KR102235667B1 - 에너지 비용 절감을 위한 에너지 저장 시스템, 전력 제어 장치 및 전력 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 실시예는 에너지 비용을 절감할 수 있는 에너지 저장 시스템, 전력 제어 장치 및 전력 제어 방법에 관한 것이다. 본 실시예의 일 측면은, 부하(load) 측에 전력을 공급하는 전력망에 연결된 에너지 저장 시스템에 있어서, 전력망으로부터 공급받은 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치; 상기 전력망과 상기 에너지 저장 장치 사이에서 전력을 전달하는 전력 변환 장치; 및 상기 전력망과 상기 에너지 저장 장치 사이의 전력 전달을 제어하는 전력 제어 장치;를 포함하되, 상기 전력 제어 장치는 상기 부하의 전력 사용량을 예측하는 예측 프로파일을 생성하고, 상기 예측 프로파일과 상기 에너지 저장 장치의 용량에 기초하여 목표 프로파일을 설정하며, 상기 예측 프로파일과 상기 목표 프로파일의 차이에 기초하여 결정되는 충방전 프로파일에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템이다.

Description

에너지 비용 절감을 위한 에너지 저장 시스템, 전력 제어 장치 및 전력 제어 방법{ENERGY STORAGE SYSTEM, POWER CONTROL DEVICE AND POWER CONTROL METHOD FOR ENERGY COST REDUCTION}

본 실시예는 에너지 저장 시스템, 전력 제어 장치 및 전력 제어 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 실시예는 에너지 저장 장치를 포함하고 전력망에 연결된 에너지 저장 시스템에서 에너지 비용을 절감할 수 있도록 에너지 저장 장치로 충방전되는 전력을 제어하는 전력 제어 장치와 전력 제어 방법 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.

에너지 산업의 발달과 국가 제도적인 변화에 따라, 신재생 에너지의 도입이 늘어나고 에너지 체계가 분산화되면서 에너지 저장 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템의 도입이 점차 증가하고 있다.

이에 따라 공장이나 대규모 상업시설뿐만 아니라 아파트 단지 등 단위 주거 지역에도 에너지 저장 시스템을 도입하는 사례가 늘고 있다. 이는 신재생 에너지의 도입이 늘어난 것에도 원인이 있지만, 시간대별 차등 요금제 등 에너지 가격체계의 변화로 인해 에너지 저장 시스템의 역할이 전력망으로부터 에너지를 공급받아 저장하고 부하로 공급하는 방식으로 전력 수급을 안정화하고 시간대별 수요를 조절함으로써 전력 요금 절감에도 기여할 수 있기 때문으로 분석된다.

그러나 에너지 저장 시스템을 도입하더라도 단순히 경부하 구간에서 에너지 저장 장치를 충전한 후 최대부하 구간에서 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 전력망으로 방전하는 방식을 사용해서는 전력 요금 절감 효과가 크지 않을 수 있다. 따라서 에너지 저장 시스템을 활용하여 전력 요금을 절감하기 위한 효과적인 운용 방법이 모색될 필요가 있다.

본 실시예는 에너지 비용을 절감할 수 있는 에너지 저장 시스템, 에너지 저장 시스템을 제어하는 전력 제어 장치 및 전력 제어 방법을 제공할 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 실시예의 일 측면은, 부하(load) 측에 전력을 공급하는 전력망에 연결된 에너지 저장 시스템에 있어서, 전력망으로부터 공급받은 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치; 상기 전력망과 상기 에너지 저장 장치 사이에서 전력을 전달하는 전력 변환 장치; 및 상기 전력망과 상기 에너지 저장 장치 사이의 전력 전달을 제어하는 전력 제어 장치;를 포함하되, 상기 전력 제어 장치는 상기 부하의 전력 사용량을 예측하는 예측 프로파일을 생성하고, 상기 예측 프로파일과 상기 에너지 저장 장치의 용량에 기초하여 목표 프로파일을 설정하며, 상기 예측 프로파일과 상기 목표 프로파일의 차이에 기초하여 결정되는 충방전 프로파일에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템이다.

상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 목표 프로파일은 경부하 구간, 중간부하 구간 및 최대부하 구간을 포함하는 전체 구간에서 최대 피크 전력을 목적함수로 설정하여 결정될 수 있다. 되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.

상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 목표 프로파일은 전력 요금을 구성하는 기본 요금과 전력량 요금의 합을 목적함수로 설정하여 결정될 수 있다.

상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 충방전 프로파일은 중간부하 구간 또는 경부하 구간에서 상기 에너지 저장 장치로부터 상기 전력망으로의 방전을 포함할 수 있다.

상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 목표 프로파일은 중간부하 또는 경부하 구간에서 최대부하 구간보다 더 큰 피크 전력이 발생하도록 설정될 수 있다.

상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 전력 제어 장치는 상기 부하로 공급되는 실제 전력을 검출하고, 상기 검출된 실제 전력이 예측 프로파일과 차이가 큰 경우, 실시간으로 예측 프로파일을 수정하고, 상기 수정된 예측 프로파일에 따라 상기 목표 프로파일을 실시간으로 재설정할 수 있다.

상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 전력 제어 장치는 환경 데이터와 부하의 전력소비패턴 정보를 수집하고, 상기 수집된 환경 데이터와 부하의 전력소비패턴 정보로부터 상기 예측 프로파일을 생성할 수 있다.

상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 환경 데이터는 계절, 날짜, 요일 및 시간에 따른 기상 데이터를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면은, 에너지 저장 장치를 포함하고 부하(load) 측에 전력을 공급하는 전력망에 연결된 에너지 저장 시스템의 전력 제어 방법으로서, 환경 데이터와 부하 전력소비패턴 정보를 수집하는 단계; 상기 환경 데이터와 상기 부하 전력소비패턴 정보로부터 부하 소비전력에 대한 예측 프로파일을 생성하는 단계; 상기 예측 프로파일에 기초하여 목표 프로파일을 설정하는 단계; 상기 예측 프로파일과 상기 목표 프로파일에 기초하여 충방전 프로파일을 결정하는 단계; 상기 충방전 프로파일에 기초하여 에너지 저장 장치로 충방전되는 전력을 제어하는 단계;를 포함하는 전력 제어 방법이다.

상기 전력 제어 방법에 있어서, 상기 목표 프로파일을 설정하는 단계는 목적함수를 설정하고 목적함수를 최적화하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전력 제어 방법에 있어서, 상기 목표 프로파일은 상기 에너지 저장 장치의 용량을 고려하여 설정될 수 있다.

상기 전력 제어 방법에 있어서, 상기 목적함수는 경부하 구간, 중간부하 구간 및 최대부하 구간을 포함하는 전체 구간에서의 최대 피크 전력으로 설정될 수 있다.

상기 전력 제어 방법에 있어서, 상기 목적함수는 전력 요금을 구성하는 기본 요금과 전력량 요금의 합으로 설정될 수 있다.

상기 전력 제어 방법에 있어서, 상기 충방전 프로파일은 중간부하 구간 또는 경부하 구간에서 상기 에너지 저장 장치로부터 상기 전력망으로의 방전을 포함될 수 있다.

