KR102537669B1 - 신재생 에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템의 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

신재생 에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템의 제어장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신재생 에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템의 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 신재생 에너지의 발전량에 대한 정보와 날씨에 대한 정보를 바탕으로 예측정보와 실제 측정정보를 분석하여 발전량을 예측하고, 상기 발전량에 따른 변화를 고려하여 에너지 저장 시스템의 출력량을 산출하여 에너지 저장 시스템의 충전 및 방전을 제어함으로써, 재생 에너지의 발전량의 불규칙성을 완화시켜 수요 전력에 대응하여 안정적으로 전력을 공급하고, 한정된 설비 내에서 제어 및 설비 운용의 효율성이 향상되고, 전력생산에 따른 수익성이 향상되는 효과가 있다.

Description

신재생 에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템의 제어장치 및 그 방법{Control Apparatus and Method for Saving Renewable Energy to Energy Saving System}
본 발명은 신재생 에너지의 불규칙적인 발전량에 대응하여 저장된 에너지의 출력량을 제어하여 안정적으로 전력을 공급하는 신재생 에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템의 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
화석 연료의 발전을 줄이고 신재생 에너지 사용의 확대를 위하여 태양광이나 풍력 등을 이용한 발전 시스템의 사용이 확대되고 있다.
자연 에너지를 이용하여 발전되는 신재생 에너지는 날씨에 따라 발전량의 변동성이 크고 불규칙적이므로, 전력 수요에 따라 효율적으로 전력을 공급하는 데에 한계가 있다.
그에 따라 초과되는 에너지를 저장하고, 부족한 발전량을 저장된 에너지로 보충할 수 있는 에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)을 발전기와 함께 설치하는 추세이다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0018648호에는 이러한 에너지 저장 시스템의 제어장치를 설명하고 있다.
그러나 이러한 발전 시스템은 에너지 저장 시스템의 용량에 제한이 있고, 안정적인 에너지 공급을 위해서는 실제 전력 수요와 신재생 에너지의 발전량을 예측하여 에너지 저장 시스템의 출력량을 제어할 필요가 있으나, 신재생 에너지의 발전량의 불규칙성으로 인하여 에너지 저장 시스템의 출력량을 제어하는데 어려움이 있고, 신재생 에너지의 발전량의 변동성에 따라 에너지 저장 시스템의 출력량의 변동성 또한 증가하는 문제가 있다.
그에 따라 에너지 저장 시스템의 출력량에 따른 변동성을 완화시키고 효과적으로 제어하는 방안이 필요하다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0018648호
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 신재생 에너지의 발전량에 대한 정보와 날씨에 대한 정보를 바탕으로 에너지 저장 시스템의 충전 및 방전을 제어하고, 발전기의 발전량의 변화에 대응하여 에너지 저장 시스템을 제어함으로써, 발전기의 발전량과 에너지 저장 시스템의 출력량을 합산한 공급전력의 변동성을 감소시키는 신재생 에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템의 제어장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 날씨 또는 발전기 발전량의 변동성에 따라 차징 오프셋(Charging offset)을 설정하여 에너지 저장 시스템의 충전 및 방전을 제어하고 그 출력량을 결정함으로써, 신재생 에너지의 발전량의 불규칙성을 완화시켜 수요 전력에 대응하여 안정적으로 전력을 공급하는 신재생 에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템의 제어장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 제어장치는, 발전기; 에너지 저장 시스템(ESS); 및 상기 에너지 저장 시스템의 충전 및 방전을 제어하는 제어장치; 를 포함하고, 상기 제어장치는 상기 발전기의 발전전력의 변화율에 대응하여 상기 에너지 저장 시스템으로 에너지를 충전하거나 방전하도록 제어하고, 상기 발전전력의 변화율에 대응하여 차징 오프셋(Charging offset)을 설정하여 상기 에너지 저장 시스템의 출력전력을 제어하고 상기 발전전력과 상기 출력전력을 합산한 공급전력이 일정하게 