KR102593444B1 - 에너지 저장 장치가 마련된 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 위한 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
에너지 저장 장치가 마련된 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 또는 이를 위한 제어 장치에 관한 것으로, 제어 장치는, 측정된 출력 값이 출력 운영 범위 내에 해당하는지 여부를 기반으로 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전 동작 여부를 결정하는 충전 방전 결정부와, 전체 기간 대비 상기 측정된 출력 값이 출력 운영 범위를 벗어난 기간의 비율을 결정하는 예측 오차 판단부와, 상기 비율을 기반으로 상기 에너지 저장 장치의 용량을 결정하는 용량 결정부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 에너지 저장 장치가 마련된 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 위한 제어 장치에 관한 것이다.
통상 전력적인 계통에서 발전소에서 생산된 전력은, 승압 변전소를 통해 승압되고 1차 변전소 및 2차 변전소를 통하여 강압된 후, 공장이나 일반 가정집에 배전된다. 화석 연료나 원자력을 이용하여 전력을 생산하는 종래의 화력 발전소나 원자력 발전소는 전력을 일정하게 생산하여 전체적인 계통 운영의 안정성을 유지하는 것이 어렵지 않았다. 최근에는 화석 연료의 고갈, 환경 문제 및 안전에 대한 의구심 등에 따라 신재생 에너지 발전소가 각광을 받고 있다. 그러나, 신재생 에너지 발전소는 출력량의 예측에 불확실성이 존재한다는 문제점이 있다. 즉, 풍력 발전소, 태양열 발전소 또는 태양광 발전소는 날씨 등 환경 상황에 많은 영향을 받으며, 이는 전력 공급량의 부족을 유발하게 되고, 계통 안정성을 저하할 수 있다. 특히 공급 전력의 부족을 보상하기 위해서는 어느 정도 수준의 예비 전력을 확보해야 하나, 출력 예측의 불확실성이 크면 클수록 과도한 예비 전력을 확보해야 하기 때문에, 전력 계통 운영의 효율성이 매우 낮아지는 문제점도 발생한다. 이러한 문제점의 해결을 위해서, 최근에는 공급 전력이 충분한 경우에는 전력을 저장하고 공급 전력이 부족한 경우에는 전력을 별도로 공급하는 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)이 추가적으로 이용되고 있다. 그러나, 이러한 에너지 저장 시스템으로도 신재생 에너지 발전소의 불확실성에 따른 문제점을 해결하는 것은 결코 쉬운 것만은 아니다. 특히 날씨 변화의 불확실성 및 예측의 난해함으로 인해 에너지 저장 장치에 대한 용량 산정의 기대 효과를 정량적으로 산출하기는 것은 용이하지 않았고, 또한, 신재생 에너지 발전소의 투입 용량 증가와 이에 따른 설비 투입 위치의 다양화는 기존의 중앙 집중형 방식에 따른 계통 운영의 어려움을 가중시키고 있었다.
날씨 정보를 기반으로 에너지 저장 시스템의 용량을 적절하게 산정하여 효율적이면서 안정적으로 계통을 운영할 수 있게 하는 에너지 저장 장치가 마련된 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 위한 제어 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 한국연구재단의 '에너지 전환 환경에서의 통합 유연전력시스템 기술 개발' 과제(과제번호 : 2020R1A4A1019405)의 결과물이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 위한 제어 장치가 제공된다.
제어 장치는, 측정된 출력 값이 출력 운영 범위 내에 해당하는지 여부를 기반으로 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전 동작 여부를 결정하는 충전 방전 결정부, 전체 기간 대비 상기 측정된 출력 값이 출력 운영 범위를 벗어난 기간의 비율을 결정하는 예측 오차 판단부 및 상기 비율을 기반으로 상기 에너지 저장 장치의 용량을 결정하는 용량 결정부를 포함할 수 있다.
상기 충전 방전 결정부는, 예측된 출력 값을 기준으로 상한 값 및 하한 값을 결정하고, 상기 측정된 출력 값을 상기 상한 값 및 상기 하한 값과 각각 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전 동작 여부를 결정할 수 있다.
상기 충전 방전 결정부는, 상기 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하고 상기 측정된 출력 값이 상기 하한 값보다 작은 경우, 상기 에너지 저장 장치가 방전 모드로 동작하도록 결정하거나, 또는 상기 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하고 상기 측정된 출력 값이 상기 상한 값보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 장치가 계속해서 충전 모드로 동작하도록 결정하도록 마련된 것일 수 있다.
상기 충전 방전 결정부는, 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태가 목표 상태에 도달하면, 상기 에너지 저장 장치가 방전 모드로 동작하도록 결정할 수도 있다.
상기 충전 방전 결정부는, 예측된 출력 값을 기준으로 허용 범위의 상한 값 및 하한 값을 결정하고, 허용 범위의 상한 값 및 하한 값에 대해 소정의 오프셋을 더 부가하거나 차감함으로써 상기 상한 값 또는 상기 하한 값을 결정하도록 마련될 수도 있다.
상기 충전 방전 결정부는, 상기 에너지 저장 장치가 방전 모드로 동작하고 상기 측정된 출력 값이 상기 하한 값보다 작은 경우, 상기 에너지 저장 장치가 계속해서 방전 모드로 동작하도록 결정하거나, 또는 상기 에너지 저장 장치가 방전 모드로 동작하고 상기 측정된 출력 값이 상기 상한 값보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 장치에 연결된 발전원이 출력 제한 동작을 수행하도록 결정하는 것도 가능하다.
상기 용량 결정부는, 상기 비율이 소정의 목표 허용 비율을 초과하면 에너지 저장 장치의 용량 증가를 결정할 수도 있다.
제어 장치는, 송배전 과정에서 손실되는 전력을 실시간으로 조정하는 전력 조절부를 더 포함할 수도 있다.
제어 장치는, 드룹 제어 및 관성 제어 중 적어도 하나를 기반으로 상기 에너지 저장 장치에 대한 주파수 보조 제어를 수행하는 주파수 보조 처리부를 더 포함할 수도 있다.
에너지 저장 장치 용량 산정 방법은, 측정된 출력 값이 출력 운영 범위 내에 해당하는지 여부를 기반으로 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전 동작 여부를 결정하는 단계, 전체 기간 대비 상기 측정된 출력 값이 출력 운영 범위를 벗어난 기간의 비율을 결정하는 단계 및 상기 비율을 기반으로 상기 에너지 저장 장치의 용량을 결정하는 단계를 포함할 수도 있다.
상기 측정된 출력 값이 출력 운영 범위 내에 해당하는지 여부를 기반으로 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전 동작 여부를 결정하는 단계는, 예측된 출력 값을 기준으로 상한 값 및 하한 값을 결정하는 단계, 상기 측정된 출력 값을 상기 상한 값 및 상기 하한 값과 각각 비교하는 단계 및 비교 결과에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전 동작 여부를 결정하는 단계를 포함할 수도 있다.
