KR102280881B1

KR102280881B1 - 다중마이크로그리드 운영 장치 및 그 운영 방법, 다중마이크로그리드 시스템

Info

Publication number: KR102280881B1
Application number: KR1020190055513A
Authority: KR
Inventors: 고재하; 이우형; 김춘성; 오현주; 이유경; 여서현; 김종철
Original assignee: 재단법인 녹색에너지연구원
Priority date: 2019-05-13
Filing date: 2019-05-13
Publication date: 2021-07-22
Also published as: KR20200130943A

Abstract

본 발명은 다중마이크로그리드 운영 장치 및 그 운영 방법 및 다중마이크로그리드 시스템에 관한 것으로, 전력거래를 통해 상호 자원을 공유할 수 있는 다중마이크로그리드 운영 장치 및 그 운영 방법 및 다중마이크로그리드 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 다중마이크로그리드를 구성하는 각각의 마이크로그리드의 수익을 창출함과 동시에 안정적인 전력 공급을 가능하게 하는 다중마이크로그리드 운영 장치 및 그 운영 방법 및 다중마이크로그리드 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다중마이크로그리드 운영 장치는 전력을 판매하고자 하는 셀그리드가 속하는 마이크로그리드의 EMS로부터 셀그리드 별 사적 자원 정보 및 전력을 구매하고자 하는 셀그리드가 속하는 마이크로그리드의 EMS로부터 기 설정된 전력 거래 시간대별 셀그리드별 전력 구매량을 수집하는 자원 정보 수집부; 및 상기 수집된 셀그리드 별 사적 자원 정보 및 전력 거래 시간대별 셀그리드별 전력 구매량을 사용해 전력을 판매하고자 하는 셀그리드와 전력을 구매하고자 하는 셀그리드를 매칭시키는 매칭부를 포함한다.

Description

다중마이크로그리드 운영 장치 및 그 운영 방법, 다중마이크로그리드 시스템{APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING A MULTIPLE MICROGRID, MULTIPLE MICROGRID SYSTEM}

본 발명은 다중마이크로그리드 운영 장치 및 그 운영 방법 및 다중마이크로그리드 시스템에 관한 것으로, 전력거래를 통해 상호 자원을 공유할 수 있는 다중마이크로그리드 운영 장치 및 그 운영 방법 및 다중마이크로그리드 시스템에 관한 것이다.

마이크로그리드(Micro Grid)는 전력망에 정보 기술이 접목되어 발전량 조절을 위한 제어가 수행되며, 발전·소비량 예측 등의 기능을 필요로 한다는 점에서 스마트그리드와 유사하지만, 그 적용 규모가 스마트그리드에 비하여 상대적으로 작고, 발전원과 수용가(전력소비 주체)의 위치가 가깝기 때문에 대규모 송전 설비가 필요하지 않다는 차이점이 있다.

미국의 에너지국(Department Of Energy, DOE)은 마이크로그리드(Micro Grid)를 다음과 같이 정의하고 있다.

명확히 정의된 전기적 범위 안에서 상호 연결된 '수용가'와 '분산 에너지 자원(Distributed Energy Resource, DER)'의 그룹으로 계통에 대하여 하나의 제어 가능한 개체(entity)이며, 계통으로부터 연결 및 독립이 가능하다.

다시 말해, 마이크로그리드는 지역화된 전력망으로 수용가와 풍력, 태양광 등의 분산 에너지 자원(DER)을 연결한 것으로써, 전체 전력 계통과 독립적(off-grid)으로 동작하여 전력의 자급자족(自給自足)이 가능하며, 필요에 따라 계통과 연계(on-grid)되어 동작할 수도 있는 전력망이다.

그러나 단순히 수용가와 DER을 연결하는 것만으로는 마이크로그리드를 구성 및 운영하기에 충분하지 않다. 풍력 발전이나 태양광 발전의 경우, 풍속이나 일조량에 따른 발전량의 변화가 발생하기 때문인데, 이러한 풍력이나 태양광 발전 설비를 별다른 제어 없이 계통으로 전력을 공급하도록 연결할 경우, 전력 계통의 전력 품질은 예측과 관리가 매우 어려워진다.

특히 마이크로그리드는 구성되는 전력망의 범위가 작기 때문에 신재생 발전원의 전력 품질 불안정에 더욱 큰 영향을 받게 되므로 마이크로그리드를 구성할 때는 이러한 문제들을 방지하기 위한 기술들이 적용되어야 한다. 또한 전력 품질 및 공급의 안정성을 확보하기 위하여 대부분의 마이크로그리드는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)을 포함하여 구성된다.