출력되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어장치는 과거의 전력정보를 바탕으로 산출된 이동 평균에 근거하여 집중 제어 시간대를 설정하고, 상기 발전전력의 이동평균 산출값을 바탕으로 제어목표를 설정하여, 상기 발전기의 발전전력이 상기 제어목표보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 시스템(ESS)을 충전하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어장치는 날씨예보와 실제 측정된 날씨정보에 따른 데이터를 분석하고, 일사량에 따른 발전량을 예측하여 상기 에너지 저장 시스템의 출력전력을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어장치는 일정 시간 동안의 발전전력의 증가량이 일정값 이상인 경우, 출력제한(Curtailment)을 수행하고, 상기 일정 시간 동안의 상기 발전전력의 감소량이 일정값 이상인 경우, 상기 차징 오프셋(Charging offset)을 적용하여 상기 에너지 저장 시스템의 충전과 방전을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템 제어장치의 제어방법은 날씨정보와 전력정보를 수집하는 단계; 날씨예보와 실제 날씨, 일조량에 따른 발전량에 대한 정보를 바탕으로 발전기의 발전전력을 예측하는 단계; 예측값에 따라 에너지 저장 시스템(ESS)의 출력전력을 제어하되, 상기 발전전력의 변화율에 대응하여 상기 에너지 저장 시스템의 충전과 방전을 제어하는 단계; 상기 발전전력의 변화율이 높은 구간에 상기 발전전력에 대한 차징 오프셋(Charging offset)을 설정하여 상기 에너지 저장 시스템의 출력량을 제어하는 단계; 및 상기 발전전력과 상기 출력전력을 합산한 공급전력이 일정하게 출력되도록 제어하는 단계; 를 포함한다.
상기 발전기의 발전전력을 예측하는 단계는, 날씨예보와 실제 측정된 날씨정보에 따른 데이터를 분석하는 단계; 상기 날씨정보와 상기 전력정보의 관계를 분석하는 단계; 및 상기 날씨정보 중 일사량에 따른 발전량을 예측하는 단계; 를 더 포함한다.
과거의 전력정보를 바탕으로 산출된 이동 평균에 근거하여 집중 제어 시간대를 설정하는 단계; 상기 발전전력의 이동평균 산출값을 바탕으로 제어목표를 설정하는 단계; 및 상기 발전기의 발전전력이 상기 제어목표보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 시스템(ESS)을 충전하는 단계; 를 더 포함한다.
일정 시간 동안의 발전전력의 증가량이 일정값 이상인 경우, 출력제한(Curtailment)을 수행하는 단계; 및 상기 일정 시간 동안의 상기 발전전력의 감소량이 일정값 이상인 경우, 상기 차징 오프셋(Charging offset)을 적용하여 상기 에너지 저장 시스템의 충전과 방전을 제어하는 단계; 를 더 포함한다.
본 발명에 따른 신재생 에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템의 제어장치 및 그 방법은, 날씨와 발전량에 대한 예측정보와 실제 측정정보를 바탕으로 에너지 저장 시스템의 SOC를 제어하고, 발전전력의 변화에 따라 차징 오프셋(Charging offset)을 적용하여 에너지 저장 시스템의 출력량을 제어함으로써 변동성을 감소시키고 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.
본 발명은 신재생 에너지의 발전량의 변동성을 완화하여 에너지 저장 시스템의 출력량 제어에 대한 효율성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명은 한정된 에너지 저장 시스템의 한정된 배터리 용량을 고려하여 신재생 에너지의 충전과 방전을 제어함으로써, 설비를 효율적으로 윤용하고 전력생산에 따른 수익성이 향상되는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지를 생산하는 발전기와 에너지 저장 시스템의 제어장치의 구성이 간략하게 도시된 도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치에 의한 에너지 저장 시스템의 충전 및 방전을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 출력량을 제어하기 위한 제어장치의 동작을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 SOC 및 충전모드 제어를 설명하는데 참조되는 도이다.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 출력량을 제어하는 제어장치의 구성이 도시된 도이다.
도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어장치의 제어방법이 도시된 순서도이다.
도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치에 의해 제어되는 에너지 저장 시스템의 맑은 날의 에너지 변화가 도시된 예시도이다.
