KR102021604B1 - 단계별 부하 제어 기반의 고속 수요 반응 자원 운영 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
신재생 에너지 기반의 전력 계통에서 신재생 에너지의 변동성과 간헐성에 동적으로 대응하기 위한 단계별 부하 제어 기반의 고속 수요 반응(Fast Demand Response) 자원 운영 시스템에 관한 발명이다. 일 실시예에 따르면, 고속 수요 반응(Fast Demand Response) 자원 운영 시스템은 고속 수요 반응에 참여하는 고객의 부하 자원들에 대한 전력량을 실시간으로 계측하는 전력량 계측부와, 전력 계통의 주파수 변동을 실시간으로 감지하는 주파수 감지부 및 상기 감지된 주파수의 변동을 기초로 제어 단계별로 상기 고객의 부하들을 제어하는 부하 제어부를 포함하는 부하 제어 장치를 포함할 수 있다.
Description
주파수 조정을 위한 보조 서비스용 고속 수요 반응 자원 운영 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신재생 에너지 기반의 전력 계통에서 참여 자원의 단계별 부하 제어를 통해 주파수 조절이 가능하게 함으로써 신재생 에너지의 간헐성 및 변동성에 실시간 동적으로 대응하는 기술과 관련된다.
국내 전력수요는 지속적으로 증가하고 있으며, 최근 연이어 발생한 폭염 및 기상이변으로 매년 최대 전력수요를 갱신하고 있다. 증가하는 전력수요를 감당하기 위해 지속적인 전력공급설비의 확충이 있었지만 여러 사회적 갈등, 에너지 자원의 부족, 환경오염 등 기존 전력공급 정책은 한계에 종착하였다. 특히, 최근 신재생 발전의 비율이 증가하고 있으며, 간헐적으로 발생하는 신재생 발전의 특성상 전력계통 안정성 확보가 대두되고 있다. 일년에 단 몇 차례 발생하는 피크전력부하를 감축할 경우 경제적으로나 환경적으로 많은 효과를 거둘 수 있기 때문에 정부에서는 피크감축 수요 관리 사업을 정책적으로 수행하고 있다.
또한, 최근 국내외에서 정책적으로 신재생 에너지를 확대하고 있는 추세이다. 신재생 에너지의 경우 간헐성과 변동성의 문제점을 가지고 있다. 태양광 발전의 경우 시간당 출력 변동성은 약 30% 이고 풍력의 경우 시간당 50% 정도의 상방/하방의 변동성을 가지고 있다. 이러한 변동성이 있는 발전 자원의 비율 증대는 전력계통의 불균형을 초래하여 안정된 계통 주파수 운영에 문제점이 발생될 수 있다. 이에 발전설비의 고장 발생뿐 아니라 급격한 신재생 에너지의 변동성에 대응하기 위한 고속 수요 반응(Fast Demand Response)에 대한 정책 도입의 필요성이 증대되고 있다.
현재 주파수 조정예비력부분에서 기력발전부분에서는 계통 운영시 조속기(Govener Free)와 자동발전제어(AGC)를 통해 계통의 주파수 조정예비력을 확보하고 있다. 조속기의 경우 계통운영기관의 지시 없이 발전기 자체적으로 주파주를 감지하여 자동으로 조정하는 방법이며, AGC의 경우 계통운영기관에서 운전지시명령에 작동하는 방법이다. 하지만, 신재생에너지 비율 확대에 따른 간헐성과 변동성에 대응하는데 있어 기력발전기와 보조 서비스용 에너지 저장시스템(Energy Storage System, ESS)만으로는 경제성 및 지속성에 한계가 있다.
본 발명의 실시예들은 고속 수요 반응(Fast Demand Response)에서 계통 주파수의 하락/복귀에 대응, 단계별로 고속 수요 반응 부하 자원을 차단/투입함으로써 신재생 에너지의 간헐성 및 변동성에 동적으로 대응하기 위한 방안으로 활용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 계통 주파수 단계에 따라 고속 수요 반응 자원이 작동됨으로 인해 계통 주파수가 동적으로 조정이 되어 전체 계통에서 안정된 전력을 사용할 수 있도록 할 수 있다,
일 양상에 따르면, 단계별 부하 제어 기반의 고속 수요 반응(Fast Demand Response) 자원 운영 시스템은 고속 수요 반응(Fast Demand Response)에 참여하는 고객의 부하 자원들에 대한 전력량을 실시간으로 계측하는 전력량 계측부와, 전력 계통의 주파수 변동을 실시간으로 감지하는 주파수 감지부 및, 상기 감지된 주파수의 변동을 기초로 상기 고객의 부하들을 단계별로 제어하는 부하 제어부를 포함하는 부하 제어 장치를 포함할 수 있다.