상기 비교 결과에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전 동작 여부를 결정하는 단계는, 상기 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하고 상기 측정된 출력 값이 상기 하한 값보다 작은 경우, 상기 에너지 저장 장치가 방전 모드로 동작하도록 결정하는 단계 및 상기 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하고 상기 측정된 출력 값이 상기 상한 값보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 장치가 계속해서 충전 모드로 동작하도록 결정하는 단계 중 적어도 하나를 포함 가능하다.
상기 비교 결과에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전 동작 여부를 결정하는 단계는, 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태가 목표 상태에 도달하면, 상기 에너지 저장 장치가 방전 모드로 동작하도록 결정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
상기 예측된 출력 값을 기준으로 상한 값 및 하한 값을 결정하는 단계는, 예측된 출력 값을 기준으로 허용 범위의 상한 값 및 하한 값을 결정하는 단계 및 상기 허용 범위의 상한 값 및 하한 값에 대해 소정의 오프셋을 더 부가하거나 차감함으로써, 상기 측정된 출력 값과 비교되는 상기 상한 값 및 상기 하한 값을 결정하는 단계를 포함할 수도 있다.
상기 비교 결과에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전 동작 여부를 결정하는 단계는, 상기 에너지 저장 장치가 방전 모드로 동작하고 상기 측정된 출력 값이 상기 하한 값보다 작은 경우, 상기 에너지 저장 장치가 계속해서 방전 모드로 동작하도록 결정하는 단계 및 상기 에너지 저장 장치가 방전 모드로 동작하고 상기 측정된 출력 값이 상기 상한 값보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 장치에 연결된 발전원이 출력 제한 동작을 수행하도록 결정하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
상기 비율을 기반으로 상기 에너지 저장 장치의 용량을 결정하는 단계는, 상기 비율이 소정의 목표 허용 비율을 초과하면 에너지 저장 장치의 용량 증가를 결정하는 단계를 포함할 수도 있다.
변전 시스템은, 에너지 저장 장치 및 측정된 출력 값이 출력 운영 범위 내에 해당하는지 여부를 기반으로 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전 동작 여부를 결정하고, 전체 기간 대비 상기 측정된 출력 값이 출력 운영 범위를 벗어난 기간의 비율을 결정하고, 상기 비율을 기반으로 상기 에너지 저장 장치의 용량을 결정하는 제어 장치를 포함할 수 있다.
상술한 에너지 저장 장치가 마련된 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 위한 제어 장치에 의하면, 날씨 정보를 기반으로 에너지 저장 시스템의 용량을 적절하게 산정하여 효율적이면서 안정적으로 전력 계통을 운영, 유지 및 관리할 수 있게 되는 장점을 얻을 수 있다.
상술한 에너지 저장 장치가 마련된 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 위한 제어 장치에 의하면, 날씨 정보의 예측 정확도와 오차 간의 상관 관계를 이용하여 예측의 불확실성을 보완할 수 있는 에너지 저장 시스템의 최소 용량을 적절하게 산정할 수 있게 되는 효과도 얻을 수 있다.
상술한 에너지 저장 장치가 마련된 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 위한 제어 장치에 의하면, 동기화 발전기와 유사하게 지역 네트워크 상의 전압의 안정화 및 네트워크의 주파수 응답의 지원을 수행할 수 있는 효과도 획득할 수 있다.
상술한 에너지 저장 장치가 마련된 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 위한 제어 장치에 의하면, 예측 오차로 인한 손실을 직접적으로 보상할 수 있는 효과도 존재한다.
상술한 에너지 저장 장치가 마련된 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 위한 제어 장치에 의하면, 에너지 저장 시스템을 중심으로 신재생 에너지 발전설비와 변전소를 통합하여 운영할 수 있게 되는 장점도 존재한다.
상술한 에너지 저장 장치가 마련된 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 위한 제어 장치에 의하면, 계통 운영자는 기존의 발전 설비를 신재생 발전 설비의 연계를 위한 중간 연계 지점으로 활용하여 운영할 수 있게 되어, 기존의 발전 설비의 대규모 교체, 보수 또는 새로운 설비의 추가 등이 없이도 계통의 계층적 제어가 가능해질 뿐만 아니라 계통 운영의 경제성을 향상시킬 수 있게 되는 장점도 얻을 수 있다.
또한, 상술한 에너지 저장 장치가 마련된 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 위한 제어 장치에 의하면, 신규 신재생 에너지 발전소를 구축 시 연계 지점의 용량이 부족한 경우에도 연계 가능한 용량을 최적으로 증가시켜 계통 수급의 불확실성을 감소시킬 수 있는 효과도 얻을 수 있게 된다.
도 1은 변전 시스템의 일 실시예에 대한 개요도이다.
도 2는 에너지 저장 장치의 필요성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 에너지 저장 장치 및 이를 위한 제어 장치의 일 실시예에 대한 블록도이다.
도 4는 충전 모드의 에너지 저장 장치에 대해 충전 및 방전 여부를 결정하는 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 제어 장치에 의한 에너지 저장 장치의 충전 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 방전 모드의 에너지 저장 장치에 대해 충전 및 방전 여부를 결정하는 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 주파수 보조 처리부의 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 에너지 저장 장치 용량 산정 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
도 2는 에너지 저장 장치의 필요성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 에너지 저장 장치 및 이를 위한 제어 장치의 일 실시예에 대한 블록도이다.
도 4는 충전 모드의 에너지 저장 장치에 대해 충전 및 방전 여부를 결정하는 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 제어 장치에 의한 에너지 저장 장치의 충전 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 방전 모드의 에너지 저장 장치에 대해 충전 및 방전 여부를 결정하는 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 주파수 보조 처리부의 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 에너지 저장 장치 용량 산정 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
이하 명세서 전체에서 동일 참조 부호는 특별한 사정이 없는 한 동일 구성요소를 지칭한다. 이하에서 사용되는 '부'가 부가된 용어는, 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예에 따라 하나의 '부'가 하나의 물리적 또는 논리적 부품으로 구현되거나, 복수의 '부'가 하나의 물리적 또는 논리적 부품으로 구현되거나, 하나의 '부'가 복수의 물리적 또는 논리적 부품들로 구현되는 것도 가능하다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 어떤 부분과 다른 부분이 상호 간에 물리적으로 연결되었음을 의미할 수도 있고, 및/또는 전기적으로 연결되었음을 의미할 수도 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분을 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분 이외의 또 다른 부분을 제외하는 것이 아니며, 설계자의 선택에 따라서 또 다른 부분을 더 포함할 수 있음을 의미한다. 제1 내지 제N(N은 1 이상의 자연수) 등의 표현은, 적어도 하나의 부분(들)을 다른 부분(들)으로부터 구분하기 위한 것으로, 특별한 기재가 없는 이상 이들이 순차적임을 반드시 의미하지는 않는다. 또한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
이하 도 1 내지 도 7을 참조하여 에너지 저장 장치의 유지, 관리 및 제어를 위한 제어 장치와, 제어 장치 및 에너지 저장 장치를 포함하는 변전 시스템의 일 실시예에 대해서 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 변전 시스템의 일 실시예에 대한 개요도이다.