이때, ESS는 전력 공급 과잉 시점에는 전력을 저장하고, 수요가 많아지는 시점에는 저장해 둔 전력을 수용가로 공급하는 역할을 수행함으로써 마이크로그리드의 전력 품질 및 공급의 안정성에 기여한다.

그리고 ESS뿐만 아니라 마이크로그리드에 연결되어 있는 수용가나 DER들을 모니터링하고 제어할 수 있도록 하는 시스템 또한 필요한데, 이러한 시스템들은 마이크로그리드의 상태에 따라 발전원이나 수용가의 동작을 제어하여 전력의 공급 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 해 준다.

또한 단순한 모니터링과 제어뿐만 아니라 발전·수요량을 예측하고 Peak Cut, Load Shift, Demand Response 등의 부가 서비스를 가능하도록 하여 에너지 사용 효율을 높이고 부가적인 이득을 창출할 수 있도록 한다.

한국등록특허공보 제10-1212343호(공고일자 2012년12월13일)

본 발명은 다중마이크로그리드를 구성하는 각각의 마이크로그리드의 수익을 창출함과 동시에 안정적인 전력 공급을 가능하게 하는 다중마이크로그리드 운영 장치 및 그 운영 방법 및 다중마이크로그리드 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다중마이크로그리드 운영 장치는 전력을 판매하고자 하는 셀그리드가 속하는 마이크로그리드의 EMS로부터 셀그리드 별 사적 자원 정보 및 전력을 구매하고자 하는 셀그리드가 속하는 마이크로그리드의 EMS로부터 기 설정된 전력 거래 시간대별 셀그리드별 전력 구매량을 수집하는 자원 정보 수집부; 및 상기 수집된 셀그리드 별 사적 자원 정보 및 전력 거래 시간대별 셀그리드별 전력 구매량을 사용해 전력을 판매하고자 하는 셀그리드와 전력을 구매하고자 하는 셀그리드를 매칭시키는 매칭부를 포함한다.

여기서, 상기 사적 자원 정보는 ESS 용량 정보일 수 있다.

그리고, 상기 EMS는 공적 자원을 사용해 마이크로그리드 내부를 운영할 수 있다.

또한, 상기 공적 자원은 ESS 용량 중 사적 자원 정보를 제외한 ESS 용량일 수 있다.

또한, 전력을 구매하고자 하는 셀그리드와 전력을 판매하기로 한 셀그리드의 매칭 결과를 EMS에 제공하는 전력 거래 수행부를 더 포함하고, 상기 EMS는 전력 거래 매칭 결과를 토대로 전력을 판매하는 셀그리드와 전력을 구매하는 셀그리드 간에 DC 망을 통해 전력 공급이 가능하도록 전력을 판매하는 셀그리드와 DC 망 사이에 설치된 차단기 및 전력을 구매하는 셀그리드와 DC 망 사이에 설치된 차단기를 제어할 수 있다.

또한, 상기 DC 망은 AC 망과 별개로 설치되어 복수의 마이크로그리드 내의 셀그리드를 연결할 수 있다.

또한, 상기 사적 자원이 설정된 셀그리드가 속하는 마이크로그리드 내의 EMS는 상기 사적 자원이 설정된 셀그리드의 사적 자원이 상시 확보될 수 있도록 상기 사적 자원이 설정된 셀그리드를 제어할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다중마이크로그리드 운영 방법은 정보 수집부가 전력을 판매하고자 하는 셀그리드가 속하는 마이크로그리드의 EMS로부터 셀그리드 별 사적 자원 정보 및 전력을 구매하고자 하는 셀그리드가 속하는 마이크로그리드의 EMS로부터 기 설정된 전력 거래 시간대별 셀그리드별 전력 구매량을 수집하는 단계; 및 매칭부가 상기 수집된 셀그리드 별 사적 자원 정보 및 전력 거래 시간대별 셀그리드별 전력 구매량을 사용해 전력을 판매하고자 하는 셀그리드와 전력을 구매하고자 하는 셀그리드를 매칭시키는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 사적 자원 정보는 ESS 용량 정보일 수 있다.

