KR102582427B1 - 마이크로그리드 ems 운전 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

운전 장치가 제공된다. 상기 운전 장치는 설정 지역에 공급되는 전기 에너지의 발전량과 상기 설정 지역에서 전기 에너지를 사용하는 사용량을 파악하는 파악부; 상기 발전량과 상기 사용량에 따라 상기 설정 지역의 전력망과 복수의 배터리 관리 시스템의 사이에 각각 연결된 전력 변환 장치를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

마이크로그리드 EMS 운전 장치 및 방법{Apparatus and method for driving EMS in Microgrid}
본 발명은 마이크로그리드 내의 EMS(Energy Management System)를 운전하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래에 우리 생활의 전기는 가정 등 수용가에게 일방적으로 보내지고 남은 건 고스란히 소멸돼 사실상 버려졌다. 전기를 저장해 활용한다는 개념 자체가 존재하지 않았던 것이다. 하지만 2차전지의 대용량화와 각종 전력제어 기술 발달로 전기를 저장해 필요할 때 자유롭게 사용할 수 있게 됐다.
전기저장장치(ESS, Energy Storage System)는 리튬이차전지와 같은 소형 이차전지를 대형화한 것으로 남는 전력을 저장해서 피크시간대 또는 정전시 비상전원으로 활용할 수 있는 전력공급장치를 말한다.
불과 몇 년 전만 해도 틈새 시장으로 여겨지던 풍력, 태양광 발전은 기후 변화로 인해 촉발된 글로벌 차원의 온실가스 감축 노력이 신재생 에너지 보급으로 이어지고 있기 때문에 신재생 에너지의 유망 에너지원으로 주목받고 있다.
풍력, 태양광 발전의 경우 전력 생산이 기후 변화에 따라 급변한다는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해서는 발전 능력과 소비 수요 사이 완충장치 역할을 할 전력 저장장치의 도입이 필요하다.
궁극적으로 신재생 에너지의 변동성을 관리할 수 있는 대안으로 전력 저장장치가 주목받고 있다. 발전량이 많을 때는 전기를 충전하고, 소비량이 많을 때는 전기를 방전함으로써 수요와 공급의 간극을 효율적으로 메울 수 있기 때문이다. 게다가 전력 저장장치는 짧은 시간 내 신재생 에너지의 발전량 변동에 대응할 수 있는 가장 안전한 방법이기도 하다. 저장장치를 사용할 경우 충/방전 과정에서 일부일부 손실이 발생한다는 비판도 있지만, 전체 전력망 입장에서는 신재생 에너지를 안정적으로 사용할 수 있다는 이득이 더 크기 때문에 향후 신재생 에너지와 저장장치의 결합은 더욱 중요해질 전망이다.
한국등록특허공보 제2092088호에는 전기저장장치의 충전상태에 따라 여러 가지 운전모드를 우선순위를 정하여 제어하는 기술이 나타나 있다.
한국등록특허공보 제2092088호
본 발명은 육지로부터 이격된 섬과 같이 다양한 설정 지역을 대상으로 공급되는 전기 에너지를 효율적으로 관리할 수 있는 운전 장치 및 운전 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 운전 장치는 설정 지역에 공급되는 전기 에너지의 발전량과 상기 설정 지역에서 전기 에너지를 사용하는 사용량을 파악하는 파악부; 상기 발전량과 상기 사용량에 따라 상기 설정 지역의 전력망과 복수의 배터리 관리 시스템의 사이에 각각 연결된 전력 변환 장치를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 전력망과 제1 배터리 관리 시스템의 사이에 연결된 제1 전력 변환 장치, 상기 전력망과 제2 배터리 관리 시스템의 사이에 연결된 제2 전력 변환 장치를 서로 다른 운전 모드로 제어할 수 있다.
본 발명의 운전 장치는 설정 지역에 전기 에너지를 공급하는 신재생 에너지 발전기, 화석 연료 발전기, 복수의 배터리 관리 시스템이 함께 마련될 때, 상기 설정 지역의 전력망에 각 배터리 관리 시스템을 연결하는 복수의 전력 변환 장치를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 복수의 상기 전력 변환 장치 중 제1 전력 변환 장치에 자체적인 제어권을 갖는 독립 운전 모드를 부여할 수 있다.
