KR102028368B1 - 계층적 능동부하 투입 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 계층적 능동부하 투입 제어 장치에 관한 것으로, 실시간으로 전력 수요량 및 공급량을 계측하는 공급-수요 계측부; 및 상기 공급-수요 계측부를 통해 계측된 전력 수용량과 공급량을 바탕으로 기 지정된 시간 후의 공급-수요의 증가 또는 감소 추세를 판단하고, 전력의 공급과 수요의 불균형이 발생하는지 여부 및 공급-수요 불균형이 발생하는 시간을 예측하며, 상기 공급-수요 불균형의 발생 및 불균형 발생 시간이 예측됨에 따라 신재생에너지 발전원에서 발생하는 전력 공급 용량에 대응하여 미리 지정된 복수의 능동부하(CL) 계층적 제어 방식 중 지정된 우선순위에 따라 능동부하(CL) 투입을 계층적으로 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

계층적 능동부하 투입 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING INPUT OF CONTROLLABLE LOAD ACCORDING TO THE LAYER}
본 발명은 계층적 능동부하 투입 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력계통의 공급-수요 불균형 상황에 따라 비용대비 효율이 높은 우선순위에 따라 능동부하(CL : Controllable Load)를 전력계통에 계층적으로 투입할 수 있도록 함으로써, 신재생에너지 발전원의 운영 시 상기 신재생에너지 발전원의 전력계통 연계 차단(Curtailment)을 최소화시킬 수 있도록 하는, 계층적 능동부하 투입 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기존의 전력계통은 원전(원자력발전) 등 대규모 발전소에서 생산된 전력을 송전, 변전 및 배전설비로 구성된 단방향 전력망을 통해 부하로 공급하는 중앙 집중적 전력 공급방식이었다.
상기 중앙 집중적 전력 공급방식은 중앙에서 발전량을 통제하는 방식이기 때문에 부하전망을 예측하여 발전량을 조절하는 방식을 통해 상대적으로 전력품질(즉, 일정한 전압 및 주파수)을 높게 유지하는 것이 용이한 환경이었다. 그러나 최근 신재생에너지로 대표되는 분산형전원의 증가로 인해 기존 발전소의 발전량과 비교해 무시할 수 없을 정도로 많은 분산형 발전원이 전력망(또는 전력계통)에 연계되었고, 이에 따라 더 이상 단방향 계통운영이 불가능하게 되었다.
이러한 환경 변화에 더하여 2030년 신재생에너지 발전량 비중 목표를 20%로 제시하는 정책의 일환으로 변동적 신재생에너지인 태양광과 풍력발전의 비중은 총 발전량에서 약 13%를 차지할 것으로 전망되고 있다.
상기와 같이 전력계통에 연계되는 신재생에너지 발전원이 증가함에 따라 기존 전력계통의 관점으로 보았을 때, 수요-공급 불균형 시 발전량이 증가하는 시간대인 오전 9시 ~ 오후 6시에는 부하가 감소하는 것처럼(순수요 감소시간) 보이고 반대로 일몰 이후 시간대에는 급격히 부하가 증가하는 것(순수요 증가시간)처럼 보이게 된다. 이러한 상황을 그래프로 나타내었을 때, 도 1에 도시된 바와 같이 마치 오리의 모양과 같다하여 "덕커브(Duck Curve)"라 부르기도 한다.
상기와 같이 수요-공급 불균형 시, 그 중에서도 특히 수요가 예상부하 아래로 내려가 전력이 전력계통에 과다하게 공급될 경우, 현재는 신재생에너지 발전원을 차단(Curtailment)하여 공급을 억제하고 신재생에너지 발전원 사업자에게 보상금을 지급하는 형태로 혼잡관리(Congestion management)를 운영하고 있다.
이러한 혼잡관리 운영체계는 경직되고 에너지가 낭비되는 형태로서 독일의 경우가 대표적인 사례이다.
예컨대 독일은 2015년에 약 4.7Twh의 신재생에너지 발전원에 대한 차단(Curtailment)이 시행되었고, 총 478백만 유로(euro)의 보상금을 지급하였으며, 이 수치는 2014년에 비해 3배가 증가한 것이었고, 현재까지 마이너스 발전의 규모가 더 커지고 있는 상황이다. 이러한 운영으로 인해 발전사업자에게는 설비운영 불가, 전력사업자에게는 보상금 지급에 따른 경제적 손실을 야기하게 되어 사회인 문제가 되고 있다. 현재 신재생에너지 장려 정책의 일환으로, 발전사업자의 손실을 보조금으로 보전해주는 상황에서 전력사업자에게 오롯이 손실로 안겨지고, 현재 전력시장의 연계 모델에서 대규모 신재생에너지 발전원의 계통병입이 되면 제약비발전 전력량 정산금(COFF : Constrained-OFF payment, 발전기가 계통제약으로 인해 출력을 내지 못하는 경우 실제로 발전하지 않았지만 '예정대로 발전했다면 얻었을 기대수익'을 보상하는 것)의 비약적 증가가 예상된다.
현재는 'PV(Photo Voltaic, 태양광 발전) + 배터리 모델'이 장려되고 있는 실정이나, 대규모 ESS(Energy Storage System) 연계를 위해서는 설비투자비가 과다하게 소요된다는 점, 배터리 용량의 기술적 한계 등으로 인해 전력계통에 대한 신재생에너지 발전원의 차단(Curtailment)에 대한 충분한 대안이 되지 못하고 있다.