또한, 전력 거래 수행부가 전력을 구매하고자 하는 셀그리드와 전력을 판매하기로 한 셀그리드의 매칭 결과를 EMS에 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 EMS는 전력 거래 매칭 결과를 토대로 전력을 판매하는 셀그리드와 전력을 구매하는 셀그리드 간에 DC 망을 통해 전력 공급이 가능하도록 전력을 판매하는 셀그리드와 DC 망 사이에 설치된 차단기 및 전력을 구매하는 셀그리드와 DC 망 사이에 설치된 차단기를 제어할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다중마이크로그리드 시스템은 복수의 셀그리드 및 상기 복수의 셀그리드의 운영을 담당하는 EMS를 포함하는 제 1 마이크로그리드; 복수의 셀그리드 및 상기 복수의 셀그리드의 운영을 담당하는 EMS를 포함하는 제 2 마이크로그리드; 상기 제 1 마이크로그리드와 제 2 마이크로그리드 간의 전력 거래를 중개하는 다중마이크로그리드 운영 장치; 상기 제 1 마이크로그리드와 제 2 마이크로그리드를 연결하는 DC 망을 포함하고, 상기 제 1 마이크로그리드와 제 2 마이크로그리드는 상기 DC 망을 통해 전력 거래를 수행할 수 있다.

그리고, 상기 DC 망은 전력 회사가 운영하는 AC 망과 별개로 설치될 수 있다.

또한, 상기 상기 제 1 마이크로그리드와 제 2 마이크로그리드를 연결하는 DC 망에는 DC-DC 컨버터가 설치될 수 있다.

또한, 상기 DC-DC 컨버터는 제 1 마이크로그리드와 제 2 마이크로그리드 간의 전력 거래시 전력을 구매하는 마이크로그리드의 내부 운영 DC 전압에 정합되도록 전력을 판매하는 마이크로그리드이 내부 운영 DC 전압을 변환할 수 있다.

또한, 상기 다중마이크로그리드 운영 장치는 마이크로그리드 내의 셀그리드의 사적 자원 정보에 기반하여 전력 거래를 중개할 수 있다.

또한, 상기 마이크로그리드는 공적 자원 정보에 기반하여 마이크로그리드 내부를 운영할 수 있다.

본 발명은 마이크로그리드 간 전력 거래를 통해 다중마이크로그리드를 구성하는 각각의 마이크로그리드의 수익을 창출함과 동시에 안정적인 전력 공급을 가능하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다중 마이크로그리드 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 마이크로그리드의 공적자원과 사적자원을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 TOC의 기능블록도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 방법에 대한 플로우차트이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 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.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 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 발명에서 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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 도 1 및 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다중 마이크로그리드 시스템에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다중 마이크로그리드 시스템의 개략도이다. 도 2는 도 1의 마이크로그리드의 공적자원과 사적자원을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 도 1의 TOC의 기능블록도이다. 이하, 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 종래 주지된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.

도 1을 참조하면, 다중 마이크로그리드 시스템은 복수의 마이크로그리드(10, 20), TOC(100, Top Of Control, 다중 마이크로그리드 운영 장치), MDMS(200, Metering Data Management System)을 포함할 수 있다. 이하. 설명의 편의를 위해, 2 개의 마이크로그리드를 기준으로 설명한다. 도 1에서 도면부호 '10'은 제 1 마이크로그리드, 도면부호 '20'은 제 2 마이크로그리드이다.

제 1 마이크로그리드(10)는 복수의 셀그리드(11-1, 11-2, …, 11-n, 이하, '11'로 통칭함), PMS(12, Power Management System), EMS(13, Energy Management System)를 포함할 수 있다.

셀그리드(11) 각각은 마이크로그리드 보다 소규모 그리드로서, 부하(Load)를 포함할 수 있다. 복수의 셀그리드(11) 중 적어도 일부는 ESS(Energy Storage System)를 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 셀그리드(11) 중 적어도 일부는 분산전원을 포함할 수 있다.

PMS(12)는 제 1 셀그리드(11-1)의 운영 만을 담당할 수 있다. PMS(12)는 셀그리드의 부하량이 많거나 셀그리드에 분산전원이 포함되어 있거나 ESS 용량이 커서 셀그리드에 대한 전용 운영 장치가 필요한 경우 특정 셀그리드의 운영을 담당하기 위해 설치될 수 있다. PMS(12)는 기 설정된 운영 시나리오에 따라 담당 셀그리드에 대하여 부하 예측, 부하 제어(피크 제어), ESS 충방전 제어, 최적 제어 등을 수행할 수 있다.