도 8 은 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치에 의해 제어되는 에너지 저장 시스템의 흐린 날의 에너지 변화가 도시된 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 설명하도록 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지를 생산하는 발전기와 에너지 저장 시스템의 제어장치의 구성이 간략하게 도시된 도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제어장치(10)는 에너지 저장 시스템(ESS, energy saving system)을 포함하고, 발전기(20)와 연결되어, 에너지 저장 시스템의 출력전력(PBESS)과 발전기(20)의 발전전력(PPV)을 합산한 공급전력(PPV+BESS)을 공급한다.
발전기(20)는 풍력, 태양광, 태양열 등, 어느 하나를 이용하여 에너지를 생산하는 발전장치이다.
에너지 저장 시스템(ESS)은 신재생 에너지를 생성하는 발전기(20)에서 생산된 전력을 전력계통에 저장하였다가 전력 피크와 같이 전력이 가장 필요한 시간대에 전력을 공급하도록 구성된다.
제어장치(10)는 공급전력(PPV+BESS)이 요구되는 수요전력에 대응하여 공급될 수 있도록, 발전기(20)의 발전량에 대응하여 에너지 저장 시스템(ESS)의 출력량을 제어한다.
제어장치(10)는 날씨와 생산되는 전력량에 대한 정보를 수집하고 분석하여 날씨에 따른 발전기의 발전량과 수요전력을 예측하고, 그에 대응하여 에너지 저장 시스템(ESS)의 출력량을 제어한다.
제어장치(10)는 에너지 저장 시스템을 낮 시간에 충전하고 야간에 방전하는 것을 기본으로 하되, 이동평균과 램프율을 바탕으로 발전전력의 변화를 분석하여 에너지 저장 시스템(ESS)에 대한 충전과 방전을 제어한다.
제어장치(10)는 정보수집부(170), 데이터 처리부(180), 이동평균 산출부(160), SOC제어부(130), 비율제어부(140), 연산부(120), 에너지 저장부(150), 그리고 동작 전반을 제어하는 제어부(110)를 포함한다.
에너지 저장부(150)는 에너지 저장 시스템(ESS)으로, 제어장치와 별도로 구비되거나 하나의 장치로 구성될 수 있다. 또한, 에너지 저장 시스템(ESS)은 에너지를 배터리에 저장하는 배터리 에너지 저장 시스템(BESS, Battery energy saving system)이 사용될 수 있다.
정보수집부(170)는 과거의 날씨예보와 해당일의 실제 날씨에 대한 날씨정보, 그리고 해당 날씨에서의 예측 발전량과 실제 발전량에 대한 전력정보를 수집한다. 정보수집부(170)는 통신부(미도시)를 통해 외부의 날씨서버(미도시), 전력서버(미도시) 등과 연결되어 날씨정보와 전력정보를 수집할 수 있다.
또한, 정보수집부(170)는 발전기(20)의 발전전력에 대한 정보를 수집한다.
데이터 처리부(180)는 정보수집부(170)를 통해 수집되는 날씨정보와 전력정보를 분석한다. 데이터 처리부(180)는 날씨정보를 분석하여 날씨예보와 실제 날씨에 따른 확률분포, 누적확률분포를 산출하고 그에 따른 확률밀도함수를 산출한다.
데이터 처리부(180)는 Copula 분석을 기반으로 과거 데이터를 분석 및 처리 할 수 있다. 또한, 데이터 처리부(180)는 날씨에 대한 예측값, 실제 날씨, 그에 따른 일조량 등의 상관관계를 분석한다. 데이터 처리부(180)는 Student's T Copula를 기반으로 변수들 간의 상관관계를 분석할 수 있다.
데이터 처리부(180)는 날씨정보 중, 일사량에 대한 데이터를 바탕으로 예보와 실측데이터간의 상관관계를 분석하여 확률밀도함수를 추정하고 이를 바탕으로 미래의 날씨예보에 따른 실제 일사량을 추정한다.
데이터 처리부(180)는 확률밀도함수에 따른 추정 일사량에 대하여 불확실성 분포를 분석한다. 또한, 데이터 처리부(180)는 전력정보를 바탕으로 발전예측량과 실제 발전량 사이의 관계를 분석한다.
