KR102030838B1 - 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템은, 분산형전원 발전설비에 의해 발생된 출력이 충전되고, 상기 충전된 전력을 전력계통으로 방전시키기 위한 에너지저장장치; 상기 분산형전원 발전설비의 출력 감시 결과를 전송함에 따라, 상기 에너지저장장치의 충전 또는 방전 동작을 제어하기 위한 제어감시장치; 및 상기 제어감시장치로부터 전송된 출력 감시 결과를 이용하여 배전선로의 누적연계용량 및 배전선로의 상시운전용량을 비교함에 따라, 상기 에너지저장장치의 충전 또는 방전 동작을 위한 제어 명령을 상기 제어감시장치로 전송하기 위한 전력관리장치;를 포함한다.

Description

분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING FOR INTEGRATED INTERCONNECTION OF DISTRIBUTED GENERATION AND GRID}
본 발명은 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 배전선로의 누적연계용량 및 배전선로의 상시운전용량을 비교함에 따라 에너지저장장치의 충전 또는 방전 동작을 제어함으로써, 분산형전원용량이 증대되더라도 분산형전원 및 전력계통의 연계를 제어하기 위한, 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
분산형전원(Distributed Resource: DR)은 대규모 집중형 전원과는 달리 소규모로 전력소비지역 부근에 분산하여 배치가 가능한 전원으로서, 신재생에너지를 이용하여 전기를 생산하는 발전설비, 중앙급전발전기가 아닌 발전설비, 전력시장운영규칙을 적용받지 않는 발전설비, 자가용 발전설비, 저압 소용량 일반용 발전설비 중 하나에 해당하는 발전설비를 말한다.
이러한 분산형전원은 기존의 전력계통과 병렬운전하기 위해 계통에 전기적으로 연계할 필요가 있다. 이를 위해 분산형전원과 전력계통의 연계를 위해 표준적인 기술요건(즉, 분산형전원 전력계통 연계 기술기준)이 마련되어 있다.
분산형전원 전력계통 연계 기술기준에 따르면, 기존 분산형전원은 배전선로 분산형전원 누적연계용량이 10㎿ 초과시 추가로 연계할 수 없다. 이는 분산형전원 누적연계 용량이 특고압 배전선로 상시운전용량을 초과할 때, 배전선로 적정 운전에 문제를 발생시킬 수 있으므로, 분산형전원 누적연계 용량을 배전선로 상시운전용량인 10㎿ 이하로 제한하고 있다.
참고로, 분산형전원 전력계통 연계 기술기준 제4조제3항에서는 '특고압 한전계통에 연계할 수 있는 경우 분산형전원의 연계용량의 연계로 인해 특고압 일반선로 누적연계용량이 해당 선로의 상시운전용량을 초과하는 경우 접속설비를 특고압 전용선로로 함을 원칙으로 한다'와 같이 기재되어 있다. 여기서, 특고압 일반 배전선로 상시운전용량은 10MVA이다.
그런데, 기존에는 분산형전원과 전력계통을 연계할 때 다음과 같은 한계가 있다. 여기서는 분산형전원이 태양광 발전설비인 경우를 예를 들어 설명하기로 한다. 도 1은 태양광 발전 출력 곡선을 나타내는 도면이다.
태양광 발전은 발전전력 피크가 주간에만 배전선로의 상시운전용량에 도달하여 배전선로 이용률이 낮다. 즉, 태양광 발전은 야간에는 발전하지 않기 때문에 배전선로 연계용량을 활용하지 않는다.
또한, 태양광 발전의 발전전력 피크는 배전선로의 상시운전용량을 초과할 수 없다. 이처럼, 기존에는 전력계통에 연계 허용 가능한 분산형전원의 설비용량이 적기 때문에, 분산형전원을 활용하기 위한 환경이 부족하다.
도 2는 종래의 배전선로 분산형전원 연계 상태 예시를 설명하는 도면이다. 도 2에서, 기존 태양광 발전설비(1a, 2a, 5a)는 주간 누적연계용량이 10㎿(즉, 3㎿＋5㎿＋2㎿)를 나타내므로, 주간 누적연계용량이 10㎿에 도달한 상태를 나타낸다. 이 경우, 신규 태양광 발전설비(3a, 4a)는 주간 누적연계용량이 10㎿(즉, 5㎿＋5㎿)로서 배전선로에 연계하는 것이 제한된다. 이처럼 기존에는 배전선로의 상시운전용량이 제한되어야 하기 때문에, 연계 허용 가능한 분산형전원의 설비용량이 적다.
