 해당 결정된 대용량 배터리(111, 112)의 용량 설계 및 용도 선정을 최대 수명 도출부(213)로 제공해 준다.
그리고 대용량 배터리 충방전 회수 계산부(207)는 대용량 배터리(111, 112)의 충방전 회수를 카운팅하고(S308), 해당 카운팅된 대용량 배터리(111, 112)의 충방전 회수를 충방전율 운전영역 제한부(209)에 적용하도록 하며, 또한 풍력 발전기 발전량 측정부(208)는 풍력 발전기(121, 122, 123)의 발전량을 측정하고(S309), 해당 측정된 풍력 발전기(121, 122, 123)의 발전량을 충방전율 운전영역 제한부(209)로 제공해 준다.
이에, 충방전율 운전영역 제한부(209)는 상술한 단계 S308에서 적용한 각각의 대용량 배터리(111, 112)의 충방전 회수와 상술한 단계 S309에서 측정한 풍력 발전기(121, 122, 123)의 발전량을 이용하여 각각의 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율 운전영역을 제한하는데, 이때 메모리 내에 기 설정해 둔 대용량 배터리(111, 112)의 충방전 회수 및 풍력 발전기(121, 122, 123)의 발전량에 따른 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율 운전영역 제한에 대한 정보를 통해서 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율 운전영역 제한을 결정할 수 있으며(S310), 해당 결정된 각각의 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율 운전영역 제한을 최대 수명 도출부(213)로 제공해 준다.
그리고 계전요소 및 알람 정보 측정부(210)는 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)의 계전요소 및 알람 정보를 측정하고(S311), 해당 측정한 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)의 계전요소 및 알람 정보를 설비 이용률 계산부(212)로 제공해 주며, 또한 대용량 배터리 이상유무 측정부(211)는 대용량 배터리(111, 112)의 뱅크(Bank)별 이상유무를 측정하며(S312), 해당 측정한 대용량 배터리(111, 112)의 뱅크(Bank)별 이상유무를 설비 이용률 계산부(212)로 제공해 준다.
이에, 설비 이용률 계산부(212)는 상술한 단계 S311에서 측정한 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)의 계전요소 및 알람 정보와 상술한 단계 S312에서 측정한 대용량 배터리(111, 112)의 뱅크별 이상유무를 이용하여 예방 진단을 통한 설비 이용률을 계산하는데, 이때 대용량 배터리(111, 112)와 풍력 발전기(121, 122, 123)의 계전요소 및 알람 정보와 대용량 배터리(111, 112)의 뱅크별 이상유무에 따라 메모리 내에 기 설정된 설비 이용률을 통해서 설비 이용률을 계산할 수 있으며(S313), 해당 계산된 설비 이용률을 최대 수명 도출부(213)로 제공해 준다.
그러면, 최대 수명 도출부(213)는 상술한 단계 S304에서 수립된 대용량 배터리(111, 112)의 최적 충방전 일정, 상술한 단계 S307에서 결정된 발전량 용도에 따른 대용량 배터리(111, 112)의 용량 설계 및 용도 선정, 상술한 단계 S310에서 결정된 각각의 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율 운전영역, 및 상술한 단계 S313에서 계산된 설비 이용률에 대한 정보를 이용하여 용도별 대용량 배터리(111, 112)의 최대 수명을 도출하는데, 이때 대용량 배터리(111, 112)의 최적 충방전 일정, 발전량 용도에 따른 대용량 배터리(111, 112)의 용량 설계 및 용도 선정, 각각의 대용량 배터리(111, 112)의 충방전율 운전영역, 및 예방 진단을 통한 설비 이용률에 따라 메모리 내에 기 설정된 용도별 대용량 배터리(111, 112)의 최대 수명에 대한 정보를 통해서 용도별 대용량 배터리(111, 112)의 최대 수명을 도출할 수 있다(S314).