데이터 처리부(180)는 예측정보에 대응하는 실제 출력의 분포를 확률밀도함수의 형태로 파악하여, 미래의 운영과 관련하여, 실제 운영일 이전에 예측정보를 활용하여 예상 PV출력 범위를 산정한다. 신뢰구간은 발전기의 설비 출력의 95% 로 설정할 수 있다.
SOC제어부(130)는 설정되는 충전모드와 방전모드에 대하여 에너지 저장 시스템(ESS)의 SOC를 제어한다. SOC제어부는 데이터를 바탕으로 에너지 저장 시스템의 배터리 상태에 대한 지령치(목표값)를 설정하고, 해당 목표값에 따라 에너지 저장 시스템의 배터리 상태가 유지될 수 이도록 충전 및 방전을 제어한다.
SOC제어부는 수집되는 과거의 데이터를 기반으로, 집중 제어 시간대를 설정하여 에너지 저장 시스템의 출력량을 관리한다.
이동평균 산출부(160)는 과거의 전력정보 또는 발전기의 발전전력에 대하여 일정 시간 단위로 이동 평균을 산출한다. 이동평균 산출부(160)는 발전기(20)의 발전전력의 실제 출력의 분포를 이동평균을 통해 분석한다.
비율제어부(140)는 산출된 이동평균을 바탕으로 램프율(Ramp rate)를 제어한다. 비율제어부(140)는 Ramp Rate 리미터로 작동한다.
비율제어부(140)는 일조량에 따른 발전기(20)의 다운램핑(Down raping)과 업램핑(Up-ramping)을 고려하여 시간에 따른 전력 변화율, 즉 램프율(Ramp rate)을 제어한다.
연산부(120)는 SOC제어부(130)의 차징 오프셋(Charging offset)의 설정값과 전력 비율제어 결과, 발전기의 발전량을 바탕으로 연산하여 에너지 저장 시스템의 출력전력(PBESS)과 에너지 저장 시스템(ESS)의 SOC 지령치를 산출한다.
제어부(110)는 에너지 저장 시스템(ESS)에 대한 충전과 방전 시기를 결정하고, 출력량의 급격한 변화를 방지하기 위하여 차징 오프셋(Charging offset)을 설정한다.
제어부(110)는 과거 전력량에 대한 데이터를 바탕으로 산출되는 이동평균과, 분석된 날씨정보의 일조량을 바탕으로 발전기(20)의 시간에 따른 전력 변화(램프율(Ramp rate))율을 제어함으로써 발전기의 발전량을 예측한다.
제어부(110)는 이동평균 산출부(160)에 의해 산출되는 이동평균과, 발전기(20)의 발전전력이 최대전력 또는 최소전력으로 전력을 생산하는 전력 변화율을 예측 및 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)에 대한 충전모드와 방전모드를 결정한다. 제어부(110)는 업램핑 동안 에너지 저장 시스템을 충전하고, 다운 램핑 동안 방전하도록 제어한다.
또한, 제어부(110)는 이동평균 계산으로 구성된 제어목표보다 PV 출력이 클 경우에만 충전을 수행하여 출력 변동성을 억제한다.
제어부(110)는 연산부에 의해 산출되는 출력전력(PBESS)에 따라 에너지 저장 시스템(ESS)(150)에서 전력을 출력한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치에 의한 에너지 저장 시스템의 충전 및 방전을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어장치(10)는 에너지 저장 시스템(ESS)(150)의 수익성을 고려하여 발전기(20)의 설비가 출력을 내는 낮 시간대에 에너지 저장 시스템(ESS)(150)을 충전하고 야간에 방전하는 것을 기본으로 에너지 저장 시스템을 제어한다.
제어부(110)는 과거의 전력정보를 바탕으로 산출된 이동 평균에 근거하여 집중 제어 시간대를 설정할 수 있다. 이동평균 산출부(160)는 전력정보에 대하여 일정 시간 단위로 평균을 산출 한다.
제어부(110)는 이동평균 산출부(160)의 이동평균 산출값을 바탕으로 제어목표(S1)를 설정하고, 실제 발전기(20)의 PV출력(S2)이 큰 경우에 대하여, 에너지 저장 시스템(ESS)(150)을 충전하도록 모드를 설정한다.
