KR102423806B1 - 전력망에서 분산형 에너지 자원을 관리하기 위한 지능형 전력망 운영 시스템 - Google Patents

전력망에서 분산형 에너지 자원을 관리하기 위한 지능형 전력망 운영 시스템 Download PDF

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Abstract

분산형 전력망 시스템은 여러 분산형 에너지 자원(DER)으로 이루어진 에너지 자원을 취합하고 여러 DER을 단일 시장 자원으로서 하나 또는 여러 개의 에너지 시장에 서비스를 제공한다. DER은 실시간 국지적 수요와 DER의 국지적 에너지 용량을 나타내는 데이터를 생성할 수 있다. DER 정보와 실시간 시장 정보를 근거로 해서, 시스템은 DER 에너지 용량 취합을 바탕으로 하나 또는 여러 개의 서비스를 전력망에 제공하는 방법을 계산할 수 있다.

Description

전력망에서 분산형 에너지 자원을 관리하기 위한 지능형 전력망 운영 시스템
우선권
본 출원은 2016년 6월 6일에 제출된 미국 예비 출원 번호 62/346,541을 바탕으로 하며 해당 예비 출원의 우선권 이익을 청구한다.
분야
본 문서에 나온 설명은 일반적으로 전력망에 대한 것이며, 더 구체적인 설명은 분산형 에너지 자원의 취합적 및 국지적 관리에 대한 것이다.
저작권 공지/허가
본 특허 문서의 기재된 일부에는 저작권 보호 대상의 자료가 포함될 수 있다. 저작권자는 특허 문서 또는 특허 기재 사항이 미국 특허 상표청 특허 파일 또는 기록에 나와 있으므로 어느 누구든 그것을 재생산하는 것에 반대하지 않지만 무엇이든지 모든 저작권을 보유한다. 이 저작권 공지는 아래에 나온 모든 데이터, 본 문서에 첨부된 도면 그리고 아래에 나온 모든 소프트웨어에 적용된다. 저작권 ⓒ 2016, 2017, Apparent Inc., 모든 권리 보유.
우리가 살고 있는 기술 시대는 에너지를 기반으로 한다. 에너지는 우리의 삶을 더 생산적이고 즐겁게 만드는 기계, 기기, 도구에 동력을 공급한다. 유한 자원으로 남아있는 에너지는 눈에 보이지 않는 혁신 동력이다. 에너지는 전세계 연결을 촉진하고 미래의 세대가 더 큰 도전에 나설 수 있게 해주는 디지털 경제를 촉진시키는 자원이다. 하지만 에너지가 어떻게 작용하고 에너지 공급을 위한 안정적인 전력망을 갖추기 위해 무엇이 필요한지에 대한 이해가 매우 적다.
소비자들은 보통 정전 사태가 발생해 전력이 갑자기 끊어졌을 때 또는 전기세가 너무 많이 나와서 에너지 사용량이 분명하게 드러날 때 에너지의 유한성에 대해 인식한다. 다른 한편으로 사람들은 에너지를 당연히 제공되는 것으로 생각하고 공공 전력 회사들이 에너지를 당연히 제공해 줄 것으로 기대한다. 하지만 에너지 수요가 증가함에 따라 어떻게 그러한 수요를 충족시킬 것인지에 대한 논쟁도 커지고 있다.
에너지를 생산하고 분산하고 소비자에게 송전할 수 있도록 해주는 구조적, 규제적, 경제적 상호 의존성의 복잡한 체계를 총칭해서 "전력망"이라고 부른다. 전력망은 전통적으로 전력 회사에서 중앙 집중형으로 관리되었다. 전력 생산자에서 에너지를 소비하는 소비자까지, 전력망 내에서 중앙 집중형 전력 생산 및 중앙 집중형 에너지 흐름 관리가 이루어진다. 전력망에는 전기를 생산하는 화력 발전소, 원자력 발전소, 수력 댐 발전소, 풍력 발전소, 태양광 발전소에서 전기를 전송하는 송전선, 변전소, 연결점 장비 그리고 신뢰성 기준을 결정하고 관리하는 정부 규제 기관에 이르기까지 전력을 소비자에게 공급하기 위한 다양한 구성 요소가 포함된다.
전력망은 전통적으로 연결된 소비자의 최고 수요를 만족시키기에 충분한 전력을 제공할 수 있는 하나 또는 여러 개의 대형 발전기를 바탕으로 한다. 소비자에는 거주 시설, 사업체, 휴대폰 타워나 기타 유틸리티 박스 또는 기타의 전력 사용자나 고객 구내가 포함될 수 있다. 최소한의 에너지 사용자부터 대형 상업용 장비를 위한 높은 전력 수요에 이르기까지 최고 수요가 소비자마다 다를 수 있다. 전통적인 전력망 구조에는 전력망의 유효 전력과 무효 전력에 대한 중앙 전력망 관리가 포함된다. 전력망 구조는 100여 년 전에 처음 설계된 이래로 크게 변하지 않았다. 중앙 발전기를 바탕으로 보았을 때, 전력망은 중앙 발전기에서 고객 구내의 소비 지점으로 전력을 "하류로" 밀어내도록 설계된다. 송전 거리가 발전기에서 소비자까지 수백 마일에 이를 수 있기 때문에, 전력망에서 공급되는 전류와 동위상으로 유지하고 전압 수준을 조정된 수준으로 유지하기 위해 변전소, 지역 변압기와 같이 짓거나 유지하는 데 많은 비용이 드는 기반 시설이 요구된다.
최근의 기술적 발전은 전력망에서 커다란 부담으로 작용했다. 대부분의 최신 전자 장비에 적용되는 스위칭 전원 공급기에는 무효 전력이 요구되고 전력망에 고조파 잡음을 유발한다. 모터 사용량 증가는 전력망의 역률을 손상시키고 전력망의 위상과 전압 제어를 상쇄시키고 에너지 전송 효율을 낮춘다. 태양광 시스템 또는 풍력 시스템을 통한 발전 같이 최근에 채택되고 있는 고객 구내의 소위 "녹색 발전"도 전력망에 부담을 가한다. 전력망이 하류 흐름을 위해 설계되었음을 고려했을 때, 고객 에너지 생산 시스템이 전력망에서 "상류로" 밀어넣는 유효 전력은 전력 회사의 중앙 관리에 의해 제어되는 추가적인 무효 전력으로 상쇄되어야 한다.
다음 설명에는 본 발명의 실시 예를 나타낸 도면에 대한 설명이 포함된다. 이러한 도면은 예로서만 이해해야 하며, 이에 국한되지는 않는다. 본 문서에서 하나 또는 여러 개의 "실시 예"에 대한 참조는 본 발명의 최소 하나의 실시 예에 포함된 특정한 기능, 구조 및/또는 특성에 대한 설명으로 이해해야 한다. 따라서, 본 문서에 나오는 "실시 예에서" 또는 "대안적인 실시 예에서" 같은 문구는 본 발명의 여러 가지 실시 예와 구현 예를 설명하며 반드시 동일한 실시 예를 나타내는 것은 아니다. 하지만 반드시 상호 배타적인 것은 아니다.
도 1은 전력망의 분산형 에너지 자원을 관리하기 위한 시스템의 블록도이다.
도 2는 전력망의 분산형 에너지 자원을 관리하기 위한 제어 센터의 실시 예에 대한 블록도이다.
도 3은 분산형 전력망 시스템의 실시 예에 대한 블록도이다.
도 4A는 취합된 DER 전력망의 실시 예에 대한 블록도이다.
도 4B는 취합된 DER 전력망의 또 다른 실시 예에 대한 블록도이다.
도 4C는 취합된 DER 전력망의 또 다른 실시 예에 대한 블록도이다.
도 4D는 취합된 DER 전력망의 또 다른 실시 예에 대한 블록도이다.
도 5는 서로 다른 인근 구역 사이에서 DER의 모니터링과 제어가 이루어지는 시스템의 실시 예에 대한 블록도이다.
도 6은 분산형 전력망 시스템의 게이트웨이 장치의 실시 예에 대한 블록도이다.
도 7은 게이트웨이 취합기 시스템의 실시 예에 대한 블록도이다.
도 8은 DER 노드의 실시 예에 대한 블록도이다.
도 9는 분산형 전력망을 위한 DER 노드의 실시 예에 대한 블록도이다.
도 10은 지능형 전력망 운영 시스템의 실시 예에 대한 블록도이다.
도 11은 4사분면 계량기와 지능형 전력망 운영 시스템의 실시 예에 대한 블록도이다.
도 12A는 DER 노드의 전력망 연결점을 관리하는 지능형 전력망 운영 시스템의 실시 예에 대한 블록도이다.
도 12B는 DER 노드에 대한 전력망 연결점 관리를 도식화하기 위한 표 데이터의 실시 예이다.
도 13은 전류의 고조파 성분이 일차 전류 성분에 대해 각도 편차가 있는 시스템의 전류 성분에 대한 실시 예를 나타낸 그림이다.
도 14는 전류 벡터가 일차 전류 성분과 고조파 전류 성분으로 복합된 시스템의 전류 성분에 대한 실시 예를 나타낸 그림이다.
도 15는 부하율 제어의 실시 예에 대한 블록도이다.
도 16은 무효 전력 주입으로 전력을 국지적 발생원에서 전력망 연결 부하로 전송하는 시스템의 실시 예에 대한 블록도이다.
도 17은 지능형 국지적 에너지 저장소를 갖는 소비자 노드의 실시 예에 대한 블록도이다.
도 18은 국지적 및 전력망 기반의 상태 정보를 취합하기 위한 공정의 실시 예에 대한 블록도이다.
도 19는 전력망의 분산형 에너지 자원을 관리하기 위한 공정의 실시 예에 대한 흐름도이다.
아래에 설명한 실시 예의 일부 또는 전부에 대한 설명, 본 문서에 나온 발명 개념의 다른 가능한 실시 예와 구현 예에 대한 설명을 포함해 특정한 세부 사항과 구현 예에 대한 설명이 아래에 나온다.
본 문서에 설명된 것처럼, 분산형 전력망 시스템은 여러 분산형 에너지 자원(DER)으로 이루어진 에너지 자원을 취합하고 여러 DER을 단일 시장 자원으로서 하나 또는 여러 개의 에너지 시장에 서비스를 제공한다. DER은 실시간 국지적 수요와 DER의 국지적 에너지 용량을 나타내는 데이터를 생성할 수 있다. DER 정보와 실시간 시장 정보를 근거로 해서, 시스템은 DER 에너지 용량 취합을 바탕으로 하나 또는 여러 개의 서비스를 전력망에 제공하는 방법을 계산할 수 있다.
전력은 전력망 시스템에서 정현파 전류 및 전압 파형을 갖는 교류(AC)로 공급되며, 이 교류는 주기적으로 전기를 교대로 넣고 빼는 것으로 생각할 수 있다. AC 에너지는 운용자가 모니터링하는 변압기에 의해 역방향으로 흐르고 실시간으로 상하 변조가 가능하기 때문에 열로 인한 전력선 손실을 최소화하면서 고전압 전력선을 통한 전송이 가능하다. AC 에너지는 송전선에서 변전소와 전력 선로로 그리고 결국에는 최종 사용자에게로 "하류로" 이동하기 때문에 유효 전력과 무효 전력 사이에 연속적이고 균형이 잘 맞는 제어가 요구된다. 전력망에 의해 공급되는 전력은 일반적으로 유효 전력 성분과 무효 전력 성분으로 구성된다. 유효 전력의 측정 단위는 와트(W)이며, 전기적 일을 하는 활성 에너지를 말한다. 유효 전력은 전압 파형과 전류 파형이 완벽하게 동위상으로 배열될 때 공급된다. 효율적인 유효 전력 공급을 위해서는 활성 에너지 파형에 대한 수요 시점이 전력망에서 에너지 파형의 공급 시점과 일치해야 한다. 이러한 시점이 일치하지 않으면 에너지 전송 중에 전력 손실이 발생한다. 무효 전력의 측정 단위는 볼트-암페어 리엑티브(VAR)이며, 두 가지 시점을 일치시켜서 전력 손실을 줄이는 에너지를 말한다. 무효 전력은 전류 파형과 전압 파형간 위상차를 바탕으로 유효 전력과 비교해 선도하거나 지연할 수 있다.
소비자가 보았을 때 전력은 전력 계산을 위해 제공되는 에너지 자체와는 다르게 이해할 수 있다. 전력은 일반적으로 와트-시간(Wh)으로 나타낸다. 와트-시간을 전력 회사에 의해 부과된 요금과 곱하면 소비자가 전력 회사에게 지불해야 하는 요금이 나온다. 하지만 에너지는 다르게 표현되고 여러 가지 다른 방법으로 측정할 수 있다. 예로는 VA 또는 VI(전압 벡터 x 전력 벡터 = 볼트-암페어), VI-PF(전압 벡터 x 전류 벡터 x 역률 = W), W^2의 제곱근(와트 제곱의 제곱근 = 무효 전력에 대한 VA)이 있다. 소비자는 일반적으로 전력을 와트-시간 단위로 살펴보며 이것에서 구내에 공급되는 에너지의 비용이 계산된다. 전력 회사는 또한 사용자 구내의 무효 전력 소비량을 측정하고 이에 대해 과금하기 시작했다.
소비자의 구내 장소에 신재생 에너지 발생원을 추가해 전력을 생산하는 전력망 소비자들이 크게 증가했다. 신재생 에너지 발생원은 주로 태양광과 풍력 전력 또는 복합이고 태양광 시스템이 크게 증가하고 있다. 고객 전력 발생원에 대한 한 가지 한계는 전력을 동시에 생산하는 경향이 있고, 유효 전력만 생산하고, 유효 전력이 전력망으로 다시 밀려들어가거나 반출될 수 있다는 점이다(전력의 상향 주입). 전력망 기반 시설은 전통적으로 일방향 시스템이며, 고객 구내에서 중앙 관리 및 중앙 전력 발생원으로 반송되는 유효 전력이 전력망에서 전압 제어와 무효 전력 불안정 문제를 일으킬 수 있다. 이러한 문제 때문에 전력망 운영 회사들은 일부 지역에서 전력망에 연결될 수 있는 신재생 에너지량을 제한해왔다. 어떤 경우에는 전력이 전력망으로 반송되는 흐름을 제어하기 위해 소비자 구내에서 또는 근처에서 추가적인 하드웨어 또는 전력망 기반 시설이 필요하다.
신재생 에너지 발생원으로 인한 문제 이외에도 에어컨 장치의 사용 증가와 기타 무효 전력을 많이 끌어당기는 부하 때문에 전력망 전압을 요구 수준으로 유지하기 위해 전력망 관리에 대한 추가적인 부담이 발생된다. 에어컨 사용 증가는 반복적인 절전과 정전 사태를 일으켰다. 또는 사람들이 퇴근한 후에 집에서 전력 소비량이 증가할 때 발생하는 부하량 변화를 처리하기 위해 장비 접속부 초기화로 인한 일시적인 전력망 가동 중단이 발생했다. 전통적으로 중앙 관리는 전력망 규정(예를 들어 전압 수준) 적합성을 유지해야 한다. 전력망에 연결된 어떤 것이 과전압 상태에 들어갈 때마다 전력망에서 차단되어야 하고, 이러한 상태는 주변 구역에서 추가적인 부하를 일으켜서 중앙 관리가 전력망 안정성을 복원하기 전에 전력망의 더 많은 구역에서 정전을 일으킨다.
전통적인 중앙 집중형 전력망 관리와 대조적으로, 지능형 전력망 운영 시스템(iGOS)은 전력망 전반에 걸쳐 지능형 배전 기능을 제공한다. 특히 iGOS는 계량기 이후의 지점과 같이 소비 지점에서 전력망과의 접속을 가능하게 만든다. 실시 예에서, iGOS는 취합 분산형 에너지 자원(ADER) 전력망을 구현한다. ADER 전력망은 가상 및 모듈형 구성 요소를 제공하고, 언제라도 시스템의 어느 지점에서도 전통적인 전력 자원의 전량을 제공하기 위한 통신을 구현한다. 전력망 운용자는 전통적인 발전기와 동일하게 분산형 에너지 생산을 직접 관리할 수 있는 등 더 높은 수준의 관리 및 감독이 가능하며, 그에 따라 에너지 분배 효율을 높일 수 있다. 예측력이 높아지면 더 좋은 경제적 모델링을 수행할 수 있다. 또한 ADER 전력망은 소비 지점에서 에너지를 관리함으로써 전통적인 전력망에 비해 훨씬 더 안정적이다. ADER 전력망을 적용하면 DER이 전력망 신뢰성과 안정성을 높이는 데 필요한 무효 전력을 생성할 수 있다. DER을 사용해 에너지를 생산하면 알지 못하는 사이에 유효 전력을 상향으로 다시 밀어내는 대신에 전력망에 대해 서비스를 제공하는 방법으로 관리할 수 있다.
실시 예에서, iGOS는 감지 장치에서 오는 실시간 데이터, 실시간 데이터 피드, 발전 자원(신재생, 저장, 발전기 등)의 측정 데이터를 관리하는 자동 자기 충족 시스템 및 실시간 데이터를 수집하고 분석하기 위한 알고리즘 계산 장치를 포함한다. 이러한 계산을 바탕으로 시스템은 국지적 작동을 조절하고 유효 전력과 무효 전력의 특정한 비율의 분량과 시간으로 에너지를 되돌려 주입할 수 있다. 실시 예에서, iGOS 시스템은 보안 통신성을 통해 급전 및 제어에 대한 실시간 실행을 구현한다. ADER 전력망은 iGOS를 구현하는 DER 및 iGOS를 구현하는 취합형 제어 센터에 의해 구현될 수 있다. DER은 장치별로 유효 전력과 무효 전력의 어떤 조합도 동적으로, 주문형으로 생산할 수 있다. 무효 전력의 생산이 유효 전력의 생산을 희생시켜 이루어지는 것이 아니며, 그렇기 때문에 이 시스템은 소비자에게 필요한 유형의 에너지를 정확하게 제공할 수 있고 효율적인 전송을 위한 최상의 전력망 접속부이다.
전통적인 시스템은 역률을 조절해서 전력망 접속부를 개선하기 위해 역률 보정을 수행하는 것으로 이해된다. 하지만 전통적인 역률 보정을 위해서는 역률을 복원하기 위해서 불균형 무효 전력을 소비하도록 전체 전력이 상당량의 캐패시터나 인덕터 또는 이 둘 모두를 통과하는 경로를 갖추어야 한다. 그러한 시스템은 추가적인 부하를 통해 전력을 밀어내야만 작동하기 때문에 추가적인 전력 손실이 발생한다. 전통적인 역률 보정과 대조적으로, 본 문서에 나온 DER의 경우에는 모든 전력이 추가적인 부하를 통과하지 않고 에너지가 흐르는 노드에 병렬로 배치될 수 있으며, DER은 전압과 전류 파형을 원하는 정렬 상태 또는 원하는 편차로 되돌리기 위해 필요한 비례량의 유효 전력과 무효 전력의 시점과 분량을 생산한다. 이러한 운용을 무효 전략 주입이라고 부를 수 있다. 무효 전력 주입은 역률에 영향을 미치기 위해 끌어당겨진 유효 전력에 비례해 무효 전력 부하를 설정하는 대신에, 노드를 향하는 유효 임피던스를 조절하기 위해 공통 연결점으로 VAR을 주입한다. 이러한 기능을 사용하면 늘어나는 에너지 수요량에 맞게 전력망 운용을 조절할 수 있고 구축된 기반 기설을 활용할 수 있고 시스템 오버홀이 필요하지 않다.
실시 예에서, iGOS는 에너지, 용량, 보조 서비스를 실시간으로 관리할 수 있다. 전력망은 보통 결정론적으로 설계된다. 즉, 가용한 용량 및 부하 수요 예측을 결정하면 전력망을 운용하는 데 필요한 재정적 모델을 수립할 수 있다. 이러한 재정적 모델에는 전력망 에너지 분배의 가격 책정과 운용이 포함된다. 소비자측의 전통적인 신재생 에너지는 기반 시설에 대한 부하 이외에도 전력망 운용 및 관리에 대한 결정에도 혼란을 가져온다. 전력망 시장은 에너지 거래와 분배를통해 안정성을 유지하도록 설계되어 있다. 하지만 결정론이 안정성보다 더 높은 가치를 갖는 경우도 있다. iGOS를 적용하면 안정성을 제공하는 동시에 결정론적으로 전력망을 운용할 수 있다. iGOS 플랫폼은 DER 네트워크의 각 노드에서 개별적으로 지능형 관리를 구현하고 전체 네트워크 안전성을 위한 취합 기능도 제공한다.
실시 예에서, iGOS 플랫폼은 예측, 가격 신호, 기타 정보 또는 이러한 것들의 조합을 바탕으로 운용에 대한 결정을 내리기 위한 센서와 정보 발생원을 갖춘 노드를 포함한다. 이러한 노드는 iGOS 관리를 국지적으로 제공하고, 취합 노드의 실시간 정보를 시장에서 에너지를 거래할 수 있는 제어 센터로 제공할 수 있다. 하나 또는 여러 개의 노드 집단이 변전소와 연결되고, 하나 또는 여러 개의 변전소가 고압 선로와 ㅌ연결된다. 에너지 거래가 전력망 에너지 발생원 수준에서 발생하며, DER 또는 노드의 관리 및 정보를 바탕으로 DER 에너지 생산을 취합 및 거래할 수 있는 iGOS 취합 플랫폼으로 관리할 수 있다.
도 1은 전력망의 분산형 에너지 자원을 관리하기 위한 시스템의 블록도이다. 시스템(100)은 전력망을 나타내며, 전력망(120)은 송전선을 따라 전력을 전송하기 위한 배전 제어(122)를 포함한다. 전통적으로, 배전 제어(122)는 하나 또는 여러 개의 발전소(140)에서 여러 고객(124)으로 전력의 하류 흐름을 관리했다. 고객(124)은 하나 또는 여러 개의 소비자 집단을 나타내며, 발전소(140) 하류의 여러 위치에서 연결된다.
실시 예에서, 최소한 일부의 고객(124)을 국지적으로 전력을 생산하는 소비자인 "프로슈머"라고 부를 수 있다. DER에서 전통적인 국지적 전력 생산은 "발전기", "예비 발전기", "신재생 에너지 공급원" 또는 "현장 전력 시스템"을 사용한 전력 생산을 포함할 수 있다. DER은 전기를 소비하는 가정 또는 사업장과 가까운 곳에 설치된 소규모 에너지 발생원을 말한다. 태양광 또는 광전지(PV) 시스템(지붕에 설치된 PV셀 평판이 햇빛을 전기로 변환) 같은 소위 "녹색 전력" 기술 또는 풍력 시스템(타워 상단에 설치된 팬 블레이드와 연결된 터빈이 바람을 이용해 전기를 생산)이 가장 일반적이다.
고객(124)에서 전통적인 DER이 확장되면 전력망으로 비지능형 와트 주입이 발생해 전력망(120)에 부담을 가할 수 있다. 이러한 와트 주입은 AC 에너지 흐름과 같이 실시간으로 제어할 수 없다. 전력 회사는 와트 주입으로 인한 증가된 VAR 요건에 따른 비용을 분산하려는 경향이 있다. 실시 예에서, 최소한 일부의 고객(124)이 스마트 DER(130)을 포함한다. 제어 센터(110)는 하나 또는 여러 개의 에너지 시장에서 가용한 단일 에너지 자원으로서 결합된 기능을 취합하고 제공하기 위해 노드(132)를 관리한다.
노드(132)는 각각 국지적 에너지 생산 자원을 갖는 DER 노드를 나타내는 것으로 이해된다. 실시 예에서, 제어 센터(110)는 "전통적인 발전소"와 비슷하지만 출력 용량은 더 적은 국지적 전력원(112)을 포함한다. 실시 예에서, 국지적 전력원(112)은 에너지 시장에서 거래하기 위해 노드(132)에서 공급된 전력과 취합할 수 있는 기초 수준의 전력을 제공할 수 있다. 에너지 시장 거래는 유효 전력 용량, 보조 서비스(예를 들어 전압 또는 무효 전력 지원), 수요/반응 서비스, 기타 서비스 또는 특정 조합과 같이 전력망에서 요구되는 하나 또는 여러 유형의 에너지 서비스에 대해 입찰하거나 제안하는 것을 말한다. 실시 예에서, 제어 센터(110)는 공통 연결점(PCC)(126)을 통해 전력망(120)에 연결된다. PCC(126)는 서로 다른 DER 노드(132)에 대한 연결점 같은 여러 개의 서로 다른 연결점을 나타낼 수 있다. 종합적으로, 제어 센터(110)는 DER(130)을 통해 전력망(120)으로 에너지 서비스를 제공할 수 있다.
