KR102575039B1 - Fast dr을 위한 통합 컨트롤러 및 이를 포함하는 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 FAST DR 관리를 위한 서버와 연동되는 FAST DR을 위한 통합 컨트롤러는, 상기 서버로부터 FAST DR 발령 정보를 수신하고, 부하와 연동되는 계측수단으로부터 전력 및 주파수 데이터를 수신하는 통신부; 및 상기 부하에 공급되는 전력 또는 주파수를 조절하는 제어수단과 연동되어 상기 통신부로부터 수신된 상기 전력 및 주파수 데이터에 기초하여 상기 제어수단을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제어수단의 종류에 따라 상기 부하에 공급되는 전력을 차단하거나 상기 부하에 공급되는 전력이 증감되도록 조절한다.
Description
본 발명은 FAST DR을 위한 통합 컨트롤러 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것으로, 전력 수요에 맞춰 전력을 제어할 수 있는 FAST DR을 위한 통합 컨트롤러 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
세계는 기후 위기의 심각성을 공감하며 화석연료 기반의 발전 등에 대한 문제 의식이 커지면서, 상대적으로 환경 오염 문제로부터 자유로운 풍력, 태양광 및 조력 발전과 같은 신재생 에너지가 대안으로 제시되고 있다.
하지만, 신재생 에너지는 정래의 화석연료 기반의 발전 또는 원자력 발전에 비하여 전력 공급의 변동성이 클 수 밖에 없으며, 발전량이 안정적으로 유지되지 못하고 전력수급에 문제가 발생하게 되면 정상적인 전력망의 주파수 유지가 어렵게 된다.
이에 전력망의 주파수 변동에 따른 위험을 방지하기 위해 주파수 추종 운전 또는 자동발전 제어운전을 운용하여 발전량을 제어하지만, 신재생 에너지의 비중이 높아질수록 발전량 제어에 한계가 있을 수 밖에 없다. 특히나 전기차, 스마트 인터넷, AI 등의 4차 산업혁명기술 도입으로 인해 전력 수요의 폭발적인 증가가 예상되고 있는 요즘, 전력 공급의 증가뿐만 아니라 수요자 차원의 에너지 수요관리가 점점 중요해지고 있다.
이러한 에너지 수요관리로 수요 반응(DR, Demand Response)이 있으며, 기존의 수요 반응 자원 관리는 전력계통 피크와 발전비용절감 측면에서 운용되고 있는 바, 전력망의 주파수가 정상적인 주파수 범위를 벗어나게 되는 상황이 감지되었을 때, 전력 수요자에게 응동을 요청하는 기존의 수요 반응 자원 관리 방식으로는 비정상 주파수 범위에 따른 전력망의 조속한 안정화를 달성하는데 한계가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 신재생 에너지 변동성에 대응하여 국내 전력거래소에서 시행하고 있는 부하사용차단을 통한 전력계통 주파수 정상화(주파수 DR)는 물론, 전력 수요에 반응하여 전력사용량을 증감함으로써 전력계통을 정상화할 수 있는 FAST DR을 위한 통합 컨트롤러 및 이를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 FAST DR 관리를 위한 서버와 연동되는 FAST DR을 위한 통합 컨트롤러는, 상기 서버로부터 FAST DR 발령 정보를 수신하고, 부하와 연동되는 계측수단으로부터 전력 및 주파수 데이터를 수신하는 통신부; 및 상기 부하에 공급되는 전력 또는 주파수를 조절하는 제어수단과 연동되어 상기 통신부로부터 수신된 상기 전력 및 주파수 데이터에 기초하여 상기 제어수단을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제어수단의 종류에 따라 상기 부하에 공급되는 전력을 차단하거나 상기 부하에 공급되는 전력이 증감되도록 조절한다.
여기서 상기 제어부는, 상기 제어수단이 상기 부하에 전력을 공급하기 위한 배전용 제어패널이면, 상기 부하별로 매칭되는 릴레이 모듈을 제어하여 온/오프(on/off) 신호가 상기 배전용 제어패널로 전달되도록 하는 릴레이 제어부를 포함하고, 상기 릴레이 제어부는, 상기 부하에 공급되는 전력의 주파수에 기초하여 상기 릴레이 모듈의 접점 동작 시간을 제어하여 기설정된 시간동안 상기 부하에 공급되는 전력을 차단할 수 있다.
한편 상기 제어부는, 상기 제어수단이 아날로그 인풋(Analog Input) 신호를 수신할 수 있는 제어수단이면, 상기 부하별로 매칭되는 아날로그 아웃풋 모듈을 제어하여 상기 제어수단의 출력전압 및 전류를 조절하기 위한 신호가 상기 제어수단으로 전달되도록 하는 아날로그 아웃풋 제어부를 포함하고, 상기 아날로그 아웃풋 제어부는, 상기 부하에 공급되는 전력의 주파수에 기초하여, 상기 아날로그 아웃풋 모듈의 출력전압 및 전류를 제어하여 상기 제어수단의 출력 주파수를 증감시킬 수 있다.
