KR102070897B1 - 전기차 충전기 계통 연계 단말장치 및 계통 연계 방법 - Google Patents

전기차 충전기 계통 연계 단말장치 및 계통 연계 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면 전기차 충전기 평균 사용전력, 현재 부하 피상전력 및 역률 데이터를 계측하여 전달하는 계측부; 기 설정된 변압기 이용률을 추종하도록 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출하고, 상기 충전기 추가 가능 출력 마진값과 상기 전기차 충전기 평균 사용전력을 이용하여 충전기 입력값을 산출하는 연산부; 및 상기 충전기 입력값에 따라 상기 충전기 동작을 제어하는 지령부를 포함하는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치를 제공한다.

Description

전기차 충전기 계통 연계 단말장치 및 계통 연계 방법{GRID CONNECTED TERMINAL DEVICE FOR ELECTRIC CAR CHARGER AND GRID CONNECTION METHOD}
본 발명의 일실시예는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치 및 계통 연계 방법에 관한 것이다.
최근 들어 환경 유해 가스 저감을 위한 노력의 일환으로 종래의 화석 연료 자동차를 대신할 친환경 자동차에 대한 관심이 높아지고 있다. 친환경 자동차의 하나인 전기 자동차는 차량 내부에 전기를 충전할 수 있는 배터리가 구비되고, 배터리에 충전된 전기의 힘으로 차량 모터를 구동하여 운행하는 자동차이다.
종래의 화석 연료 자동차가 주유소 등과 같은 시설에서 연료를 주입하는 것과 마찬가지로 전기 자동차 역시 전기 충전 스테이션(예컨대, 충전기)에서 배터리에 전기를 충전하여 운행한다. 이러한 충전 스테이션은 전국에 걸쳐 설치되며, 운영시스템에 의해 모니터링 된다.
전기자동차가 기존의 내여기관 자동차와의 가장 큰 차별점은 전기로 구동되며 충전 등을 목적으로 전력계통에 연계된다는 것이다. 현재 운영 중인 전기차들이 전력계통에 미치는 영향은 증가하는 추세이며, 향후 석유가격의 상승과 배터리 가격의 인하, 정부 정책과 맞물려 전기차의 보급이 크게 증가될 경우 전력설비 과부하 및 전력품질 저하와 같은 문제를 초래할 수 있다.
특히, 전기차 충전부하가 집중되는 도심지역과 일반 수용가의 전력수요가 급증하는 시간대의 전기차 충전은 배전계통의 선로과부하 문제와 전압강하문제를 야기 할 수 있다. 전기차의 충전부하는 지역적(도심/부도심/시골) 및 시간적(주간/야간)으로 불균형하게 분포되는 특성으로 전기차 충전에 의한 선로의 허용전력 초과 및 전압강하 문제에 대한 예상 및 대응에 어려움이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전기차 배전 전력계통상황에 따라 전기차 충전기 및 충전스테이션(다수 충전기 집합장소)의 전기차 충전량을 제어하여 전력계통의 안정성을 확보할 수 있는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치 및 계통 연계 방법을 제공하는데 있다.
또한, 전기차의 충전량을 전력계통상황에 따라 원격에서 제어 할 수 있는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치 및 계통 연계 방법을 제공하는데 있다.
또한, 전기차 충전기의 충전량 제어 알고리즘과 저압배전계통의 전압·전류 등을 감시할 수 있는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치 및 계통 연계 방법을 제공하는데 있다.
