KR102064327B1 - 전력 관리 시스템 및 전력 관리 시스템 운영 단말 - Google Patents

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Abstract

전력 관리 시스템 및 전력 관리 시스템 운영 단말이 제공된다. 이 시스템은 에너지원, PCS(Power Conditioning System) 및 ESS(Energy Storage System)를 포함하는 전력 관리 시스템에 있어서, 상기 PCS가 상기 에너지원이 생성하는 전력을 전력 계통으로 송전하도록 상기 PCS를 제어하고, 상기 ESS가 상기 전력 계통으로부터 전력을 수신하여 배터리에 충전하거나 또는 상기 배터리에 충전된 전력을 방전하여 상기 전력 계통으로 송전하도록 상기 ESS를 제어하는 전력 관리 시스템 운영 단말, 그리고 상기 전력 계통과 상기 전력 계통 시스템 사이의 소정의 위치에 설치되어, 전압 및 전류를 측정하는 적어도 하나의 전력 감시 장치를 포함하고, 상기 전력 관리 시스템 운영 단말은, 상기 적어도 하나의 전력 감시 장치와 필드 버스(Field Bus)인터페이스를 통해 연결되고, 상기 적어도 하나의 전력 감시 장치로부터 상기 적어도 하나의 전력 감시 장치가 측정한 전압 및 전류 데이터를 수신하며, 수신한 전압 및 전류 데이터를 기초로 상기 PCS 및 상기 ESS를 제어한다.

Description

전력 관리 시스템 및 전력 관리 시스템 운영 단말{POWER MANAGEMENT SYSTEM AND MANAGEMENT CONTROL APPARATUS OF THE POWER MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 전력 관리 시스템 및 전력 관리 시스템 운영 단말에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 신재생 에너지 발전 시스템의 전력 관리 시스템에 관한 것이다.
최근, 환경 파괴와 자원 고갈 등이 심각한 문제로 되면서, 에너지를 저장하고, 저장된 에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이와 함께 발전 과정에서 공해를 유발하지 않거나 적게 유발하는 신재생 에너지에 대한 관심도 높아지고 있다.
도 1은 종래에 신재생 에너지 발전 시스템의 전력 관리 시스템(Power Management System, PMS)을 도시한다.
도 1을 참조하면, 전력 관리 시스템(10)은 에너지원(11), 전력 계통(GRID)(13), PCS(Power Conversion System)(15), 배터리(17), BMS(Battery Management System)(19), ESS(Energy Storage System)(21), 직류 전력 감시 장치(Power Monitoring Device, PMD) 1(23), 직류 전력 감시 장치2(25), 교류 전력 감시 장치1(27), 교류 전력 감시 장치2(29), 교류 전력 감시 장치3(31), 이더넷 허브(ethernte hub)(33),PMS 운영 단말(35) 및 상위 서버(37)를 포함한다.
PMS 운영 단말(35)은 PCS(15)와 통신을 통하여 에너지원(11)에서 생성한 전력을 전력 계통으로 송전하도록 한다. PMS 운영 단말(35)은 ESS(21)와 통신을 통하여 전력 계통(13)으로부터 수신한 전력을 배터리(17)에 충전하도록 하거나 배터리(17)에 저장된 전력을 방전하여 전력 계통(13)으로 송전하도록 한다.
PMS 운영 단말(35)은 이더넷 허브(33)를 통하여 복수의 전력 감시 장치들(23, 25, 27, 29, 31)과 연결된다. 복수의 전력 감시 장치들(23, 25, 27, 29, 31)은 전압 및 전류를 계측할 수 있도록 커넥터가 장착되어 있고, 전력 관리 시스템의 특정 위치에 결선되어 해당 지점의 전압 및 전류를 측정한다.
PMS 운영 단말(35)은 복수의 전력 감시 장치들(23, 25, 27, 29, 31)로부터 획득한 측정 데이터를 상위 서버(37)에 전송하고 상위 서버(37)로부터 전력 관리 제어 지령을 수행한다.
그런데, 소규모 신재생 에너지 발전 시스템의 경우, 설치 장소가 협소한 경우가 많아서 PMS 운영에 필요한 설비들을 19인치 랙(lack) 또는 별도의 장소를 준비하여 설치하는 것이 어려움이 많다.
또한, PMS 운영 단말(35)이 전압 및 전류를 측정하기 위해서 전력 감시 장치 커넥터에 접속하는 경우, 복수의 전력 감시 장치들(23, 25, 27, 29, 31)로부터 측정 위치까지 전선을 사용하여 연결해야 한다. 그런데, 안전 및 미관상 주름관이나 금속관을 사용하는 부가 작업이 필요하다. 그리고 전압 및 전류 측정용 전선에 PCS의 전력 변환시 발생되는 노이즈가 유입되어 계측 오차가 유발될 가능성이 높다.