그리고 상기 제어부는, 상기 제어수단이 부하에 전력을 공급하는 태양광 발전소의 인버터이면, 상기 계측수단으로부터 수집되는 전력계통의 주파수가 기설정된 범위에 해당하면 상기 제어수단이 일정시간동안 상기 전력계통과 분리되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 태양광 발전소의 인버터가 ESS(Energy Sotrage Sysptem) 또는 UPS(Uninterruptible)와 연계되어 있고, 상기 제어수단과 상기 전력계통의 분리된 시간이 상기 일정시간을 초과한 이후 상기 전력계통과 연결되었으나 상기 전력계통의 주파수가 상기 기설정된 범위에 해당하면, 상기 ESS 또는 UPS가 충전되도록 제어할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 전력계통의 주파수가 기설정된 범위에 해당하면 단기 비정상 또는 장기 비정상 중 하나로 구분하되, 상기 단기 비정상의 횟수가 소정의 횟수를 초과하면 단기 비정상을 장기 비정상으로 판단할 수 있다.
나아가 본 발명은 상기 FAST DR을 위한 통합 컨트롤러를 포함하는 시스템을 제공할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 신재생 에너지 변동성에 대응하여 국내 전력거래소에서 시행하고 있는 부하사용차단을 통한 전력계통 주파수 정상화(주파수 DR)는 물론, 전력 수요에 반응하여 전력사용량을 증감시켜 전력계통을 정상화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 컨트롤러의 구성을 설명하기 위한 블록도, 그리고,
도 2는 발명의 FAST DR을 위한 통합 컨트롤러를 포함하는 시스템에 대한 개략도이다.
도 2는 발명의 FAST DR을 위한 통합 컨트롤러를 포함하는 시스템에 대한 개략도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 컨트롤러(10)의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
본 실시예에 따른 FAST DR을 위한 통합 컨트롤러(10)는 부하 사용자와 계약을 맺고 필요 시 부하 사용자에게 전력 증감 지시를 내리거나 감축량 모니터링을 실시하는 관리사업자에 의해 구축되는 서버(S)와 연동되며, 현재 전력주파수에 따라 수요반응자원의 수요 응동을 제어하기 위해 마련되는 것으로, 서버(S)로부터 FAST DR 발령 정보를 수신할 수 있다.
그리고 관리사업자에 의해 구축되는 서버(S)는 전력거래소 또는 전력회사에 의해 구축되어 부하 전력의 감축이 필요한 경우 감축 요청을 실시하는 관제센터(C)와 연결됨으로써, 본 실시예에 따른 FAST DR을 위한 통합 컨트롤러(10)가 관제센터(C)와도 통신이 가능할 수 있다. 통합 컨트롤러(10)가 관제센터(C)와 통신하는 경우, 통합 컨트롤러(10)와 관제센터(C)가 직접 통신을 수행하거나 관리사업자에 의해 구축되는 서버(S)를 통해 관제센터(C)로 정보를 송수신할 수도 있다.
또한, 통합 컨트롤러(10)는 부하(50)에 설치 또는 연결된 계측수단(70)에 의해 측정된 부하(50)에 걸리는 전력의 크기 및 주파수 데이터를 수신하고, 부하(50)에 공급되는 전력을 제어하는 제어수단(30)으로 제어신호를 전송할 수 있다.
이를 위해 본 통합 컨트롤러(10)는 통신부(11), 입력부(13), 제어부(15), 저장부(17) 및 출력부(19)를 포함하여 마련될 수 있다.
통신부(11)는 부하 사용자와 계약을 맺고 필요시 부하사용자에게 전력 증감 지시를 내리거나 감축량 모니터링을 실시하는 관리사업자에 의해 구축되는 서버(S)와 통신하여 각종 정보를 송수신하고, 부하(50)에 설치되거나 부하(50)에 연결된 계측수단(70)로부터 부하(50)에 걸리는 전력의 크기 및 주파수 데이터를 수신받을 수 있다.
이를 위해 통신부(11)는 관리사업자에 의해 구축되는 서버(S)로부터 통합 컨트롤러(10)의 ID를 할당받아 저장부(17)에 저장되도록 할 수 있다. 그리고 통신부(11)는 와이파이(Wifi), 이더넷, 지그비(Zigbee) 및 LoRa(Long Range) 등 을 포함하는 일반적인 통신방법 중 하나의 통신방식일 수 있다.
그리고 통신부(11)는 사용 전력량 및 주파수와 같은 부하(50)의 상태에 따라 부하 전력의 감축이 필요한 경우 관제센터(C)로부터 감축 요청 신호를 수신할 수 있다.
또한 통신부(11)는 부하(50)에 설치 또는 연결된 계측수단(70)에 의해 측정된 부하(50)에 걸리는 전력의 크기 및 주파수 데이터를 수신하고 이를 저장부(17)에 저장되도록 할 수 있다.