상기 고속 수요 반응 자원 운영 시스템은 고속 수요 반응(Fast Demand Response)에 참여하는 하나 이상의 고객을 관리하고, 각 고객별로, 계약 용량, 부하 자원들의 중요도 및, 복수의 제어 단계별 차단 용량을 기초로 부하 자원들을 각 제어 단계별로 분류하는 수요 관리 기관 장치를 더 포함하고, 부하 제어부는 기준 주파수 대비 상기 감지된 주파수 변동을 기초로 상기 복수의 제어 단계 중에서 해당하는 제어 단계를 결정하고, 결정된 제어 단계에 따라 상기 분류된 부하 자원을 차단 또는 투입할 수 있다.
이때, 기준 주파수는 60Hz이고, 복수의 제어 단계는 단계별로 주파수가 상기 기준 주파수 대비 0.2Hz씩 순차적으로 감소되도록 미리 설정될 수 있다.
부하 제어 장치는 전력량 계측부에 의해 계측된 전력량 및, 상기 부하 제어부에 의해 수행된 부하 자원들의 제어 결과를 상기 수요 관리 기관 장치에 실시간 전송하는 데이터 전송부를 더 포함할 수 있고, 수요 관리 기관 장치는 고속 수요 반응에 참여하고 있는 고객들의 부하 자원에 대한 전력량 및 제어 결과를 취합하여, 부하 단위, 부하 클러스터 단위, 고객 단위 및 고객 클러스터 단위 중의 적어도 하나의 단위로 차단/투입 실적 데이터를 생성하고, 상기 차단/투입 실적 데이터를 전력 운영 기관 장치(ISO)에 전송할 수 있다.
전력 운영 기관 장치는 수요 관리 기관 장치로부터 수신된 차단/투입 실적 데이터를 기초로, 고객들의 부하 자원의 단계별 차단 실적을 종합적으로 모니터링하고 부하 자원의 전력 사용량과 연계하여 실시간 전력 변동 추이 현황을 파악하며, 수요 관리 기관 단위 참여 자원별로 정산금을 처리할 수 있다.
일 양상에 따르면, 단계별 부하 제어 기반의 고속 수요 반응(Fast Demand Response) 자원 운영 방법은 전력 수요관리 사업에 참여하는 고객의 부하 자원들에 대한 전력량을 실시간으로 계측하는 단계, 전력 계통의 주파수 변동을 실시간으로 감지하는 단계 및 감지된 주파수 변동을 기초로 고객의 부하들을 단계적으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 고속 수요 반응 자원 운영 방법은 고속 수요 반응(Fast Demand Response)에 참여할 고객을 관리하는 단계 및, 고객에 대하여, 계약 용량, 부하 자원들의 중요도 및, 복수의 제어 단계별 차단 용량을 기초로, 상기 부하 자원들을 제어 단계별로 분류하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 고객의 부하들을 단계적으로 제어하는 단계는 기준 주파수 대비 상기 감지된 주파수의 변동량을 기초로 상기 복수의 제어 단계 중의 해당하는 제어 단계를 결정하는 단계 및 결정된 제어 단계에 따라 상기 분류된 부하 자원을 차단 또는 투입하는 단계를 포함할 수 있다.
전력수요관리 시장에 참여하는 고객의 부하 자원을 대상으로 발전 자원의 조속기(Govenor Free)역할을 수행하여 주파수 저하를 미세하게 방지할 수 있다.
신재생 에너지의 간헐성 및 변동성에 따라 실시간 동적으로 고객의 부하 자원을 단계별 차단/투입함으로써 전력 계통의 안정된 운영을 할 수 있다.
국가적으로 환경문제에 대한 대응에 일조를 하며, 주파수 조정 예비력 확보를 위한 발전 설비 확충 절감이라는 경제적인 문제 또한 극복할 수 있다.
수요관리사업자와 주파수 조정 예비력에 참여하는 기업 및 기관에게 운영을 통한 보상금 획득을 가능케 할 수 있다.
또한, 에너지의 효율적인 이용 부분에 있어 다양한 에너지 관리 컨설턴트를 양성할 수 있으며 관련기술을 확대하여 전문화된 고용인력 확보가 가능하다.
신재생에너지의 확대로 인한 단점을 극복할 수 있어 지속적인 신재생에너지 확대 정책 기조를 확대해 친환경 정책을 유지해 나갈 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 고속 수요 반응 자원 운영 시스템의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전력 운영 기관 장치의 상세 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 수요 관리 기관 장치의 상세 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 부하 제어 장치의 상세 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 고속 수요 반응 자원 운영 방법의 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 도 5의 단계(510)의 상세 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 도 5의 단계(520)의 상세 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 도 5의 단계(530)의 상세 흐름도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전력 운영 기관 장치의 상세 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 수요 관리 기관 장치의 상세 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 부하 제어 장치의 상세 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 고속 수요 반응 자원 운영 방법의 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 도 5의 단계(510)의 상세 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 도 5의 단계(520)의 상세 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 도 5의 단계(530)의 상세 흐름도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 기재된 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 도면을 참조로 신재생 에너지원을 기반으로 하는 전력 계통에서의 단계별 부하 제어를 통한 고속 수요 반응(Fast Demand Response) 자원 운영 시스템 및 방법을 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 단계별 부하 제어 기반의 고속 수요 반응 자원 운영 시스템의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 신재생 에너지 기반의 전력 계통에서의 단계별 부하 제어 기반의 고속 수요 반응 자원 운영 시스템(1)은 전력 운영 기관 장치(100), 수요 관리 기관 장치(200) 및 하나 이상의 부하 제어 장치(300a,300b,300c)를 포함한다.