실시 예에서, 각 노드(132)가 iGOS를 수행한다. 실시 예에서, 제어 센터(110)가 iGOS를 수행한다. 실시 예에서, 제어 센터(110)가 거래 플랫폼을 수행한다. DER 노드(132)는 하나 또는 여러 개의 마이크로인버터 또는 게이트웨이 장치 또는 이러한 것들의 조합에 대한 실시간 제어를 제공하기 위한 지능을 포함하며, 그러한 지능은 DER 시스템의 와트 분량을 모니터링, 분석, 제어, 취합, 예측하고 이와 동시에 VAR 방출을 조절할 수 있다. 와트 및 VAR을 모니터링하면 최적의 에너지 효율을 구현하고 소비자의 비용 절감 효과를 최대화하고, 또한 전력망(120) 운용을 안정화할 수 있다.
실시 예에서, DER(130)은 소비자의 DER 시스템을 가상의 회전 발전기로 변환하기 위해 와트 및 VARS 출력의 실시간 원격 측정 또는 동시 측정 기능을 수행하는 iGOS 지능형 플랫폼을 포함한다. 가상의 회전 발전기가 되는 DER 시스템의 경우, DER은 단순히 실시간 데이터를 모니터링하는 것보다 더 많은 기능을 수행해야 하며, 제어 센터(110) 또는 전력망(120)에서 수신되는 실시간 데이터나 외부 명령 또는 실시간 데이터와 외부 명령의 조합에 대해 반응해 출력 작동에 영향을 미칠 수 있도록 운용을 실시간으로 분석하고 조절할 수 있어야 하는 것으로 이해된다. 그 다음 가상의 발전기로서 급전 또는 국지적 자율 제어를 통해 DER을 배치해서 전력망(120)을 안정화하기 위한 정확한 양의 VAR을 주입할 수 있다. 실시 예에서, DER(130) 또는 제어 센터(110) 또는 이 두 가지가 과거의 사용 패턴을 인식해서 행동을 "학습"하기 위해 능동적 모델링을 수행하며, 더 나아가 전력 회사 운용자와 무관하게 계량기 이후 지점의 안정화를 구현할 수 있다.
실시 예에서, 각 노드(132)는 수요-반응 상황에 대해 반응하는 지능형 플랫폼을 포함한다. 수요-반응 상황은 최종 사용자에게 에너지 사용량 절감에 대한 금전적 혜택이 제공되는 경우이다. 실시 예에서, 노드(132)는 일반적으로 전력망(120)에서 가져오는 에너지를 보상하기 위해 와트 출력을 늘릴 수 있도록 국지적 DER 시스템에 신호를 전송할 수 있다(예를 들어 국지적 생산 및 보관 능력을 통해). 소비자가 적합한 유효 전력과 무효 전력 반응을 이용하면 DER 전력 이용에 따른 비용 절감 효과뿐만 아니라 에너지 부하 감소에 대해 전력 회사에서 제공하는 금전적인 혜택을 얻을 수 있다.
실시 예에서, DER(130) 또는 제어 센터(110) 또는 이 두 가지에서 운용되는 iGOS 시스템 또는 지능형 플랫폼은 정보의 분석 취합을 제공할 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 일별, 주별, 주말, 월별 또는 계절별 사용량 또는 이러한 것들의 조합과 관련된 정보를 수집할 수 있다. 실시 예에서, 노드(132)는 냉장고, 조명, 기타 또는 이러한 것들의 조합 같은 여러 가지 기기 부하의 에너지 시그니처와 에너지 행동을 학습할 수 있다. 실시 예에서, DER 노드(132)는 제어 센터(110) 또는 전력망(120)의 다른 주체 또는 이 두 가지에 대한 보안 연결을 포함한다. 보안 연결은 전력 회사 또는 에너지 자원이 참여할 수 있는 다른 시장의 암호화되고 방화벽이 지원되는 네트워크 채널을 포함할 수 있다. 통신을 위해서 DER(130)과 제어 센터(110)는 라우터, 하드웨어 네트워크 인터페이스, 네트워크 프로토콜 스택, 드라이버, 소프트웨어 애플리케이션 또는 기타 구성 요소 또는 이러한 것들의 조합 같은 통신 하드웨어를 포함한다. 통신 링크를 통해 DER은 제어 센터(110)에 실시간 데이터를 제공할 수 있고, 그에 따라 에너지 시장에서 입찰하기 위해서 여러 개의 DER에서 정보를 취합할 수 있다.
도 2는 전력망의 분산형 에너지 자원을 관리하기 위한 제어 센터의 실시 예에 대한 블록도이다. 시스템(200)은 에너지 거래 데스크 또는 에너지 거래 플랫폼을 포함할 수 있는 제어 센터를 나타낸다. 제어 센터(210)는 본 문서에 나온 실시 예에 따른 제어 센터를 나타낸다. 제어 센터(210)는 네트워크 인터페이스(212), 프로세서(214)와 같이 기능하는 하드웨어 구성 요소를 포함한다. 네트워크 인터페이스(212)는 DER(260) 또는 실시간 시장 정보와 같은 다른 정보 공급원과 상호 연결되는 하나 또는 여러 개의 네트워크 인터페이스 장치 또는 회로를 나타낸다. 제어 센터(210)는 네트워크 인터페이스(212)를 통해 DER에서 정보를 수신하고 DER에게 명령을 내릴 수 있다.
프로세서(214)는 하나 또는 여러 개의 프로세싱 자원을 나타내고 CPU, 서버, 컴퓨터 또는 기타 컴퓨팅 자원이거나 이러한 것들을 포함할 수 있다. 프로세서(214)를 통해 제어 센터(210)는 DER(260)의 실시간 데이터와 에너지 자원을 어떻게 사용할 것인지 결정하기 위한 계산을 수행할 수 있다. 명시적으로 표시되지 않았지만, 실시 예에서, 프로세서(214)는 iGOS 또는 지능형 계산 및 제어 플랫폼을 수행한다. 구체적으로 도식화되지 않았지만, 제어 센터(210)는 사용 데이터 저장을 위해 또는 계산을 위해 메모리 또는 스토리지 또는 이러한 것들의 조합을 포함한다.
제어 센터(210)는 하드웨어 자원을 통해 거래 플랫폼 또는 거래 데스크(216)를 실행할 수 있다. 실시 예에서, 거래 플랫폼(216)은 거래 기능을 수행하기 위해서 프로세서(214)가 실행하는 하나 또는 여러 개의 소프트웨어 프로그램 또는 소프트웨어 에이전트를 포함한다. 거래 플랫폼(216)을 통해 제어 센터(210)는 시장 수요를 결정하고, 수요의 최소한 일부분을 담당할 수 있는 능력을 취합 및 계산하고, 서비스 제공을 위해 입찰할 수 있다. 거래 플랫폼(216)을 통해 서비스 제공을 위한 단일 서비스 제공자로서 전체 DER(260)의 일부를 취합하고 제공할 수 있다. 실시 예에서, 시스템(200)은 제어 센터(210)에 대해 국지적인 에너지 생산 자원을 나타낼 수 있고 DER(260) 이외의 에너지 생산 자원에 해당하는 발전소(250)를 포함한다. 실시 예에서, 제어 센터(210)는 발전소(250)를 포함해 에너지 시장에서 입찰하기 위해 에너지 자원을 취합하고 제공한다.
제어 센터(210)는 하나 또는 여러 개의 IPP(222), ISO(224), RTO(226), IOU(228) 또는 요금 납부자(230) 또는 이들의 조합에서 구한 정보를 바탕으로 또는 이들에게 서비스를 제공하기 위해서 DER(260)에 대한 에너지 분배 또는 기타 분산형 에너지 자원 관리를 제공할 수 있다. 독립 전력 생산자(IPP)(222)는 에너지 시장의 다른 발전기 또는 참여자를 나타낸다. 독립 시스템 운용자(ISO)(224)는 전력망 분배 또는 전송 자원을 제어하고 관리하는 주체를 나타낸다. ISO(224)는 일반적으로 전원 생산자로부터 입찰을 받는 주체로서 에너지 시장을 나타낸다. 지역 전송 운용자(RTO)(226)는 변압기, 변전소 같은 지역 전송 컨트롤러를 말한다. 투자 소유 전력 회사(IOU)(228)는 전력 회사 운용자를 말한다. 요금 납부자(230)는 전력 회사에 대한 기준을 정하는 규제자 및 조직을 나타낸다.
제어 센터(210)는 예측(232), 실시간(엣지) 에너지 시장 서비스(234), 용량(236), 보조 서비스(238) 또는 수요 반응(240) 또는 이들의 조합 같은 서비스 중 임의의 것 또는 모두를 제공할 수 있다. 예측(232)은 몇 주 또는 몇 일을 앞서서 바라보고 에너지 서비스를 제공하는 시장에 참여할 수 있는 능력을 나타낸다. 실시간(엣지) 에너지 시장(234)은 15분 시장 같은 단기간 시장 및 그러한 시장에 대한 입찰 서비스를 나타낸다. 용량(236)은 전력망 운용의 평균을 내기 위해서 에너지를 제공하거나 흡수할 수 있다. 보소 서비스(238)는 예를 들어 전력망의 전압과 역률을 관리하기 위한 지원 서비스를 나타낸다. 수요/반응(240)은 에너지 사용량을 줄일 수 있는 능력 또는 전력망의 요구되는 에너지량을 줄이기 위해 에너지 출력을 늘릴 수 있는 능력을 말한다. 기타 서비스도 가능하다.
DER 취합은 점점 더 일반화되고 있다. 미국 연방 에너지 규제 위원회(FERC)의 최근 규정에 따라 캘리포니아 계통 운영 기구(CAISO) 관할 지역 내의 DER에서 에너지의 취합 및 거래가 허용된다. 다른 시장도 이를 따를 것으로 예상된다. 이러한 규정에 따라, 여러 개의 iGOS 노드의 취합은 전력망에게 유용한 서비스를 제공하며, 또한 취합이 가능한 DER의 경우에 시스템 소유주가 이익을 볼 수 있다. 본 문서에 나온 기술을 이용하는 경우, 전력망에 부담을 주지 않고, 신재생 에너지 자원에 대한 DER은 전력망에 필요한 안정성과 신뢰성을 달성하는 데 중요한 시장 참여자가 될 것이다. 또한 그렇지 않았더라면 생산되는 귀중한 에너지가 축소되었을 가능성이 높은 소규모 시스템이 에너지 시장에 참여할 수 있게 된다.
특정한 예가 제시되었지만, 지속적인 전기 공급을 보장하기 위한 다양한 독립적인 규제, 기반 시설, 경계적 계획과 준비가 진행될 것으로 일반적으로 이해된다. 전력망은 이미 막대한 양의 전력을 공급하는 많은 에너지 발전기, 변압기, 송전탑, 전력선을 갖추고 있다. iGOS를 사용하는 경우, 짧은 시간에만 유지되는 최고 수요를 충족시키기 위해 기반 시설을 계속해서 건설할 필요 없이, DER이 소규모 자원의 취합을 통해서 전체적인 대규모 기반 시설에 대한 요구를 줄일 수 있다.
시장은 전력 회사의 송전 및 배전을 관할하는 법규에 의해 관리된다. 시장 참여자들은 전국의 여러 시장에서 정규적으로 그리고 동시적으로 "하루전" 가격과 "피크" 가격을 협상한다. 하루전 시장과 현물 시장이 있다. 하루전 시장에서는 익일 운영일에 대해 예측되는 부하 또는 수요를 충족시키기 위해 고정 가격으로 도매 전기의 판매와 구매가 이루어진다. 현물 시장은 해당 일자의 예측된 부하를 초과하는 피크 에너지 수요를 충족시키기 위해 열린다.
신재생 에너지의 보급 이전에 대부분의 일상적인 전기 에너지 소비자를 위해 만들어진 이러한 거대한 시스템에도 불구하고, 청구서를 보내오는 전력 회사가 전체 전력망 시스템을 대표한다. 본 문서에 나온 지능형 플랫폼을 사용하면 신재생 보급과 함께 이미 시작된 탈중앙화를 계속할 수 있다. 이제 상품으로서의 전기 에너지는 생산 시점부터 최종 소비자의 소비 시점까지 전력 회사와 기타 소매 시장 전반에 걸쳐 "재판매를 위한 판매"라고 하는 거래에서 수 많은 횟수에 걸쳐 구매와 재판매가 자주 이루어지고 있다. 시스템(200)에서, DER은 그러한 시장에 참여할 수 있다.
시스템(200)은 DER(260)의 에너지 시장 참여를 가능하게 할 뿐만 아니라 지능을 분산해서 더 효율적인 스마트 전력망을 구현한다. DER(260)의 참여에 따라, 가장 많이 요구되는 부하의 실시간 시장과 서비스를 위해 에너지를 생산하고 관리할 수 있다. 실시 예에서, 각각의 DER(260)은 여러 개의 센서를 통해 여러 가지 알고리즘을 적용해 모니터링, 보호, 최적화를 수행한다. 실시 예에서, 실시간 시장의 정보가 알고리즘에 적용되어 여러 수준(부하, 변전소, 에너지 운송, 수요/반응, 일중 시간, 저장소로 보내는 에너지, 저장소에서 나오는 에너지, 태양광에서 부하로 전송되는 에너지, 부하에서 저장소로 전송되는 에너지, 신재생에서 나오는 에너지 또는 기타 또는 이들의 조합)에서 균형을 유지할 수 있도록 에너지 자원의 급전을 위한 신호를 발생시킨다. 실시 예에서, 제어 센터(210)와 거래 플랫폼(216)은 다수의 가용한 DER(260)에서 취합할 수 있다. 따라서 제어 센터(210)는 에너지 시장에 서비스를 제공하기 위해서 서비스를 위해 선택된 DER(260)에게 명령을 전송할 수 있다. 실시 예에서, 제어 센터(210)는 서비스 가용성을 최대화하기 위해 시도하고, 분배를 위해 가능한 또는 가용한 모든 DER에서 취합한다. 제어 신호 또는 명령에 대해 반응해서, DER은 전력망에서 서비스를 제공하기 위해서 운용을 변경할 수 있다. 실시 예에서, DER은 국지적 고객에게 에너지를 공급한다. 실시 예에서, iGOS는 에너지 시장에서 서비스를 제공하는 것이 더 비용 효과적인지 결정할 수 있고, 국지적 고객을 위해 전력망에서 전력을 구매할 수도 있다. 따라서, 실시 예에서, 시스템은 국지적 고객에게 계속해서 서비스를 제공하는 한편, 에너지 시장을 위해 전력망에 서비스를 제공한다. 실시 예에서, 시스템은 전력망에서 또는 최소한 부분적으로 전력망에서 국지적 고객에게 전력을 제공하며, 에너지 시장에 서비스를 제공하기 위해 일부 또는 전체 에너지 자원을 활용한다. 실시 예에서, 거래 플랫폼(216)은 DER(260)의 가용성과 DER의 에너지 자원을 바탕으로 시장에서 수요를 충족시키기 위해서 입찰을 할 수 있는지 계산한다.
도 3은 분산형 전력망 시스템의 실시 예에 대한 블록도이다. 시스템(300)은 전력망 네트워크를 포함하며 시스템(100)의 실시 예에 따른 전력망 네트워크 또는 시스템의 한 예일 수 있다. 시스템(300)은 단지 이전에 설명한 시스템 중 하나의 계층 또는 일부분일 수 있다. 실시 예에서, 시스템(300)은 중앙 전력망 관리 없이 운용되는 전력망 네트워크이다. 실시 예에서, 시스템(300)은 전체 전력망에 전력을 공급하는 중앙 발전소 또는 다른 대규모 전력 발생원 없이 운용되는 전력망 네트워크이다. 실시 예에서, 시스템(300)은 가상의 전력망 또는 모듈형 전력망이다. 실시 예에서, 시스템(300)은 독립적인 계층으로서 전통적인 전력망에 연결할 수 있는 가상의 전력망이다. 실시 예에서, 시스템(300)은 다른 가상의 전력망 또는 모듈형 전력망 계층에 연결할 수 있다.
시스템(300)은 인근 구역(340)과 인근 구역(360)을 예시하고, 이러한 인근 구역은 전력망의 하위 일부분을 나타내며, 국지적 에너지 발생원이 있는 소비자와 없는 소비자를 얼마든지 포함할 수 있고, 국지적 제어 노드가 있는 소비자와 없는 소비자를 얼마든지 포함할 수 있다. 인근 구역(340)은 제어 노드(332)와 연결된다. 이와 비슷하게, 인근 구역은 제어 노드(334)와 연결된다. 제어 노드(332, 334)는 DER을 관리한다. 실시 예에서, 제어 노드는 여러 개의 DER을 관리할 수 있다. 제어 노드(332, 334)는 일부 기반 시설에서 서로 연결되고, 이러한 기반 시설은 전력망 기반 시설과 같은 것이거나 단순히 제어 노드가 서로 연결되고 서로에게 전기적 지원을 제공하기에 충분한 용량을 갖는 전력 선로일 수 있다.
실시 예에서, 제어 노드(332)는 PCC(322)일 수 있고, 제어 노드(334)는 PCC(324)일 수 있다. 실시 예에서, 제어 노드(332, 334)는 제어 센터(310)와 연결되며, 이 제어 센터는 시스템(300)의 전력망 네트워크 내에서 다수의 분산된 노드의 운용에 대한 정보를 취합할 수 있다. 실시 예에서, 제어 센터(310)는 각각의 노드에서 전력망 상태에 반응해 어떤 운용이 실시되어야 하는지 결정할 수 있는 처리 및 분석 엔진을 포함한다. 실시 예에서, 제어 센터(310)는 중앙 전력망 관리와 비슷하지만, 더 단순할 수 있다. 중앙 전력망 관리는 일반적으로 중앙 발전소의 연결점 또는 접속부를 제어하고 잠재적으로 변전소의 운용을 제어할 수도 있지만, 데이터 센터는 분산된 노드에 정보를 제공할 수 있다. 분산된 노드는 전력망 상태에 반응하기 위해 전력망 네트워크의 해당 계층 내에서 독립적으로 운용될 수 있다. 실시 예에서, 제어 센터(310)는 분산형 제어 노드에 급전 정보를 제공한다.
실시 예에서, 인근 구역(340)은 국지적 에너지 발생원이 없는 하나 또는 여러 개의 고객 구내(342)를 포함한다. 실시 예에서, 인근 구역(340)은 국지적 에너지 발생원(352)과 DER 노드(354)를 포함하는 하나 또는 여러 개의 소비자(350)를 포함한다. 에너지 발생원과 DER 노드는 본 문서에서 참조된 실시 예에 따른 것일 수 있다. 일반적으로, 인근 구역(340)은 인근 구역 내의 전력 수요를 나타내는 전체 부하와 인근 구역 내의 전력 생산을 나타내는 전체 용량이 있다. 부하에서 용량을 뺀 값은 순수 전력 수요를 나타낼 수 있고, 이 값은 양의 값이거나 음의 값일 수 있다. 음의 전력 수요는 인근 구역(340)이 국지적 소비자가 소비하는 것보다 더 많은 에너지를 생산한다는 것을 나타낼 수 있다. 전력 수요는 소비자가 다른 양의 전력을 사용하고 생산하기 때문에 하루 내내 그리고 일년 내내 변동된다고 이해된다. 제어 노드(332)는 연계된 인근 구역(340)에 대한 순수 전력 수요를 연속적으로 모니터링할 수 있다.
실시 예에서, 인근 구역(360)은 국지적 에너지 발생원이 없는 하나 또는 여러 개의 소비자(362)를 포함하거나, 국지적 에너지 발생원(372)과 DER 노드(374)를 포함한 하나 또는 여러 개의 소비자(370)를 포함한다. 인근 구역(340)에 대한 설명은 인근 구역(360)에도 똑같이 적용될 수 있다. 인근 구역(360)도 인근 구역 내의 전력 수요를 나타내는 전체 부하와 인근 구역 내의 전력 생산을 나타내는 전체 용량이 있을 수 있고, 이러한 것들은 인근 구역(340)과 완전히 다를 수 있다.
실시 예에서, 인근 구역 중 하나 또는 둘 모두 국지적 에너지 저장소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인근 구역(340)은 에너지 저장소(344)가 예시되어 있고, 인근 구역(360)은 에너지 저장소(364)가 예시되어 있다. 실시 예에서, 최소 하나의 인근 구역이 에너지 저장소를 포함하지 않는다. 실시 예에서, 모든 인근 구역이 에너지 저장소를 포함한다. 에너지 저장소(344, 364)는 인근 구역 내의 존재할 수 있는 어떤 유형이든 에너지 저장소를 나타낸다. 에너지 저장소(344, 364)는 인근 구역 내의 개별 소비자의 모든 국지적 에너지 저장소 자원의 총합을 나타낼 수 있다. 실시 예에서, 하나 또는 여러 개의 인근 구역은 인근 구역 에너지 저장소를 포함한다. 인근 구역 에너지 저장소는 개별 소비자의 국지적 에너지 저장소에 대해 부가적으로 또는 대안으로 존재할 수 있다.
실시 예에서, 에너지 저장소(344, 364)는 배터리 자원을 포함할 수 있고, 이러한 배터리는 어떤 유형의 배터리도 포함할 수 있다. 배터리는 화학적 또는 전기적 수단 또는 이러한 것들의 조합을 통해 에너지를 저장하고 나중에 에너지를 사용할 수 있는 장치이다. 하지만, 에너지 저장소는 배터리로 국한되지 않는다. 예를 들어, 실시 예에서, 에너지 저장소는 한 소비자에서 단독으로 사용되든 여러 소비자 또는 전체 인근 구역에서 공유되든, 유효 에너지를 잠재 에너지로 변환하기 위한 작업을 수행하는 메커니즘을 포함하고, 이러한 잠재 에너지는 나중에 유효 에너지로 다시 변환될 수 있다. 예를 들어, 물 저장 시스템을 에너지 저장소로 생각해 볼 수 있다. 소비자 내에서 및/또는 인근 구역 내에서 과잉 용량이 존재하면, 시스템이 펌프를 가동해서 물을 "위로", 특히 펌프가 중력을 거스르는 방법으로 퍼올릴 수 있다. 에너지 복구는 물이 중력에 따라 다시 아래로 흐르도록 해서 발전기 또는 미니 발전기를 돌려 에너지를 생산하는 과정을 포함할 수 있다. 또 다른 방법은 에너지를 사용해 공기를 압축한 후 감압하면서 공기로 발전기를 돌리는 것일 수 있다. 에너지 저장소가 전통적인 배터리 자원에 국한되지 않는 다른 예도 사용할 수 있다고 이해된다.
실시 예에서, 시스템(300)은 분산형 제어를 포함하는 전력망의 계층이다. 이러한 시나리오에서, 전력망 네트워크 계층 구조 내에 있는 각각의 노드는 기준 또는 성능 기대를 충족시키면서 PCC에서 자체의 상태를 관리할 수 있다. 실시 예에서, 각각의 노드는 또한 전력망 네트워크측에서(계층의 상류에서) 성능 저하 상태를 보았을 때 인접한 계층 또는 PCC에게 전기적 지원을 제공할 수 있다. 실시 예에서, 각각의 노드는 제어 센터(310) 및/또는 다른 노드에서 수신한 정보 또는 중앙 관리에서 수신한 급전 또는 제어 정보에 반응해 인접한 계층 또는 PCC에게 전기적 지원을 제공할 수 있다.
실시 예에서, 시스템(300)은 전력망 네트워크에 전력을 제공하기 위해 연결된 하나 또는 여러 개의 전력 발생원(312)을 포함한다. 하나 또는 여러 개의 전력 발생원(312)을 소비자의 국지적 에너지 발생원에 추가할 수 있다. 실시 예에서, 하나의 전력 발생원(312)이 소비자 전력 수요를 충족시키기에 충분한 용량을 갖고 있다. 예를 들어, 산업용 또는 전력 회사 규모의 발전소보다는, 하나 또는 여러 개의 전력 발생원(312)이 전력망 계층에 대해 국지적으로 포함될 수 있다. 이 계층은 인근 구역 내에 있거나 여러 인근 구역에서 공유될 수 있다. 전력 발생원(312)은 전체적인 전력 회사 시설보다는 더 작지만 소비자 또는 고객 구내에서 보통 사용되는 것보다는 큰 소규모의 발전기를 포함할 수 있다. 인근 구역 기반의 전력 발생원(312)은 DER 노드와 직접적으로 연계될 수 있다(예를 들어, 전력 발생원(312)가 노드(332)의 DER 장치에 연결되고 그것에 의해 제어됨). 제어 노드는 전력 발생원의 출력을 관리할 수 있다. 실시 예에서, 전력 발생원(312)을 통해 제어 센터(310)가 시스템(300)에 대한 DER의 취합으로서 에너지를 거래할 수 있다.