그에 따라 제어부(110)는 이동 평균을 기반으로 전체 출력, 공급전력의 변동성을 감소시킬 수 있다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 출력량을 제어하기 위한 제어장치의 동작을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어장치(10)는 기본적인 제어구조에 차징 오프셋(Charging Offset)을 적용하여 소규모 에너지 저장 시스템(ESS)의 PV 변동성 제어를 최대화하면서 에너지 저장 시스템(ESS)의 SOC를 관리한다.
제어장치(10)는 에너지 저장 시스템(ESS)의 PCS용량을 바탕으로, 충전 및 방전을 제어한다. 제어장치(10)는 발전전력이 급격하게 감소하는 경우(일정 시간 동안 일정값 이상 감소하는 경우), 에너지 저장 시스템의 출력전력을 통해 변동성을 제어하되, 발전량(S3)에 차징 오프셋(charging offset)(C1)을 적용한다. 제어장치(10)는 차징 오프셋을 적용한 값(S4)을 기준으로 에너지 저장 시스템에 대한 충전과 방전을 제어한다.
제어장치(10)는 발전전력의 변동성이 큰 구간에서 충전 위치의 제어를 수행하되, 발전전력이 급격하게 감소하는 경우에는 충전량(C5)을 감소시키거나 방전을 수행(C2)(C3)하도록 하고, 발전전력이 급격하게 증가하는 경우(일정 시간 동안 일정값 이상 증가하는 경우)에는 추가 충전 및 출력제한(Curtailment)(C6)을 통해 변동성(C4)을 제어한다.
그에 따라 제어장치(10)는 발전전력과 에너지 저장 시스템의 출력전력을 합한 공급전력에 대한 변동성을 일정 수준 이내로 제한할 수 있다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 SOC 및 충전모드 제어를 설명하는데 참조되는 도이다.
도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 제어장치(10)는 에너지 저장 시스템(ESS)에 대하여 충전 모드를 온, 오프 할 수 있다.
제어장치(10)는 충전모드에서 SOC 지령치를 증가시키고, 충전모드가 오프되면 SOC 지령치를 유지한다.
제어장치(10)는 에너지 저장 시스템의 충전 잔량과 관련하여 날씨정보와 전력정보를 바탕으로 SOC 지령치를 연산하여 에너지 저장 시스템을 제어하고, 또한 SOC지령치를 SOC제어부로 피드백하여 참조신호로 사용한다.
제어장치(10)는 불확실성 구간마다 SOC 지령치를 선형적으로 증가하여 일몰시에 100% 충전이 이루어지도록 한다.
그에 따라 제어장치(10)는 특정 시간대에 소규모 에너지 저장 시스템(ESS)의 한정된 PCS용량을 극대화하여 변동성을 억제하고, 낮 시간대에 에너지 저장 시스템(ESS)을 필요 용량까지 충전하여 수익을 극대화 할 수 있다.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 출력량을 제어하는 제어장치의 구성이 도시된 도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어장치(10)는 정보수집부(170)를 통해 수집되는 날씨정보(PV Forecast)와 과거의 전력정보를 데이터 처리부(180)를 통해 분석하여 날씨에 따른 일조량과 일조량에 따라 가변하는 발전량에 대하여 예측한다.
제어장치(10)는 분석결과를 바탕으로 에너지 저장 시스템(ESS)의 충전 잔량을 제어하기 위한 SOC값을 SOC제어부(130)에서 산출하고 차징 오프셋(Charging offset)을 적용한다.
또한, 제어장치(10)는 발전기(20)의 전력정보( PV Power)에 대한 이동평균을 이동평균 산출부(160)에서 산출하고, 비율제어부(140)는 설정된 램프율에 따라 제어한다.
제어장치(10)는 차징 오프셋의 적용값, 램프율에 따른 값, 발전전력값을 연산하여 에너지 저장 시스템의 출력전력과 SOC지령치를 산출한다. SOC 지령치는 SOC제어부(130)로 피드백 된다.
그에 따라 제어장치는 에너지 저장 시스템을 발전전력을 이용하여 충전하거나 또는 방전하여 에너지를 출력하는 것을 제어한다.