이와 같이, 태양광 발전의 연계용량 초과분을 수용하기 위해서는 배전선로를 추가로 구축해야 하는데, 전술한 태양광 발전의 특성상 배전선로 구축비용이 상당할 뿐만 아니라, 배전선로 이용효율도 높지 않다는 한계가 있다.
기존에는 분산형전원 연계 검토시, 분산형전원의 실시간 발전량 데이터가 수집하지 않아 발전설비의 발전전력 피크를 단순 합산하여 배전선로의 상시운전용량을 검토하는 방식을 이용함으로써 배전선로 분산형전원 연계 이용율이 낮아진다.
따라서, 기존에는 배전선로를 추가로 구축하지 않더라도, 배전선로의 상시운전용량을 초과하지 않도록 분산형전원 발전전력에 의한 배전선로 누적연계부담을 주야간 분산 또는 실시간 제어함으로써 배전선로 이용률 및 분산형전원 연계 접속량을 극대화할 수 있는 방안이 제안될 필요가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0028436호 일본 등록특허공보 제4890920호 (2011.12.22 등록)
본 발명의 목적은 배전선로의 누적연계용량 및 배전선로의 상시운전용량을 비교함에 따라 에너지저장장치의 충전 또는 방전 동작을 제어함으로써, 분산형전원용량이 증대되더라도 분산형전원 및 전력계통의 연계를 제어하기 위한, 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템은, 분산형전원 발전설비에 의해 발생된 출력이 충전되고, 상기 충전된 전력을 전력계통으로 방전시키기 위한 에너지저장장치; 상기 분산형전원 발전설비의 출력 감시 결과를 전송함에 따라, 상기 에너지저장장치의 충전 또는 방전 동작을 제어하기 위한 제어감시장치; 및 상기 제어감시장치로부터 전송된 출력 감시 결과를 이용하여 배전선로의 누적연계용량 및 배전선로의 상시운전용량을 비교함에 따라, 상기 에너지저장장치의 충전 또는 방전 동작을 위한 제어 명령을 상기 제어감시장치로 전송하기 위한 전력관리장치;를 포함하고, 상기 배전선로의 누적연계용량은, 상기 에너지저장장치의 충전 동작을 수행하는 경우에, '발전설비 인버터의 순시출력 총합'(totRenewOut)에 해당하며, 상기 전력관리장치는, 상기 에너지저장장치의 방전 동작을 수행하기 위해, '해당 배전선로로 인출할 수 있는 순시전력 총합'(totPowerCredit) 및 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i])을 비교함에 따라, 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])을 결정하고, 상기 전력관리장치는, 상기 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 순시전력 총합'(totPowerCredit)을 상기 배전선로의 상시운전용량으로 초기 설정하고, 상기 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])이 결정되면, 상기 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])를 반영하여 상기 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 순시전력 총합'(totPowerCredit)을 갱신할 수 있다.
상기 제어감시장치는, 상기 전력관리장치로부터 전송된 제어 명령에 따라 상기 에너지저장장치의 충전 용량 또는 방전 용량을 결정할 수 있다.
상기 제어감시장치는, 상기 전력계통에 의해 상기 에너지저장장치에 충전되는 것을 방지할 수 있다.
삭제
상기 전력관리장치는, 상기 배전선로의 누적연계용량이 상기 배전선로의 상시운전용량 보다 작으면, 상기 '발전설비 인버터의 순시출력 총합'(totRenewOut)의 전체 용량을 상기 전력계통으로 인입할 수 있다.
상기 전력관리장치는, 상기 배전선로의 누적연계용량이 상기 배전선로의 상시운전용량 보다 크면, '발전설비 인버터의 최대출력 총합'(totRenewMaxOut)을 이용하여 계산되는 각 발전설비의 최대 출력의 비율에 따라 'i번째 발전설비의 계통인입 허용용량'(MyLimit)을 결정할 수 있다.
상기 전력관리장치는, 'i번째 발전설비 인버터의 순시출력'(RenewOut[i]) 및 상기 'i번째 발전설비의 계통인입 허용용량'(MyLimit)을 비교함에 따라 'i번째 에너지저장장치의 충전 용량'(ESSIn[i])을 결정할 수 있다.