상기 독립 운전 모드는 기본적으로 기준 설정값을 만족하도록 제1 배터리 관리 시스템의 충방전을 자체적으로 제어하는 운전 모드일 수 있다.
상기 제어부는 복수의 상기 전력 변환 장치 중 상기 제1 전력 변환 장치를 제외한 나머지 전력 변환 장치를 상기 설정 지역을 대상으로 하는 상기 전기 에너지의 사용량과 발전량에 따라 직접 제어할 수 있다.
상기 독립 운전 모드로 운전 중인 상기 제1 전력 변환 장치는 상기 나머지 전력 변환 장치의 충방전에도 불구하고 추가적인 충방전이 필요한 경우에 한하여 상기 기준 설정값을 벗어나서 추가적인 충방전을 수행하도록 상기 제1 배터리 관리 시스템을 제어할 수 있다.
본 발명의 운전 방법은 설정 지역에 공급되는 전기 에너지의 발전량과 상기 설정 지역에서 전기 에너지를 사용하는 사용량을 파악하는 파악 단계; 상기 설정 지역의 전력망과 복수의 배터리 관리 시스템의 사이에 각각 연결된 전력 변환 장치를 제어하는 제어 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제어 단계는,
상기 배터리 관리 시스템의 충전량이 제1 값부터 제2 값까지의 범위 내에서 운용되도록 상기 전력 변환 장치를 제어하는 단계,
제1 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제1 값과 상기 제2 값 사이의 기준 설정값을 만족하도록 상기 제1 배터리 관리 시스템을 충방전시키는 단계,
상기 발전량과 상기 사용량에 따라 상기 제1 값을 향해 상기 배터리 관리 시스템이 방전되는 제1 상황 또는 상기 제2 값을 향해 상기 배터리 관리 시스템이 충전되는 제2 상황에서,
제2 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제1 값 또는 상기 제2 값을 추종하도록 상기 제2 배터리 관리 시스템을 충방전시키는 단계,
상기 제2 배터리 관리 시스템의 충방전에도 불구하고 상기 제1 상황 또는 상기 제2 상황이 지속적으로 요구되면, 상기 제1 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 기준 설정값을 벗어나 상기 제1 값 또는 상기 제2 값을 추종하도록 상기 제1 배터리 관리 시스템을 추가로 충방전시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 배터리 관리 시스템, 복수의 전력 변환 장치가 마련될 때, 일부 배터리 관리 시스템이 전기 에너지 사용량과 발전량에 따라 즉각적으로 움직이지 않고 기준 설정값을 만족하는 상태로 유지(독립 운전 모드)될 수 있다.
기준 설정값을 만족하는 상태로 유지되는 일부의 배터리 관리 시스템으로 인해, 복수의 배터리 관리 시스템, 복수의 전력 변환 장치 중 일부가 고장 나더라도 전력망에 미치는 관련 충격이 완화될 수 있다.
또한, 독립 운전 모드에 따르면, 짧은 시간 내에 이루어지는 신재생 에너지의 발전량 변동에 효과적으로 대응하기 용이하다. 또한, 전체 전력망 입장에서도 신재생 에너지를 안정적으로 사용할 수 있다.
정리하면, 본 발명의 운전 장치 및 운전 방법은 사용량과 발전량에 상관없이 충전량이 기준 설정값으로 유지되는 제1 배터리 관리 시스템이 기본으로 마련될 수 있다. 이때, 제2 배터리 관리 시스템은 발전량과 사용량에 따라 즉각적으로 충반전을 수행할 수 있다. 제2 배터리 관리 시스템, 발전원, 부하 측에 문제 발생시 제1 배터리 관리 시스템이 해당 문제에 관여함으로써 해당 문제로 인한 전기 에너지적 충격이 대폭 완화될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 각종 이상 상황에서도 전력망 전체가 무리없이 운용되는 환경이 제공될 수 있다.
특히, 본 발명의 운전 장치 및 운전 방법은 육지로부터 이격된 섬과 같은 설정 지역에 대한 전기 에너지의 관리 효율을 대폭 개선할 수 있다. 전기 에너지 관리 효율의 개선을 통해 설정 지역에 부족함 없이 전기 에너지를 공급할 수 있으며, 전기 에너지의 공급 과정에서 발전원, 전력망, 전력 변환 장치, 배터리 관리 시스템의 이상 현상이 대폭 완화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 운전 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 운전 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 운전 장치의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 4는 발전량이 사용량보다 많을 때의 운전 모드를 나타낸 개략도이다.