도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어장치의 제어방법이 도시된 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어장치(100의 정보수집부(170)는 날씨와 전력에 대한 정보를 수집한다(S310). 정보수집부(170)는 날씨에 대한 예보와 실제 날씨에 대한 데이터, 날씨에 따른 발전량에 대한 데이터를 처리한다.
데이터 처리부(180)는 예측날씨와 실제 날씨, 그리고 전력량에 대하여 누적 분포를 산출하고 이를 바탕으로 확률밀도함수를 추정한다(S320).
또한, 제어장치(10)는 불확실성 분포를 확인하고(S330), 변동성이 큰 시간대에 충정 방전에 대한 모드를 설정한다.
SOC 제어부는 에너지 저장 시스템에 대한 SOC를 산출하되, 변동성이 큰 시간대에 차징 오프셋(Charging offset)을 설정한다(S340).
한편, 발전기의 발전전력에 대응하여, 이동평균 산출부는 입력되는 발전전력에 대한 데이터를 바탕으로 이동평균을 산출하고(S350), 비율제어부(140)는 이동평균을 바탕으로 변화율이 일정값을 유지할 수 있도록 램프율을 제어한다(S360).
연산부는 SOC제어부의 차징 오프셋(Charging offset)이 적용된 출력값과 램프율데이터를 합산 또는 감산하는 연산과정을 수행한다(S370).
제어장치(10)는 산축된 SOC지령치(S380)에 따라 에너지 저장 시스템을 제어하고, 또한 SOC제어부로 피드백하여 다음 SOC 지령치를 산출하도록 한다.
또한, 제어장치(10)는 에너지 저장 시스템의 출력전력을 산출하여 에너지 저장 시스템의 출력전력과 발전기의 발전전력이 합산된 공급전력을 출력하도록 한다.
7 은 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치에 의해 제어되는 에너지 저장 시스템의 맑은 날의 에너지 변화가 도시된 예시도이다.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 맑은 날 태양광 발전기에서, 태양광에 의한 발전전력에 있어서 제어장치의 제어방식(proposed)에 따른 예측값(S11)과 실제 발전전력이 유사하게 나타난다.
도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 제어장치(10)는 에너지 저장 시스템의 출력전력을 (S13)을 적은 변동률로 제어할 수 있다. 램프율에 따른 제어(S15)와 이동평균에 따른 제어(S14) 또한 적은 변동률도 전력을 출력한다.
도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 제어장치(10)는 본 발명의 제어방식(S16)에 따라 SOC지령치를 제어한다. 본 발명의 제어방식(S16)에 따라 SOC는 증가하다가 일정 시간 유지하고 다시 증가하도록 구성된다. 제어장치(10)는 불확실성 구간 마다 선형적으로 SOC를 증가시키고, 충전모드가 오프되면 SOC를 유지한다. 이를 바탕으로 제어장치는 일몰 전까지 에너지 저장 시스템의 배터리를 100% 충전할 수 있다.
반면, 실제 램프율에 따른 제어(S18)와 이동평균에 따른 제어(S17)의 경우, 맑은 날 SOC가 일정하게 증가한다.
도 7의 (d)에 도시된 바와 같이, 제어장치(10)는 차징 오프셋(Charging offset)과 에너지 저장 시스템의 충전 및 방전을 통해 출력량을 제어함에 따라, 램프율 제어(S20)와 이동평균에 따른 제어와 비교할 때, 본 발명의 제어방식에서 안정적으로 램프율이 변화하게 된다.
제어장치(10)는 맑은 날, 제어방식에 따라 지정된 범위 내에서 변동성을 제어할 수 있다.
도 8 은 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치에 의해 제어되는 에너지 저장 시스템의 흐린 날의 에너지 변화가 도시된 예시도이다.
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 흐린 날 일조량의 변화에 따라 목표값과 발전전력이 변화한다. 제어장치(10)는 흐린 날 각종 제어방법에 따라 에너지 저장 시스템 및 공급전력에 대한 변동성을 억제한다.