또한, 배전지능화 주장치와 연계하여 충전량 조정제어를 수행할 수 있는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치 및 계통 연계 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 전기차 충전기 평균 사용전력, 현재 부하 피상전력 및 역률 데이터를 계측하여 전달하는 계측부; 기 설정된 변압기 이용률을 추종하도록 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출하고, 상기 충전기 추가 가능 출력 마진값과 상기 전기차 충전기 평균 사용전력을 이용하여 충전기 입력값을 산출하는 연산부; 및 상기 충전기 입력값에 따라 상기 충전기 동작을 제어하는 지령부를 포함하는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기차 충전기 평균 사용전력, 현재 부하 피상전력 및 역률 데이터를 계측하여 전달하는 계측부; 상기 전기차 충전기로 인입되는 배전선과 연계되어 있는 연계선로 변압기에 설치된 단말장치로부터 변압기 여유용량 데이터를 수신하는 통신부; 기 설정된 변압기 이용률을 추종하도록 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출하는 연산부; 및 상기 충전기 추가 가능 출력 마진값이 양수인 경우, 상기 충전기 추가 가능 출력 마진값보다 큰 변압기 여유용량 값을 가지는 변압기를 탐색하고, 탐색된 변압기에 설치된 단말장치로 개폐기 투입명령을 출력하는 지령부를 포함하는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기차 충전기 평균 사용전력, 현재 부하 피상전력 및 역률 데이터를 계측하는 단계; 기 설정된 변압기 이용률을 추종하도록 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출하는 단계; 상기 충전기 추가 가능 출력 마진값과 상기 전기차 충전기 평균 사용전력을 이용하여 충전기 입력값을 산출하는 단계; 및 상기 충전기 입력값에 따라 상기 충전기 동작을 제어하는 단계를 포함하는 전기차 충전기 계통 연계 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기차 충전기 평균 사용전력, 현재 부하 피상전력 및 역률 데이터를 계측하는 단계; 상기 전기차 충전기로 인입되는 배전선과 연계되어 있는 연계선로 변압기에 설치된 단말장치로부터 변압기 여유용량 데이터를 수신하는 단계; 기 설정된 변압기 이용률을 추종하도록 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출하는 단계; 상기 충전기 추가 가능 출력 마진값이 양수인 경우, 상기 충전기 추가 가능 출력 마진값보다 큰 변압기 여유용량 값을 가지는 변압기를 탐색하는 단계; 및 탐색된 변압기에 설치된 단말장치로 개폐기 투입명령을 출력하는 단계를 포함하는 전기차 충전기 계통 연계 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 전기차 충전기 계통 연계 단말장치 및 계통 연계 방법은 전기차 충전기와 연계되는 저압배전계통 개소의 고장전류, 전류, 전압 등을 실시간으로 감시하여 전압강하, 선로 과부하, 고장 등의 배전계통 이상유무를 확인할 수 있다.
또한, 전기차 충전으로 인한 문제 발생 시 배전사령원의 원격지시로 충전량을 조정하여 배전계통의 안정화를 수행할 수 있다.
또한, 충전기와 계통연계 단말장치의 상호 통신을 통해 대규모 전기차 충전소의 충전량과 전력수요예측을 통해 배전계통의 발생될 문제점을 사전에 발견하여 예방할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전기 계통의 개념도이고,
도2는 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전기 계통 연계 단말장치의 구성 블록도이고,
도3 및 도4는 본 발명의 실시예에 따른 연산부의 동작을 설명하기 위한 도면이고,
도5는 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전기 계통 연계 단말장치의 구성 블록도이고,
도6은 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전기 계통 연계 방법의 순서도이고,
도7은 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전기 계통 연계 방법의 순서도이다.
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.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전기 계통의 개념도이다. 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전기 계통은 충전기(1), 전기차 운영 시스템(2), 주장치(3), 단말장치(10) 및 배전 지능화 센터(4)를 포함하여 구성될 수 있다.
충전기(1)는 저압배전계통을 통하여 전기차를 충전할 수 있다. 충전기(1)는 급속 충전기, 완속 충전기, 충전 스테이션 등을 포함하여 구성될 수 있다.
충전기(1)는 과금 및 충전량, 충전기 상태정보를 인터넷망을 이용하여 전기차 운영 시스템(2)으로 전송할 수 있다.