상기 전력 제어 방법에 있어서, 상기 목표 프로파일은 중간부하 또는 경부하 구간에서 최대부하 구간보다 더 큰 피크 전력이 발생하도록 설정될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 측면은, 에너지 저장 장치를 포함하고 부하(load) 측에 전력을 공급하는 전력망에 연결된 에너지 저장 시스템을 제어하기 위한 전력 제어 장치에 있어서, 상기 부하의 전력 사용량을 예측하는 예측 프로파일을 생성하는 부하 프로파일 예측부; 상기 예측 프로파일과 상기 에너지 저장 장치의 용량에 기초하여 목표 프로파일을 설정하는 목표 프로파일 설정부; 및 상기 예측 프로파일과 상기 목표 프로파일의 차이에 기초하여 결정되는 충방전 프로파일에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 전력변환장치 제어부;를 포함하는 전력 제어 장치이다.

상기 전력 제어 장치에 있어서, 상기 목표 프로파일은 목적함수를 설정하고 상기 설정된 목적함수의 최적화를 통해 설정될 수 있다.

상기 전력 제어 장치에 있어서, 상기 목적함수는 경부하 구간, 중간부하 구간 및 최대부하 구간을 포함하는 전체 구간에서의 최대 피크 전력으로 설정될 수 있다.

상기 전력 제어 장치에 있어서, 상기 목적함수는 전력 요금을 구성하는 기본 요금과 전력량 요금의 합으로 설정될 수 있다.

상기 전력 제어 장치에 있어서, 상기 충방전 프로파일은 중간부하 구간 또는 경부하 구간에서 상기 에너지 저장 장치로부터 상기 전력망으로의 방전을 포함할 수 있다.

상기 전력 제어 장치에 있어서, 상기 목표 프로파일은 중간부하 또는 경부하 구간에서 최대부하 구간보다 더 큰 피크 전력이 발생하도록 설정될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 에너지 저장 장치를 사용하여 전력망에 전력을 공급하는 에너지 저장 시스템에서 에너지 저장 장치의 충방전을 효율적으로 운용함으로써 에너지 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 실시예의 에너지 저장 시스템과 전력망 및 부하의 연결 관계를 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 예시한 블록도이다.
도 3은 전력 변환 장치의 구성을 예시한 블록도이다.
도 4는 전력 변환 장치의 회로를 개략적으로 예시한 도면이다.
도 5는 전력 제어 장치를 개략적으로 예시한 블록도이다.
도 6은 시간에 따른 부하의 전력 소비 패턴을 예시한 도면이다.
도 7은 비교예에 따른 전력 제어 방법을 예시하는 도면이다.
도 8은 부하의 전력 소비 패턴 중 피크 부분을 간략하게 개념적으로 도시한 도면이다.
도 9는 비교예의 전력 제어 방법을 도 8의 전력 소비 패턴에 적용한 경우를 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 방법을 도 8의 전력 소비 패턴에 적용한 경우를 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 방법을 도 8의 전력 소비 패턴에 적용한 경우를 예시한 도면이다.
도 12와 도 13은 전력 제어 방법의 효과를 다양한 상황에서 살펴보기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 방법을 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 15는 전력 제어 장치의 구성을 하드웨어 관점에서 예시한 블록도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 실시예의 에너지 저장 시스템과 전력망 및 부하의 연결 관계를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 에너지 저장 시스템(100)은 부하(20, load) 측에 전력을 공급하는 전력망(10)에 연결될 수 있다. 전력망(10)은 교류 전원을 부하(20)로 제공할 수 있다. 부하(20)는 공장, 상가 건물, 아파트 단지 등일 수 있다. 에너지 저장 시스템(100)은 부하(20)에 전력을 공급하는 전력망(10)에 연결되어 전력망(10)으로부터 에너지를 공급받고 저장하거나 저장된 에너지를 부하(20)로 공급할 수 있다.

도 2는 본 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 예시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 에너지 저장 시스템(100)은 에너지 저장 장치(110), 전력 변환 장치(120) 및 전력 제어 장치(130)를 포함할 수 있다.

에너지 저장 장치(110)는 전력망으로부터 공급받은 에너지를 저장할 수 있다. 예시적으로, 에너지 저장 장치(110)는 대용량 배터리, 2차 전지 등일 수 있으나, 본 실시예가 이로 한정되는 것은 아니다.

전력 변환 장치(120)는 전력망과 에너지 저장 장치(110) 사이에서 전력을 전달할 수 있다. 통상, 전력망은 교류이고 에너지 저장 장치는 직류이므로 전력 변환 장치(120)는 전력망과 에너지 저장 장치(110) 사이에서 전압의 종류(교류, 직류) 및 레벨을 변환할 수 있다.

전력 제어 장치(130)는 전력 변환 장치(120)를 제어함으로써 전력망과 에너지 저장 장치(110) 사이의 전력 전달을 제어할 수 있다. 예시적으로, 전력 제어 장치(130)는 전력망으로부터 에너지 저장 장치(110)로 충전되는 전력 또는 에너지 저장 장치(110)로부터 부하로 방전되는 전력을 결정하고 제어할 수 있다. 구체적으로, 전력 제어 장치(130)는 부하의 전력 사용량을 예측하는 예측 프로파일을 생성하고, 예측 프로파일과 에너지 저장 장치(110)의 용량에 기초하여 목표 프로파일을 설정하며, 예측 프로파일과 목표 프로파일의 차이에 기초하여 결정되는 충방전 프로파일에 따라 에너지 저장 장치(110)의 충방전을 제어할 수 있다. 전력 제어 장치(130)가 에너지 저장 장치(110)의 충방전 전력을 결정하고 제어하는 방법에 대해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 전력 변환 장치의 구성을 예시한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 전력 변환 장치(120)는 교류 차단기(121), 필터 커패시터(122), 인버터(123), 직류 차단기(124) 및 제어부(125)를 포함할 수 있다.

교류 차단기(121)는 전력망과 인버터(123) 사이에 배치되어 전력망과 인버터(123) 사이를 연결 또는 차단하는 기능을 수행할 수 있다. 교류 차단기(121)에는 모터에 의해 구동되거나 자력에 의해 구동되는 기계적 접점을 가지는 스위치가 사용될 수 있다.

인버터(123)는 복수의 스위칭 소자를 포함할 수 있고, 전력망과 에너지 저장 장치 사이에서 전력을 변환하여 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 인버터(123)는 전력망과 에너지 저장 장치 사이의 전력 변환을 위해 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식을 사용할 수 있다. 펄스 폭 변조 방식은 스위칭 소자들의 온/오프 시간 비율을 조절함으로써 전력을 제어하는 방식으로서 이러한 펄스 폭 변조 방식에 의하면 스위칭 노이즈가 발생할 수 있으므로, 필터 커패시터(122)를 사용하는 것이 바람직하다.

직류 차단기(124)는 에너지 저장 장치와 인버터(123) 사이에 배치되어 에너지 저장 장치와 인버터(123) 사이를 연결 또는 차단하는 기능을 수행할 수 있다. 직류 차단기(124)에는 모터에 의해 구동되거나 자력에 의해 구동되는 기계적 접점을 가지는 스위치가 사용될 수 있다.

