KR102067830B1

KR102067830B1 - Ｅｓｓ 출력 제어 방법

Info

Publication number: KR102067830B1
Application number: KR1020170123609A
Authority: KR
Inventors: 진대근; 진보건
Original assignee: 효성중공업 주식회사
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2020-01-17
Also published as: AU2018334832A1; EP3691070A4; WO2019059491A1; EP3691070A1; US20200287385A1; KR20190034960A; US11322941B2

Abstract

본 발명의 ESS 출력 제어 방법은, 계통의 주파수 변동 폭에 따라 ESS의 출력을 DROOP 제어하는 ESS 출력 제어 방법에 있어서, 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계; 주파수 변동 폭이 소정의 제1 기준값을 넘는 것으로 판단되면, 소정의 단위 조정 시간 동안 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 보정 폭을 예측하는 단계; 상기 예측된 주파수 보정 폭이 소정의 제2 기준값을 넘지 않으면, 디폴트로 설정된 DROOP 제어 알고리즘에 따라 계통의 주파수에 의해 결정되는 출력값으로 상기 ESS의 출력을 제어하는 단계; 및 상기 예측된 주파수 보정 폭이 상기 제2 기준값을 넘으면, 상기 단위 조정 시간 동안 ESS의 출력을 고정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

ＥＳＳ 출력 제어 방법{ESS Output Control Method}

본 발명은 계통의 주파수 변동 폭에 따라 ESS(에너지 저장 장치)의 전력 출력을 드룹(DROOP) 제어하는 ESS 출력 제어 방법에 관한 것으로, 특히, 도서지역과 같은 독립된 하이브리드 전원공급 시스템을 위한 ESS 출력 제어 방법에 관한 것이다.

상용전원이 공급되지 않는 도서지역이나 원격지에는 전력공급 시스템으로 보통 중소규모의 디젤 발전소(또는, 증기/가스 터빈 발전소)를 이용하고 있으며, 전력 공급을 위한 디젤 발전기와 더불어 연료의 절감, 소음과 공해의 저감 등을 목적으로 태양광이나 풍력, 에너지 저장장치 등의 신재생 에너지(신재생 발전원)를 결합하여 전력을 공급하는 경우가 많은데, 이러한 방식을 소위 하이브리드 전원공급 시스템 혹은 독립형 마이크로그리드 라고 한다.

상기의 독립형 마이크로그리드는 예를 들면 디젤 발전기에 풍력 발전기, 태양광 발전기, 에너지 저장장치(ESS) 등이 추가되는 형태로 구성된다.

이러한 독립형 마이크로그리드에서 에너지 저장장치는 크게 두 가지의 역할을 담당하게 되는데, 하나는 부하나 디젤 발전기의 용량에 비해 높게 도입된 신재생발전원이 있을 경우에 발생할 수 있는 시스템의 불안정성을 해소하기 위해 안정도를 개선하는 것이고, 다른 하나는 신재생발전원의 출력 시점과 부하의 사용 시점의 시간차를 극복하기 위해 에너지를 저장하는 것이다.

특히, 후자의 경우 낮 시간대의 경부하 조건에서 태양광발전량이 많을 경우 이를 충전했다가 야간시간대에 방전운전을 함으로써 디젤발전기의 운전을 정지시키거나 혹은 부하를 경감시킬 수 있어 연료비 절감 등의 장점을 도모할 수 있다.

그런데, 이와 같은 독립형 마이크로그리드가 교류로 공급되고 드룹(DROOP) 제어를 적용한 ESS와 디젤발전기로 운용할 때, 부하의 변동에 따른 계통 주파수 변화에 대응하는 반응 속도에 있어 느린 응답의 디젤 발전기와 빠른 응답의 ESS 간 차이로 인해 계통 전력의 오실레이션(oscillation)이 발생하는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허 제10-2017-0000238호