주장치(3)는 충전기(1)와 연계되어 개소에 시설되어 있는 다양한 전력설비의 상태 정보를 타 주장치 및 단말장치(10)에 전송하여 고장 복구를 수행할 수 있다. 주장치(3)는 전계통 실시간 감시를 통해 전압강하 및 선로 과부하 등을 감지하고 안정적인 전력 공급을 수행할 수 있다. 주장치(3)는 저압 배전 선로 계통과 연계되어 있는 충전기(3)에 문제 발생시 원격 제어를 수행하여 계통을 보호할 수 있다. 주장치(3)는 충전기(1)의 충전량을 조절하고 전력 수요 예측을 통하여 배전 계통에서 발생하는 문제점을 예방할 수 있다. 주장치(3)는 단말장치(10)로부터 계통 정보를 수신하고, 이를 이용하여 전기차 충전량 조정 개소 및 절차 개시를 수행할 수 있다. 주장치(3)는 배전계통 문제 발생 유형과 위치를 분석하여 전기충전량 제어를 수행할 수 있다.
주장치(3)는 충전기(1)의 단락, 지락사고, 과부하시의 고장전류 및 과부하 전류의 크기를 단말장치(10)로부터 취득하여 기준값과 비교하여 고장을 감지하는 기능을 탑재한다. 주장치(3)는 배전선로에 고장전류가 흐르는 경우에는 차단기를 투입하여 개로함으로써 고장의 파급을 최소화 할 수 있다. 주장치(3)는 전기차 충전기의 입력전압이 허용치인 충전기 정격전압 이하로 내려가면 기 설정되는 기준값과 비교하여 이상을 감지할 수 있다. 주장치(3)는 이상을 감지한 경우 배전 지능화 시스템과 연동하여 배전 지능화 센터(4)에서 이상 여부와 이상 지점을 확인할 수 있다.
단말장치(10)는 충전기(1)와 연계되는 개소의 고압 배전선로에 설치되어 있는 다양한 개폐장치 및 배전설비 내에 설치될 수 있다. 단말장치(10)는 전기차 운영 시스템(2) 및 충전기(1)와 연계되는 개소의 고압 배전선로 상태변화를 실시간으로 감시하고 전압, 전류 등의 정보를 계측 처리할 수 있다. 단말장치(10)는 배전 선로의 고장 및 과부하 해소 등의 고장처리기능과 여러 현장정보들을 감시·계측하여 주장치(3)와 통신하는 기능을 수행할 수 있다. 단말장치(10)는 충전기(1)의 충·방전 상태를 감시하고 충전부하 원격제어를 위한 모니터링 기능을 수행할 수 있다. 단말장치(10)는 전기차 충전소 및 충전기의 운영정보를 원격 감시하는 기능을 수행할 수 있다. 단말장치(10)는 고압 배전 선로와의 연계시 전력수요 정보연동 기능을 수행하여 저압 상별 계측값, 통신, 고장전류 감지, 과부하, 불평형 감시, 고장 발생시 고장 유형 및 발생개소 배전센터에 전송할 수 있다. 단말장치(10)는 전기차 충전부하 급증으로 인한 배전계통 전압 강하 및 선로 과부하 발생시 발생 정보를 배전 지능화 센터(4)에 전송할 수 있다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전기 계통 연계 단말장치의 구성 블록도이다.
도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전기 계통 연계 단말장치(10)는 계측부(11), 연산부(12), 지령부(13), 제어부(14) 및 통신부(15)를 포함하여 구성될 수 있다.
계측부(11)는 전기차 충전기 평균 사용전력, 현재 부하 피상전력 및 역률 데이터를 계측하여 전달할 수 있다. 계측부(11)는 충전기 또는 충전소로 인입되는 배전 선로에 설치되는 변류기(CT) 및 변성기(PT)를 포함할 수 있다. 계측부(11)는 전기차 충전기 평균 사용전력, 현재 부하 피상전력 및 역률 데이터의 샘플링 데이터를 계측하여 연산부(12)로 전달할 수 있다.
연산부(12)는 기 설정된 변압기 이용률을 추종하도록 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출하고, 충전기 추가 가능 출력 마진값과 전기차 충전기 평균 사용전력을 이용하여 충전기 입력값을 산출할 수 있다.
연산부(12)는 하기 수학식 1에 따라 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출할 수 있다.