필터 커패시터(122)는 인버터(123)의 교류측 배선에 연결되어 인버터(123)의 펄스 폭 변조 시에 발생하는 스위칭 노이즈를 줄일 수 있다.

제어부(125)는 인버터(123)의 스위칭 소자(도면 미도시)를 제어하기 위한 신호를 생성할 수 있다. 이를 위해 제어부(125)는 전력 제어 장치의 지령을 받아 전력 제어 장치의 지령에 적합한 전력 변환을 수행하도록 인버터(123)를 제어할 수 있다. 제어부(125)가 전력 제어 장치로부터 수신하는 지령에는 에너지 저장 장치의 충방전 전력 정보가 포함될 수 있다. 또한, 제어부(125)는 교류 차단기(121) 및 직류 차단기(124)를 제어하여 전력 변환 장치(120)의 동작을 온/오프 할 수 있다.

도 4는 전력 변환 장치의 회로를 개략적으로 예시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 전력 변환 장치(120)는 교류 차단기(121), 필터 커패시터(122), 인버터(123), 직류 차단기(124), 제어부(125), 필터 인덕터(126) 및 직류 링크 커패시터(127)를 포함할 수 있다. 도 4에서 전력망은 3상 교류 전압인 것으로 예시되어 있고, 에너지 저장 장치는 직류 전압으로 예시되어 있다.

교류 차단기(121)는 전력망과 인버터(123) 사이에 배치되어 전력망과 인버터(123) 사이를 연결 또는 차단하는 기능을 수행할 수 있다. 교류 차단기(121)는 기계적 접점을 가지는 스위치가 사용될 수 있고, 기계적 접점은 자기장에 의해 구동되거나 모터에 의해 구동될 수 있다.

인버터(123)는 에너지 저장 장치와 전력망 사이에서 전력을 변환하기 위해 6개의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 각 스위칭 소자는 다시 복수 개의 스위칭 소자가 직렬 및/또는 병렬로 구비될 수 있다(도면 미도시). 대용량 전력 변환 장치의 경우, 복수의 인버터(123)가 구비되어 병렬로 동작할 수 있다. 인버터(123)의 각 스위칭 소자는 제어부(125)의 제어 신호에 따라 각각 온/오프 스위칭을 하며 펄스 폭 변조 방식으로 에너지 저장 장치와 전력망 사이에서 전달되는 전력을 조절할 수 있다.

직류 차단기(124)는 에너지 저장 장치와 인버터(123) 사이에 배치되어 에너지 저장 장치와 인버터(123) 사이를 연결 또는 차단하는 기능을 수행할 수 있다. 직류 차단기(124)는 기계적 접점을 가지는 스위치가 사용될 수 있고, 기계적 접점은 자기장에 의해 구동되거나 모터에 의해 구동될 수 있다. 도 4에서 직류 차단기(124)는 직류 배선 2개에 각각 구비되는 것으로 예시되어 있으나, 어느 하나의 배선에만 구비될 수도 있다.

필터 커패시터(122)는 인버터(123)의 교류측 배선들 사이에 연결되어 인버터(123)의 펄스 폭 변조 시에 발생하는 스위칭 노이즈를 줄일 수 있다. 3상 계통에 연결되기 위해 필터 커패시터(122)는 3개의 커패시터가 각각 3상 전력 계통의 선간에 병렬로 연결될 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다. 각 커패시터는 다시 복수 개의 커패시터가 직렬 및/또는 병렬로 구비될 수 있다(도면 미도시).

필터 인덕터(126)는 인버터(123)의 교류측 배선에 직렬로 접속될 수 있다. 필터 인덕터(126)는 인버터(123)의 스위칭 동작에 의한 스위칭 노이즈를 줄일 수 있다.

직류 링크 커패시터(127)는 인버터(123)의 직류 배선들 사이에 연결되어 에너지 저장 장치로부터 공급받은 전원을 안정화하여 인버터(123)에 공급할 수 있다.

도 5는 전력 제어 장치의 구성을 예시한 블록도이다.

도 5를 참조하면, 전력 제어 장치(130)는 부하 프로파일 예측부(131), 목표 프로파일 설정부(132) 및 전력변환장치 제어부(133)를 포함할 수 있다.

부하 프로파일 예측부(131)는 부하의 전력 사용량을 예측하는 예측 프로파일을 생성할 수 있다. 부하 프로파일 예측부(131)는 환경 데이터와 부하의 전력소비패턴 정보를 수집하고, 수집된 환경 데이터와 부하의 전력소비패턴 정보로부터 예측 프로파일을 생성할 수 있다. 예시적으로, 환경 데이터는 계절, 날짜, 요일 및 시간에 따른 기상 데이터를 포함할 수 있다.

목표 프로파일 설정부(132)는 부하 프로파일 예측부(131)에서 생성한 예측 프로파일과 에너지 저장 장치의 가용 용량(이하 간략히 '용량'이라고 함)에 기초하여 목표 프로파일을 설정할 수 있다. 에너지 저장 장치는 용량이 제한되어 있으므로 목표 프로파일은 에너지 저장 장치의 한정된 용량을 효과적으로 사용할 수 있도록 설정될 필요가 있다. 이를 위해 목표 프로파일은 적절한 목적함수를 설정하고, 목적함수를 최적화하는 방식으로 결정될 수 있다.

예시적으로, 목표 프로파일은 경부하 구간, 중간부하 구간 및 최대부하 구간을 포함하는 전체 구간에서의 피크 전력을 목적함수로 설정하여 결정될 수 있다. 예시적으로, 목표 프로파일은 전력 요금을 구성하는 기본 요금과 전력량 요금의 합을 목적함수로 설정하여 결정될 수 있다. 이 경우, 목표 프로파일은 중간부하 또는 경부하 구간에서 최대부하 구간보다 더 큰 피크 전력이 발생하도록 설정될 수 있다. 목표 프로파일의 설정에 대해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.

전력변환장치 제어부(133)는 예측 프로파일과 목표 프로파일의 차이에 기초하여 결정되는 충방전 프로파일에 따라 에너지 저장 장치의 충방전을 제어할 수 있다. 충방전 프로파일은 최대부하 구간에서 에너지 저장 장치로부터 전력망으로의 방전뿐만 아니라, 중간부하 구간 또는 경부하 구간에서도 에너지 저장 장치로부터 전력망으로의 방전을 포함할 수 있다.

전력 제어 장치(130)는 부하로 공급되는 실제 전력을 검출하고, 검출된 실제 전력이 예측 프로파일과 차이가 큰 경우, 실시간으로 예측 프로파일을 수정하고 수정된 예측 프로파일에 따라 목표 프로파일을 재설정할 수 있다.

도 6은 시간에 따른 부하의 전력 소비 패턴을 예시한 도면이다.