전력 운영 기관 장치(100)는 한국 전력(KEPCO)과 전력거래소(KPX)와 같은 전력 계통 운영 기관(ISO)에 설치될 수 있다. 전력 운영 기관 장치(100)는 고속 수요 반응(Fast Demand Response)에 참여하는 고객들의 계약 용량, 실시간 전력량 및 부하 차단/투입 실적 등의 정보를 취합하고, 취합된 정보들을 이용하여 실시간 고속 수요 반응(Fast Demand Response) 현황 파악을 하여 전력 계통의 안정적 운영을 지원할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 전력 운영 기관 장치의 상세 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전력 운영 기관 장치(100)는 데이터 취합부(110), 현황 모니터링부(120) 및 정산부(130)를 포함할 수 있다.
데이터 취합부(110)는 수요 관리 기관 장치(200)로부터 전력 관리 사업에 참여하는 고객들에 대한 데이터를 수집할 수 있다.
예를 들어, 데이터 취합부(110)는 수요 관리 기관 장치(200)로부터 고속 수요 반응(Fast Demand Response)에 참여하는 고객들의 부하 자원, 계약 용량, 제어 단계별 차단 용량 및 차단 횟수 등의 데이터를 수집할 수 있다. 또한, 고객들에 대한 실시간 전력량, 차단 전후 감축 전력량, 부하 자원들의 차단 단계, 차단 시간 등의 차단 실적 데이터를 수집할 수 있다.
데이터 취합부(110)는 수요 관리 기관 장치(200)로부터 수집된 데이터들을, 부하 단위, 고객 단위, 부하들의 클러스터 단위 또는 고객들의 클러스터 단위로 분류 및 취합할 수 있다. 예를 들어, 계약 용량이 큰 고객의 경우 부하 단위로 클러스터링할 수 있으며, 계약 용량이 상대적으로 작은 고객들의 경우 소정 크기의 참여 자원 계약 용량 단위로 고객들을 클러스터링할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 그 밖의 다양한 기준으로 클러스터링될 수 있으며, 필요에 따라 수요 관리 사업자의 수요 관리 기관 장치(200)에서 클러스터링될 수도 있다.
또한, 데이터 취합부(110)는 참여 자원의 실시간 사용용량 및 현황을 수집할 수 있다.
현황 모니터링부(120)는 데이터 취합부(110)에 의해 취합된 참여 자원의 전력량 데이터, 고객의 부하 차단/투입 실적 데이터 등을 종합적으로 분석 및 모니터링하고, 전력 계통(40)과 연계하여 실시간 참여 자원의 전력 변동 추이 및 계통 주파수의 현황을 파악할 수 있다.
정산부(130)는 전력 관리 사업에 참여하는 고객들의 수요 자원 참여로 인한 고속 수요 반응 자원 기본 정산 금액 및/또는 단계별 부하 차단/투입 실적에 따른 부하 감축 용량 지원금을 정산하고, 정산금에 따른 수익을 분배할 수 있다. 이때, 부하, 고객, 부하들의 클러스터, 고객들의 클러스터 단위 또는, 고속 수요 관리 기관 단위 참여 자원별로 정산금을 처리하고, 처리 내역을 수요 관리 기관 장치(200)에 전송할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 수요 관리 기관 장치(200)는 고속 수요 반응 사업을 관리하는 수요 관리 기관에 설치될 수 있다. 수요 관리 기관 장치(200)는 고속 수요 반응에 참여할 하나 이상의 고객들을 모집하고, 모집된 고객들에 대하여 고속 수요 반응을 위한 다양한 기준 설정 및 수요 반응 실적 등을 관리할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 도 1의 수요 관리 기관 장치의 상세 블록도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 수요 관리 기관 장치(200)는 고객 관리부(210), 데이터 통신부(220) 및 실적 관리부(230)를 포함할 수 있다.
고객 관리부(200)는 고속 수요 반응(Fast Demand Response)에 참여할 고객들을 모집하여 관리할 수 있다. 예를 들어, 고객 관리부(200)는 고속 수요 반응에 참여하고자 하는 고객의 부하 자원들에 대하여 응동 시험을 수행하여 고속 수요 반응에 참여할 부하 자원들을 결정할 수 있다.