도 5는 발전량이 사용량보다 적을 때의 운전 모드를 나타낸 개략도이다.
도 6은 발전량이 사용량보다 적을 상황이 지속될 때의 운전 모드를 나타낸 개략도이다.
도 7은 발전량이 사용량보다 많은 상황이 지속될 때의 운전 모드를 나타낸 개략도이다.
도 8은 제어부에 의해 제어되는 태양광 발전기의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 9는 제어부에 의해 제어되는 풍력 발전기의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
도 1은 본 발명의 운전 장치(100)를 나타낸 개략도이다. 도 2는 본 발명의 운전 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 2의 운전 방법은 도 1에 도시된 운전 장치(100)의 동작으로 설명될 수 있다.
도 1에 도시된 운전 장치(100)는 파악부(110), 제어부(130)를 포함할 수 있다.
파악부(110)는 설정 지역에 공급되는 전기 에너지의 발전량과 설정 지역에서 전기 에너지를 사용하는 사용량 또는 소비량을 파악할 수 있다(S 510).
파악부(110)에는 발전량을 측정하거나 모니터링하는 제1 측정기(111), 사용량을 측정하거나 모니터링하는 제2 측정기(112)가 마련될 수 있다.
제어부(130)는 발전량과 사용량에 따라 설정 지역의 전력망과 복수의 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)의 사이에 각각 연결된 전력 변환 장치(PCS, Power Conversion System)를 제어할 수 있다(S 520).
제어부(130)에는 발전량과 사용량을 수집하는 수집기(135), 수집기(135)에서 수집된 정보에 근거하여 발전원(10)을 제어하는 제1 제어기(131), 수집기(135)에서 수집된 정보에 근거하여 배터리 관리 시스템 또는 전력 변환 장치를 조절하는 제2 제어기(132)가 마련될 수 있다. 제어부(130)는 제1 제어기(131)를 이용하여 발전원(10)을 온(on, 구동 개시)시키거나 오프(off, 구동 중지)시킬 수 있다(S 530).
제어부(130)는 전력망과 제1 배터리 관리 시스템(31)의 사이에 연결된 제1 전력 변환 장치(33), 전력 망과 제2 배터리 관리 시스템(32)의 사이에 연결된 제2 전력 변환 장치(34)를 서로 다른 운전 모드로 제어할 수 있다.
2개의 이상의 배터리 관리 시스템이 마련된 경우, 배터리 관리 시스템에 일대일로 대응되는 전력 변환 장치 역시 배터리 관리 시스템과 동일한 개수만큼 마련될 수 있다. 복수의 배터리 관리 시스템 중 어느 하나가 제1 배터리 관리 시스템(31)이고 다른 하나가 제2 배터리 관리 시스템(32)일 수 있다. 복수의 전력 변환 장치 중 어느 하나가 제1 전력 변환 장치(33)이고 다른 하나가 제2 전력 변환 장치(34)일 수 있다. 바람직하게, 제1 배터리 관리 시스템(31)에 마련된 배터리의 충전 용량은 나머지 배터리 관리 시스템에 마련된 배터리의 충전 용량보다 큰 것이 좋다.
제어부(130)는 제1 배터리 관리 시스템(31)의 충전량이 기준 설정값을 만족하도록 제1 전력 변환 장치(33)를 독립 운전 모드로 제어할 수 있다.
독립 운전 모드는 제어부(130)의 제어권을 일부 받아 제1 전력 변환 장치(33)가 자체적으로 제1 배터리 관리 시스템(31)을 제어하는 운전 모드를 의미할 수 있다. 또는, 독립 운전 모드는 부하(20)의 전기 에너지 사용량 또는 발전원(10)의 발전량에 무관하게 독립적인 기준 설정값을 만족하도록 제1 배터리 관리 시스템(31)이 제어부(130) 또는 제1 전력 변환 장치(33)에 의해 제어되는 운전 모드를 의미할 수 있다.
제어부(130)는 복수의 전력 변환 장치 중에서 제1 전력 변환 장치(33)를 제외한 나머지 전력 변환 장치를 부하(20) 추종 모드로 제어할 수 있다.