도 6에서 X 축은 시간이고 Y 축은 시간에 따른 부하의 소비 전력(kW)을 나타내고 있다. 하루 24시간은 세 개의 구간(경부하 구간, 중간부하 구간, 최대부하 구간)으로 구분될 수 있다. 예시적으로, 경부하 구간은 'A'로 표기된 구간으로서 0시 ~ 9시 및 23시 ~ 24시 구간을 포함할 수 있고, 중간부하 구간은 'B'로 표시된 구간으로서 10시 ~ 12시, 16시 ~ 20시 및 22시 ~ 23시 구간을 포함할 수 있으며, 최대부하 구간은 'C'로 표기된 구간으로서 9시 ~ 10시, 12시 ~ 16시 및 20시 ~ 22시 구간을 포함할 수 있다. 위 시간에 따른 구간의 구분은 일 예시일 뿐 본 실시예가 이로 한정되는 것은 아니다.

부하의 소비 전력은 대체적으로 경부하 구간, 중간부하 구간, 최대부하 구간 순으로 전력 소비가 증가하는 경향을 가질 수 있다. 그러나 경부하 구간 및/또는 중간부하 구간에서도 일시적으로 피크는 발생할 수 있다. 예시적으로, 최대부하 구간에서 피크들(602, 603, 605)이 자주 발생하고 그 크기도 클 수 있지만, 경부하 구간에서도 상당한 수준의 피크(601)가 발생할 수 있다. 특히, 중간부하 구간에서 발생하는 피크(604)는 최대부하 구간에서 발생하는 피크들의 일부(602, 603)보다 더 큰 수준으로 발생할 수 있고, 종종 중간부하 구간의 피크(604)는 최대부하 구간에서 발생하는 최대 피크(605)에 근접하는 수준일 수 있다. 이와 같이, 경부하 및/또는 중간부하 구간에서의 피크는 최대부하 구간에서 발생하는 최대 피크에 근접하는 수준으로 발생할 수 있다. 본 발명자들은, 이러한 상황에 대해 충분히 고려하지 않고 에너지 저장 시스템을 운용하는 경우, 에너지 저장 장치를 사용하여 전력 요금을 절감하려는 시도는 충분한 효과를 발휘하지 못할 수 있다는 점을 인식하고 본 실시예들을 착안하게 되었다.

도 7은 본 실시예와 대비되는 비교예로서의 전력 제어 방법을 설명하는 도면이다. 일반적인 부하의 전력 소비 패턴은 도 6에 예시한 바와 같이 복잡한 형상을 가질 것이지만, 도 7에서는 설명의 편의상 부하의 소비 전력 패턴을 단순화하여 도시하고 있다. 도 7은 경부하 구간, 중간부하 구간 및 최대부하 구간에서 각각 한번씩의 피크가 발생하는 것으로 가정하고 있고, Y 축은 피크 부근의 소비 전력을 확대해서 도시하고 있다.

예시적으로, 경부하 구간 중 t1에서 P1의 피크가 발생하고, 중간부하 구간 중 t2에서 P2의 피크가 발생하며, 최대부하 구간에서 P3의 피크가 발생하는 것을 가정한다. 이 때, P1 < P2 < P3의 관계가 성립할 수 있다.

본 발명의 실시예와 대비되는 비교예로서, 경부하 구간에서 에너지 저장 장치를 충전하고 최대부하 구간에서 에너지 저장 장치를 방전하는 방법을 고려할 수 있다. 에너지 저장 장치의 용량을 We라고 할 경우, 최대부하 구간의 t3에서 에너지 저장 장치의 용량(We) 전체가 방전되어, 최대부하 구간에서 방전되는 전력량(Wec)은 에너지 저장 장치의 용량(We)과 동일할 수 있다. 즉, 에너지 저장 장치의 용량(We) 전체는 최대부하 구간의 피크를 P3로부터 P3a로 낮추는데 사용될 수 있다. 이 경우, 전체 구간에서의 최대 피크는 P3로부터 P3a로 변경되고 최대 피크 감소량(△Ppk)은 (P3 - P3a)로 계산될 수 있다. 최대 피크 감소량(△Ppk)은 전력 요금을 결정하는데 중요한 요소가 될 수 있다.

도 7의 경우, 에너지 저장 장치의 용량(We)이 모두 최대부하 구간에서 피크 P3를 낮추는데 사용되었고, 그 결과 최대 피크는 P3a로 여전히 중간부하 구간에서의 피크 P2 및 경부하 구간에서의 피크 P1보다 크기 때문에 에너지 저장 장치의 효율적 활용 관점에서 별다른 문제가 없을 수 있다.

그러나 도 8의 경우를 가정해 보면 비교예의 방법은 에너지 저장 장치의 효율적 활용 관점에서 효율적이지 못함을 알 수 있다. 도 8은 중간부하 구간에서의 피크 P2가 최대부하 구간의 피크 P3에 비해 크게 차이가 나지 않는 경우를 예시하고 있다. 도 8의 경우에 대해 비교예의 방법을 적용할 경우 도 9와 같은 상황이 발생할 수 있다.

도 9를 참조하면, 에너지 저장 장치의 용량(We) 전체가 최대부하 구간에 사용되어 피크 P3를 P3a로 낮추었을 때, 중간부하 구간의 피크 P2가 최대부하 구간의 피크 P3a보다 높을 수 있다. 이 경우, 최대 피크 감소량(△Ppk)은 (P3 - P3a)가 아니라 (P3 - P2)가 되어 도 7의 경우에 비해 최대 피크 감소량(△Ppk)이 줄어들 수 있다. 시간대별 차등 요금제에서 전력 요금은 최대 피크 감소량(△Ppk)에 큰 영향을 받는데, 최대 피크 감소량(△Ppk)이 줄어들면 전력 요금의 절감 정도가 줄어들게 되어 에너지 저장 장치를 사용하는 효과가 반감될 수 있다.

이와 같이, 단순히 경부하 구간에서 에너지 저장 장치를 충전하고 최대부하 구간에서 에너지 저장 장치를 방전하는 비교예의 방법은 전력 요금을 절감하려는 관점에서 효율적이지 못하다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 방법을 도 8의 전력 소비 패턴에 적용한 경우를 예시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 방법은, 경부하 구간, 중간부하 구간 및 최대부하 구간을 포함하는 전체 구간에서의 최대 피크 전력을 목적함수로 설정하고 최대 피크 전력이 최소가 되도록 목표 프로파일을 설정할 수 있다.

본 실시예에 따른 전력 제어 방법을 도 8의 전력 소비 패턴(예측 프로파일)에 적용할 경우 도 10과 같은 목표 프로파일이 설정될 수 있다. 즉, 최대부하 구간의 피크 P3와 중간부하 구간의 피크 P2를 모두 피크 P3b로 낮출 수 있다. 이를 위해, 에너지 저장 장치의 용량(We)은 중간부하 구간의 방전 에너지(Web)와 최대부하 구간의 방전 에너지(Wec)로 나뉘어 방전될 수 있고, 전체 구간에서의 최대 피크 전력을 최소화할 수 있다. 즉, 중간부하 또는 경부하 구간에서의 피크가 최대부하 구간에서의 피크에 근접하는 경우 중간부하 구간 또는 경부하 구간에서도 에너지 저장 장치로부터 전력망으로의 방전이 발생할 수 있다. 본 실시예의 방법에 의하면 최대 피크 감소량(△Ppk)이 극대화가 될 수 있으므로 전력 요금 관점에서 비교예의 방법에 비해 유리할 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전력 제어 방법을 도 8의 전력 소비 패턴에 적용한 경우를 예시한 도면이다.

