KR102597279B1 - 배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템 및 그 수행 방법 - Google Patents

배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템 및 그 수행 방법 Download PDF

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Abstract

배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템 및 그 수행 방법에 대해 개시한다. 본 발명의 에너지 저장 시스템은 전기 에너지를 충/방전 시키는 복수의 배터리, 전력 계통의 주파수 변화에 대응하는 복수의 충/방전 제어신호를 생성하여 각 배터리의 충/방전을 제어함과 아울러, 미리 설정된 휴지 조건에 따라 각 배터리의 휴지기를 설정 및 수행하는 컨트롤 모듈, 전력 계통의 비상 응동 상황을 판단하여 비상 응동 신호를 발생시킴으로써 휴지 상태에 있는 배터리가 비상 응동에 대응하도록 제어하는 배터리 관리모듈을 포함하는바, 비선형적인 방전 효과를 활용할 수 있도록 배터리들의 휴지 전략을 최적화시켜 수행함으로써, 배터리들의 운용 효율을 높이고, 그 수명을 연장시켜 활용할 수 있게 된다.

Description

배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템 및 그 수행 방법{ENERGY STORAGE SYSTEM FOR PERFORMING BATTERY REST FUNCTION AND PERFORMING METHODE THE SAME}
본 발명은 배터리들의 휴지 전략을 최적화시켜 수행함으로써 배터리들의 운용 효율을 높이고, 그 수명을 연장시켜 활용할 수 있도록 한 배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템 및 그 수행 방법에 관한 것이다.
에너지 시장의 수급 균형을 유지하기 위한 서비스 체계로 계통운영 보조 서비스(Ancillary Service)가 운용되는데, 우리나라의 현행 변동비반영 전력시장 체제에서는 전력거래소가 보조서비스 운영계획을 수립하여 운영하고, 그 실적에 따라 보조서비스 정산금을 지급하는 형태로 운영되고 있다.
일반적으로, 계통운영 보조서비스는 전력시장 운영규칙에 따라 주파수 조정 서비스, 예비력 서비스, 무효 전력 서비스 및 자체 기동 서비스의 4가지로 구분되어 있다. 이 중에서 주파수 조정 서비스는 다시 주파수 추종 운전 및 자동 발전 제어(Automatic Generation Control)운전 방식 등으로 나뉘어 활용되고 있다.
자동 발전 제어 운전은 계통의 주파수를 일정하게 유지하도록 한다는 조건하에서 에너지 관리 시스템을 통해 수립되는 경제급전에 근거하여, 각 발전기나 에너지 저장 시스템(Energy Storage System)의 출력이 원격으로 제어되는 운전형태를 말한다.
자동 발전 제어 기능을 원활히 수행하면서 안정적이고 경제적인 전력 계통 운영이라는 소기의 목적을 달성하기 위해서는 전력계통의 응동 특성을 확보해야 한다. 전력계통에서 응동 특성을 확보한다는 의미는 전력계통에 연결된 에너지 저장 시스템의 응동 특성을 확보한다는 것이기도 하다. 따라서, 계통에 연결된 에너지 저장 시스템은 그 충/방전 특성을 최적의 상태로 유지할 필요가 있다.
하지만, 종래 기술에 따른 에너지 저장 시스템은 내부 화학 반응을 이용해 전기 에너지를 충/방전하는 배터리들의 화학적 특성을 감안하지 않고, 단순히 전기적으로 충/방전시키는 기능만 연속적으로 수행되도록 이용하였다. 따라서, 종래의 배터리들은 사용기간이 길어질수록 충/방전 특성이 급격하게 저하되었고, 충/방전 효율 저하로 인해 전기적으로도 응동 특성이 저하될 수밖에 없었다. 특히, 배터리들의 충/방전 기간이 선형적으로 증가하거나 감소되도록 장시간 사용하게 되면, 내부의 화학적인 특성 저하로 그 수명이 급격하게 감소하게 되는 문제가 있었다.