도 1에 도시된 바에 따르면, 전력 계통(1)은 일 실시예에 있어서, 전력을 생산하는 발전원(10)과, 발전원(10)가 생산한 전력을 변전하는 변전 시스템(20)과, 변전 시스템(20)을 관리, 유지, 제어 또는 감시하기 위한 관리 시스템(30)과, 변전 시스템(1)에 의해 승압 또는 강압된 전력을 송전선로 및 배전선로를 통해 수신하는 전력 수요자(40, 일례로 주택, 공장, 차량, 사무용 건축물, 도로교통시설 또는 충전소 등 전력을 소비하는 구역, 시설이나 장치 등)을 포함할 수 있다.
발전원(10)은 전력을 생산하고 생산한 전력을 변전 시스템(20)으로 직접 또는 다른 변전소 등을 경유하여 전달할 수 있다. 발전원(10)은 예를 들어 화석 연료나 원자력을 기반으로 전력을 생산할 수도 있고, 또는 재생 가능한 자원을 기반으로 전력을 생산할 수도 있다. 여기서, 재생 가능한 자원은 태양(태양열 또는 태양광 등), 풍력, 수력, 지열, 파력, 조력 및 생물 연료(바이오매스(biomass)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이들 외에도 시간에 따라 재활용할 수 있도록 재생산되는 자원들을 더 포함할 수 있다. 발전원(10)은 실시예에 따라서 오직 하나만 존재할 수도 있고(예를 들어 오직 하나의 풍력 발전기 등), 다수가 존재할 수도 있다(예를 들어, 다수의 태양광 발전소 등). 또한, 다수의 발전원(10)이 마련된 경우, 이들 발전원(10)의 전부는 모두 동일할 수도 있고, 일부는 동일하고 다른 일부는 상이할 수도 있으며(예를 들어, 다수의 풍력 발전소 및 다수의 태양광 발전소 등), 또는 모두 상이할 수도 있다. 각각의 발전원(10)은 실시예에 따라서 변전 시스템(20) 및 관리 시스템(30) 중 적어도 하나와 유무선 통신 네트워크 등을 통해 통신 가능하게 연결되어 변전 시스템(20) 및 관리 시스템(20) 중 적어도 하나로부터 동작에 관한 데이터나 제어 명령 등을 수신하도록 마련될 수도 있다. 이 경우, 발전원(10)은 각각 수신한 데이터나 제어 명령 등을 기반으로 동작할 수도 있다.
변전 시스템(20)은, 발전원(10)의 전력을 승압하거나 및/또는 강압하고, 승압 및/또는 강압된 전력을 전력 수요자(40) 등에 공급할 수 있으며, 필요에 따라 발전원(10)이나 관리 시스템(20) 등에 소정의 명령이나 정보 등을 전달하거나 및/또는 발전원(10)이나 관리 시스템(20) 등으로부터 필요한 정보를 수신할 수도 있다. 또한, 변전 시스템(20)은 관리 시스템(20) 등에도 필요한 전력을 공급할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 변전 시스템(20)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 에너지 저장 장치(90) 및 제어 장치(100)를 포함할 수도 있다.
도 2는 에너지 저장 장치의 필요성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 x축은 시간을, y축은 입사된 태양 광량을 의미한다. 흑색 실선은 실제 측정된 태양 광량을 의미하고, 적색 점선은 예측된 태양 광량을 의미한다. 상단의 청색 점선은 예측된 출력 값에 대한 실제 측정된 출력 값의 허용 범위의 상한 값(예측 값에 10%를 더한 값)이고, 하단의 청색 점선은 예측된 출력 값에 대한 실제 측정된 출력 값의 허용 범위의 하한 값(예측 값에 10%를 차감한 값)이다. 상한 값 및 하한 값은 관리자 등이 관리 시스템(30) 등을 이용하여 기 설정한 것일 수 있다.
에너지 저장 장치(90)는, 발전원(10)이 생산한 전력을 저장하고 필요에 따라 충전된 전력을 방전하여 관리 시스템(30)이나 전력 수요자(40) 등에 공급할 수 있도록 마련된 것일 수 있다. 에너지 저장 장치(90)에 의하면 재생 가능한 에너지를 기반으로 하는 발전소의 발전량의 불확실성을 보완할 수 있게 된다. 구체적으로 재생 가능 에너지는 대부분 주변 환경(예를 들어, 구름의 위치나 형태 등)에 따라 영향을 많이 받는데, 이러한 환경적 변화는 예측이 용이하지는 않다. 따라서, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 태양광 발전소의 솔라 패널에 입사되는 광의 양은 예측과 상이하게 감소하여 일정 기간(일례로 13시 내지 15시 사이)동안 하한 값보다 더 적을 수도 있다. 이 경우, 태양광 발전소에 의한 발전량은 예상된 발전량보다 훨씬 더 적을 수밖에 없으며, 이에 따라 수요자(40)에게 공급되는 전력도 부족하게 된다. 에너지 저장 장치(90)는 이와 같이 전력량이 부족한 시점에 방전 동작을 수행하여 기 충전된 전기 에너지를 수요자(40)에 공급함으로써, 전력의 부족 문제를 해결할 수 있도록 한다. 일 실시예에 의하면, 이러한 에너지 저장 장치(90)는 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)을 포함할 수 있다. 에너지 저장 시스템은, 예를 들어, 리튬 전지, 나트륨황(NaS) 전지, 레독스 플로우 전지(RFB: Redox Flow Batter) 또는 슈퍼 커패시터 등을 이용하여 구현될 수도 있고, 또는 양수 발전을 이용하여 구현될 수도 있으며, 또는 압축 공기 에너지 저장 시스템(CAES: Compressed Air Energy Storage)이나 플라이 휠을 이용하여 구현될 수도 있다.
도 3은 에너지 저장 장치 및 이를 위한 제어 장치의 일 실시예에 대한 블록도이다.
제어 장치(100)는 변전 시스템(20)의 하나 또는 둘 이상의 동작을 제어할 수 있으며, 예를 들어 에너지 저장 장치(90)의 동작(일례로 충전 또는 방전 동작)을 제어 또는 관리할 수 있다. 또한, 제어 장치(100)는 관리 시스템(30)으로부터 전달되는 명령이나 데이터(설정값 등)을 수신하고, 이를 기반으로 에너지 저장 장치(90)의 동작이나 상태를 제어 또는 관리할 수도 있다. 제어 장치(100)는, 실시예에 따라서 하나의 물리적 장치를 기반으로 구현될 수도 있고, 또는 둘 이상의 분리된 물리적 장치를 조합하여 구현될 수도 있다. 예를 들어, 제어 장치(100)는, 원격 단말 장치(RTU: Remote Terminal Unit) 및 원격 단말 장치와 회로, 케이블 또는 무선 통신 네트워크 등을 통해 연결된 적어도 하나의 다른 반도체 처리 장치 등을 조합하여 구현될 수도 있다.