본 실시예에 따른 전력 제어 방법은 전력 요금을 구성하는 기본 요금과 전력량 요금의 합을 목적함수로 설정하고 이 목적함수가 최소가 되도록 목표 프로파일을 설정할 수 있다.

본 실시예에 따른 전력 제어 방법을 도 8의 전력 소비 패턴(예측 프로파일)에 적용할 경우 도 11과 같은 목표 프로파일이 설정될 수 있다. 에너지 저장 장치의 용량(We)은 중간부하 구간의 방전 에너지(Web)와 최대부하 구간의 방전 에너지(Wec)로 나뉘어 방전될 수 있다는 점에서는 도 10의 경우와 유사하지만, 본 실시예의 경우 중간부하 구간에서의 목표 피크(P2a)가 최대부하 구간에서의 목표 피크(P3c)에 비해 크게 설정될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전력 제어 방법은 전체 구간에서의 최대 피크를 최소화하는 것이 목표가 아니라 전력 요금을 최소화하기 위해 중간부하 구간에서의 방전 에너지(Web)와 최대부하 구간에서의 방전 에너지(Wec)를 분배함으로써 오히려 중간부하 구간에서 최대 피크(P2a)가 발생하도록 목표 프로파일이 설정될 수 있다.

이하에서는 전술한 전력 제어 방법에 따른 전력 요금을 분석함으로써 본 실시예들의 장점을 설명하기로 한다.

시간대별 차등 요금제에 의하면, 전력 요금(EC)은 아래 수학식 1과 같이 기본 요금(BC)과 전력량 요금(WC)의 합으로 결정될 수 있다. 기본 요금(BC)은 수학식 2와 같이 최대 피크 전력(Ppk; 단위 kW)과 기본 요율(BR; 단위 원/kW)의 곱으로 계산되고, 전력량 요금(WC)은 수학식 3과 같이 경부하 구간(A), 중간부하 구간(B) 및 최대부하 구간(C)으로 나누어져 각 구간별 전력량 요율(Ra, Rb, Rc; 단위 원/kWh)과 각 구간별 사용 전력량(Wa, Wb, Wc; 단위 kWh)의 곱으로 계산될 수 있다.

[수학식 1]

전력 요금(EC) = 기본 요금(BC) + 전력량 요금(WC)

[수학식 2]

기본 요금(BC) = 최대 피크 전력(Ppk) · 기본 요율(BR)

[수학식 3]

전력량 요금(WC) = Wa·Ra + Wb·Rb + Wc·Rc

여기서, Wa는 경부하 구간(A)에서의 사용 전력량이고, Wb는 중간부하 구간(B)에서의 사용 전력량이며, Wc는 최대부하 구간(C)에서의 사용 전력량이다. Ra는 경부하 구간(A)에서의 전력량 요율이고, Rb는 중간부하 구간(B)에서의 전력량 요율이며, Rc는 최대부하 구간(C)에서의 전력량 요율이다. 시간대별 차등 요금제에서는, 최대부하 구간에서의 전력 사용량을 줄이기 위해, 최대부하 구간의 전력량 요율(Ra)이 가장 높고, 다음으로 중간부하 구간의 전력량 요율(Rb)이 높으며, 경부하 구간의 전력량 요율(Ra)이 가장 낮게 설정될 수 있다.

위 수학식 1 내지 수학식 3을 다시 정리하면, 전력 요금(EC)은 아래 수학식 4와 같이 정리될 수 있다.

[수학식 4]

EC = Ppk·BR + (Wa·Ra + Wb·Rb + Wc·Rc)

전력 요금 관점에서 에너지 저장 장치를 효율적으로 사용하는지 여부를 판단하기 위해, 도 8의 경우(에너지 저장 장치 사용 전)의 전력 요금을 기준으로 도 9, 도 10 및 도 11의 각각의 방법을 사용하는 경우(에너지 저장 장치 사용 후)의 전력 요금의 차이를 비교해 보기로 한다.

먼저, 도 8의 경우(에너지 저장 장치 사용 전)의 전력 요금(EC8)과 도 9의 경우(최대부하 구간에서 모두 방전)의 전력 요금(EC9)은 각각 아래 수학식 5 및 수학식 6과 같이 계산될 수 있다.

[수학식 5]

EC8 = P3·BR + (Wa·Ra + Wb·Rb + Wc·Rc)

[수학식 6]

EC9 = P2·BR + ((Wa+We)·Ra + Wb·Rb + (Wc-We)·Rc)

여기서, We는 에너지 저장 장치의 용량이다. 도 9의 경우 에너지 저장 장치의 용량(We) 전체가 최대부하 구간에서 방전되는 경우를 가정하고 있다. 즉, 수학식 6은 에너지 저장 장치가 경부하 구간(A)에서 에너지 저장 장치의 용량(We) 전체를 충전하고, 최대부하 구간에서 모두 방전하여 최대부하 구간에서의 최대 피크를 P3에서 P3a로 낮춘 경우이다. 도 8과 도 9의 경우의 전력 요금의 차이는 아래 수학식 7과 같이 계산될 수 있다.

[수학식 7]

EC8 - EC9 = (P3 - P2)·BR + We·(Rc - Ra)

수학식 7에서 계산한 (EC8 - EC9)는 에너지 저장 장치를 도 9에 예시한 방법으로 사용한 경우 줄어든 전력 요금으로 이해될 수 있다. 즉, 에너지 저장 장치를 최대부하 구간의 피크 감소에만 사용할 경우, 경부하 구간에서 에너지 저장 장치를 충전하는 비용(We·Ra)이 발생하지만, 최대 피크 감소량(△Ppk=P3-P2)에 의해 기본 요금이 감소((P3-P2)·BR)하고, 최대부하 구간에서의 소비 전력량 감소로 인한 전력량 요금 감소(We·Rc)가 발생할 수 있다. 최대부하 구간에서의 전력량 요율(Rc)이 경부하 구간에서의 전력량 요율(Ra)에 비해 크기 때문에 전체적인 전력 요금이 절감될 수 있다.

다음으로, 도 10에 예시된 바와 같이, 중간부하 구간을 포함하는 전체 구간에서 최대 피크 전력을 낮추는 방법을 사용하는 경우의 전력 요금(EC10)을 구하면 아래 수학식 8과 같이 계산될 수 있다.

[수학식 8]

EC10 = P3b·BR + ((Wa+We)·Ra + (Wb-Web)·Rb + (Wc-Wec)·Rc)

여기서, We는 에너지 저장 장치의 용량이고, Web는 중간부하 구간(B)에서 에너지 저장 장치가 방전한 전력량이며, Wec는 최대부하 구간(C)에서 에너지 저장 장치가 방전한 전력량이다. 따라서, We = Web + Wec의 관계가 성립한다.