대규모 발전소를 사용하지 않거나 그러한 발전소와 더불어, 그리고 더 작은 규모의 에너지 생산(예를 들어 인근 구역 발전기, 인근 구역 태양광 설비, 소규모 수력 발전기 또는 기타 전력 발생원)을 사용한다면, 전력망 네트워크를 오늘날의 전력방에 비해 더 적은 기반 시설로 설치할 수 있다. 그러한 모듈형 전력망 네트워크는 현재의 수요를 바탕으로 전력망 밖에서 구축할 수 있고, 나중에 다른 독립적인 전력망 네트워크 계층과 연결할 수 있다. 각각의 계층이 계속해서 독립적으로 운용될 수 있지만, 나중에 인접한 계층에 대한 가용성을 바탕으로 전력 생산과 전력 수요를 더 잘 배분함으로써 이익이 될 수 있다. 각각의 접속부 또는 연결점은 전력 사용과 상향 전력 공급을 제어하기 위해 하나 또는 여러 개의 제어 노드를 포함할 수 있고, 이것은 각각 하나 또는 여러 개의 컨버터를 포함할 수 있다. 따라서, 국지적 전력망 네트워크를 구착할 수 있고, 나중에 두 개의 독립적인 계층을 접속하기 위해 전력망 네트워크 계층 구조의 또 다른 계층을 추가할 때, 다른 국지적 전력망 네트워크와 연결할 수 있다.
실시 예에서, 인근 구역(340)에 국지적 에너지 발생원(352)가 있는 여러 개의 고객 구내(350)가 있다는 점을 고려해 본다. 전통적으로 전력망은 하나의 대규모 발전소에서 소비자에게 전력을 공급하도록 설계되었기 때문에 일방향으로 설계되고 구축된다. 고객 구내(350)에 전력 생산이 있는 경우에, 인근 구역(340)부터 연결된 전력망까지 효과적으로 양방향 시스템이 될 수 있다.여기서, 전력이 중앙 전력 발생원에서 소비자로 제공될 수 있지만, 그 다음에 소비자가 전력망으로 반송하는 과잉 용량을 생산할 수 있다. 인근 구역과 인접한 인근 구역에 대한 전력 생산이 즉각적인 전력 수요를 초과한다면, 생산된 전력이 발전소를 향해 전력망으로 밀려들어간다. 그러한 상태는 전력망 기반 시설을 위험하게 만들 수 있다.
전력망 운용자(예를 들어, 전력 회사)는 일반적으로 상당한 양의 에너지가 발전소를 향해 전력망으로 밀려들어가는 시나리오의 위험을 줄이기 위해서, 얼마나 많은 국지적 전력 생산이 전력망에 연결될 수 있는지에 대한 한도를 정해놓는다. 그러한 한도를 종종 포화라고 부른며, 전력망에 연결할 수 있게 허용되는 용량의 임계값을 말한다. 포화 임계값에 도달하면 소비자는 일반적으로 전력 회사가 선택적으로 소비자의 전력 생산을 전력망에서 분리할 수 있게 해주는 추가적인 전력망 기반 시설(추가 장비)에 대한 비용을 지불해야 한다. 또한 이러한 시나리오에서는 소비자와 전력 회사가 서로 사이가 나빠진다. 전력 생산이 전력망에서 사용될 수 없고 전력망 운용자가 소비자에게 그것에 대해 지불하지 않기 때문에 소비자는 같은 수준의 비용 절감을 얻지 못한다.
실시 예에서, 시스템(300)은 전력망 포화를 다루기 위한 다른 메커니즘을 제공할 수 있다. 실시 예에서, 시스템(300)의 분산형 제어는 PCC에서 보았을 때 및/또는 고객 구내에서 또는 어디든지 제어 노드의 하류에서 보았을 때 전력 수요와 전력 생산에 대해 동적인 제어를 제공할 수 있다. 실시 예에서, 제어 노드는 유효 전력과 무효 전력의 수요와 유효 전력과 무효 전력의 생산을 제어하기 위한 전력 컨버터를 포함한다. 특히, 제어 노드는 PCC의 하류에서 보았을 때 전력의 유효 전력 성분과 PCC의 상류에서 보았을 때 유효 전력 성분에 영향을 미치도록 운용을 조절할 수 있다. 제어 노드는 PCC의 하류에서 보았을 때 전력의 무효 전력 성분과 PCC의 상류에서 보았을 때 무효 전력 성분에 영향을 미치도록 운용을 조절할 수 있다. 실시 예에서, 제어 노드는 수요와 생산에 대해 제어를 적용하기 위한 전력 컨버터로서 하나 또는 여러 개의 인버터 또는 하나 또는 여러 개의 마이크로인버터를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 노드(332)는 전력망 네트워크의 상류에 연결하기 위한 전력망 커넥터를 포함한다. 전력망 커넥터는 알려진 커넥터와 고전압 및 저전압 신호선을 포함할 수 있다. 노드(332)는 인근 구역(340)의 전력망 네트워크를 위한 PCC(322)이거나 이것에 연결된다. 노드(332)는 운용 방법을 결정하기 위해서 컨트롤러나 마이크로프로세서 같은 제어 로직 또는 기타 로직을 포함한다. 실시 예에서, 노드(332)는 인근 구역(340) 내에서 포화 임계값에 도달했는지 측정한다. 그러한 측정은 전력 생산이 전력 수요를 초과하는지 측정하기 위한 동적인 모니터링의 결과일 수 있다. 그러한 측정은 데이터 센터 또는 중앙 전력망 관리의 통지에 대한 반응일 수 있다. 그러한 측정은 기타 분산형 제어 노드의 데이터에 대한 반응일 수 있다. 실시 예에서, 인근 구역(340)의 각각의 에너지 발생원(352)은 인근 구역 내의 제어 노드(354)와 연계된다. 실시 예에서, 각각의 제어 노드(354)는 연계된 에너지 발생원(352)의 용량에 대한 정보로 구성된다. 실시 예에서, 각각의 국지적 제어 노드(354)는 제어 노드(332)에 등록하며, 이렇게 하면 노드(332)가 인근 구역(340)에 대한 전체 용량을 알 수 있다.
실시 예에서, 노드(332)는 예를 들어 계량기 또는 소비자에게 분포된 기타 장비와의 통신을 통한 구성 또는 동적 확인에 의해서 인근 구역(340)에 대한 전체 최고 유효 전력 수요를 확인한다. 실시 예에서, 유효 전력의 값을 확인하는 전체 최고 유효 전력 수요의 임계 비율이 있다. 유효 전력 생산 용량이 이 값을 초과하면 인근 구역이 포화 상태인 것으로 간주된다. 포화 상태에 반응해서, 실시 예에서, 노드(332)가 전력 컨버터의 운용을 동적으로 조절해서 인근 구역(340)과 전력망 사이의 접속부를 조절한다. 실시 예에서, 노드(332)는 PCC(322)의 상류에서 보았을 때(예를 들어, PCC(324)에서 보았을 때 또는 중앙 전력망 관리 또는 전력망 네트워크의 다른 부분에서 보았을 때) 인근 구역(340)의 유효 전력 대 무효 전력의 비율을 조절한다.
실시 예에서, 노드(332)는 데이터 센터(310) 또는 중앙 전력망 관리에서 인근 구역(340)에 대한 전력망 포화 레벨을 나타내는 급전 정보를 수신한다. 실시 예에서, 노드(332)는 예를 들어 계량기 및 또는 노드(354)를 통해서 하류에서 PCC(322)의 하류의 전력망 포화 레벨을 나타내는 정보를 수신한다. 실시 예에서, 노드(332)는 예를 들어 유효 전력 출력을 조절하기 위해 하류의 제어 노드(354)와 통신해서 최소한 인근 구역(340) 내의 유효 전력 생산량을 조절한다. 실시 예에서, 노드(332)는 하류와 통신해서 제어 노드(354)가 상류의 무효 전력 대 유효 전력 출력의 비율을 변경시키도록 만들 수 있다. 실시 예에서, 노드(332)는 PCC(322)에서 유효 및/또는 무효 전력 생산 또는 수요 또는 이러한 것들의 조합을 조절해서 PCC(322)의 상류에서 보았을 때 전기적 상태를 조절한다. 실시 예에서, 노드(332) 또는 노드(354)는 운용을 조절해서 최소한 유효 또는 무효 전력의 일부분을 에너지 저장소(344)로 전환시킨다.
도 4A는 취합된 DER 전력망의 실시 예에 대한 블록도이다. 네트워크(410)는 분산 전력망의 한 예를 예시하며, 이러한 전력망은 ADER 전력망일 수 잇다. 네트워크(410)는 여러 개의 노드(412)를 포함하며, 이 이 노드는 본 문서에서 설명한 iGOS 플랫폼을 포함할 수 있다. ADER 전력망은 집 소유자 전력망 또는 소비자 기반의 운용 전력망을 제공할 수 있다. 그러한 전력망을 가상의 전력망이라도 부를 수 있다. 네트워크(410) 도식에 나온 대로, 분산형 자원 네트워크는 링 네트워크이거나 이것을 포함할 수 있다. 네트워크(410)는 변압기 또는 변전소(416)를 통해 전력망의 송전선(414)과 연결된다. 변압기는 변전소 또는 다른 전력망 하위 요소를 나타낸다. 송전선(414)은 고압 전력망 송전선 또는 배전선을 나타낸다.
도 4B는 취합된 DER 전력망의 또 다른 실시 예에 대한 블록도이다. 네트워크(420)는 분산 전력망의 한 예를 예시하며, 이러한 전력망은 ADER 전력망일 수 잇다. 네트워크(420)는 여러 개의 노드(422)를 포함하며, 이 이 노드는 본 문서에서 설명한 iGOS 플랫폼을 포함할 수 있다. ADER 전력망은 집 소유자 전력망 또는 소비자 기반의 운용 전력망을 제공할 수 있다. 그러한 전력망을 가상의 전력망이라도 부를 수 있다. 네트워크(420) 도식에 나온 대로, 분산형 자원 네트워크는 중앙점(428)을 갖는 스타 네트워크이거나 이것을 포함할 수 있다. 네트워크(420)는 변압기 또는 변전소(426)를 통해 전력망의 송전선(424)과 연결된다. 변압기는 변전소 또는 다른 전력망 하위 요소를 나타낸다. 송전선(424)은 고압 전력망 송전선 또는 배전선을 나타낸다.
도 4C는 취합된 DER 전력망의 또 다른 실시 예에 대한 블록도이다. 네트워크(430)는 분산 전력망의 한 예를 예시하며, 이러한 전력망은 ADER 전력망일 수 잇다. 네트워크(430)는 여러 개의 노드(432)를 포함하며, 이 이 노드는 본 문서에서 설명한 iGOS 플랫폼을 포함할 수 있다. ADER 전력망은 집 소유자 전력망 또는 소비자 기반의 운용 전력망을 제공할 수 있다. 그러한 전력망을 가상의 전력망이라도 부를 수 있다. 네트워크(430) 도식에 나온 대로, 분산형 자원 네트워크는 중앙점(438)을 갖는 스타 네트워크와 링 네트워크의 조합이거나 이것을 포함할 수 있다. 네트워크(430)는 변압기 또는 변전소(436)를 통해 전력망의 송전선(434)과 연결된다. 변압기는 변전소 또는 다른 전력망 하위 요소를 나타낸다. 송전선(434)은 고압 전력망 송전선 또는 배전선을 나타낸다. 네 번째 네트워크 표현에서 나타낸 것처럼, 변전소는 상위 변전소의 노드일 수 있다. 따라서 네트워크 구성의 어떠한 조합도 적용될 수 있다.
도 4D는 취합된 DER 전력망의 또 다른 실시 예에 대한 블록도이다. 네트워크(440)는 분산 전력망의 한 예를 예시하며, 이러한 전력망은 ADER 전력망일 수 잇다. 네트워크(440)는 여러 개의 노드(442)를 포함하며, 이 이 노드는 본 문서에서 설명한 iGOS 플랫폼을 포함할 수 있다. ADER 전력망은 집 소유자 전력망 또는 소비자 기반의 운용 전력망을 제공할 수 있다. 그러한 전력망을 가상의 전력망이라도 부를 수 있다. 네트워크(440) 도식에 나온 대로, 분산형 자원 네트워크는 포인트 투 포인트 링 네트워크이거나 이것을 포함할 수 있다. 네트워크(440)는 변압기 또는 변전소(446)를 통해 전력망의 송전선(444)과 연결된다. 변압기는 변전소 또는 다른 전력망 하위 요소를 나타낸다. 송전선(444)은 고압 전력망 송전선 또는 배전선을 나타낸다. 실시 예에서, 연결점(448)에 의해 예시된 것처럼 변전소는 상위 변전소의 노드일 수 있다. 따라서 네트워크 구성의 어떠한 조합도 적용될 수 있다. 네 번째 네트워크 표현에서 나타낸 것처럼, 변전소는 상위 변전소의 노드일 수 있다. 따라서 네트워크 구성의 어떠한 조합도 적용될 수 있다.
도 5는 서로 다른 인근 구역 사이에서 DER의 모니터링과 제어가 이루어지는 시스템의 실시 예에 대한 블록도이다. 시스템(500)은 전력 회사 전력망에 대한 분산 환경을 나타낸다. 시스템(500)은 본 문서에 나온 실시 예에 따른 DER 취합을 지원한다. 시스템(500)은 ADER 전력망의 한 예로 간주할 수 있다. 시스템(500)은 iGOS 취합 같은 노드의 취합을 전통적인 전력망 하드웨어와 병렬로 구현할 수 있음을 예시한다. 예를 들어, DER 취합이 유효하기 위해서 인근 구역의 모든 고객 구내가 DER을 포함해야 하는 것은 아니다.
전력망(510)은 전력망 기반 시설을 나타내고, 이러한 전력망 기반 시설은 중앙 전력망 관리를 수행할 수 있는 전력 회사(502)에 의해 괸리되는 중앙 발전기 또는 발전소를 포함할 수 있다. 시스템(500)은 두 개의 인근 구역(520, 540)을 예시하지만, 인근 구역은 얼마든지 시스템(500)에 포함될 수 있다고 이해된다. 인근 구역(520, 540)은 전력망의 계층 또는 하위 계층을 나타낸다. 인근 구역(520)은 PCC(512)를 통해 전력망(510)과 연결되고, 인근 구역(540)은 PCC(514)를 통해 전력망(510)에 연결된다. 실시 예에서, 인근 구역(520, 540)을 동일한 PCC를 통해 전력망(510)에 연결할 수 있다.
인근 구역(520)은 여러 개의 전력 회사 고객(522-C, 524-C, 526-C, 528-C, 532-C, 534-C, 536-C)을 포함한다. 일반적인 시스템에서는 인근 구역에 수십 또는 수백 개의 고객이 있을 수 있는 것으로 이해된다. 고객은 아무 유형이든 본 문서에 나온 전력 소비자일 수 있다. 실시 예에서, 하나의 소비자는 여러 개의 고객 구내를 포함한다. 실시 예에서, 하나의 고객 구내는 여러 소비자를 포함한다. 실시 예에서, 소비자와 고객 구내 사이에 일대일 관계가 있다. 고객(526-C, 528-C, 532-C, 536-C)은 국지적 에너지 발생원 또는 국지적 전력 생산이 없다는 것을 관찰할 수 있다. 고객(522-C, 524-C, 534-C)은 각각 에너지 발생원(522-ES, 524-ES, 534-ES)을 포함한다. 에너지 발생원은 국지적 전력 생산을 나타낸다. 에너지 발생원이 있는 고객은 DER 노드 또는 관리 노드 또는 지능형 플랫폼(각각 522-N, 524-N, 534-N)을 포함한다. 실시 예에서, DER 노드는 국지적으로 생산된 에너지의 국지적 사용을 관리하고 인근 구역(540) 그리고 궁극적으로 전력망(510)을 향한 에너지 반송 출력을 관리한다.
또한 인근 지역(540)은 에너지 발생원(544-ES)과 노드(544-N), 에너지 발생원(548-ES)과 노드(544-N)를 포함해 여러 소비자(각각 544-C, 548-C)를 포함하도록 예시된다. 소비자(542-C, 546-C)는 국지적 전력 생산을 포함하지 않는다. 인근 구역은 국지적 전력 생산을 포함하지 않는 소비자와 국지적 전력 생산 및 임의의 조합을 포함하는 소비자를 얼마든지 포함할 수 있다.
시스템(500)은 DER 취합을 위한 제어 센터를 특정적으로 예시하지는 않지만, 전력망(510)에 서비스를 제공하기 위해서 에너지 생산 발생원이 있는 DER을 취합할 수 있는 것으로 이해된다. 실시 예에서, 전력망 서비스를 제공하기 위해서 두 개의 서로 다른 인근 구역의 DER을 취합할 수 있다. 실시 예에서, 에너지 시장에 제공되는 하나 또는 여러 개의 서비스를 위해 같은 인근 구역 내의 DER만 취합할 수 있다. 실시 예에서, 서로 다른 인근 구역의 DER을 취합하는 경우에는 DER을 공통 PCC와 연결해야 한다. 실시 예에서, 서로 다른 인근 구역에 있는 DER의 취합에 대한 제약은 없으며, 제어 센터와 DER을 통신으로 연결할 수 있고 DER이 합의된 서비스를 제공할 수 있는 한 DER을 취합할 수 있다. 실시 예에서, 인근 구역을 가로질러 취합할 수 있는 능력은 제공되는 서비스에 따라 결정된다.
도 6은 분산형 전력망 시스템의 게이트웨이 장치의 실시 예에 대한 블록도이다. 시스템(600)은 전력망 시스템의 한 실시 예를 나타내며, 본 문서에 나온 실시 예에 따른 전력망 시스템일 수 있다. 전력망(610)은 DER 취합이 허용되는 전력 회사 전력망 네트워크를 나타낸다. 계량기(620)는 전력망 계량기, 또는 전력망에 의해 공급되는 전력을 측정하고 그것에 대해 요금을 부과하기 위해 전력망 내에서 사용되는 계량기를 나타낸다. 실시 예에서, 계량기(620)는 전력망 기반 시설의 일부로 간주할 수 있고 입구 계량기라고 말할 수 있다. 실시 예에서, 계량기(620)는 4사분면 계량기이다. 게이트웨이(630)의 계량기(634)는 계량기(620)와 개별적인 것으로 이해된다. 실시 예에서, 계량기(620)는 전력망(610)에 의해 PCC(622)로 공급되는 전력을 모니터링하며, 여기서 PCC는 본 문서에 나온 실시 예에 따른 것을 나타낸다.
실시 예에서, 시스템(600)은 본 문서에 나온 실시 예에 따른 제어 노드이거나 그 일부일 수 있는 게이트웨이를 포함한다. 실시 예에서, 게이트웨이(630)는 제어 노드 또는 DER 노드의 "두뇌"에 해당된다. 실시 예에서, 게이트웨이는 게이트웨이(630)가 PCC 외부에 있는 장치와 같은 다른 장치와 통신할 수 있게 해주는 라우터(632)를 포함한다. 실시 예에서, 라우터(632)는 게이트웨이(630)가 데이터 센터(680)와 통신할 수 있게 해준다. 데이터 센터(680)는 분산형 전력망 네트워크에 대한 중앙 데이터 장소를 나타낸다. 실시 예에서, 데이터 센터(680)는 중앙 전력망 관리에서 가져온 급전 정보를 제공한다. 따라서, 데이터 센터(680)는 제어, 급전 정보 또는 전력망 운용에 대한 기타 데이터, 기타 취합 정보와 같이 전력망 기반 정보의 발생원을 나타낸다. 실시 예에서, 라우터(632)는 이더넷 연결 또는 인터넷 프로토콜을 사용하는 기타 연결을 포함한다. 실시 예에서, 라우터(632)는 전력망 연결점을 포함한다. 실시 예에서, 라우터(632)는 독점적인 커넥터를 포함한다. 실시 예에서, 라우터(632)는 전력망에게 접속부 또는 연결부를 제공하는 하드웨어 커넥터에 대한 통신을 생성하고 처리하기 위한 게이트웨이(630) 내의 스택 또는 프로토콜 엔진을 나타낸다.
실시 예에서, 게이트웨이(630)는 계량기(634)를 포함하며, 이 계량기는 계량 장치를 나타내고 4사분면 계량기일 수 있다. 계량기(634)는 게이트웨이(630)가 PCC(622)의 소비자측에서 전력 수요 또는 전력 생산 또는 이 둘을 모니터링할 수 있게 해준다. PCC(622)의 소비자측은 전력망의 반대측이다. 소비자측은 부하 또는 소비자의 부하 제어에 대한 전기적 접촉점이다. 일반적으로, PCC는 어떤 유형의 퓨즈 시스템 또는 기타 분리 메커니즘을 포함한다. 퓨즈 시스템은 소프트 퓨즈(예를 들어, 스위치 또는 전기적으로 열리고 닫힐 수 있는 기타 메커니즘)이거나 기계적으로 또는 물리적으로 초기화 또는 교체해야 하는 하드 퓨즈일 수 있다. 실시 예에서, 게이트웨이(634)는 최소한 부분적으로 계량기(634)가 수집한 데이터를 바탕으로 취합을 수행한다.
게이트웨이(630)는 컨트롤러(636)를 포함하며, 이 컨트롤러는 게이트웨이 운용을 제어하기 위한 하드웨어 처리 자원을 나타낸다. 컨트롤러(636)는 또한 게이트웨이(630)의 운용을 제어하기 위한 소프트웨어 또는 펌웨어 로직을 나타낸다. 실시 예에서, 컨트롤러(636)는 여러 개의 하드웨어 성분에 의해 구현될 수 있다. 실시 예에서, 컨트롤러(636)는 내장형 컴퓨터 시스템을 포함하거나 그것일 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(636)는 내장형 PC(개인용 컴퓨터) 보드 및/또는 기타 하드웨어 로직을 포함할 수 있다. 컨트롤러(636)는 일반적으로 라우터(632) 및/또는 계량기(634)의 제어와 같은 게이트웨이(630)의 운용을 제어한다. 실시 예에서, 게이트웨이(630)가 무엇을 하라는 지시를 받으면, 컨트롤러(636)가 그러한 지시를 수행하기 위한 운용을 수행하는 것으로 간주할 수 있다.
실시 예에서, 시스템(600)은 PCC(622)의 소비자측에서 하나 또는 여러 개의 부하(640)를 포함한다. 실시 예에서, 시스템(600)은 하나 또는 여러 개의 에너지 발생원(660)을 포함한다. 에너지 발생원(660)은 소비자에 있는 또는 PCC(622)의 소비자측에 있는 전력 생산 자원을 나타낸다. 실시 예에서, 에너지 발생원(660)은 풍력 또는 태양광 전력 시스템과 같은 신재생 에너지 발생원이다. 실시 예에서, 에너지 발생원(660)은 유효 전력을 생산한다. 실시 예에서, 시스템(600)은 배터리 백업(670)을 포함한다. 배터리 백업은 어떤 형태의 에너지 저장소 또는 본 문서에 나온 에너지 저장소일 수 있다.