일 실시예에 의하면, 제어 장치(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 데이터 획득부(101), 충전 방전 결정부(110), 예측 오차 판단부(105) 및 용량 결정부(107)를 포함할 수 있으며, 필요에 따라 충전 방전 제어부(131), 전력 조절부(139) 및 주파수 보조 처리부(140) 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다. 이들(101 내지 107, 131, 139, 140) 중 적어도 하나는 실시예에 따라 생략 가능하다.
데이터 획득부(101)는 발전원(10)이나 관리 시스템(30) 등으로부터 적어도 하나의 필요한 지시나 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바를 참조하면, 데이터 획득부(101)는 예측된 출력 값에 대해 실제 측정된 출력 값의 허용 범위를 입력 받을 수 있다. 허용 범위는 출력 값에 대한 상한 값이나 하한 값(일례로 DNE(Do Not Exceed) Limit라 지칭 가능함. 계통 운영자는 실제 출력 값이 DNE 상한 값을 초과하거나 DNE 하한 값에 미달한 경우 금전 기타 등의 페널티를 발전원(10)의 사업자/운영자 등에게 부과할 수도 있음)의 형태로 획득될 수 있다. 또한, 데이터 획득부(101)는 기상 등에 대한 예측 정보(예를 들어, 태양 광량에 대한 예보, 풍향이나 풍속에 대한 예보 등), 리프레시(refresh) 주기(일례로 대략 15분 등), 출력 제한(Curtailment) 지시 및/또는 무효 전력과 관련된 데이터나 지시 등을 관리 시스템(30) 등으로부터 수신하여 획득할 수도 있다. 일 실시예에 의하면, 데이터 획득부(101)는 원격 감시 설비(SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition)를 이용하여 관리 시스템(30)으로 이러한 정보나 지시 등을 획득할 수도 있다.
도 4는 충전 모드의 에너지 저장 장치에 대해 충전 및 방전 여부를 결정하는 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 제어 장치에 의한 에너지 저장 장치의 충전 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 5에서 x축은 시간이고, y축은 발전원(10)의 출력을 의미한다. 흑색 실선은 측정된 출력을, 적색 점선은 예측된 출력을 의미하고, 상단 및 하단의 청색 점선은 각각 설정된 상한 및 하한을 의미한다. 상단 및 하단의 청색 실선은 오프셋을 부가하여 보정된 상한 및 하한을 의미한다.
충전 방전 결정부(110)는 실제 측정된 출력 값(전력)이 출력 운영 범위 내에 해당하는지 여부를 기반으로 에너지 저장 장치(80)가 어떠한 모드(즉, 충전 모드 또는 방전 모드)로 동작하게 할지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 장치(80)가 현재 충전 모드로 동작하고 있다면(즉, 에너지 저장 장치(80)에 전력이 충전되고 있거나 또는 충전 가능한 상태라면), 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 충전 방전 결정부(110)는 출력 값에 대한 예측 값(111)을 기반으로 실제 측정된 출력 값(113)에 대한 두 개의 한계 값(즉, 상한 값 및 하한 값)을 설정할 수 있다(112a, 112b). 상한 값 및 하한 값의 설정은 관리 시스템(30) 등으로부터 수신한 바를 기반으로 수행될 수 있다. 여기서, 상한 값 및 하한 값은 각각, 예를 들어 도 2나 도 5에 도시된 바와 같이 예측된 출력 값(111)에 소정 비율(일례로 10%)을 부가한 값 및 예측된 출력 값(111)에 소정 비율(일례로 10%)을 차감한 값으로 주어질 수도 있다. 그러나, 상한 값 및 하한 값은 설계자나 사용자 등은 임의적 판단에 따라서 다양하게 정의될 수 있다. 또한, 예측된 출력 값(111)에 부가되는 값 및 차감되는 값은 서로 동일할 수도 있고 또는 상이할 수도 있다. 상술한 출력 운영 범위는 이와 같이 설정된 상한 값 및 하한 값에 의해 주어질 수 있다. 이어서 별도로 마련된 전력 측정 장치(미도시) 등을 통해 측정된 출력 값(113)과 상한 값의 비교를 수행하고 및/또는 측정된 출력 값(113) 및 하한 값의 비교를 수행한다(113a). 측정된 출력 값(113)은 주기적으로(일례로 대략 15분마다) 관리 시스템(30) 등을 통해 획득될 수도 있으며, 이에 응하여 측정된 출력 값(113)과 상한/하한의 비교 역시 주기적으로 수행될 수도 있다. 비교 결과, 만약 측정된 출력 값(113)이 설정된 하한 값보다 작다면(114a, 다시 말해서, 측정된 출력 값(113)이 기 정의된 오차 범위(일례로 예측 값(111) 기준 상하 10%의 범위)를 벗어난다면), 충전 방전 결정부(110)는 에너지 저장 장치(90)가 방전 모드로 동작할 것을 결정한다(115a). 이에 따라 에너지 저장 장치(90)는 충전 방전 제어부(131) 등의 제어에 따라 전력을 외부로 출력하고, 전력은 수요자(40)에게 공급될 수 있게 된다. 반대로 측정된 출력 값(113)이 설정된 상한 값보다 크다면(114b, 다시 말해서 측정된 출력 값(113)이 기 정의된 오차 범위를 초과한다면), 충전 모드로 계속해서 동작할 것을 결정한다(115b). 만약 에너지 저장 장치(90)의 충전 상태(SOC: State Of Charge)가 목표 상태에 도달한다면(116), 에너지 저장 장치(90)는 충전 모드 대신에 방전 모드로 동작하도록 충전 방전 결정부(110)에 의해 결정될 수 있다. 충전 방전 제어부(131) 등의 제어에 의해 에너지 저장 장치(90)는 충전 동작을 종료하고, 방전 동작을 개시하게 된다. 일 실시예에 의하면, 실제 출력(113)이 예측 값(111)보다 작은 경우에도 충전 동작을 통해 보정이 가능하도록 위해서 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상한 값 및 하한 값 중 적어도 하나는, 상한 값 및 하한 값 중 적어도 하나에 대해 소정의 오프셋(119)을 더 부가 또는 차감함으로써 결정될 수도 있다. 예를 들어, 오프셋이 차감된 경우, 상한 값 및 하한 값은 도 5에 도시된 것처럼 상대적으로 더 낮아질 수 있다. 오프셋이 반영되어 제어되는 경우, 오프셋이 반영되지 않았을 때 방전 모드로 동작하는 구간(일례로 도 5의 대략 11시37분 내지 11시45분 사이의 구간)에서도 에너지 저장 장치(90)는 충전 모드로 동작하게 된다. 따라서, 상시 충전 중인 에너지 저장 장치(90)의 충전 용량을 감소시킴으로써 실제 출력 예측보다 낮은 발전량에 대한 보정이 가능하게 된다.