부하(20) 추종 모드는 설정 지역의 전기 에너지 사용량이 발전량보다 적으면, 배터리 관리 시스템(배터리 자체 포함)을 충전하고, 사용량이 발전량보다 적으면 배터리 관리 시스템을 방전하는 운전 모드를 의미할 수 있다. 충전은 전력망의 전기를 가져와서 배터리에 저장하는 것을 의미할 수 있다. 방전은 배터리에 저장된 전기 에너지를 전력망에 공급하는 것을 의미할 수 있다. 정리하면, 부하(20) 추종 모드는 발전량이 많으면 전기 에너지를 충전하고, 사용량이 많으면 전기 에너지를 방전하는 운전 모드를 포함할 수 있다.
독립 운전 모드와 부하(20) 추종 모드는 기본적으로 다음과 같이 수행될 수 있다.
제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1의 충전량이 기준 설정값보다 작으면, 독립 운전 모드로 동작하는 제1 전력 변환 장치(33) PCS#1은 기준 설정값이 만족되도록 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1을 충전할 수 있다. 이때, 제어부(130)는 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2가 방전되도록 제2 전력 변환 장치(34) PCS#2를 제어할 수 있다.
제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1의 충전량이 기준 설정값보다 많으면, 독립 운전 모드로 동작하는 제1 전력 변환 장치(33) PCS#1은 기준 설정값이 만족되도록 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1을 방전시킬 수 있다. 이때, 제어부(130)는 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2가 충전되도록 제2 전력 변환 장치(34) PCS#2를 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 운전 장치(100)의 동작을 나타낸 개략도이다.
제어부(130)는 배터리 관리 시스템의 충전량이 제1 값부터 제2 값까지의 범위 내에서 운용되도록 전력 변환 장치를 제어할 수 있다. 일 예로, 제1 값은 20%이고, 제2 값은 70%일 수 있다.
제어부(130)는 기본적으로 제1 전력 변환 장치(33) PCS#1을 독립 운전 모드로 제어할 수 있다.
독립 운전 모드로 운전되는 제1 전력 변환 장치(33) PSC#1은 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1의 충전량이 제1 값과 제2 값 사이의 기준 설정값(예를 들어, 도면에서는 50%)을 만족하도록 자동 운전될 수 있다.
발전량과 사용량에 따라 제1 값을 향해 배터리 관리 시스템이 방전되는 제1 상황 또는 제2 값을 향해 배터리 관리 시스템이 충전되는 제2 상황이 발생될 수 있다.
제1 상황 또는 제2 상황이 발생되면, 제어부(130)는 우선 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2의 충전량이 제1 값 또는 제2 값을 추종하도록 제2 전력 변환 장치(34) PCS#2를 1차 제어할 수 있다.
독립 운전 모드로 운전되는 제1 전력 변환 장치(33) PCS#1은 1차 제어에도 불구하고 제1 상황 또는 제2 상황이 지속적으로 요구되면, 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1의 충전량이 기준 설정값을 벗어나 제1 값 또는 제2 값을 추종하도록 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1을 충방전시킬 수 있다.
제어부(130)는 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2의 충전량이 제2 값을 만족하면 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2의 충전이 중지되도록 제2 전력 변환 장치(34)를 제어할 수 있다(중지 모드).
독립 운전 모드로 운전되는 제1 전력 변환 장치(33) PCS#1은 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2의 충전량이 제2 값을 만족하면, 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1을 충전할 수 있다.
제어부(130)는 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1의 충전량이 제2 값을 만족하면, 전기 에너지를 발전하는 발전원(10)을 오프(off, 구동 정지, 기동 정지)시킬 수 있다.
제어부(130)는 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2의 충전량이 제1 값을 만족하면 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2의 방전이 중지되도록 제2 전력 변환 장치(34) PCS#2를 제어할 수 있다.
독립 운전 모드로 운전되는 제1 전력 변환 장치(33) PCS#1은 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2의 충전량이 제1 값을 만족하면, 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1을 방전할 수 있다.
제어부(130)는 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1의 충전량이 제1 값을 만족하면, 화석 연료를 사용하여 전기 에너지를 발전하는 비상 발전기, 예를 들어 디젤 발전기를 온(on)시킬 수 있다.