이에, 종래에는 배터리들의 충전 상태와 건강 상태를 검수 시스템을 이용해 지속적으로 판단하고, 충전 상태와 건강 상태가 미흡한 배터리는 소정 기간동안 정지시키되, 여분의 배터리들로 대체시켜 사용하는 방식이 대두되기도 하였다.
하지만, 종래의 배터리 대체 방식은 최대한 많은 배터리가 구비되어야 그 활용 효과가 높아질 뿐만 아니라, 실시간으로 다수의 배터리를 모니터링하고 상태를 체크해야 하기 때문에 인력과 비용 소모가 클 수밖에 없었다. 특히, 배터리들의 충전 상태와 건강 상태를 지속적으로 판단하기 위한 시설 확보가 필요하고 관리 인력이 상시 상주해야 하기 때문에 그 비용 소모가 더더욱 커질 수밖에 없는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비선형적인 방전을 통한 효과를 활용할 수 있도록 배터리들의 휴지 전략을 최적화시켜 수행함으로써 배터리들의 운용 효율을 높이고, 그 수명을 연장시켜 활용할 수 있도록 한 배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템 및 그 수행 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명에서는 휴지 대상의 배터리들이 미리 설정된 충전량을 유지하고 휴지 기간에 돌입하도록 하여, 비상시 응동 특성을 높여 활용될 수 있도록 한 배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템 및 그 수행 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템은 전기 에너지를 충/방전 시키는 복수의 배터리, 전력 계통의 주파수 변화에 대응하는 복수의 충/방전 제어신호를 생성하여 각 배터리의 충/방전을 제어함과 아울러, 미리 설정된 휴지 조건에 따라 각 배터리의 휴지기를 설정 및 수행하는 컨트롤 모듈, 전력 계통의 비상 응동 상황을 판단하여 비상 응동 신호를 발생시킴으로써 휴지 상태에 있는 배터리가 비상 응동에 대응하도록 제어하는 배터리 관리모듈을 포함한다.
여기서, 미리 설정된 휴지 조건은 누적 휴지 시간이 적은 순서에 따라 휴지 동작이 수행되도록 하는 제1 조건, 각 배터리들의 누적 휴지 시간이 동일해지면 사용일수나 제조일 또는 설계날짜가 오래된 순서별로 다시 휴지 동작이 수행되도록 하는 제2 조건, 계통 주파수에 대응하여 응동하는 비용이 미리 설정된 비용이나 평균 비용 미만으로 낮아지는 시간대에 휴지 동작이 수행되도록 하는 제3 조건, 및 과거 어느 한 날짜의 전기 에너지 가격 변동 데이터를 참조하여 전기 에너지 가격이 미리 설정된 가격이나 평균 가격 미만으로 낮아지는 시간대에 휴지 동작이 이루어지도록 하는 제4 조건 중 적어도 하나의 조건이 될 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 배터리 휴지 기능 수행 방법은 전력 계통의 주파수 변화에 대응하는 복수의 충/방전 제어신호를 생성하여 복수의 배터리 충/방전을 제어하는 단계, 미리 설정된 휴지 조건에 따라 상기 각 배터리의 휴지기를 설정 및 수행하는 단계, 전력 계통의 비상 응동 상황을 판단하여 비상 응동 신호를 발생시킴으로써 휴지 상태에 있는 배터리가 비상 응동에 대응하도록 제어하는 배터리 관리 단계를 포함한다.
상기와 같은 다양한 기술 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템 및 그 수행 방법은 비선형적인 방전으로 인한 효과를 활용할 수 있도록 배터리들의 휴지 전략을 최적화시켜 수행함으로써, 배터리들의 운용 효율을 높이고, 그 수명을 연장시켜 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 휴지 대상의 배터리들이 미리 설정된 충전량을 유지하고 휴지 기간에 돌입하도록 함으로써, 비상시 응동 특성을 높여 활용될 수 있도록 해서 그 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템을 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리들의 휴지 기능 수행에 따른 비선형적인 방전 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 도 1에 도시된 컨트롤 모듈을 구체적으로 나타낸 구성 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 컨트롤 모듈의 휴지 배터리 설정 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 컨트롤 모듈의 휴지 배터리 설정 방식을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 6은 도 1의 에너지 저장 시스템을 통한 휴지 기능 수행 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 7은 휴지 기간에 돌입한 배터리의 충전 과정을 설명하기 위한 배터리 구성도이다.