예컨대 에너지 자립 섬인 가파도의 경우, ESS 용량부족으로 인해 신재생에너지 발전이 제대로 활용되지 못하고 있으며 대부분 디젤 발전으로 수요를 충당하고 있는 실정이다. 따라서 보다 근본적으로 부하를 조정(투입)할 수 있는 전력관리방법이 필요한 상황이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-1196729호(2012.10.26. 등록, 마이크로그리드의 동기 투입을 능동적으로 제어하기 위한 장치 및 방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 전력계통의 공급-수요 불균형 상황에 따라 비용대비 효율이 높은 우선순위에 따라 능동부하(CL : Controllable Load)를 전력계통에 계층적으로 투입할 수 있도록 함으로써, 신재생에너지 발전원의 운영 시 상기 신재생에너지 발전원의 전력계통 연계 차단(Curtailment)을 최소화시킬 수 있도록 하는, 계층적 능동부하 투입 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 계층적 능동부하 투입 제어 장치는, 실시간으로 전력 수요량 및 공급량을 계측하는 공급-수요 계측부; 및 상기 공급-수요 계측부를 통해 계측된 전력 수용량과 공급량을 바탕으로 기 지정된 시간 후의 공급-수요의 증가 또는 감소 추세를 판단하고, 전력의 공급과 수요의 불균형이 발생하는지 여부 및 공급-수요 불균형이 발생하는 시간을 예측하며, 상기 공급-수요 불균형의 발생 및 불균형 발생 시간이 예측됨에 따라 신재생에너지 발전원에서 발생하는 전력 공급 용량에 대응하여 미리 지정된 복수의 능동부하(CL) 계층적 제어 방식 중 지정된 우선순위에 따라 능동부하(CL) 투입을 계층적으로 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 전력의 공급과 수요의 불균형이 발생하는지 여부 및 공급-수요 불균형이 발생하는 시간을 예측하기 위하여, 상기 실시간 계측되는 전력 수요량에 대한 증가 또는 감소 기울기를 산출하여 기 지정된 시간 후의 최종 전력 수요량을 산출하며, 또한 상기 실시간 계측되는 전력 공급량에 대한 증가 또는 감소 기울기를 산출하여 기 지정된 시간 후의 최종 전력 공급량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 능동부하(CL) 계층적 제어 방식은, 상기 능동부하(CL)에 대하여, 그리드나 마이크로그리드 내에서 자체적으로 전력 저장과 전력 로딩을 수행할 수 있는지 여부; 외부의 다른 그리드나 마이크로그리드와 연계하여 전력 저장과 전력 로딩을 수행할 수 있는지 여부; 및 비용 대비 전력 저장 효율성;을 모두 고려하여, 능동부하(CL)의 제어를 위한 계층적 제어 방식이 구분되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 능동부하(CL) 투입을 계층적으로 제어하기 위하여, 상기 제어부는, 복수의 그리드나 마이크로그리드의 상위에서 각 그리드나 마이크로그리드내의 모든 능동부하(CL)의 상태 계측 및 제어를 수행하며, 어느 하나의 그리드나 마이크로그리드에서 전력의 공급-수요 불균형 발생이 예측될 경우, 이에 대응하여 계층적으로 비용대비 효율이 가장 좋은 능동부하 제어 방식을 먼저 투입하고, 계속해서 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라 상대적으로 비용대비 효율이 나쁜 능동부하 제어 방식을 추가로 투입하여 해당하는 능동부하를 계층적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 능동부하를 계층적으로 제어하기 위하여, 전력의 공급-수요 불균형 발생이 예측될 경우, 상기 각 그리드나 마이크로그리드내의 능동부하(CL)만 우선적으로 제어하여 전력을 저장하고, 계속해서 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라, 다른 그리드나 마이크로그리드와 연계하여 상기 다른 그리드나 마이크로그리드내의 능동부하(CL)를 추가로 제어하여 전력을 저장하며, 이후에도 계속해서 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라, 비용대비 효율이 가장 나쁜 능동부하 제어 방식을 추가로 투입하여 전력을 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 비용대비 효율이 가장 좋은 능동부하 제어 방식은, 제1 계층(Class 1) 제어 방식으로서, 이는 그리드나 마이크로그리드 네트워크 내의 자급자족형 능동부하(Intra-MG CL)의 투입을 제어하는 방식을 포함하며, 이는 EES(Electric Energy Storage), 양수발전펌프, 축열기, 및 공기압축기를 투입하여 전력을 저장하는 방식인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 상대적으로 비용대비 효율이 나쁜 능동부하 제어 방식은, 제2 계층(Class 2) 제어 방식으로서, 외부의 다른 그리드나 마이크로그리드를 연계하여 네트워크 간 연계형 능동부하(Inter-MG CL)의 투입을 제어하는 방식을 포함하며, 이는 네트워크 내의 자급자족형 능동부하(Intra-MG CL)와의 연계를 통해 네트워크 내부에서 자급자족 해결이 안 될 경우, 연계된 다른 인접 네트워크의 능동부하(CL)를 투입하여 전력을 저장하는 방식인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 상대적으로 비용대비 효율이 나쁜 능동부하 제어 방식은, 제3 계층(Class 3) 제어 방식으로서, 전력-가스 변환형 능동부하(P2G type-MG CL)의 투입을 제어하는 방식을 포함하며, 이는 수전해 및 가스개질기를 통해 잉여전력으로 수소를 생산하고 상기 생산된 수소를 활용하여 전력을 발생시키는 방식인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 전력의 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라 기 설정된 능동부하(CL)의 제1 계층(Class 1) 내지 제3 계층(Class 3) 제어를 모두 수행하고, 이후 계속해서 공급-수요 간 불균형이 계속해서 예측되는 경우, 제4 계층(Class 4) 제어를 수행하며, 상기 제4 계층(Class 4) 제어는 신재생에너지 발전 차단을 실시하는 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 계층적 능동부하 투입 제어 방법은, 공급-수요 계측부가 실시간으로 전력 수요량 및 공급량을 계측하는 단계; 제어부가 상기 공급-수요 계측부를 통해 계측된 전력 수용량과 공급량을 바탕으로 기 지정된 시간 후의 공급-수요의 증가 또는 감소 추세를 판단하는 단계; 상기 제어부가 전력의 공급과 수요의 불균형이 발생하는지 여부 및 공급-수요 불균형이 발생하는 시간을 예측하는 단계; 및 상기 공급-수요 불균형의 발생 및 불균형 발생 시간이 예측됨에 따라, 상기 제어부가 신재생에너지 발전원에서 발생하는 전력 공급 용량에 대응하여 미리 지정된 복수의 능동부하(CL) 계층적 제어 방식 중 지정된 우선순위에 따라 능동부하(CL) 투입을 계층적으로 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전력의 공급과 수요의 불균형이 발생하는지 여부 및 공급-수요 불균형이 발생하는 시간을 예측하기 위하여, 상기 제어부는, 상기 실시간 계측되는 전력 수요량에 대한 증가 또는 감소 기울기를 산출하여 기 지정된 시간 후의 최종 전력 수요량을 산출하며, 또한 상기 실시간 계측되는 전력 공급량에 대한 증가 또는 감소 기울기를 산출하여 