그리고 통신부(11)가 통신 방식으로 IoT에 사용하는 저전력 LoRa(LongRange) 모듈로 마련되는 경우, LoRa 모듈별 ID를 설정하고, LoRa 모듈별 부하 ID를 매칭하여 맵핑되도록 하여 모듈별로 어떠한 부하(50)에 연동되어 동작하는지에 대해 정의할 수 있다. 이러한 설정 및 정의는 관리사업자에 의해 구축되는 서버(S)를 통해 수행될 수 있다.
또한 통신부(11)는 모드버스(Modbus) 통신프로토콜을 이용하여 계측수단(70)과 통신하고, 다양한 종류의 EMS 연동에 사용하거나 인버터를 포함하는 제어수단(30)과 연동함으로써, 전력량 데이터, 주파수, 유효전력, 무효전력 등의 데이터를 계측하거나 제어수단(30) 또는 EMS(Energy Management System)를 통해 부하(50)설비를 제어할 수도 있다.
한편 입력부(13)는 관리자로부터 각종 명령을 직접 입력받기 위해 마련되는 것으로, 사용자 인터페이스(UI)에 따라 출력부(19)를 통해 출력되는 복수개의 선택 버튼 중 임의의 선택 버튼에 대한 선택을 입력받을 수 있다.
이러한 입력부(13)가 관리자로부터 입력받는 것은 전원의 온오프, 통신부(11)에 대한 설정, 제어부(15)에 대한 설정, 수요반응의 종류 등의 정보를 입력받는 것일 수 있다.
한편, 제어부(15)는 부하(50)를 직접 제어하기 위해 마련되는 것으로 복수개의 부하(50)들에 공급되는 전력을 제어하는 기존의 제어수단(30)과 연동되어 온/오프 신호 또는 아날로그 출력 신호를 통해 전력량을 제어하기 위해 마련될 수 있다.
이러한 제어부(15)는 부하(50)에 걸리는 전력의 크기 및 주파수 데이터와 관제센터(C) 또는 서버(S)로부터의 발령정보를 기초로 부하(50)의 전력을 제어하는 제어수단(30)에 제어신호를 전송하여 부하(50)에 걸리는 전력의 크기를 조절할 수 있다.
본 실시예에 따른 통합 컨트롤러(10)는 보드로 제조될 수 있는데, 이러한 통합 컨트롤러(10) 내에는 릴레이 모듈, 아날로그 아웃풋 모듈, 모드버스 모듈 등을 포함할 수 있다. 이러한 릴레이 모듈, 아날로그 아웃풋 모듈 및 모드버스 모듈은 각각 고유의 ID를 할당받을 수 있다.
이를 위해 제어부(15)는 제어하는 모듈의 종류에 따라 릴레이 제어부(151) 및 아날로그 아웃풋 제어부(153)를 포함하여 마련될 수 있다.
릴레이 제어부(151)는 관리사업자에 의해 구축되는 서버(S)에 의해서 보드에 마련된 릴레이 모듈마다 부하(50)의 ID가 매칭되므로 릴레이 모듈이 어떠한 부하(50)에 연동되어 동작하는지에 대해 정의될 수 있다.
그리고 이러한 릴레이 모듈은 릴레이 모듈마다 A 점점 방식, B 접점 방식 또는 자기유지회로 방식 중 하나로 설정될 수 있으며, 부하(50)측에 연결된 기존의 제어수단(30)과 연동하여 온/오프 신호를 제어수단(30)으로 전달할 수 있게 된다. 여기서의 제어수단(30)은 부하(50)와 연결되는 배전용 제어패널일 수 있다.
이를 위해 릴레이 제어부(151)는 릴레이 모듈별 접점 동작 시간을 기설정된 시간동안 제어할 수 있으며, 기설정된 접점 동작 시간은 1초 내지 수분 및 무제한 중에 하나로 특정될수 있다. 이는 관리사업자에 의해 구축된 서버(S)로부터 입력받거나, 입력부(13)를 통한 입력에 의해 사전에 설정될 수 있다.
보다 구체적으로 릴레이 제어부(151)가 릴레이 모듈의 동작을 위해 릴레이 모듈별로 트리거 동작 주파수를 설정하여 해당 동작 주파수에 설정된 접점 방식으로 동작하도록 할 수 있다. 예를 들어 1번 ID를 갖는 릴레이 모듈이 1번 부하(50)와 연결되는 1번 제어수단(30)과 연결되어 있다고 가정하고, 관리사업자에 의해 구축된 서버(S) 또는 관리자가 입력부(13)를 통해 1번 릴레이 모듈이 동작해야하는 동작 주파수를 온/오프로 나누어 사전에 설정한다.
그리고 릴레이 제어부(151)는 1번 부하(50)와 연결된 계측수단(70)으로부터 1번 부하(50)에 할당된 주파수가 사전에 설정된 오프에 해당하는 트리거 주파수이면 릴레이 제어부(151)는 1번 제어수단(30)으로 오프신호를 보낼 수 있다.