또한, PMS 운영 단말(35)와 상위 서버(37)의 통신은 PMS 운영 단말(35)이 서버 역할을 수행하고, 상위 서버(37)에 탑재된 클라이언트 프로그램이 PMS 운영 단말(35)에 접속하여 데이터를 취득하여 저장하는 방식이다. 이러한 통신 방식은 PMS 운영 단말(35)에 상위 서버(37)에서 접속할 수 있는 IP가 할당되어야 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 필드 버스(Field Bus)통신 방식을 사용하는 전력 관리 시스템 및 전력 관리 시스템 운영 단말을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 POE(Power Over Ethernet)를 통해서 전원 공급을 제공하는 전력 관리 시스템 및 전력 관리 시스템 운영 단말을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자하는 또 다른 기술적 과제는 전력 관리 시스템(PMS, Power Management System) 운영 단말과 상위 서버 간에 HTTPS(Hypertext Transfer Protocol Over Secure Socket Layer) 통신을 통하여 데이터를 송수신하는 전력 관리 시스템 및 전력 관리 시스템 운영 단말을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 에너지원, PCS(Power Conditioning System) 및 ESS(Energy Storage System)를 포함하는 전력 관리 시스템은 상기 PCS가 상기 에너지원이 생성하는 전력을 전력 계통으로 송전하도록 상기 PCS를 제어하고, 상기 ESS가 상기 전력 계통으로부터 전력을 수신하여 배터리에 충전하거나 또는 상기 배터리에 충전된 전력을 방전하여 상기 전력 계통으로 송전하도록 상기 ESS를 제어하는 전력 관리 시스템 운영 단말, 그리고 상기 전력 계통과 상기 전력 계통 시스템 사이의 소정의 위치에 설치되어, 전압 및 전류를 측정하는 적어도 하나의 전력 감시 장치를 포함하고, 상기 전력 관리 시스템 운영 단말은, 상기 적어도 하나의 전력 감시 장치와 필드 버스(Field Bus)인터페이스를 통해 연결되고, 상기 적어도 하나의 전력 감시 장치로부터 상기 적어도 하나의 전력 감시 장치가 측정한 전압 및 전류 데이터를 수신하며, 수신한 전압 및 전류 데이터를 기초로 상기 PCS 및 상기 ESS를 제어한다.
상기 필드 버스 인터페이스는, 상기 전압 및 전류 데이터를 송수신하기 위한 필드 버스 통신 및 POE(Power over Ethernet) 전원 공급을 위한 제1 인터페이스를 포함할 수 있다.
상기 필드 버스 통신은, 이더캣(EHTER-CAT) 방식을 포함할 수 있다.
상기 필드 버스 인터페이스는, 상기 전압 및 전류 데이터를 송수신하는 CAN(Controller Area Network) 통신을 위한 제2 인터페이스를 포함하고, 상기 제2 인터페이스는, 상기 제1 인터페이스의 장애시 활성화될 수 있다.
상기 필드 버스 인터페이스는, 시각 동기 정보 전송을 위한 제3 인터페이스를 포함할 수 있다.
상기 필드 버스 인터페이스는, 복수의 전력 감시 장치 간에 서로 순차적으로 직렬 연결시키고, 상기 복수의 전력 감시 장치 중 하나의 전력 감시 장치는, 연결된 제1 전력 감시 장치로부터 수신된 제1 전압 및 전류 데이터와, 자신이 측정한 제2 전압 및 전류 데이터를 통합하여, 연결된 제2 전력 감시 장치로 출력하고, 상기 복수의 전력 감시 장치 중 다른 전력 감시 장치는, 상기 전력 관리 시스템 운영 단말 및 상기 제2 전력 감시 장치와 연결되어, 상기 제2 전력 감시 장치로부터 수신되는 통합된 전압 및 전류 데이터들을 상기 전력 관리 시스템 운영 단말로 출력할 수 있다.
상기 적어도 하나의 전력 감시 장치는, 직류 전압 및 직류 전류를 측정하는 복수의 직류 전력 감시 장치, 그리고 교류 전압 및 교류 전류를 측정하는 복수의 교류 전력 감시 장치를 포함하고, 상기 복수의 직류 전력 감시 장치 및 상기 복수의 교류 전력 감시 장치는, 상기 필드 버스 인터페이스를 통해 서로 순차적으로 직렬 연결되며, 상기 복수의 교류 전력 감시 장치 중 하나의 교류 전력 감시 장치는, 상기 전력 관리 시스템 운영 단말과 상기 필드 버스 인터페이스를 통해 연결되며, 상기 하나의 교류 전력 감시 장치는, 상기 필드 버스 인터페이스를 통해 수신된 상기 복수의 직류 전력 감시 장치 각각이 측정한 직류 전압 및 직류 전력 데이터와, 상기 복수의 교류 전력 감시 장치 각각이 측정한 교류 전압 및 교류 전력 데이터를 상기 전력 관리 시스템 운영 단말로 출력할 수 있다.