실시 예에서, 소비자는 국지적 전력 컨버터(650)를 포함한다. 컨버터(650)는 본 문서에 나온 컨버터의 실시 예에 따른 것일 수 있다. 컨버터(650)는 전력망과의 접속부를 관리하거나 제어하기 위해 하나 또는 여러 개의 운용을 수행한다. 실시 예에서, 접속부는 장치와 PCC(622)의 연결점을 나타낸다. 실시 예에서, 접속부는 장치와 다른 지점의 전기적 연결점 또는 전기적 결합점을 나타낸다. 예를 들어, 컨버터(650)는 예를 들어 전력망과 부하 사이에 전력 또는 에너지가 어떻게 전송되는지를 변경해서 PCC(622)와 부하(640)의 접속부를 조절하도록 운용될 수 있다. 실시 예에서, 컨버터(650)는 예를 들어, 전력을 국지적 에너지 발생원에서 부하로 제공하기 위해서, 에너지 발생원(660)과 부하(640) 사이의 접속부를 조절하도록 운용될 수 있다. 실시 예에서, 컨버터(650)는 예를 들어, 전력을 에너지 발생원에서 전력망으로 제공하기 위해서, 에너지 발생원(660)과 PCC(622) 사이의 접속부를 조절하도록 운용될 수 있다. 실시 예에서, 컨버터(650)는 예를 들어, 에너지 저장소를 충전하고/충전하거나 부하 또는 전력망 또는 이 둘에 사용하기 위해 에너지 저장소에서 전력을 제공하기 위해서, 배터리 백업(670)과 PCC(622) 및/또는 에너지 발생원(660) 사이의 접속부를 조절하도록 운용될 수 있다.
컨버터(650)를 통해 시스템(600)은 에너지 공급원(660)에서 유효 전력과 무효 전력의 임의의 조합을 생산할 수 있다. 따라서, 컨버터(650)를 통해 고객은 전력망에서, 즉, 계량기(620)의 시각에서 고객이 어떻게 보이는지를 조절하기 위해서 PCC(622)에 대한 무효 전력 주입을 수행할 수 있다. 실시 예에서, 컨버터(650)는 PCC(622)에서 DER에 의해 제공되는 유효 전력과 무효 전력의 조합을 조절하기 위해서 데이터 센터(680)에서 내려진 하나 또는 여러 개의 명령에 대해 반응해서 운용을 조절한다.
도 7은 게이트웨이 취합기 시스템의 실시 예에 대한 블록도이다. 시스템(700)은 게이트웨이 장치의 한 실시 예를 나타내며, 본 문서에 나온 실시 예에 따른 제어 노드 또는 DER 노드이거나 이를 포함할 수 있다. 취합기(710)는 데이터 취합을 수행하기 위한 하드웨어와 소프트웨어 로직을 나타낸다. 취합기(710)는 취합 정보를 바탕으로 접속부를 제어하는 방법의 결정을 계산할 수 있다. 실시 예에서, 시스템(700)은 iGOS의 일부로 간주할 수 있다. 국지적 정보와 네트워크 정보를 바탕으로, 취합기(710)는 DER 노드 내에서 에너지를 어떻게 관리할 것인지 결정할 수 있다.
취합 로직(720)은 취합기(710)이 전력망의 전기적 상태와 관련된 데이터의 여러 가지 요소를 수집할 수 있게 해주는 로직을 나타낸다. 외부 I/O(722)는 전력망 상태 정보를 제공할 수 있는 PCC 외부의 발생원 또는 계량기의 "반대편"을 나타낸다. 일반적으로, 그러한 정보는 전력망의 전체의 상태 또는 취합기(710)와 관련된 제어 노드에 의해 관리되는 소비자 또는 인근 구역 또는 일부분보다 더 큰 특정한 계층이나 부분의 상태와 관련해 제공된다. 외부 I/O(722)의 예는 이에 국한되지는 않지만, 급전 정보와 전력망 제어 신호를 포함할 수 있다. 급전 정보는 전력망 네트워크로 전송되거나 전력망 네트워크의 특정한 부분으로 전송될 수 있다. 전력망 제어는 PCC가 충족 및/또는 해결해야 하는 최소한 하나의 전기적 상태를 가리키는 특정한 신호를 나타낸다. 예를 들어, PCC는 PCC에서 특정한 출력을 제공하라고 요청을 받을 수 있다. 또 다른 예로서, PCC는 전력망 네트워크의 다른 위치의 상태를 바탕으로 규정 적합성을 충족시키라고 특정적으로 요청을 받을 수 있다.
센서(724)는 예를 들어, 제어 노드에 대해 국지적인 하나 또는 여러 개의 센서 또는 기타 게이트웨이 장치 또는 취합 장치와 같이, PCC 내의 데이터 발생원을 나타낸다. 센서 데이터의 예는 이에 국한되지는 않지만, 부하 정보, 현지 온도, 태양광 상태 및/또는 기타 정보를 포함할 수 있다. 실시 예에서, 부하 정보는 부하에 대한 복합 전류 벡터를 가리키는 에너지 시그니처에 의해서와 같이, 부하가 전력을 끌어당기고 있는지 결정하는 계량기에 의해 수집 또는 모니터링된다. 실시 예에서, 부하 정보는 취합기(710) 내에 구성될 수 있고, 이것은 특정한 부하 연결부(예를 들어, 차단기, 콘센트 또는 기타 연결부)에 대해 허용되는 최대 부하 용량일 수 있다. 실시 예에서, 국지적 에너지 발생원의 운용은 온도에 의해 영향을 받을 수 있고, 온도는 예상되는 유효성 및/또는 특정한 부하 또는 에너지 발생원에 대한 수요의 지표일 수 있다. 태양광 상태는 태양광 시스템에 대해 특정적이지만, 풍력 센서 같은 기타 센터를 대신해 또는 추가로 사용할 수도 있다.
각각의 센서는 전력을 출력하는 방법 또는 다른 경우라면 PCC 내의 또는 PCC 외부의 접속부를 제어하는 방법을 결정할 때 고려해야 하는 정보를 제공할 수 있다. 실시 예에서, 각각의 센서는 취합 로직(720)에 등록한다. 취합 로직(720)은 여러 센서에서 정보를 수집하고 취합하기 위한 센서 제어 허브를 포함할 수 있다. 실시 예에서, 취합기(710)는 취합 데이터 또는 원시 데이터를 메모리(742)에 저장한다. 메모리(742)는 취합기(710)에 대해 국지적일 수 있고 센서 또는 전력망 제어 정보를 저장한다.
실시 예에서, 취합 로직(720)은 다른 데이터보다 특정한 데이터에 더 큰 가중치를 적용하기 위한 가중치를 포함한다. 이러한 가중치는 시간에 따라 또는 수신되는 기타 데이터에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 온도 데이터는 어떤 운용을 수행할 것인지 결정할 때 고려할 수 있지만, 전력망 제어가 수신되었을 때 매우 적게 가중되거나 완전히 무시될 수 있다. 기타 무수한 예가 가능하다. 실시 예에서, 취합 로직(720)은 복합 상태 기계의 한 유형으로서 운용된다. 실시 예에서, 취합 로직(720)에 의해 생성되는 각각의 상태 출력은 여러 입력을 바탕으로 결정되는 상태를 확인한다. 예를 들어, 취합 로직(720)은 태양광 상태가 주어진 범위 내에 있고 온도가 특정한 범위 내에 있는 경우, 그리고 전력망 상태가 특정한 범위 내에 있는 경우처럼, 데이터 범위를 바탕으로 결정을 내릴 수 있고, 그리고 나서 특정한 상태 출력이 생성될 수 있다. 다른 범위는 다른 상태 출력을 생성한다. 상태 출력은 취합기(710)의 어떤 상태가 전력 컨버터의 운용을 제어하는 방법을 결정할 것인지 가리킬 수 있다.
실시 예에서, 취합 로직(720)은 실행 로직(750)에 의한 실행에 대한 하나 또는 여러 개의 상태를 생성한다. 실시 예에서, 취합기(710)는 결정된 상태를 변경하기 위해 0개 또는 기타 여러 개의 로직 요소를 포함할 수 있다. 실시 예에서, 취합기(710)는 예측 로직(730) 또는 전방 예측(740) 중 하나 또는 이 둘을 포함한다. 실시 예에서, 취합기(710) 내의 모든 로직 블록은 취합기에 대한 제어 로직으로 간주할 수 있다. 따라서, 계산 또는 연산을 수행하는 취합기에 대한 참조는 취합 로직(720), 예측 로직(730), 전방 예측 로직(740), 실행 로직(750) 또는 예시되지 않은 기타 로직 또는 이러한 것들의 조합의 운용을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 예측 로직(730)은 요금 발생원 정보(732)를 수신할 수 있다. 요금 발생원 정보(732)는 소비자 요금 또는 가격 정보 또는 시장 요금 또는 시장 가격 정보를 포함할 수 있다. 실시 예에서, 소비자 요금은 유효 전력과 무효 전력에 대해 서로 다른 요금을 포함한다. 실시 예에서, 시장 요금은 유효 전력과 무효 전력에 대해 서로 다른 요금을 포함한다. 무효 전력은 일반적으로 "보조 시장"에 대한 또는 보조 서비스를 제공하기 위한 전력망에 공급될 수 있다. 따라서, 무효 전력 요금은 실제로는 시장 상태와 선택한 보조 시장에 따라 서로 다른 많은 요금을 포함할 수 있다. 요금 정보는 하루 내내 또는 계절이나 연중 내내 변할 수 있는 것으로 이해된다. 따라서, 하루의 시간과 연중의 시간은 요금 정보를 바탕으로 수행하기 위한 운용을 계산할 때 고려되는 정보일 수 있다. 실시 예에서, 요금 발생원(732)은 실시간 요금 정보 발생원이고, 요금 계약 정보, 순간 요금 또는 기타 정보 또는 이러한 것들의 조합 같은 규제 완화된 에너지 시장과 관련된 정보를 제공할 수 있다. 실시 예에서, 취합기(710)는 외부 I/O(722)를 통해 요금 발생원(732)에 연결된다.
실시 예에서, 예측 로직(730)은 예측 로직(720)과 요금 정보에 의해 확인되는 상태를 바탕으로 수행하기 위한 결정을 내리거나 운용을 계산한다. 예측 로직(730)은 요금 정보와 상태 정보의 결합을 바탕으로 취할 하나 또는 여러 개의 조치 사항을 결정할 수 있다. 예를 들어, 취합 로직(720)에 의해 계산되는 결정된 상태는 취합기(710)에 의해 관리되는 접속부에 대한 운용의 특정한 상태 또는 구역을 확인할 수 있다. 취합기(710)는 국지적 부하와 전력망에 전력을 제공할 수 있는 제어 노드와 연계된다. 따라서, 예측 로직(730)은 예를 들어, 국지적으로 생성되는 에너지의 최상의 사용을 결정할 수 있다. 예측 로직(730)은 소비자에 대해 최대의 금전적 보상이 이루어지는 곳을 바탕으로 접속부를 가장 잘 제어하는 방법을 결정할 수 있다.
예를 들어, 어느 날에, 시장 가격은 전력망 네트워크의 상태에 따라, 유효 전력과 보조 서비스 사이에서 변동될 수 있다. 유효 전력이 더 높으면, 예측 로직(730)이 연계된 전력 컨버터가 전력망에 전송하기 위해 유효 전력을 생산하도록 만들기 위한 결정을 내릴 수 있다. 그 다음 하나 또는 여러 개의 보조 시장 가격이 유효 시장 가격 요금보다 높으면, 예측 로직(730)은 전력 컨버터가 전력망으로 전송하기 위해 무효 전력을 생산하도록 만들기 위한 결정을 내릴 수 있다. 다른 예에서, 소비자가 부하 수요가 있는 부하가 있다고 고려해 본다. 하지만, 시장 요금이 현재 국지적으로 에너지를 소비하는 가격보다 더 높기 때문에, 예측 로직(730)은 에너지를 전력망으로 전송하고, 부하에 전력을 공급하기 위해 전력망에서 전력을 끌어오기 위한 결정을 내린다. 이와 비슷하게, 시장 요금이 떨어지면, 예측 로직(730)이 더 많은 에너지를 국지적 부하 수요로 재전송하도록 결정을 내릴 수 있다. 따라서, 국지적 소비자와 전력망에 대한 에너지 가격을 최대화하기 위해서, 취합기(710)가 국지적 PCC에서 전력망에 대한 접속부를 동적으로 모니터링하고 제어할 수 있다.
실시 예에서, 전방 예측(740)은 메모리(742)에서 과거 정보에 접근한다. 이 과거 정보는 연계된 수행 운용, 과거의 요금 동향 정보, 전기적 상태, 전력 수요 및/또는 기타 정보가 담긴 하나 또는 여러 개의 상태를 포함할 수 있다. 기록 정보는 취합기(710)가 이전의 운용을 바탕으로 동향 또는 패턴을 확인할 수 있게 해준다. 따라서, 제어 노드가 더 오래 운용될수록, 더 많은 과거 데이터가 제공될 수 있다. 실시 예에서, 취합기(710)는 과거 정보를 사용하기 전의 데이터 수집 기간을 포함한다. 데이터 수집 기간은 취합기(710)의 서로 다른 사용 조건마다 다를 수 있지만, 시간, 일, 주 또는 심지어 개월의 기간일 수 있다. 실시 예에서, 과거 데이터 분석 또는 평가 또는 수행해야 할 운용의 계산에 대해 점차적으로 더 많은 가중치를 적용해서 그러한 정보가 "단계적으로 도입"될 수 있다.
실시 예에서, 과거 데이터는 특정한 운용 상태와 후속의 운용 상태 그리고 이 둘 사이의 경과 시간을 확인할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 전방 예측은 그러한 조건이나 상태가 경제적 이득을 얻기에 충분하도록 오래 지속될 가능성이 높은지를 가리키는 과거 정보를 바탕으로 결정된 조치 사항을 수행할 것인지 여부를 결정할 수 있다. 실시 예에서, 전방 예측(740)은 선택된 조치 사항 또는 상태와 과거 데이터를 바탕으로 제어 노드가 어떤 운용을 수행할 것인지 결정한다. 실시 예에서, 각각의 예측은 에너지 부하, 에너지 가격, 기상 상태, 요금 또는 기타 정보에 대한 과거의 데이터를 고려해, 현재의 상태를 바탕으로 어떤 결정이 내려질 것인지에 대한 추정을 나타낸다. 실시 예에서, 과거 데이터는 운용 기록 또는 운용 데이터라고 부를 수 있고, 여기서 운용은 모니터링된/제어된 전력망 노드 내의 운용을 말한다.
실시 예에서, 실행 로직(750)은 하나 또는 여러 개의 상태, 하나 또는 여러 개의 조치 사항 또는 하나 또는 여러 개의 예측을 각각 취합 로직(720), 예측 로직(730), 전방 예측 로직(740)에서 수신한다. 실행 로직(750)은 입력 데이터를 분석하고, 수신된 데이터를 바탕으로 수행할 하나 또는 여러 개의 운용을 계산 또는 연산할 수 있다. 실시 예에서, 집합적으로, 취합기(710)는 연결된 국지적 에너지 발생원, 입구 계량기 정보, 에너지 저장소 또는 에너지 백업 시스템, 국지적 또는 현지의 부하, 기타 정보에 대한 지식을 가질 수 있다. 실시 예에서, 취합기(710) 같은 게이트웨이 장치 내에서 수집된 모든 정보는 국지적 계량기에 의해 수집된다. 취합기(710) 내의 로직은 여러 발생원에서 데이터를 수신하고, 그러한 데이터를 바탕으로 결정을 내릴 수 있다. 데이터 자체의 취합은 이전의 제어 노드와 다르다. 예측 또는 예상을 취합기에 추가할 수 있다. 실시 예에서, 실행 로직(750)은 계산된 상태, 조치 사항, 예측을 바탕으로 운용을 선별적으로 생성한다.
냉장고 부하가 켜졌고 더 많은 무효 전력이 필요하다는 것을 계량기가 탐지하는 예를 고려해 본다. 계량기는 예를 들어, 부하의 서로 다른 부하 에너지 시그니처를 계산 또는 처리해서 그러한 결정을 내릴 수 있었다. 예를 들어, 시스템에 이미 존재하는 복합 전류를 고려해 본다. 온라인이 되는 다른 부하를 추가하면 전체 복합 전류가 변경된다. 실시 예에서, 계량기는 새로운 복합 전류와 이전의 복합 전류의 차이를 계산해서 새 부하의 에너지 시그니처를 결정한다. 이렇게 해서, 계량기는 특정한 부하를 확인하고, 특정한 부하의 전력 수요에 반응해 취합기(710)를 통해 운용을 변경할 것인지 결정할 수 있다. 그러한 계산을 위해서는 특정한 부하를 구분하기 위해 벡터 분석 및/또는 계산이 필요할 수 있다고 이해된다. 실시 예에서, 취합기(710)는 하나 또는 여러 개의 에너지 시그니처에 대해 과거 데이터를 유지할 수 있고, 따라서 과거 평균을 바탕으로, 주어진 부하가 얼마나 오래 켜진 상태를 유지할 것으로 예상되는지 결정할 수 있다. 따라서, 에너지 시그니처를 기록 데이터 또는 취합기(710)에서 계산된 기타 결정 데이터와 함께 사용해 어떤 운용을 실행할 것인지 결정할 수 있다.
온라인이 되는 냉장고 부하의 예를 계속 살펴본다면, 실시 예에서, 계량기는 시스템의 무효 전력에 대해 증가된 수요를 탐지한다. 실시 예에서, 계량기는 냉장고 부하의 에너지 시그니처를 탐지한다. 게이트웨이는 냉장고 부하를 해결하기 위해 더 많은 무효 전력을 생산하기 위해서, 연결된 태양광 시스템(국지적 에너지 발생원)이 위상 각도를 조절하도록(예를 들어, 태양광 시스템에 연결된 컨버터 및/또는 인버터를 통해) 만들 수 있다. 냉장 부하가 꺼지고 나면, 게이트웨이가 태양광 시스템에게 여분의 전력을 사용해 배터리 백업 시스템을 충전하거나 전력망에 지원을 제공하라고 지시할 수 있다. 다시 말해서, 가능한 예는 너무 많아서 일일이 거론할 수 없다.
실시 예에서, 실행 로직(750)은 운용을 생성하고 실행한다. 실시 예에서, 실행 로직(750)은 국지적 출력(752) 또는 시장 출력(754)을 생성할 수 있다. 국지적 출력의 예는 이에 국한되지는 않지만, 유효 또는 무효 전력 또는 이 둘을 부하에 제공하거나 에너지 저장 장치를 충전하기 위해 유효 또는 무효 전력 또는 이 둘을 제공하거나 국지적 "용량"에 전력을 제공하는 것을 포함할 수 있고, 그러한 용량은 하나 또는 여러 개의 부하와 하나 또는 여러 개의 에너지 저장 장치를 나타낼 수 있다. 시장 출력의 예는 이에 국한되지는 않지만, 전력망에 유효 전력을 제공하거나 보조 서비스를 제공하는 것을 포함할 수 있다.
보조 서비스는 서로 다른 많은 서비스를 포함할 수 있고, 이러한 서비스는 포괄적으로 나타냈고, 모든 가능한 서비스를 전부 예시할 수는 없다. 보조 서비스는 전력망 지원, 주파수 지원, 전력 방전, 전력 충전 또는 자체 기동 서비스 또는 기타 서비스 또는 이러한 것들의 조합을 포함할 수 있다. 전력망 지원은 PCC에서 전력망 전압 상태를 높이거나 낮추기 위한 어떤 유형이든 전압 지원 서비스를 나타낸다. 전력 방전과 전력 충전은 특정한 주파수 지원 서비스를 말한다. 전력 방전과 전력 충전은 PCC에서 보았을 때 부하를 변경하기 위한 부하 접속부 제어를 말할 수 있다. 주파수 지원은 다른 유형의 주파수 서비스를 나타내며, PCC에서 보았을 때 AC 전력의 주파수를 조절하기 위해 전력망에 대한 에너지 흐름을 변경하기 위해서 접속부를 변경하는 것을 포함할 수 있다. 자체 기동 서비스는 전력망의 분리된 부분이 전력망 네트워크에 다시 연결되도록 만들기 위해 전력을 증강하기 위해 수행되는 운용을 나타낸다. 모든 보조 서비스는 PCC에서 보았을 때 전력망의 필요에 대해 반응해 용량을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 취합기(710)는 전력망에 유효 전력(와트)을 집어넣지 않는 것을 의미하는 비방출 서비스를 제공한다.
일반적으로, 실시 예에서, DER 노드는 제어 노드이거나 이것을 포함할 수 있다. 일반적으로, 제어 노드는 에너지 계량기와 컨트롤러를 포함한다. 컨트롤러는 취합기(710) 또는 기타 게이트웨이 장치에 따른 것일 수 있다. 에너지 계량기와 컨트롤러는 PCC의 소비자측에 위치하고, PCC를 통해 전력망에서 보았을 때 접속부를 변경하기 위해 PCC 내에서 운용을 수행한다. 소비자 노드는 컨트롤러 또는 계량기의 명명 또는 제어에 반응해 운용을 변경하는 하나 또는 여러 개의 전력 컨버터를 포함한다. 전력 컨버터 운용은 컨트롤러에 의한 결정에 따라 PCC에 대한 접속부를 변경한다. 전력 컨버터에 의한 운용은 국지적 노드에서 전력망 네트워크 내의 에너지 흐름을 변경할 수 있다.
따라서, 전력 컨버터는 취합 정보를 바탕으로 운용 방법을 결정하는 컨트롤러에 의한 결정에 반응해 운용을 변경해서 취합 정보에 반응할 수 있다. 취합 정보는 하나 또는 여러 개의 센서, 하나 또는 여러 개의 전력망측 컨트롤러 또는 데이터 센터, 국지적 전력 수요와 국지적 상태의 정보를 포함할 수 있다. 컨트롤러에 의한 의사 결정은 수집된 국지적 정보와 전력망 상태 정보를 바탕으로 한 계산을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 의사 결정은 요금 정보를 바탕으로 한 계산을 포함한다. 실시 예에서, 의사 결정은 과거 정보를 바탕으로 한 계산을 포함하나. 실시 예에서, 의사 결정은 하나 또는 여러 개의 전력 컨버터에 대한 하나 또는 여러 개의 제어를 생성하기 위해 실행 로직에 의해 실시되는 계산을 포함한다. 전력 컨버터는 본 문서에 나온 실시 예에 따라, PCC 내에서 또는 PCC와 전력망 사이에서 에너지 흐름을 변경한다. 전력 컨버터는 본 문서에 나온 실시 예에 따라, 국지적 에너지 발생원 또는 전력망에서 공급되는 유효 전력과 무효 전력의 혼합 구성을 제어할 수 있다.
도 8은 DER 노드의 실시 예에 대한 블록도이다. 시스템(800)은 고객 구내(810)를 포함한다. 고객 구내(810)는 전력망 소비자를 나타내며, 에너지 생산 자원(840)을 포함한다. 에너지 생산 자원(840)은 태양광 시스템(842)과 같이 어떤 유형이든 발전기 또는 신재생 자원을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 에너지 생산 자원(840)은 저장소(844)를 포함하고, 이 저장소는 나중에 회수할 수 있도록 에너지를 저장할 수 있다.
고객 구내(810)는 부하(812)를 포함하며, 이 부하는 고객 구내에 대한 하나 또는 여러 개의 개별적인 부하를 나타내거나 전체 고객 구내를 나타낼 수 있다. 부하(812)는 특정한 고조파 시그니처를 가질 수 있다. 실시 예에서, 고객 구내(810)는 iGOS(830)를 포함하며, iGOS는 고객 구내(810)에서 생산되고 소비되는 에너지의 에너지 관리를 위한 지능형 플랫폼을 나타낸다. iGOS(830)는 본 문서에 나온 실시 예에 따른 것일 수 있다. 실시 예에서, 고객 구내(810)는 계량기(820)를 통해 전력망(802)과 접속한다. 실시 예에서, 계량기(820)는 4사분면 계량기이다. 4사분면 계량기로서, 계량기(820)는 유효 전력과 무효 전력의 수량을 나타낼 뿐만 아니라 현재 어떤 사분면에서 운용이 이루어지고 있는지도 나타낸다. 4사분면 계량기 운용에 대한 자세한 내용이 도 11과 관련해 아래에 나와 있다.
실시 예에서, 태양광(842)은 부하(812)가 사용할 수 있도록 전력을 제공하거나 컨버터(852)를 통해 전력망(802)으로 전력을 방출할 수 있다. 컨버터(852)는 유효 전력 발생원에서 주문형 무효 전력을 공급할 수 있는 마이크로인버터를 나타낸다. 따라서, 태양광(842)은 DC 전력을 출력하지만, 컨버터(852)는 기준 파형을 바탕으로 전류를 구동하고 전압이 전류를 따르도록 허용해서 출력 전압과 전류 사이에서 어떠한 위상으로도 AC 출력을 제공할 수 있다. 컨버터(852)는 입력과 출력 사이에 전기 절연을 갖고 있고, 그러한 전기 절연을 통해서 장치가 특정한 전압 또는 전류를 조절하는 대신에 입력과 출력 사이에 에너지를 전송해서 입력과 출력의 임피던스를 일치시킬 수 있다. 컨버터(854)는 컨버터(852)와 동일할 수 있고, 저장소(844)에 대한 전력 접속부를 제공한다. 실시 예에서, 저장소(844)는 배터리를 충전시키기 위해 DC 전력을 제공할 수 있도록 별도의 컨버터를 포함할 수 있다.