만약 릴레이 제어부(151)는 1번 부하(50)와 연결된 계측수단(70)으로부터 1번 부하(50)에 할당된 주파수가 사전에 설정된 온(on)에 해당하는 트리거 주파수이면 릴레이 제어부(151)는 1번 제어수단(30)으로 온(on) 신호를 보낼 수 있다.
이때 릴레이 제어부(151)는 접점 동작시간이 별도로 지정되어 있는 경우라면 온(on) 신호를 생성하기 위한 동작 트리거 주파수를 입력할 수 없도록 제어할 수도 있다.
구체적으로 오프(off) 동작의 트리거 주파수와 오프(off)의 유지시간은 1분 내지 수분 내에서 설정될 수 있는데, 만약 오프(off)의 유지시간이 1분으로 설정되어 있다고 가정하면, 온(on) 동작의 트리거 주파수는 설정되지 않고, 오프(off) 유지시간 이후에 온(on) 동작이 실행되도록 설정될 수 있다. 오프(off) 동작의 유지시간은 서버(S)로부터 전달받거나 관리자에 의해 사전에 설정될 수도 있다.
그리고 릴레이 제어부(151)는 릴레이 모듈의 동작 트리거가 설정되지 않고, 서버(S)로부터 수신되는 신호를 통해 릴레이 모듈의 온/오프 동작을 제어할 수 있다.
이러한 릴레이 제어부(151)를 통해 본 실시예에 따른 통합 컨트롤러(10)는 전력 주파수 데이터를 기초로 부하에 공급되는 전력을 감축시킬 수 있게 된다.
한편 아날로그 아웃풋 제어부(153)는 통합 컨트롤러(10)가 아날로그 인풋(Analog Input) 신호를 받을 수 있는 제어수단(30)과 연동되면, 아날로그 아웃풋 모듈을 제어하여, 단순히 온/오프 동작이 아닌 제어수단(30)의 출력 증감하기 위해 마련된다. 아날로그 인풋 신호를 받을 수 있는 제어수단(30)이라 함은 인버터 또는 부하출력증감장치일 수 있다.
아날로그 아웃풋 모듈은 상술한 바와 같이 각각의 아날로그 아웃풋 모듈은 고유의 ID를 할당받을 수 있고, 각각의 아날로그 아웃풋 모듈별로 아웃풋의 출력 방식이 지정될 수 있다. 여기서 지정되는 출력방식은 0vDC 내지 10vDC 또는 4mA 내지 20mA로 지정될 수 있다.
그리고 이러한 아날로그 아웃풋 모듈은 상술한 릴레이 모듈과 마찬가지로 서버(S)에 의해서 보드에 마련된 아날로그 아웃풋 모듈마다 부하의 ID가 매칭되므로 각각의 아날로그 아웃풋 모듈이 어떠한 부하(50)에 연동되어 동작하는지에 대해 정의될 수 있다.
따라서 아날로그 아웃풋 제어부(153)는 전달받은 목표전력과 같은 발령정보 데이터를 기초하여 출력 주파수를 결정하고, 결정된 출력 주파수에 따라 부하(50)와 연결된 제어수단(30)으로 출력 신호를 전달함으로써 제어수단(30)의 출력 주파수를 제어할 수 있다. 그리고 전력 주파수 대비 감축률은 관제센터(C)에 의해 결정될 수 있다.
그리고 아날로그 아웃풋 제어부(153)는 아날로그 아웃풋 모듈의 트리거 신호에 따라 아날로그 아웃풋 모듈의 동작을 제어할 수 있다. 아날로그 아웃풋 제어부(153)는 서버(S)로부터 주파수신호에 따른 제어값을 수신하면 그에 대응하여 제어수단(30)의 출력을 증감시키도록 아날로그 아웃풋 모듈을 제어하고, 서버(S)로부터 제어종료를 요청하는 신호가 수신되면 아날로그 아웃풋 모듈의 제어를 종료하여 제어수단(30)의 출력 주파수를 제어할 수 있다.
이와 함께 아날로그 아웃풋 제어부(153)는 서버(S)의 신호가 아닌 전력계통 주파수에 기초하여 아날로그 아웃풋 모듈을 제어할 수도 있다.
아날로그 아웃풋 제어부(153)는 아날로그 아웃풋 모듈의 동작을 위한 최저 주파수 또는 동작을 위한 최대 주파수를 사전에 설정하고, 계측수단(70)으로부터 계측된 주파수에 따라 제어수단(30)의 출력을 증감시킬 수 있다.
그리고 아날로그 아웃풋 제어부(153)는 제어수단(30)의 출력 주파수에 따른 부하 설비의 전력 사용량을 정확하게 제어하기 위해서 축동력은 회전수 변화의 세제곱에 비례한다는 축동력에 대한 상사법칙을 활용하여 목표 전력에 따른 출력 주파수를 구할 수 있다.