기 지정된 시간 후의 최종 전력 공급량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 능동부하(CL) 계층적 제어 방식은, 상기 제어부가, 상기 능동부하(CL)에 대하여, 그리드나 마이크로그리드 내에서 자체적으로 전력 저장과 전력 로딩을 수행할 수 있는지 여부; 외부의 다른 그리드나 마이크로그리드와 연계하여 전력 저장과 전력 로딩을 수행할 수 있는지 여부; 및 비용 대비 전력 저장 효율성;을 모두 고려하여, 능동부하(CL)의 제어를 위한 계층적 제어 방식을 구분하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 능동부하(CL) 투입을 계층적으로 제어하기 위하여, 상기 제어부는, 복수의 그리드나 마이크로그리드의 상위에서 각 그리드나 마이크로그리드내의 모든 능동부하(CL)의 상태 계측 및 제어를 수행하며, 어느 하나의 그리드나 마이크로그리드에서 전력의 공급-수요 불균형 발생이 예측될 경우, 이에 대응하여 계층적으로 비용대비 효율이 가장 좋은 능동부하 제어 방식을 먼저 투입하고, 계속해서 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라 상대적으로 비용대비 효율이 나쁜 능동부하 제어 방식을 추가로 투입하여 해당하는 능동부하를 계층적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 능동부하를 계층적으로 제어하기 위하여, 상기 제어부는, 전력의 공급-수요 불균형 발생이 예측될 경우, 상기 각 그리드나 마이크로그리드내의 능동부하(CL)만 우선적으로 제어하여 전력을 저장하고, 계속해서 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라, 다른 그리드나 마이크로그리드와 연계하여 상기 다른 그리드나 마이크로그리드내의 능동부하(CL)를 추가로 제어하여 전력을 저장하며, 이후에도 계속해서 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라, 비용대비 효율이 가장 나쁜 능동부하 제어 방식을 추가로 투입하여 전력을 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 비용대비 효율이 가장 좋은 능동부하 제어 방식은, 제1 계층(Class 1) 제어 방식으로서, 이는 그리드나 마이크로그리드 네트워크 내의 자급자족형 능동부하(Intra-MG CL)의 투입을 제어하는 방식을 포함하며, 이는 EES(Electric Energy Storage), 양수발전펌프, 축열기, 및 공기압축기를 투입하여 전력을 저장하는 방식인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 상대적으로 비용대비 효율이 나쁜 능동부하 제어 방식은, 제2 계층(Class 2) 제어 방식으로서, 외부의 다른 그리드나 마이크로그리드를 연계하여 네트워크 간 연계형 능동부하(Inter-MG CL)의 투입을 제어하는 방식을 포함하며, 이는 네트워크 내의 자급자족형 능동부하(Intra-MG CL)와의 연계를 통해 네트워크 내부에서 자급자족 해결이 안 될 경우, 연계된 다른 인접 네트워크의 능동부하(CL)를 투입하여 전력을 저장하는 방식인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 상대적으로 비용대비 효율이 나쁜 능동부하 제어 방식은, 제3 계층(Class 3) 제어 방식으로서, 전력-가스 변환형 능동부하(P2G type-MG CL)의 투입을 제어하는 방식을 포함하며, 이는 수전해 및 가스개질기를 통해 잉여전력으로 수소를 생산하고 상기 생산된 수소를 활용하여 전력을 발생시키는 방식인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 전력의 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라 기 설정된 능동부하(CL)의 제1 계층(Class 1) 내지 제3 계층(Class 3) 제어를 모두 수행하고, 이후 계속해서 공급-수요 간 불균형이 계속해서 예측되는 경우, 제4 계층(Class 4) 제어를 수행하며, 상기 제4 계층(Class 4) 제어는 신재생에너지 발전 차단을 실시하는 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 전력계통의 공급-수요 불균형 상황에 따라 비용대비 효율이 높은 우선순위에 따라 능동부하(CL : Controllable Load)를 전력계통에 계층적으로 투입할 수 있도록 함으로써, 신재생에너지 발전원의 운영 시 상기 신재생에너지 발전원의 전력계통 연계 차단(Curtailment)을 최소화시킬 수 있도록 한다.
도 1은 기존의 전력계통에 연계되는 신재생에너지 발전원의 발전량 증감에 따른 부하의 증감 상황을 보인 그래프.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 능동부하 투입 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 3은 상기 도 1에 있어서, MG 네트워크 내부에서의 신재생에너지 발전원과 EES의 연계에 따른 전력 저장과 로딩의 관계를 설명하기 위한 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 능동부하 투입 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 능동부하 투입 제어를 위한 능동부하의 증가 방법 및 능동부하의 감소 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 6은 상기 도 5에 있어서, 능동부하의 증가 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도.
도 7은 상기 도 5에 있어서, 능동부하의 감소 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 계층적 능동부하 투입 제어 장치 및 방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 능동부하 투입 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 계층적 능동부하 투입 제어 장치는, 공급-수요 계측부(110), 제어부(120), 및 복수의 부하(L1, L2, CL)를 포함한다.
여기서 상기 복수의 부하(L1, L2, CL)는 양(+)부하(L1), 음(-)부하(L2), 및 능동부하(CL)를 포함한다.
여기서 양(+)부하(L1)는 수용가와 같이 전력을 소비하는 일반 부하로서, 양(+)부하(L1)가 증가할수록 전력 수요가 증가하는 것을 의미하며, 음(-)부하(L2)는 신재생에너지와 같이 실제 전력을 소비하는 부하가 아니라 오히려 증가할수록 전력 수요가 감소하는 효과를 발생시키는 부하를 의미하며, 능동부하(CL)는 선택적으로 전력의 소비(즉, 전력 저장을 통해 양(+)부하로 작용)와 전력의 로딩을 통해 음(-)부하로 작용할 수 있는 부하를 의미한다.
본 실시예에서 상기 제어부(120)가 능동적인 부하조정(Active Load Control)을 통한 계통 유연성을 확보할 수 있도록 하기 위하여, 상기 능동부하(CL)를 통해 순수요 감소시간에 전력저장, 및 순수요 증가시간에 전력로딩을 수행할 수 있도록 제어한다. 다만 단순히 전력저장과 전력로딩을 수행하는 것이 아니라, 그리드 내에서(즉, 네트워크 내에서) 저비용으로 가장 효율이 좋은 방식으로 전력저장을 충분히 수행할 수 없는 상황이 발생할 경우, 계층적으로 비용이 증가하거나 효율이 떨어지는 방식을 추가적으로 제어하여 이전 계층에서 저장하지 못하는 공급 전력을 추가적으로 저장할 수 있도록 제어하는 것이다.