상기 배전선로의 누적연계용량은, 상기 에너지저장장치의 방전 동작을 수행하는 경우에, '배전선로의 누적방전전력'에 해당할 수 있다.
삭제
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상기 전력관리장치는, 상기 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 순시전력 총합'(totPowerCredit)이 상기 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i]) 보다 크면, 상기 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])을 상기 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i])으로 결정할 수 있다.
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또한, 본 발명의 일실시예에 따른 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 방법은, 전력관리장치에 의한 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 방법에 있어서, '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit) 및 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i])을 비교하는 단계; 상기 비교 결과에 따라 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])을 결정하는 단계: 및 상기 결정된 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])에 대한 방전 명령을 i번째 제어감시장치로 전송하는 단계;를 포함하고, 상기 비교 단계 이전에, 상기 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit)을 배전선로의 상시운전용량으로 초기 설정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
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상기 결정 단계는, 상기 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])를 반영하여 상기 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit)을 갱신하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 결정 단계는, 상기 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit)이 상기 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i]) 보다 크면, 상기 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])을 상기 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i])으로 결정할 수 있다.
본 발명은 배전선로의 누적연계용량 및 배전선로의 상시운전용량을 비교함에 따라 에너지저장장치의 충전 또는 방전 동작을 제어함으로써, 분산형전원용량이 증대되더라도 분산형전원 및 전력계통의 연계를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 에너지저장장치를 활용하여 분산형전원 발전전력 통합 피크 제어로 신재생전원의 배전선로 이용률을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명은 배전선로 분산형전원의 연계 용량 확대로 국가적 신재생 자원 개발 환경을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 배전선로 및 분산형전원 연계용량을 배전선로 당 이용률을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 배전선로 연계 분산형전원 출력 제어를 통해 태양광 발전전력의 피크를 분산하여 누적할 수 있다. 즉, 본 발명은 주간에만 집중되는 태양광 출력을 에너지저장장치 충방전을 통해 24시간 동안 나누어 분산 출력이 가능하므로, 배전선로 1회선당 태양광 연계용량을 증대할 수 있다.
또한, 본 발명은 배전선로 연계 태양광 발전출력을 실시간으로 감지하여 시간대별 분산형전원 추가 연계를 검토할 수 있는 기반을 제공할 수 있다.
도 1은 태양광 발전 출력 곡선을 나타내는 도면,
도 2는 종래의 배전선로 분산형전원 연계 상태 예시를 설명하는 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템에 대한 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전력관리장치의 충전 제어 방법을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전력관리장치의 방전 제어 방법을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배전선로 분산형전원 연계 상태 예시를 설명하는 도면,
도 7은 상기 도 6의 태양광 발전 출력 곡선을 나타낸 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템에 대한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템(이하 "통합 연계용 제어 시스템"이라 함, 100)은, 전력계통에 연계된 분산형전원의 출력을 제어하기 위해 사용되는 모든 설비 및 기능들의 집합체로서, 에너지저장장치(Energy Storage System, ESS)(110), 제어감시장치(120), 전력관리장치(130)를 포함한다.
에너지저장장치(110), 제어감시장치(120), 전력관리장치(130)는 보안이 적용된 유무선 통신망에 의해 연결된다. 여기서, 에너지저장장치(110)와 제어감시장치(120)는 분산형전원 마다 설치되며, 전력관리장치(130)는 변전소 운영 센터측에 설치된다.
여기서, 분산형전원은 전력계통 즉, 변전소에 연결된 배전계통에 다수의 지역에 분산되어 연계된다. 에너지저장장치(110)와 제어감시장치(120)는 다수의 분산형전원에 각각 설치되는 복수의 에너지저장장치들과 복수의 제어감시장치들을 통칭하며, 분산형전원 발전설비(10)는 다수의 분산형전원에 설치된 발전설비들을 통칭한다.
에너지저장장치(110)는 분산형전원 발전설비(10)와 함께 배전선로를 통해 전력계통에 연결되어 있다. 여기서, 분산형전원 발전설비(10)는 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지원을 이용한 발전설비일 수 있다.
에너지저장장치(110)는 전력변환장치(Power Conversion System, PCS)와 에너지제어장치(Energy Management System, EMS)를 포함한다. 여기서, 전력변환장치는 배터리로부터 저장된 직류전력을 교류로 변환하여 전력계통에 전력을 공급하거나(즉, ESS 방전 기능), 직접 교류부하에 전력을 공급하는 기능과 전력계통으로부터 교류전력을 직류로 변환하여 배터리에 전력을 저장한다(즉, ESS 충전 기능). 에너지제어장치는 에너지 흐름의 모니터링 기능과 제어기능을 제공한다.