EMS(13)는 셀그리드(11)의 운영을 담당할 수 있다. 이때, EMS(13)는 PMS(12)와 연동할 수 있다. EMS(13)는 복수의 셀그리드(11) 각각의 공적 자원 정보와 사적 자원 정보를 수집할 수 있다. EMS(13)는 공적 자원 정보를 활용하여 제 1 마이크로그리드(10)의 내부 운영을 할 수 있다. 여기서, 공적 자원 정보는 셀그리드(11) 내부에 포함된 ESS의 전체 용량 중 공적으로 활용하기 위한 용량을 의미할 수 있다. 여기서, 공적이라 함은 셀그리드(11)가 속하는 마이크로그리드(제 1 마이크로그리드)의 전체 운영적 측면을 의미할 수 있다. EMS(13)는 공적 자원 정보를 활용하여 제 1 마이크로그리드(10) 내부에서의 DC 망(1)을 사용한 전력 거래, 제 1 마이크로그리드(10) 자체의 수급 안정을 위한 제어 등을 수행할 수 있다. 일 예로 피크 부하 시간대에 공적 자원인 ESS 용량을 사용해 피크 제어(ESS 방전 및 타 셀그리드로의 전력 공급)를 수행할 수 있다. EMS(13)는 사적 자원 정보를 사용해 DC 망(1)을 통한 마이크로그리드 간 전력 거래를 수행할 수 있다. EMS(13)는 사적 자원 정보로서 제 1 마이크로그리드(10)에 속하는 셀그리드(11) 각각의 ESS 전체 용량 중 사적 자원으로 활용하는 용량을 TOC(100, Top Of Control, 다중 마이크로그리드 운영 장치)에 제공할 수 있다. 이때, 셀그리드(11) 각각의 식별 정보와 매칭된 사적 자원 정보가 TOC(100)에 제공될 수 있다. 셀그리드(11)는 EMS(13)에 제공한 사적 자원 정보에 따라 셀그리드 각각에 구비된 ESS를 상시 충전하여 사적 자원이 실시간 확보되도록 하여야 한다. 따라서, EMS(13)는 셀그리드(11)가 EMS(13)에 제공한 사적 자원 정보에 따라 셀그리드 각각에 구비된 ESS를 상시 충전하여 사적 자원이 상시 확보될 수 있도록 셀그리드(11)를 운영할 수 있다. 그리고, EMS(13)는 셀그리드(11)가 제공하기로 한 공적 자원(달리 표현하면, EMS(13)가 제 1 마이크로그리드를 운영하기 위해 사용 가능한 셀그리드 각각의 ESS의 충방전 제어 가능 용량)을 활용해 제 1 마이크로그리드(10) 내부를 운영할 수 있다.

제 1 마이크로그리드(10) 내의 제 1 내지 제 n 셀그리드 각각은 제 1 차단기(CB1)를 매개로 하여 DC 망(1)에 연결될 수 있다. 여기서, DC 망(1)은 마이크로그리드 간 및 마이크로그리드 내의 셀그리드 간을 전기적으로 연결할 수 있다. 그리고, 제 1 내지 제 n 셀그리드 각각은 제 2 차단기(CB2)를 매개로 AC 망(2)에 전기적으로 연결될 수 있다. AC 망은 전력 회사가 운영하는 유틸리티 그리드일 수 있다.

제 2 마이크로그리드(20)는 복수의 셀그리드(21-1, 21-2, …, 21-n, 이하, '21'로 통칭함), FPMS(22, Factory Power Management System), EMS(23, Energy Management System)를 포함할 수 있다.

셀그리드(21) 각각은 마이크로그리드 보다 소규모 그리드로서, 부하(Load)를 포함할 수 있다. 복수의 셀그리드(21) 중 적어도 일부는 ESS(Energy Storage System)를 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 셀그리드(21) 중 적어도 일부는 분산전원을 포함할 수 있다.