본 발명은 도서 지방 같은 독립된 마이크로그리드에서의 드룹(DROOP) 제어 시, 엔진 발전기의 느린 응답과 ESS의 빠른 응답 간 차이에 기인한 계통 전력의 오실레이션(oscillation)을 방지할 수 있는 ESS 출력 제어 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 독립된 마이크로그리드에서의 계통 주파수를 안정화시킬 수 있는 ESS 출력 제어 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 ESS 출력 제어 방법은, 계통의 주파수 변동 폭에 따라 ESS의 출력을 DROOP 제어하는 ESS 출력 제어 방법에 있어서, 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계; 주파수 변동 폭이 소정의 제1 기준값을 넘는 것으로 판단되면, 소정의 단위 조정 시간 동안 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 보정 폭을 예측하는 단계; 상기 예측된 주파수 보정 폭이 소정의 제2 기준값을 넘지 않으면, 디폴트로 설정된 DROOP 제어 알고리즘에 따라 계통의 주파수에 의해 결정되는 출력값으로 상기 ESS의 출력을 제어하는 단계; 및 상기 예측된 주파수 보정 폭이 상기 제2 기준값을 넘으면, 상기 단위 조정 시간 동안 ESS의 출력을 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 디폴트 DROOP 제어 알고리즘에 따라 ESS의 출력을 제어하는 단계 이후, 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계; 주파수 변동 폭이 상기 제1 기준값을 넘는 것으로 판단되면, 상기 단위 조정 시간 동안 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 보정 폭을 산출하는 단계; 상기 산출된 주파수 보정 폭이 소정의 제3 기준값을 넘지 않으면, 디폴트로 설정된 DROOP 제어 알고리즘에 따라 계통의 주파수에 의해 결정되는 출력값으로 상기 ESS의 출력을 제어하는 단계; 및 상기 산출된 보정 폭이 상기 제3 기준값을 넘으면, 다음 단위 조정 시간 동안 ESS의 출력을 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 ESS의 출력을 고정하는 단계 이후, 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계; 주파수 변동 폭이 상기 제1 기준값을 넘는 것으로 판단되면, 상기 단위 조정 시간 동안 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 변동 폭을 산출하는 단계; 상기 산출된 변동 폭이 소정의 제3 기준값을 넘지 않으면, 디폴트로 설정된 DROOP 제어 알고리즘에 따라 계통의 주파수에 의해 결정되는 출력값으로 상기 ESS의 출력을 제어하는 단계; 및 상기 산출된 변동 폭이 상기 제3 기준값을 넘으면, 다음 단위 조정 시간 동안 ESS의 출력을 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 산출된 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 변동 폭을 저장하는 단계를 더 포함하고, 상기 엔진 발전기 제어에 의한 주파수 변동 폭을 예측하는 단계에서는, 이전 DROOP 제어 과정 수행에 따라 상기 주파수 변동 폭을 저장하는 단계에서 저장된 주파수 변동 폭에 따라 예측할 수 있다.

여기서, 상기 제2 기준값은 상기 제1 기준값을 넘는 것으로 모니터링된 시점의 계통의 주파수 변동 폭 및 상기 시점의 계통의 전력에 따라 결정될 수 있다.

여기서, 상기 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계에서는, 상기 계통 주파수의 변화 기울기로 소정 시간 후의 주파수 변동 폭을 미리 판단할 수 있다.

여기서, 상기 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계가 수행되는 주기와 상기 단위 조정 시간이 동일할 수 있다.

여기서, 상기 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계가 수행되는 주기는 상기 단위 조정 시간의 정수 배일 수 있다.

여기서, 상기 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계는, 모니터링 초기의 기울기 측정 시간 동안 계통의 주파수 값의 기울기를 체크하는 단계; 모니터링 주기의 종점에서의 계통 주파수를 산출하고 이에 대한 주파수 변동 폭을 예측하는 단계; 및 상기 예측된 주파수 변동 폭이 상기 제1 기준값 보다 작으면 모니터링 주기에 따른 다음 모니터링 시점까지 대기하는 단계를 포함할 수 있다.

상술한 구성의 본 발명에 따른 ESS 출력 제어 방법을 실시하면, 도서 지방 같은 독립된 마이크로그리드의 계통 주파수를 안정화시킬 수 있는 이점이 있다.

또는, 본 발명은 독립된 마이크로그리드에 포함된 엔진 발전기의 DROOP 제어의 느린 응답 및 관성에 기인한 계통 전력의 오실레이션(oscillation)을 효과적으로 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 사상에 따른 ESS 출력 제어 방법을 실시할 수 있는 전력 공급 시스템을 도시한 블록도.
도 2a는 일반적인 디젤 발전기의 드룹(DROOP) 제어 양상을 도시한 그래프.
도 2b는 일반적인 ESS의 DROOP 제어 양상을 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DROOP 제어를 수행하는 ESS 출력 제어 방법을 도시한 흐름도.
도 4는 도 3의 S100 단계를 보다 구체적으로 도시한 흐름도.
도 5는 본 발명의 사상에 따른 ESS의 DROOP 제어 양상을 도시한 그래프.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 사상에 따른 ESS 출력 제어 방법을 실시할 수 있는 전력 공급 시스템을 도시한다.