이처럼 에너지저장장치(110)는 분산형전원 발전설비(10)에 의해 발생된 전력을 충전하고, 충전된 전력을 전력계통으로 방전한다.
제어감시장치(120)는 분산형전원 측에 설치되어, 분산형전원 발전설비(10)와 에너지저장장치(110)를 감시 및 제어한다. 즉, 제어감시장치(120)는 분산형전원 발전설비(10)의 발전전력을 감시하여 그 결과를 전력관리장치(130)로 전송한다. 이후, 제어감시장치(120)는 전력관리장치(130)의 제어에 따라 에너지저장장치(110)의 충전 또는 방전을 제어한다.
이를 통해, 제어감시장치(120)는 발전전력 피크 시간의 경우에, 분산형전원 발전설비(10)의 발전전력을 실시간으로 감시하고, 그에 따라 전력관리장치(130)의 충전 명령에 따라 분산형전원 발전설비(10)의 발전전력을 에너지저장장치(110)로 충전한다. 이때, 충전 용량은 전력관리장치(130)의 충전 명령에 의해 결정된다.
여기서, 분산형전원 발전설비(10)가 태양광 발전설비인 경우에, 발전전력 피크 시간은 태양광 발전 출력이 어느 정도 발생하는 주간 시간(day time)에 해당된다.
이 경우, 제어감시장치(120)는 분산형전원 발전설비(10)에 의해 발생된 출력만 에너지저장장치(110)로 충전한다. 즉, 제어감시장치(120)는 전력계통에서 에너지저장장치(110)로 충전되는 것을 방지한다.
한편, 제어감시장치(120)는 발전전력 피크 시간이 아닌 경우에, 분산형전원 발전설비(10)의 발전전력을 실시간으로 감시하고, 그에 따라 전력관리장치(130)의 방전 명령에 따라 에너지저장장치(110)에 저장된 전력을 전력계통으로 방전한다. 이때, 방전 용량은 전력관리장치(130)의 방전 명령에 의해 결정된다.
여기서, 분산형전원 발전설비(10)가 태양광 발전설비인 경우에, 발전전력 피크 시간이 아닌 경우는 태양광 발전 출력이 거의 발생하지 않는 야간 시간(night time), 태양광 발전이 곤란한 날씨(구름낀 날씨, 눈/비오는 날씨 등)에 해당된다.
전력관리장치(130)는 다수의 분산형전원 발전설비(10)가 전력계통에 접속되는 지역의 변전소 운영 센터에 설치된다.
전력관리장치(130)는 전력계통에 연계된 각각의 분산형전원을 통합 모니터링하여 배전선로의 누적연계용량이 배전선로의 상시운전용량을 초과하는지를 실시간으로 통합 감시한다.
이때, 전력관리장치(130)는 제어감시장치(120)로부터 분산형전원 발전설비(10)의 발전전력에 대한 감시결과를 실시간으로 전송받는다.
이를 통해, 전력관리장치(130)는 제어감시장치(120)로부터 전달된 통합 감시 결과에 따라 에너지저장장치(110)의 충전 또는 방전을 제어하기 위한 명령을 제어감시장치(120)로 전송한다.
먼저, 전력관리장치(130)가 제어감시장치(120)로 충전 명령을 전송하는 경우에 대하여 설명한다(후술할 도 4 참조). 이 경우는 분산형전원 발전설비(10)가 태양광 발전설비인 경우에 주로 주간(day time)에 진행한다.
구체적으로, 전력관리장치(130)는 다수의 분산형전원에 설치된 제어감시장치(120)로부터 전달된 통합 감시 결과에 따라 전체 분산형전원들의 발전전력에 해당하는 배전선로 누적연계용량을 확인한다.
그리고, 전력관리장치(130)는 배전선로 누적연계용량의 피크가 배전선로의 상시운전용량을 초과하면, 배전선로 누적연계용량의 잉여 용량을 에너지저장장치(110)로 충전하기 위한 충전 명령을 제어감시장치(120)로 전송한다.