Figure 112018048409222-pat00001
수학식 1에서, P2margin[kW]은 충전기 추가 가능 출력 마진값이고, Patr변압기 3상의 용량[KVA]이고, ε은 변압기 이용률[%]이고, P1a는 현재 부하 피상전력[kVA]이고, cosθ는 변압기 2차측 부하의 역률(0<cosθ<1)이고, sinθ는 변압기 2차측 부하의 무효율 (0<sinθ<1)이고, Pnow는 현재 전기차 충전기 입력전력의 1분 평균값[kW]이고, Prate, charger는 충전기 정격출력[kW]이다.
변압기 3상의 용량은 변압기의 종류에 따라 달라지는 설정값이고, ε값은 변압기 이용률(%)에 해당하는 설정값이다. 순간적으로 특정 시점에 부등률이 낮고 부하율이 큰 경우에 변압기가 과부하되어 절연유온도가 매우 상승하면 절연 및 냉각효과가 떨어질 수 있다. 이러한 경우 변압기 이용률을 전부하에 가깝도록 설정하되 과부하운전을 하지 않도록 100%에 가깝게 설정할 필요가 있다.
도3 및 도4는 본 발명의 실시예에 따른 연산부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도2 내지 도4를 참조하면, 연산부(12)는 변압기 이용률 참조값을 추종하도록 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출한다. 도3 및 도4에서 변압기 이용률 참조값은
Figure 112018048409222-pat00002
로 정의될 수 있다. 연산부(12)는 현재 부하의 피상전력 P1a가 변압기 이용률에 따른 참조값을 추종하기 위하여 P2a로 이동할 때, 유효전력의 차이값을 충전기 추가 가능 출력 마진값으로 산출할 수 있다. 도3에서 현재 부하의 피상전력이 변압기 이용률 참조값을 추종하기 위하여 유효전력이 증가해야 하기 때문에 충전기 추가 가능 출력 마진값은 음수값으로 산출된다. 도4에서 현재 부하의 피상전력이 변압기 이용률 참조값을 추종하기 위하여 유효전력이 감소해야 하기 때문에 충전기 추가 가능 출력 마진값은 양수값으로 산출된다.
다시 도2를 참조하면, 연산부(12)는 하기 수학식 2에 따라 충전기 입력값을 산출할 수 있다.
Figure 112018048409222-pat00003
수학식 2에서 Poutput은 충전기 입력값이다.
연산부(12)는 현재 전기차 충전기 입력전력의 평균값과 충전기 추가 가능 출력 마진값의 차이값을 충전기 입력값으로 산출할 수 있다.
지령부(13)는 충전기 입력값에 따라 충전기 동작을 제어할 수 있다. 즉, 변압기 용량이 현재 변압기 이용률보다 작으면 충전기 추가 가능 출력 마진값은 음수가 되고, 충전기 입력값은 유효 출력을 증가시키도록 한다. 그러나 변압기 용량이 현재 변압기 이용률보다 크면 충전기 추가 가능 출력 마진값은 양수가 되고, 충전기 입력값은 유효 출력을 감소시키도록 한다.
예를 들어, 변압기 3상 용량이 500[KVA]이고, 변압기 이용률이 90[%]로 설정되어 있고, 계측부에서 계측한 현재 부하 피상 전력값이 470[KVA]이고, 현재 전기차 중전기 입력전력의 1분 평균값은 423[kW], 변압기 2차측 부하의 역률은 0.9(지상)이고, 변압기 2차측 부하의 무효율은 0.436인 경우, 상기 수학식 1에 따라 충전기 추가 가능 출력 마진값은 22.37[kW]로 산출되고, 충전기 입력값은400.63 [kW]로 산출된다. 따라서, 지령부(13)는 부하 수용전력으로 인해 변압기 과부하시 충전기 사용전력을 감소시키는 지령을 출력하게 된다.
또 다른 예로, 변압기 3상 용량이 500[KVA]이고, 변압기 이용률이 90[%]로 설정되어 있고, 계측부에서 계측한 현재 부하 피상 전력값이 320[KVA]이고, 현재 전기차 중전기 입력전력의 1분 평균값은 272[kW], 변압기 2차측 부하의 역률은 0.85(지상)이고, 변압기 2차측 부하의 무효율은 0.357인 경우, 상기 수학식 1에 따라 충전기 추가 가능 출력 마진값은 163.26[kW]로 산출되고, 충전기 입력값은435.26 [kW]로 산출된다. 따라서, 지령부(13)는 부하 수용전력에 비하여 변압기 용량에 여유가 있을 경우 전기차 충전기 사용전력을 증가시키는 지령을 출력하게 된다.