도시한 전력 공급 시스템은, 도서 지방과 같이 국가의 중앙 송배전 체계에 직접 연결되지 않고, 독립적인 전력 공급 체계를 갖춰야 하는 사이트에서 실시될 수 있다. 도시한 전력 공급 시스템은 독립적인 계통을 형성하고, 부하(8, 9)의 변동이 자주 발생하는 반면, 풍력 발전기(4)나 태양광 발전 장치(5)와 같이 발전량의 변화가 심하고 예측할 수 없는 신재생 발전 장비에 의한 발전 비율이 높다.

도시한 전력 공급 시스템은 상술한 부하(8, 9) 및 발전의 변동을 대비하여 안정적인 계통 전력 공급을 위해 ESS(3)를 구비하며, 계통 주파수를 표준 주파수(60Hz)로 유지시키기 위해 표준 주파수로 발전하는 엔진 발전기로서 디젤 발전기(2)를 구비한다.

그런데, 계통의 교류 주파수는 엔진 발전기인 디젤 발전기(2)에 의존하게 되는데, 도 2a에 도시한 바와 같이, 일반적으로 디젤 발전기는 차단기(CB)만 구비할 뿐 별도의 PCS가 연결되지 않고 계통과 직접 연결되며, 디젤 발전기를 위한 제어 장치는 계통의 주파수가 높아지면 연료량을 감소시키고, 계통 주파수가 낮아지면 연료량을 증가시키는 방식의 드룹(DROOP) 제어를 수행한다.

한편, ESS(3)도 계통 주파수를 안정시키기 위한 드룹(DROOP) 제어를 수행하는데, 일반적인 ESS(3)의 DROOP 제어는 도 2b에 도시한 바와 같이, 표준 주파수(60Hz)에서 소정의 +/- 대역폭 내에 계통 주파수가 위치하는 경우에는 계통에 대한 전력 제어를 수행하지 않는다. 그러나, 상기 대역폭을 초과하여 주파수가 증가하면 주파수 증가량에 반비례하는 정도로 계통에의 전력 공급을 낮추며(ESS에서 전력 공급이 0이거나 충전인 경우, 전력을 그 만큼 더 충전함), 상기 대역폭의 미만으로 주파수가 감소하면 주파수 감소량에 반비례하는 정도로 계통에의 전력 공급을 늘려주는 것이다.

그런데, 이때 디젤 발전기(2)의 DROOP 제어의 반응 속도와, 별도의 PCS(PCS1)를 구비하는 ESS(3)의 DROOP 제어의 반응 속도가 차이가 커서, 경우에 따라 양자(2, 3)의 DROOP 제어에 의한 오실레이션(oscillation)이 발생될 수 있다.

도 3은 상술한 oscillation을 방지하기 위해 본 발명의 사상에 따른 DROOP 제어를 수행하는 ESS 출력 제어 방법의 일 실시예를 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 S100 단계를 보다 구체적으로 도시한 것이다.

도시한 ESS 출력 제어 방법은, 기본적으로 계통의 주파수 변동 폭에 따라 ESS의 출력을 DROOP 제어한다.

도시한 ESS 출력 제어 방법은, 계통의 주파수 변동 폭을 주기적으로 모니터링하는 단계(S100); 주파수 변동 폭이 소정의 제1 기준값을 넘는 것으로 판단되면(S140), 소정의 단위 조정 시간 동안 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 보정 폭을 예측하는 단계(S120); 상기 예측된 주파수 보정 폭이 소정의 제2 기준값을 넘지 않으면(S140), 디폴트로 설정된 DROOP 제어 알고리즘에 따라 계통의 주파수에 의해 결정되는 출력값으로 상기 ESS의 출력을 제어하는 단계(S160); 및 상기 예측된 주파수 보정 폭이 상기 제2 기준값을 넘으면, 상기 단위 조정 시간 동안 ESS의 출력을 고정하는 단계(S170)를 포함한다.