도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 제어장치(10)는 각각 램프율 제어(S25), 이동평균제어(S24), 그리고 차징 오프셋(Charging offset)이 적용되는 본 발명의 제어장치의 제어방식(S23)에 따라 제어할 수 있다. 본 발명의 제어방식(S23)에 따르면, 발전전력이 변동성이 증가함에 따라 에너지 저장 시스템(ESS)의 출력전력이 특정 시간대에 변화한다.
도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제어장치(10)는 SOC를 제어할 수 있다. 또한, 도 8의 (d)에 도시된 바와 같이, 램프율은 기존의 이동평균에 따른 제어 방식(S31)에서 변동성이 크게 나타나고 램프율 제어방식(S30)의 경우, 일정 범위 내에서 변화하되 이동평균에 따른 제어보다 안정적으로 변화하고, 본 발명의 제어방식의 경우(S29)에는 램프율 제어방식에 비해 안정적으로 램프율이 변화하고, 본 발명의 제어방식(S29)의 경우 안정적으로 제어할 수 있다.
제어장치는 에너지 저장 시스템(ESS)이 충전위주의 출력제어를 하도록 함으로써, 변동성을 억제할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 제어장치 20: 발전기
110: 제어부 120: 연산부
130: SOC제어부 140: 비율제어부
150: 에너지 저장부 160: 이동평균 산출부
170: 정보 수집부 180: 데이터 처리부

Claims (14)

  1. 발전기;
    에너지 저장 시스템(ESS); 및
    상기 에너지 저장 시스템의 충전 및 방전을 제어하는 제어장치;를 포함하고,
    상기 제어장치는 상기 발전기의 발전전력의 변화율에 대응하여 상기 에너지 저장 시스템으로 에너지를 충전하거나 방전하도록 제어하고,
    상기 발전전력의 변화율에 대응하여 차징 오프셋(Charging offset)을 설정하여 상기 에너지 저장 시스템의 출력전력을 제어하고 상기 발전전력과 상기 출력전력을 합산한 공급전력이 일정하게 출력되도록 하고,
    상기 제어장치는 과거의 전력정보를 바탕으로 산출된 이동 평균에 근거하여 집중 제어 시간대를 설정하고, 상기 발전기의 발전전력에 대한 이동평균 산출값을 바탕으로 제어목표를 설정하여, 상기 발전기의 발전전력이 상기 제어목표보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 시스템(ESS)을 충전하도록 하고,
    일정 시간 동안의 발전전력의 증가량이 일정값 이상인 경우, 출력제한(Curtailment)을 수행하고,
    일정 시간 동안의 상기 발전전력의 감소량이 일정값 이상인 경우, 상기 차징 오프셋(Charging offset)을 적용하여 상기 에너지 저장 시스템의 충전과 방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치는 낮 시간대 상기 발전전력을 이용하여 상기 에너지 저장 시스템을 충전하고 야간에 상기 에너지 저장 시스템을 방전시키고,
    상기 발전전력의 변동성이 큰 구간에 상기 에너지 저장 시스템을 통해 변동성을 감소시키는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 제어장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치는 날씨예보와 실제 측정된 날씨정보에 따른 데이터를 분석하고, 일사량에 따른 발전량을 예측하여 상기 에너지 저장 시스템의 출력전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 제어장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 날씨정보에 대한 누적확률분포를 산출하고, 이로부터 확률밀도함수를 산출하고 날씨와 전력량에 대한 상관관계를 분석하여 산출되는 예측값에 따라 상기 에너지 저장 시스템을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 제어장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 발전전력의 변동에 대응하여, 상기 차징 오프셋(Charging offset)을 설정하여 상기 에너지 저장 시스템이 충전을 중심으로 동작하도록 설정하고, 램프율(Ramp-rate)에 따른 변화율을 바탕으로 상기 에너지 저장 시스템이 충전하거나 방전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 제어장치.