상기 전력 관리 시스템 운영 단말은, 원격지에 설치된 웹 서버인 상위 서버와 HTTPS(Hypertext Transfer Protocol Over Secure Socket Layer)를 통해 통신하고, 상기 상위 서버로부터 수신하는 전력 관리 제어 지령에 따라 상기 PCS 및 상기 ESS를 제어할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전력 관리 시스템 운영 단말은 PCS(Power Conditioning System) 및 ESS(Energy Storage System)와 통신하기 위한 제1 통신 장치, 적어도 하나의 전력 감시 장치와 통신하기 위한 제2 통신 장치, 원격지에 설치된 상위 서버와 통신하여 전력 관리 제어 지령을 수신하는 제3통신 장치, 상기 적어도 하나의 전력 감시 장치로부터 상기 적어도 하나의 전력 감시 장치가 측정한 전압 및 전류 데이터를 수신하며, 수신한 전압 및 전류 데이터를 기초로 상기 PCS가 상기 에너지원이 생성하는 전력을 전력 계통으로 송전하도록 상기 PCS를 제어하고, 상기 ESS가 상기 전력 계통으로부터 전력을 수신하여 배터리에 충전하거나 또는 상기 배터리에 충전된 전력을 방전하여 상기 전력 계통으로 송전하도록 상기 ESS를 제어하는 프로그램을 저장하는 메모리, 그리고 상기 프로그램을 실행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 제2 통신 장치는, 상기 적어도 하나의 전력 감시 장치와 필드 버스(Field Bus) 인터페이스를 통해 연결된다.
제2 통신 장치는, 상기 적어도 하나의 전력 감시 장치와 RJ45 인터페이스를 통해 연결될 수 있다.
상기 필드 버스(Field Bus)인터페이스는, 상기 적어도 하나의 전력 감시 장치로부터 전압 및 전류 데이터를 수신하기 위한 필드 버스 통신 및 상기 적어도 하나의 전력 감시 장치에게 POE(Power over Ethernet) 전원 공급을 위한 제1 인터페이스, 상기 제1 인터페이스의 장애 발생시 상기 전압 및 전류 데이터를 수신하기 위한 CAN(Controller Area Network) 통신을 위하여 활성화되는 제2 인터페이스, 그리고 동기 정보 전송을 위한 제3 인터페이스를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 수신한 전압 및 전류 데이터를 포함하는 전력 관리 시스템의 상태 정보를 모드버스(MODBUS) 데이터로 생성하고, HTTPS(Hypertext Transfer Protocol Over Secure Socket Layer)를 통해 상기 상위 서버로 전송하는 명령어들(Instructions)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전력 관리 시스템 운영 단말과 적어도 하나의 전력 감시 장치를 필드 버스 방식으로 연결함으로써, 소규모 신재생 발전 시스템에 적용하기 용이하다.
또한, 단일 RJ45 커넥터에 이더캣, CAN, POE 및 1PPS 시각 동기 신호를 수용할 수 있는 인터페이스를 구현함으로써, PMS 구현의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 구성에 필요한 비용을 절감할 수 있다.
또한, 전력 감시 장치를 측정 위치 인근에 설치하여 연결에 필요한 전선 길이를 최소화할 수 있다.
또한, 상위 서버를 웹 서버로 구현하고, 전력 관리 시스템 운영 단말과 HTTPS 통신함으로써, 전력 관리 시스템 운영 단말에 별도의 IP 할당이 필요없다.
도 1은 종래에 신재생 에너지 발전 시스템의 전력 관리 시스템(Power Management System, PMS)을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신재생 에너지 발전 시스템의 전력 관리 시스템을 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 케이블을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통신 인터페이스를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 필드 버스 연결 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 전력 감시 장치 간에 필드 버스 통신 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전력 관리 시스템 운영 단말과 상위 서버 간의 통신 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전력 관리 시스템 운영 단말의 하드웨어 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이제, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전력 관리 시스템 및 전력 관리 시스템 운영 단말에 대하여 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신재생 에너지 발전 시스템의 전력 관리 시스템(Power Management System, 이하, 'PMS'라 통칭함)을 도시한다.
