KR102464753B1 - 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치에 관한 것으로, 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치는 미리 설정된 갱신 주기 동안 에너지 저장 시스템에 입력된 n개(여기서, n은 자연수)의 충방전 지령값과 미리 설정된 갱신 주기의 시작 시점부터 에너지 저장 시스템에서 측정된 n+k개(여기서, k는 자연수)의 충방전 전력값 간의 상관계수를 산출하는 상관계수 산출부, 상관계수에 기초하여 n+k개의 충방전 전력값 중에서 n개의 충방전 지령값에 대응하는 n개의 충방전 전력값을 선별하는 선별부 및 n개의 충방전 지령값과 선별된 n개의 충방전 전력값을 이용하여 산출되는 n개의 충방전 효율값을 n개의 충방전 지령값이 포함된 전력 구간의 충방전 효율값으로 갱신하는 갱신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치{Apparatus for updating charging/discharging efficiency factor of energy storage system}
본 발명은 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지 저장 시스템에 인가되는 충방전 지령값을 보정하기 위한 충방전 효율값을 실시간으로 갱신하기 위한 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)은 생산된 전력을 발전소, 변전소 및 송전선 등을 포함한 각각의 연계 시스템에 저장한 후, 전력이 필요한 시기에 선택적, 효율적으로 사용하여 에너지 효율을 높이는 시스템이다.
ESS는 시간대 및 계절별 변동이 큰 전기부하를 평준화시켜 전반적인 부하율을 향상시킬 경우, 발전 단가를 낮출 수 있으며 전력설비 증설에 필요한 투자비와 운전비 등을 절감할 수 있어서 전기요금을 인하하고 에너지를 절약할 수 있다.
이러한 ESS는 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 이용되고 있으며, 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생에너지를 이용한 발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하 평준화(Load Leveling), 비상 전원 등의 기능으로 사용되고 있다.
ESS는 저장방식에 따라 크게 물리적 에너지 저장과 화학적 에너지 저장으로 구분된다. 물리적 에너지 저장으로는 양수발전, 압축 공기 저장, 플라이휠 등을 이용한 방법이 있고, 화학적 에너지 저장으로는 리튬이온 배터리, 납축전지, Nas 전지 등을 이용한 방법이 있다.
도 1은 종래의 ESS에서 전력을 충방전하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, ESS에 전력을 충전하거나 ESS에 저장된 전력을 출력하는 경우, ESS에 요구되는 충방전 목표값이 포함된 전력 구간을 확인한다 (S1).
이때, ESS의 운전 환경, ESS에 포함된 이차전지의 열화, 계통 전력의 전력 상태 등 다양한 조건으로 인해, 외부에서 ESS로 요구되는 충방전 목표값과 동일한 충방전 지령값을 ESS에 입력하는 경우, 입력된 충방전 지령값과 상이한 충방전 전력이 출력 또는 충전된다.
이에 따라, 종래의 ESS는 충방전 목표값의 전력 구간 별로 충방전 지령값을 수정하기 위한 충방전 효율값을 설정하여 저장한다. 이후, 종래의 ESS는 S1 단계에서 확인된 충방전 목표값이 포함된 전력 구간의 충방전 효율값을 이용하여 충방전 지령값을 산출한다(S2).
다음으로, 종래의 ESS는 산출된 충방전 지령값에 대응하여 전력을 충전하거나 저장된 전력을 출력한다(S3).