고객 관리부(200)는 주파수 변동량을 기초로 복수의 제어 단계를 설정할 수 있다. 또한, 각 제어 단계별로 전체 계약 용량 대비 차단 용량을 설정할 수 있다. 이때, 복수의 제어 단계 및 각 제어 단계별 차단 용량은 고속 수요 반응 사업에 참여하는 고객들에 동일하게 설정될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 각 고객별로 참여하는 부하 자원들의 중요도 예컨대, 필수 투입 시간 및/또는 최대/최소 전력 소모량 등을 고려하여 각 고객별로 최적화되어 설정될 수 있다.
복수의 제어 단계는 기준 주파수(예: 정격 주파수 60Hz) 대비 주파수 변동량에 따라 미리 설정될 수 있다. 예를 들어, 아래의 표 1과 같이 5 개의 차단 단계로 설정될 수 있으며 각 차단 단계는 기준 주파수(60 Hz) 대비 0.2 Hz씩 감소할 때마다 순차적으로 차단되도록 설정될 수 있다. 여기서, "제어 단계"라는 용어는 주파수 감소 또는 증가에 따른 참여 부하 자원의 차단 및 투입을 포함하는 것을 의미하고, "차단 단계"라는 용어는 실시간 주파수의 감소에 따라 부하 자원을 차단하는 의미를 강조하기 위한 것일 뿐 서로 다른 것을 지칭하는 것은 아니므로 이하 필요에 따라 혼용되어 사용될 수 있다.
| 주파수 변동량(단위: Hz) | 차단 용량 | 차단 단계 |
| 59.8 | 계약 용량의 12.5% 차단 | 1 단계 |
| 59.6 | 계약 용량의 25% 차단 | 2 단계 |
| 59.4 | 계약 용량의 37.5% 차단 | 3 단계 |
| 59.2 | 계약 용량의 50% 차단 | 4 단계 |
| 59.0 | 계약 용량의 100% 차단 | 5 단계 |
또한, 고객 관리부(200)는 각 고객들에 대하여 참여할 각 부하 자원들의 전력 소모량, 중요도 및/또는 각 제어 단계의 차단 용량 등을 고려하여 부하 자원들을 각 제어 단계별로 분류할 수 있다.
예를 들어, 고객 관리부(200)는 각 고객별로 수요 반응 참여 부하 자원들의 중요도 및 제어 단계의 차단 용량 등을 고려하여, 각 참여 부하 자원들을 제어 단계에 따라 분류할 수 있다. 예컨대, 고객 관리부(200)는 고객의 참여 부하 자원들을 각 차단 단계에 대응하도록 부하 1, 부하 2, 부하 3, 부하 4 및 부하 5 그룹으로 분류할 수 있다. 후술하는 바와 같이 부하 제어 장치(300a,300b,300c)는 이와 같은 부하 자원들의 분류 기준을 참조하여, 주파수 변동량이 차단 N(N≥1) 단계에 해당하면 부하 1 내지 부하 N을 차단하는 방식으로 주파수 변동에 대응할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 고객별 설정에 따라 차단 N 단계에 부하 N이 차단되는 방식으로 동작하도록 최적화될 수 있다.
데이터 통신부(220)는 고속 수요 반응 참여 고객의 부하 제어 장치(300a,300b,300c)로부터 각 고객의 부하 자원들에 대한 실시간 전력량 및/또는 부하 자원들의 단계별 제어 결과 예컨대, 부하 자원의 차단 실적(예: 차단 단계, 차단 횟수, 차단 시간, 감축 전력량 등)을 수신할 수 있다.
데이터 통신부(220)는 통신 기술을 활용하여 부하 제어 장치(300a,300b,300c)와 통신할 수 있다. 이때, 통신 기술은 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
실적 관리부(230)는 고속 수요 반응 참여 고객들의 부하 제어 장치(300a,300b,300c)로부터 수신된 데이터를 취합하고, 각 부하 단위, 부하들의 클러스터 단위, 각 고객 단위 또는 고객들의 클러스터 단위로 실시간 전력량, 부하 자원들의 단계별 차단/투입 결과, 부하들의 단계별 차단/투입에 따른 전력 감축량 등의 차단/투입 실적 데이터를 획득할 수 있다. 실적 관리부(230)는 이와 같이 획득된 데이터를 여기에 도시되지 않은 데이터 저장부에 저장할 수 있으며, 데이터 통신부(220)를 통해 전력 운영 기관 장치(100)에 전송할 수 있다.