도 6은 방전 모드의 에너지 저장 장치에 대해 충전 및 방전 여부를 결정하는 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
상술한 바와 반대로 에너지 저장 장치(90)가 방전 모드로 동작하고 있다면(일례로 에너지 저장 장치(90)가 계통(1)에 전력을 공급하고 있는 상태라면), 충전 방전 결정부(110)는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 주어진 예측 값(121)에 대해 상한 값 및 하한 값을 각각 설정하고(122a, 122b), 실제로 측정된 출력 값(123, 상술한 바와 같이 주기적으로 획득된 것일 수 있음)과 상한 값에 대한 비교 및/또는 실제로 측정된 출력 값(123)과 하한 값에 대한 비교를 수행할 수 있다(123a). 비교 결과, 만약 측정 값이 하한 값보다 작다면(124a), 에너지 저장 장치(90)에 대한 동작 모드는 방전 모드로 결정 및 유지되고, 에너지 저장 장치(90)는 지속적으로 방전 동작을 수행하게 된다. 만약 충전 상태가 사용자나 설계자 등에 의해 설정된 목표 상태(SOC)에 도달한다면(126), 충전 방전 결정부(110)는 에너지 저장 장치(90)가 충전 모드로 동작하도록 결정할 수 있다. 이 경우, 충전 방전 제어부(131) 등의 제어에 따라 에너지 저장 장치(90)는 방전 동작을 종료하고 충전 동작을 개시하게 된다. 한편, 실제로 측정된 출력 값(123)이 설정된 상한 값을 초과하는 경우라면(124b), 발전원(10)에 대한 출력 제한이 결정된다(125b). 제어 장치(100)는 유선 또는 무선 통신 네트워크를 통해 발전원(10)에 출력 제한 명령/정보를 전달하고, 발전원(10)은 이에 응하여 출력 제한 동작을 수행할 수 있다.
예측 오차 판단부(105)는, 실제 측정된 출력 값(113, 123)이 소정 범위(즉, 상한 및 하한)를 벗어난 기간(이하 오차가 발생한 기간)의 비율을 획득하고, 이를 미리 정의된 목표 허용 비율과 비교할 수 있다. 목표 허용 비율은 전체 기간에 대해서 허용 가능한 실제 측정된 출력 값(113, 123)이 출력 운영 범위를 벗어난 기간의 비율을 의미한다. 구체적으로 예측 오차 판단부(105)는 오차가 발생한 기간(즉, 측정된 출력 값(113, 123)이 상한을 초과하거나 하한 보다 미달한 기간)을 합산하고, 이를 전체 기간으로 나누어 전체 기간 대비 오차가 발생한 기간의 비율을 결정하고, 결정된 비율을 목표 허용 비율과 비교할 수 있다. 비교 결과는 용량 결정부(107)로 전달될 수 있다.
용량 결정부(107)는 전체 기간 대비 오차가 발생한 기간의 비율을 기반으로 에너지 저장 장치(90)의 용량(capacity)을 결정할 수 있다. 만약 전체 기간 대비 오차가 발생한 기간의 비율이 목표 허용 비율을 초과한다면, 용량 결정부(107)는 에너지 저장 장치(90)의 용량 증가를 결정할 수 있다. 이는 하기의 수학식 1로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
여기서, CT_error는 주어진 예측 값(111, 121)을 활용해 운영하는 동안에 실제 측정 값(113, 123)이 출력 운영 범위를 벗어난 기간의 누계이고, CT_total은 주어진 예측 값(111, 121)을 기반으로 운영된 총 기간을 의미한다. E_target은 목표 허용 비율을 의미한다.
에너지 저장 장치(90)의 용량이 증가하면, 이에 대응하여 충전 방전 결정부(110)는 도 4 내지 도 6를 참조하여 설명한 바와 같이 다시 예측된 출력 값(111, 113)를 기반으로 결정된 상한 및 하한과 실제 측정된 출력 값(113, 123)을 상호 비교하고, 이를 기반으로 충전, 방전 또는 출력 제한 여부를 결정할 수 있다. 예측 오차 판단부(105)는 충전 방전 결정부(110)의 동작에 따른 오차가 발생한 기간을 다시 획득하고, 이를 기반으로 전체 기간 대비 오차가 발생한 기간의 비율을 결정한 후, 결정한 비율을 용량 결정부(107)로 전달할 수 있다. 용량 결정부(107)는 전체 기간 대비 오차가 발생한 기간의 비율이 목표 허용 비율을 초과하는지 여부를 다시 판단할 수 있다. 이와 같은 과정은 전체 기간 대비 오차가 발생한 기간의 비율이 목표 허용 비율보다 작을 때까지 반복 수행될 수 있다. 실시예에 따라, 상술한 과정은 전체 기간 대비 오차가 발생한 기간의 비율이 목표 허용 비율과 동일한 경우에도 종료될 수도 있다. 만약 전체 기간 대비 오차가 발생한 기간의 비율이 목표 허용 비율보다 작다면(실시예에 따라 이들이 동일하다면), 용량 결정부(107)는 에너지 저장 장치(90)의 용량을 최종적으로 결정할 수 있다. 이에 따라 발전원(10)의 생산량 변동에 대응하여 에너지 저장 장치(90)의 적절한 용량이 산정될 수 있게 된다.
충전 방전 제어부(131)는 에너지 저장 장치(80)의 동작을 제어하여 에너지 저장 장치(80)가 발전원(10)에서 공급된 전력을 저장하도록 하거나 및/또는 전력 수요자(40)로 축전된 전력을 공급하도록 할 수 있다. 예를 들어, 충전 방전 제어부(131)는 타임 쉬프팅(Time shifting) 기술을 기반으로 에너지 저장 장치(80)가 일정 시점에는 피크 전력을 저장하도록 하고, 전력 수요가 높은 시간 대에는 저장된 전력을 공급하도록 하거나, 및/또는 램프 레이트 제어(Ramp Rate Control)을 통해 에너지 저장 장치(80)의 저장 용량을 최적화하여 태양광 발전 등의 변동성을 완화시킬 수도 있다.
전력 조절부(139)는 전력 송배전 과정에서 손실되는 전력(즉, 무효 전력)을 실시간으로 조정하여 전력 계통(1) 내의 전압의 급상승이나 급하락을 제거나 방지함으로써 전력 계통(1) 내에서의 전압이 안정적으로 대략 일정하게 유지되도록 할 수 있다. 전력 조절부(139)는, 예를 들어, 정지형 무효전력 보상장치(스태콤, STATCOM: Static Synchronous Compensator)을 이용하여 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전력 조절부(139)는 필요에 따라 생략 가능하다.