수학식 8은 에너지 저장 장치가 경부하 구간(A)에서 에너지 저장 장치의 용량(We) 전체를 충전하고, 중간부하 구간 및 최대부하 구간에서 나누어 방전한 결과 전체 구간에서의 최대 피크를 P3에서 P3b로 낮춘 경우이다.

도 8의 경우(수학식 5)와 도 10의 경우(수학식 8)의 전력 요금의 차이를 구하면 아래 수학식 9와 같다.

[수학식 9]

EC8 - EC10 = (P3 - P3b)·BR - We·Ra + Web·Rb + Wec·Rc

We = Web + Wec의 관계를 이용하여 수학식 9를 변형하면 아래 수학식 10과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 10]

EC8 - EC10 = (P3 - P3b)·BR + We·(Rc - Ra) - Web·(Rc - Rb)

수학식 10을 참조하면, 전력량 요금 항목에서 '-Web·(Rc - Rb)' 항목이 생겼는데, 이는 중간부하 구간에서 방전이 발생할 경우 최대부하 구간에서 방전하는 경우에 비해 전력량 요금에서 상대적으로 손해(상대적으로 요금 절감이 줄어듬)가 발생하는 것을 설명하는 항목이다.

수학식 7과 수학식 10을 통해 전력 요금 관점에서 도 9의 방법과 도 10의 방법을 대비해 본다.

도 9의 방법의 경우, 수학식 7을 통해 알 수 있는 바와 같이, 에너지 저장 장치의 용량(We)을 모두 최대부하 구간에 투입했으므로 에너지 저장 장치를 충전하는 시점과 방전하는 시점의 전력량 요율 차이(Rc -Ra)가 최대가 되어 전력량 요금 항목에서는 가장 좋지만, 중간부하 구간에서의 피크가 감소하지 않았으므로 최대 피크의 감소량(△Ppk)이 P3 - P2로 크지 않아 기본 요금 항목에서는 바람직하지 않을 수 있다. 즉, 도 9에 예시된 방법은 전력 요금 중에서 전력량 요금을 최적화하는 방법이기는 하지만 전체 전력 요금의 최적화라고 보기는 곤란하다. 특히, 중간부하 구간이나 경부하 구간에서 최대부하 구간의 최대 피크에 근접하거나 혹은 더 큰 피크가 발생하는 경우 문제가 더욱 두드러질 수 있다.

도 10의 방법의 경우, 수학식 10을 통해 알 수 있는 바와 같이, 에너지 저장 장치의 용량(We)을 중간부하 구간과 최대부하 구간에 분배하여 최대 피크를 가장 낮추는 방법이다. 이로 인해 최대 피크의 감소량(△Ppk)이 P3 - P3b로 극대화 되므로 기본 요금의 절감 정도가 가장 크지만, 중간부하 구간에서도 방전이 발생함으로 인해 '-Web·(Rc - Rb)' 항목에 의해 전력량 요금에서의 비용 절감 정도가 줄어들 수 있다. 즉, 도 10에 예시된 방법은 전력 요금 중에서 기본 요금을 최적화하는 방법이기는 하지만 전력량 요금에서의 절감 정도가 상대적으로 감소하므로 전체 전력 요금의 최적화가 아닐 수 있다.

다만, 도 10의 방법은 중간부하 또는 경부하 구간의 피크가 최대부하 구간의 최대 피크에 근접하거나 더 큰 경우에는 도 9의 방법에 비해 큰 효과가 있고, 중간부하 또는 경부하 구간의 피크가 최대부하 구간의 최대 피크에 비해 차이나게 작을 경우에는 도 9의 방법과 유사한 결과를 제공한다는 점에서 도 9의 방법에 비해서는 전력 요금을 절감하는 효과가 있다. 특히, 중간부하 구간에서의 피크가 크고 그 폭(시간)이 짧은 경우 도 10의 방법은 도 9의 방법에 비해 더욱 우수한 효과를 나타낼 수 있다.

이와 같이 도 10의 방법은 도 9의 방법에 비해 전력 요금 관점에서 장점을 가지지만, 도 10의 방법은 전력 요금을 구성하는 두 개의 항목 중에서 하나인 기본 요금을 최적화하는 방법이고, 목적 함수가 두 항목의 합으로 구성되는 경우 각각의 항목의 최적화는 목적함수 전체의 최적화가 아닌 경우가 많다는 점에서 도 10의 방법은 전체 전력 요금의 최적화가 아닐 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 도 11을 통해 예시한 전력 제어 방법은 전력 요금을 구성하는 기본 요금과 전력량 요금의 합을 목적함수로 설정하고 이 목적함수가 최소가 되도록 목표 프로파일을 설정하는 방법이다.

도 11의 경우에 대해 전력 요금을 계산해 보면 아래 수학식 11과 같다.

[수학식 11]

EC11 = P2a·BR + ((Wa+We)·Ra + (Wb-Web)·Rb + (Wc-Wec)·Rc)

도 11의 경우의 전력 요금 이득을 계산해 보면 아래 수학식 12와 같다.

[수학식 12]

EC8 - EC11 = (P3 - P2a)·BR + We·(Rc - Ra) - Web·(Rc - Rb)

수학식 11의 전력 요금의 최소화는 수학식 12의 전력 요금 이득의 최대화로 이해될 수 있다. 수학식 12를 참조하면, 중간부하 구간에서의 방전량(Web)이 증가할수록 전력량 요금 측면에서의 이득이 감소하지만 중간부하에서의 피크 P2a가 감소하여 기본 요금 측면에서의 이득이 증가할 수 있다. 본 실시예의 방법은 위 두 항목을 고려하여 전체 전력 요금이 최소화되도록 각 구간에서의 방전량(Web, Wec)을 설정할 수 있다. 이를 위해, 전력 요금을 구성하는 기본 요금과 전력량 요금의 합을 목적함수로 설정하고 목적함수의 최소화 관점에서 각 구간에서의 방전량(Web, Wec)을 결정할 수 있다.

다음으로, 도 8과 같이 중간부하 구간에서의 피크 전력(P2)이 최대부하 구간에서의 피크 전력(P3)에 비해 크게 차이가 나지 않는 경우에서, 전력 요금을 목적함수로 사용할 경우 도 11에 도시된 바와 같이 중간부하 구간에서 최대 피크가 발생하도록 목표 프로파일이 설정될 수 있다는 것에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 도 12를 참조하여 중간부하 구간의 피크의 폭이 최대부하 구간의 피크의 폭에 비해 상대적으로 넓은 경우에 대해 살펴본다. 이 경우, 에너지 저장 장치의 용량(We)을 대부분 최대부하 구간에 투입하는 것이 바람직할 수 있다. 왜냐하면, 에너지 저장 장치의 용량(We) 중의 일부를 중간부하 구간에 투입한다고 하더라도 중간부하 구간의 피크의 폭이 넓어 중간부하 구간의 피크 감소량이 작기 때문이다. 만약, 중간부하 구간의 피크의 폭이 극단적으로 넓다면 중간부하 구간에 전력을 투입하여도 중간부하 구간의 피크를 낮출 수 없어 기본 요금에서 이득이 발생하지 않으므로 에너지 저장 장치의 용량(We)을 모두 최대부하 구간에 투입하여 전력량 요금에서 이득을 발생시키는 것이 바람직할 수 있다.