참고로 현재 전력사업자인 한전의 배전계통은 1회선 당 미리 지정된 용량(예 : 10MW)으로 산정되고, 1회선에 연계될 수 있는 신재생에너지 발전원은 연계조건 충족 시 최대 10MW으로 정하고 있다(도 3 참조). 따라서 신재생에너지 발전원 연계검토와 연계용량 산정의 기준 역시 현재 배전선로(Distribution Line) 1회선을 기준으로 시행하고 있기 때문에 편의상 배전선로 1회선을 기준으로 설명한다. 또한 본 실시예에서 기본 그리드(Grid) 단위는 신재생에너지 발전원과 EES(Electric Energy Storage)의 마이크로그리드(MG : Micro Grid) 구성을 포함한다.
그리고 도 2에서 설명이 생략된 경직성 전원은, 전력수요가 늘거나 줄어도 발전량을 조절할 수 없는 전원을 의미한다.
상기 제어부(120)는 상위 시스템의 서버(미도시)로 구현할 수도 있으며, 신재생에너지 발전원과 EES(Electric Energy Storage)를 연계하여 능동적으로 상호간 전력 저장과 전력 로딩을 수행한다.
여기서 상기 제어부(120)는 복수의 그리드(또는 마이크로그리드)를 상위에서 관리하며, 각 그리드(또는 마이크로그리드)내의 능동부하(예 : ESS, EES, V2G(vehicle to grid), 양수발전, 축열기, 공기압축기, P2G 등)의 상태 계측 및 제어를 수행할 수 있다. 따라서 어느 하나의 그리드(또는 마이크로그리드)에서 전력의 공급-수요 불균형이 발생할 경우, 이에 대응하여 계층적으로 각 그리드(또는 마이크로그리드)내의 능동부하(예 : ESS, EES, V2G(vehicle to grid), 양수발전, 축열기, 공기압축기, P2G 등)만 제어하여 전력을 저장하거나, 다른 그리드(또는 마이크로그리드)와 연계하여 전력을 저장하거나, 또는 비용대비 효율이 떨어지는 방식을 이용해서라도 수요 대비 초과 공급되는 전력을 저장할 수 있도록 제어한다.
예컨대 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(120)는 신재생에너지 발전원에서 공급되는 전력 용량이 제한 용량(예 : 10MW) 이상일 경우에는 전력을 저장하고(Save) 제한 용량(예 : 10MW) 보다 작은 경우에는 전력을 로딩(loading)하는 것이다. 다만 상기 전력의 저장과 로딩을 계층적으로 다른 그리드(또는 마이크로그리드)와 연계하여 전력 저장 방식으로 추가적으로 제어하는 것이다.
상기 공급-수요 계측부(110)는 스마트 계량기(미도시)를 통해 실시간(또는 일정 시간 간격)으로 전력 소비량(즉, 전력 수요)을 계측하고, 발전량 계측기(미도시)를 통해 실시간(또는 일정 시간 간격)으로 전력 발전량(즉, 전력 공급)을 계측한다. 예컨대 (+)부하는 한국전력(즉, 한전)의 AMI Intra를 이용하여 실시간 계측(PL)을 수행할 수 있으며, (-)부하는 발전사업자 발전량 집계시스템의 정보를 실시간 계측(PMG)할 수 있다.
상기 제어부(120)는 상기 계측된 정보를 바탕으로 통상적 부하 커브(Curve) 및 그리드(또는 마이크로그리드)의 발전량 커브(Curve)의 비교를 통해 공급-수요간 불균형 예측을 수행할 수 있다.
즉, 상기 제어부(120)는 상기 공급-수요 계측부(110)를 통해 계측된 전력 소비량(즉, 전력 수요량)과 전력 발전량(즉, 전력 공급량)을 바탕으로 기 지정된 시간 후(예 : 10분, 20분, 30분 등)의 공급-수요의 증가 또는 감소 경향(방향이나 추세)을 판단한다.
예컨대 상기 제어부(120)는 전력 소비량이 증가하는 추세인지 아니면 감소하는 추세인지를 판단하고, 증가 또는 감소 기울기를 산출하여 기 지정된 시간 후의 최종 전력 소비량을 산출한다. 이와 마찬가지로 전력 발전량이 증가하는 추세인지 아니면 감소하는 추세인지를 판단하고, 증가 또는 감소 기울기를 산출하여 기 지정된 시간 후의 최종 전력 발전량을 산출한다.
상기와 같이 현재로부터 기 지정된 시간 후의 최종 전력 소비량(즉, 전력 수요)과 최종 전력 발전량(즉, 전력 공급)이 산출되면, 상기 제어부(120)는 전력의 공급과 수요의 불균형이 발생하는지 여부, 및 공급-수요 불균형이 발생하는 시간을 예측한다.
이때 상기 제어부(120)는 신재생에너지 발전원 차단(Renewable Curtailment)을 최소화하기 위하여, 아래의 수학식1과 같이 신재생에너지 발전원에서 발생하는 전력 공급 용량에 대응하여 능동부하(CL)의 투입(또는 전력계통 연계)을 계층적으로 제어한다. 아래의 수학식1에 사용된 구성요소(부호)의 의미는 표1에 도시된 바와 같다.
Figure 112019053234775-pat00001
Figure 112019053234775-pat00002
즉, 상기 수학식1을 참조하면, 상기 제어부(120)는 신재생에너지(예 : 풍력, 태양광, 바이오매스 등)의 총 발전량(즉, 공급 용량)에 대응하여 능동부하(CL)(즉, 수요)를 계층적으로 추가 제어함으로써, 전력 공급 과잉이 발생하지 않도록 한다.
이때 상기 제어부(120)는 전력계통의 상황에 따라(즉, 공급-수요 간 불균형 예측에 따라), 상기 능동부하(CL)를 비용대비 효율이 높은 우선순위(저비용/고효율)에 따라 계층적으로 투입을 제어함으로써(즉, 우선순위가 높은 계층의 능동부하 제어 방식으로 전력을 저장하고, 계속해서 공급-수요 간 불균형이 예측될 경우에 우선순위가 낮은 계층의 능동부하 제어 방식을 추가로 투입하여 과잉 공급되는 전력을 추가로 저장함으로써), 상기 신재생에너지 발전원의 전력계통 연계 차단(Curtailment)을 최소화시킬 수 있도록 한다.