  8. 날씨정보와 전력정보를 수집하는 단계;
    날씨예보와 실제 날씨, 일조량에 따른 발전량에 대한 정보를 바탕으로 발전기의 발전전력을 예측하는 단계;
    과거의 전력정보를 바탕으로 산출된 이동 평균에 근거하여 집중 제어 시간대를 설정하는 단계;
    상기 발전전력의 이동평균 산출값을 바탕으로 제어목표를 설정하는 단계;
    예측값에 따라 에너지 저장 시스템(ESS)의 출력전력을 제어하되, 상기 발전전력의 변화율에 대응하여 상기 에너지 저장 시스템의 충전과 방전을 제어하는 단계;
    상기 발전전력의 변화율을 기반으로 상기 발전전력에 대한 차징 오프셋(Charging offset)을 설정하여 상기 에너지 저장 시스템의 출력량을 제어하는 단계; 및
    상기 발전전력과 상기 출력전력을 합산한 공급전력이 일정하게 출력되도록 제어하는 단계; 를 포함하고,
    상기 에너지 저장 시스템의 충전과 방전을 제어하는 단계는,
    상기 발전전력이 상기 제어목표보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 시스템(ESS)을 충전하는 단계;를 포함하고,
    상기 에너지 저장 시스템의 출력량을 제어하는 단계는,
    일정 시간 동안의 발전전력의 증가량이 일정값 이상인 경우, 출력제한(Curtailment)을 수행하는 단계; 및
    상기 일정 시간 동안의 상기 발전전력의 감소량이 일정값 이상인 경우, 상기 차징 오프셋(Charging offset)을 적용하여 상기 에너지 저장 시스템의 충전과 방전을 제어하는 단계;를 포함하는 에너지 저장 시스템 제어장치의 제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    낮 시간대 상기 발전전력을 이용하여 상기 에너지 저장 시스템을 충전하고 야간에 상기 에너지 저장 시스템을 방전시키는 단계; 를 더 포함하는 에너지 저장 시스템 제어장치의 제어방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 발전기의 발전전력을 예측하는 단계는,
    날씨예보와 실제 측정된 날씨정보에 따른 데이터를 분석하는 단계;
    상기 날씨정보와 상기 전력정보의 관계를 분석하는 단계; 및
    상기 날씨정보 중 일사량에 따른 발전량을 예측하는 단계; 를 더 포함하는 에너지 저장 시스템 제어장치의 제어방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 발전기의 발전전력을 예측하는 단계는,
    상기 날씨정보에 대한 누적확률분포를 산출하고, 상기 누적확률분포로부터 확률밀도함수를 산출하여 날씨와 전력량에 대한 상관관계를 분석하고, 상기 발전전력의 예측값을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템 제어장치의 제어방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 발전전력의 변동에 대응하여, 상기 차징 오프셋(Charging offset)을 설정하여 상기 에너지 저장 시스템이 충전을 중심으로 동작하도록 설정하고, 램프율(Ramp-rate)에 따른 변화율을 바탕으로 상기 에너지 저장 시스템이 충전하거나 방전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템 제어장치의 제어방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016103915A (ja) 2014-11-28 2016-06-02 株式会社Ｃｏ２Ｏ 蓄電池システムおよび蓄電方法
JP2016226238A (ja) * 2015-06-03 2016-12-28 株式会社日本製鋼所 再生可能エネルギー出力システム、再生可能エネルギー出力変動抑制方法および再生可能エネルギー出力変動抑制プログラム

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101752465B1 (ko) * 2014-08-29 2017-07-03 순천대학교 산학협력단 주간모드 및 야간모드 기능을 구비한 태양광발전 시스템의 제어 방법
KR101712618B1 (ko) 2015-08-10 2017-03-07 주식회사 솔바인 배터리 에너지 저장 시스템의 제어장치
US10734811B2 (en) * 2017-11-27 2020-08-04 Ihi Inc. System and method for optimal control of energy storage system
KR102710079B1 (ko) * 2019-09-27 2024-09-26 한국전력공사 에너지저장장치에 대한 충방전 자동 스케줄링 장치 및 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016103915A (ja) 2014-11-28 2016-06-02 株式会社Ｃｏ２Ｏ 蓄電池システムおよび蓄電方法
JP2016226238A (ja) * 2015-06-03 2016-12-28 株式会社日本製鋼所 再生可能エネルギー出力システム、再生可能エネルギー出力変動抑制方法および再生可能エネルギー出力変動抑制プログラム

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