다음으로, 도 13을 참조하여 중간부하 구간에서의 피크의 폭이 최대부하 구간에서의 피크의 폭에 비해 상대적으로 좁은 경우에 대해 살펴본다. 이 경우, 중간부하 구간의 피크가 최대부하 구간의 피크(P3e)와 동일하게 되도록 중간부하 구간에도 에너지 저장 장치의 용량(We) 중의 일부를 투입하는 것이 바람직할 것이다. 왜냐하면, 중간부하 구간의 피크는 작은 전력량의 투입에도 효과적으로 감소될 수 있으므로 전력량 요금에서의 손해보다는 기본 요금에서의 이득이 커지기 때문이다. 그러나 중간부하 구간의 피크를 최대부하 구간의 피크(P3e)보다 더 낮아지도록 중간부하 구간에 전력을 투입하는 것은 바람직하지 않다. 왜냐하면 중간부하 구간의 피크가 최대부하 구간의 피크(P3e)보다 더 낮아진다고 하여도 기본 요금의 추가적인 감소는 없이 전력량 요금에서의 손해만 발생하기 때문이다.

이와 같이 중간부하 구간의 피크의 폭이 극단적으로 넓을 경우 중간부하의 피크 전력을 P2로 유지(중간부하 구간의 피크를 낮추지 않음)하는 것이 전력 요금 측면에서 가장 유리하고(도 12 참조), 중간부하 구간의 피크의 폭이 극단적으로 좁을 경우 중간부하의 피크 전력을 최대부하 구간의 피크와 동일하게 낮추는 것이 전력 요금 측면에서 가장 유리할 수 있다(도 13 참조). 따라서, 중간부하 구간의 피크의 폭이 일반적인 정도일 때, 중간부하 구간의 피크는 어느 정도 낮추되 최대부하 구간의 피크에 비해서는 높게 유지하는 것이 전력 요금 측면에서 가장 유리할 수 있음을 알 수 있다.

이와 같이, 전력 요금의 최적화는 중간부하 구간의 목표 피크 전력이 P2(중간부하 구간에서의 피크 감축을 하지 않는 경우)와 P3b(전체 구간에서의 최대 피크를 최소화하는 경우)의 중간 지점(P2a)에 설정되는 경우에 달성될 수 있다(도 11 참조). 다른 관점에서 보면, 중간부하 구간의 목표 피크 전력(P2a)이 최대부하 구간의 목표 피크 전력(P3c)에 비해 상대적으로 큰 경우에 전력 요금의 최적화가 달성될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 중간부하 구간의 목표 피크(P2a)와 최대부하 구간의 목표 피크(P3c)의 차이는 중간부하 구간의 피크의 폭과 최대부하 구간의 피크의 폭의 상대적인 비율, 각 구간별 전력량 요율과 기본 요율, 에너지 저장 장치의 용량(We) 등에 따라 달라질 수 있다.

이상 간략화된 도면과 수식을 통해 본 실시예의 전력 제어 방법을 살펴보았으나, 실제 목표 프로파일의 설정은 좀 더 복잡한 연산을 통해 설정될 수 있을 것이다. 예시적으로, 부하의 전력 패턴을 예측한 예측 프로파일이 생성되면 에너지 저장 장치의 용량(We)과 예측 프로파일의 형상(피크 전력의 개수, 크기, 폭 등)에 따라 에너지 저장 장치의 용량을 투입(즉, 에너지 저장 장치의 방전)할 피크들이 결정되면서 목표 프로파일이 설정될 수 있다. 이 때, 전술한 바와 같이 전체 구간에서의 최대 피크를 낮추는 방법(도 10 참조)을 사용하거나 또는 전력 요금을 최소화하는 방법(도 11 참조)을 사용할 수 있다. 전력 요금을 최소화하는 방법을 사용하는 경우, 도 11을 참조하여 설명한 바와 같이, 각 구간에서의 피크의 상대적인 폭과 크기에 따라 각 구간에 투입되는 전력량의 배분이 달라질 수 있다. 이에 따라 중간부하 또는 경부하 구간에서 피크를 낮추기 위해 에너지 저장 장치의 용량의 일부를 투입하면서도 목표 프로파일의 최대 피크는 최대부하 구간이 아닌 중간부하 구간 또는 경부하 구간에서 발생하도록 설정될 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 방법을 개략적으로 예시하는 도면이다. 본 실시예의 전력 제어 방법은 전술한 전력 제어 장치에 의해 수행될 수 있다.

S1401 단계에서, 전력 제어 장치는 환경 데이터와 부하 전력소비패턴 정보를 수집할 수 있다. 환경 데이터는 계절, 날짜, 요일 및 시간에 따른 기상 데이터를 포함할 수 있다.

S1403 단계에서, 전력 제어 장치는 수집된 환경 데이터와 부하 전력소비패턴 정보로부터 부하 소비전력에 대한 예측 프로파일을 생성할 수 있다. 본 실시예에서는 한 가지 방법으로 전력 요금을 목적함수로 설정하고 그 최적화를 위한 목표 프로파일을 생성할 수 있으므로, 예측 프로파일은 전력 요금을 계산할 수 있을 정도의 정보를 포함할 수 있다. 예시적으로, 예측 프로파일은 경부하 구간, 중간부하 구간 및 최대 부하 구간에서의 피크들의 패턴(크기 및 폭 등)에 대한 정보, 각 구간에서의 전력량에 대한 정보를 포함할 수 있다.

S1405 단계에서, 전력 제어 장치는 목적함수를 설정할 수 있다. 목적함수는 경부하 구간, 중간부하 구간 및 최대부하 구간을 포함하는 전체 구간에서의 최대 피크 전력으로 설정되거나, 또는 전력 요금을 구성하는 기본 요금과 전력량 요금의 합으로 설정될 수 있다.

S1407 단계에서, 전력 제어 장치는 예측 프로파일에 기초하여 목표 프로파일을 설정할 수 있다. 예시적으로, 목표 프로파일은 에너지 저장 장치의 용량을 고려하여 S1405 단계에서 설정한 목적함수를 최적화하도록 설정될 수 있다. 목적함수가 전력 요금을 구성하는 기본 요금과 전력량 요금의 합으로 설정되는 경우, 전술한 바와 같이, 상황에 따라 목표 프로파일은 중간부하 또는 경부하 구간에서 최대부하 구간보다 더 큰 피크 전력이 발생하도록 설정될 수 있다.

S1409 단계에서, 전력 제어 장치는 예측 프로파일과 목표 프로파일에 기초하여 충방전 프로파일을 결정할 수 있다. 충방전 프로파일은 중간부하 구간 또는 경부하 구간에서 에너지 저장 장치로부터 전력망으로의 방전을 포함할 수 있다.

S1411 단계에서, 전력 제어 장치는 충방전 프로파일에 기초하여 에너지 저장 장치로 충방전되는 전력을 제어할 수 있다. 이를 위해, 전력 제어 장치는 에너지 저장 장치의 충방전 전력에 대한 정보를 전력 변환 장치로 전송할 수 있다.