이때, 전력관리장치(130)는 분산형전원 발전설비(10)의 최대 발전전력을 기준으로 누적연계용량의 피크가 배전선로의 상시운전용량을 초과하지 않는 수준으로 에너지저장장치(110)의 충전 용량을 결정한다.
다음으로, 전력관리장치(130)가 제어감시장치(120)로 방전 명령을 전송하는 경우에 대하여 설명한다(후술할 도 5 참조). 이 경우는 분산형전원 발전설비(10)가 태양광 발전설비인 경우에 주로 야간(night time)에 진행한다.
충전 명령을 전송하는 경우와 같이, 전력관리장치(130)는 다수의 분산형전원에 설치된 제어감시장치(120)로부터 전달된 통합 감시 결과에 따라 전체 분산형전원들의 발전전력에 해당하는 배전선로 누적연계용량을 확인한다.
그리고, 전력관리장치(130)는 배전선로 누적연계용량의 피크가 배전선로의 상시운전용량을 초과하지 않으면, 분산형전원 즉, 에너지저장장치(110)에 기 충전된 충전전력을 배전선로로 방전을 순서대로 개시한다.
이 경우, 배전선로 누적연계용량은 분산형전원에 의해 배전선로로 방전이 순서대로 개시됨에 따라 배전선로의 상시운전용량에 도달할 수 있다.
이에 따라, 전력관리장치(130)는 에너지저장장치(110)에 의해 배전선로로 방전이 순서대로 개시됨과 동시에, 배전선로 누적연계용량의 피크가 배전선로의 상시운전용량을 초과하는지를 감시한다.
이때, 전력관리장치(130)는 배전선로 누적연계용량의 피크가 배전선로의 상시운전용량을 초과하면, 다음 순번 분산형전원의 방전을 대기한다. 이후, 전력관리장치(130)는 방전중인 분산형전원의 방전 완료 이벤트를 수신하면, 대기중인 다음 순번 분산형전원의 방전을 지시한다.
예를 들어, 1번부터 5번까지 분산형전원은 순서대로 방전을 개시함에 따라 배전선로 누적연계용량의 피크가 배전선로의 상시운전용량을 초과하면, 6번 분산형전원은 방전을 대기한다. 이후, 전력관리장치(130)는 방전중인 1번부터 5번까지 분산형전원의 방전 완료 이벤트를 수신하면, 대기중인 6번 분산형전원의 방전을 지시한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전력관리장치의 충전 제어 방법을 나타낸 도면이다.
먼저, 전력관리장치(130)는 '발전설비 인버터의 순시출력 총합'(totRenewOut) 및 '배전선로의 상시운전용량'(DL_MAX_POWER)를 비교한다(S201).
여기서, '발전설비 인버터의 순시출력 총합'(totRenewOut)은 앞서 언급한 배전선로의 누적연계용량에 해당된다.
이때, 전력관리장치(130)는 '발전설비 인버터의 순시출력 총합'(totRenewOut)이 '배전선로의 상시운전용량'(DL_MAX_POWER) 보다 작으면, 모든 에너지저장장치(110)에 대한 충전 제어를 수행하지 않는다(S202). 이 경우에는 발전설비 인버터의 순시출력 총합의 전체 용량이 모두 계통으로 인입된다.
반면, 전력관리장치(130)는 '발전설비 인버터의 순시출력 총합'(totRenewOut)이 '배전선로의 상시운전용량'(DL_MAX_POWER) 보다 크면, '발전설비 인버터의 최대출력 총합'(totRenewMaxOut)을 계산한다(S203).
그리고, 전력관리장치(130)는 i번째 분산형전원 각각에 대한 충전 제어 동작을 수행한다. i번째 분산형전원은 i번째 발전설비와 i번째 에너지저장장치(ESS)로 이루어진다.
이러한 전력관리장치(130)는 해당 배전선로에 접속되어 있는 에너지저장장치(ESS)의 개수(NUM_OF_ESSD)로 충전 제어 동작을 수행한다(S209).
다시 말해, 전력관리장치(130)는 해당 배전선로에 접속되어 있는 분산형전원 각각에 대해 충전 제어 동작을 개별 수행한다.
구체적으로, 전력관리장치(130)는 'i번째 발전설비의 계통인입 허용용량'(MyLimit)을 계산한다(S204). 여기서, 'i번째 발전설비의 계통인입 허용용량'(MyLimit)은 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112017084785059-pat00001
여기서, 'RenewMaxOut[i]'는 'i번째 발전설비 인버터의 최대출력'을 의미한다.