정리하면, 본 발명의 운전 장치(100)는 설정 지역에 전기 에너지를 공급하는 신재생 에너지 발전기, 화석 연료 발전기(11), 복수의 배터리 관리 시스템이 함께 마련되는 환경에 적용될 수 있다.
이때, 제어부(130)는 설정 지역의 전력망에 각 배터리 관리 시스템을 연결하는 복수의 전력 변환 장치를 제어할 수 있다.
제어부(130)는 복수의 전력 변환 장치 중 제1 전력 변환 장치(33) PCS#1에 자체적인 제어권을 갖는 독립 운전 모드를 부여할 수 있다.
독립 운전 모드는 기본적으로 기준 설정값을 만족하도록 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1의 충방전을 자체적으로 제어하는 운전 모드일 수 있다.
제어부(130)는 복수의 전력 변환 장치 중 제1 전력 변환 장치(33) PCS#1을 제외한 나머지 전력 변환 장치를 설정 지역을 대상으로 하는 전기 에너지의 사용량과 발전량에 따라 직접 제어할 수 있다.
독립 운전 모드로 운전 중인 제1 전력 변환 장치(33) PCS#1은 나머지 전력 변환 장치의 충방전에도 불구하고 추가적인 충방전이 필요한 경우에 한하여 기준 설정값을 벗어나서 추가적인 충방전을 수행하도록 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1을 제어할 수 있다. 본 발명에 따르면, 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1은 나머지 배터리 관리 시스템보다 늦게 충전이 시작되거나 방전이 시작될 수 있다. 지연된 충전 동작과 방전 동작을 수행하는 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1에 따르면, 나머지 배터리 관리 시스템에 고장 등 각종 문제가 발생될 때 발생되는 전력 충격이 완화될 수 있다.
본 발명의 운전 방법은 운전 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
운전 방법은 파악 단계(S 510) 및 제어 단계(S 520, S 530)를 포함할 수 있다.
파악 단계는 설정 지역에 공급되는 전기 에너지의 발전량과 설정 지역에서 전기 에너지를 사용하는 사용량을 파악할 수 있다. 본 단계는 파악부(110)에 의해 수행될 수 있다.
제어 단계는 설정 지역의 전력망과 복수의 배터리 관리 시스템의 사이에 각각 연결된 전력 변환 장치를 제어하거나(S 520), 발전원(10)을 제어할 수 있다(S 530). 제어 단계는 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.
제어 단계는 1단계, 2단계, 3단계, 4단계를 포함할 수 있다.
1단계는 배터리 관리 시스템의 충전량이 제1 값부터 제2 값까지의 범위 내에서 운용되도록 전력 변환 장치를 제어할 수 있다.
2단계는 제1 배터리 관리 시스템(31)의 충전량이 제1 값과 제2 값 사이의 기준 설정값을 만족하도록 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1을 충방전시킬 수 있다.
3단계와 4단계는 발전량과 사용량에 따라 제1 값을 향해 배터리 관리 시스템이 방전되는 제1 상황 또는 제2 값을 향해 배터리 관리 시스템이 충전되는 제2 상황에서 수행될 수 있다.
3단계는 제2 배터리 관리 시스템(32)의 충전량이 제1 값 또는 제2 값을 추종하도록 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2를 충방전시킬 수 있다.
4단계는 제2 배터리 관리 시스템(32)의 충방전에도 불구하고 제1 상황 또는 제2 상황이 지속적으로 요구되면, 제1 배터리 관리 시스템(31)의 충전량이 기준 설정값을 벗어나 제1 값 또는 제2 값을 추종하도록 제1 배터리 관리 시스템(31)을 추가로 충방전시킬 수 있다.
도 4는 발전량이 사용량보다 많을 때의 운전 모드를 나타낸 개략도이다.
인천의 백아도 등과 같은 설정 지역에는 발전원(10)에 해당하는 제1 태양광 발전기(17), 제2 태양광 발전기(15), 풍력 발전기(13), 디젤 발전기가 마련될 수 있다. 제2 태양광 발전기(15)는 설정 지역에서 운영하는 태양광 발전기를 포함할 수 있다. 제2 태양광 발전기(15)는 전기 사업자가 운영하는 태양광 발전기를 포함할 수 있다.
도 4는 설정 지역으로 공급되는 전기 에너지의 양, 다시 말해 발전량이 부하(20)가 전기 에너지를 사용하는 사용량보다 많은 상황을 나타낸다.