본 발명의 실시예는 충전기 전용선로 또는 일반 부하와 혼재된 경우 모두에 적용될 수 있다.
계측부(11)는 지령부(13)에서 출력되는 충전기 입력값을 계측할 수 있다. 계측부(13)에서 계측한 충전기 입력값은 다음 샘플링 시간의 전기차 충전기 평균 사용전력으로 이용될 수 있다. 즉, 지령부(13)에서 출력되는 충전기 입력값 Pouptput(0)는 다음 샘플링 시간의 전기차 충전기 평균 사용전력인 Pnow(1)이 될 수 있다.
제어부(14)는 전기차 충전기 또는 충전소의 단락, 지락사고, 과부하시의 고장전류 및 과부하 전류의 크기를 취득하고 기준값과 비교하여 고장을 감지할 수 있다. 제어부(14)는 계측부(11)로부터 전기차 충전기 또는 충전소의 단락, 지락사고, 과부하시의 고장전류 및 과부하 전류의 크기를 취득할 수 있다.
제어부(14)는 고장전류가 흐르는 경우 차단기를 투입할 수 있다.
예를 들면, 제어부(14)는 고장전류의 크기가 고장전류배수 크기 이상이며, 정상분전류의 크기와 역상분전류의 크기가 같고, 정상분전압의 크기와 역상분전압의 크기가 같으며, 건전상의 전류는0[A]이고, 나머지 두 상(사고상)의 전류는 고장 전 5Cycle 전류크기의 1.732배[A]일 경우 선간단락 사고가 발생하였다고 판단할 수 있다. 제어부(14)는 선간단락 사고 발생시 차단기 개방 및 2회 재폐로 명령을 출력하고, 주장치로 선간단락 사고 발생 정보를 전송할 수 있다.
예를 들면, 제어부(14)는 고장전류의 크기가 고장전류배수 크기 이상이며, 영상분 전류, 역상분 전류 및 정상분 전류의 위상과 크기가 같은 경우에 있어서, 고장상의 상전압은 0[V]이고, 건전상의 상전압은 고장 전 5Cycle 전압크기의 0.867배[V]일 때 1선 지락 사고가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 제어부(14)는 1선 지락 사고 발생시차단기 개방 및 2회 재폐로 명령을 출력하고, 주장치로 1선 지락 사고 발생 정보를 전송할 수 있다.
예를 들면, 제어부(14)는 고장전류의 크기가 고장전류배수 크기 이상이며, 정상분전압, 역상분전압 및 영상분전압의 크기 및 위상이 같은 경우에 있어서, 정상분 전류, 역상분 전류 및 영상분전류의 벡터 합이 0[A]이며, 모든 상의 상전압이 0[V]인 경우 2선 지락사고가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 제어부(14)는 2선 지락 사고 발생시 차단기 개방 및 2회 재폐로 명령을 출력하고, 주장치로 2선 지락 사고 발생 정보를 전송할 수 있다.
예를 들면, 제어부(14)는 고장전류의 크기가 고장전류배수 크기 이상이며, 각 상전압의 크기가 모두 0[V]이고, 역상분 전류 및 영상분 전류가 각각 0[A]인 경우 3상 지락사고가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 제어부(14)는 3상 지락사고 발생시 차단기 개방 및 2회 재폐로 명령을 출력하고 주장치로 3상 지락 사고 발생 정보를 전송할 수 있다.
예를 들면, 제어부(14)는 한 상의 전류가 0[A]이고, 정상분 전압, 역상분 전압 및 영상분 전압이 각각 5Cycle전 상전압의 0.333배[V]인 경우 한 상 단선사고가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 제어부(14)는 한 상 단선사고 발생 정보를 주장치로 전송할 수 있다.
제어부(14)는 통신부(15)를 통하여 주장치 및 배전 지능화 센터와 데이터 통신을 수행할 수 있다.