한편, 실적 관리부(230)는 전력 운영 기관 장치(100)로부터 참여 고객들에 대한 정산금 처리 결과를 수신할 수 있으며, 각 고객별로 정산금을 분배할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 부하 제어 장치(300a,300b,300c)는 고속 수요 반응에 참여하는 각 고객별로, 예컨대, 가정이나 사업장 등과 같이 전력을 소비하고 비용을 지불하는 전력 소비 주체 각각에 설치될 수 있다. 부하 제어 장치(300a,300b,300c)는 설치된 고객에 대해 전력 계통(40)의 주파수 변동을 실시간 감지하여, 감지된 주파수 변동에 따라 단계별로 고객의 부하 자원을 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 부하 제어 장치의 상세 블록도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 부하 제어 장치(300)는 전력량 계측부(310), 주파수 감지부(320), 부하 제어부(330) 및 데이터 전송부(340)를 포함할 수 있다.
전력량 계측부(310)는 전력 계통(40)에서 전력을 공급받는 부하 자원들의 실시간(예: 2초) 전력량을 계측할 수 있다. 예를 들어, 전력량 계측부(310)는 미터기를 포함할 수 있다.
일반적으로 전력 계통(40)의 주파수는 정격 주파수(예: 60 Hz)에서 0.2 Hz 범위 이내를 유지해야 하는데, 발전 설비 등의 문제가 발생하면 정격 주파수를 유지하는데 문제가 발생한다. 특히, 신재생 에너지원은 신 에너지와 재생 에너지를 말하는 것으로, 연료 전지(fuel cell), 석탄/액화 가스화, 수소 에너지(hydrogen energy), 태양열(solar thermal) 발전과 태양광 발전(solar photovoltaic) 발전, 바이오매스(biomass) 에너지, 풍력 발전(wind power generation), 소수력(small hydropower) 발전, 지열 에너지(geothermal energy), 해양 에너지(ocean energy), 폐기물 에너지(waste to energy)를 포함한다. 이와 같은 신재생 에너지원의 발전 전력은 그 변화를 예상할 수 없고 기상 상황 등에 따라 매순간 변화하는 특성을 갖기 때문에 신재생 에너지 기반의 전력 계통에서 안정적인 주파수 유지에 어려움이 발생할 수 있다.
본 실시예에서는 신재생 에너지 기반의 전력 계통에서 주파수 변동에 동적으로 실시간 대응하기 위해, 주파수 감지부(320)는 전력 계통의 주파수 변동을 실시간(예: 1초)으로 감지하고, 부하 제어부(330)는 기준 주파수(60Hz) 대비 실시간 주파수 변동량을 고려하여 각 고객별로 참여 부하 자원들을 실시간으로 단계별 차단 또는 투입할 수 있다.
예를 들어, 표 1 및 도 4를 참조하면, 주파수 감지부(320)가 전력 계통의 주파수를 59.6Hz로 감지한 경우, 부하 제어부(330)는 감지된 주파수에 따라 참여 부하의 차단 단계를 2 단계로 결정하고, 결정된 2 단계에 해당하는 부하 1 및 부하 2를 실시간으로 차단함으로써, 해당 고객의 계약 용량 대비 25%의 전력이 차단되도록 할 수 있다.
또한, 이와 같이 주파수 변동량이 차단 2 단계에 해당하여 부하 1 및 부하 2가 차단된 상태에서, 주파수 감지부(320)가 전력 계통의 주파수를 59.8 Hz로 감지하면, 부하 제어부(330)는 그에 대응하여 차단 단계를 1 단계로 결정하고 부하 2를 투입함으로써 부하 1만 차단되도록 하여, 계약 용량 대비 12.5%의 전력이 차단되도록 할 수 있다. 또는, 전력 계통의 주파수가 정격 주파수로 회복된 경우 부하 1 및 부하 2를 모두 투입할 수 있다. 이와 반대로, 주파수 감지부(320)에 의해 감지된 실시간 주파수가 59.4Hz로 떨어진 경우, 부하 제어부(330)는 차단 단계를 3단계로 변경하고 3단계에 해당하는 부하 3을 추가로 차단함으로써 계약용량 대비 37.5%가 차단되도록 할 수 있다.
일반적으로 신재생 에너지 발전 전력의 간헐성 및 변동성에 대응하기 위해 ESS(Energy Storage System)을 이용하나 신재생 에너지의 비율 확대에 따라 ESS 만으로 대응하는 데에는 지속성 부분 및 경제성 부분에 단점이 있다. 본 실시예에 따르면 이와 같이 전력 계통의 실시간 주파수 변동에 따라 미리 설정된 차단 단계에 해당하는 부하 자원들을 동적으로 실시간 차단 및 투입함으로써 전력 계통의 미세한 주파수 조정이 가능하도록 하고, 이를 통해 신재생 에너지 기반의 발전 전력의 변동성에 능동적으로 대처하여 전력 계통을 안정적으로 운영할 수 있다.
데이터 전송부(340)는 전력량 계측부(310)에 의해 실시간 계측된 전력량 및/또는 부하 제어부(330)에 의해 부하 제어 결과 예컨대, 차단 단계, 차단 부하 자원, 차단 시간, 차단 전후의 전력량 비교 결과 등의 데이터를 수요 관리 기관 장치(200)에 전송할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 5는 일 실시예에 따른 고속 수요 반응 자원 운영 방법의 흐름도이다.