FPMS(22-1, 22-2, …, 22-n)는 FPMS(22)와 연계된 셀그리드(22)의 운영 만을 담당할 수 있다. FPMS(22)는 셀그리드의 부하량이 많거나 셀그리드에 분산전원이 포함되어 있거나 ESS 용량이 커서 셀그리드에 대한 전용 운영 장치가 필요한 경우 특정 셀그리드의 운영을 담당하기 위해 설치될 수 있다. FPMS(22)는 기 설정된 운영 시나리오에 따라 담당 셀그리드에 대하여 부하 예측, 부하 제어(피크 제어), ESS 충방전 제어, 최적 제어 등을 수행할 수 있다. FPMS(22)는 공장에 구비되는 셀그리드의 운영에 특화된 PMS일 수 있다. 공장의 경우 산업용 전기를 사용하는 특수성이 있다. 이에 따라, 전력 요금 과금 체계도 일반 수용가와는 차이가 있다. 그리고, 일반 수용가와 달리 많은 양의 전기를 심야시간대에 필요할 수도 있다. 이 같은 특수성에 기초하여 FPMS는 공장에 적합한 전력 운영 솔루션을 제공할 수 있다.

EMS(23)는 FPMS(22)와 연동하여 셀그리드(21)의 운영을 담당할 수 있다. EMS(23)는 복수의 셀그리드(21) 각각의 공적 자원 정보와 사적 자원 정보를 수집할 수 있다. EMS(23)는 공적 자원 정보를 활용하여 제 2 마이크로그리드(20)의 내부 운영을 할 수 있다. 여기서, 공적 자원 정보는 셀그리드(21) 내부에 포함된 ESS의 전체 용량 중 공적으로 활용하기 위한 용량을 의미할 수 있다. 여기서, 공적이라 함은 셀그리드(21)가 속하는 마이크로그리드(제 2 마이크로그리드)의 전체 운영적 측면을 의미할 수 있다. EMS(23)는 공적 자원 정보를 활용하여 제 2 마이크로그리드(20) 내부에서의 DC 망(1)을 통한 전력 거래, 제 2 마이크로그리드(20) 자체의 수급 안정을 위한 제어 등을 수행할 수 있다. 일 예로 피크 부하 시간대에 공적 자원인 ESS 용량을 사용해 피크 제어(ESS 방전 및 타 셀그리드로의 전력 공급)를 수행할 수 있다. EMS(13)는 사적 자원 정보를 사용해 DC 망(1)을 통한 마이크로그리드 간 전력 거래를 수행할 수 있다. EMS(23)는 사적 자원 정보로서 제 2 마이크로그리드(20)에 속하는 셀그리드(21) 각각의 ESS 전체 용량 중 사적 자원으로 활용하는 용량을 TOC(100, Top Of Control, 다중 마이크로그리드 운영 장치)에 제공할 수 있다. 이때, 셀그리드(21) 각각의 식별 정보와 매칭된 사적 자원 정보가 TOC(100)에 제공될 수 있다. 셀그리드(21)는 EMS(23)에 제공한 사적 자원 정보에 따라 셀그리드 각각에 구비된 ESS를 상시 충전하여 사적 자원이 상시 확보될 수 있도록 하여야 한다. 따라서, EMS(23)는 셀그리드(21)가 EMS(23)에 제공한 사적 자원 정보에 따라 셀그리드 각각에 구비된 ESS를 상시 충전하여 사적 자원이 상시 확보될 수 있도록 셀그리드(21)를 운영할 수 있다. 그리고, EMS(23)는 셀그리드(21)가 제공하기로 한 공적 자원(달리 표현하면, EMS(23)가 제 2 마이크로그리드를 운영하기 위해 사용 가능한 셀그리드 각각의 ESS의 충방전 제어 가능 용량)을 활용해 제 2 마이크로그리드(10)를 운영할 수 있다.

제 2 마이크로그리드(20) 내의 제 1 내지 제 n 셀그리드 각각은 제 1 차단기(CB1)를 매개로 하여 DC 망(1)에 연결될 수 있다. 여기서, DC 망(1)은 마이크로그리드 간 및 마이크로그리드 내의 셀그리드 간을 전기적으로 연결할 수 있다. 그리고, 제 1 내지 제 n 셀그리드 각각은 제 2 차단기(CB2)를 매개로 AC 망(2)에 전기적으로 연결될 수 있다. AC 망은 전력 회사가 운영하는 유틸리티 그리드일 수 있다.