축동력의 최대 주파수 입력 허용범위는 일반적으로 0~60Hz이므로, 목표전력량에 따른 제어수단(30)의 출력 주파수는 음수인 경우에는 0Hz로, 60Hz가 초과된 경우에는 60Hz로 설정될 수 있으며, 이러한 최소 및 최대 주파수 범위는 설비특성에 따라 달라질 수 있으므로, 이는 해당설비의 특성에 따라 관리자에 의해 얼마든지 설정변경가능할 것이다.
그리고 제어부(15)는 사용자 인터페이스(UI, User Interface)에 따라 출력부(19)를 통해 각 구성의 설정을 위한 메뉴가 디스플레이 되도록 제어할 수도 있다.
또한 제어부(15)는 제어수단(30)이 부하(50)에 전력을 공급하는 태양광 발전소의 인버터 또는 태양광 EMS(Energy management system)인 경우 태양광 발전소와 연계하여 발전량을 제어할 수 있다.
이를 위해 제어부(15)는 태양광 발전소의 인버터인 제어수단(30)의 전력계통 주파수가 비정상적인 범위인 경우, 인버터 또는 EMS인 제어수단(30)의 차단기와 릴레이를 이용하여 정해진 시간 동안 차단을 하게 된다.
이를 위해 제어부(15)는 계측수단(70)으로부터 수집되는 전력계통의 주파수를 지속적으로 확인하며, 주파수가 비정상적인 범위에 해당하는 것으로 판단되면 제어수단(30)에 신호를 전송하여 일정 차단시간동안 계통과 분리되도록 제어한다.
그리고 제어부(15)는 전력계통 주파수가 정상 범위(60Hz±0.2Hz)로 돌아온 것으로 판단되면 제어수단(30)을 재폐로하여 전력계통과 연결되도록 할 수 있다.
한변 제어부(15)는 이상의 일정 차단시간을 초과하였으나, 여전히 계통 주파수가 비정상적인 범위에 해당하는 것으로 판단되고, 태양광 발전소가 ESS(Energy Storage System) 또는 UPS(Uninterruptible Power Equipment)와 연계되어 있으면 ESS 또는 UPS에 발전량을 충전한다.
이 때 발전량의 합계가 ESS 및 UPS의 용량을 초과하지 않도록 해야하며, 만약 발전량의 합계가 ESS 및 UPS의 용량을 초과하면 제어수단(30)인 인버터의 차단기를 재폐로 하여 전력계통과 연결되도록 한다.
이를 위해 제어부(15)는 수요관리사업에 의해 설정된 태양광 발전소의 이름 및 ID를 설정하고, 연계되는 태양광 발전소의 인버터인 제어수단(30)과의 통신 방법을 설정할 수 있는데, 시리얼 및 TCP/IP 통신을 통해 제어수단(30)을 직접 제어하거나, 서버(S)에 요청하여 제어수단(30)을 제어할 수도 있다.
그리고 제어부(15)는 ESS 또는 UPS와의 통신 방법으로 제어수단(30)과 마찬가지로 시리얼 및 TCP/IP 통신을 통해 제어수단(30)을 직접 제어할 수 있다. 또는 제어부(15)는 서버(S)에 요청하여 ESS 정보를 수신하고 제어를 요청할 수도 있으며, 이 경우에는 MQTT 서버와 같은 양방향 통신을 위한 체계가 구축되어 있는 경우에만 사용할 수 있을 것이다.
또한 제어부(15)는 제어수단(30)인 인버터 또는 EMS의 모델별 통신맵에 대한 메타데이터를 서버(S)에 요청하여 수신하여 인버터 또는 EMS모델 업데이트를 수행할 수 있다.
그리고 제어부(15)는 전력계통 주파수의 범위에 따라 제어수단(30)인 인버터 또는 EMS를 제어하여 태양광 발전소의 차단 시간을 설정할 수 있으며, 이러한 차단시간은 사전에 저장부(17)에 저장되어 있을 수 있다.
이하에서는 제어부(15)가 다른 실시예에 따라 전력계통 주파수가 비정상적인 범위에 해당하는 경우 제어수단(30)인 인버터 또는 EMS를 제어하여 ESS(Energy Storage System) 또는 UPS(Uninterruptible Power Equipment)와 연계되어 있는 태양광 발전소를 제어하는 방법에 대해 보다 자세히 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 제어부(15)는 전력계통 주파수가 단기 비정상인 경우와 장기 비정상인 경우로 구분하여 태양광 발전소를 제어할 수 있다. 여기서 단기는 상술한 사전에 설정된 차단시간 이하이거나 사용자에 의해 차단시간과는 별개로 설정될 수 있다.