도 2를 참조하면, 전력 관리 시스템(100)은 에너지원(101), 전력 계통(103), 전력 변환부(Power Conversion System, 이하, 'PCS'라 통칭함)(105), 배터리(107), 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하, 'BMS'라 통칭함)(109), 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, 이하, 'ESS'라 통칭함)(111), PMS 운영 단말(113), 상위 서버(115), 교류 전력 감시 장치(Power Monitoring Device, PMD)1(117), 교류 전력 감시 장치2(119), 교류 전력 감시 장치3(121), 직류 전력 감시 장치1(123) 및 직류 전력 감시 장치2(125)를 포함한다.
에너지원(101)은 신재생 에너지를 생산한다. 에너지원(101)은 태양 전지 모듈이나 풍력 발전 모듈 등을 포함할 수 있다.
PCS(105)는 에너지원(101)으로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력 계통(103)으로 송전한다.
BMS(109)는 ESS(111)의 충전 지령에 따라 전력 계통(103)으로부터 공급되는 전력을 배터리(107)에 충전한다. BMS(109)는 ESS(111)의 방전 지령에 따라 배터리(107)에 충전된 전력을 방전시키고, ESS(111)는 방전된 전력을 전력 계통(103)으로 공급한다.
ESS(111)는 PMS 운영 단말(113)과 통신하여 BMS(109)의 충방전을 제어한다. ESS(111)는 전력 계통(103)과 BMS(109)간의 양방향 직류-교류 변환을 수행한다.
PMS 운영 단말(113)은 PCS(105) 및 ESS(111)와 RS422/455 통신을 수행하여, PCS(105) 및 ESS(111) 각각의 동작을 제어한다.
PMS 운영 단말(113)은 복수의 전력 감시 장치(117, 119, 121, 123, 125)와 필드 버스(Field Bus)방식으로 연결된다. PMS 운영 단말(113)은 복수의 전력 감시 장치(117, 119, 121, 123, 125)로부터 각 전력 감시 장치(117, 119, 121, 123, 125)에서 측정된 데이터를 수신한다. PMS 운영 단말(113)은 각 측정 데이터를 상위 서버(115)로 전송하여, 상위 서버(115)로부터 PMS 제어 지령을 수신하고, PMS 제어 지령에 따라 PCS(105) 및 ESS(111) 각각의 동작을 제어한다.
복수의 전력 감시 장치(117, 119, 121, 123, 125)는 교류 전압 및 교류 전류를 측정하는 교류 전력 감시 장치1(117), 교류 전력 감시 장치2(119), 교류 전력 감시 장치3(121), 직류 전압 및 직류 전류를 측정하는 직류 전력 감시 장치1(123), 직류 전력 감시 장치2(125)를 포함한다.
교류 전력 감시 장치1(117)는 전력 계통(103), PCS(105) 및 ESS(111) 사이에 설치된다. 그리고 PMS 운영 단말(113) 및 교류 전력 감시 장치2(119)와 필드 버스 인터페이스를 통해 연결된다.
교류 전력 감시 장치2(119)는 전력 계통(103) 및 PCS(105) 사이에 설치되고, 교류 전력 감시 장치1(117)과 필드 버스 인터페이스를 통해 연결된다.
교류 전력 감시 장치3(121)는 전력 계통(103) 및 PCS(105) 사이에 설치되고, 교류 전력 감시 장치2(119)와 필드 버스 인터페이스를 통해 연결된다.
직류 전력 감시 장치1(123)는 BMS(109) 및 ESS(111) 사이에 설치된다.
직류 전력 감시 장치2(125)는 에너지원(101) 및 PCS(105) 사이에 설치된다. 그리고 직류 전력 감시 장치1(123) 및 교류 전력 감시 장치3(121)와 필드 버스 인터페이스를 통해 연결된다.
여기서, 필드 버스 인터페이스를 제공하는 통신 케이블 및 인터페이스 구조에 대해 설명하면, 도 3 및 도 4와 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 케이블을 나타내고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통신 인터페이스를 나타낸다. 이때, 한 실시예에 따르면, 필드 버스 인터페이스는 이더넷 통신시 사용되는 RJ45 8P8C 통신 케이블이 사용될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 통신 케이블(200)은 8개의 핀이 구비된 제1 접속부(201) 및 제2 접속부(203)를 포함한다. 여기서, 8개의 핀은 다음 표 1과 같이 통신 인터페이스를 위해 할당되어 있다.