제어부(130)에 의해 기본적으로 제1 전력 변환 장치(33) PCS#1은 독립 운전 모드(독립 모드)로 동작하고, 제2 전력 변환 장치(34) PCS#2는 부하(20) 추종 모드로 동작할 수 있다. 부하(20) 추종 모드로 동작할 수 있다.
제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1은 제1 전력 변환 장치(33) PCS#1을 사이에 두고 전력망(도면에서 교류 전기 AC흐르는 망을 포함)에 연결될 수 있다.
제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2는 제2 전력 변환 장치(34) PCS#1을 사이에 두고 전력망(AC)에 연결될 수 있다.
각 발전원(10) 및 부하(20) 역시 전력망(AC)에 연결될 수 있다.
독립 운전 모드로 운전되는 제1 전력 변환 장치(33) PCS#1에 의해 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1은 기준 설정값 50%를 유지할 수 있다. 잉여의 전기 에너지는 부하(20) 추종 모드로 운전되는 제2 전력 변환 장치(34) PCS#2에 의해 제어되는 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2에 충전될 수 있다.
충전에 의해 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2가 제2 값 70%를 만족함에도 불구하고 잉여의 전기 에너지가 남아 있다면, 해당 전기 에너지는 비로소 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1에 충전될 수 있다.
도 5는 발전량이 사용량보다 적을 때의 운전 모드를 나타낸 개략도이다.
제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1은 기본적으로 제1 전력 변환 장치(33) PCS#1에 의해 기준 설정값 50%의 충전량을 유지할 수 있다.
모자라는 전기 에너지는 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2로부터 전력량으로 공급되며, 이 과정에서 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2는 방전될 수 있다.
방전으로 인해 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2의 충전량이 제1 값 20%를 만족할 수 있다. 이 상태에서도 지속적으로 전기 에너지가 요구되면, 비로소 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1은 전력망을 전기 에너지를 방전할 수 있다.
도 6은 발전량이 사용량보다 적을 상황이 지속될 때의 운전 모드를 나타낸 개략도이다.
제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1의 추가 방전에도 불구하고 사용량이 발전량보다 많은 상태가 지속되면 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1의 충전량 역시 제1 값 20%에 도달할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 디젤 발전기 등의 화석 연료 발전기(11)를 온(on, 구동, 기동)시켜 전기를 전력망에 공급하고, 남는 전기 에너지는 배터리 관리 시스템에 제공할 수 있다. 이때, 배터리 관리 시스템으로 제공되는 전기 에너지는 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1에 가장 늦게 제공될 수 있다. 다시 말해, 해당 전기 에너지는 제2 배터리 관리 시스템(32)에 먼저 충전될 수 있다.
도 7은 발전량이 사용량보다 많은 상황이 지속될 때의 운전 모드를 나타낸 개략도이다.
전기가 남아돌면, 1차적으로 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2가 충전될 수 있다. 이 상태에서도 잉여 전기 에너지가 존재하면, 해당 에너지는 제1 배터리 관리 시스템(31) BMS#1에 충전될 수 있다. 제1 배터리 관리 시스템(31) 및 제2 배터리 관리 시스템(32)이 충전으로 인해 모두 제2 값 70%를 만족하면, 제어부(130)는 발전원(10)을 오프(off)시킬 수 있다. 그런데, 제1 태양광 발전기(17)와 같은 일부 발전원(10)은 제어부(130)의 제어와 무관하게 동작할 수 있다. 이로 인해 전력망으로 유입된 잉여 전력은 그대로 버려지거나 독립 운전 모드로 운전 중인 제1 배터리 시스템 BMS#1에 일부 충전될 수 있다. 이 경우, 제1 배터리 시스템 BMS#1의 충전량은 제2 값 70%를 상회할 수 있다.
도 8은 제어부(130)에 의해 제어되는 태양광 발전기의 동작을 나타낸 개략도이다.
복수의 태양광 발전기가 마련될 때, 제어부(130)는 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2의 충전량에 따라 기동되는 태양광 발전기의 개수를 조절할 수 있다.