도 15는 전력 제어 장치의 구성을 하드웨어 관점에서 예시한 블록도이다. 도 15를 참조하면, 전력 제어 장치(1530)는 입력부(1531), 프로세서(1532) 및 메모리(1533)를 포함할 수 있다. 메모리(1533) 내에는 전력 제어 장치의 동작을 위한 프로그램(1534)이 저장될 수 있다.

입력부(1531)는 부하의 과거 전력 사용 데이터 및 과거 및 현재의 환경 데이터를 입력받는 수단일 수 있다.

메모리(1533)는 전술한 전력 제어 방법을 수행하는 프로그램(1534)을 저장할 수 있다.

프로그램(1534)은 적어도 하나의 프로세서(1532)를 통해 구동될 수 있다. 프로그램(1534)은 전술한 전력 제어 장치(1530)의 동작들을 수행하기 위한 명령어를 포함할 수 있다. 예시적으로, 프로그램(1534)은 부하의 전력 사용량을 예측하는 예측 프로파일을 생성하고, 예측 프로파일과 에너지 저장 장치의 용량에 기초하여 목표 프로파일을 설정하며, 예측 프로파일과 목표 프로파일의 차이에 기초하여 결정되는 충방전 프로파일에 따라 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 명령어를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예들 중의 일부 구성은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (21)

1. 부하(load) 측에 전력을 공급하는 전력망에 연결된 에너지 저장 시스템에 있어서,
   전력망으로부터 공급받은 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치;
   상기 전력망과 상기 에너지 저장 장치 사이에서 전력을 전달하는 전력 변환 장치; 및
   상기 전력망과 상기 에너지 저장 장치 사이의 전력 전달을 제어하는 전력 제어 장치;를 포함하되,
   상기 전력 제어 장치는 상기 부하의 전력 사용량을 예측하는 예측 프로파일을 생성하고, 상기 예측 프로파일과 상기 에너지 저장 장치의 용량에 기초하여 목표 프로파일을 설정하며, 상기 예측 프로파일과 상기 목표 프로파일의 차이에 기초하여 결정되는 충방전 프로파일에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하고,
   상기 목표 프로파일은,
   목적함수를 설정하고, 상기 목적함수에 기초하여 상기 예측 프로파일의 형상과 상기 에너지 저장 장치의 용량에 따라 상기 에너지 저장 장치의 용량을 투입할 피크들을 결정하여 설정하고,
   상기 목적함수는,
   경부하 구간, 중간부하 구간 및 최대부하 구간을 포함하는 전체 구간에서의 최대 피크 전력으로 설정되거나, 전력 요금을 구성하는 기본 요금과 전력량 요금의 합으로 설정되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 충방전 프로파일은 중간부하 구간 또는 경부하 구간에서 상기 에너지 저장 장치로부터 상기 전력망으로의 방전을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 목표 프로파일은 중간부하 또는 경부하 구간에서 최대부하 구간보다 더 큰 피크 전력이 발생하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 전력 제어 장치는 상기 부하로 공급되는 실제 전력을 검출하고, 상기 검출된 실제 전력이 예측 프로파일과 차이가 큰 경우, 실시간으로 예측 프로파일을 수정하고, 상기 수정된 예측 프로파일에 따라 상기 목표 프로파일을 실시간으로 재설정하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 전력 제어 장치는 환경 데이터와 부하의 전력소비패턴 정보를 수집하고, 상기 수집된 환경 데이터와 부하의 전력소비패턴 정보로부터 상기 예측 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 환경 데이터는 계절, 날짜, 요일 및 시간에 따른 기상 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
9. 에너지 저장 장치를 포함하고 부하(load) 측에 전력을 공급하는 전력망에 연결된 에너지 저장 시스템의 전력 제어 방법으로서,
   환경 데이터와 부하 전력소비패턴 정보를 수집하는 단계;
   상기 환경 데이터와 상기 부하 전력소비패턴 정보로부터 부하 소비전력에 대한 예측 프로파일을 생성하는 단계;
   상기 예측 프로파일에 기초하여 목표 프로파일을 설정하는 단계;
   상기 예측 프로파일과 상기 목표 프로파일에 기초하여 충방전 프로파일을 결정하는 단계;
   상기 충방전 프로파일에 기초하여 에너지 저장 장치로 충방전되는 전력을 제어하는 단계;
   를 포함하되,
   상기 목표 프로파일을 설정하는 단계는,
   목적함수를 설정하고, 상기 목적함수에 기초하여 상기 예측 프로파일의 형상과 상기 에너지 저장 장치의 용량에 따라 상기 에너지 저장 장치의 용량에 따라 상기 에너지 저장 장치의 용량을 투입할 피크들을 결정하여 설정하고,
   상기 목적함수는,
   경부하 구간, 중간부하 구간 및 최대부하 구간을 포함하는 전체 구간에서의 최대 피크 전력으로 설정되거나, 전력 요금을 구성하는 기본 요금과 전력량 요금의 합으로 설정되는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 청구항 9에 있어서,
    상기 충방전 프로파일은 중간부하 구간 또는 경부하 구간에서 상기 에너지 저장 장치로부터 상기 전력망으로의 방전을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
15. 청구항 9에 있어서,
    상기 목표 프로파일은 중간부하 또는 경부하 구간에서 최대부하 구간보다 더 큰 피크 전력이 발생하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
16. 에너지 저장 장치를 포함하고 부하(load) 측에 전력을 공급하는 전력망에 연결된 에너지 저장 시스템을 제어하기 위한 전력 제어 장치에 있어서,
    상기 부하의 전력 사용량을 예측하는 예측 프로파일을 생성하는 부하 프로파일 예측부;
    상기 예측 프로파일과 상기 에너지 저장 장치의 용량에 기초하여 목표 프로파일을 설정하는 목표 프로파일 설정부; 및
    상기 예측 프로파일과 상기 목표 프로파일의 차이에 기초하여 결정되는 충방전 프로파일에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 전력변환장치 제어부;
    를 포함하되,
    상기 목표 프로파일 설정부는,
    목적함수를 설정하고, 상기 목적함수에 기초하여 상기 예측 프로파일의 형상과 상기 에너지 저장 장치의 용량에 따라 상기 에너지 저장 장치의 용량에 따라 상기 에너지 저장 장치의 용량을 투입할 피크들을 결정하여 설정하고,
    상기 목적함수는,
    경부하 구간, 중간부하 구간 및 최대부하 구간을 포함하는 전체 구간에서의 최대 피크 전력으로 설정되거나, 전력 요금을 구성하는 기본 요금과 전력량 요금의 합으로 설정되는 것을 특징으로 하는 전력 제어 장치.
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

    청구항 16에 있어서,
    상기 충방전 프로파일은 중간부하 구간 또는 경부하 구간에서 상기 에너지 저장 장치로부터 상기 전력망으로의 방전을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 장치.
21. ◈청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

    청구항 16에 있어서,
    상기 목표 프로파일은 중간부하 또는 경부하 구간에서 최대부하 구간보다 더 큰 피크 전력이 발생하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전력 제어 장치.

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