도 5의 실시예에 따른 단계별 부하 제어 기반의 고속 수요 반응 자원 운영 방법은 도 1의 실시예에 따른 고속 수요 반응 자원 운영 시스템(1)에 의해 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 먼저 고속 수요 반응 자원 운영 시스템(1)이 고속 수요 반응(Fast Demand Response)에 참여할 고객을 관리할 수 있다(510).
도 6은 일 실시예에 따른 도 5의 단계(510)의 상세 흐름도이다. 도 6을 참조하여 단계(510)을 좀 더 구체적으로 설명한다.
수요 관리 기관 장치(200)가 전력 계통의 고속 수요 반응(Fast Demand Response)에 참여할 고객을 모집하고, 고객 정보를 관리할 수 있다(511). 예를 들어, 고속 수요 반응(Fast Demand Response)에 참여하고자 하는 고객들의 계약 용량을 결정 및 관리하고, 각 고객의 부하 자원들에 대하여 응동 시험을 수행하여 수요 반응에 참여할 부하 자원들을 결정할 수 있다.
그 다음, 결정된 부하 자원들의 중요도 등을 고려하여 복수의 제어 단계별로 차단 용량을 설정할 수 있다(512). 예를 들어, 주파수 변동량에 따라 복수의 제어 단계가 미리 설정될 수 있으며, 각 제어 단계별로 계약 용량 대비 차단 용량을 설정할 수 있다. 이때, 제어 단계 및 단계별 차단 용량은 모든 고객들에 대해 동일하게 설정될 수 있으나 필요에 따라 각 고객별로 다르게 설정되는 것이 가능하다.
그 다음, 제어 단계별로 참여할 부하 자원을 분류할 수 있다(513). 예를 들어, 참여할 각 부하 자원들이 주파수 변동량에 따라 제어 단계별로 실시간으로 차단될 수 있도록, 참여 부하 자원들의 중요도 및/또는 각 제어 단계의 차단 용량 등을 고려하여 부하 자원들을 제어 단계별로 분류할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 고속 수요 반응 자원 운영 시스템(1)은 전력 계통의 실시간 주파수 변동을 기초로 각 고객의 부하 자원을 단계별로 제어할 수 있다(520).
도 7은 일 실시예에 따른 도 5의 단계(520)의 상세 흐름도이다. 이하, 도 7을 참조하여 단계(520)를 좀 더 구체적으로 설명한다.
먼저, 부하 제어 장치(300a,300b,300c)가 부하 자원들에 대하여 전력 계통의 실시간 전력량을 계측하고(521), 전력 계통의 주파수 변동을 실시간으로 감지할 수 있다(522).
그 다음, 주파수 변동을 기초로 제어 단계를 결정하고, 결정된 제어 단계에 따라 해당하는 부하를 제어할 수 있다(523). 이와 같이, 전력 계통의 주파수 변동을 실시간(예: 2초)으로 감지하고, 기준 주파수(60Hz) 대비 실시간 주파수 변동량에 따라 각 고객별로 참여 부하 자원들을 단계별로 차단 또는 투입함으로써 신재생 에너지 기반의 전력 계통에서의 주파수 변동성에 실시간으로 대응할 수 있다.
그 다음, 부하 관리 장치(300a,300b,300c)는 전력량 및 부하 제어 결과를 수요 관리 장치에 전송할 수 있다(524). 예를 들어, 실시간 계측된 전력량 및/또는 부하 제어 결과 예컨대, 차단 단계, 차단 부하 자원, 차단 시간, 차단 전후의 전력량 비교 결과 등의 데이터를 수요 관리 장치(200)에 전송할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 고속 수요 반응 자원 운영 시스템(1)은 수요 관리 현황을 파악할 수 있다(530).
도 8은 일 실시예에 따른 도 5의 단계(530)의 상세 흐름도이다. 이하, 도 8을 참조하여 단계(530)를 더욱 구체적으로 설명한다.
수요 관리 기관 장치(200)가, 각 고객의 부하 제어 장치(300a,300b,300c)로부터 실시간 전력량 및 부하 제어 결과를 취합하고(531), 차단 실적 데이터를 운영 기관 장치(100)에 전송할 수 있다(532).
예를 들어, 수요 관리 기관 장치(200)는 각 참여 고객들의 부하 제어 장치(300a,300b,300c)로부터 수신된 데이터를 취합하고, 각 부하 단위, 부하들의 클러스터 단위, 각 고객 단위 또는 고객들의 클러스터 단위로 실시간 전력량, 부하 자원들의 단계별 차단/투입 결과, 부하들의 단계별 차단/투입에 따른 전력 감축량 등의 차단/투입 실적 데이터를 획득할 수 있다.