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 발명의 실시 예에 따른 배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템 및 그 수행 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템을 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 에너지 저장 시스템은 전기 에너지를 충/방전 시키는 복수의 배터리(BT1 내지 BTn), 전력 계통의 주파수 변화에 대응하는 충/방전 제어신호를 생성하여 각 배터리(BT1 내지 BTn)의 충/방전을 제어함과 아울러 각 배터리(BT1 내지 BTn)의 휴지기를 설정 및 수행하는 컨트롤 모듈(100), 및 전력 계통의 주파수 변화에 따라 비상 응동 상황을 판단하여 비상 응동 신호를 생성함으로써 컨트롤 모듈(100)에 의해 휴지 상태의 배터리가 비상 응동에 대응하도록 제어하는 배터리 관리모듈(200)을 포함한다.
복수의 배터리(BT1 내지 BTn)는 리튬이온, 인산철, 폴리머 등 중소 용량 배터리와 아연과 바나듐 계열의 대용량 배터리 등의 조합으로 구성될 수 있다. 이러한 복수의 배터리(BT1 내지 BTn)는 적어도 하나씩의 컨트롤 모듈(100)에 병렬로 연결될 수 있다. 예를 들면, 복수의 배터리(BT1 내지 BTn) 단위로 그룹을 형성하여 각 그룹별로 하나씩의 컨트롤 모듈(100)에 병렬로 연결될 수 있다. 반면, 컨트롤 모듈(100)이 다수 구비된 경우에는 각각의 컨트롤 모듈(100)에 대응하여 각각의 배터리(BT1 내지 BTn)가 일대일로 연결 구성될 수도 있다. 또한, 각각의 배터리(BT1 내지 BTn)는 단순한 직렬/병렬 구조만이 아닌 직/병렬연결의 조합으로 구성될 수도 있다. 이와 같이 다양한 형태로 구성된 복수의 배터리(BT1 내지 BTn)는 발전소나 발전기 등에서 생산되는 전기 에너지는 충전하되 전력 계통으로는 방전시킬 수 있도록 구성된다.
각 배터리(BT1 내지 BTn)의 구성 성분은 리튬이온, 인산철, 폴리머, 아연, 바나듐 등으로 이루어지는바, 각각의 배터리(BT1 내지 BTn)들은 내부 화학 반응에 의해 전기 에너지를 충/방전하게 된다. 이에, 각각의 배터리(BT1 내지 BTn)는 내부의 화학적인 특성을 감안하여 충/방전 동작이 제어되도록 함이 바람직하다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리들의 휴지 기능 수행에 따른 비선형적인 방전 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
전술한 바와 같이, 각각의 배터리(BT1 내지 BTn)는 화학적인 특성을 이용해서 충/방전을 하기 때문에, 각각의 배터리(BT1 내지 BTn)를 도 2의 CD(Continuous Discharging) 그래프와 같이 선형적으로 연속 방전시키게 되면 방전 기간은 단축될 수밖에 없다.
반면, 도 2의 DD(Discrete Discharging) 그래프와 같이 각각의 배터리(BT1 내지 BTn)가 소정 기간 단위로 휴지 기간을 갖도록 하여 비선형적인 방전이 이루어지도록 하면, 휴지 기간 이후에는 매번 화학적인 리커버리 효과가 발생하게 된다. 이러한 화학적 리커버리 효과에 의해 각 배터리(BT1 내지 BTn)의 방전 기간은 선형적인 방전만 이루어질 때보다 더 길어지게 된다.