상술한 바와 같이 제어부(15)는 전력계통 주파수를 지속적으로 확인하며, 전력계통 주파수가 비정상적인 범위에 해당하면 인버터인 제어수단(30)에 명령하여 차단시간동안 계통과 분리하게 된다. 이후 차단시간 이내에 전력계통 주파수가 정상 범위로 돌아오면 단기 비정상인 경우인 것으로 판단하고, 재폐로 하여 전력계통과 연결할 수 있다.
하지만 전력계통 주파수가 단기 비정상인 경우로 판단되어 재폐로하여 전력계통과 연결을 수행한 이후에 또 다시 전력계통 주파수가 비정상적인 범위에 해당하여 계통과 분리하는 과정이 반복될 수도 있다.
이에 제어부(15)는 전력계통 주파수가 단기 비정상적인 경우에 해당하는 횟수가 일정 횟수 이상 반복되면 단기 비정상이 아닌 장기 비정상인 경우로 구분하도록 설정될 수 있다. 여기서 단기 비정상의 횟수를 카운팅하는 것은 비정상범위인 것으로 확인된 후 차단시간 내에 정상범위로 되돌아온 횟수에 기초하여 카운팅할 수 있다.
따라서 제어부(15)는 차단시간 경과 후 확인한 전력계통의 주파수가 정상 범위로 돌아오더라도 전력계통 주파수가 비정상범위에 해당하는 경우가 잦으면 장기 비정상인 경우로 구분할 수 있다. 이를 위해 사전에 단기 비정상을 장기 비정상으로 구분하기 위한 소정의 횟수가 사전에 설정될 수 있으며, 카운팅된 단기 비정상의 횟수가 사전에 설정된 횟수를 초과하면 장기 비정상인 경우로 구분할 수 있다.
그리고 제어부(15)는 장기 비정상인 경우에는 상술한 바와 같이 일정 차단시간을 초과하였으나 여전히 계통 주파수가 비정상적인 범위에 해당 하는 것으로 판단하는 경우와 마찬가지로, 태양광 발전소의 발전량이 ESS 또는 UPS에 충전되도록 할 수 있다.
또한 제어부(15)는 장기 비정상으로 판단되어 ESS 또는 UPS를 충전하여 ESS 또는 UPS의 용량이 완전히 채워지면 다시 주파수를 재확인하게 되고, 이 때 계통 주파수가 정상이면 다시 전력계통과 연결되도록 한다.
만약 ESS 또는 UPS의 용량이 완전히 채워진 후 주파수를 재확인하였으나 여전히 계통 주파수가 비정상인 것으로 확인되면 전력계통과 연결 후 계통 주파수의 비정상 범위 상태를 확인하되 비정상 범위 상태가 일정시간 이상 지속되면, 제어부(15)는 ESS 또는 UPS의 충전 전원을 다른 부하에 사용하도록 제어하여 ESS 또는 UPS를 방전되도록 한다. 그러고나서 제어부(15)는 전력 계통과의 연결을 차단하고, 다시 ESS 또는 UPS에 발전량이 충전되도록 할 수 있다.
한편 제어부(15)는 단기 비정상 상태의 횟수를 카운팅하여 카운팅된 횟수가 사전에 설정된 횟수를 초과하여 장기 비정상 상태로 구분된 이후에, 일정조건에 따라 장기 비정상 상태로 판단된 단기 비정상 상태를 다시 단기 비정상 상태로 구분할 수 있다.
구체적으로 단기 비정상 상태는 계통 주파수가 정상 상태일 때의 시간 주기가 비정상 상태일 때의 시간주기보다 긴 경우를 의미할 수 있으므로, 정상 상태일 때의 평균시간과 비정상 상태일 때의 평균시간에 기초하여 정상 상태의 평균시간이 길면 단기 비정상 상태로 돌아가도록 제어할 수 있다.
이상에서는 평균시간으로 설명하였으나, 이제 한정되는 것은 아니며, 비정상 상태를 유지하는 최대시간과 정상 상태를 유지하는 최대시간을 비교하여 정상 상태를 유지하는 최대시간이 비정상 상태를 유지하는 최대시간보다 크면 장기 비정상을 단기 비정상으로 돌아가도록 제어할 수도 있을 것이다.
한편, 저장부(17)는 통신부(11)를 통해 송수신되는 각종 데이터가 저장되거나, 통합 컨트롤러(10)를 구성하는 각 모듈별 ID, 통합 컨트롤러(10)와 연동되는 제어수단(30)의 ID, 부하(50)의 ID 및 계측수단(70)의 ID를 저장할 수 있다.
출력부(19)는 제어부(15)에 의해 제어되며, 관리자로부터 각종 명령을 직접 입력받기 위해 사용자 인터페이스에 따라 복수개의 선택 버튼을 출력하거나, 사용자 인터페이스에 기초한 화면 구성을 출력할 수 있다.
또한 출력부(19)에는 사용자 인터페이스에 의해 제어수단(30), 부하(50) 및 계측수단(70)의 상태에 대한 정보를 출력할 수 있으며, 서버(S) 및 관제센터(C)로부터 전달받은 정보를 사용자 인터페이스에 기초하여 출력할 수도 있다.