전기차 충전기 입력값은 1분 평균 계측값을 사용하여 연산되므로, 제어부(14)는 순간적인 변화, 단시간 급격한 부하의 변동에 대한 순간 과부하전류가 단·시간 변압기 과부하내량을 초과하는 경우 차단기 개방 명령을 출력할 수 있다.
또한, 제어부(14)는 충전기의 입력전압이 충전기의 정격전압 이하로 내려가면 기준값과 비교하여 이상을 감지할 수 있다. 기준값은 기 설정되는 값으로 충전기 입력전압과 충전기의 정격전압간의 허용 가능한 차이값을 또는 범위를 의미할 수 있다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전기 계통 연계 단말장치의 구성 블록도이다.
도5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전기 계통 연계 단말장치(100)는 계측부(110), 통신부(120), 연산부(130) 및 지령부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
계측부(110)는 전기차 충전기 평균 사용전력, 현재 부하 피상전력 및 역률 데이터를 계측하여 전달할 수 있다. 계측부(110)는 충전기 또는 충전소로 인입되는 배전 선로에 설치되는 변류기(CT) 및 변성기(PT)를 포함할 수 있다. 계측부(110)는 전기차 충전기 평균 사용전력, 현재 부하 피상전력 및 역률 데이터의 샘플링 데이터를 계측하여 연산부(130)로 전달할 수 있다.
통신부(120)는 전기차 충전기로 인입되는 배전선과 연계되어 있는 연계선로 변압기에 설치된 단말장치로부터 변압기 여유용량 데이터를 수신할 수 있다.
변압기 여유용량 데이터는 하기 수학식 3에 따라 산출될 수 있다.
Figure 112018048409222-pat00004
수학식 3에서, θ'은 연계선로의 역률각[rad]이고, θ는 충전기 배전선로의 부하 역률각[rad]이고, P'atr은 연계선로 변압기의 3상 용량이고, ε’은 연계선로 변압기의 이용률이고, P'1a는 연계선로 변압기의 현재 부하 피상전력[kVA]이고, P'margin은 역률각 θ인 충전기 배전선로와 연계되었을 때 변압기 여유용량[kW]이다.
연산부(130)는 기 설정된 변압기 이용률을 추종하도록 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출할 수 있다. 연산부(130)는 하기 수학식 4에 따라 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출할 수 있다.
Figure 112018048409222-pat00005
수학식 4에서, P2margin[kW]은 충전기 추가 가능 출력 마진값이고, Patr변압기 3상의 용량[KVA]이고, ε은 변압기 이용률[%]이고, P1a는 현재 부하 피상전력[kVA]이고, cosθ는 변압기 2차측 부하의 역률(0<cosθ<1)이고, sinθ는 변압기 2차측 부하의 무효율(0<sinθ<1)이고, Pnow는 현재 전기차 충전기 입력전력의 1분 평균값[kW]이고, Prate, charger는 충전기 정격출력[kW]이다.
지령부(140)는 충전기 추가 가능 출력 마진값이 양수인 경우, 충전기 추가 가능 출력 마진값보다 큰 변압기 여유용량 값을 가지는 변압기를 탐색하고, 탐색된 변압기에 설치된 단말장치로 개폐기 투입명령을 출력할 수 있다.
지령부(140)는 충전기 추가 가능 출력 마진값보다 큰 변압기 여유용량 값을 가지는 변압기 중 충전기로부터 가장 가까운 거리에 위치한 변압기에 설치된 단말장치로 개폐기 투입명령을 출력할 수 있다.
즉, 충전기 및 일반부하의 증가에 따라 충전기 변압기의 이용률이 변압기 용량을 초과하는 경우, 연계 배전 선로에 설치된 변압기 중 여유용량이 확보된 변압기를 탐색하여 투입함으로써 선로 용량을 확보할 수 있다. 또한, 추가 가능 출력 마진값보다 큰 변압기 여유용량 값을 가지는 변압기 중 충전기로부터 가장 가까운 거리에 위치한 변압기를 투입함으로써 선로 손실을 최소화 할 수 있다.