그 다음, 전력 운영 기관 장치(100)가 수요 관리 기관 장치(200)로부터 수신한 차단/투입 실적 데이터를 기초로 각 부하별, 부하들의 클러스터별, 각 고객별, 고객들의 클러스터 단위 또는 고속 수요 관리 기관 단위 참여 자원별로 종합적으로 차단 실적으로 모니터링하고, 실시간 부하 전력 변동 추이 현황을 파악할 수 있다(533).
그 다음 전력 운영 기관 장치(100)가 참여 고객들의 차단 실적을 기초로 고객 참여 실적을 확인하고, 참여 고객에 대한 정산금을 처리할 수 있다(534). 예를 들어, 고속 수요 반응에 참여하는 고객들의 수요 자원 참여량 금액 및/또는 단계별 부하 차단/투입 실적에 대한, 부하, 고객, 부하들의 클러스터, 고객들의 클러스터 단위의 자원별 정산금을 고속 수요 관리 사업을 관리하는 수요 관리 사업자의 단위로 처리할 수 있으며, 처리 내역을 수요 관리 기관 장치(200)에 전송할 수 있다. 수요 관리 기관 장치(200)는 전력 운영 기관 장치(100)로부터 클러스터된 참여 자원별 정산금 처리 결과를 수신하는 경우 각 참여 고객별로 정산금을 분배할 수 있다.
한편, 본 실시 예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 개시된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 고속 수요 반응 자원 운영 시스템
100: 전력 운영 기관 장치 110: 데이터 취합부
120: 현황 모니터링부 130: 정산부
200: 수요 관리 기관 장치 210: 고객 관리부
220: 데이터 통신부 230: 실적 관리부
300,300a,300b,300c: 부하 제어 장치
310: 전력량 계측부 320: 주파수 감지부
330: 부하 제어부 340: 데이터 전송부
100: 전력 운영 기관 장치 110: 데이터 취합부
120: 현황 모니터링부 130: 정산부
200: 수요 관리 기관 장치 210: 고객 관리부
220: 데이터 통신부 230: 실적 관리부
300,300a,300b,300c: 부하 제어 장치
310: 전력량 계측부 320: 주파수 감지부
330: 부하 제어부 340: 데이터 전송부
Claims (7)
- 고속 수요 반응(Fast Demand Response) 자원 운영 시스템에 있어서,
신재생 에너지의 변동성 및 간헐성에 대비한 전력 계통의 고속 수요 반응에 참여할 하나 이상의 고객을 관리하고, 각 고객별로 전력계통 주파수의 변동성으로 인해 기준 주파수 대비 계통주파수가 0.2Hz씩 감소될 때마다, 고속 수요 반응에 참여하는 부하 자원의 차단 또는 투입을 제어하기 위한 복수의 제어 단계를 설정하고, 상기 각 고객별로 상기 복수의 제어 단계 각각에 대하여 전체 계약 용량 대비 차단 용량을 설정하며, 상기 각 고객별로 전체 계약 용량, 상기 복수의 제어 단계별로 설정된 차단 용량, 부하 자원들의 전력 소모량 및 중요도를 기초로 상기 고속 수요 반응에 참여할 부하 자원들을 각 제어 단계별로 분류하고, 고속 수요 반응에 참여하고 있는 고객들의 부하 자원에 대한 전력량 및 제어 결과를 취합하여 차단 실적 데이터를 획득하고, 상기 차단 실적 데이터를 전력 운영 기관 장치에 전송하는 수요 관리 기관 장치;
신재생 에너지 기반의 전력 계통의 고속 수요 반응에 참여하는 고객의 부하 자원들에 대한 전력량을 실시간으로 계측하는 전력량 계측부와, 전력 계통의 상기 기준 주파수 대비 주파수 변동을 실시간으로 감지하는 주파수 감지부 및 상기 감지된 주파수의 변동을 기초로 상기 고객의 부하들을 단계별로 제어하는 부하 제어부 및 상기 전력량 계측부에 의해 계측된 전력량 및 상기 부하 제어부에 의해 수행된 부하 자원들의 제어 결과를 상기 수요 관리 기관 장치에 실시간 전송하는 데이터 전송부를 포함하는 부하 제어 장치; 및
상기 수요 관리 기관 장치로부터 수신된 차단 실적 데이터를 기초로, 고객들의 부하 자원의 단계별 차단 실적을 종합적으로 모니터링하고 부하 자원의 전력 사용량과 연계하여 실시간 부하 전력 변동 추이 현황을 파악하며, 수요 관리 기관 단위 참여 자원별로 정산금을 처리하는 전력 운영 기관 장치를 포함하고,
상기 부하 제어부는
기준 주파수 대비 상기 감지된 주파수 변동을 기초로 상기 복수의 제어 단계 중에서 해당하는 제어 단계를 결정하고, 고객 관리부에 의해 부하 자원들의 각 제어 단계별 분류 결과를 기초로 상기 결정된 제어 단계에 해당하는 부하 자원을 차단 또는 투입하는, 신재생 에너지 기반의 전력 계통의 단계별 부하 제어 기반의 고속 수요 반응(Fast Demand Response) 자원 운영 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 고속 수요 반응(Fast Demand Response) 자원 운영 시스템의 자원 운영 방법에 있어서,