핀 넘버 인터페이스 정의
1 이더넷 통신/POE 전원 공급
2
3
6
4 CAN 통신
5
7 시각 동기화
8
표 1에 따르면, 1, 2, 3, 6번 핀의 경우, 이더넷 통신 및 POE 전원 공급을 위하여 사용된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 이더넷 통신은 이더캣(ETHER-CAT, Ethernet for Control AutomationTechnology) 방식이 이용될 수 있다. 이더캣은 벡호프 오토메이션에서 개발된 이더넷 기반의 필드 버스 시스템이다. 이더캣은 IEC 61158 규약으로 표준화되었으며, 자동화 기술 측면에서 실시간 시스템을 위한 소프트웨어와 하드웨어 요구사항들을 모두 만족한다. 이더캣 방식을 사용함으로써 이더넷 허브를 사용하지 않아도 되고, 네트워크 통신선 길이를 줄일 수 있어서 통신 연결을 간소화시킬 수 있다.
또한, POE를 사용하여 장치들의 전원 공급 회로의 소자 수 또는 크기를 줄임으로써 장치 크기를 축소할 수 있다. 종래에 전원 공급 회로는 AC 220V를 DC로 변환하는 AC/DC 회로를 필요로 하였던 것과 달리, 본 발명의 실시예에 따른 POE 전원 공급 회로에 따르면, AC/DC 전원 회로가 필요없다.
4, 5번 핀의 경우, 이더넷 통신에 장애가 발생하거나 또는 이더넷 통신을 지원하지 않는 장치와 CAN 통신시 사용된다. 즉, CAN 통신을 추가로 사용함으로써 이더넷 통신 오류시, CAN 통신으로 장치와 통신을 가능하게 한다.
이처럼, 1, 2, 3, 6번 핀과, 4, 5번 핀을 통해 통신 이중화를 구현할 수 있다.
7, 8번 핀의 경우, 시각 동기화 또는 주기적 전송과 같은 짧은 길의 데이터 전송을 위하여 사용된다. 일반적으로 GPS(Global Positioning System)를 이용하여 시각 동기화용 1PPS(pulseper sec) 신호를 송수신하는데, 다수의 장치에 GPS를 설치하는 경우 비용적으로 부담이 되므로, PMS 운영 단말(113)에만 GPS를 설치한다. 그리고 GPS로부터 수신한 1PPS 신호를 7, 8번 핀을 이용하여 필드 버스 인터페이스를 통해 연결된 장치들에 전송할 수 있고, GPS로부터 수신한 시각 데이터는 4, 5번 핀을 사용한 CAN 통신 버스를 통해서 연결된 장치들에 전송할 수 있다.
이러한 필드 버스 인터페이스 방식을 적용한 PMS 운영 단말(113)과 복수의 전력 감시 장치(117, 119, 121, 123, 125)의 통신 구성 및 흐름도에 대해 설명하면, 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 필드 버스 연결 구성도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 전력 감시 장치 간에 필드 버스 통신 흐름도이다.
도 5를 참조하면, PMS 운영 단말(113), 교류 전력 감시 장치1(117), 교류 전력 감시 장치2(119), 교류 전력 감시 장치3(121), 직류 전력 감시 장치2(125), 직류 전력 감시 장치1(123)는 각각의 통신 케이블(200)을 통해 필드 버스 방식으로 순차적으로 직렬 연결된다.
이때, 이더넷 통신 방식으로 이더캣 방식을 사용하는 것을 실시예로 설명하기로 한다. 이더캣 방식에서는 각 노드가 프레임을 통과시킬 때 각각의 노드의 프레임에 송신 데이터를 수록한 후, 다음 노드로 전달한다.
도 6을 참조하면, 직류 전력 감시 장치1(123)은 ESS(111)와 BMS(109) 또는 ESS(111)와 배터리(107) 사이의 직류 전압 및 직류 전류를 측정한다(S101).
직류 전력 감시 장치2(125)는 에너지원(101)과 PCS(105) 사이의 직류 전압 및 직류 전류를 측정한다(S103).
교류 전력 감시 장치3(121)는 PCS(105)로부터 출력되는 교류 전압 및 교류 전류를 측정한다(S105).
교류 전력 감시 장치2(119)는 전력 계통(103)으로부터 출력되거나 또는 전력 계통(103)으로 송전되는 교류 전압 및 교류 전류를 측정한다(S107).
교류 전력 감시 장치1(117)는 ESS(111)로 공급되는 교류 전압 및 교류 전류를 측정한다(S109).
여기서, 각 측정 단계(S101, S103, S105, S107, S109)는 PMS 운영 단말(113)로부터 수신된 시각 동기화 신호에 따라 수행된다.
직류 전력 감시 장치1(123)은 측정(S101)한 결과를 포함하는 이더캣 프레임을 생성(S111)하여, 연결된 통신 케이블(200)을 통해 직류 전력 감시 장치2(125)로 전송한다(S113).