여기서, 주파수 변동은 계통에 연결된 부하의 증감이나 발전기 사고에 의한 계통 주파수의 변화를 의미하고, 주파수 보정은 상기 주파수 변동에 대응하여 상기 주파수 변동을 완화시키기 위한 엔진 발전기나 ESS의 계통 전력 공급량 변동에 따른 계통 주파수 변화를 의미한다.

여기서, 제1 기준값은 계통 전력의 주파수에 변동을 줄 정도로 큰 부하의 증감 여부를 판단하기 위한 것이며, 제2 기준값은 계통 전력의 주파수 변동에 따라 일반적인 DROOP 제어를 수행하는 엔진 발전기에 의해 야기되는 계통 주파수 변동분(즉, 보정분)을 판단하기 위한 것이다.

여기서, S140 단계 및 S160/S170 단계는 다음의 단위 조정 시간에 반복되게 되며, 반복되는 경우에는 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 보정 폭을 예측하지 않고, 직전의 단위 조정 시간에 측정된 값을 이용해 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 보정 폭을 실측한 값으로 적용한다(S190). 상기 반복 과정은 계통의 주파수 변동 폭이 P-Constant Band가 적용된 DROOP 제어를 수행하지 않는 안정 대역에 진입할 때까지 수행된다.

한편, 상기 반복 과정 중 디폴트 DROOP 제어 알고리즘에 따라 ESS의 출력을 제어하는 단계(S160) 이후의 과정은, 상기 단위 조정 시간이 경과 후(S180), 주파수 변동 폭이 상기 제1 기준값을 넘는 것으로 판단되면 상기 단위 조정 시간 동안 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 보정 폭을 산출하는 단계(S190); 상기 산출된 주파수 보정 폭이 소정의 제3 기준값을 넘지 않으면, 디폴트로 설정된 DROOP 제어 알고리즘에 따라 계통의 주파수에 의해 결정되는 출력값으로 상기 ESS의 출력을 제어하는 단계(S160으로 복귀); 및 상기 산출된 보정 폭이 상기 제3 기준값을 넘으면, 다음 단위 조정 시간 동안 ESS의 출력을 고정하는 단계(S170으로 이동)로 구현될 수 있다.

유사하게, 상기 반복 과정 중 상기 ESS의 출력을 고정하는 단계(S170) 이후의 과정은, 상기 단위 조정 시간이 경과 후(S180), 주파수 변동 폭이 상기 제1 기준값을 넘는 것으로 판단되면, 상기 단위 조정 시간 동안 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 보정 폭을 산출하는 단계(S190); 상기 산출된 변동 폭이 소정의 제3 기준값을 넘지 않으면, 디폴트로 설정된 DROOP 제어 알고리즘에 따라 계통의 주파수에 의해 결정되는 출력값으로 상기 ESS의 출력을 제어하는 단계(S160으로 이동); 및 상기 산출된 변동 폭이 상기 제3 기준값을 넘으면, 다음 단위 조정 시간 동안 ESS의 출력을 고정하는 단계(S170으로 복귀)로 구현될 수 있다.

구현에 따라, 상기 제3 기준값은 제2 기준값과 다소 다른 방식으로 결정되거나, 또는 서로 동일한 방식으로 결정될 수 있다.

한편, 상기 S190 단계에서 산출된 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 보정 폭은, 해당 P-Constant Band 적용 상황이 종료된 이후, 다음번 P-Constant Band 적용 상황이 발생하였을 때 상기 S120 단계에서 엔진 발전기 제어에 의한 주파수 변동 폭을 예측하는데 근거 데이터가 될 수 있도록, 별도의 저장 수단(예: 플래시 메모리)에 저장할 수 있다. 이를 위해 도면의 상기 S190 단계 이후, 상기 산출된 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 변동 폭을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 다음번 P-Constant Band 적용 상황이 발생하였을 때의 상기 엔진 발전기 제어에 의한 주파수 변동 폭을 예측하는 단계(S120)는, 이전의 DROOP 제어 과정 수행에 따라 상기 주파수 변동 폭을 저장하는 단계에서 저장된 주파수 변동 폭 값을 적용하여(예: 여러 개의 이전 DROOP 제어 시점들에 각각 측정된 주파수 변동 폭들의 평균값), 주파수 변동 폭을 예측할 수 있다.