TOC(100)는 복수의 마이크로그리드로부터 사적 자원 정보를 수집하고 사적 자원 정보를 사용해 복수의 마이크로그리드 간의 전력 거래를 중개할 수 있다. 여기서, 전력을 판매하기로 한 마이크로그리드의 사적 자원 정보는 셀그리드 별 전력 판매랑일 수 있다. TOC(100)는 전력을 판매하기로 한 마이크로그리드로부터 사적 자원 정보를 수집할 수 있다. 그리고, TOC(100)는 기 설정된 시간대 마다 전력을 구매하고자 하는 마이크로그리드부터 그 마이크로그리드에 속하는 셀그리드 별 전력 구매량을 수집할 수 있다. 그리고, 전력을 구매하고자 하는 셀그리드 각각에 전력을 판매할 셀그리드를 매칭시킬 수 있다. 그리고, TOC(100)는 그 매칭 결과를 전력을 구매하고자 하는 셀그리드가 속한 마이크로그리드의 EMS(예를 들어, 13)와 전력을 판매하고자 하는 셀그리드가 속하는 마이크로그리드의 EMS(예를 들어, 23)에 제공할 수 있다. 이때, 전력을 거래하고자 하는 시간대에 EMS(13, 23)는 전력을 판매하는 셀그리드(예를 들어, 11-1)와 전력을 구매하는 셀그리드(예를 들어, 21-1) 간에 물리적으로 DC 망을 통해 전기적으로 도통되도록 차단기를 온시킬 수 있다. 즉, EMS는 전력 거래 매칭 결과를 토대로 전력을 판매하는 셀그리드와 전력을 구매하는 셀그리드 간에 DC 망을 통해 전력 공급이 가능하도록 전력을 판매하는 셀그리드와 DC 망(1) 사이에 설치된 차단기 및 전력을 구매하는 셀그리드와 DC 망(1) 사이에 설치된 차단기를 제어할 수 있다. 전력 거래가 완료되면 전력을 판매하는 셀그리드와 DC 망(1) 사이에 설치된 차단기 및 전력을 구매하는 셀그리드와 DC 망(1) 사이에 설치된 차단기을 오프시킬 수 있다.

도 3을 참조하면, TOC(100)는 자원 정보 수집부(101), 거래 매칭부(102), 전력 거래 수행부(103) 및 통신부(104)를 포함할 수 있다.

자원 정보 수집부(101)는 전력을 판매하고자 하는 셀그리드가 속하는 마이크로그리드의 EMS로부터 셀그리드 별 사적 자원 정보 및 전력을 구매하고자 하는 셀그리드가 속하는 마이크로그리드의 EMS로부터 기 설정된 전력 거래 시간대별(예를 들어 1시간) 셀그리드별 전력 구매량을 수집할 수 있다. 전력을 판매하고자 하는 셀그리드가 속하는 마이크로그리드의 EMS로부터 사적 자원 정보는 셀그리드 각각의 사적 자원 정보 설정이 완료된 때 수집될 수 있고, 셀그리드 별 전력 구매량은 기 설정된 전력 거래 시간대로부터 기 설정된 시간 전(예를 들어 10 분 전) 마다 수집될 수 있다.

거래 매칭부(102)는 전력 구매량에 대응한 전력을 공급할 수 있는 셀그리드를 선정하여 전력을 구매하고자 하는 셀그리드와 전력을 판매하기로 한 셀그리드를 매칭할 수 있다. 이때, 1:1, 1:n, n:1, n:m (n 및 m은 자연수) 형태로 매칭될 수 있다.

전력 거래 수행부(103)는 전력을 구매하고자 하는 셀그리드와 전력을 판매하기로 한 셀그리드의 매칭 결과를 EMS에 제공할 수 있다. 그리고, 전력 거래 결과(전력을 판매하기로 한 셀그리드와 DC 망 사이에 설치된 계량기를 통해 계측된 DC 망을 통한 전력 송전량 및 전력을 구매하기로 한 셀그리드와 DC 망 사이에 설치된 계량기를 통해 계측된 DC 망을 통한 전력 수전량)를 전력 거래 당사자인 셀그리드가 속하는 EMS로부터 제공 받을 수 있다. 그리고, 전력 거래 결과를 통해 전력 거래가 성공적으로 수행된 것으로 판단되면, 전력 거래 수행부(103)는 전력 거래 당사자 간의 거래 요금에 대한 정산을 할 수 있다.