본 실시예에서 상기 능동부하(CL)의 제어 단계는 아래와 같이 복수의 계층(Class1 ~ Class4)으로 구분하여 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 능동부하 투입 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(120)는 전력의 공급-수요 계측을 통해 기 지정된 시간 후의 전력계통의 공급-수요 간 불균형을 예측한다(S101).
그리고 상기 제어부(120)는 상기 공급-수요 간 불균형이 예측되는 경우, 기 지정된 제1 계층(Class 1) 제어를 수행한다(S102).
예컨대 상기 제1 계층(Class 1) 제어는, 네트워크(예 : 그리드 또는 마이크로그리드) 내의 자급자족형 능동부하(Intra-MG CL)의 투입을 제어하는 단계로서, 태양광 등 신재생에너지 발전원과 EES(예 : ESS(Energy Storage System), V2G(vehicle to grid), 양수발전펌프, 축열기, 공기압축기 등)를 포함한 MG(Micro Grid) 내부적인 연계 제어를 수행하는 것을 의미한다. 상기 제1 계층(Class 1) 제어는 비용대비 효율(즉, 전력 저장 효율)이 가장 높은 능동부하 제어 방식이다.
상기 제1 계층(Class 1) 제어를 통한 네트워크 자급자족형 능동부하(Intra-MG CL)의 투입 제어 후, 상기 제어부(120)는 계속해서 전력의 공급-수요 계측을 통한 전력계통의 공급-수요 간 불균형을 예측한다(S101).
그럼에도 불구하고 공급-수요 간 불균형이 예측되는 경우, 상기 제어부(120)는 기 지정된 제2 계층(Class 2) 제어를 수행한다(S103).
예컨대 상기 제2 계층(Class 2) 제어는, 네트워크 간 연계형 능동부하(Inter-MG CL)의 투입을 제어하는 것으로서, 상기 네트워크 내의 자급자족형 능동부하(Intra-MG CL)와의 연계를 통해 네트워크 내부에서 자급자족 해결이 안 될 경우, 연계된 다른 인접 네트워크(즉, MG : Micro Grid)의 능동부하(CL)를 통하여 전력계통에 과다 공급된 전력을 흡수(Feed-in/Feed-out)하도록 제어하는 것이다.
이와 같이 제2 계층(Class 2) 제어는, 복수의 네트워크(즉, MG)를 서로 연계해야 하기 때문에 상기 제1 계층(Class 1) 제어에 비해 설비비용이 상대적으로 증가하고, 또한 설비를 통해 전달되는 전력을 저장해야 하기 때문에 비용 대비 효율도 상대적으로 저하된다.
상기 제2 계층(Class 2) 제어를 통한 네트워크 간 연계형 능동부하(Inter-MG CL)의 투입을 제어한 후, 상기 제어부(120)는 계속해서 전력의 공급-수요 계측을 통한 전력계통의 공급-수요 간 불균형을 예측한다(S101).
그럼에도 불구하고 공급-수요 간 불균형이 예측되는 경우, 상기 제어부(120)는 기 지정된 제3 계층(Class 3) 제어를 수행한다(S104).
예컨대 상기 제3 계층(Class 3) 제어는, 전력-가스 변환형 능동부하(P2G type-MG CL)의 투입을 제어하는 것으로서, 수전해(즉, 물 전기분해) 혹은 가스개질기 등을 통해 잉여전력으로 수소를 생산(수소 형태로 저장)하고, 생산된 수소를 활용하여 발전량 저하 시간대에 전력공급을 실시하는 제어 단계이다.
이와 같이 제3 계층(Class 3) 제어는, 전력을 이용해 수소를 생산한 다음 그 수소를 이용해 다시 발전시켜 전력을 공급하는 형태이기 때문에 제1 계층(Class 1) 제어에 비해 설비비용이 상대적으로 더 증가하고, 전력 변환 효율도 상대적으로 더 저하된다.
상기 제3 계층(Class 3) 제어를 통한 전력-가스 변환형 능동부하(P2G type-MG CL)의 투입을 제어한 후, 상기 제어부(120)는 계속해서 전력의 공급-수요 계측을 통한 전력계통의 공급-수요 간 불균형을 예측한다(S101).
그럼에도 불구하고 공급-수요 간 불균형이 예측되는 경우, 상기 제어부(120)는 최종적으로 제4 계층(Class 4) 제어를 수행한다(S105).
예컨대 상기 제4 계층(Class 4) 제어는, 신재생에너지 발전 차단(Renewable Curtailment)을 제어하는 것으로서, 상기 제1 계층(Class 1) 부터 상기 제3 계층(Class 3)까지 계층적 제어를 실행하더라도 공급-수요 간 불균형이 발생할 경우, 현행처럼 신재생에너지 발전원 차단(Renewable Curtailment)을 실시하는 것이다.
다만 본 실시예에서는 설명의 편의상 상기와 같이 제1 계층 내지 제4 계층 제어에 대해서만 설명하고 있으나, 비용대비 전력 저장 효율에 따라 상기 능동부하(CL) 제어 방식의 계층을 보다 세분화할 수 있으며, 공급-수요 불균형 상태에 대응하여 보다 세분화된 계층 제어를 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 능동부하 투입 제어를 위한 능동부하의 증가 방법 및 능동부하의 감소 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 상기 도 5에 있어서, 능동부하의 증가 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이며, 도 7은 상기 도 5에 있어서, 능동부하의 감소 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 제어부(120)(또는 서버)는 그리드(또는 MG)내 전력의 공급-수요를 계측하여 이를 바탕으로 전력의 공급-수요간 불균형 예측을 실시한다(S201).
상기 전력의 공급-수요간 불균형 예측을 실시한 결과, (-)부하의 실시간 계측 값(PMG)이 (+)부하의 실시간 계측 값(PL) 보다 큰 경우(S202의 예), 상기 제어부(120)는 능동부하를 증가시키는 제어를 실시한다(S203)(도 6 참조).
반대로 상기 전력의 공급-수요간 불균형 예측을 실시한 결과, (-)부하의 실시간 계측 값(PMG)이 (+)부하의 실시간 계측 값(PL) 보다 작은 경우(S202의 아니오, 또는 S204의 예), 상기 제어부(120)는 능동부하를 감소시키는 제어를 실시한다(S205)(도 7 참조).
이때 상기 S201 단계 내지 S205 단계는 계속해서 반복 수행된다.