직류 전력 감시 장치2(125)는 수신(S113)한 이더캣 프레임에 측정(S103)한 결과를 수록한(S119)후, 그 이더캣 프레임을 연결된 통신 케이블(200)을 통해 교류 전력 감시 장치3(121)로 전송한다(S121).
교류 전력 감시 장치3(121)는 수신(S121)한 이더캣 프레임에 측정(S105)한 결과를 수록한(S123)후, 그 이더캣 프레임을 연결된 통신 케이블(200)을 통해 교류 전력 감시 장치2(119)로 전송한다(S125).
교류 전력 감시 장치1(117)는 수신(125)한 이더캣 프레임에 측정(S107)한 결과를 수록한(S107)후, 그 이더캣 프레임을 연결된 통신 케이블(200)을 통해 PMS 운영 단말(113)로 전송한다(S129).
그러면, PMS 운영 단말(113)이 수신한 이더캣 프레임을 통해 각 측정 단계(S101, S103, S105, S107, S109)에서의 측정 데이터를 획득할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 PMS 운영 단말과 상위 서버 간의 통신 흐름도이다.
도 7을 참조하면, PMS 운영 단말(113)은 복수의 전력 감시 장치(117, 119, 121, 123, 125)를 통해 획득한 측정 데이터 또는 PCS(105), ESS(111)를 통해 획득한 상태 데이터를 포함하는 모드버스(MODBUS) 데이터를 생성한다(S201).
PMS 운영 단말(113)은 모드버스 데이터를 랜덤 변수 및 장치 시리얼 번호를 사용하여 암호화한다(S203). 이때, 암호화는 Open-SSL(SECURE SOCKET LAYER) 방식이 사용될 수 있다.
PMS 운영 단말(113)은 데이터를 HTTPS(Hypertext Transfer Protocol Over Secure Socket Layer)로 암호화(S203)하여 요청(Request) 방식으로 상위 서버(115)로 전송한다(S205).
상위 서버(115)는 HTTPS로 암호화한(S203) 데이터를 해독하여, 모드버스(MODBUS) 데이터를 추출하여 처리한다. 그리고 기 저장된 정책 정보를 토대로 PMS 제어 지령을 생성한다. 그리고 PMS 제어 지령을 다시 암호화하여 HTTP 응답(Response) 메시지에 포함시켜 PMS 운영 단말(113)로 전송한다(S207).
PMS 운영 단말(113)은 HTTP 응답 메시지에 포함된 HTTPS로 암호화된 데이터를 해독(S209)하여 모드버스 데이터를 추출한다(S209). 그리고 모드버스 데이터로부터 PMS 제어 지령을 추출한다(S213).
이와 같이, 모드버스 데이터 통신을 HTTPS로 구현하고, PMS 운영 단말(113)과 상위 서버(115) 간에 해당 HTTPS 방식의 통신을 수행한다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 PMS 운영 단말의 하드웨어 구성도이다.
도 8을 참조하면, PMS 운영 단말(300)은 제1 통신 장치(301), 제2 통신 장치(303), 제3 통신 장치(305), 메모리(307) 및 적어도 하나의 프로세서(309)를 포함하는 하드웨어로 구성되고, 지정된 장소에 하드웨어와 결합되어 실행되는 프로그램이 저장되며, 하드웨어는 본 발명의 방법을 실행할 수 있는 구성과 성능을 가진다.
제1 통신 장치(301)는 주변 장치와 직렬 통신 프로토콜 인터페이스를 통해 연결된다. 주변 장치는 도 2 ~ 도 7에서 설명한 PCS(105) 및 ESS(111)를 포함한다.
제2 통신 장치(303)는 주변 장치와 필드 버스 인터페이스를 통해 연결된다. 필드 버스 인터페이스는 이더넷 통신 및 POE 전원 공급을 위한 제1 인터페이스, CAN 통신을 위한 제2 인터페이스 및 시각 동기화를 위한 제3 인터페이스를 포함한다. 여기서, 주변 장치는 도 2 ~ 도 7에서 설명한 적어도 하나의 전력 감시 장치(117, 119, 121, 123, 125)를 포함한다.
제3 통신 장치(305)는 원격지에 설치된 상위 서버(115)와 HTTPS 통신을 수행한다.
메모리(307)는 적어도 하나의 전력 감시 장치(117, 119, 121, 123, 125) 전압 및 전류 데이터를 수신하며, 수신한 전압 및 전류 데이터를 기초로 PCS(105) 및 ESS(111)의 동작 제어를 비롯한 전력 관리 시스템의 동작을 제어하는 프로그램을 저장한다. 이러한 프로그램은 도 2 부터 도 7을 참고로 설명한 본 발명의 동작 방법을 구현한 명령어들(Instructions)을 포함하고, 메모리(307)와 적어도 하나의 프로세서(309) 등의 하드웨어와 결합하여 본 발명을 구현한다.