이때, 대용량 배터리(111, 112)의 용도는 적용하고자 하는 서비스의 특성에 따라 다양하게 분류할 수 있다. 또한, 충방전율의 속도가 빠른 대용량 배터리(111, 112)의 경우에는 풍력 발전기(121, 122, 123)의 순간적인 출력 요동 현상을 보상하는 용도로 사용될 수 있다. 그리고 충방전율의 빠른 속도보다는 용량이 대용량인 배터리(111, 112)의 경우에는 일정한 출력을 장시간 동안 공급할 수 있기 때문에 일정 출력에 사용될 수 있다. 즉, 상술한 단계 S301에서부터 S313까지의 동작 수행 과정을 통해서 대용량 배터리(111, 112)의 용도에 따라 수명을 극대화할 수 있게 된다.
상술한 바와 같은 동작 과정을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 운용 방법은, 풍력 발전 단지(100)에 배터리 에너지 저장 시스템(200)을 적용하여 불규칙한 풍력 발전량으로 인한 계통의 불안정성을 안정적인 출력으로 보장할 수 있도록 하며, 대용량 배터리(111, 112)의 수명을 극대화할 수 있도록 한다. 즉, 대용량 배터리(111, 112)에 경제성을 고려한 효율적인 관리 기능을 적용해 줌으로써, 대용량 배터리(111, 112)의 수명을 극대화하여 발전 사업자로 하여금 수익성을 향상시켜 줄 수 있으며, 풍력 발전 단지(100)에 적용되는 대용량 배터리(111, 112)의 용량 선정 및 설계 시에 최적의 방안을 제시해 줌으로써 경제적인 효과에 기여할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 풍력 발전 단지
111, 112: 대용량 배터리
131 ~ 135: 전력 변환 장치(PCS)
200: 배터리 에너지 저장 시스템
201: 정보 수집부
202: 풍력 발전량 예측부
203: 대용량 배터리 충방전 일정 수립부
204: 대용량 배터리 운용 가능 범위 계산부
205: 발전량 가용 서비스 선정부
206: 대용량 배터리 용량 및 용도 선정부
207: 대용량 배터리 충방전 회수 계산부
208: 풍력 발전기 발전량 측정부
209: 충방전율 운전영역 제한부
210: 계전요소 및 알람 정보 측정부
211: 대용량 배터리 이상유무 측정부
212: 설비 이용률 계산부
213: 최대 수명 도출부

Claims (10)

  1. 풍력 발전 단지에 설치된 다수 개의 대용량 배터리와 다수 개의 풍력 발전기의 정보를 수집하고, 풍력 발전 단지의 기상 정보를 수집하는 정보 수집부;
    상기 정보 수집부에서 수집한 기상 정보를 이용하여 풍속의 예측 발전량을 도출하는 풍력 발전량 예측부;
    상기 풍력 발전량 예측부에서 도출한 예측 발전량에 따라 충방전 일정을 수립하는 대용량 배터리 충방전 일정 수립부;
    상기 정보 수집부에서 수집한 대용량 배터리의 충방전율 운용 범위 정보에 따라 상기 대용량 배터리의 충방전 가용 범위를 계산하는 대용량 배터리 운용 가능 범위 계산부;
    상기 정보 수집부에서 수집한 대용량 배터리 및 풍력 발전기의 정보를 이용하여 발전량 가용 서비스 종류를 선정하는 발전량 가용 서비스 선정부;
    상기 대용량 배터리 운용 가능 범위 계산부에서 계산된 운용 가능 범위와 상기 발전량 가용 서비스 선정부에서 선정된 발전량 가용 서비스 종류에 따라 대용량 배터리의 용량 설계 및 용도 선정을 도출하는 대용량 배터리 용량 및 용도 선정부; 및
    상기 대용량 배터리 충방전 일정 수립부에서 수립된 충방전 일정 및 상기 대용량 배터리 용량 및 용도 선정부에서 도출된 용량 설계 및 용도 선정에 대응하는, 메모리에 기 설정된 용도별 대용량 배터리의 최대 수명에 대한 정보를 기초로 용도별 대용량 배터리의 최대 수명을 도출하는 최대 수명 도출부;를 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대용량 배터리 충방전 일정 수립부는,