도 6을 참조하면, 계통 운전 상태(S203-1)에서 (-)부하의 실시간 계측 값(PMG)이 (+)부하의 실시간 계측 값(PL) 보다 큰 경우(S203-2의 예), 상기 제어부(120)는 비용대비 효율(즉, 전력 저장 효율)이 가장 높은 능동부하 제어 방식으로서, 네트워크(예 : 그리드 또는 마이크로그리드) 내의 자급자족형 능동부하(Intra-MG CL)의 투입을 제어한다(S203-3).
이때 상기 제어부(120)는 계속해서 전력의 공급-수요 계측을 통한 전력계통의 공급-수요 간 불균형을 예측하며, 상기 네트워크 내의 자급자족형 능동부하(Intra-MG CL)를 투입한 후에도 여전히 (-)부하의 실시간 계측 값(PMG)이 (+)부하의 실시간 계측 값(PL) 보다 큰 경우(S203-4의 예), 네트워크 간(즉, MG 간) 송전이 가능한 경우(S203-5의 예), 상기 제어부(120)는 네트워크 간 연계형 능동부하(Inter-MG CL)의 투입을 제어한다(S203-6).
이때 상기 제어부(120)는 계속해서 전력의 공급-수요 계측을 통한 전력계통의 공급-수요 간 불균형을 예측하며, 상기 네트워크 간 연계형 능동부하(Inter-MG CL)를 투입한 후에도 여전히 (-)부하의 실시간 계측 값(PMG)이 (+)부하의 실시간 계측 값(PL) 보다 큰 경우(S203-7의 예), 상기 제어부(120)는 전력-가스 변환형 능동부하(P2G type-MG CL)의 투입을 제어한다(S203-8).
한편 상기 네트워크 간(즉, MG 간) 송전이 가능하지 않은 경우(S203-5의 아니오), 상기 제어부(120)는 상기 전력-가스 변환형 능동부하(P2G type-MG CL)의 투입을 제어한다(S203-8).
이때 상기 제어부(120)는 계속해서 전력의 공급-수요 계측을 통한 전력계통의 공급-수요 간 불균형을 예측하며, 상기 전력-가스 변환형 능동부하(P2G type-MG CL)를 투입한 후에도 여전히 (-)부하의 실시간 계측 값(PMG)이 (+)부하의 실시간 계측 값(PL) 보다 큰 경우(S203-9의 예), 다음 계층으로 투입할 능동부하가 더 이상 없다면 신재생에너지 발전 차단(Curtailment)을 제어한다(S203-10).
도 7을 참조하면, 계통 운전 상태(S205-1)에서 (-)부하의 실시간 계측 값(PMG)이 (+)부하의 실시간 계측 값(PL) 보다 작은 경우(S205-2의 예), 상기 제어부(120)는 비용대비 효율(즉, 전력 저장 효율)이 가장 높은 능동부하 제어 방식으로서, 네트워크(예 : 그리드 또는 마이크로그리드) 내의 자급자족형 능동부하(Intra-MG CL)에 충전된 전력의 방전을 제어한다(S205-3)(즉, 1계층 방전 제어).
이때 상기 제어부(120)는 계속해서 전력의 공급-수요 계측을 통한 전력계통의 공급-수요 간 불균형을 예측하며, 상기 네트워크 내의 자급자족형 능동부하(Intra-MG CL)에 충전된 전력을 방전한 후에도 여전히 (-)부하의 실시간 계측 값(PMG)이 (+)부하의 실시간 계측 값(PL) 보다 작은 경우(S205-4의 예), 네트워크 간(즉, MG 간) 전력 공급이 가능한 경우(S205-5의 예), 상기 제어부(120)는 네트워크 간 연계형 능동부하(Inter-MG CL)에서 발전하거나 충전된 전력의 방전을 제어한다(S205-6)(즉, 2계층 방전 제어).
이때 상기 제어부(120)는 계속해서 전력의 공급-수요 계측을 통한 전력계통의 공급-수요 간 불균형을 예측하며, 상기 네트워크 간 연계형 능동부하(Inter-MG CL)를 통해 발전하거나 충전된 전력을 방전한 후에도 여전히 (-)부하의 실시간 계측 값(PMG)이 (+)부하의 실시간 계측 값(PL) 보다 작은 경우(S205-7의 예), 상기 제어부(120)는 전력-가스 변환형 능동부하(P2G type-MG CL)를 통해 변환된 전력의 방전을 제어한다(S205-8)(즉, 3계층 방전 제어).
한편 상기 네트워크 간(즉, MG 간) 전력 공급이 가능하지 않은 경우(S205-5의 아니오), 상기 제어부(120)는 상기 전력-가스 변환형 능동부하(P2G type-MG CL)를 통해 변환된 전력의 방전을 제어한다(S205-8).
이때 상기 제어부(120)는 계속해서 전력의 공급-수요 계측을 통한 전력계통의 공급-수요 간 불균형을 예측하며, 상기 전력-가스 변환형 능동부하(P2G type-MG CL)를 통해 변환된 전력을 방전한 후에도 여전히 (-)부하의 실시간 계측 값(PMG)이 (+)부하의 실시간 계측 값(PL) 보다 작은 경우(S205-9의 예), 다음 계층의 전력 공급이 가능한 능동부하가 더 이상 없다면 한전 계통으로 공급되는 통상부하를 차단 제어한다(S205-10).
이때 상기 도 7을 참조하여 전력의 방전(즉, 계통으로의 전력 투입) 제어 과정에서 비용 대비 효율이 상대적으로 가장 큰 계층(Class)부터 방전을 실시하는 방법에 대해서 설명하였으나, 만약 같은 계층(Class)으로 분류되는 능동부하가 그리드 네트워크 내에 복수 개(예 : ESS, 연료전지, 양수발전 등)가 구비되어 있을 경우, 도면에는 구체적으로 도시되어 있지 않지만, 1계층 방전 제어 시 상기 능동부하의 효율을 구분하여 동일한 계층 중 더 효율이 큰 능동부하(예 : ESS)를 방전하고, 2계층 방전 제어 시 더 효율이 작은 능동부하(예 : 연료전지, 양수발전)를 방전시킬 수 있다.