상기 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계(S100)는 소정 시간 간격에 맞춰 주기적으로 수행되는 것이 유리하다. 이는 P-Constant Band 적용이 필요하지 않는 안정 대역에 계통 주파수가 머물러 있는 일상적인 경우, 너무 빈번하게 주파수 변동 폭을 예측/실측하는 것은 시스템 자원의 불필요한 낭비가 될 수 있기 때문이다. 예컨대, 일반적인 도서 지방의 신재생 발전 및 엔진 발전이 통합된 발전 시스템의 경우 1초의 간격으로 수행될 수 있다.

상기 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계(S100)에서 계통 주파수 변동 폭을 판단하는 방법으로는, 계통의 주파수를 실측한 값에 의한 실제 주파수 변동 폭에 대하여 판단하거나, 또는 소정 시간 후의 예측된 주파수에 대한 변동 폭에 대해 판단할 수 있다.

전자의 경우 실측값이므로 매우 정확한 주파수 변동 폭을 판단하는 장점이 있으나, 실측한 시점에 대하여 발전량 조정을 수행하는 것이 계통의 주파수 안정에 즉각적이지 못하는 단점이 있다. 더욱이, DROOP 제어에 따른 응답이 느린 디젤 발전기에 대한 제어의 경우 대부분 예측된 주파수에 대한 변동 폭으로 P-Constant Band가 적용된 DROOP 제어를 수행하는 것을 감안하면 전체 발전 시스템과의 협응성 면에서도 부정적인 단점이 있다.

후자의 경우, 계통의 주파수 안정에 보다 즉각적일 수 있는 이점이 있으며, 예측하는 방안으로서 상기 계통 주파수의 변화 기울기로 소정 시간 후의 주파수 변동 폭을 미리 판단할 수 있다. 즉, 모니터링 초기의 비교적 짧은 기울기 측정 시간 동안(예: 모니터링 주기가 1초일 때, 모니터링 초기의 0.05초 동안)의 계통 주파수 값의 기울기를 나머지 모니터링 주기에 적용하여, 모니터링 주기의 종점에서의 계통 주파수 값을 예측할 수 있으며, 상기 예측된 종점에서의 계통 주파수 값으로 주파수 변동 폭을 판단한다.

도 4는 후자의 경우에 있어서 상기 S100 단계를 보다 구체화한 것이다. 도시한 바와 같이, 상기 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계(S100)는, 모니터링 초기의 비교적 짧은 기울기 측정 시간 동안 계통의 주파수 값의 기울기를 체크하는 단계(S101); 모니터링 주기의 종점에서의 계통 주파수를 산출하고 이에 대한 주파수 변동 폭을 예측하는 단계(S102); 및 상기 예측된 주파수 변동 폭이 상기 제1 기준값 보다 작으면 모니터링 주기에 따른 다음 모니터링 시점까지 대기하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.

구현에 따라, 상기 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계(S100)가 수행되는 주기와 상기 단위 조정 시간이 동일할 수도 있고, 또는 상기 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계가 수행되는 주기를 상기 단위 조정 시간의 정수 배로 설정할 수 있다.

한편, 전자의 경우 DROOP 제어의 정밀도가 낮은 반면 프로세스가 보다 단순하여 구현이 용이하고 하드웨어 부담이 적은 이점이 있고, 후자의 경우 구현이 보다 복잡하고 하드웨어 부담이 다소 존재하지만 DROOP 제어의 정밀도가 높은 이점이 있다.

그러나, 전자의 경우나 후자의 경우 모두에 있어서 상기 단위 조정 시간은, 계통에 연결된 엔진 발전기가 자체적으로 수행하는 DROOP 제어의 주기와 유사한 것이 보다 유리하다.

또한, 구현에 따라서는 상기 제2 기준값은 고정되지 않고, 다양한 상황에 따라 다른 값을 가지는 것이 유리하다.

예컨대, 상기 제2 기준값은, DROOP 제어가 필요한 계통 주파수의 큰 변동이 발생된 경우의 주파수 변동 폭에 따라 다른 값을 가질 수 있다. 이는 상기 주파수 변동 폭에 따라 엔진 발전기의 출력 반응 속도가 다를 뿐 아니라, 계통의 장기적 안정을 위해 엔진 발전기가 부담할 비율이 달라질 수 있기 때문이다.