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.

Claims (12)

  1. 에너지원, PCS(Power Conditioning System) 및 ESS(Energy Storage System)를 포함하는 전력 관리 시스템에 있어서,
    상기 PCS가 상기 에너지원이 생성하는 전력을 전력 계통으로 송전하도록 상기 PCS를 제어하고, 상기 ESS가 상기 전력 계통으로부터 전력을 수신하여 배터리에 충전하거나 또는 상기 배터리에 충전된 전력을 방전하여 상기 전력 계통으로 송전하도록 상기 ESS를 제어하는 전력 관리 시스템 운영 단말, 그리고
    상기 전력 계통과 상기 전력 계통 시스템 사이의 소정의 위치에 설치되어, 전압 및 전류를 측정하는 복수의 전력 감시 장치를 포함하고,
    상기 전력 관리 시스템 운영 단말은,
    상기 복수의 전력 감시 장치와 필드 버스(Field Bus)인터페이스를 통해 연결되고, 상기 복수의 전력 감시 장치로부터 상기 복수의 전력 감시 장치가 측정한 전압 및 전류 데이터를 수신하며, 수신한 전압 및 전류 데이터를 기초로 상기 PCS 및 상기 ESS를 제어하고,
    상기 필드 버스 통신은 이더캣(EHTER-CAT) 방식을 포함하고,
    상기 필드 버스 인터페이스는,
    복수의 전력 감시 장치 간에 서로 순차적으로 직렬 연결시키고,
    상기 복수의 전력 감시 장치 중 하나의 전력 감시 장치는,
    연결된 제1 전력 감시 장치로부터 수신된 제1 전압 및 전류 데이터와, 자신이 측정한 제2 전압 및 전류 데이터를 통합하여, 연결된 제2 전력 감시 장치로 출력하고,
    상기 복수의 전력 감시 장치 중 다른 전력 감시 장치는,
    상기 전력 관리 시스템 운영 단말 및 상기 제2 전력 감시 장치와 연결되어, 상기 제2 전력 감시 장치로부터 수신되는 통합된 전압 및 전류 데이터들을 상기 전력 관리 시스템 운영 단말로 출력하고,
    상기 복수의 의 전력 감시 장치는,
    직류 전압 및 직류 전류를 측정하는 복수의 직류 전력 감시 장치, 그리고
    교류 전압 및 교류 전류를 측정하는 복수의 교류 전력 감시 장치를 포함하고,
    상기 복수의 직류 전력 감시 장치 및 상기 복수의 교류 전력 감시 장치는,
    상기 필드 버스 인터페이스를 통해 서로 순차적으로 직렬 연결되며,
    상기 복수의 교류 전력 감시 장치 중 하나의 교류 전력 감시 장치는,
    상기 전력 관리 시스템 운영 단말과 상기 필드 버스 인터페이스를 통해 연결되며,
    상기 하나의 교류 전력 감시 장치는,
    상기 필드 버스 인터페이스를 통해 수신된 상기 복수의 직류 전력 감시 장치 각각이 측정한 직류 전압 및 직류 전력 데이터와, 상기 복수의 교류 전력 감시 장치 각각이 측정한 교류 전압 및 교류 전력 데이터를 상기 전력 관리 시스템 운영 단말로 출력하는, 전력 관리 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 필드 버스 인터페이스는,
    상기 전압 및 전류 데이터를 송수신하기 위한 필드 버스 통신 및 POE(Power over Ethernet) 전원 공급을 위한 제1 인터페이스를 포함하는, 전력 관리 시스템.
  3. 삭제
  4. 제2항에서,
    상기 필드 버스 인터페이스는,
    상기 전압 및 전류 데이터를 송수신하는 CAN(Controller Area Network) 통신을 위한 제2 인터페이스를 포함하고,
    상기 제2 인터페이스는,
    상기 제1 인터페이스의 장애시 활성화되는, 전력 관리 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 필드 버스 인터페이스는,
    동기 정보 전송을 위한 제3 인터페이스를 포함하는, 전력 관리 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에서,
    상기 전력 관리 시스템 운영 단말은,
    원격지에 설치된 웹 서버인 상위 서버와 HTTPS(Hypertext Transfer Protocol Over Secure Socket Layer)를 통해 통신하고, 상기 상위 서버로부터 수신하는 전력 관리 제어 지령에 따라 상기 PCS 및 상기 ESS를 제어하는, 전력 관리 시스템.