수요 관리 기관 장치가, 신재생 에너지의 변동성 및 간헐성에 대비한 고속 수요 반응(Fast Demand Response)에 참여할 고객을 관리하는 단계;
수요 관리 기관 장치가, 각 고객별로 전력계통 주파수의 변동성으로 인해 기준 주파수 대비 계통주파수가 0.2Hz씩 감소될 때마다, 고속 수요 반응에 참여하는 부하 자원의 차단 또는 투입을 제어하기 위한 복수의 제어 단계를 설정하고, 상기 복수의 제어 단계 각각에 대하여 전체 계약 용량 대비 차단 용량을 설정하는 단계;
수요 관리 기관 장치가, 상기 각 고객별 전체 계약 용량, 상기 복수의 제어 단계별로 설정된 차단 용량, 부하 자원들의 전력 소모량 및 중요도를 기초로 상기 고속 수요 반응에 참여할 부하 자원들을 각 제어 단계별로 분류하는 단계;
부하 제어 장치의 전력량 계측부가, 고속 수요 반응(Fast Demand Response)에 참여하는 고객의 부하 자원들에 대한 전력량을 실시간으로 계측하는 단계;
부하 제어 장치의 주파수 감지부가, 전력 계통의 상기 기준 주파수 대비 주파수 변동을 실시간으로 감지하는 단계;
부하 제어 장치의 부하 제어부가, 상기 감지된 주파수 변동을 기초로 제어 단계별로 고객의 부하들을 제어하는 단계;
부하 제어 장치의 데이터 전송부가 상기 계측된 전력량 및 상기 부하 자원들의 제어 결과 수요 관리 기관 장치에 실시간 전송하는 단계;
수요 관리 기관 장치가 고속 수요 반응에 참여하고 있는 고객들의 부하 자원에 대한 전력량 및 제어 결과를 취합하여 차단 실적 데이터를 획득하는 단계;
수요 관리 기관 장치가 획득된 차단 실적 데이터를 전력 운영 기관 장치에 전송하는 단계;
전력 운영 기관 장치가 수요 관리 장치로부터 수신된 차단 실적 데이터를 기초로 고객들의 부한 자원의 단계별 차단 실적을 종합적으로 모니터링하는 단계;
전력 운영 기관 장치가 부하 자원의 전력 사용량과 연계하여 실시간 부하 전력 변동 추이 현황을 파악하는 단계; 및
전력 운영 기관 장치가 상기 수요 관리 기관 단위 참여 자원별로 정산금을 처리하는 단계;를 포함하고,
상기 고객의 부하들을 제어하는 단계는
기준 주파수 대비 상기 감지된 주파수 변동을 기초로 상기 복수의 제어 단계 중에서 해당하는 제어 단계를 결정하는 단계; 및
상기 부하 자원들의 각 제어 단계별 분류 결과를 기초로 상기 결정된 제어 단계에 해당하는 부하 자원을 차단 또는 투입하는 단계를 포함하는, 신재생 에너지 기반의 전력 계통의 단계별 부하 제어 기반의 고속 수요 반응(Fast Demand Response) 자원 운영 방법. - 삭제
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| KR1020180160784A KR102021604B1 (ko) | 2018-12-13 | 2018-12-13 | 단계별 부하 제어 기반의 고속 수요 반응 자원 운영 시스템 및 방법 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020180160784A KR102021604B1 (ko) | 2018-12-13 | 2018-12-13 | 단계별 부하 제어 기반의 고속 수요 반응 자원 운영 시스템 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102021604B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102233202B1 (ko) * | 2020-08-28 | 2021-03-29 | 주식회사 아이디알서비스 | 웹 기반 Fast DR 관리시스템 |
| KR20220074289A (ko) * | 2020-11-27 | 2022-06-03 | 조선대학교산학협력단 | 블록체인 기반 선불결제 서비스 지원 전력거래시스템 |
| KR102651936B1 (ko) | 2023-04-11 | 2024-03-28 | 주식회사 포드림 | 수요반응 기반 전기차의 충전전력 관리 시스템 및 그 방법 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090044056A (ko) | 2007-10-31 | 2009-05-07 | 김경환 | 계통 연계형 신재생 에너지 발전을 위한 펄스 폭 변조 제어장치 및 방법 |
| KR20120024528A (ko) * | 2010-06-16 | 2012-03-14 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | 풍력 발전 장치의 제어 장치 및 제어 방법 |
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-
2018
- 2018-12-13 KR KR1020180160784A patent/KR102021604B1/ko active IP Right Grant
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