만약, 큰 부하 증가에 따른 큰 주파수 변동에 대하여 ESS로 즉각 대응하는 것은 계통 주파수 안정에 기여는 하지만, ESS의 배터리 사용기간은 크게 단축하게 된다. 따라서, 계통 주파수 변동 폭이 클수록 상기 제2 기준값은 커지는 경향을 나타내는 것이 일반적이며, 이상과 같이 DROOP 제어를 유도하는 계통의 주파수 변동 폭이 클수록 상기 제2 기준값이 큰 값을 가지는 양상을 나타낸 것이 도 5 이다. 도 5에서, 상기 제2 기준값은 DROOP 제어 그래프에서 P-constant band 로서 부여된다.

구현에 따라서는, DROOP 제어가 필요한 계통 주파수의 큰 변동이 같은 절대값의 (+)인 경우와 (-)인 경우의 상기 제2 기준값들은 그 절대값이 서로 다르게 설정될 수 있다. 이는, 일반적으로 엔진 발전기는 연료 주입량을 증가시켜 출력을 늘리는 경우의 출력 응답 속도 보다, 연료 주입량을 감소시켜 출력을 줄이는 경우의 출력 응답 속도가 약간 빠른 것을 감안한 것이다.

또한, 상기 제2 기준값은 DROOP 제어가 필요한 계통 주파수의 큰 변동이 발생된 시점에서의 실측 또는 예측된 계통의 주파수 변동 폭과, 계통 전력에 따라 다른 값으로 결정될 수 있다.

또한, 엔진 발전기가 정전력 출력이었던 경우(즉, 본 발명의 사상에 따른 DROOP 초기)와, 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 높이고 있었던 경우, 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 낮추고 있었던 경우에 따라서, 상기 제2 기준값을 결정하는 수식이나 테이블을 서로 다르게 구성할 수 있다.

또한, 엔진 발전기가 정전력 출력이었던 경우(즉, 본 발명의 사상에 따른 DROOP 초기)와, 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 조정하고 있는 방향과 같은 방향으로 제어가 예상되는 경우, 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 조정하고 있는 방향과 다른 방향으로 제어가 예상되는 경우에 따라, 상기 제2 기준값을 결정하는 수식이나 테이블을 서로 다르게 구성할 수 있다.

또한, 예컨대 엔진 발전기가 정전력 출력이었던 경우(즉, 본 발명의 사상에 따른 DROOP 초기)와, 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 높이고 있었는데 계속 높이는 것이 예상되는 경우, 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 높이고 있었는데 반대로 낮추는 것이 예상되는 경우, 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 낮추고 있었는데 계속 낮추는 것이 예상되는 경우, 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 낮추고 있었는데 반대로 높이는 것이 예상되는 경우에 따라서, 상기 제2 기준값을 결정하는 수식이나 테이블을 서로 다르게 구성할 수 있다.

이상과 같이, 상기 제2 기준값을 결정하는 파라미터로는 계통의 주파수 변동 폭, 계통의 전력, 엔진 발전기의 상태를 적용할 수 있으며, 또한 상기 제2 기준값을 결정하는 방안으로서, 상기 파라미터들로 이루어진 수식으로 결정하거나, 상기 파라미터들이 참조값인 테이블을 검색하여 검색된 값으로 결정할 수 있다.