  9. PCS(Power Conditioning System) 및 ESS(Energy Storage System)와 통신하기 위한 제1 통신 장치,
    복수의 전력 감시 장치와 통신하기 위한 제2 통신 장치,
    원격지에 설치된 상위 서버와 통신하여 전력 관리 제어 지령을 수신하는 제3통신 장치,
    상기 복수의 전력 감시 장치로부터 상기 복수의 전력 감시 장치가 측정한 전압 및 전류 데이터를 수신하며, 수신한 전압 및 전류 데이터를 기초로 상기 PCS가 에너지원이 생성하는 전력을 전력 계통으로 송전하도록 상기 PCS를 제어하고, 상기 ESS가 상기 전력 계통으로부터 전력을 수신하여 배터리에 충전하거나 또는 상기 배터리에 충전된 전력을 방전하여 상기 전력 계통으로 송전하도록 상기 ESS를 제어하는 프로그램을 저장하는 메모리, 그리고
    상기 프로그램을 실행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    제2 통신 장치는,
    상기 복수의 전력 감시 장치와 필드 버스(Field Bus)인터페이스를 통해 연결되고,
    상기 필드 버스 통신은 이더캣(EHTER-CAT) 방식을 포함하고,
    상기 필드 버스 인터페이스는,
    상기 복수의 전력 감시 장치 간에 서로 순차적으로 직렬 연결시키고,
    상기 복수의 전력 감시 장치 중 하나의 전력 감시 장치는,
    연결된 제1 전력 감시 장치로부터 수신된 제1 전압 및 전류 데이터와, 자신이 측정한 제2 전압 및 전류 데이터를 통합하여, 연결된 제2 전력 감시 장치로 출력하고,
    상기 복수의 전력 감시 장치 중 다른 전력 감시 장치는,
    상기 전력 관리 시스템 운영 단말 및 상기 제2 전력 감시 장치와 연결되어, 상기 제2 전력 감시 장치로부터 수신되는 통합된 전압 및 전류 데이터들을 상기 전력 관리 시스템 운영 단말로 출력하고,
    상기 복수의 전력 감시 장치는,
    직류 전압 및 직류 전류를 측정하는 복수의 직류 전력 감시 장치, 그리고
    교류 전압 및 교류 전류를 측정하는 복수의 교류 전력 감시 장치를 포함하고,
    상기 복수의 직류 전력 감시 장치 및 상기 복수의 교류 전력 감시 장치는,
    상기 필드 버스 인터페이스를 통해 서로 순차적으로 직렬 연결되며,
    상기 복수의 교류 전력 감시 장치 중 하나의 교류 전력 감시 장치는,
    상기 전력 관리 시스템 운영 단말과 상기 필드 버스 인터페이스를 통해 연결되며,
    상기 하나의 교류 전력 감시 장치는,
    상기 필드 버스 인터페이스를 통해 수신된 상기 복수의 직류 전력 감시 장치 각각이 측정한 직류 전압 및 직류 전력 데이터와, 상기 복수의 교류 전력 감시 장치 각각이 측정한 교류 전압 및 교류 전력 데이터를 상기 전력 관리 시스템 운영 단말로 출력하는, 전력 관리 시스템 운영 단말.
  10. 제9항에서,
    제2 통신 장치는,
    상기 복수의 전력 감시 장치와 RJ45 인터페이스를 통해 연결되는, 전력 관리 시스템 운영 단말.
  11. 제9항에서,
    상기 필드 버스(Field Bus)인터페이스는,
    상기 복수의 전력 감시 장치로부터 전압 및 전류 데이터를 수신하기 위한 필드 버스 통신 및 상기 복수의 전력 감시 장치에게 POE(Power over Ethernet) 전원 공급을 위한 제1 인터페이스,
    상기 제1 인터페이스의 장애 발생시 상기 전압 및 전류 데이터를 수신하기 위한 CAN(Controller Area Network) 통신을 위하여 활성화되는 제2 인터페이스, 그리고
    시각 동기화 정보 전송을 위한 제3 인터페이스
    를 포함하는, 전력 관리 시스템 운영 단말.
  12. 제9항에서,
    상기 프로세서는,
    상기 수신한 전압 및 전류 데이터를 포함하는 전력 관리 시스템의 상태 정보를 모드버스(MODBUS) 데이터로 생성하고, 상기 모드버스 데이터를 HTTPS(Hypertext Transfer Protocol Over Secure Socket Layer)를 통해 암호화하여 상기 상위 서버로 전송하는 명령어들(Instructions)을 포함하는, 전력 관리 시스템 운영 단말.
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