고객 구내(810)는 에너지 관리를 위한 지능형 플랫폼의 세 가지 구성 요소를 예시한다. 첫 번째는 에너지 사용 변동을 모니터링, 분석, 조절하기 위한 iGOS(830)이다. 그 다음은 전압과 주파수를 관리 및 변조하고 소비자, 전력망 운용자, 전력 회사에게 다각적으로 정보를 통신하기 위한 컨버터이다. 컨버터는 앞서 언급한 것처럼 무효 전력 생산이 가능하다. 세 번째는 전체적인 시스템 지능 및 신뢰성을 높이기 위해서 여러 발생원에서 모든 정보를 취합할 수 있도록 데이터를 수집하기 위한 계량기(820)와 iGOS(830)를 포함한다. 실시 예에서, 전반적인 취합 정보는 제어 센터에서만 발생한다. 함께 운용했을 때, 시스템(800)은 신재생 에너지 생산을 늘릴 것인지, 에너지 소비를 줄일 것인지, 전력망 공급 에너지 사용을 지연할 것인지, 과잉 에너지를 전력망으로 판매할 것인지, 또는 그밖의 결정, 또는 그러한 결정의 임의의 조합을 포함해 어떤 주어진 시간에 최종 사용자를 위한 가장 효율적인 에너지 결정을 제공할 수 있다.
도 9는 분산형 전력망을 위한 DER 노드의 실시 예에 대한 블록도이다. 노드(900)은 DER 노드를 나타내며, 본 문서에 나온 실시 예에 따른 DER 노드 또는 제어 노드의 한 예일 수 있다. 노드(900)는 그것의 운용을 구현하기 위한 여러 가지 하드웨어 요소를 포함한다. 일반적으로, 하드웨어는 프로세서(910), 배전 하드웨어(920), 전력 모니터링 하드웨어(930)로 설명할 수 있다. 이러한 요소 각각은 특정한 유형과 기능의 하드웨어를 포함할 수 있고, 일부는 도 9의 다른 요소로 표현될 수 있다.
프로세서(910)는 노드(900) 내에 있는 하나 또는 여러 개의 컨트롤러 또는 프로세서를 나타낸다. 실시 예에서, 노드(900)는 전력 계량기, 전력 컨버터, 두 요소를 접속시키고 전력망에 연결하기 위한 제어 하드웨어를 포함한다. 실시 예에서, 각각의 개별 항목은 계량 장치 내의 컨트롤러, 전력 컨버터 내의 컨트롤러 같은 컨트롤러를 포함한다. 전력 컨버터는 전력 추출 장치 컨트롤러, 인버터 컨트롤러, 이러한 것들을 관리하기 위한 기타 컨트롤러를 포함할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(910)는 노드(900)가 전력을 모니터링하고 배전할 수 있게 해주는 제어 로직의 여러 개의 컨트롤러 또는 요소를 나타낼 수 있다.
프로세서(910)는 위에 있는 하드웨어를 포함해, 노드(900) 내에 있는 하드웨어의 운용을 관리하고 제어한다. 프로세서(910)는 노드(900)에 대해 iGOS를 제공하도록 실행될 수 있다. 실시 예에서, 프로세서(910)는 노드(910)에 대해 설명된 기능 중 최소 일부를 제공하도록 로직을 실행할 수 있다. 그러한 기능이 하드웨어에 의해 제공되는 범위 내에서, 프로세서(910)는 하드웨어 운용을 제어하기 위한 컨트롤러로 간주할 수 있다. 실시 예에서, 프로세서(910)는 노드(900)에 대한 DER 노드 운영 시스템을 실행할 수 있다. 실시 예에서, 운영 시스템은 iGOS이다.
iGOS 플랫폼은 컴퓨팅을 제공하고, 노드(900)의 운용에 대해 전반적인 제어를 제공할 수 있다. 실시 예에서, iGOS는 노드가 데이터를 수집하고 노드 밖으로 데이터를 전송할 것인지 결정할 수 있게 해준다. 실시 예에서, iGOS는 PCC의 동측에 연결된 국지적 요소와 같이, 국지적 시스템을 제어하기 위해 데이터를 사용할 수 있다. 실시 예에서, iGOS는 또한 전력 회사 관리자 또는 전력망 네트워크의 기타 노드와 같이 외부에서 사용하기 위한 데이터를 전송한다.
실시 예에서, iGOS는 노드(900)에 대한 급전 기능을 제어한다. 이 급전은 송신과 수신 데이터를 포함할 수 있고, 특히 배전 방법을 결정하는 데 사용하는 알림을 포함할 수 있다. 실시 예에서, iGOS는 자율적인 급전을 구현할 수 있고, 이것은 전력망 네트워크의 노드가 전력망 운용을 제어하는 노드간에 정보를 공유할 수 있게 해준다. 자율적인 급전은 중앙 전력망 운용자가 급전 정보의 생성 또는 배포에 관여할 필요가 없음을 나타낸다.
실시 예에서, iGOS는 제어 기능을 구현한다. 이 제어는 사람, 클라우드 또는 자동화된 제어 로직에 의해 수행될 수 있다. 실시 예에서, iGOS는 노드(900)가 별개의 노드로 독립적으로 또는 전력망 네트워크의 다른 DER 노드와 함께 취합해서 작동할 수 있다. 각각의 독립적인 운용은 중앙 발전소 없이 또는 최소한의 중앙 전력망 관리만으로 분산형 네트워크가 기능을 수행할 수 있게 해준다.
실시 예에서, iGOS는 자체 기동 운용을 구현한다. 자체 기동 운용에서는 노드(900)가 전력망의 해당 계층을 오프라인에서 온라인 상태로 다시 전환시킬 수 있다. 그러한 운용은 예를 들어 전력망 네트워크의 상류와 하류의 상태를 독립적으로 모니터링하는 전력망 네트워크의 각각의 노드(900)에 의해, 중앙 전력망 관리에서 자율적으로 발생할 수 있다. 따라서, 노드(900)는 전력망 운용자가 노드를 향해 아래쪽으로 배전을 제어할 때까지 기다릴 필요 없이, 조건이 허용되면 온라인으로 전환될 수 있다. 따라서 노드(900)는 전력망에 대한 전력 흐름을 제어해서 독립적으로 해당 노드 계층을 다시 온라인으로 전환할 수 있고, 결과적으로 시동 문제를 방지할 수 있다. 실시 예에서, iGOS는 가상의 비방출 운용을 구현한다. 비방출은 전력망으로 전력을 내보내지 않는 것을 포함한다. 하지만 iGOS를 사용하면, 노드(900)가 유효 전력을 무효 전력으로 전환할 수 있고, 계속해서 전력을 방출할 수 있지만, 전력망에서 요구하는 유형은 아니고 단순히 전력망으로 와트를 내던지는 것은 아니다.
실시 예에서, iGOS는 노드(900)가 여러 개의 선간 전압을 제공할 수 있게 해준다. 실시 예에서, 프로세서(910)의 제어 로직을 통과할 수 있는 전력망 접속부(980)은 여러 개의 서로 다른 트립 포인트 전압에 대해 구성될 수 있다. 각각의 트립 포인트 전압은 다른 제어 이벤트를 제공할 수 있다. 각각의 제어 이벤트는 프로세서(910)가 DER 노드의 접속부를 조절하기 위해서 제어를 수행할 수 있게 해준다. 이 접속부는 부하에 대한 접속부 및/또는 전력망 네트워크에 대한 접속부일 수 있다.
실시 예에서, iGOS는 전력망 네트워크 내의 연결점을 절약할 수 있다. 실시 예에서, 노드(900)는 역류를 제한하거나(예를 들어 비방출을 통해) 전력망에 공급되는 전력의 유형을 변경하기 위해 출력을 조절해서 전력망 네트워크에 대한 역류를 제어한다. 실시 예에서, 노드(900)는 중앙 발전소에서 공급되는 전력 흐름을 제어하는 전력 회사 전력망 관리에 의해 전통적으로 수행되는 전력 회사 제어 기능을 제공한다. 노드(900)는 분산형 전력망을 구현하기 위한 전력망 제어 기능을 제공할 수 있다.
배전 하드웨어(920)는 DER 노드가 한 곳에서 다른 곳으로 에너지를 전송하거나 전력망 전체에서 전력이 어떻게 흐르는지 또는 기타 운용을 제어할 수 있도록 해주는 전력 선로, 커넥터, 위상 잠금 루프, 오류 교정 루프, 변압기 같은 접속부 보호 또는 절연 장비 또는 기타 하드웨어 또는 이러한 것들의 조합을 포함한다. 실시 예에서, 전력 컨버터는 배전 하드웨어 내에 포함될 수 있다. 전력 컨버터는 스마트 인터버 또는 마이크로인버터일 수 있다.
전력 모니터링 하드웨어(930)는 커넥터, 신호 선로, 샘플링 하드웨어, 피드백 루프, 계산 하드웨어 또는 DER 노드가 하나 또는 여러 개의 전력망 상태 또는 부하 상태 또는 이 둘을 모니터링할 수 있게 해주는 기타 하드웨어를 포함한다. 전력망 상태는 전압 레벨, 위상, 주파수, 기타 전력망 운용 매개 변수이거나 이를 포함할 수 있다. 부하 상태는 전압, 전류, 위상, 주파수, 부하의 전력 수요에 대한 기타 매개 변수이거나 이를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 노드(900)는 전력망 제어(940)를 포함한다. 전력망 제어는 전력망 네트워크에 대한 접속부를 제어하기 위한 하드웨어와 로직(예를 들어, 소프트웨어/펌웨어 로직, 구성)을 나타낸다. 실시 예에서, 전력망 접속부(980)은 전력망 네트워크 접속부를 나타낸다. 전력망 제어(940)는 유효 전력 제어(942)와 무효 전력 제어(944)를 포함할 수 있다. 유효 전력과 무효 전력 제어는 본 문서에 나온 실시 예에 따른 것일 수 있다. 실시 예에서, 유효 전력 제어(942)는 전력망에 유효 전력을 제공하기 위한 로직(하드웨어 또는 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합)을 포함한다. 실시 예에서, 무효 전력 제어(944)는 전력망에 무효 전력을 제공하기 위한 로직을 포함한다. 전력망에 전력을 제공하는 것은 원하는 유형과 혼합 구성의 전력이 전력망으로 흘러가도록 만들기 위해 접속부를 변경하는 것을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 노드(900)는 국지적 제어(950)를 포함한다. 국지적 제어는 부하에 대한 접속부 또는 전력망 네트워크와 연결된 PCC의 하류에 있는 물품에 대한 접속부를 제어하기 위해서 하드웨어와 로직(예를 들어, 소프트웨어/펌웨어 로직, 구성)을 나타낸다. 국지적 제어(950)는 유효 전력 제어(952)와 무효 전력 제어(954)를 포함할 수 있다. 유효 전력과 무효 전력 제어는 본 문서에 나온 실시 예에 따른 것일 수 있다. 실시 예에서, 유효 전력 제어(952)는 부하에 유효 전력을 제공하기 위한 로직(하드웨어 또는 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합)을 포함한다. 실시 예에서, 무효 전력 제어(954)는 부하에 무효 전력을 제공하기 위한 로직을 포함한다. 부하에 전력을 제공하는 것은 원하는 유형과 혼합 구성의 전력이 국지적 에너지 발생원에서 및/또는 전력망에서 부하로 흘러가도록 만들기 위해 접속부를 변경하는 것을 포함할 수 있다.
전력 회사 전력망은 사용량뿐만 아니라 사용 시간을 바탕으로 한 요금 구조를 갖는 것으로 이해된다. 예를 들어, 전력 회사 전력망은 계층화된 요금이 있을 수 있다. 실시 예에서, 프로세서(910)는 전력망 제어(940) 또는 국지적 제어(950)로 접속부를 어떻게 변경할 것인지에 대해 계산할 때 요금 구조 정보를 인수화할 수 있게 해주는 요금 구조 정보를 포함한다. 요금 구조 정보를 인수화하는 것은 어떤 유형의 전력(유효 또는 무효)이 주어진 환경에서 가치가 더 높은지 결정하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 프로세서(910)는 에너지 생산의 가치를 최대화 또는 에너지 소비의 비용을 최소화할 수 있다. 계층화된 요금 구조가 있는 구현 예에서, 프로세서(910)는 어떻게 소비를 가능한 가장 낮은 계층으로 유지하는지 그리고 어떻게 전력을 가능한 가장 높은 요금으로 제공할 수 있는지에 따라 전력망 제어(940) 또는 국지적 제어(950)에게 지시할 수 있다. 실시 예에서, 프로세서(910)는 전력망 제어(940) 또는 국지적 제어(950)의 운용을 제어할 때 전력망 네트워크 요건을 고려한다. 예를 들어, 전력망은 감속 또는 전력이 어떻게 제공 또는 소비되어야 하는지에 영향을 미치는 기타 조건이 있을 수 있다. 실시 예에서, 노드(900)는 부하가 동적으로 온라인과 오프라인으로 연결됨에 따라 전력 출력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 국지적 제어(950)는 부하가 오프라인이 될 때 출력을 줄일 수 있고, 부하가 온라인이 될 때 출력을 높일 수 있다.
계량(960)은 노드(900)의 계량 기능을 나타내며, 본 문서에 나온 실시 예에 따른 계량기를 포함할 수 있다. 실시 예에서, 계량(960)은 부하 제어(962) 계량을 포함할 수 있다. 부하 제어(962)는 부하 전력 수요를 모니터링하기 위한 로직을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 계량(960)은 시그니처 관리자(964)를 포함할 수 있다. 시그니처 관리자(964)는 부하에 대해 발생하는 것을 모니터링할 때 에너지 시그니처를 생성, 저장, 사용하기 위한 로직을 포함한다. 특히, 시그니처 관리자(964)는 본 문서에 나온 실시 예에 따른 복합 전류 벡터를 포함한 에너지 시그니처를 관리할 수 있다.
전통적으로, 전력망에 연결하기 위해 순수 에너지 계량기가 필요하다. 하지만, 더 새로운 규정에 따라 특정한 능력이 충족되지 않으면 전력망에 전혀 연결하지 못할 수도 있다. 계량(960)은 노드(900)가 특정한 부하 또는 선로에서 확인된 특정한 에너지 시그니처에 반응하기 위해 인버터 또는 컨버터를 제어할 수 있게 만들 수 있다. 계량(960)에서 탐지되는 것을 바탕으로, 노드(900)는 에너지 생산과 부하 소비에 대해 실시간 제어를 제공할 수 있다.
실시 예에서, 노드(900)는 데이터 접속부(970)를 포함한다. 실시 예에서, 데이터 접속부(970)는 데이터 센터 또는 데이터 관리로 전송될 데이터를 제어하고 데이터 센터 또는 데이터 관리에서 수신되는 데이터를 제어하기 위한 데이터 관리자(972)를 포함한다. 데이터 관리자(972)는 데이터 센터 또는 비슷한 데이터 발생원에게 요청해서 데이터를 수집할 수 있다. 실시 예에서, 데이터 접속부(970)는 외부 관리자(974)를 포함하며, 이것은 데이터 센터, 중앙 데이터 관리, 중앙 전력망 관리의 기타 노드 또는 기타 데이터 발생원에 대한 접속부를 관리할 수 있다. 실시 예에서, 데이터 관리자(972)는 데이터 발생원에서 전송된 데이터에 반응해 데이터를 수신한다. 실시 예에서, 외부 관리자(974)는 데이터 발생원에서 데이터를 요청한다. 이 요청은 표준 통신 프로토콜 또는 독점적인 프로토콜에 따른 것일 수 있다. 통신 매체는 노드(900)와 데이터 발생원을 통신상 연결하는 어떤 매체도 가능하다. 실시 예에서, 외부 관리자(974)는 정기적으로 데이터 발생원과 통신한다. 실시 예에서, 외부 관리자(974)는 외부 데이터가 사용 가능하게 되었음을 나타내는 알림을 수신하든지 또는 데이터 관리자(972)가 국지적 데이터의 전송 준비가 되었음을 나타내든지, 더 많은 데이터가 사용 가능하게 되는 것과 같은 이벤트에 반응해 데이터 발생원과 통신한다. 데이터 접속부(970)는 시장 사용을 위한 실시간 데이터를 구현할 수 있다. 실시 예에서, 데이터 접속부(970)는 데이터 집합을 제공하고, 이것은 에너지 시그니처에 대한 전류를 확인하기 위한 실시 예에서 사용할 수 있다.
실시 예에서, 노드(900)는 접속부(980)를 포함한다. 실시 예에서, 전력망 접속부(980)는 전력 회사 전력망과 접속하기 위한 유틸리티 접속부(982)를 포함한다. 실시 예에서, 전력망 접속부(980)는 분산형 전력망 네트워크와 접속하기 위한 가상 접속부(984)를 포함한다. 전력망 접속부의 운용은 프로세서(910)에 의한 MGIOS의 실행을 참고했을 때, MGI(최신 전력망 지능)라고 할 수 있다. 전력망 접속부(980)는 노드(900)를 전통적인 전력 회사 전력망 기반 시설이든 또는 분산형 전력망 네트워크이든, 전력망 기반 시설에 연결하는 어떠한 유형의 접속부도 포함할 수 있다. 실시 예에서, 전력망 접속부(980)는 노드(900)가 전력 방향을 알 수 있게 해준다. 실시 예에서, 전력망 네트워크는 전력 방향을 나타내기 위해 선로에서 신호를 제공하는 것과 같이, 급전 정보를 제공한다. 노드(900)는 전력망 네트워크의 전력 조류 방향을 바탕으로 그것의 운용을 관리할 수 있다. 전력망 접속부(980)는 또한 전력 조류의 방향 변화를 동적으로 모니터링할 수 있다.
실시 예에서, iGOS는 노드(900)가 전력망의 운용을 축소하기 위해 PCC의 하류에 연결된 하나 또는 여러 개의 요소의 운용을 조절할 수 있게 해준다. PCC의 하류에 연결된 에어컨의 예를 고려해 본다. 실시 예에서, iGOS는 전력망 네트워크가 커다란 부하를 경험하고 있음을 탐지할 수 있고, 5-10분 동안 전력망을 부담을 줄이기 위해서 모든 에어컨의 가동을 줄이기로 결정할 수 있다. 따라서, 장치를 중지할 필요가 없고, 전력망이 어떤 계층에 대해서도 전력을 차단할 필요가 없다. 그 대신에, 전력망이 자체적으로 복구하도록 선택된 부하에 대해 일정한 시간 동안 전력을 줄일 수 있다. 따라서, iGOS는 부하 또는 발생원을 제어할 수 있다. 그러한 운용은 예를 들어 전력 공급을 완전히 차단하기 보다는 전력 수요를 축소해서, 절전과 반복적인 정전 사태를 줄이거나 방지할 수 있다.
노드(900)은 운용을 위해 특정한 양의 전력이 요구된다고 이해된다. 노드(900)에 의해 소비된 전력을 타르 손실이라고 부를 수 있고, 이것은 노드가 전력을 생산하고 있지 않을 때 제어 장치가 얼마나 많은 전력을 소비하는지를 나타낸다. 실시 예에서, 노드(900)는 타르 손실을 줄이기 위한 수면 기능을 포함한다. 예를 들어, 태양광 발전기 같은 준안정 에너지 발생원을 제어하는 노드는 햇빛이 없을 때 수면에 들어갈 수 있고, 햇빛이 나올 때 깨어날 수 있다. 실시 예에서, 노드는 저전력 상태에 들어갈 수 있고, 태양광 탐지기, 이더넷 전원 장치 또는 그것을 깨우기 위한 기타 외부 신호 발동기 같은 것의 신호에 반응해 깨어날 수 있다. 실시 예에서, 노드는 업그레이드를 수행하거나 기타 보조 서비스를 수행하기 위해서 수면 주기 중에 야간에 깨어날 수 있다.
도 10은 지능형 전력망 운영 시스템의 실시 예에 대한 블록도이다. 시스템(1000)은 본 문서에 나온 실시 예에 따른 전력망 네트워크 시스템을 나타낸다. 실시 예에서, iGOS(1010)는 DER(1004)에서 구현된다. 실시 예에서, iGOS(1010)는 DER(1004)의 지능과 통신하는 제어 센터에서 구현된다. 시스템(1000)은 전력망(1002)을 포함하며, 이 전력망은 DER 취합을 허용하는 전력 회사 전력망을 나타낸다.
iGOS(1010)는 소프트웨어 플랫폼(1020)을 실행하며, 이 플랫폼은 시장 분석, 행동 모니터링 및 학습, 예측 같은 기능과 서비스를 포함할 수 있다. 실시 예에서, iGOS(1010)는 클라우드 컴퓨팅 자원을 포함한다. 실시 예에서, 시스템은 과거 데이터를 저장 및 분석하고, 경보를 발동할 수 있다. 시스템은 관련된 DER(1004)에 대한 다양한 명령 기능을 구현하는 명령 사용자 인터페이스 같은 운용을 위한 사용자 인터페이스를 제공한다. 실시 예에서, iGOS(1010)는 UL 안전 표준, DER 취합 표준, 또는 통신 프로토콜 같은 산업 표준을 준수하는 소프트웨어를 포함한다.
iGOS 플랫폼은 전력 생산 이상을 수행한다. 또한 필요한 관리 기능이 내장형으로 제공된다. 실시 예에서, iGOS(1010)는 클라우드 연결 및 취합, 플랫폼(1020)의 소프트웨어 레이어, 하드웨어 플랫폼(1030)을 통한 하드웨어 연동 또는 제어 같은 기능을 갖는다고 생각할 수 있다. 소프트웨어와 하드웨어는 서비스 및 내장된 기능을 제공할 수 있습니다. 실시 예에서, iGOS는 다음을 위한 실시간, 주문형 데이터 및 제어 기능을 포함한다. 1. 에너지 관리; 2. 실시간 급전 및 제어; 3. 요금 등급용 계량 및 청구; 4. 예측, 모델링, 예상, 과거 데이터; 5. DNP3 및 IEEC 61850를 준수하는 보안 노드 네트워킹.
실시 예에서, 하드웨어 플랫폼(1030)은 여러 발생원에서 그리고 잠재적으로 여러 DER에서 정보를 취합하기 위한 취합기(1032)를 포함한다. 실시 예에서, 하드웨어 플랫폼(1030)은 부하(1034)를 포함하는 것으로 간주할 수 있고, 이 부하는 관리되는 소비자 구내의 부하를 나타낸다. 사용자가 하루 내내 계속해서 부하를 켜고 끄기 때문에 부하는 동적 개념인 것으로 이해된다. 하드웨어 플랫폼(1030)은 인버터(1036)를 포함하며, 이 인버터는 본 문서에 나온 실시 예에 따른 마이크로인버터 또는 전력 컨버터를 나타낸다. iGOS(1010)는 하드웨어 플랫폼(1030)의 하드웨어 구성 요소의 기능을 제어할 수 있다. 실시 예에서, 하드웨어 플랫폼(1030)은 저장소, 계량기, 에어컨, 모터, 전기차 또는 기타 하드웨어 같은 제3자 하드웨어 자원(1038)의 기능을 통합할 수도 있다.
실시 예에서, iGOS(1010)는 전력망 및 국지적 하드웨어 자원의 활용(1070)을 인수화한다. 실시 예에서, iGOS(1010)는 DER(1004)에 의한 에너지 생산(1060)을 인수화해서 어떤 조치를 취할 것인지 그리고 어떤 서비스를 전력망(1002)에 제공할 수 있는지 결정한다. iGOS(1010)는 에너지, 용량, 보조 서비스, 볼트/VAR 지원, 주파수 지원, 전력 방전, 전력 충전 또는 자체 기동 같은 서비스(1040) 하나 또는 여러 개의 조합을 제공할 수 있다. 서비스와 더불어, iGOS(1010)는 이상적인 기준 파형에 대해 상대적으로 운용을 조절해서 고조파를 제거하기 위한 동적 전고조파 왜곡(THD) 제어, 급전 및 제어, 수요/반응, 에너지 출력 및 제어, 유효 전력 출력 및 제어, 무효 전력 출력 및 제어, 피상 전력 출력 및 제어 또는 비방출 같은 내장된 기능(1050)을 포함한다.