    상기 대용량 배터리 운용 가능 범위 계산부에서 계산한 대용량 배터리의 충방전 가용 범위 내에서 충방전 일정을 수립하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 대용량 배터리의 충방전 회수를 카운팅하는 대용량 배터리 충방전 회수 계산부;
    상기 풍력 발전기의 발전량을 측정하는 풍력 발전기 발전량 측정부; 및
    상기 대용량 배터리 충방전 회수 계산부에서 카운팅한 충방전 회수와 상기 풍력 발전기 발전량 측정부에서 측정한 발전량에 따라 상기 대용량 배터리의 충방전율 운전영역을 제한하는 충방전율 운전영역 제한부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 최대 수명 도출부가 상기 충방전율 운전영역 제한부에서 제한한 충방전율 운전영역에 대한 정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 대용량 배터리 충방전 회수 계산부는
    상기 대용량 배터리의 현재 충방전율과 과거 충방전 회수를 고려하여 상기 대용량 배터리의 충방전 회수를 상기 충방전율 운전영역 제한부에 적용하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 대용량 배터리 및 풍력 발전기의 계전요소 및 알람 정보를 측정하는 계전요소 및 알람 정보 측정부;
    상기 대용량 배터리의 뱅크별 이상유무를 측정하는 대용량 배터리 이상유무 측정부; 및
    상기 계전요소 및 알람 정보 측정부에서 측정한 계전요소 및 알람 정보와 상기 대용량 배터리 이상유무 측정부에서 측정한 뱅크별 이상유무에 따라 설비 이용률을 계산하는 설비 이용률 계산부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 최대 수명 도출부가 상기 설비 이용률 계산부에서 계산된 설비 이용률에 대한 정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  8. 풍력 발전 단지에 설치된 다수 개의 대용량 배터리와 다수 개의 풍력 발전기의 정보를 수집하고, 풍력 발전 단지의 기상 정보를 수집하는 단계;
    상기 수집한 기상 정보를 이용하여 풍속의 예측 발전량을 도출하고, 해당 예측 발전량에 따라 대용량 배터리의 충방전 일정을 수립하는 단계;
    상기 수집한 대용량 배터리의 충방전율 운용 범위 정보에 따라 대용량 배터리의 충방전 가용 범위를 계산하는 단계;
    상기 수집한 대용량 배터리 및 풍력 발전기의 정보를 이용하여 발전량 가용 서비스 종류를 선정하는 단계;
    상기 계산된 운용 가능 범위와 상기 선정된 발전량 가용 서비스 종류에 따라 대용량 배터리의 용량 설계 및 용도 선정을 도출하는 단계;
    상기 수립된 충방전 일정 및 상기 도출된 용량 설계 및 용도 선정에 대응하는, 메모리에 기 설정된 용도별 대용량 배터리의 최대 수명에 대한 정보를 기초로 용도별 대용량 배터리의 최대 수명을 도출하는 단계를 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템의 운용 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 대용량 배터리의 충방전 회수를 카운팅하고, 상기 풍력 발전기의 발전량을 측정하는 단계; 및
    상기 카운팅한 충방전 회수와 상기 측정한 발전량에 따라 대용량 배터리의 충방전율 운전영역을 제한하는 단계;를 더 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템의 운용 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 대용량 배터리 및 풍력 발전기의 계전요소 및 알람 정보와, 상기 대용량 배터리의 뱅크별 이상유무를 측정하는 단계; 및
    상기 측정한 계전요소 및 알람 정보와 뱅크별 이상유무에 따라 설비 이용률을 계산하는 단계;를 더 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템의 운용 방법.
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