지령부(140)는 개폐기 투입 명령을 출력하고 선로 연계를 완료한 후 배전 지능화 센터로 상태정보를 전송할 수 있다.
지령부(140)는 충전기 추가 가능 출력 마진값이 음수가 될 경우, 개방명령을 투입된 개폐기에 출력할 수 있다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전기 계통 연계 방법의 순서도이다.
도6을 참조하면 먼저 계측부는 전기차 충전기 평균 사용전력, 현재 부하 피상전력 및 역률 데이터를 계측한다. 계측부는 계측한 데이터를 연산부에 전달한다(S601).
연산부는 기 설정된 변압기 이용률을 추종하도록 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출한다. 연산부는 현재 부하 피상전력이 변압기 이용률 참조값을 추총할할 경우 유효전력의 차이값을 산정하여 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출한다(S602).
연산부는 충전기 추가 가능 출력 마진값과 전기차 충전기 평균 사용전력을 이용하여 충전기 입력값을 산출한다. 연산부는 전기차 충전기 평균 사용 전력과 충전기 추가 가능 출력의 차이값을 충전기 입력값으로 산출한다(S603).
지령부는 충전기 입력값에 따라 충전기 동작을 제어한다. 이 때, 계측부는 충전기 입력값을 계측하여 다음 샘플링 타임의 전기차 충전기 평균 사용전력으로 사용한다(S604).
도7은 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전기 계통 연계 방법의 순서도이다.
도7을 참조하면 먼저, 계측부는 전기차 충전기 평균 사용전력, 현재 부하 피상전력 및 역률 데이터를 계측한다. 계측부는 계측한 데이터를 연산부에 전달한다(S701).
통신부는 전기차 충전기로 인입되는 배전선과 연계되어 있는 연계선로 변압기에 설치된 단말장치로부터 변압기 여유용량 데이터를 수신한다(S702).
연산부는 기 설정된 변압기 이용률을 추종하도록 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출한다. 연산부는 현재 부하 피상전력이 변압기 이용률 참조값을 추총할할 경우 유효전력의 차이값을 산정하여 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출한다(S703).
지령부는 충전기 추가 가능 출력 마진값이 양수인 경우, 충전기 추가 가능 출력 마진값보다 큰 변압기 여유용량 값을 가지는 변압기를 탐색한다(S704~705).
지령부는 탐색된 변압기에 설치된 단말장치로 개폐기 투입명령을 출력한다(S706).
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
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.
1: 충전기
2: 전기차 운영 시스템
3: 주장치
4: 배전 지능화 센터
10: 단말장치

Claims (13)

  1. 전기차 충전기 평균 사용전력, 현재 부하 피상전력 및 역률 데이터를 계측하여 전달하는 계측부;
    기 설정된 변압기 이용률을 추종하도록 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출하고, 상기 충전기 추가 가능 출력 마진값과 상기 전기차 충전기 평균 사용전력을 이용하여 충전기 입력값을 산출하는 연산부; 및
    상기 충전기 입력값에 따라 상기 충전기의 동작을 제어하는 지령부를 포함하는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기차 충전기의 단락, 지락사고, 과부하시의 고장전류 및 과부하 전류의 크기를 취득하고 기준값과 비교하여 고장을 감지하는 제어부를 더 포함하는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 고장전류가 흐르는 경우 차단기를 투입하는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 충전기의 입력전압이 상기 충전기의 정격전압 이하로 내려가면 기준값과 비교하여 이상을 감지하는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연산부는 하기 수학식 5에 따라 상기 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출하는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치.
    [수학식 5]
    Figure 112018048409222-pat00006

    (수학식 5에서, P2margin[kW]은 충전기 추가 가능 출력 마진값이고, Patr변압기 3상의 용량[KVA]이고, ε은 변압기 이용률[%]이고, P1a는 현재 부하 피상전력[kVA]이고, cosθ는 변압기 2차측 부하의 역률(0<cosθ<1)이고, sinθ는 변압기 2차측 부하의 무효율 (0<sinθ<1)이고, Pnow는 현재 전기차 충전기 입력전력의 1분 평균값[kW]이고, Prate, charger는 충전기 정격출력[kW]이다)
  6. 제5항에 있어서,
    상기 충전기 입력값은 상기 전기차 충전기 평균 사용전력과 상기 충전기 추가 가능 출력 마진값의 차이값을 이용하여 산출되는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치.