실시 예에서, iGOS(1010)는 최고 부하율의 부하에 대해 서비스를 제공할 수 있으며, 전력 회사, ISO 급전 발전기, 신재생 자원, 현장 저장소 같은 에너지 자원과 정보를 동적으로 교환할 수 있다. 실시 예에서, 소프트웨어는 노드에서 운용 시스템 도구를 포함할 수 있으며, 이 경우에 여러 개의 노드가 클라우드를 통해 연결된다. 추가적인 내장형 기능은 에너지 생산 및 소비의 모든 측면에 대한 급전 가능 제어를 포함할 수 있다.
도 11은 4사분면 계량기와 지능형 전력망 운영 시스템의 실시 예에 대한 블록도이다. 시스템(1100)은 4사분면 계량기 시스템을 나타낸다. 시스템(1100)은 계량기(1110)를 포함하며, 이 계량기는 iGOS(1120)와 통신할 수 있다. 계량기(1110)는 시스템(1100)을 모니터링하기 위해서 데이터를 판독하고, 그러한 판독 결과를 iGOS(1120)로 제공할 수 있다. 실시 예에서, iGOS(1120)는 계량기(1110)에게 제어 명령 또는 통신을 제공할 수 있다.
시스템(1100)의 구성 요소는 iGOS(1120), 인버터(1130), 생산(1140), 저장소(1160)를 포함하며, 이러한 것들은 본 문서에 나온 실시 예에 따른 것일 수 있다. 시장 데이터(1150)는 어떠한 시장 수요 및 시장 가격이 있는지 결정하기 위해서 외부 발생원에서 획득한 정보를 나타낸다. 실시 예에서, 시장 데이터(1150)는 하나 또는 여러 개의 발생원에서 수신되는 실시간 정보를 나타낸다. 앞서와 마찬가지로, 생산(1140)은 에너지를 생성하는 능력을 나타내며, 저장소(1160)는 저장 능력을 나타낸다. 인버터(1130)는 무효 전력과 피상 전력의 실시간 발생을 구현하고 계량기(1110)에 의해 모니터링되는 연결 노드로의 무효 전력 주입을 구현하는 전력 컨버터를 나타낸다.
계량기(1110)와 관련해, 유효 전력이 X축에 나오고 무효 전력이 Y축에 나오고 플러스와 마이너스 전력 방향이 표시되어 있다. 플러스 전력은 전력망에서 공급되는 에너지이고, 마이너스 전력은 소비자 구내 또는 DER에서 국지적으로 생산되는 전력이다. 사분원(1, 2, 3, 4)에 따라, iGOS(1120)는 DER에서 시스템의 운용을 제어할 수 있다. 실시 예에서, iGOS(1120)는 현재의 운용 사분면을 조절할 수 있도록 (유효 전력 생산(1140), 인버터(1130)를 통한 무효 전력 생산, 또는 둘 모두를 조절해서) 국지적 출력을 동적으로 변경한다. 사분면은 피상 전력이 있는 곳이다. 기본적으로, 계량기는 피상 전력을 단위원에 둔다. 실시 예에서, iGOS(1120)는 시장 데이터(1150) 그리고 피상 전력이 위치한 사분면을 바탕으로 작업을 수행한다. 생산(1140), 인버터 제어(1130), 저장소(1160)는 모두 시장과 사분면 위치를 바탕으로 제어할 수 있다. 시장 가격와 최고 수요의 차이는 운용에 영향을 미쳐서 피상 전력을 최고가의 사분면으로 이동시킬 수 있다. 실시 예에서, 시스템은 고조파 제어를 4사분면 정보와 연결할 수 있다.
실시 예에서, 시스템(1100)의 DER은 한 사분면에서 운용될 수 있고, 시장 데이터(1150)를 바탕으로 iGOS(1120)는 다른 사분면으로 이동하는 것이 더 고가일 것인지 결정한다. iGOS(1120)는 피상 전력을 다른 사분면으로 이동시키도록 전력 생산 출력을 변경하기 위해서 인버터(1130)의 운용을 조절하는 제어 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 사분면 4에서 사분면 1로 이동하는 것은 무효 전력 생산의 중지를 포함할 수 있다. 그러면 유효 전력과 무효 전력이 전력망에서 들어온다. 또는, 사분면 2에서 사분면 3으로 이동하는 것은 계속해서 유효 전력을 방출하는 것과 관련이 있지만, 사분면을 이동시키기 위해서 더 많은 무효 전력을 생산하는 것과도 관련이 있다. 계량기(1110)는 에너지 흐름의 방향을 바탕으로 운용 사분면을 식별할 수 있고, 이에 따라 유효 전력과 무효 전력 둘 모두의 유입 또는 유출을 바탕으로 사분면을 결정할 수 있다. 시스템(1100)은 시장 데이터를 바탕으로, 국지적 수요를 바탕으로(예를 들어 특정적으로 도시되지 않았지만 부하를 바탕으로), 제어 센터 또는 전력망 제어에서 수신되는 급전 또는 제어 신호를 바탕으로, 또는 이러한 것들의 조합을 바탕으로 운용 사분면을 조절할 수 있다.
도 12A는 DER 노드의 전력망 연결점을 관리하는 지능형 전력망 운영 시스템의 실시 예에 대한 블록도이다. 시스템(1200)은 iGOS 시스템의 구성 요소를 나타낸다. 시스템(1200)은 국지적 정보(1210)를 포함하며, 이 정보는 국지적 부하, 국지적 계량, 국지적 에너지 생산에서 수신된 정보일 수 있다. 실시간으로 이러한 정보를 바탕으로, 시스템(1200)은 DER 시스템이 어떤 기능을 가질 것인지 그리고 계량기 사분면과 관련해 어디에서 운용할 수 있는지 결정할 수 있다.
iGOS(1240)는 본 문서에 나온 실시 예에 따른 iGOS 시스템을 나타낸다. iGOS(1240)는 DER의 운용을 제어하기 위해서 출력 하드웨어(1230)를 제어한다. 내부 운용(1242)은 국지적 정보(1210)를 바탕으로 iGOS(1240)가 결정한 내부 운용을 나타낸다. 예를 들어, 국지적 에너지 생산의 가용성 및 국지적 부하의 수요를 바탕으로, iGOS(1240)는 국지적 수요를 충족시키기 위해 어떻게 운용할 것인지 결정할 수 있다. 국지적 생산이 국지적 수요보다 더 큰 경우, iGOS(1240)는 계량을 통해 과잉을 식별할 수 있다. 내부 운용(1242)은 또한 내부 운용의 효율성을 결정하기 위한 계량을 포함할 수 있다.
실시 예에서, iGOS(1240)는 전력망 접속부(1244)를 인수화한다. 내부 운용(1242)은 국지적 부하 및 생산에 대한 에너지 상태 및 관리를 나타낸다. 이와 반대로 전력망 접속부(1244)는 전력망에서 전력망 접속부를 어떻게 인지하는지를 나타낸다. 내부 운용(1242)은 "계량기 내부"라고 생각할 수 있고, 전력망 접속부(1244)는 "계량기에서" 전력망에게 제공되는 것 또는 계량기의 반대편에서 들어다보는 것을 나타낸다. 가장 적합한 내부 운용(1242)과 전력망 접속부(1244)를 인수화하고 균형을 잡을 때 최상의 운용이 다른 경우가 많이 있다. 균형은 IPP, ISO, IOU 또는 기타 전력망 정보(1220)에서 구한 정보를 포함할 수 있다. 전력망 정보(1220)는 운용상의 관점(예를 들어 연결 지점의 역률) 그리고 시장의 관점(예를 들어 서비스에 대해 현재 존재하는 시장 수요)으로 보았을 때 전력망에서 발생하는 것을 나타낸다. 전력망과 에너지 시장을 바탕으로, iGOS(1240)는 출력 하드웨어(1230)가 전력망에 다른 접속부를 제공하기 위해 운용을 조절하도록 만들 수 있다.
실시 예에서, iGOS(1240)의 제어에 대한 반응으로 출력 하드웨어(1230)를 통해 제공되는 내부 운용의 결과는 전력망 접속부의 기초가 된다. 전력망 정보(1220)를 바탕으로, iGOS(1240)는 내부 운용을 조절할 수 있고, 그에 따라 전력망 접속부 피드백에 대해 반응해서 다른 결과를 낸다고 볼 수 있다. 전력망 접속부(1244)는 전력망(1202)에 대한 전력 입력과 전력 출력을 제공한다. 전력망(1202)은 IPP, IOU, ISO, RTO, 최종 사용자, 지방 당국을 포함한다. iGOS(1240)는 국지적으로 DER에서 가용한 기능과 서비스를 사용해 전력망의 수요를 균형잡는다.
따라서 에너지 계량, 부하 수요, 현장 에너지 생산 사이에 중복이 있다고 이해된다. 부하 수요, 현장 생산, 에너지 계량 사이에 관계가 있기 때문에 이러한 구성 요소는 삼각 관계를 가질 수 있다. 그러한 소비자측의 수요, 에너지 생산, 계량은 전력망(1202)의 전력망 생태계 내에서 균형을 잡을 수 있으며, 이러한 생태계는 IPP, RTO, IOU로 이루어진 다른 삼각형에 의해 정보를 제공받는다. 삼각형들이 서로에 대해 균형을 잡은 것으로 예시되었지만, 시스템(1200)의 전력망 생태계는 IPP, RTO, IOU, 부하, 현장 생산, 계량 이외에 기타의 구성 요소를 포함하는 것으로 이해된다. 기타의 구성 요소는 사용자의 행동 같은 최종 사용자 그리고 반대편에 예시된 소비자측 장비를 포함할 수 있다. 또한 지방 당국과 기타 규제 기관도 포함된다. 이러한 것들과 더불어, 독립 서비스 운용자(ISO)도 그러한 환경에서 인수화된다. 본 문서에 설명된 것처럼, iGOS 시스템은 전력망 생태계에서 소비자측 하드웨어에 대한 균형을 관리할 수 있다.
도 12B는 DER 노드에 대한 전력망 연결점 관리를 도식화하기 위한 표 데이터의 실시 예이다. 표 1250은 실시간 모니터링 및 제어를 바탕으로 흐름의 예를 보여준다. 결과(1252), 실시간 데이터(1254), 실시간(RT) 전력(1256), 실시간 전압(1258), 실시간 전류(1260)의 범주는 iGOS 시스템이 DER 내에서 일정하게 측정하고 제어하는 여러 가지 수량을 나타낸다.
그러한 시스템의 예를 들면, 제어 명령의 결과로서 설계에 의해서 또는 전력망의 특정한 상태나 특정 부하의 갑작스러운 출현 또는 소실로 인해서, 실시간 데이터(1254)가 Q1(사분면 1)에서 무효 전력이 있음을 나타낸다. 실시 예에서, (1)의 Q1에 대한 무효 전력의 변화는 위상 B(3상 시스템을 가정했을 때)의 무효 전력의 변화에 해당한다. 위상 B 변화가 (2)의 1256의 실시간 전력 측정에서 나타난다. 위상 B의 무효 전력의 변화는 위상 A와 위상 C 사이의 전압 변화를 일으킬 수 있고, 이것은 (3)의 실시간 전압 측정(1258)에서 표시된다. 그 다음 전압 변화가 위상 A 전류 및 위상 C 전류의 변화를 일으킬 수 있고, 이 과정이 실시간 전류 측정(1260)에서 화살표로 예시되어 있다.
이러한 모든 수치는 상시적으로 모니터링되고 감지될 수 있는 것으로 이해된다. 실시 예에서, 전류와 전압 변화가 발생하면 최소 하나의 위상에서 피상 전력이 변화하며, 이 과정이 (4)의 실시간 전력 측정(1256)으로 예시되어 있다. 실시 예에서, 피상 전력의 변화는 유효 전력 변화를 일으킬 수 있고, 이러한 변화로 인해 에너지 유입이 발생될 수 있으며, 이 과정이 결과(1252)에 대한 화살표로 표시되어 있다.
측정을 바탕으로, 시스템이 반응하고 운용을 조절해서 그러한 변화를 보정할 수 있다. 변화에 대한 초기 반응은 매우 빠르게(수초 미만 내에) 발생할 수 있으며, 그렇더라도 조절이 완전한 효과를 내기 위해서는 몇 초 정도 걸릴 수 있다. 실시 예에서, 무효 전력 변화를 바탕으로 에너지 유입에 대해 반응해서, 시스템이 하나 또는 여러 개의 고조파가 유발되었거나 유입되고 있음을 파악하며, 이 과정이 (5)의 실시간 데이터(1254)에 예시되어 있다. 고조파에 대해 반응해서, iGOS 시스템이 왜곡에 대해 조절하기 위해서 볼트/VAR 지원 및 동적 THD 제어를 제공할 수 있다. (6)에 예시된 교정을 바탕으로, 결과(1252)에 표시된 것처럼 유효 전력을 보정한 후 방출할 수 있다. 따라서 시스템은 효과에 대해 조절하기 위해서 변화에 대해 반대 방향으로 반응할 수 있다.
도 13은 전류의 고조파 성분이 일차 전류 성분에 대해 각도 편차가 있는 시스템의 전류 성분에 대한 실시 예를 나타낸 그림이다. 도식(1310)은 전류의 복합 벡터를 나타낸다. 벡터는 크기와 방향으로 이루어진다. 전력을 단순히 전통적인 방식으로 측정하기 보다는, 실시 예에서, 계량기 또는 DER 노드가 전력을 복합 전력 벡터의 표현을 포함해 에너지 시그니처로 모니터링할 수 있다. 실시 예에서, 각각의 시그니처는 시그니처를 정의 또는 "명명"하기 위한 특성을 확인한다. 각각의 시그니처는 일차 전류에 대한 벡터와 하나 또는 여러 개의 고조파에 대한 벡터를 포함하는 복합 벡터 표현을 포함한다.
벡터(1320)는 일차 전류에 대한 벡터이다. 일반적인 표현에서, X 좌표는 페이지의 왼쪽에서 오른쪽으로 확장되는 벡터 성분이다. Y 성분은 페이지의 아래쪽에서 위쪽으로 이동한다. 단순화를 위해 이곳에는 표현되지 않았지만, 벡터는 음의 Y성분을 가질 수 있다고 이해된다. XY 좌표는 벡터의 끝을 정의한다. 이제 일차 전류 벡터(1320)의 X 좌표와 Y 좌표는 평면을 정의한다고 가정한다. 발명자들이 실시한 연구와 작업에 따르면, 고조파를 상상하는 가장 정확한 방법은 고조파를 3차원 벡터로 표현하는 것이다. 따라서, 벡터(1320)의 XY 좌표가 기준면을 정의한다면, 하나 또는 여러 개의 고조파는 일차 전류 벡터의 평면에 대해 각도 편차를 가질 수 있다.
예를 들어, 도식(1310)의 예를 고려해 본다. 첫 번째 고조파는 X 성분과 Y 성분이 있는 벡터(1330)를 갖는 것으로 예시되었다. 여기서, 성분의 크기는 일차 전류 성분과 관련해 어떤 크기도 될 수 있다. X와 Y 좌표와 더불어, 첫 번째 고조파 벡터(430)는 Z 좌표 성분을 포함하고, 이것은 일차 전류 벡터(1320)의 기준면에 대해 벡터의 각도 편차(1352)를 정의한다. 일차 전류와 고조파의 시작점은 동일하다고 이해된다. 따라서, 고조파 벡터 또는 복합 벡터의 세 번째 차원은 반드시 절대적 Z 좌표 성분일 필요는 없고, 일차 전류에 대한 각도 편차일 수 있다.
예시된 것처럼, 세 번째 고조파 벡터(440)는 또한 X 성분과 Y 성분 그리고 각도 편차(1354)를 갖고, 이 각도 편차는 첫 번째 고조파 벡터(1330)의 다른(더 크거나 작은) 각도 편차(1352)일 수 있다. 각도 편차의 각도 이동은 전류에 대한 자기의 영향을 나타낸다. 시험자들은 40번째 고조파까지 전력 소비에 대한 뚜렷한 영향을 측정했다. 따라서, 고조파 편차의 기여도를 낮게 평가해서는 안 된다. 고조파는 전류를 이동하려고 시도할 때 자속의 서로 다른 공명 효과로 인한 각도 편차와 관련해서 이동한다. 일차 전류 벡터(1320)는 소비자가 볼 것으로 예상하는 전류이다. 하지만, 고조파 성분은 상당한(측정 가능한) 전력 소비를 추가할 수 있다. 고조파의 편차는 간단한 예상되는 2차원 전류 벡터를 3차원 전류 벡터(복합 전류 벡터)로 전환시킬 수 있다. 전통적인 전력 삼각형은 소비자의 전력 사용을 완전히 해결하지 못한다. 왜냐하면 고조파 성분의 이동 또는 편차로 인해 나타나는 자기 성분을 극복하기 위해 추가적인 전력이 필요하기 때문이다.
도 14는 전류 벡터가 일차 전류 성분과 고조파 전류 성분으로 복합된 시스템의 전류 성분에 대한 실시 예를 나타낸 그림이다. 도식(1410, 1420, 1430, 1440)은 도 13의 도식(1310)의 실시 예에 따른 복합 전류 벡터의 성분 부분을 예시한다. 예시된 것처럼, 도식(1410)은 일차 전류 벡터(1412)를 나타낸다. 일차 전류는 X와 Y 성분을 포함하고, 고조파에 대한 기준 좌표계를 정의한다.
도식(1420)은 첫 번째 고조파 벡터(1422)를 나타내고, 이것은 X와 Y 성분 그리고 각도 편차(1424)를 포함한다. 도식(1430)은 세 번째 고조파 벡터(1432)를 나타내고, 이것은 X와 Y 성분 그리고 각도 편차(1434)를 포함한다. 도식(1440)은 다섯 번째 고조파 벡터(1442)를 나타내고, 이것은 X와 Y 성분 그리고 각도 편차(1444)를 포함한다. 일차 전류(1412)와 여러 고조파(1422, 1432, 1442) 각각이 2차원 "전력 삼각형" 표현으로 나와 있고, 이것은 각각에 대해 전통적으로 예상되는 것이다. 하지만, 이미 말한 것처럼, 고조파는 일차 전류 성분 벡터와 관련해 종종 각도 편차가 있기 때문에, 결과적인 복합 전류 벡터는 일차 전류 벡터(1412)와 같은 평면에 있지 않다.
차라리, 복합 전류의 전력 삼각형을 3차원 상자에 있는 삼각형으로 고려해 본다. 도식(1450)은 이 개념의 간단한 예시를 보여준다. 일차 전류 벡터(1412)가 도식(1450)의 3차원 상자의 한 면에 있는 것을 볼 수 있다. 고조파는 복합 전류에 대한 삼각형을 같은 방법으로 상자 "안으로" 밀어넣는다. 복합 전류 벡터(1452)는 일차 전류 벡터(1412)에 대한 각도 편차와 크기가 모두 더 크다. 편차(1454)는 각도 편차를 나타낸다. 일차 전류 벡터(1412)와 복합 전류 벡터(1452)는 상자의 "형상"을 정의하는 것으로 이해된다. 고조파 기여도에 따라, 상자의 상태가 달라진다. 복합 전류 벡터(1452)는 계량 장치가 저장한 시그니처일 수 있다. 일차 전류(1412)의 기준면은 전력망의 평면(PCC를 통해 전력망에서 보았을 때 전력 상태)으로 정의할 수 있다.
발생된 잡음과 고조파와 관련해, 전체적으로 스위칭 전력 공급과 자기 공명에 대한 규정이 있는 것으로 이해된다. 각각의 장치에 대해 적합성 검사(예를 들어, UL 인증)가 이루어진다. 각각의 장치 또는 부하가 설계되고 시험된 대로 개별적으로 작동하면, 각각의 것이 규정에 따라 요구되는 대로 적합성을 충족시킨다. 하지만, 함께 연결된 부하 또는 장치가 있다면, 예상치 못한 공명이 발생하는 경향이 있다. 발명자들은 처음 51번째까지 고조파의 에너지 삼각형에 대한 기여도를 측정했다. 따라서, 일반적으로 전력 선로에서 상당량의 고조파 잡음이 발생한다. 고조파 억제는 전통적으로 특정한 소음 성분을 대상으로 하는 필터를 포함한다. 하지만, 소음 성분은 서로 다른 장치가 온라인이 되고 오프라인이 됨에 따라 계속해서 다를 수 있고, 네트워크의 전기적 공명 구조도 계속해서 변화한다. 실시 예에서, 계량기는 각각의 부하 또는 부하 집단의 특성을 탐지한다. 이러한 특성을 고조파의 시그니처라고 할 수 있다.
실시 예에서, 전력 계량기 또는 에너지 계량기는 에너지 기여도를 측정해서 고조파 전류 벡터의 각도 편차로서 그러한 이동을 탐지할 수 있다. 전력 컨버터는 부하 또는 PCC를 전력망에 매칭시키는 데 필요한 무효 전력을 제공해서 실제 복합 전류에 대해 보상할 수 있다. 따라서, 단순히 역률이 아니라 복합 벡터와 관련해, 복합 전류를 전력망과 정렬 상태로 만들기 위해서 컨버터가 부하의 전류를 조절할 수 있다. 그러한 운용은 전력망에서 부하에 의해 발생하는 고조파 왜곡을 자연히 제거하거나 최소한 줄일 것이다.
실시 예에서, 부하와 관련해 설명된 것은 에너지 생산과 관련해서도 실행될 수 있다. 실시 예에서, 계량기는 PCC에서 에너지 시그니처를 결정할 수 있고 전력망을 원하는 편차로 오프셋시키기 위해서(단일 역률 이외의 역률을 원하는 경우에) 또는 단일 역률을 원하는 경우에 전력망에 매칭시키기 위해서 어떤 전류가 필요한지 계산할 수 있다. 컨버터는 무효 전력 수요뿐만 아니라 복합 전류 벡터 이동을 매칭시키기 위해서 그리고 PCC의 하류를 사용해 전력망의 접속부를 더 효율적으로 매칭시키기 위해서 전력 출력을 조절하도록 운용을 조절할 수 있다.
도식(550)에 나온 에너지 삼각형은 부하 또는 소비자가 끌어당긴 전력의 전류 성분에서 보았을 때 보이는 영향의 수학적 표현으로 나타낼 수 있다. 이 영향은 버려진 에너지이고, 이것은 일반적으로 열로 나타난다. 전통적으로 문제는 시스템이 잘 매칭되지 않고 상당한 잡음 성분이 있다는 것이다. 실시 예에서, DER 노드는 임피던스를 매칭시킬 뿐만 아니라, 잡음 또는 고조파 보정을 매칭시켜서 전력망에 특정한 에너지 시그니처 연결을 제공한다. 따라서, DER 노드는 전력을 전력망으로 출력하든지 전력망에서 전력을 수신하든지, 전력 접속점과 관련해 전력망 네트워크에 "더 깨끗한" 연결을 제공할 수 있다.
도 15는 부하율 제어의 실시 예에 대한 블록도이다. 소비자를 위한 전통적인 가격 책정은 최고 수요를 바탕으로 한다고 이해되며, 이 과정은 도식(1510, 1530)의 100% 표시로 예시되어 있다. 사용자는 최고 수요가 하루 중 짧은 시간에만 사용되었더라도 최고 수요 가용성에 대한 요금을 납부한다. 도식(1510, 1530)은 예시를 위해 매우 단순화된 것으로 이해되며, 실제적인 최고 수요 곡선은 상당히 많은 고점과 저점을 갖는다. 최종적으로 고객이 100% 표시부터 전체 하루의 수요까지 "전체 부분"에 대해 납부한다. 하지만 최고 수요가 하루 중 짧은 시간에만 발생하고 하루의 나머지 시간에는 낮은 수요가 유지는 것이 일반적이다. "흰색" 공간은 사용된 수요가 아니라 요금별로 납부된 수요이다. 따라서 도식(1510)에서, 흰색 공간에 해당하는 상당량의 저활용(1516)이 있고, 이는 최고 수요(1514)로 인해 최대값(1512)을 평균 사용량에 비해 꽤 높기 때문이다.
iGOS에 의한 부하율 제어는 국지적 시스템의 운용을 조절해서 최고 수요를 제거할 수 있다. 따라서 도식(1530)에서, 최고 수요(1514)는 감소된 전력 회사 수요(1522)로 표시된다. 감소된 최고 수요는 최대값(1532)이 평균 사용량에 비해 훨씬 낮고 최고 수요(1534)가 상당히 다르다는 것을 의미한다. 그에 따라 저활용(1536)도 훨씬 더 적다. iGOS는 유효 전력과 무효 전력의 어떠한 조합도 제공할 수 있는 하드웨어 사용을 포함한다. 또한 iGOS 시스템은 전력망 운용을 향상시키고 노드에 의한 가치 사용량을 최대화하기 위해서 지능형으로 전력망에서 에너지를 끌어올 수 있도록 사용 및 생산을 관리할 수 있다. 실시 예에서, iGOS는 부하율을 관리하고 제어하기 위해서 4사분면 계량기를 사용한다.