또한, 배터리(BT1 내지 BTn)의 휴지기간 증가는 배터리의 수명 연장 효과로 연결되기 때문에 각 배터리(BT1 내지 BTn)의 방전 효율을 높이면서도 수명을 늘리기 위해서는 소정의 기간 단위로 휴지 동작이 수행되도록 함이 바람직함을 알 수 있다.
컨트롤 모듈(100)은 전력 계통의 주파수 변화를 실시간 모니터링하여 계통 주파수 변화에 실시간 대응하는 충/방전 제어신호를 생성한다. 예를 들어, 계통 주파수 상승에 따른 업(Up) 상태에 따라서는 방전 제어신호를 생성하고, 주파수 하강에 따른 다운(DOWN) 상태에 따라서는 충전 제어신호를 생성한다. 그리고 각각의 충/방전 제어신호에 따라 각 배터리(BT1 내지 BTn)의 충/방전이 이루어지도록 한다. 이와 더불어, 컨트롤 모듈(100)은 미리 설정된 휴지 조건에 따라 각각의 배터리(BT1 내지 BTn) 별로 휴지 순서와 기간을 설정한다. 그리고 각 배터리(BT1 내지 BTn) 별로 휴지 기간이 되면 휴지 동작이 이루어지도록 제어한다.
각 배터리(BT1 내지 BTn)의 휴지 조건은 매우 다양하게 설정될 수 있는데, 예를 들면, 누적 휴지 시간이 적은 순서에 따라 휴지 동작이 수행되도록 할 수 있다. 그리고 각 배터리(BT1 내지 BTn)들의 누적 휴지 시간이 동일해지면 사용일수나 제조일 또는 설계날짜가 오래된 순서별로 다시 휴지 동작이 수행되도록 할 수 있다.
이 외에도 각 배터리(BT1 내지 BTn)의 휴지 조건은 계통 주파수 응동 비용이 낮은 시간대 즉, 자동 발전 제어 서비스의 계통 주파수에 따라 응동하는 비용이 낮은 시간대에 휴지 동작이 수행되도록 설정될 수도 있다. 또한, 과거 어느 한 날짜의 전기 에너지 가격 변동 데이터를 참조하여, 전기 에너지 가격이 낮게 유지되는 때에 휴지 동작이 이루어지도록 설정될 수 있다. 이때는 전기 에너지 가격이 높아질 때 휴지 기간을 끝내고 방전 동작이 수행되도록 할 수 있다.
각 배터리(BT1 내지 BTn)별로 휴지기가 설정되면, 컨트롤 모듈(100)은 휴지 대상이 되는 배터리의 휴지 준비 및 휴지 동작을 제어한다. 즉, 컨트롤 모듈(100)은 다양한 휴지 조건 중 적어도 하나의 조건에 해당되어 휴지 모드로 돌입하는 배터리에 대해, 미리 설정된 타겟 용량만큼 전기 에너지가 충전되도록 하는 휴지 준비 동작을 제어한다. 그리고 미리 설정된 타겟 용량만큼 전기 에너지가 충전된 상태로 미리 설정된 기간 만큼 휴지하도록 휴지 시간을 카운트한다.
적어도 하나의 배터리가 휴지중인 상태에서, 배터리 관리모듈(200)에서 비상 응동 신호가 발생하고 비상 응동 신호가 컨트롤 모듈(100)에 전달되면, 컨트롤 모듈(100)은 휴지중인 배터리를 이용해 비상 응동에 대응할 수 있다.
휴지중인 배터리를 이용해서 비상 응동에 대응하면, 휴지 중인 배터리에는 타겟 용량만큼의 충전량이 확보되어 있기 때문에 비상 응용 효율을 높일 수 있게 된다. 이러한 컨트롤 모듈(100)의 휴지 조건 설정 방식과 휴지 동작 제어 방식 및 비상 응동 대응 방식 등에 대해서는 이후에 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.