이러한 출력부(19)는 디스플레이부, 음향 출력부 및 알람부 등을 포함할 수 있으며 터치스크린으로 구비되어 관리자로부터 정보를 직접 입력받거나 생성된 정보를 출력할 수도 있다.
또한 본 발명의 통합 컨트롤러(10)는 실시간 상태를 유지하여 시간을 인지할 수 있는 RTC(RealTimeClock) 모듈을 더 포함하도록 마련하여 데이터의 송수신, 데이터의 계측 시간 등을 파악할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 FAST DR을 위한 통합 컨트롤러(10)를 포함하는 시스템에 대한 개략도이다.
본 발명의 시스템은 관제센터(C), 서버(S), 통합 컨트롤러(10), 제어수단(30), 부하(50) 및 계측수단(70)을 포함하여 구성될 수 있다.
관제센터(CS)는 전력거래소 또는 전력회사에 의해 구축되는 것으로 서버(S)로부터 사용 전력량을 포함하는 부하 상태에 대한 데이터를 전달받을 수 있고, 부하 전력의 감축이 필요한 경우에는 서버(S)로 감축 요청을 전송할 수 있다. 이를 위해 관제센터(C)는 서버(S)와 MQTT, HTTP를 포함하는 다양한 통신방식에 의해서 통신할 수 있다.
서버(S)는 수요관리사업자에 의해 구축되는 서버로써, 관리사업자는 부하 사용자와 계약을 맺고 필요시 부하 사용자에게 전력 증감 지시를 내리거나 감축량 모니터링을 포함하는 각종 모니터링을 실시하는 주체로 이러한 서버(S)는 데이터 베이스를 포함하여 구축할 수 있다.
서버(S)는 통합 컨트롤러(10)를 구성하는 릴레이 모듈, 모드버스 통신모듈, 아날로그 아웃풋 모듈 등 각각의 모듈별로 부하(50)의 ID를 매칭하여 부하 ID 맵핑이 되도록 정의할 수 있다.
그리고 서버(S)는 관리사업자의 별도의 단말장치로 사용자 인터페이스에 따라 정보들이 출력되도록 할 수도 있다.
그리고 서버(S)는 통합 컨트롤러(10)로부터 수신되는 데이터를 포함하여 부하 상태에 대한 데이터를 관제센터(C)로 전달할 수 있으며, 관제센터(C)로부터 부하 전력의 감축 요청을 수신하여 통합 컨트롤러(10)로 전달할 수도 있다. 이를 위해 관제센터(C) 또는 통합 컨트롤러(10)와 MQTT, Modbus RTU, Modbus TCP, TCP/IP 등을 포함하는 다양한 통신방식에 의해서 통신할 수 있다.
또한 서버(S)는 출력주파수의 범위에 따른 감축비율과 같은 정보를 관리사업자로부터 직접 입력받거나 별도의 관리사업자 단말장치로부터 전달받아 통합 컨트롤러(10)로 전송하여 통합 컨트롤러(10)의 저장부에 저장되도록 할 수도 있다.
그리고 서버(S)는 통합 컨트롤러(10)와 연동되는 제어수단(30)이 태양광 발전소의 인버터 또는 EMS인 경우, 인버터 또는 EMS는 통합 컨트롤러(10)로부터 제어수단(30)의 제어신호를 전달받아 태양광 발전소의 발전 출력량을 제어할 수도 있다.
또한 이상의 태양광 발전소가 ESS(Energy Storage System) 또는 UPS(Uninterruptible Power Equipment)와 연계되어 있는 경우, 서버(S)는 ESS 또는 UPS의 정보를 통합 컨트롤러(10)에 전달하고, 통합 컨트롤러(10)로부터 수신되는 제어신호에 따라 ESS 또는 UPS를 제어할 수도 있다.
한편 통합 컨트롤러(10)는 부하(50)에 설치 또는 연결된 계측수단(70)에 의해 측정된 부하(50)에 걸리는 전력의 크기 및 주파수 데이터를 수신하고, 서버(S)로부터 수신되는 FAST DR 발령 정보에 기초하여 부하(50)에 공급되는 전력을 제어하는 제어수단(30)으로 제어신호를 전송할 수 있다.
이를 통해 통합 컨트롤러(10)는 제어수단(30)으로 온오프 신호를 전송하여 부하(50)로 공급되는 전력을 차단하거나, 제어수단(30)으로 출력 주파수를 전달하여 제어수단(30)의 출력 주파수를 제어하여 부하(50)에 공급되는 전력 및 주파수의 증감을 조절할 수 있다.
또한 통합 컨트롤러(10)는 제어수단(30)이 태양광 발전소의 인버터 또는 EMS인 경우에는 태양광 발전소와 연계하여 전력계통 주파수가 비정상적인 범위에 해당하는 경우 제어수단(30)의 차단기와 릴레이를 이용하여 정해진 시간동안 전력계통과 분리되도록 제어할 수 있다.