하지만, 종래의 ESS는 운전 초기 설정된 충방전 효율값을 갱신하지 않고 지속적으로 사용함으로써, ESS의 내부에 포함된 이차 전지의 열화와 같은 운전 환경이 변화함에 따라 충방전 지령값과 실제 ESS에서 충전되거나 방전되는 전력 간의 오차가 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 미리 설정된 갱신 주기 동안 에너지 저장 시스템에 입력된 n개(여기서, n은 자연수)의 충방전 지령값과 미리 설정된 갱신 주기의 시작 시점부터 에너지 저장 시스템에서 측정된 n+k개(여기서, k는 자연수)의 충방전 전력값 간의 상관계수를 산출하고, 산출된 상관계수에 기초하여 n개의 충방전 지령값과 대응하는 n개의 충방전 전력값을 선별하며, 전력 구간 마다 설정된 충방전 효율값을 n개의 충방전 전력값으로부터 산출된 n개의 충방전 효율값으로 갱신함으로써, 충방전 지령값을 보정하기 위한 충방전 효율값을 실시간으로 갱신할 수 있는 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치는 미리 설정된 갱신 주기 동안 에너지 저장 시스템에 입력된 n개(여기서, n은 자연수)의 충방전 지령값과 미리 설정된 갱신 주기의 시작 시점부터 에너지 저장 시스템에서 측정된 n+k개(여기서, k는 자연수)의 충방전 전력값 간의 상관계수를 산출하는 상관계수 산출부, 상관계수에 기초하여 n+k개의 충방전 전력값 중에서 n개의 충방전 지령값에 대응하는 n개의 충방전 전력값을 선별하는 선별부 및 n개의 충방전 지령값과 선별된 n개의 충방전 전력값을 이용하여 산출되는 n개의 충방전 효율값을 n개의 충방전 지령값이 포함된 전력 구간의 충방전 효율값으로 갱신하는 갱신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 미리 설정된 갱신 주기 동안 에너지 저장 시스템에 입력된 n개(여기서, n은 자연수)의 충방전 지령값과 미리 설정된 갱신 주기의 시작 시점부터 에너지 저장 시스템에서 측정된 n+k개(여기서, k는 자연수)의 충방전 전력값 간의 상관계수를 산출하고, 산출된 상관계수에 기초하여 n개의 충방전 지령값과 대응하는 n개의 충방전 전력값을 선별하며, 전력 구간 마다 설정된 충방전 효율값을 n개의 충방전 전력값으로부터 산출된 n개의 충방전 효율값으로 갱신함으로써, 충방전 지령값을 보정하기 위한 충방전 효율값을 실시간으로 갱신할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 ESS에서 전력을 충방전하는 과정을 도시한 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치의 구체적인 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치의 저장부에 저장된 n개의 충방전 지령값과 n+k개의 충방전 전력값을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치로부터 갱신된 충방전 효율값을 전력 구간 별로 도시한 도면.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치(100)의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치(100)는 저장부(110), 상관계수 산출부(120), 선별부(130), 효율값 산출부(140), 갱신부(150)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치(100)의 저장부(110)에 저장된 n개의 충방전 지령값과 n+k개의 충방전 전력값을 도시한 도면이다.
도 3을 더 참조하면, 저장부(110)는 미리 설정된 갱신 주기 동안 에너지 저장 시스템(Energy storage system; ESS, 10)에 입력된 n개(여기서, n은 자연수)의 충방전 지령값을 저장하는 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 충방전 지령값은 ESS(10)로부터 방전되거나 ESS(10)에 충전되는 전력량을 설정하는 전력값일 수 있다.
저장부(110)에 저장되는 충방전 지령값의 개수 n개는 ESS(10)의 운전 환경에 따라 상이할 수 있다.
이를 위하여, 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치(100)는 ESS(10)의 충방전을 제어하는 제어부로부터 ESS(10)에 입력되는 충방전 지령값을 수신할 수 있다.
한편, 저장부(110)는 미리 설정된 갱신 주기의 시작 시점부터 ESS(10)에서 측정된 n+k개(여기서, k는 자연수)의 충방전 전력값을 저장하는 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 충방전 전력값은 ESS(10)로부터 방전되거나 ESS(10)에 충전되는 전력량을 실제로 측정한 전력값일 수 있다.
이를 위하여, 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치(100)는 ESS(10)의 충방전 전력을 측정하는 전력 측정부로부터 충방전 전력값을 수신할 수 있다.
즉, 저장부(110)는 미리 설정된 갱신 주기 동안 n개의 충방전 지령값을 저장함과 동시에 미리 설정된 갱신 주기의 시작 시점부터 저장되는 충방전 전력값의 개수가 n+k개가 될때까지 충방전 전력값을 저장할 수 있다.
따라서, 저장부(110)는 충방전 지령값보다 충방전 전력값을 k개 더 저장할 수 있다.
여기서, 저장부(110)가 충방전 지령값보다 충방전 전력값을 k개 더 저장하는 이유는 충방전 지령값이 ESS(10)에 입력될 때 발생하는 통신 지연 시간 뒤에 입력된 충방전 지령값에 대응하는 충방전 전력값이 ESS(10)로부터 측정되기 때문이다.
이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 1번 충방전 지령값(C1)에 대응하는 충방전 전력값은 1번 충방전 전력값(M1)이 아니라 1번 충방전 지령값(C1)이 입력된 시점으로부터 통신 지연 시간 뒤에 측정된 3번 충방전 전력값(M3)일 수 있다.
따라서, 저장부(110)는 ESS(10)에 입력된 n개의 충방전 지령값에 대응하는 충방전 전력값을 저장하기 위하여 충방전 전력값을 n+k개 저장할 수 있다.