상기와 같이 본 실시예는 신재생에너지 발전원의 전력계통 연계 차단(Curtailment)의 최소화를 위한 능동부하(CL)의 그리드(Grid) 시스템을 구축하고, 능동부하(CL)를 특성에 따라 계층적으로 구분하여, 전력계통의 상황에 따라 비용대비 효율이 높은 우선순위(저비용/고효율)에 따라 능동부하(CL)를 전력계통에 계층적으로 투입할 수 있도록 함으로써, 소요 비용 및 에너지 변환 시 손실을 최소화하고 시스템의 전반적인 효율성 및 능동부하(CL) 활용성을 극대화시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한 본 실시예에서 각 그리드(Grid)(또는 마이크로그리드(MG))는 신재생에너지 발전원 뿐만 아니라, 전력계통의 유연성을 확보할 수 있는 전력저장 및 로딩(loading)을 수행할 수 있는 능동부하(CL)를 구성함으로써, 순수요 감소 시간에는 전력저장(save)을 수행하고 순수요 증가 시간에는 전력로딩(loading)을 수행할 수 있도록 한다. 상기와 같이 구성된 그리드(Grid)를 통해 수행되는 능동부하(CL) 투입은, 활용성이 높은 계층(Class) 순으로 우선 진행되며, 계통 연계 차단(Curtailment)을 최소화하고, 연료비가 0인 신재생에너지 발전원의 활용도를 극대화할 수 있도록, 순수요 감소 시간에서의 잉여전력의 소모를 줄이고, 순수요 증가시간에서의 예비력 공급을 통해 추가적인 발전을 방지할 수 있도록 함으로써, 신재생에너지 발전사업자의 피크타임 잉여전력 활용과 전력사업자의 제약비발전 전력량 정산금(COFF) 절감, 및 더 나아가 신재생에너지의 전력계통 연계용량의 확대까지 기대할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
110 : 공급-수요 계측부
120 : 제어부
L1 : 양(+)부하
L2 : 음(-)부하
CL : 능동부하

Claims (18)

  1. 실시간으로 전력 수요량 및 공급량을 계측하는 공급-수요 계측부; 및
    상기 공급-수요 계측부를 통해 계측된 전력 수요량과 공급량을 바탕으로 기 지정된 시간 후의 공급-수요의 증가 또는 감소 추세를 판단하고, 전력의 공급과 수요의 불균형이 발생하는지 여부 및 공급-수요 불균형이 발생하는 시간을 예측하며, 상기 공급-수요 불균형의 발생 및 불균형 발생 시간이 예측됨에 따라 신재생에너지 발전원에서 발생하는 전력 공급 용량에 대응하여 미리 지정된 복수의 능동부하(CL) 계층적 제어 방식 중 지정된 우선순위에 따라 능동부하(CL) 투입을 계층적으로 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 전력의 공급과 수요의 불균형이 발생하는지 여부 및 공급-수요 불균형이 발생하는 시간을 예측하기 위하여,
    실시간으로 계측되는 전력 수요량에 대한 증가 또는 감소 기울기를 산출하여 기 지정된 시간 후의 최종 전력 수요량을 산출하며, 또한
    실시간으로 계측되는 전력 공급량에 대한 증가 또는 감소 기울기를 산출하여 기 지정된 시간 후의 최종 전력 공급량을 산출하며,
    상기 능동부하(CL) 계층적 제어 방식은,
    상기 능동부하(CL)에 대하여,
    그리드나 마이크로그리드 내에서 자체적으로 전력 저장과 전력 로딩을 수행할 수 있는지 여부; 외부의 다른 그리드나 마이크로그리드와 연계하여 전력 저장과 전력 로딩을 수행할 수 있는지 여부; 및 비용 대비 전력 저장 효율성;을 모두 고려하여, 능동부하(CL)의 제어를 위한 계층적 제어 방식으로 구분되며,
    상기 능동부하(CL) 투입을 계층적으로 제어하기 위하여,
    상기 제어부는,
    복수의 그리드나 마이크로그리드의 상위에서 각 그리드나 마이크로그리드내의 모든 능동부하(CL)의 상태 계측 및 제어를 수행하며, 어느 하나의 그리드나 마이크로그리드에서 전력의 공급-수요 불균형 발생이 예측될 경우, 이에 대응하여 계층적으로 비용대비 전력 저장 효율이 가장 좋은 능동부하 제어 방식을 먼저 투입하고, 계속해서 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라 상대적으로 비용대비 전력 저장 효율이 나쁜 능동부하 제어 방식을 추가로 투입하여 해당하는 능동부하를 계층적으로 제어하며,
    상기 제어부는,
    상기 능동부하를 계층적으로 제어하기 위하여,
    전력의 공급-수요 불균형 발생이 예측될 경우, 상기 각 그리드나 마이크로그리드내의 능동부하(CL)만 우선적으로 제어하여 전력을 저장하고, 계속해서 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라, 다른 그리드나 마이크로그리드와 연계하여 상기 다른 그리드나 마이크로그리드내의 능동부하(CL)를 추가로 제어하여 전력을 저장하며, 이후에도 계속해서 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라, 비용대비 전력 저장 효율이 가장 나쁜 능동부하 제어 방식을 추가로 투입하여 전력을 저장하며,
    상기 비용대비 전력 저장 효율이 가장 좋은 능동부하 제어 방식은,
    제1 계층(Class 1) 제어 방식으로서, 이는 그리드나 마이크로그리드 네트워크 내의 자급자족형 능동부하(Intra-MG CL)의 투입을 제어하는 방식을 포함하며, 이는 EES(Electric Energy Storage), 양수발전펌프, 축열기, 및 공기압축기를 투입하여 전력을 저장하는 방식인 것이며,
    상기 상대적으로 비용대비 전력 저장 효율이 나쁜 능동부하 제어 방식은,
    제2 계층(Class 2) 제어 방식으로서, 외부의 다른 그리드나 마이크로그리드를 연계하여 네트워크 간 연계형 능동부하(Inter-MG CL)의 투입을 제어하는 방식을 포함하며, 이는 네트워크 내의 자급자족형 능동부하(Intra-MG CL)와의 연계를 통해 네트워크 내부에서 자급자족 해결이 안 될 경우, 연계된 다른 인접 네트워크의 능동부하(CL)를 투입하여 전력을 저장하는 방식인 것을 특징으로 하는 계층적 능동부하 투입 제어 장치.