따라서 DER 에너지 자원의 지능형 사용을 통해, iGOS는 전력망에서 수요를 상당히 낮추어서 고객에게 상당한 절감 효과를 제공할 수 있다. 또한 전력 회사는 그러한 높은 최고 수요를 충족시키기 위해 많은 가용 용량을 갖출 필요가 없기 때문에 이익을 얻을 수 있고, 전력망 운용에서 변동성을 없애서 안정성을 제공할 수 있다. 일반적으로 주요한 설계 기준에 해당되는 최악의 상황 시나리오는 감소된 최악의 상황이며, 이것은 전력망의 효율성을 높인다.
도 16은 무효 전력 주입으로 전력을 국지적 발생원에서 전력망 연결 부하로 전송하는 시스템의 실시 예에 대한 블록도이다. 시스템(1600)은 에너지 발생원, 부하, 전력망에 연결되는 전력망 연결 컨버터를 예시한다. 시스템(1600)의 컨버터(1620)는 DER 노드에 대한 컨버터를 나타내며, 이것은 본 문서에 나온 실시 예에 따른 것일 수 있다. 시스템(1600)은 준안정 에너지 발생원(1610), 컨버터(1620), 부하(1602), 전력 회사 전력망(1630)을 포함하는 전력 시스템을 나타낸다. 부하(1602)는 전력망(1630)에 연결되는 소비자를 나타낸다. 전력망(1630)은 본 문서에 나온 전력망 네트워크의 실시 예일 수 있다. 준안정 발생원(1610)(예를 들어, 태양광 발전기, 풍력 광전기 또는 기타 시간 변동성 또는 녹색 전력 발생원)와 컨버터(1620)는 부하(1602)에 대해 국지적이고, PCC의 동측에 위치하고, 부하에 전력을 제공한다. 실시 예에서, 준안정 발생원(1610)은 DC 전력의 변동성/불안정 발생원을 제공한다. 이 발생원은 환경적 조건 때문에 시간 변동성 및/또는 가용 전력 가변성을 가질 수 있다. 컨버터(1620)는 동적 전력 추출 장치와 인버터 장치를 나타낸다.
발생원(1610)은 변동성 또는 불안정 전력 발생원이다. 시스템(1600)은 DC/DC 컨버터(1622)를 포함하고 DC/AC 인버터(1624)에 연결된 컨버터(1620)를 포함하고, 이 둘 모두 컨트롤러(CPU)(1640)에 연결되고 이것에 의해 제어된다. 추가로, 스위칭 장치(S1626)(예를 들어, 릴레이)는 인버터를 부하(1602)와 전력망(1630)으로 선택적으로 연결한다. 정상적인 조건에서는, 전력망(1630)에서 AC 전압 신호에 대하여 원하는 위상에서, 상대적으로 고조파 왜곡과 변동성 없이 최대 AC 전류를 동적으로 생산하기 위해, DC 전력이 발생원(1610)에서 끌어당겨지고, 컨버터(1620)에 의해 추출, 인버트, 동적으로 처리된다. 생성된 AC 전류의 위상을 전력망 AC 전압과 같은 위상으로 만들면 부하(1602)에 대한 단위 역률 또는 근사 단위 역률의 AC 전력이 생산된다. 다시 말해서, 부하에 의해 끌어당겨지는 모든 무효 전력이 전력망(1630)에서 온다. 발생원(1610)이 부하(1602)의 유효 전력 요건을 충족시키기에 충분한 에너지를 생산하면, 컨버터는 부하에 의해 전력망(1630)에서 끌어당겨진 AC 전력만 독점적으로 또는 거의 독점적으로 무효 전력이 되도록 만들 수 있다. 발생원(1610)이 부하(1602)의 전력 수요를 완전히 충족시키기에 충분한 DC 전력을 생산할 수 없다면, 유효 전력이 전력망(1630)에서 부하(1602)로 흐를 수 있도록 컨버터(1620)가 접속부를 조절할 수 있다.
실시 예에서, 컨버터(1620)는 전력망의 AC 전압 신호에 대해서 특정한 수준으로 위상이 의도적으로 불일치된 AC 전류를 생성할 수 있다. 따라서, 하나의 컨버터(1620)가 전력망(1630)에서 전력을 상태를 보정하기 위해 어떠한 원하는 역률로도 전력을 공급할 수 있다. 실시 예에서, 여러 개의 컨버터(1620)가 같은 접속부에서 병렬로 운용될 수 있고, 각각의 컨버터가 같은 역률로 전력을 생산하거나, 각각의 컨버터가 유효 전력과 무효 전력의 다른 혼합 구성을 생산하도록 동적으로 구성될 수 있다.
에너지 발생원(1610)이 부하(1602)를 충족시키기에 충분한 전력을 생산하면, 인버터 전류와 전력망 전류가 전력망(1630)을 향해 흐른다. 일반적으로, 전력이 전체적으로 전력망으로 역전송될 수 있고, 소비자는 전력망으로 제공된 전력에 대해 적합하게 보상을 받을 수 있다. 실시 예에서, 역전송 시나리오는 본 문서에 나온 실시 예에 따라, 전력을 인근 구역 소비자에게 제공하는 것일 수 있다.
실시 예에서, 전력 계량기(1632)는 부하(1602)에 의해 소비되는 유효 전력을 측정하기 위한 계량기를 나타낸다. 실시 예에서, VAR 계량기(1634)는 부하(1602)에 의해 소비되는 무효 전력을 측정하기 위한 계량기를 나타낸다. 실시 예에서, 전력 계량기(1632)와 VAR 계량기(1634)를 물리적으로 및/또는 기능적으로 하나의 계량기로 결합할 수 있다. 계량기는 전력망(1630)측에 위치할 수 있다. 실시 예에서, 계량기(계량기(1632, 1634) 결합형)는 전력망에 연결하기 위한 PCC에 위치하고, 컨버터(1620)가 있는 DER 노드의 일부이다. 이러한 계량기는 본 문서에 나온 실시 예에 따른 것일 수 있다. 실시 예에서, 통상적으로 계량기(1632)는 전압과 전류를 측정하고 그러한 측정값에서 전력을 계산한다. 전력망(1630)에서 무효 전력만 끌어당겨지는 경우에는 전력 계량기(1632)가 부하(1602)의 전력 사용을 측정하지 않는 것으로 이해된다. VAR 계량기(1634)는 예를 들어 부하에서 전력망 전력의 전류와 전압의 위상을 측정하고 측정된 수치를 바탕으로 계산을 수행해서, 끌어당겨진 무효 전력을 측정하고 계산할 수 있다.
설명한 것처럼, 실시 예에서, 컨버터(1620)가 부하(1602)에 공급하는 역률은 전력망(1630)에 대해 1.0 또는 거의 1.0이다. 따라서, 컨버터(1620)는 역률 교정을 실시할 수 있다. 실시 예에서, 컨버터(1620)는 고조파 왜곡 교정을 제공할 수 있다. 실시 예에서, 컨버터(1620)는 테이블 기반의 고조파 왜곡 교정을 제공한다. 이전의 고조파 왜곡 기술은 하드웨어 기반의 방법 또는 고속 푸리에 변환(FFT)을 사용한다. 프로세서 또는 컨트롤러에서 구현되는 테이블 기반의 방법은 인버터당 비용을 낮추고 일반적인 하드웨어 구현보다 더 잘 측정하고, 시스템(800)에 대해 설명한 것일 수 있다.
컨버터(1620)의 인버터(1624)는 원하는 역률(단위 또는 그 외의 것)에 따라 출력을 생성한다. 실시 예에서, 인버터(1634)는 부하(1602)의 연결점에서 운용 상태를 모니터링하고, 에너지 발생원과 전류 부하의 변화에 따라 동적으로 그리고 실시간으로 발생원(1610)에서 최대 전력을 제공한다. 따라서, 발생원(1610)에서 생산되는 에너지의 양이 바뀌면, 컨버터(1620)가 실시간으로 그러한 발생원을 바탕으로 출력을 수정할 수 있다. 추가로, 부하(1602)의 저항 상태가 있으면(예를 들어, 진공 청소기 모터와 같은 유도 모터가 켜진 상태), 컨버터가 부하의 수요를 추적하기 위해 자동으로 전력 출력을 변경할 수 있다. 그러한 변경은 상태 변화에 따라 실시간으로 발생한다. 실시 예에서, 컨버터(1620)는 기준 요건보다 더 효율적으로 고조파 왜곡에 대한 전체적인 고조파 왜곡 제어를 제공하는 출력 조절을 제공할 수 있다. 따라서, 가변적이고 불안정적인 전력 발생원에 대해 그리고 변화하는 부하에 대해 동적으로 조절해서 기준을 준수하고 시스템의 성능을 개선할 수 있다.
컨버터(1620)의 출력 전압과 전류가 서로 위상이 일치하고 전력망의 전류와 일치한다면(예를 들어, 위상 잠금 루프를 통해서 또는 전력 생산 샘플링과 피드백 메커니즘을 통해서), 필요한 무효 전력이 전력망에서 흡수될 것이다. 발생원(1610)에 의해 제공되는 유효 전력이 더 클수록, 전력망 전압과 전력망 전류가 부하(1602)에서 국지적으로 위상이 더 크게 벗어난다. 모든 유효 전력이 국지적으로 제공된다면, 전력망의 전류와 전압은 부하(1602)에서 국지적으로 위상이 90도 벗어나며, 이로 인해 전력망 유효 전력 기여도가 0으로 떨어진다(Preal=(Vmax*Imax/2)cos(Vphase-Iphase)이기 때문에).
실시 예에서, 전력 컨버터(1620)의 DC-DC 컨버터(1622)는 장치를 두 부분으로 분리하는 점선으로 표시된 것처럼, 입력과 출력 부분을 포함한다. 발생원(1610)에 연결된 부분을 입력 부분이라고 할 수 있고, DC-AC 인버터(1624)에 연결된 부분을 출력 부분이라고 할 수 있다. 실시 예에서, 컨버터(1622)는 발생원(1610)에서 인버터(1624)로 에너지를 전송하기 위해 입력 임피던스와 출력 임피던스를 변경하도록 운용된다. 실시 예에서, 컨버터(1622)를 전력 추출 장치라고 할 수 있다.
컨버터(1622)는 전압이나 전류를 측정한 값으로 고정하지 않고 발생원(1610)에서 전송되는 에너지를 최대화하기 위해서 입력의 접속부를 변경시키도록 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 그 대신에, 입력에서 전력이 어떤 것이든 발생원(1610)에서 생산되는 전력으로 움직일 수 있고, 어떤 것이든 생산되는 전력에 따라 전류가 매칭된다. 이와 비슷하게, 출력에서는, 부하(이 경우에는 인버터(1624))가 어떤 것이든 인버터가 운용되는 전압에서 어떤 것이든 필요한 전력을 끌어올 수 있도록 출력 접속부를 변경하기 위해 컨버터(1622)가 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 따라서, 컨버터(1622)의 출력이 인버터(1624)의 전압을 매칭시키기 위해 움직이고, 전체 전력을 매칭시키기 위해 전류를 생성할 수 있다. 컨버터(1622)는 출력 전류 파형을 생성할 수 있다. 여기서, 크기는 얼마나 많은 에너지가 사용 가능한지에 따라 그리고 어떤 것이든 인버터(1624)의 전압에 따라 결정된다. 따라서, 출력이 부하를 매칭시키기 위해 움직이고, 전류 또는 전압에 고정되지 않는다. 컨버터(1622) 내의 내부 노드는 에너지 저장소 역할을 할 수 있다. 여기서, 입력 임피던스 매칭은 내부 노드의 효율적인 충전을 구현하고, 출력 임피던스는 부하가 내부 노드에서 에너지를 끌어올 수 있게 해준다. 입력과 출력을 서로 그리고 내부 노드에서 분리하기 위해 입력과 출력 모두 인덕터 및/또는 변압기를 통해 내부 노드에 연결된다.
컨트롤러(1640)는 DC/AC 인버터(1624)에서 나오는 AC 전류 그리고 부하(1602) 전반에서 나타나는 전력망(1630)의 발생된 전압을 모니터링할 수 있다. 컨트롤러(1640)는 컨버터(1622)의 접속부의 최소한 하나의 전기적 매개 변수를 제어해서 그것의 운용을 제어한다. 매개 변수(1642 및/또는 1644)는 컨버터(1620) 내에서 컨버터(1622)의 운용을 제어하기 위한 컨트롤러(1640)의 제어를 나타낸다. 실시 예에서, 매개 변수(1642 및/또는 1624)는 전력 추출의 스위칭 신호의 듀티 사이클일 수 있고, 이것은 입력 및/또는 출력 임피던스 매칭을 변경시키고, 그에 따라 내부 노드에 대한 충전과 인출을 제어한다. 각각의 매개 변수에 대한 수정은 모니터링한 전류와 전압의 상태에 따라 결정될 수 있다. 컨트롤러(1640)는 또한 부하(1602)가 사용할 수 있는 알맞게 조정된 전력이 있을 때, 부하를 생산된(컨버터(1622)와 인버터(1624)에 의해 발생원(1610)에서) 전력과 연결하기 위한 스위칭 장치(S1626)를 제어한다.
실시 예에서, 컨버터(1620)는 원하는 대로 무효 전력을 생산하기 위해 컨버터(1620)의 운용을 조절하기 위해서 테이블(1650)을 포함하고, 이것은 역률 제어를 위한 테이블 기반의 방법을 제공한다. 테이블은 원하는 유효 전력과 무효 전력의 혼합 구성을 달성하기 위해서, 시스템에서 측정한 입력 상태를 바탕으로 획득되는 엔트리를 포함할 수 있다. 전력망 연결 노드에서 제공되는 피드백은 전압 제로 크로싱, 전압 진폭, 전류 파형 정보를 포함할 수 있다. 그러한 정보를 사용해, 컨트롤러(1640)는 테이블(1650)을 사용해 컨버터(1622) 및/또는 인버터(1624)의 운용을 조절한다. 이 테이블은 시스템에서 만들려고 하는 이상적인 출력 신호를 제공하는 세트포인트를 포함할 수 있다. 출력을 이상적인 입력 출력과 매칭시키면, 단순히 출력을 전통적인 방법으로 여과하고 조절하려고 시도하는 것보다 더 좋은 시스템 성능을 얻을 수 있다.
실시 예에서, 시스템(1600)은 특정한 에너지 발생원(1610) 없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 전력망(1630)에서 전력을 수신하고, 어떤 것이든 부하(1602)에게 필요한 유효 전력과 무효 전력의 혼합 구성을 제공하는 부하(1602)에 대한 출력을 생성하기 위해서 컨버터(1620)를 연결할 수 있다. 실시 예에서, AC 입력을 수신하도록 컨버터(1622)를 조절할 수 있다. 실시 예에서, 컨버터(1622)에 대한 연결은 AC-DC 컨버터와 같이 전력망에서 DC 전력을 생산하기 위한 하드웨어로 구성할 수 있다. 하지만, 그러한 변환은 어느 정도 비효율을 일으키는 것으로 이해된다. 실시 예에서, 컨버터(1622)는 전력망과 내부 노드를 연결하는 입력 변압기를 사용해 구현될 수 있다.
도 17은 지능형 국지적 에너지 저장소를 갖는 소비자 노드의 실시 예에 대한 블록도이다. 시스템(1700)은 본 문서에 나온 실시 예에 따른 소비자 노드 또는 PCC 내의 구역을 나타낸다. 시스템(1700)은 국지적 에너지 저장소가 소비자 노드에서 국지적 에너지 생산과 결합되는 구성을 보여준다. 시스템(1700)은 본 문서에 나온 실시 예에 따른 DER 노드의 한 예이거나 이를 포함할 수 있다.
PCC(1710)는 전력망 네트워크에 대한 연결점을 나타낸다. 전력망은 전력망에서 끌어당겨진 전력을 나타낸다. 실시 예에서, 시스템(1700)은 취합 정보를 바탕으로 시스템(1720) 내에서 정보를 취합하고 운용을 제어하기 위한 게이트웨이(1700)를 포함한다. 게이트웨이(1720)는 시스템(1700)에 대한 용량과 수요를 관리할 수 있다. 용량은 국지적으로 용량을 생산하기 위한 시스템(1700)의 능력을 말한다. 수요는 시스템(1700)에 대한 국지적 부하 수요를 말하며, 이것은 부하에서 온다(예시되지 않음).
실시 예에서, 시스템(1700)은 하나 또는 여러 개의 국지적 에너지 발생원(1760)으로 용량을 생성한다. 국지적 에너지 발생원(1760)은 어떤 유형이든 에너지 생산 시스템일 수 있다. 실시 예에서, 국지적 에너지 발생원(1760)의 에너지 생산 메커니즘은 유효 전력을 생산한다. 실시 예에서, 국지적 에너지 발생원(1760)은 연계된 전력 컨버터 및/또는 인버터가 있는 에너지 생산 메커니즘을 나타낸다. 발생원(1760)에 전력 컨버터/인버터가 포함되어 있을 때는, 이것을 에너지 생산 시스템이라고 부를 수 있다. 태양광 전력 시스템은 일반적으로 고객 구내에서 사용되고, 발생원(1760)은 태양광 전력 시스템이거나 이를 포함할 수 있다.
시스템(1700)은 PCC 내에서 에너지 흐름을 제어하기 위한 하나 또는 여러 개의 에너지 변환 장치 또는 에너지 컨버터 장치를 포함한다. 실시 예에서, 컨버터(1752)와 인버터(1754)는 시스템(1700)에 대한 전력 컨버터 장치를 나타낸다. 실시 예에서, 각각의 인버터는 전력 컨버터를 포함한다. 실시 예에서, 전력 컨버터는 시스템(1600)과 관련해 설명한 것과 같이, 발생원과 부하 사이의 효율적인 연결을 구현하는 에너지 변환 장치를 나타낸다. 장치(1752 및/또는 1754)는 시스템(1700) 내에서 이루어지는 에너지 교환을 제어한다. 실시 예에서, 각각의 에너지 발생원은 인버터 및/또는 컨버터를 포함한다. 따라서, 점선 상자에 나온 장치는 시스템(1700) 전체에 걸쳐 분포할 수 있는 장치를 나타낸다. 각각의 소비자 노드는 에너지 흐름의 제어를 위한 여러 개의 컨버터 장치를 포함할 수 있다. 실시 예에서, 각각의 에너지 저장 자원은 인버터 및/또는 컨버터를 포함한다.
시스템(1700)은 하나 또는 여러 개의 에너지 저장 자원을 포함한다. 예시된 것처럼, 배터리 백업 시스템(1730)은 에너지를 저장하기 위한 상업용 배터리 시스템을 나타낸다. 에너지 저장소(1740)는 비배터리 백업 또는 에너지 저장 장치 또는 시스템을 나타내지만, 배터리 백업은 에너지 저장소의 한 특정한 예로 이해된다. 비배터리 백업의 예는 시스템(1700) 내의 유효 전력을 운동 에너지로 변환하는 펌프 또는 다른 전동 장치를 포함하는 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장소(1740)는 물 또는 기타 액체를 중력을 거슬러 퍼올리거나, 공기 또는 가스를 압축하거나, 평형추를 중력에 거슬러 들어올리거나, 시스템에 저장하기 위해 에너지를 일로 변환하기 위한 기타 기능을 수행할 수 있다. 저장된 에너지는 나중에 발전기를 운용하기 위해 역방향의 힘(예를 들어, 중력 또는 감압)을 사용해 회수할 수 있다. 따라서, 에너지 저장 시스템은 운동 에너지를 시스템(1700)을 위한 유효 전력으로 다시 변환할 수 있다.
실시 예에서, 컨버터(1752)는 에너지 저장소(예를 들어, 1730, 1740)가 방전되었거나 부분적으로 방전되었을 때 이를 충전시키는 데 사용할 수 있다. 실시 예에서, 인버터(1754)는 에너지를 에너지 저장소에서 유효 전력으로 변환하는 데 사용할 수 있다. 게이트웨이(1720)는 에너지 저장소(1730, 1740)의 사용을 지능형으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 게이트웨이(1720)는 에너지 저장소를 충전하는 데 가장 덜 "비싼" 시간을 알기 위해 전력망 상태를 모니터링할 수 있다. 어떤 때는 전력망이 덜 비싸고, 나중에 사용하기 위해 저장된 에너지로 변환될 수 있다. 어떤 때는 에너지 공급원(1760)에 과잉 용량이 발생하고, 이것을 에너지 저장소(1730, 1740)에 국지적으로 저장할 수 있다.
일반적으로, 실시 예에서, 시스템(1700)은 국지적 에너지 발생원(1760)과 PCC(1710)의 소비자측에 있는 국지적 에너지 저장소(1730, 1740)을 포함한다. 시스템(1700)은 또한 시스템(1700)의 에너지 저장소를 출입하는 에너지의 흐름을 제어하기 위한 컨버터(1752) 및/또는 인버터(1754) 같은 국지적 에너지 변환 장치를 포함한다. 에너지 변환 장치는 시스템(1700)이 에너지 저장소에서 에너지를 입수 및/또는 에너지 저장소를 충전할 수 있게 해준다. 실시 예에서, 시스템(1700)은 전력망에서 에너지 저장소(1730, 1740)를 충전한다. 실시 예에서, 시스템(1700)은 에너지 발생원(1760)에서 에너지 저장소(1730, 1740)를 충전한다. 실시 예에서, 시스템(1700)은 에너지 저장소(1730, 1740)의 에너지에서 국지적 전력 수요를 충족시키기 위해 국지적 부하에 전력을 공급한다. 실시 예에서, 시스템(1700)은 에너지 저장소(1730, 1740)에서 전력망으로 전력을 전송한다. 저장된 에너지의 사용은 에너지가 어디에서 전송되고 있는지에 따라, 에너지를 국지적 부하 및/또는 전력망에게 필요한 유효 전력과 무효 전력의 혼합 구성으로 변환하는 것을 포함할 수 있다.
도 18은 국지적 및 전력망 기반의 상태 정보를 취합하기 위한 공정의 실시 예에 대한 블록도이다. 취합 정보를 바탕으로 결정을 내리기 위해 국지적 및 전력망 기반의 정보를 취합하기 위한 공정(1800)은 제어 노드의 요소에 의해 수행될 수 있다. 실시 예에서, 제어 노드는 게이트웨이 장치를 포함하고, 이 게이트웨이 장치는 취합기를 포함하거나 취합기일 수 있다. 간단히 말해서, 이에 국한되지는 않지만, 공정(1800)에 대한 설명은 취합기(710)에 의한 운용을 말한다. 취합기는 본 문서에 나온 취합기의 실시 예에 따른 것일 수 있다. 실시 예에서, 취합 정보는 국지적 및/또는 외부의 전력망 상태를 측정하는 국지적 계량기에 의해 수집된 정보를 포함한다.
실시 예에서, 공정(1800)은 국지적 센터에 대한 모니터링과 전력망 상태 정보에 대한 모니터링을 포함한다. 실시 예에서, 국지적 센서는 취합기에 등록한다(1802). 실시 예에서, 취합기는 센서에서 데이터를 획득하는 빈도, 센서와 연결하기 위한 매개 변수 같이 센서에서 데이터의 모니터링을 구성하기 위해 센서를 등록한다. 취합기는 센서에서 제공되는 데이터별로 국지적 상태를 모니터링할 수 있다(1804). 실시 예에서, 취합기는 업데이트된 정보가 나올 때까지 센서를 모니터링한다. 업데이트된 데이터가 없으면(1806 "아니요" 조건), 취합기가 국지적 상태에 대한 센서를 계속해서 모니터링할 수 있다(1804). 업데이트된 데이터가 있으면(1806 "예" 조건), 실시 예에서, 취합기가 상태를 기록한다(1808).