통신망(104)은 TOC(100)와 EMS(13, 23) 간의 통신을 제공할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, DC 망에는 DC-DC 컨버터(3)가 설치될 수 있다. DC-DC 컨버터(3)는 마이크로그리드 사이마다 설치될 수 있다. 복수의 마이크로그리드 각각의 내부에서의 송전은 DC 방식일 수 있다. 복수의 마이크로그리드가 존재하는 경우 복수의 마이크로그리드 각각의 내부 DC 배송 전압은 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 1 마이크로그리드(10)는 내부 DC 운영 전압이 830 V이고, 제 2 마이크로그리드(20)는 내부 DC 운영 전압이 1000V일 수 있다. 따라서, 전력 거래를 통한 상호 간의 전력 전송시 DC-DC 컨버터(3)가 판매한 마이크로그리드의 DC 전압을 전력을 구매한 마이크로그리드 내의 DC 전압에 정합되게 변환할 수 있다.

MDMS(200, Metering Data Management System)는 미터링 데이터에 대한 통합 관리를 할 수 있다.

도 2를 참조하면, 제 1 셀그리드(11-1)의 전체 자원(ESS 전체 용량) 중 100 %가 사적 자원(달리 표현하면, 상시 전력 판매량)이고, 제 2 셀그리드(11-2)의 전체 자원(ESS 전체 용량) 중 70%가 사적 자원(달리 표현하면, 상시 전력 판매량)이고 30%가 공적 자원이며, 제 n 셀그리드(11-n)의 전체 자원 중 50%가 사적 자원(달리 표현하면, 상시 전력 판매량)이고 50%가 공적 자원인 경우를 예시한다. EMS(13)는 제 1 내지 제 n 셀그리드의 공적 자원을 활용해 제 1 마이크로그리드 내를 기 설정된 시나리오에 따라 운영하고 제 1 내지 제 n 셀그리드의 사적 자원을 활용해 타 마이크로그리드의 셀그리드와 전력거래를 수행할 수 있다.

도 2는 제 1 마이크로그리드가 전력 판매자이고 제 2 마이크로그리드가 전력 구매자인 것을 예시한다. 제 1 마이크로그리드는 전기 부하량이 제 2 마이크로그리드의 전기 부하량 보다 작은 경우를 예시한다. 제 1 마이크로그리드는 잔여 전력이 많은 타입이고 제 2 마이크로그리드는 시장 경기에 따라 하루 동안의 전기 부하의 변화량이 클 수 있는 공장이 많이 분포하는 마이크로그리드를 예시한다.

이와 같이, 본 발명은 마이크로그리드 자체의 속성에 따라 마이크로그리드 간의 전력 거래를 통한 협조 제어를 통해 안정적인 전력 공급이 가능하게 하고 마이크로그리드의 부가 수익 창출이 가능하고, 마이크로그리드의 설계 마진을 확보하게 할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다중마이크로그리드 운영 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 방법에 대한 플로우차트이다. 이하에서, 앞서 설명된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.

도 4를 참조하면, 자원 정보 수집부(101)가 전력을 판매하고자 하는 셀그리드가 속하는 마이크로그리드의 EMS로부터 셀그리드 별 사적 자원 정보 전력을 구매하고자 하는 셀그리드가 속하는 마이크로그리드의 EMS로부터 기 설정된 전력 거래 시간대별(예를 들어 1시간) 셀그리드별 전력 구매량을 수집할 수 있다(S41). 전력을 판매하고자 하는 셀그리드가 속하는 마이크로그리드의 EMS로부터 사적 자원 정보는 셀그리드 각각의 사적 자원 정보 설정이 완료된 때 수집될 수 있고, 셀그리드 별 전력 구매량을 기 설정된 전력 거래 시간대로부터 기 설정된 시간 전(예를 들어 10 분 전) 마다 수집할 수 있다.

그리고, 거래 매칭부(102)가 전력 구매량에 대응한 전력을 공급할 수 있는 셀그리드를 선정하여 전력을 구매하고자 하는 셀그리드와 전력을 판매하기로 한 셀그리드를 매칭할 수 있다(S42). 이때, 1:1, 1:n, n:1, n:m (n 및 m은 자연수) 형태로 매칭될 수 있다.