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  8. 제 1항에 있어서,
    상기 상대적으로 비용대비 전력 저장 효율이 나쁜 능동부하 제어 방식은,
    제3 계층(Class 3) 제어 방식으로서, 전력-가스 변환형 능동부하(P2G type-MG CL)의 투입을 제어하는 방식을 포함하며, 이는 수전해 및 가스개질기를 통해 잉여전력으로 수소를 생산하고 상기 생산된 수소를 활용하여 전력을 발생시키는 방식인 것을 특징으로 하는 계층적 능동부하 투입 제어 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    전력의 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라 기 설정된 능동부하(CL)의 제1 계층(Class 1) 내지 제3 계층(Class 3) 제어를 모두 수행하고, 이후 계속해서 공급-수요 간 불균형이 계속해서 예측되는 경우,
    제4 계층(Class 4) 제어를 수행하며,
    상기 제4 계층(Class 4) 제어는 신재생에너지 발전 차단을 실시하는 것임을 특징으로 하는 계층적 능동부하 투입 제어 장치.
  10. 공급-수요 계측부가 실시간으로 전력 수요량 및 공급량을 계측하는 단계;
    제어부가 상기 공급-수요 계측부를 통해 계측된 전력 수요량과 공급량을 바탕으로 기 지정된 시간 후의 공급-수요의 증가 또는 감소 추세를 판단하는 단계;
    상기 제어부가 전력의 공급과 수요의 불균형이 발생하는지 여부 및 공급-수요 불균형이 발생하는 시간을 예측하는 단계; 및
    상기 공급-수요 불균형의 발생 및 불균형 발생 시간이 예측됨에 따라, 상기 제어부가 신재생에너지 발전원에서 발생하는 전력 공급 용량에 대응하여 미리 지정된 복수의 능동부하(CL) 계층적 제어 방식 중 지정된 우선순위에 따라 능동부하(CL) 투입을 계층적으로 제어하는 단계;를 포함하되,
    상기 전력의 공급과 수요의 불균형이 발생하는지 여부 및 공급-수요 불균형이 발생하는 시간을 예측하기 위하여,
    상기 제어부는,
    실시간으로 계측되는 전력 수요량에 대한 증가 또는 감소 기울기를 산출하여 기 지정된 시간 후의 최종 전력 수요량을 산출하며, 또한
    실시간으로 계측되는 전력 공급량에 대한 증가 또는 감소 기울기를 산출하여 기 지정된 시간 후의 최종 전력 공급량을 산출하며,
    상기 능동부하(CL) 계층적 제어 방식은,
    상기 능동부하(CL)에 대하여,
    그리드나 마이크로그리드 내에서 자체적으로 전력 저장과 전력 로딩을 수행할 수 있는지 여부; 외부의 다른 그리드나 마이크로그리드와 연계하여 전력 저장과 전력 로딩을 수행할 수 있는지 여부; 및 비용 대비 전력 저장 효율성;을 모두 고려하여, 능동부하(CL)의 제어를 위한 계층적 제어 방식으로 구분되며,
    상기 능동부하(CL) 투입을 계층적으로 제어하기 위하여,
    상기 제어부는,
    복수의 그리드나 마이크로그리드의 상위에서 각 그리드나 마이크로그리드내의 모든 능동부하(CL)의 상태 계측 및 제어를 수행하며, 어느 하나의 그리드나 마이크로그리드에서 전력의 공급-수요 불균형 발생이 예측될 경우, 이에 대응하여 계층적으로 비용대비 전력 저장 효율이 가장 좋은 능동부하 제어 방식을 먼저 투입하고, 계속해서 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라 상대적으로 비용대비 전력 저장 효율이 나쁜 능동부하 제어 방식을 추가로 투입하여 해당하는 능동부하를 계층적으로 제어하며,
    상기 능동부하를 계층적으로 제어하기 위하여,
    상기 제어부는,
    전력의 공급-수요 불균형 발생이 예측될 경우, 상기 각 그리드나 마이크로그리드내의 능동부하(CL)만 우선적으로 제어하여 전력을 저장하고, 계속해서 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라, 다른 그리드나 마이크로그리드와 연계하여 상기 다른 그리드나 마이크로그리드내의 능동부하(CL)를 추가로 제어하여 전력을 저장하며, 이후에도 계속해서 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라, 비용대비 전력 저장 효율이 가장 나쁜 능동부하 제어 방식을 추가로 투입하여 전력을 저장하며,
    상기 비용대비 전력 저장 효율이 가장 좋은 능동부하 제어 방식은,
    제1 계층(Class 1) 제어 방식으로서, 이는 그리드나 마이크로그리드 네트워크 내의 자급자족형 능동부하(Intra-MG CL)의 투입을 제어하는 방식을 포함하며, 이는 EES(Electric Energy Storage), 양수발전펌프, 축열기, 및 공기압축기를 투입하여 전력을 저장하는 방식인 것이며,
    상기 상대적으로 비용대비 전력 저장 효율이 나쁜 능동부하 제어 방식은,
    제2 계층(Class 2) 제어 방식으로서, 외부의 다른 그리드나 마이크로그리드를 연계하여 네트워크 간 연계형 능동부하(Inter-MG CL)의 투입을 제어하는 방식을 포함하며, 이는 네트워크 내의 자급자족형 능동부하(Intra-MG CL)와의 연계를 통해 네트워크 내부에서 자급자족 해결이 안 될 경우, 연계된 다른 인접 네트워크의 능동부하(CL)를 투입하여 전력을 저장하는 방식인 것을 특징으로 하는 계층적 능동부하 투입 제어 방법.
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  17. 제 10항에 있어서,
    상기 상대적으로 비용대비 전력 저장 효율이 나쁜 능동부하 제어 방식은,
    제3 계층(Class 3) 제어 방식으로서, 전력-가스 변환형 능동부하(P2G type-MG CL)의 투입을 제어하는 방식을 포함하며, 이는 수전해 및 가스개질기를 통해 잉여전력으로 수소를 생산하고 상기 생산된 수소를 활용하여 전력을 발생시키는 방식인 것을 특징으로 하는 계층적 능동부하 투입 제어 방법.
  18. 제 10항에 있어서, 상기 제어부는,
    전력의 공급-수요 불균형 발생이 예측됨에 따라 기 설정된 능동부하(CL)의 제1 계층(Class 1) 내지 제3 계층(Class 3) 제어를 모두 수행하고, 이후 계속해서 공급-수요 간 불균형이 계속해서 예측되는 경우,
    제4 계층(Class 4) 제어를 수행하며,
    상기 제4 계층(Class 4) 제어는 신재생에너지 발전 차단을 실시하는 것임을 특징으로 하는 계층적 능동부하 투입 제어 방법.
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