이와 같이, 전력관리장치(130)는 각 발전설비의 최대 출력의 비율에 따라 계통인입 허용용량을 결정한다.
다시 말해, 전력관리장치(130)는 해당 배전선로에 인입 가능한 한계용량으로서 '배전선로의 상시운전용량'(DL_MAX_POWER)에 대해, 각 발전설비의 최대 출력의 비율에 따라 각 발전설비가 차지할 수 있는 지분을 할당한다. 이로써, 각 발전설비의 지분을 모두 합치면, '배전선로의 상시운전용량'(DL_MAX_POWER)에 해당된다.
예를 들어, 5개의 태양광 발전소(즉, 발전설비)가 배전선로에 접속하는 경우를 가정하면, 각각의 태양광 발전소는 10㎿, 10㎿, 10㎿, 5㎿, 5㎿ 발전용량을 가진다. 즉, 태양광 발전소 전체 발전용량은 40㎿이다. 이때, 각각의 태양광 발전소는 10㎿→2.5㎿, 5㎿→1.25㎿로 계통인입 허용용량이 결정될 수 있다. 이 경우에는 결정된 계통인입 허용용량에 따라, 2.5㎿×3＋1.25㎿×2＝10㎿와 같이 배전선로의 상시운전용량에 해당되므로 배전계통에 연계될 수 있다.
이후, 전력관리장치(130)는 발전설비에 연결된 에너지저장장치 각각에 대한 충전 용량을 결정하여 충전 제어 동작을 순서대로 수행한다.
먼저, 전력관리장치(130)는 'i번째 발전설비 인버터의 순시출력'(RenewOut[i]) 및 'i번째 발전설비의 계통인입 허용용량'(MyLimit)를 비교한다(S205).
이때, 전력관리장치(130)는 'i번째 발전설비 인버터의 순시출력'(RenewOut[i])이 'i번째 발전설비의 계통인입 허용용량'(MyLimit) 보다 작으면, i번째 에너지저장장치의 충전 제어를 수행하지 않는다(S206).
다음, 전력관리장치(130)는 'i번째 발전설비 인버터의 순시출력'(RenewOut[i])이 'i번째 발전설비의 계통인입 허용용량'(MyLimit) 보다 크면, i번째 에너지저장장치의 충전 제어를 수행한다(S207). 이때, 전력관리장치(130)는 'i번째 에너지저장장치의 충전 용량'(ESSIn[i])을 수학식 2와 같이 결정한다.
Figure 112017084785059-pat00002
즉, i번째 발전설비는 i번째 발전설비의 계통인입 허용용량을 제외한 나머지 잉여 용량이 i번째 에너지저장장치에 충전된다.
이에 따라, 전력관리장치(130)는 결정된 'i번째 에너지저장장치의 충전 용량'(ESSIn[i])에 대한 충전 명령을 i번째 제어감시장치로 전송한다.
이후, 전력관리장치(130)는 다음 순서의 i+1번째 분산형전원에 대한 충전 제어 동작을 수행한다(S208). 여기서, 전력관리장치(130)는 해당 배전선로에 접속되어 있는 에너지저장장치의 개수 만큼 충전 제어 동작을 반복한다(S209).
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전력관리장치의 방전 제어 방법을 나타낸 도면이다.
먼저, 전력관리장치(130)는 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit)을 '배전선로의 상시운전용량'(DL_MAX_POWER)으로 설정한다(S251). 즉, '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit)의 최대 용량은 '배전선로의 상시운전용량'(DL_MAX_POWER)에 해당된다. 다시 말해, '해당 배전선로로 인출할 수 있는 순시전력 총합'(totPowerCredit)은 순차적 방전을 실시함에 따라 줄어들게 된다.
이후, 전력관리장치(130)는 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit) 및 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i])을 비교한다(S252).
이때, 전력관리장치(130)는 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit)이 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i]) 보다 작으면, i번째 에너지저장장치의 방전을 수행하지 않는다(S252). 이 경우, 전력관리장치(130)는 i번째 에너지저장장치의 방전을 수행하지 않고, i+1번째 에너지저장장치에 대한 방전을 대기한다.
반면에, 전력관리장치(130)는 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit)이 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i]) 보다 크면, 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])을 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i])으로 결정한다(S253).