이때, 전력 거래 수행부(103)가 매칭 결과에 따라 전력 거래를 수행할 수 있다. 이때, 전력 거래 수행부(103)가 전력을 구매하고자 하는 셀그리드와 전력을 판매하기로 한 셀그리드의 매칭 결과를 EMS에 제공할 수 있다. 그리고, 전력 거래 결과(전력을 판매하기로 한 셀그리드와 DC 망 사이에 설치된 계량기를 통해 계측된 DC 망을 통한 전력 송전량 및 전력을 구매하기로 한 셀그리드와 DC 망 사이에 설치된 계량기를 통해 계측된 DC 망을 통한 전력 수전량)를 전력 거래 당사자인 셀그리드가 속하는 EMS로부터 제공 받을 수 있다. 그리고, 전력 거래 결과를 통해 전력 거래가 성공적으로 수행된 것으로 판단되면, 전력 거래 수행부(103)는 전력 거래 당사자 간의 거래 요금에 대한 정산을 할 수 있다. 전력 거래시, 전력을 거래하고자 하는 시간대에 EMS(13, 23)는 전력을 판매하는 셀그리드(예를 들어, 11-1)와 전력을 구매하는 셀그리드(예를 들어, 21-1) 간에 물리적으로 DC 망을 통해 전기적으로 도통되도록 차단기를 온시킬 수 있다. 즉, EMS는 전력 거래 매칭 결과를 토대로 전력을 판매하는 셀그리드와 전력을 구매하는 셀그리드 간에 DC 망을 통해 전력 공급이 가능하도록 전력을 판매하는 셀그리드와 DC 망(1) 사이에 설치된 차단기 및 전력을 구매하는 셀그리드와 DC 망(1) 사이에 설치된 차단기를 제어할 수 있다. 전력 거래가 완료되면 전력을 판매하는 셀그리드와 DC 망(1) 사이에 설치된 차단기 및 전력을 구매하는 셀그리드와 DC 망(1) 사이에 설치된 차단기을 오프시킬 수 있다.

10: 제 1 마이크로그리드
11-1, 11-2, 11-n, 21-1, 21-2, 21-n: 셀그리드
12: PMS
13: EMS
20: 제 2 마이크로그리드
22-1, 22-2, 22-n: FPMS
23: EMS
100: TOC
200: MDMS

Claims

전력을 판매하고자 하는 셀그리드가 속하는 마이크로그리드의 EMS로부터 셀그리드 별 사적 자원 정보 및 전력을 구매하고자 하는 셀그리드가 속하는 마이크로그리드의 EMS로부터 기 설정된 전력 거래 시간대별 셀그리드별 전력 구매량을 수집하는 자원 정보 수집부; 및
상기 수집된 셀그리드 별 사적 자원 정보 및 전력 거래 시간대별 셀그리드별 전력 구매량을 사용해 전력을 판매하고자 하는 셀그리드와 전력을 구매하고자 하는 셀그리드를 매칭시키는 매칭부를 포함하고,
상기 EMS는 공적 자원을 사용해 마이크로그리드 내부를 운영하며,
상기 공적 자원은 상기 셀그리드 각각의 ESS 충방전 제어 가능 용량이고,
상기 사적 자원은 상기 셀그리드 각각의 ESS 전체 용량에서 상기 공적 자원을 제외한 용량으로 하고,
전력을 판매하는 제1 마이크로그리드 및 전력을 구매하는 제2 마이크로그리드를 포함하고,
상기 제1 마이크로그리드는 상기 공적 자원으로 운영되는 셀그리드를 포함하며, 상기 사적 자원을 상기 제2 마이크로그리드에 판매하고,
상기 전력을 구매하고자 하는 셀그리드와 상기 전력을 판매하기로 한 셀그리드의 매칭 결과를 상기 EMS에 제공하는 전력 거래 수행부를 더 포함하고,
상기 EMS는 전력 거래 매칭 결과를 토대로 상기 전력을 판매하는 셀그리드와 상기 전력을 구매하는 셀그리드 간에 DC 망을 통해 전력 공급이 가능하도록 상기 전력을 판매하는 셀그리드와 상기 DC 망 사이에 설치된 차단기 및 상기 전력을 구매하는 셀그리드와 상기 DC 망 사이에 설치된 차단기를 제어하고,
상기 DC 망은 AC 망과 별개로 설치되어 복수의 마이크로그리드 내의 셀그리드를 연결하고,
상기 사적 자원이 설정된 셀그리드가 속하는 마이크로그리드 내의 상기 EMS는 상기 사적 자원이 설정된 셀그리드의 상기 사적 자원이 상시 확보될 수 있도록 상기 사적 자원이 설정된 셀그리드를 제어하는 것을 특징으로 하는 다중마이크로그리드 운영장치.
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