상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

2 : 디젤(엔진) 발전기 3 : ESS
4 : 풍력 발전기 5 : 태양광 발전기
8, 9 : 부하

Claims

계통의 주파수 변동 폭에 따라 ESS의 출력을 DROOP 제어하는 ESS 출력 제어 방법에 있어서,
계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계;
주파수 변동 폭이 소정의 제1 기준값을 넘는 것으로 판단되면, 소정의 단위 조정 시간 동안 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 보정 폭을 예측하는 단계;
상기 예측된 주파수 보정 폭이 소정의 제2 기준값을 넘지 않으면, 디폴트로 설정된 DROOP 제어 알고리즘에 따라 계통의 주파수에 의해 결정되는 출력값으로 상기 ESS의 출력을 제어하는 단계; 및
상기 예측된 주파수 보정 폭이 상기 제2 기준값을 넘으면, 상기 단위 조정 시간 동안 ESS의 출력을 고정하는 단계
를 포함하고,
상기 제2 기준값은, 상기 제1 기준값을 넘는 것으로 모니터링된 시점의 계통의 주파수 변동 폭 및 상기 시점의 계통 전력에 따라 결정되고,
상기 제2 기준값은, DROOP 제어가 필요한 계통 주파수의 큰 변동이 같은 절대값의 (+)인 경우와 (-)인 경우에 대해 그 절대값이 서로 다르게 설정되고,
상기 제2 기준값은, 상기 시점의 계통 전력에 따라 다르게 설정되고,
상기 제2 기준값은, 엔진 발전기가 정전력 출력이었던 경우와, 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 높이고 있었던 경우나 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 낮추고 있었던 경우에 따라 서로 다르게 설정되고,
상기 제2 기준값은, 엔진 발전기가 정전력 출력이었던 경우와, 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 조정하고 있는 방향과 같은 방향으로 제어가 예상되는 경우나 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 조정하고 있는 방향과 다른 방향으로 제어가 예상되는 경우에 따라 서로 다르게 설정되고,
상기 제2 기준값은, 엔진 발전기가 정전력 출력이었던 경우와, 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 높이고 있었는데 계속 높이는 것이 예상되는 경우, 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 높이고 있었는데 반대로 낮추는 것이 예상되는 경우, 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 낮추고 있었는데 계속 낮추는 것이 예상되는 경우, 또는 엔진 발전기가 DROOP 제어로 전력 출력을 낮추고 있었는데 반대로 높이는 것이 예상되는 경우에 따라 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 ESS 출력 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 디폴트 DROOP 제어 알고리즘에 따라 ESS의 출력을 제어하는 단계 이후, 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계;
상기 주파수 변동 폭이 상기 제1 기준값을 넘는 것으로 판단되면, 상기 단위 조정 시간 동안 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 보정 폭을 산출하는 단계;
상기 산출된 주파수 보정 폭이 소정의 제3 기준값을 넘지 않으면, 디폴트로 설정된 DROOP 제어 알고리즘에 따라 계통의 주파수에 의해 결정되는 출력값으로 상기 ESS의 출력을 제어하는 단계; 및
상기 산출된 보정 폭이 상기 제3 기준값을 넘으면, 다음 단위 조정 시간 동안 ESS의 출력을 고정하는 단계
를 더 포함하는 ESS 출력 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 ESS의 출력을 고정하는 단계 이후, 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계;
상기 주파수 변동 폭이 상기 제1 기준값을 넘는 것으로 판단되면, 상기 단위 조정 시간 동안 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 변동 폭을 산출하는 단계;
상기 산출된 변동 폭이 소정의 제3 기준값을 넘지 않으면, 디폴트로 설정된 DROOP 제어 알고리즘에 따라 계통의 주파수에 의해 결정되는 출력값으로 상기 ESS의 출력을 제어하는 단계; 및
상기 산출된 변동 폭이 상기 제3 기준값을 넘으면, 다음 단위 조정 시간 동안 ESS의 출력을 고정하는 단계
를 더 포함하는 ESS 출력 제어 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 산출된 엔진 발전기의 조정에 의한 주파수 변동 폭을 저장하는 단계를 더 포함하고,
상기 엔진 발전기 제어에 의한 주파수 변동 폭을 예측하는 단계에서는,
이전의 DROOP 제어 과정 수행에 따라 상기 주파수 변동 폭을 저장하는 단계에서 저장된 주파수 변동 폭에 따라 예측하는 것을 특징으로 하는 ESS 출력 제어 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계에서는,
상기 계통 주파수의 변화 기울기로 소정 시간 후의 주파수 변동 폭을 미리 판단하는 것을 특징으로 하는 ESS 출력 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계가 수행되는 주기와 상기 단위 조정 시간이 동일한 것을 특징으로 하는 ESS 출력 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계가 수행되는 주기는, 상기 단위 조정 시간의 정수 배인 것을 특징으로 하는 ESS 출력 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 계통의 주파수 변동 폭을 모니터링하는 단계는,
모니터링 초기의 기울기 측정 시간 동안 계통의 주파수 값의 기울기를 체크하는 단계;
모니터링 주기의 종점에서의 계통 주파수를 산출하고 이에 대한 주파수 변동 폭을 예측하는 단계; 및
상기 예측된 주파수 변동 폭이 상기 제1 기준값 보다 작으면 모니터링 주기에 따른 다음 모니터링 시점까지 대기하는 단계
를 포함하는 ESS 출력 제어 방법.