이러한 통합 컨트롤러(10)의 구체적인 구성과 제어수단(30), 부하(50) 및 계측수단(70)은 도 1에서 이미 설명하였거나 충분히 유추가능하므로, 도 2에서는 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이상에서는 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
10 : 통합 컨트롤러 11 : 통신부
13 : 입력부 15 : 제어부
151 : 릴레이 제어부 153 : 아날로그 아웃풋 제어부
17 : 저장부 19 : 출력부
30 : 제어수단 50 : 부하
70 : 계측수단
13 : 입력부 15 : 제어부
151 : 릴레이 제어부 153 : 아날로그 아웃풋 제어부
17 : 저장부 19 : 출력부
30 : 제어수단 50 : 부하
70 : 계측수단
Claims (7)
- FAST DR 관리를 위한 서버와 연동되는 FAST DR을 위한 통합 컨트롤러에 있어서,
상기 서버로부터 FAST DR 발령 정보를 수신하고, 부하와 연동되는 계측수단으로부터 전력 및 주파수 데이터를 수신하는 통신부; 및
상기 부하에 공급되는 전력 또는 주파수를 조절하는 제어수단과 연동되어 상기 통신부로부터 수신된 상기 전력 및 주파수 데이터에 기초하여 상기 제어수단을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제어수단의 종류에 따라 상기 부하에 공급되는 전력을 차단하거나 상기 부하에 공급되는 전력이 증감되도록 조절하는 것을 특징으로 하며,
상기 제어부는,
상기 제어수단이 부하에 전력을 공급하는 태양광 발전소의 인버터이면,
상기 계측수단으로부터 수집되는 전력계통의 주파수가 기설정된 범위에 해당하면 상기 제어수단이 일정시간동안 상기 전력계통과 분리되도록 제어하고,
상기 제어부는,
상기 태양광 발전소의 인버터가 ESS(Energy Sotrage Sysptem) 또는 UPS(Uninterruptible)와 연계되어 있고, 상기 제어수단과 상기 전력계통의 분리된 시간이 상기 일정시간을 초과한 이후 상기 전력계통과 연결되었으나 상기 전력계통의 주파수가 상기 기설정된 범위에 해당하면, 상기 ESS 또는 UPS가 충전되도록 제어하며,
상기 제어부는,
상기 전력계통의 주파수가 기설정된 범위에 해당하면 단기 비정상 또는 장기 비정상 중 하나로 구분하되, 상기 단기 비정상의 횟수가 소정의 횟수를 초과하면 단기 비정상을 장기 비정상으로 판단하고,
상기 장기 비정상으로 판단되면 상기 제어부는,
상기 태양광 발전소의 발전량으로 상기 ESS 또는 UPS가 충전되도록 하고, 상기 ESS 또는 UPS의 용량이 완전히 채워지면 상기 전력계통의 주파수를 재확인하되,
재확인된 전력계통의 주파수가 상기 기설정된 범위에 해당하면 상기 전력계통과 연결 후 상기 주파수를 재확인하고,
상기 재확인된 주파수가 상기 기설정된 범위인 상태로 일정시간 이상 지속되면 상기 ESS 또는 UPS의 충전 전원을 다른 부하에 사용하도록 제어하여 상기 ESS 또는 UPS가 방전되도록 하는 FAST DR을 위한 통합 컨트롤러.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제어수단이 상기 부하에 전력을 공급하기 위한 배전용 제어패널이면, 상기 부하별로 매칭되는 릴레이 모듈을 제어하여 온/오프(on/off) 신호가 상기 배전용 제어패널로 전달되도록 하는 릴레이 제어부를 포함하고,
상기 릴레이 제어부는,
상기 부하에 공급되는 전력의 주파수에 기초하여 상기 릴레이 모듈의 접점 동작 시간을 제어하여 기설정된 시간동안 상기 부하에 공급되는 전력을 차단하는 것을 특징으로 하는, FAST DR을 위한 통합 컨트롤러.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제어수단이 아날로그 인풋(Analog Input) 신호를 수신할 수 있는 제어수단이면, 상기 부하별로 매칭되는 아날로그 아웃풋 모듈을 제어하여 상기 제어수단의 출력전압 및 전류를 조절하기 위한 신호가 상기 제어수단으로 전달되도록 하는 아날로그 아웃풋 제어부를 포함하고,
상기 아날로그 아웃풋 제어부는,
상기 부하에 공급되는 전력의 주파수에 기초하여, 상기 아날로그 아웃풋 모듈의 출력전압 및 전류를 제어하여 상기 제어수단의 출력 주파수를 증감시키는 것을 특징으로 하는, FAST DR을 위한 통합 컨트롤러.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 따른 FAST DR을 위한 통합 컨트롤러를 포함하는 시스템.
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230054110A (ko) | 2023-04-24 |
| WO2023063487A1 (ko) | 2023-04-20 |
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