  7. 전기차 충전기 평균 사용전력, 현재 부하 피상전력 및 역률 데이터를 계측하여 전달하는 계측부;
    상기 전기차 충전기로 인입되는 배전선과 연계되어 있는 연계선로 변압기에 설치된 단말장치로부터 변압기 여유용량 데이터를 수신하는 통신부;
    기 설정된 변압기 이용률을 추종하도록 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출하는 연산부; 및
    상기 충전기 추가 가능 출력 마진값이 양수인 경우, 상기 충전기 추가 가능 출력 마진값보다 큰 변압기 여유용량 값을 가지는 변압기를 탐색하고, 탐색된 변압기에 설치된 단말장치로 개폐기 투입명령을 출력하는 지령부를 포함하는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연산부는 하기 수학식 6에 따라 상기 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출하는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치.
    [수학식 6]
    Figure 112018048409222-pat00007

    (수학식 6에서, P2margin[kW]은 충전기 추가 가능 출력 마진값이고, Patr변압기 3상의 용량[KVA]이고, ε은 변압기 이용률[%]이고, P1a는 현재 부하 피상전력[kVA]이고, cosθ는 변압기 2차측 부하의 역률(0<cosθ<1)이고, sinθ는 변압기 2차측 부하의 무효율 (0<sinθ<1)이고, Pnow는 현재 전기차 충전기 입력전력의 1분 평균값[kW]이고, Prate, charger는 충전기 정격출력[kW]이다)
  9. 제8항에 있어서,
    상기 변압기 여유용량 데이터는 하기 수학식 7에 따라 산출되는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치.
    [수학식 7]
    Figure 112018048409222-pat00008

    (수학식 7에서, θ'은 연계선로의 역률각[rad]이고, θ는 충전기 배전선로의 부하 역률각[rad]이고, P'atr은 연계선로 변압기의 용량이고, ε’은 연계선로 변압기의 이용률이고, P'1a는 연계선로 변압기의 피상전력[kVA]이고, P'margin은 역률각 θ인 충전기 배전선로와 연계되었을 때 변압기 여유용량[kW]이다)
  10. 제7항에 있어서,
    상기 지령부는 상기 충전기 추가 가능 출력 마진값보다 큰 변압기 여유용량 값을 가지는 변압기 중 상기 충전기로부터 가장 가까운 거리에 위치한 변압기에 설치된 단말장치로 개폐기 투입명령을 출력하는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 지령부는 상기 충전기 추가 가능 출력 마진값이 음수가 될 경우, 개방명령을 투입된 개폐기에 출력하는 전기차 충전기 계통 연계 단말장치.
  12. 전기차 충전기 평균 사용전력, 현재 부하 피상전력 및 역률 데이터를 계측하는 단계;
    기 설정된 변압기 이용률을 추종하도록 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출하는 단계;
    상기 충전기 추가 가능 출력 마진값과 상기 전기차 충전기 평균 사용전력을 이용하여 충전기 입력값을 산출하는 단계; 및
    상기 충전기 입력값에 따라 상기 충전기의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 전기차 충전기 계통 연계 방법.
  13. 전기차 충전기 평균 사용전력, 현재 부하 피상전력 및 역률 데이터를 계측하는 단계;
    상기 전기차 충전기로 인입되는 배전선과 연계되어 있는 연계선로 변압기에 설치된 단말장치로부터 변압기 여유용량 데이터를 수신하는 단계;
    기 설정된 변압기 이용률을 추종하도록 충전기 추가 가능 출력 마진값을 산출하는 단계;
    상기 충전기 추가 가능 출력 마진값이 양수인 경우, 상기 충전기 추가 가능 출력 마진값보다 큰 변압기 여유용량 값을 가지는 변압기를 탐색하는 단계; 및
    탐색된 변압기에 설치된 단말장치로 개폐기 투입명령을 출력하는 단계를 포함하는 전기차 충전기 계통 연계 방법.
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