이에 따라, 전력관리장치(130)는 결정된 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])에 대한 방전 명령을 i번째 제어감시장치로 전송한다. 즉, i번째 에너지저장장치의 저장 용량은 배전선로로 모두 방전된다.
이후, 전력관리장치(130)는 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])으로 방전 제어 동작이 수행됨에 따라, '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit)을 갱신한다(S254).
즉, 전력관리장치(130)는 '배전선로의 상시운전용량'(DL_MAX_POWER)에서 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])이 반영된 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit)으로 갱신한다. 이에 대해서는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017084785059-pat00003
이후, 전력관리장치(130)는 다음 순서의 i+1번째 분산형전원에 대한 방전 제어 동작을 수행한다(S255). 여기서, 전력관리장치(130)는 해당 배전선로에 접속되어 있는 에너지저장장치의 개수 만큼 방전 제어 동작을 반복한다(S206).
그런데, 전력관리장치(130)는 i+1번째 분산형전원에 대한 방전 제어 동작을 수행하는 경우에, '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit)이 'i+1번째 에너지저장장치의 정격 용량보다 작은 경우(S252), 만약 'i+1번째 에너지저장장치의 정격 용량'(ESSRatedOut[i+1])을 해당 배전선로로 인출하면, 분산형전원의 배전선로 누적방전전력이 '배전선로의 상시운전용량'(DL_MAX_POWER)을 초과한다. 여기서, 배전선로 누적방전전력은 앞서 언급한 배전선로의 누적연계용량에 해당된다.
따라서, 전력관리장치(130)는 i+1번째 분산형전원에 대한 방전을 진행하지 않고, 다음 순번 i+2번째 분산형전원에 대한 방전을 대기한다(S252).
이후, 전력관리장치(130)는 i번째 분산형전원에 대한 방전 완료 이벤트를 i번째 제어감시장치로부터 전송받으면, 대기중인 i+2번째 제어감시장치로 방전 명령을 전송한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배전선로 분산형전원 연계 상태 예시를 설명하는 도면이고, 도 7은 상기 도 6의 태양광 발전 출력 곡선을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 기존 태양광 발전설비(1b, 2b, 5b)는 주간 누적연계용량이 10㎿(즉, 3㎿＋5㎿＋2㎿)를 나타내므로, 주간 누적연계용량이 배전선로의 상시운전용량인 10㎿에 도달한 상태를 나타낸다. 이 경우, 신규 태양광 발전설비(3b, 4b)는 주간 누적연계용량이 10㎿(즉, 5㎿＋5㎿)로서 배전선로에 연계하는 것이 제한된다.
도 6은 도 2와 달리, 태양광 발전설비(1b, 2b, 3b, 4b, 5b) 각각에 에너지저장장치(1c, 2c, 3c, 4c, 5c)가 접속되어 있다.
전력관리장치(130)는 주간에만 집중되는 태양광 발전설비(1b, 2b, 3b, 4b, 5b)의 출력을 에너지저장장치(1c, 2c, 3c, 4cc 5c)에 충전하고, 야간에 에너지저장장치(1c, 2c, 3c, 4c, 5c)의 저장 용량을 방전함으로써, 주야간 누적연계용량이 배전선로의 상시운전용량을 초과하지 않도록 배전선로 연계 분산형전원의 출력을 제어한다. 이는 주야간 누적연계용량이 배전선로의 상시운전용량을 초과하지 않도록 함으로써, 분산형전원 연계용량을 증대시킬 수 있다. 도 6은 분산형전원 연계용량 20㎿도 연계 가능함을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 기존 태양광 발전설비(1b, 2b, 5b)는 주간에 에너지저장장치(1c, 2c, 5c)에 태양광 발전 최대출력의 50%를 충전하고, 야간에 에너지저장장치(1c, 2c, 5c)에 저장 용량을 방전한다. 즉, 기존 태양광 발전설비(1b, 2b, 5b)는 주간에 발전 피크가 5㎿로 제어된다.
마찬가지로, 기존 태양광 발전설비(3b, 4b)는 주간에 에너지저장장치(3c, 4c)에 태양광 발전 최대출력의 50%를 충전하고, 야간에 에너지저장장치(3c, 4c)에 저장 용량을 방전한다. 즉, 신규 태양광 발전설비(3b, 4b)는 주간에 발전 피크가 5㎿로 제어된다.