상관계수 산출부(120)는 저장부(110)에 저장된 n개의 충방전 지령값과 n+k개의 충방전 전력값 간의 상관계수를 산출하는 역할을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 상관계수 산출부(120)는 n+k개의 충방전 전력값을 측정된 시점 순으로 n개씩 분할하고, n개의 충방전 지령값과 상기 분할된 n개의 충방전 전력값 간의 상관계수를 산출할 수 있다.
예를 들어, 상관계수 산출부(120)는 k가 2인 경우, n+k개의 충방전 전력값을 1번 내지 n번, 2번 내지 n+1번, 3번 내지 n+2번으로 분할할 수 있다.
이후, 상관계수 산출부(120)는 1번 내지 n번의 충방전 전력값, 2번 내지 n+1번의 충방전 전력값, 3번 내지 n+2번의 충방전 전력값 각각과 n개의 충방전 지령값 간의 상관계수를 산출할 수 있다.
이에 따라, 상관계수 산출부(120)는 하기의 표 1과 같이, 1번 내지 n번의 충방전 전력값과 n개의 충방전 지령값 간의 상관계수, 2번 내지 n+1번의 충방전 전력값과 n개의 충방전 지령값 간의 상관계수, 3번 내지 n+2번의 충방전 전력값과 n개의 충방전 지령값 간의 상관계수를 산출할 수 있다.
충방전 지령값 충방전 전력값 상관계수
1번 내지 n번 1번 내지 n번 RCM ,0
1번 내지 n번 2번 내지 n+1 RCM ,1
1번 내지 n번 3번 내지 n+2번 RCM ,2
이때, 상관계수 산출부(120)는 하기의 수학식 1을 이용하여 상관계수를 산출할 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112016124674814-pat00001
여기서, RCM ,y는 상관계수, Cx는 충방전 지령값, AC,y는 충방전 지령값의 평균값, Mx +y는 충방전 전력값, AM,y는 충방전 전력값의 평균값, SC,y는 충방전 지령값의 표준편차, SM,y는 충방전 전력값의 표준편차, y는 0 내지 k이다.
선별부(130)는 상관계수 산출부(120)로부터 산출된 상관계수에 기초하여 n+k개의 충방전 전력값 중에서 n개의 충방전 지령값에 대응하는 n개의 충방전 전력값을 선별하는 역할을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 선별부(130)는 n+k개의 충방전 전력값 중에서 n개의 충방전 지령값과 가장 큰 상관계수가 산출되는 n개의 충방전 전력값을 선별할 수 있다.
상술한 바와 같이, k가 2인 경우 상관계수 산출부(120)로부터 1번 내지 n번의 충방전 전력값, 2번 내지 n+1번의 충방전 전력값, 3번 내지 n+2번의 충방전 전력값 각각과 n개의 충방전 지령값 간의 상관계수가 산출될 수 있다.
이때, 선별부(130)는 1번 내지 n번의 충방전 전력값과 n개의 충방전 지령값 간의 상관계수, 2번 내지 n+1번의 충방전 전력값과 n개의 충방전 지령값 간의 상관계수, 3번 내지 n+2번의 충방전 전력값과 n개의 충방전 지령값 간의 상관계수 각각 간의 대소를 비교하고, 가장 큰 상관계수를 선별할 수 있다.
이후, 3번 내지 n+2번의 충방전 전력값과 n개의 충방전 지령값 간의 상관계수가 가장 큰 상관계수로 선별된 경우, 선별부(130)는 3번 내지 n+2번의 충방전 전력값을 n개의 충방전 지령값에 대응하는 충방전 전력값으로 선별할 수 있다.
한편, 선별부(130)는 선별된 n개의 충방전 전력값 중에서 가장 빨리 측정된 충방전 전력값의 측정 시점과 n개의 충방전 지령값 중에서 가장 빨리 입력된 충방전 지령값의 입력 시점 간의 시간차를 통신 지연 시간으로 산출할 수 있다.
효율값 산출부(140)는 n개의 충방전 지령값과 선별부(130)로부터 선별된 n개의 충방전 전력값 간의 비율을 n개의 충방전 효율값으로 산출하는 역할을 수행할 수 있다.
예를 들어, 효율값 산출부(140)는 선별부(130)로부터 n+k개의 충방전 전력값 중에서 3번 내지 n+2번의 충방전 전력값이 n개의 충방전 지령값에 대응하는 것으로 선별된 경우, 하기의 표 2와 같이, n개의 충방전 지령값과 3번 내지 n+2번의 충방전 전력값 간의 비율을 n개의 충방전 효율값으로 산출할 수 있다.
충방전 지령값 충방전 전력값 충방전 효율
1번 3번 E1
2번 4번 E2
… … …
n번 n+2번 En
이때, 효율값 산출부(140)는 하기의 수학식 2를 이용하여 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치.