예를 들어, 충전량(SoC, State of Charge)이 69%보다 크면, 제어부(130)는 2개의 태양광 발전기만 온시키고, 나머지는 오프시킬 수 있다. 온/오프의 개수는 단일 태양광 발전기의 발전량 등을 고려해서 설정될 수 있다
도 9는 제어부(130)에 의해 제어되는 풍력 발전기(13)의 동작을 나타낸 개략도이다.
제어부(130)는 현재의 평균 풍속과 제2 배터리 관리 시스템(32) BMS#2의 충전량에 따라 기동되는 풍력 발전기(13)의 개수를 조절할 수 있다.
풍속이 15m/s 이상이면, 제어부(130)는 안전 사고의 방지를 위해 충전량에 상관없이 모든 풍력 발전기(13)를 정지시킬 수 있다.
제어부(130)는 풍속이 15m/2보다 작은 경우에만, 충전량에 따라 풍력 발전기(13)의 기동 개수를 제어할 수 있다.
도 9의 경우, 배터리의 충전량이 72% 이상인 경우에 모든 풍력 발전기(13)를 정지시키고, 배터리의 충전량이 68% 이하인 경우에 모든 풍력 발전기(13)를 기동시키고 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 10의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 장치(예, 운전 장치(100) 등) 일 수 있다.
도 10의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10...발전원 11...화석 연료 발전기
13...풍력 발전기 15...제2 태양광 발전기
17...제1 태양광 발전기 20...부하
31...제1 배터리 관리 시스템 32...제2 배터리 관리 시스템
33...제1 전력 변환 장치 34...제2 전력 변환 장치
100...운전 장치 110...파악부
111...제1 측정기 112...제2 측정기
130...제어부 131...제1 제어기
132...제2 제어기 135...수집기

Claims (10)

  1. 설정 지역에 공급되는 전기 에너지의 발전량과 상기 설정 지역에서 전기 에너지를 사용하는 사용량을 파악하는 파악부;
    상기 발전량과 상기 사용량에 따라 상기 설정 지역의 전력망과 복수의 배터리 관리 시스템의 사이에 각각 연결된 전력 변환 장치를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 전력망과 제1 배터리 관리 시스템의 사이에 연결된 제1 전력 변환 장치, 상기 전력망과 제2 배터리 관리 시스템의 사이에 연결된 제2 전력 변환 장치를 서로 다른 운전 모드로 제어하며,
    상기 제어부는 상기 배터리 관리 시스템의 충전량이 제1 값부터 제2 값까지의 범위 내에서 운용되도록 상기 전력 변환 장치를 제어하고,
    상기 제어부는 기본적으로 상기 제1 전력 변환 장치를 독립 운전 모드로 제어하며,
    상기 독립 운전 모드로 운전되는 상기 제1 전력 변환 장치는 상기 제1 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제1 값과 상기 제2 값 사이의 기준 설정값을 만족하도록 자동 운전되고,
    상기 발전량과 상기 사용량에 따라 상기 제1 값을 향해 상기 배터리 관리 시스템이 방전되는 제1 상황 또는 상기 제2 값을 향해 상기 배터리 관리 시스템이 충전되는 제2 상황에서,
    상기 제어부는 우선 상기 제2 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제1 값 또는 상기 제2 값을 추종하도록 상기 제2 전력 변환 장치를 1차 제어하며,
    상기 독립 운전 모드로 운전되는 상기 제1 전력 변환 장치는 상기 1차 제어에도 불구하고 상기 제1 상황 또는 상기 제2 상황이 지속적으로 요구되면, 상기 제1 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 기준 설정값을 벗어나 상기 제1 값 또는 상기 제2 값을 추종하도록 상기 제1 배터리 관리 시스템을 충방전시키고,
    상기 제어부는 상기 제2 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제2 값을 만족하면 상기 제2 배터리 관리 시스템의 충전이 중지되도록 상기 제2 전력 변환 장치를 제어하고,
    상기 독립 운전 모드로 운전되는 상기 제1 전력 변환 장치는 상기 제2 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제2 값을 만족하면, 상기 제1 배터리 관리 시스템을 충전하는 운전 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제2 값을 만족하면, 상기 전기 에너지를 발전하는 발전원을 오프시키는 운전 장치.