도 7은 주파수 보조 처리부의 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
주파수 보조 처리부(140)는 계통(1) 내 사고가 발생하거나 수급 불균형이 발생하는 경우, 주파수 보조를 위해 에너지 저장 장치(90)에 대한 제어 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보조 처리부(140)는 도 7에 도시된 바와 같이 드룹(droop) 제어 및 관성 제어 중 적어도 하나를 기반으로 에너지 저장 장치(90)에 대한 주파수 보조 제어를 수행할 수도 있다. 예를 들어, 주파수 보조 처리부(140)는 유효 전력의 공급 또는 흡수를 통해 주파수 평활화(frequency mitigation)를 수행할 수 있다. 구체적으로 도 7에 도시된 바를 참조하면, 주파수(141)가 입력되고, 필요에 따라 주파수(141)에 대한 정규화(142)가 수행된 후(141a), 정규화된 주파수 및 변전 시스템(20)의 드룹 응답(R_ESS) 간의 곱의 역수가 획득된다(143). 변전 시스템(20)의 드룹 응답(R_ESS)는 에너지 저장 장치(90)의 유효 전력 응답을 주파수 편차에 대해 비례하게 만든다. 한편, 주파수(141)는 시간에 따른 변화율(df/dt)이 연산 되고(144a), 응답의 생성에 따른 관성 응답에 관한 계수(K_IR)가 획득된다. 관성 응답은 주파수의 미분 값에 비례한다. 주파수 및 드룹 응답(R_ESS) 간의 곱의 역수와 관성 응답에 관한 계수(K_IR)은 병합되어 이에 따른 결과 값(P_ESS.Margin)이 획득된다. 결과 값(P_ESS.Margin)에 대한 정규화(146b)가 수행된 후(146a), 최종적인 결과 값(P_ESS.ref)이 획득된다(147). 이에 따라 전력 시스템에 대한 합성 관성이 생성되고, 주파수 변화율의 평활화가 수행될 수 있게 된다. 주파수 보조 처리부(140)는 필요에 따라 생략될 수도 있다.
관리 시스템(30)은, 일 실시예에 의하면, 변전 시스템(20)와 유선 또는 무선 통신 네트워크를 통해 상호 또는 일방으로 데이터나 명령을 전달하여 사용자, 일례로 전송 시스템 운영자(TSO: Transmission System Operator)가 변전 시스템(20)의 동작을 관리, 유지, 제어 또는 감시할 수 있도록 마련된 것일 수 있다. 관리 시스템(30)은, 예를 들어, 원격감시제어설비(SCADA)를 기반으로 변전 시스템(30)의 관리나 제어 등을 수행할 수도 있다. 관리 시스템(30)은 필요에 따라 사용자로부터 데이터나 명령을 입력 받을 수도 있고, 발전원(10)이나 변전 시스템(20) 등으로부터 획득한 정보(예를 들어, 발전원(10)의 동작 상태(일례로 발전 여부나 출력 제한 여부 등), 에너지 저장 장치(80)의 동작 상태(충전 또는 방전 여부 등)나 동작의 변경 여부 등 및/또는 에너지 저장 장치(80)의 충전 정도 등)를 시각적으로 또는 청각적으로 사용자 등에게 제공할 수도 있다. 관리 시스템(30)은 상술한 동작을 수행할 수 있도록 특별히 고안된 장치를 이용하여 구현될 수도 있고, 또는 하나 또는 둘 이상의 종래 알려진 정보처리장치를 단독으로 이용하거나, 조합 이용함으로써 구현될 수도 있다. 여기서, 정보처리장치는, 예를 들어, 데스크톱 컴퓨터, 서버용 하드웨어 장치 또는 휴대용 단말 장치(랩톱 컴퓨터나 스마트폰 등) 등을 포함 가능하나 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 도 8을 참조하여 에너지 저장 장치 용량 산정 방법의 일 실시예를 설명하도록 한다.
도 8은 에너지 저장 장치 용량 산정 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
도 8에 도시된 일 실시예를 참조하면, 제어 장치가 예측 데이터(즉, 기상에 대한 예측 데이터나 기상의 변화에 따라 발전원이 생산할 것으로 예측되는 전력량 등), 출력 값의 허용 범위, 리프레시 주기, 출력 제한 지시 및/또는 무효 전력 관련 데이터나 지시 등이 획득된다(220). 또한, 제어 장치는 발전원으로부터 전달되는 전력(즉, 실제 측정된 출력 값)을 측정하여 획득할 수도 있다. 여기서, 제어 장치는 에너지 저장 장치를 관리 또는 제어할 수 있도록 마련된 것일 수 있으며, 변전 시스템에 포함될 수도 있다. 획득되는 데이터나 지시는, 관리 시스템으로부터 전달된 것일 수도 있고, 및/또는 발전원으로부터 전달된 것일 수도 있다. 일 실시예에 있어서 제어 장치는, 원격 감시 설비 등을 통해 관리 시스템과 통신을 수행하여 상술한 데이터나 지시를 획득할 수도 있다.
제어 장치는 한계 값(상한 값 및 하한 값 중 적어도 하나)를 설정할 수 있다(222). 한계 값은 기준 값을 기준으로 결정될 수 있으며, 예를 들어 상한 값은 기준 값에 소정 비율(일례로 10%)의 값을 부가한 값으로 결정될 수 있고, 하한 값은 기준 값에 소정 비율(일례로 10%)의 값을 차감한 값으로 결정될 수도 있다. 또한, 실시예에 따라 상한 값은 기준 값에 소정 비율의 값을 부가하고 이에 대해 소정의 오프셋을 부가 또는 차감하여 결정되고, 하한 값은 기준 값에 대해 소정 비율의 값을 차감하고 이에 대해 소정의 오프셋을 부가 또는 차감하여 결정될 수도 있다. 이외에도 상한 값 및 하한 값은 설계자나 사용자 등에 따라 보다 다양한 방식으로 결정될 수도 있다.
이어서 실제 측정한 출력 값이 연산된 상한 값 및 하한 값의 범위(즉, 허용 범위) 내에 해당하는지 여부에 따라서 에너지 저장 장치의 동작 모드가 결정될 수 있다(224). 즉, 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하여 발전원에서 공급되는 전력을 충전할지 또는 방전 모드로 동작하여 기 저장된 전력을 외부로 출력할지 여부가 결정될 수 있다. 구체적으로 에너지 저장 장치가 해당 시점에서 충전 모드로 동작하는 경우, 실제 측정된 출력 값과 하한의 비교 결과 실제 측정된 출력 값이 하한 값보다 작다면, 에너지 저장 장치의 동작 모드는 방전 모드로 결정되고, 실제 측정된 출력 값과 상한 값의 비교 결과, 실제 측정된 출력 값이 상한 값보다 크다면, 에너지 저장 장치의 동작 모드는 충전 모드로 결정된다. 이에 따라 에너지 저장 장치는 이에 대응하여 방전 동작을 수행하거나 또는 계속해서 충전 모드로 동작하도록 제어된다. 한편, 에너지 저장 장치가 해당 시점에서 방전 모드로 동작하는 경우, 실제 측정된 출력 값과 하한의 비교 결과 실제 측정된 출력 값이 하한 값보다 작다면, 에너지 저장 장치의 동작 모드는 방전 모드로 결정되고, 에너지 저장 장치는 계속해서 방전 동작을 수행한다. 이 경우에 있어서, 실제 측정된 출력 값과 상한 값의 비교 결과, 실제 측정된 출력 값이 상한 값보다 크다면, 발전원이 출력 제한 동작을 수행하도록 결정될 수 있다. 상술한 동작 모드의 결정 및 이에 대응한 에너지 저장 장치의 동작은 일정 기간 동안 지속적으로 수행될 수 있다.