<수학식 2>
Figure 112016124674814-pat00002
여기서, En은 충방전 효율값, Mn은 충방전 전력값, Cn은 충방전 지령값이다.
갱신부(150)는 전력 구간 마다 설정된 충방전 효율값을 효율값 산출부(140)로부터 산출된 n개의 충방전 효율값으로 갱신하는 역할을 수행할 수 있다.
예를 들어, 하기의 표 3과 도 4와 같이, 저장부(110)에는 0.2MW 마다 설정된 충방전 효율값이 저장되어 있는 경우, 갱신부(150)는 n개의 충방전 효율값을 산출하는데 사용된 n개의 충방전 지령값이 포함되는 전력 구간의 충방전 효율값을 산출부(140)로부터 산출된 충방전 효율값으로 갱신할 수 있다.
즉, 효율값 산출부(140)로부터 산출된 1번 충방전 지령값이 30%이고, 1번 충방전 지령값을 산출하는데 사용된 1번 충방전 지령값이 0.15MW인 경우, 갱신부(150)는 1번 충방전 지령값 0.15MW가 포함되는 전력 구간의 충방전 효율인 35%를 32%로 갱신할 수 있다.
전력 구간 충방전 효율값
0.0 내지 0.2MW 35%
0.2 내지 0.4MW 63%
0.4 내지 0.6MW 80%
0.6 내지 0.8MW 92%
0.8 내지 1.0MW 88%
이에 따라, 갱신부(150)는 미리 설정된 충방전 효율값을 효율값 산출부(140)로부터 산출된 충방전 효율값으로 갱신함으로써 ESS에 요구되는 충방적 목표값에 근사한 전력이 충방전되도록 충방전 지령값의 정확성을 향상시킬 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (7)

  1. 충방전 효율값을 갱신하는 에너지 저장 시스템(Energy storage system; ESS)의 충방전 효율값 갱신 장치에 있어서,
    미리 설정된 갱신 주기 동안 상기 ESS에 입력된 n개(여기서, n은 자연수)의 충방전 지령값과 상기 미리 설정된 갱신 주기의 시작 시점부터 상기 ESS에서 측정된 n+k개(여기서, k는 자연수)의 충방전 전력값 간의 상관계수를 산출하는 상관계수 산출부;
    상기 상관계수에 기초하여 상기 n+k개의 충방전 전력값 중에서 상기 n개의 충방전 지령값에 대응하는 n개의 충방전 전력값을 선별하는 선별부; 및
    전력 구간 마다 설정된 충방전 효율값을 상기 n개의 충방전 지령값과 상기 선별된 n개의 충방전 전력값을 이용하여 산출되는 n개의 충방전 효율값으로 갱신하는 갱신부를 포함하고,
    상기 상관계수 산출부는
    상기 n+k개의 충방전 전력값을 측정된 시점 순으로 n개씩 분할하고, 상기 n개의 충방전 지령값과 상기 분할된 n개의 충방전 전력값 간의 상관계수를 산출하는
    에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상관계수 산출부는
    하기의 수학식을 이용하여 상기 상관계수를 산출하는 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치.

    <수학식>
    Figure 112016124674814-pat00003

    여기서, RCM ,y는 상기 상관계수, Cx는 상기 충방전 지령값, AC,y는 상기 충방전 지령값의 평균값, Mx +y는 상기 충방전 전력값, AM,y는 상기 충방전 전력값의 평균값, 상기 SC,y는 상기 충방전 지령값의 표준편차, SM,y는 상기 충방전 전력값의 표준편차, 상기 y는 0 내지 k이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선별부는
    상기 n+k개의 충방전 전력값 중에서 상기 n개의 충방전 지령값과 가장 큰 상관계수가 산출되는 n개의 충방전 전력값을 선별하는 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 선별부는
    상기 선별된 n개의 충방전 전력값 중에서 가장 빨리 측정된 충방전 전력값의 측정 시점과 상기 n개의 충방전 지령값 중에서 가장 빨리 입력된 충방전 지령값의 입력 시점 간의 시간차를 통신 지연 시간으로 산출하는 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 n개의 충방전 지령값과 상기 선별된 n개의 충방전 전력값 간의 비율을 상기 n개의 충방전 효율값으로 산출하는 효율값 산출부를
    더 포함하는 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 효율값 산출부는
    하기의 수학식을 이용하여 상기 n개의 충방전 효율값을 산출하는 에너지 저장 시스템의 충방전 효율값 갱신 장치.

    <수학식>
    Figure 112016124674814-pat00004

    여기서, En은 상기 충방전 효율값, Mn은 상기 충방전 전력값, Cn은 상기 충방전 지령값이다.
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