  7. 설정 지역에 공급되는 전기 에너지의 발전량과 상기 설정 지역에서 전기 에너지를 사용하는 사용량을 파악하는 파악부;
    상기 발전량과 상기 사용량에 따라 상기 설정 지역의 전력망과 복수의 배터리 관리 시스템의 사이에 각각 연결된 전력 변환 장치를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 전력망과 제1 배터리 관리 시스템의 사이에 연결된 제1 전력 변환 장치, 상기 전력망과 제2 배터리 관리 시스템의 사이에 연결된 제2 전력 변환 장치를 서로 다른 운전 모드로 제어하며,
    상기 제어부는 상기 배터리 관리 시스템의 충전량이 제1 값부터 제2 값까지의 범위 내에서 운용되도록 상기 전력 변환 장치를 제어하고,
    상기 제어부는 기본적으로 상기 제1 전력 변환 장치를 독립 운전 모드로 제어하며,
    상기 독립 운전 모드로 운전되는 상기 제1 전력 변환 장치는 상기 제1 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제1 값과 상기 제2 값 사이의 기준 설정값을 만족하도록 자동 운전되고,
    상기 발전량과 상기 사용량에 따라 상기 제1 값을 향해 상기 배터리 관리 시스템이 방전되는 제1 상황 또는 상기 제2 값을 향해 상기 배터리 관리 시스템이 충전되는 제2 상황에서,
    상기 제어부는 우선 상기 제2 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제1 값 또는 상기 제2 값을 추종하도록 상기 제2 전력 변환 장치를 1차 제어하며,
    상기 독립 운전 모드로 운전되는 상기 제1 전력 변환 장치는 상기 1차 제어에도 불구하고 상기 제1 상황 또는 상기 제2 상황이 지속적으로 요구되면, 상기 제1 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 기준 설정값을 벗어나 상기 제1 값 또는 상기 제2 값을 추종하도록 상기 제1 배터리 관리 시스템을 충방전시키고,
    상기 제어부는 상기 제2 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제1 값을 만족하면 상기 제2 배터리 관리 시스템의 방전이 중지되도록 상기 제2 전력 변환 장치를 제어하고,
    상기 독립 운전 모드로 운전되는 상기 제1 전력 변환 장치는 상기 제2 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제1 값을 만족하면, 상기 제1 배터리 관리 시스템을 방전하는 운전 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제1 값을 만족하면, 화석 연료를 사용하여 상기 전기 에너지를 발전하는 비상 발전기를 온시키는 운전 장치.
  9. 삭제
  10. 운전 장치에 의해 수행되는 운전 방법에 있어서,
    설정 지역에 공급되는 전기 에너지의 발전량과 상기 설정 지역에서 전기 에너지를 사용하는 사용량을 파악하는 파악 단계;
    상기 설정 지역의 전력망과 복수의 배터리 관리 시스템의 사이에 각각 연결된 전력 변환 장치를 제어하는 제어 단계;를 포함하고,
    상기 제어 단계는,
    상기 배터리 관리 시스템의 충전량이 제1 값부터 제2 값까지의 범위 내에서 운용되도록 상기 전력 변환 장치를 제어하는 단계,
    제1 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제1 값과 상기 제2 값 사이의 기준 설정값을 만족하도록 상기 제1 배터리 관리 시스템을 충방전시키는 단계,
    상기 발전량과 상기 사용량에 따라 상기 제1 값을 향해 상기 배터리 관리 시스템이 방전되는 제1 상황 또는 상기 제2 값을 향해 상기 배터리 관리 시스템이 충전되는 제2 상황에서,
    제2 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제1 값 또는 상기 제2 값을 추종하도록 상기 제2 배터리 관리 시스템을 충방전시키는 단계,
    상기 제2 배터리 관리 시스템의 충방전에도 불구하고 상기 제1 상황 또는 상기 제2 상황이 지속적으로 요구되면, 상기 제1 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 기준 설정값을 벗어나 상기 제1 값 또는 상기 제2 값을 추종하도록 상기 제1 배터리 관리 시스템을 추가로 충방전시키는 단계,
    상기 제2 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제2 값을 만족하면, 상기 제2 배터리 관리 시스템의 충전을 중지시키고 상기 제1 배터리 관리 시스템을 충전시키는 단계,
    상기 제2 배터리 관리 시스템의 충전량이 상기 제1 값을 만족하면, 상기 제2 배터리 관리 시스템의 방전을 중지시키고 상기 제1 배터리 관리 시스템을 방전시키는 단계를 포함하는 운전 방법.
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