배터리 관리모듈(200)은 전력 계통의 주파수를 직/간접적으로 실시간 인가받아 주파수 변화를 실시간 모니터링한다. 그리고 계통 주파수의 변화 상황에 따라 비상 응동 상황을 판단한다. 모니터링 결과, 비상 상황으로 판단되면 비상 응동 신호를 생성하여 컨트롤 모듈(100)로 공급함으로써, 컨트롤 모듈(100)에 의해 휴지기에 있던 배터리가 비상 응동에 대응되도록 한다.
도 3은 도 1에 도시된 컨트롤 모듈을 구체적으로 나타낸 구성 블록도이다.
도 3에 도시된 컨트롤 모듈(100)은 미리 설정된 휴지 조건에 따라 각각의 배터리(BT1 내지 BTn) 별로 휴지 순서와 기간을 설정하는 휴지 설정부(110), 휴지 순서와 기간에 따라 휴지 대상이 되는 적어도 하나의 배터리(BT1 내지 BTn) 별로 휴지 동작을 제어하는 휴지 컨트롤러(120), 배터리 관리모듈(200)로부터의 비상 응동 신호에 따라 휴지 기간 중인 적어도 하나의 배터리를 제어하여 비상 응동에 대응하는 비상응동 컨트롤러(130), 및 전력 계통의 주파수 변화를 실시간 모니터링하여 계통 주파수 변화에 실시간 대응하는 충/방전 제어신호를 생성함으로써, 휴지기의 배터리를 제외한 나머지 배터리들의 충/방전을 각각 제어하는 충/방전 컨트롤러(140)를 포함한다.
휴지 설정부(110)의 휴지 조건은 다음과 같이 미리 설정될 수 있다.
구체적으로, 각 배터리(BT1 내지 BTn)의 휴지 조건으로는 각각의 배터리(BT1 내지 BTn) 중 누적 휴지 시간이 적은 순서에 따라 휴지 동작이 수행되도록 한 제1 조건, 각 배터리(BT1 내지 BTn)들의 누적 휴지 시간이 동일해지면 사용일수나 제조일 또는 설계날짜가 오래된 순서별로 다시 휴지 동작이 수행되도록 한 제2 조건, 자동 발전 제어 서비스의 계통 주파수에 대응하여 응동하는 비용이 낮은 시간대에 휴지 동작이 되도록 한 제3 조건, 및 과거 어느 한 날짜의 전기 에너지 가격 변동 데이터를 참조하여 전기 에너지 가격이 미리 설정된 기준 가격보다 낮게 유지되는 때에 휴지 동작이 이루어지도록 한 제4 조건 중 적어도 하나의 조건으로 설정될 수 있다.
제1 조건의 경우는 각각의 배터리(BT1 내지 BTn)별 누적 휴지 시간이 최대한 고르게 유지되거나 동일해지도록 하기 위한 조건이다. 휴지기를 반복적으로 갖는 배터리(BT1 내지 BTn)들에 대해 누적 휴지 시간이 적은 순서로 휴지 기간을 정하면 최종적으로는 각 배터리(BT1 내지 BTn)들의 누적 휴지 시간이 유사하거나 동일하게 유지될 수 있다.
반면, 제2 조건은 각 배터리(BT1 내지 BTn)들의 누적 휴지 시간이 모두 동일해졌을 때, 다시 휴지 기간이 반복되도록 한 조건이다. 이렇게 각 배터리(BT1 내지 BTn)들의 누적 휴지 시간이 모두 동일해졌을 때, 사용일수나 제조일 또는 설계날짜가 오래된 순서별로 다시 휴지 동작이 수행되도록 하면, 휴지 시간이 모두 동일한 상태에서 다시 순차적으로 휴지 동작이 수행되도록 할 수 있다.
제3 조건은 배터리(BT1 내지 BTn)들의 휴지기를 이용해 전력 계통 운용 이득을 높일 수 있도록 한 조건이다. 다시 말해, 과거의 어느 한 날짜의 계통 운용 비용 변동 데이터를 참조하여, 하루 또는 다수 일의 기간에서 계통 주파수 대응 비용이 낮은 시간대에 휴지기를 갖도록 조건이다. 이후, 비용이 높아질 때는 휴지기를 끝내고 계통 주파수에 대응하는 동작이 수행되도록 하면 전력 계통 운용 이득을 높일 수 있게 된다.