실시 예에서, 취합기는 또한 전력망 I/O(입력/출력)와의 접속에 대해 자체를 구성한다(1810). 전력망 I/O는 취합기가 취합기가 일부로 속한 국지적 노드의 외부에서 전력망 상태에 대한 정보를 수신할 수 있게 해준다. 취합기는 전력망 I/O가 가리킨 전력망 상태를 모니터링할 수 있다(1812). 업데이트된 데이터가 없으면(1814 "아니요" 조건), 취합기가 전력망 I/O를 계속해서 모니터링할 수 있다(1812). 업데이트된 데이터가 있으면(1814 "예" 조건), 실시 예에서, 취합기는 전력망 I/O가 즉시 해결해야 할 상태를 가리키는지 결정한다. 즉각적인 조치 사항이 필요 없으면(1816 "아니요" 조건), 취합기는 외부 I/O가 가리킨 전력망 상태를 기록할 수 있다(1808).
전력망에서 그리고 국지적 센서에서 제공된 상태를 기록한 후에, 취합기는 국지적 제어 노드의 운용을 조절하도록 결정할 수 있다(1818). 실시 예에서, 취합기는 일정에 따라 결정을 내린다. 실시 예에서, 취합기는 각각의 데이터 이벤트에 대해 어떤 조치를 취할 것인지 결정한다. 여기서, 데이터 이벤트는 업데이트된 데이터가 나오는 경우일 수 있다. 실시 예에서, 전력망에서 수신된 데이터가 즉각적인 조치가 필요한 경우(1816 "예" 조건), 취합기는 제어 노드의 컨버터의 운용을 조절하도록 결정할 수 있다(1818).
실시 예에서, 취합기는 취합된 데이터에 가중치를 적용하고 상태 또는 조건을 계산한다(1820). 실시 예에서, 가중치는 다른 것보다 어느 한 항목의 데이터를 인수화하기 위해 적용될 수 있다. 실시 예에서, 수신된 전력망 정보에 따라 즉각적인 조치가 요구되는 경우에, 그러한 데이터에 대한 "가중치"는 제어 노드가 즉시 요청을 충족시키도록 만들기 위한 것일 수 있다. 실시 예에서, 취합기는 소비자 노드에서 실행되어야 하는 하나 또는 여러 개의 운용을 생성한다(1822). 실시 예에서, 상태의 계산 및/또는 실행할 운용의 생성은 입력 상태를 바탕으로 최상으로 매칭되는 출력 시나리오를 검색하는 발견적 학습 결정 알고리즘의 실행을 포함할 수 있다.
이러한 운용은 제어 노드의 전력 컨버터에 의해 실행될 수 있고, 이 전력 컨버터는 제어 노드 자체의 장치 및/또는 소비자 노드 내에 있는 장비의 장치일 수 있다. 실시 예에서, 운용은 DER에 대한 유효 전력 출력을 조절(1824) DER에 대한 무효 전력 출력을 조절(1826), DER에 대한 유효 전력과 무효 전력을 모두 조절(1828) 또는 전력망에 서비스를 제공(1830)하는 것 중에서 하나 또는 여러 개를 포함할 수 있다. 전력망에 서비스를 제공하는 경우, 서비스가 시장 수요에 대해 반응해서 제공될 수 있다. 실시 예에서, 서비스를 제공하려면 수요를 충족시키기 위해서 다른 출력을 제공할 수 있도록 운용을 조절해야 한다. 실시 예에서, 국지적 부하의 수요를 계속해서 충족시키면서 수요 조절을 수행할 수 있다. 실시 예에서, 시스템은 전력망 전력으로 국지적 부하의 수요를 충족시키며, 시장 서비스를 제공하기 위해 최합된 생산 전력을 사용할 수 있다.
도 19는 전력망의 분산형 에너지 자원을 관리하기 위한 공정의 실시 예에 대한 흐름도이다. 시장 데이터를 바탕으로 DER에서 실시간 반응을 유발하기 위한 공정(1900)은 iGOS 시스템에 의해 수행될 수 있다. 실시 예에서, 시스템은 DER에 대한 실시간 데이터를 수집하며, 이러한 데이터는 국지적 고객 수요 정보와 국지적 에너지 생산(1902)을 포함할 수 있다. 또한 시스템은 하나 또는 여러 개의 에너지 시장에 대한 실시간 시장 수요 정보를 수신한다(1904).
실시간 DER 정보와 실시간 시장 정보를 바탕으로, 시스템은 주어진 조건에 대해 최상의 운용을 계산할 수 있다(1906). 데이터는 하나 또는 여러 개의 센서 또는 다른 모니터링 장비에 의해 생성될 수 있다는 점을 감안했을 때, 이러한 운용은 데이터의 수집 및 분석에 해당될 수 있다. 국지적 DER 상태와 현재의 시장 상태를 바탕으로, 시스템은 하나 또는 여러 개의 DER이 운용을 변경해야 하는지 결정할 수 있다. 운용을 변경할 필요가 없다면(1908에서 "아니요"), 시스템이 계속해서 실시간 데이터를 수집하고 분석할 수 있다(1902).
운용을 변경할 필요가 있다면(1908에서 "예"), 실시 예에서, 시스템이 다른 운용을 제공하기 위해서 하나 또는 여러 개의 DER의 출력 하드웨어의 운용을 조절하도록 명령을 전송한다(1910). 운용 조절은 DER에서 공급되는 유효 전력과 무효 전력의 비율에 대한 조절을 포함한다. 따라서 운용은 출력을 조절하고 비례적으로 결정된 분량의 유효 전력과 무효 전력을 주입해서 원하는 운용을 획득하는 것이라고 할 수 있다. 이러한 원하는 운용은 시장 수요를 충족시키기 위한 서비스를 제공하거나, 전력망 및 국지적 DER의 상태를 바탕으로 더 이익이 되는 국지적 운용을 제공하도록 운용을 조절할 수 있다.
한 측면에서, 분산형 에너지 자원(DER) 노드는 전력망의 고객 구내에 대한 부하의 국지적 수요 정보, 고객 구내의 하나 또는 여러 개의 에너지 발생원에 대한 에너지 생산을 포함해 DER 노드에 대한 실시간 데이터를 모니터링하는 하나 또는 여러 개의 센서에서 데이터를 수집하기 위한 하드웨어 인터페이스; DER 노드에 대한 실시간 데이터를 제어 센터로 제공하기 위해서 네트워크에서 제어 센터에 연결하기 위한 네트워크 인터페이스 장치; 전력망과 관련해 DER의 유효 전력 운용 또는 무효 전력 운용 또는 유효 전력과 무효 전력 운용의 조절을 포함해 전력망 연결 지점에서 DER에 대한 피상 전력 운용을 조절하고, 전력망에 대한 실시간 시장 수요에 대해 반응해서 단일 에너지 시장 자원으로서 다수의 기타 DER를 갖는 참여자로서 전력망에 서비스를 제공하기 위한 전력망 연결 하드웨어를 포함한다.
실시 예에서, 네트워크 인터페이스 장치는 제어 센터에서 급전 제어를 수신한다. 실시 예에서, 전력망 연결 하드웨어는 DER에서 전력망으로 유효 전력, 무효 전력 또는 유효 전력과 무효 전력의 조합의 공급을 포함해 서비스를 제공할 수 있도록 피상 전력 운용을 조절한다. 실시 예에서, 전력망 연결 하드웨어는 보조 서비스 또는 자체 기동 서비스를 제공할 수 있도록 피상 전력 운용을 조절한다. 실시 예에서, 전력망 연결 하드웨어는 비방출 서비스를 제공할 수 있도록 피상 전력 운용을 조절한다. 실시 예에서, 전력망 연결 하드웨어는 하나 또는 여러 개의 전압 지원, VAR 지원, 전력 방전, 전력 충전, 주파수 지원 또는 수요/반응 서비스를 제공할 수 있도록 피상 전력 운용을 조절한다. 실시 예에서, 전력망 연결 하드웨어는 전력망에 대한 실시간 시장 수요의 최소한 일부분을 제공하기 위해서 국소적 배터리 자원 또는 국소적 에너지 생산 자원을 사용한 에너지 반응을 제공할 수 있도록 피상 전력 운용을 조절한다. 실시 예에서, 전력망 연결 하드웨어는 전력망에 대한 실시간 시장 수요의 최소한 일부분을 제공하기 위해서 국소적 배터리 자원 또는 국소적 에너지 생산 자원을 사용한 에너지 반응을 제공할 수 있도록, 전력망에서 공급되는 전력으로 국지적 수요를 충족시키는 것을 포함해, 피상 전력 운용을 조절한다. 실시 예에서, 유효 전력과 무효 전력의 유입 또는 유출을 바탕으로 고객 구내에 대한 피상 전력 운용의 사분면을 결정하기 위한 4사분면 에너지 계량기가 추가적으로 구성된다. 실시 예에서, 전력망 연결 하드웨어는 전력망에 대한 시장 수요를 바탕으로 피상 전력 운용의 사분면을 실시간으로 변경하는 것을 포함해 피상 전력 운용을 조절한다. 실시 예에서, 전력망 연결 하드웨어는 제어 센터에서 수신되는 하나 또는 여러 개의 신호에 대해 반응해서 피상 전력 운용의 사분면을 실시간으로 변경하는 것을 포함해 피상 전력 운용을 조절한다. 실시 예에서, 국지적 저장소를 제공하기 위한 배터리가 추가적으로 구성되며, 이와 관련해 DER 노드에 대한 실시간 데이터는 DER의 저장소 용량을 포함한다.
한 측면에서, 전력망 네트워크에서 에너지 분배 방법에는 DER의 국지적 고객의 고객 수요 정보 및 DER에 대한 에너지 생산을 포함해 여러 개의 분산형 에너지 자원(DER)에 대한 실시간 데이터를 취합; 하나 또는 여러 개의 에너지 시장에 대한 실시간 시장 수요 정보를 수신; 실시간 시장 수요에 대해 반응해서 단일 에너지 시장 자원으로서 다수의 DER에서 서비스를 제공하는 것이 포함한다.
실시 예에서, 실시간 데이터 취합은 추가적으로 DER의 저장소 용량의 결정을 포함한다. 실시 예에서, 실시간 시장 수요 정보의 수신은 전력 회사 전력망 운용자로부터 급전 제어를 수신하는 것을 포함한다. 실시 예에서, 서비스 제공은 하나 또는 여러 개의 DER에서 전력 회사 전력망으로 유효 전력, 무효 전력 또는 유효 전력과 무효 전력의 조합을 제공하는 것을 포함한다. 실시 예에서, 서비스 제공은 보조 서비스 또는 자체 기동 서비스를 제공하는 것을 포함한다. 실시 예에서, 서비스 제공은 비방출 서비스를 제공하는 것을 포함한다. 실시 예에서, 다수의 DER은 전체 DER을 포함한다. 실시 예에서, 서비스 제공은 다수의 DER의 운용을 변경하기 위해 제어 신호를 전송하는 것을 포함한다. 실시 예에서, DER 고객은 하나 또는 여러 개의 에너지 시장에서 소비자를 말한다. 실시 예에서, 서비스 제공은 전력회사 전력망에 대한 실시간 시장 수요의 최소한 일부분을 제공하기 위해서 복합 데이터를 바탕으로 고객 보급물을 사용해 에너지 반응을 제공하는 것을 포함한다. 실시 예에서, 고객 보급물을 사용해 에너지 반응을 제공하는 것은 전력 회사 전력망에서 공급되는 전력으로 고객 수요를 충족시키면서 서비스를 제공하기 위해서 고객 보급물을 사용하는 것을 포함한다. 실시 예에서, 다수의 DER의 복합 에너지 생산으로 실시간 에너지 수요를 충족시킬 수 있는 능력을 계산하는 것이 추가적으로 구성된다.
한 측면에서, 상기의 두 단락 중 하나에 따라 전력망 네트워크에서 에너지 분배 방법을 실행하기 위해 운용을 수행하기 위한 수단을 포함하는 기기가 구성된다. 한 측면에서, 컨텐츠가 저장되는 컴퓨터 판독형 저장 매체로 구성된 제조 물품이 구성되며, 이 제조 물품을 이용해서 상기의 두 단락 중 하나에 따라 전력망 네트워크에서 에너지 분배 방법을 실행하기 위해 기기가 운용을 수행하도록 지시를 내린다.
한 측면에서, 시스템은 고객 구내의 국지적 에너지 생산 자원을 포함한 여러 개의 분산형 에너지 자원(DER); DER에 연결된 제어 센터; DER의 국지적 고객의 국지적 고객 수요 정보와 DER에 대한 에너지 생산을 포함해 DER에 대한 실시간 데이터를 수신하고 취합하기 위해 DER에 연결하는 통신 하드웨어를 포함한 제어 센터; 다수의 DER을 단일 에너지 시장 자원으로 적용해서, 여러 개의 DER의 국지적 에너지 생산의 취합을 바탕으로 하나 또는 여러 개의 에너지 시장에 서비스를 제공하기 위한 입찰을, DER에 대한 실시간 데이터와 하나 또는 여러 개의 에너지 시장에 대한 실시간 시장 수요 정보를 바탕으로, 계산하기 위한 처리 하드웨어를 포함한다.
본 문서에서 예시된 흐름도는 여러 가지 공정의 순서에 대한 예를 제공한다. 흐름도는 물리적 운용뿐만 아니라 소프트웨어 또는 펌웨어 루틴에 의해 실행되는 연산을 나타낼 수 있다. 실시 예에서, 흐름도는 유한 상태 기계(FSM)의 상태를 예시할 수 있고, 이것은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이러한 것들의 조합에서 구현될 수 있다. 특정한 순차 또는 순서로 표시되었더라도, 별도로 명시한 경우를 제외하고, 실행의 순서는 수정될 수 있다. 따라서, 예시된 실시 예는 예로서만 이해해야 하며, 공정은 다른 순서로 수행될 수 있고, 일부 실행은 병행하게 수행될 수 있다. 또한, 여러 실시 예에서 하나 또는 여러 개의 실행이 생략될 수 있다. 따라서, 모든 실시 예에서 모든 실행이 반드시 요구되는 것은 아니다. 다른 공정 흐름도 가능하다.
여러 가지 연산 또는 함수가 본 문서에 나온 범위 내에서, 그러한 것들은 소프트웨어 코드, 지시 사항, 구성, 데이터 또는 이러한 것들의 조합으로 설명되거나 정의될 수 있다. 컨텐츠는 직접적으로 실행할 수 있거나("개체" 또는 "실행 가능" 형태), 소스 코드이거나, 이전 버전과의 차이를 규정하는 "델타" 또는 "패치" 코드일 수 있다. 본 문서에 나온 실시 예의 소프트웨어 컨텐츠는 컨텐츠가 그 위에 저장된 제조 품목을 통해 또는 통신 인터페이스를 통해 데이터를 전송하기 위한 통신 인터페이스 운용 방법을 통해 제공될 수 있다. 기계에서 읽을 수 있는 저장 매체는 기계가 설명된 함수 또는 연산을 수행할 수 있도록 만들 수 있고, 기록 가능/기록 불가 매체(예를 들어 읽기 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 장치 등)와 같이 기계(예를 들어, 컴퓨팅 장치, 전자 시스템 등)가 접근할 수 있는 형태로 정보를 저장하는 메커니즘을 포함한다. 통신 인터페이스는 메모리 버스 인터페이스, 프로세서 버스 인터페이스, 인터넷 연결, 디스크 컨트롤러 등과 같이 다른 장치와 통신하기 위해서 유선, 무선, 광학 등의 매체에 접속하는 메커니즘을 포함한다. 통신 인터페이스는 통신 인터페이스가 소프트웨어 컨텐츠를 담고 있는 데이터 신호를 제공하도록 준비시키기 위해 구성 매개 변수를 제공 또는 신호를 전송 또는 둘 다 수행해서 구성할 수 있다. 통신 인터페이스는 통신 인터페이스로 전송된 하나 또는 여러 개의 명령 또는 신호를 통해 접근할 수 있다.
본 문서에 나온 여러 가지 구성 요소는 설명된 연산 또는 함수를 수행하기 위한 수단일 수 있다. 본 문서에 나온 각각의 구성 요소는 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합을 포함한다. 구성 요소는 소프트웨어 모듈, 하드웨어 모듈, 특수용 하드웨어(예를 들어, 특정 용도의 하드웨어, 특정 용도의 집적 회로(ASIC), 디지털 신호 처리기(DSP), 내장형 컨트롤러, 유선 회로 등)로 구현될 수 있다.
본 문서에 나온 것 이외에도, 적용 범위를 벗어나지 않고, 발명의 공개된 실시 예와 구현 예에 대한 다양한 변형물이 만들어질 수 있다. 따라서, 본 문서에 나온 예시와 예는 실례를 설명하고 제한적이지 않은 의미로 해석되어야 한다. 본 발명의 적용 범위는 아래에 나온 청구항에 대한 참조에 의해서만 측정해야 한다.

Claims (27)

  1. 분산형 에너지 자원(DER) 노드로서,
    전력망의 고객 구내에 대한 부하의 국지적 수요 정보, 고객 구내의 하나 또는 여러 개의 에너지 발생원에 대한 에너지 생산을 포함해 DER 노드에 대한 실시간 데이터를 모니터링하는 하나 또는 여러 개의 센서에서 데이터를 수집하기 위한 하드웨어 인터페이스;
    DER 노드에 대한 실시간 데이터를 제어 센터로 제공하기 위해서 네트워크에서 제어 센터에 연결하고, 단일 급전 가능(dispatchable) 유닛으로서 전력망에 에너지 서비스들을 제공하는 DER 노드들의 취합(aggregation)에 대한 실시간 데이터를 바탕으로 DER 노드의 운용을 지시하는 명령을 제어 센터에서 수신하기 위한 네트워크 인터페이스 장치;
    전력망에 에너지 서비스들을 제공하고 국지적 수요를 만족시키는 에너지를 제공하는 것과 관련해 DER 노드의 유효 전력 운용 또는 무효 전력 운용 또는 유효 전력과 무효 전력 운용의 조절을 포함해 전력망 연결 지점에서 DER 노드에 대한 피상 전력 운용을 조절하고, 전력망에 대한 실시간 시장 수요에 반응해서 단일 급전 가능 에너지 자원으로서 전력망에 대한 DER 노드들의 취합과 함께 서비스로서 전력망에 에너지를 제공하기 위한 전력망 연결 하드웨어; 및
    유효 전력과 무효 전력의 유입 또는 유출을 바탕으로 고객 구내에 대한 피상 전력 운용의 사분면을 결정하기 위한 4사분면 에너지 계량기
    를 포함하는 DER 노드.
  2. 청구항 1의 DER 노드에 있어서, 네트워크 인터페이스 장치는 제어 센터에서 급전 제어로서 상기 명령을 수신해야 하는, DER 노드.
  3. 청구항 1의 DER 노드에 있어서, 전력망 연결 하드웨어는 DER 노드에서 전력망으로 유효 전력, 무효 전력 또는 유효 전력과 무효 전력의 조합의 공급을 포함해 서비스를 제공할 수 있도록 피상 전력 운용을 조절하는, DER 노드.
  4. 청구항 1의 DER 노드에 있어서, 전력망 연결 하드웨어는 보조 서비스 또는 자체 기동 서비스를 제공할 수 있도록 피상 전력 운용을 조절하는, DER 노드.
  5. 청구항 1의 DER 노드에 있어서, 전력망 연결 하드웨어는 비방출 서비스를 제공할 수 있도록 피상 전력 운용을 조절하는, DER 노드.
  6. 청구항 1의 DER 노드에 있어서, 전력망 연결 하드웨어는 하나 또는 여러 개의 전압 지원, VAR 지원, 전력 방전, 전력 충전, 주파수 지원 또는 수요/반응 서비스를 제공할 수 있도록 피상 전력 운용을 조절하는, DER 노드.
  7. 청구항 1의 DER 노드에 있어서, 전력망 연결 하드웨어는 전력망에 대한 실시간 시장 수요의 최소한 일부분을 제공하기 위해서 국소적 배터리 자원 또는 국소적 에너지 생산 자원을 사용한 에너지 반응을 제공할 수 있도록 피상 전력 운용을 조절하는, DER 노드.
  8. 청구항 7의 DER 모드에 있어서, 전력망 연결 하드웨어는 전력망에 대한 실시간 시장 수요의 최소한 일부분을 제공하기 위해서 국소적 배터리 자원 또는 국소적 에너지 생산 자원을 사용한 에너지 반응을 제공할 수 있도록, 전력망에서 공급되는 전력으로 국지적 수요를 충족시키는 것을 포함해, 피상 전력 운용을 조절하는, DER 노드.
  9. 청구항 1의 DER 노드에 있어서, 전력망 연결 하드웨어는 전력망에 대한 시장 수요를 바탕으로 피상 전력 운용의 사분면을 실시간으로 변경하는 것을 포함해 피상 전력 운용을 조절하는, DER 노드.
  10. 청구항 1의 DER 노드에 있어서, 전력망 연결 하드웨어는 제어 센터에서 수신되는 하나 또는 여러 개의 신호에 대해 반응해서 피상 전력 운용의 사분면을 실시간으로 변경하는 것을 포함해 피상 전력 운용을 조절하는, DER 노드.
  11. 청구항 1의 DER 노드에 있어서,
    국지적 저장소를 제공하기 위한 배터리. 이와 관련해 DER 노드에 대한 실시간 데이터는 DER의 저장소 용량을 더 포함하는, DER 노드.
  12. 전력망 네트워크에서 에너지 분배를 위한 방법으로서,
    분산형 에너지 자원(DER)의 국지적 고객의 고객 수요 정보 및 DER의 취합에 대한 에너지 생산을 포함해 DER의 취합에 대한 실시간 데이터를 취합;
    전력망에 대한 실시간 시장 수요 정보를 수신;
    전력망에 에너지 서비스들을 제공하고 국지적 고객의 수요를 만족시키는 에너지를 제공하는 것과 관련해, 각각의 DER에 대하여 DER의 유효 전력 운용 또는 무효 전력 운용 또는 유효 전력과 무효 전력 운용을 조절하는 것을 포함해, 각각의 DER에 대하여 전력망 연결 지점에서 DER에 대한 피상 전력 운용을 조절하는 명령을 포함하는 명령을 DER의 취합에 제공;
    실시간 시장 수요에 대해 반응해서 단일 급전 가능 에너지 자원으로서 전력망에 대한 DER들의 취합의 취합된 용량으로 에너지 서비스들을 전력망에 제공; 및
    유효 전력과 무효 전력의 유입 또는 유출을 바탕으로 4사분면 에너지 계량기로 고객 구내에 대한 피상 전력 운용의 사분면을 결정
    하는 것을 포함하는 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 실시간 데이터 취합은 추가적으로 DER의 저장소 용량의 결정을 포함하는, 방법.
  14. 청구항 12에 있어서, 실시간 시장 수요 정보의 수신은 전력 회사 전력망 운용자로부터 급전 제어를 수신하는 것을 포함하는, 방법.
  15. 청구항 12에 있어서, DER들의 취합의 취합된 용량으로 전력망에 에너지 서비스들을 제공하는 것은 하나 또는 여러 개의 DER에서 전력 회사 전력망으로 유효 전력, 무효 전력 또는 유효 전력과 무효 전력의 조합을 제공하는 것을 포함하는, 방법.
  16. 청구항 12에 있어서, 서비스 제공은 보조 서비스 또는 자체 기동 서비스를 제공하는 것을 포함하는, 방법.
  17. 청구항 12에 있어서, 서비스 제공은 비방출 서비스를 제공하는 것을 포함하는, 방법.
  18. 청구항 12에 있어서, 서비스 제공은 전력회사 전력망에 대한 실시간 시장 수요의 최소한 일부분을 제공하기 위해서 복합 데이터를 바탕으로 고객 보급물을 사용해 에너지 반응을 제공하는 것을 포함하는, 방법.
  19. 청구항 18에 있어서, 고객 보급물을 사용해 에너지 반응을 제공하는 것은 전력 회사 전력망에서 공급되는 전력으로 고객 수요를 충족시키면서 서비스를 제공하기 위해서 고객 보급물을 사용하는 것을 포함하는, 방법.
  20. 청구항 12에 있어서,
    다수의 DER의 복합 에너지 생산으로 실시간 에너지 수요를 충족시킬 수 있는 능력을 계산하는 것을 더 포함하는 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
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