이후 미리 정의된 설정(예를 들어, 일정한 기간의 경과)이나 사용자 등의 수동 조작에 따라서, 상술한 모드의 결정 및 에너지 저장 장치의 동작 과정에서 전체 기간 대비 실제 측정된 출력 값이 정의된 상한 값 및 하한 값을 벗어난 기간의 비율이 연산될 수 있다(226). 구체적으로 측정된 출력 값이 상한을 초과하거나 하한에 미달한 기간(즉, 오차가 발생한 기간)을 모두 합산하고, 합산 결과를 전체 기간으로 나누어 전체 기간 대비 오차가 발생한 기간의 비율이 결정될 수 있다.
이와 같이 연산된 비율은, 설계자나 사용자 등에 의해 기 설정된 목표 허용 비율과 비교될 수 있다(228).
만약 전체 기간 대비 오차가 발생한 기간의 비율이 목표 허용 비율보다 크다면(228의 예), 제어 장치는 에너지 저장 장치의 용량의 증가를 결정할 수 있다(230). 이후 상술한 에너지 저장 장치의 동작 모드 결정(224)과, 전체 기간 대비 실제 측정된 출력 값이 정의된 상한 값 및 하한 값을 벗어난 기간의 비율의 연산(226)과, 비율과 목표 허용 비율 간의 비교(228)는 반복해서 수행될 수 있다.
반대로 전체 기간 대비 오차가 발생한 기간의 비율이 목표 허용 비율보다 작다면(228의 아니오), 제어 장치는 에너지 저장 장치의 용량을 최종적으로 결정할 수 있다(232). 이에 따라 발전원에 따른 에너지 저장 장치의 최적의 용량이 결정될 수 있게 된다.
상술한 실시예에 따른 에너지 저장 장치 용량 산정 방법은, 컴퓨터 장치에 의해 구동될 수 있는 프로그램의 형태로 구현될 수 있다. 프로그램은, 명령어, 라이브러리, 데이터 파일 및/또는 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 프로그램은 기계어 코드나 고급 언어 코드를 이용하여 설계 및 제작된 것일 수 있다. 프로그램은 상술한 방법을 구현하기 위하여 특별히 설계된 것일 수도 있고, 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 기술자에게 기 공지되어 사용 가능한 각종 함수나 정의를 이용하여 구현된 것일 수도 있다. 또한, 여기서, 컴퓨터 장치는, 프로그램의 기능을 실현 가능하게 하는 프로세서나 메모리 등을 포함하여 구현된 것일 수 있으며, 필요에 따라 통신 장치를 더 포함할 수도 있다. 또한, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법을 구현하기 위한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체는, 예를 들어, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 롬, 램 또는 플래시 메모리 등과 같은 반도체 저장 장치, 하드 디스크나 플로피 디스크 등과 같은 자기 디스크 저장 매체, 콤팩트 디스크나 디브이디 등과 같은 광 기록 매체, 플롭티컬 디스크 등과 같은 자기-광 기록 매체 및 자기 테이프 등 컴퓨터 등의 호출에 따라 실행되는 특정 프로그램을 저장 가능한 적어도 한 종류의 물리적 장치를 포함할 수 있다.
이상 에너지 저장 장치가 마련된 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 위한 제어 장치의 여러 실시예에 대해 설명하였으나, 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 또는 이를 위한 제어 장치는 오직 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 상술한 실시예를 기초로 수정 및 변형하여 구현 가능한 다양한 시스템, 시설, 설비, 장치나 방법 역시 상술한 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 또는 이를 위한 제어 장치의 일 실시예일 수 있다. 예를 들어, 설명된 방법(들)이 설명된 바와 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성 요소(들)가 설명된 바와 다른 형태로 결합, 연결 또는 조합되거나 다른 구성 요소 또는 균등물 등에 의하여 대치되거나 또는 치환되더라도, 상술한 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 또는 이를 위한 제어 장치의 일 실시예에 해당할 수 있다.
10: 발전원 20: 변전 시스템
30: 관리 시스템 90: 에너지 저장 장치
100: 제어 장치 101: 데이터 획득부
110: 충전 방전 결정부 105: 예측 오차 판단부
107: 용량 결정부 131: 충전 방전 제어부
139: 전력 조절부 140: 주파수 보조 처리부
30: 관리 시스템 90: 에너지 저장 장치
100: 제어 장치 101: 데이터 획득부
110: 충전 방전 결정부 105: 예측 오차 판단부
107: 용량 결정부 131: 충전 방전 제어부
139: 전력 조절부 140: 주파수 보조 처리부
Claims (16)
- 발전원의 측정된 출력 값이 출력 운영 범위 내에 해당하는지 여부를 기반으로 에너지 저장 장치의 동작 모드를 충전 모드 또는 방전 모드로 결정하는 충전 방전 결정부;
상기 발전원의 출력 값이 예측된 전체 기간 대비 상기 측정된 출력 값이 출력 운영 범위를 벗어난 기간의 비율을 결정하는 예측 오차 판단부; 및
상기 비율을 기반으로 상기 에너지 저장 장치의 용량을 결정하는 용량 결정부를 포함하고,
상기 충전 방전 결정부는, 상기 발전원의 예측된 출력 값을 기준으로 상한 값 및 하한 값을 결정하고, 상기 측정된 출력 값을 상기 상한 값 및 상기 하한 값과 각각 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 에너지 저장 장치의 동작 모드를 결정하고,
상기 에너지 저장 장치가 방전 모드로 동작로 동작하는 동안, 상기 충전 방전 결정부는, 상기 측정된 출력 값이 상기 하한 값보다 작은 경우 상기 에너지 저장 장치가 계속해서 방전 모드로 동작하도록 결정하고, 상기 측정된 출력 값이 상기 상한 값보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 장치에 연결된 상기 발전원이 출력 제한 동작을 수행하도록 결정하고,
상기 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하는 경우, 상기 충전 방전 결정부는, 상기 하한 값에 오프셋을 차감하여 상기 하한 값을 보정하여, 상기 측정된 출력 값이 보정전 하한 값 보다 작고 보정 후 하한 값 보다 큰 경우에도 상기 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하도록 결정하는,
제어 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 충전 방전 결정부는, 상기 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하고 상기 측정된 출력 값이 보정된 하한 값보다 작은 경우, 상기 에너지 저장 장치가 방전 모드로 동작하도록 결정하고,
상기 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하고 상기 측정된 출력 값이 상기 상한 값보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 장치가 계속해서 충전 모드로 동작하도록 결정하는,
제어 장치. - 제3항에 있어서,
상기 충전 방전 결정부는, 충전 모드로 동작 중인 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태가 목표 상태에 도달하면, 상기 에너지 저장 장치가 방전 모드로 동작하도록 결정하는,
제어 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 용량 결정부는, 상기 비율이 소정의 목표 허용 비율을 초과하면 상기 에너지 저장 장치의 용량 증가를 결정하는,
제어 장치. - 제1항에 있어서,
송배전 과정에서 손실되는 전력을 실시간으로 조정하는 전력 조절부;를 더 포함하는 제어 장치. - 제1항에 있어서,
드룹 제어 및 관성 제어 중 적어도 하나를 기반으로 상기 에너지 저장 장치에 대한 주파수 보조 제어를 수행하는 주파수 보조 처리부;를 더 포함하는 제어 장치. - 발전원의 측정된 출력 값이 출력 운영 범위 내에 해당하는지 여부를 기반으로 에너지 저장 장치의 동작 모드를 충전 모드 또는 방전 모드로 결정하는 단계;