이에 따라, 전체 태양광 발전 출력 곡선을 살펴보면, 주간에 분산형전원 연계용량은 20㎿이지만, 태양광 발전 최대출력의 50%를 에너지저장장치에 충전하여 10㎿로 제어된다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
110 : 에너지저장장치(ESS) 120 : 제어감시장치
130 : 전력관리장치

Claims (18)

  1. 분산형전원 발전설비에 의해 발생된 출력이 충전되고, 상기 충전된 전력을 전력계통으로 방전시키기 위한 에너지저장장치;
    상기 분산형전원 발전설비의 출력 감시 결과를 전송함에 따라, 상기 에너지저장장치의 충전 또는 방전 동작을 제어하기 위한 제어감시장치; 및
    상기 제어감시장치로부터 전송된 출력 감시 결과를 이용하여 배전선로의 누적연계용량 및 배전선로의 상시운전용량을 비교함에 따라, 상기 에너지저장장치의 충전 또는 방전 동작을 위한 제어 명령을 상기 제어감시장치로 전송하기 위한 전력관리장치;를 포함하고,
    상기 배전선로의 누적연계용량은, 상기 에너지저장장치의 충전 동작을 수행하는 경우에, '발전설비 인버터의 순시출력 총합'(totRenewOut)에 해당하며,
    상기 전력관리장치는, 상기 에너지저장장치의 방전 동작을 수행하기 위해, '해당 배전선로로 인출할 수 있는 순시전력 총합'(totPowerCredit) 및 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i])을 비교함에 따라, 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])을 결정하고,
    상기 전력관리장치는, 상기 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 순시전력 총합'(totPowerCredit)을 상기 배전선로의 상시운전용량으로 초기 설정하고, 상기 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])이 결정되면, 상기 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])를 반영하여 상기 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 순시전력 총합'(totPowerCredit)을 갱신하는 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어감시장치는,
    상기 전력관리장치로부터 전송된 제어 명령에 따라 상기 에너지저장장치의 충전 용량 또는 방전 용량을 결정하는 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어감시장치는,
    상기 전력계통에 의해 상기 에너지저장장치에 충전되는 것을 방지하는 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력관리장치는,
    상기 배전선로의 누적연계용량이 상기 배전선로의 상시운전용량 보다 작으면, 상기 '발전설비 인버터의 순시출력 총합'(totRenewOut)의 전체 용량을 상기 전력계통으로 인입하는 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력관리장치는,
    상기 배전선로의 누적연계용량이 상기 배전선로의 상시운전용량 보다 크면, '발전설비 인버터의 최대출력 총합'(totRenewMaxOut)을 이용하여 계산되는 각 발전설비의 최대 출력의 비율에 따라 'i번째 발전설비의 계통인입 허용용량'(MyLimit)을 결정하는 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전력관리장치는,
    'i번째 발전설비 인버터의 순시출력'(RenewOut[i]) 및 상기 'i번째 발전설비의 계통인입 허용용량'(MyLimit)을 비교함에 따라 'i번째 에너지저장장치의 충전 용량'(ESSIn[i])을 결정하는 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 배전선로의 누적연계용량은,
    상기 에너지저장장치의 방전 동작을 수행하는 경우에, '배전선로의 누적방전전력'에 해당하는 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력관리장치는,
    상기 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 순시전력 총합'(totPowerCredit)이 상기 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i]) 보다 크면, 상기 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])을 상기 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i])으로 결정하는 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 시스템.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 전력관리장치에 의한 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 방법에 있어서,
    '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit) 및 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i])을 비교하는 단계;
    상기 비교 결과에 따라 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])을 결정하는 단계: 및
    상기 결정된 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])에 대한 방전 명령을 i번째 제어감시장치로 전송하는 단계;를 포함하고,
    상기 비교 단계 이전에, 상기 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit)을 배전선로의 상시운전용량으로 초기 설정하는 단계;를 더 포함하는 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 방법.
  16. 삭제
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 결정 단계는,
    상기 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])를 반영하여 상기 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit)을 갱신하는 단계;
    를 포함하는 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 결정 단계는,
    상기 '해당 배전선로로 인출할 수 있는 에너지저장장치의 순시전력 총합'(totPowerCredit)이 상기 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i]) 보다 크면, 상기 'i번째 에너지저장장치의 방전 용량'(ESSOut[i])을 상기 'i번째 에너지저장장치의 정격출력'(ESSRatedOut[i])으로 결정하는 분산형전원 및 전력계통의 통합 연계용 제어 방법.
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