상기 발전원의 출력 값이 예측된 전체 기간 대비 상기 측정된 출력 값이 출력 운영 범위를 벗어난 기간의 비율을 결정하는 단계; 및
상기 비율을 기반으로 상기 에너지 저장 장치의 용량을 결정하는 단계를 포함하고,
상기 발전원의 측정된 출력 값이 출력 운영 범위 내에 해당하는지 여부를 기반으로 에너지 저장 장치의 동작 모드를 충전 모드 또는 방전 모드로 결정하는 단계는,
예측된 출력 값을 기준으로 상한 값 및 하한 값을 결정하는 단계;
상기 측정된 출력 값을 상기 상한 값 및 상기 하한 값과 각각 비교하는 단계; 및
비교 결과에 따라 상기 에너지 저장 장치의 동작 모드를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 발전원의 측정된 출력 값이 출력 운영 범위 내에 해당하는지 여부를 기반으로 에너지 저장 장치의 동작 모드를 충전 모드 또는 방전 모드로 결정하는 단계는,
상기 에너지 저장 장치가 방전 모드로 동작로 동작하는 동안, 상기 측정된 출력 값이 상기 하한 값보다 작은 경우 상기 에너지 저장 장치가 계속해서 방전 모드로 동작하도록 결정하고, 상기 측정된 출력 값이 상기 상한 값보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 장치에 연결된 상기 발전원이 출력 제한 동작을 수행하도록 결정하고,
상기 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하는 경우, 상기 하한 값에 오프셋을 차감하여 상기 하한 값을 보정하여, 상기 측정된 출력 값이 보정전 하한 값 보다 작고 보정 후 하한 값 보다 큰 경우에도 상기 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하도록 결정하는,
에너지 저장 장치 용량 산정 방법. - 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 비교 결과에 따라 상기 에너지 저장 장치의 동작 모드를 결정하는 단계는,
상기 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하고 상기 측정된 출력 값이 보정된 하한 값보다 작은 경우, 상기 에너지 저장 장치가 방전 모드로 동작하도록 결정하는 단계; 및
상기 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하고 상기 측정된 출력 값이 상기 상한 값보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 장치가 계속해서 충전 모드로 동작하도록 결정하는 단계를 포함하는,
에너지 저장 장치 용량 산정 방법. - 제11항에 있어서,
상기 비교 결과에 따라 상기 에너지 저장 장치의 동작 모드를 결정하는 단계는,
충전 모드로 동작 중인 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태가 목표 상태에 도달하면, 상기 에너지 저장 장치가 방전 모드로 동작하도록 결정하는 단계를 더 포함하는,
에너지 저장 장치 용량 산정 방법. - 삭제
- 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 비율을 기반으로 상기 에너지 저장 장치의 용량을 결정하는 단계는,
상기 비율이 소정의 목표 허용 비율을 초과하면 에너지 저장 장치의 용량 증가를 결정하는 단계;를 포함하는 에너지 저장 장치 용량 산정 방법. - 에너지 저장 장치; 및
발전원의 측정된 출력 값이 출력 운영 범위 내에 해당하는지 여부를 기반으로 상기 에너지 저장 장치의 동작 모드를 충전 모드 또는 방전 모드로 결정하고, 상기 발전원의 출력 값이 예측된 전체 기간 대비 상기 측정된 출력 값이 출력 운영 범위를 벗어난 기간의 비율을 결정하고, 상기 비율을 기반으로 상기 에너지 저장 장치의 용량을 결정하는 제어 장치를 포함하고,
상기 제어 장치는, 상기 발전원의 예측된 출력 값을 기준으로 상한 값 및 하한 값을 결정하고, 상기 측정된 출력 값을 상기 상한 값 및 상기 하한 값과 각각 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 에너지 저장 장치의 동작 모드를 결정하고,
상기 에너지 저장 장치가 방전 모드로 동작로 동작하는 동안, 상기 제어 장치는, 상기 측정된 출력 값이 상기 하한 값보다 작은 경우 상기 에너지 저장 장치가 계속해서 방전 모드로 동작하도록 결정하고, 상기 측정된 출력 값이 상기 상한 값보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 장치에 연결된 상기 발전원이 출력 제한 동작을 수행하도록 결정하고,
상기 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하는 경우, 상기 제어 장치는, 상기 하한 값에 오프셋을 차감하여 상기 하한 값을 보정하여, 상기 측정된 출력 값이 보정전 하한 값 보다 작고 보정 후 하한 값 보다 큰 경우에도 상기 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하도록 결정하는,
변전 시스템.
Priority Applications (2)
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| KR1020210097947A KR102593444B1 (ko) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | 에너지 저장 장치가 마련된 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 위한 제어 장치 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210097947A KR102593444B1 (ko) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | 에너지 저장 장치가 마련된 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 위한 제어 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR102593444B1 true KR102593444B1 (ko) | 2023-10-24 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020210097947A KR102593444B1 (ko) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | 에너지 저장 장치가 마련된 변전 시스템, 에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 위한 제어 장치 |
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| KR (1) | KR102593444B1 (ko) |
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| JP2019193480A (ja) | 2018-04-26 | 2019-10-31 | 株式会社竹中工務店 | 蓄電池制御装置、蓄電池制御プログラム |
| JP2020058141A (ja) * | 2018-10-02 | 2020-04-09 | 清水建設株式会社 | 蓄電設備管理装置および蓄電設備管理方法 |
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| KR102173835B1 (ko) * | 2018-10-11 | 2020-11-05 | 한국전력공사 | 신재생에너지용 변전설비의 제어장치 및 그 방법 |
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2021
- 2021-07-26 KR KR1020210097947A patent/KR102593444B1/ko active IP Right Grant
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2022
- 2022-07-26 US US17/873,581 patent/US20230027428A1/en active Pending
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| KR20230016446A (ko) | 2023-02-02 |
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