도 4는 도 3에 도시된 컨트롤 모듈의 휴지 배터리 설정 방식을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 휴지 설정부(110)는 현재(Day)의 전일 날짜, 현재와 동일한 전년도의 날짜(Dx-Day), 현재 기후나 날씨와 유사율이 가장 높은 기후나 날씨 특징을 갖는 과거 어느 한 날짜(Dx-Day) 등으로 과거의 어느 한 날짜를 선택할 수 있다.
현재(Day)의 전일 날짜, 현재와 동일한 전년도의 날짜(Dx-Day), 현재 기후나 날씨와 유사율이 가장 높은 기후나 날씨 특징을 갖는 과거 어느 한 날짜(Dx-Day)의 계통 운용 비용 변동 데이터가 현재 날짜의 변동 데이터와 가장 유사할 가능성이 크다.
따라서, 현재(Day)의 전일 날짜, 현재와 동일한 전년도의 날짜(Dx-Day), 현재 기후나 날씨와 유사율이 가장 높은 기후나 날씨 특징을 갖는 과거 어느 한 날짜(Dx-Day) 중 어느 한 날짜를 현재와 가장 유사한 특성이 있는 날짜로 선택할 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 컨트롤 모듈의 휴지 배터리 설정 방식을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 5를 참조하면, 휴지 설정부(110)는 제3 조건에 따라서 자동발전제어(AGC: Automatic Generation Control) 서비스의 계통 주파수에 따라 응동하는 비용이 낮은 시간대에 휴지 동작이 수행되도록 설정될 수도 있다.
구체적으로, 계통 운용 대응에 따른 비용 변동 데이터는 각 시간대 별로 가변하게 되는데, 예를 들면 AGC 서비스의 계통 주파수 변화는 도 5와 같이 나타나기도 한다. 이에, 휴지 설정부(110)는 선택된 날짜의 시간대별 계통 운용 대응에 따른 비용 변동 데이터를 참조하여, 하루 또는 다수 일의 기간 내에서 계통 주파수 대응 비용이 평균 미만으로 낮은 시간대를 선택한다. 그리고 선택된 시간대에 각 배터리(BT1 내지 BTn) 중 적어도 하나의 배터리가 휴지기를 갖도록 설정할 수 있다.
이후, 계통 주파수 대응 비용이 평균 이상으로 높은 시간대에는 휴지기를 끝내고 계통 주파수에 대응하는 동작이 수행되는바, 계통 주파수 대응 비용에 따라 휴지기를 이용하게 되면 전력 계통 운용 이득을 높일 수 있게 된다.
휴지 설정부(110)의 휴지 조건 중 제4 조건은 전기 에너지 가격 변동 데이터를 이용해 전력 계통 운용 이득을 높일 수 있도록 한 조건이다. 다시 말해, 과거의 어느 한 날짜의 전기 에너지 가격 변동 데이터를 참조하여, 하루 또는 다수 일의 기간 중에서 전기 에너지 가격이 낮은 시간대에 휴지기를 갖도록 조건이다. 이후, 전기 에너지 가격이 높아질 때는 휴지기를 끝내고 계통 주파수에 대응하는 동작이 수행되도록 하면 전력 계통 운용 이득을 높일 수 있게 된다.
제4 조건 설정시에도 휴지 설정부(110)는 현재(Day)의 전일 날짜, 현재와 동일한 전년도의 날짜(Dx-Day), 현재 기후나 날씨와 유사율이 가장 높은 기후나 날씨 특징을 갖는 과거 어느 한 날짜(Dx-Day) 등으로 과거의 어느 한 날짜를 선택할 수 있다.
현재(Day)의 전일 날짜, 현재와 동일한 전년도의 날짜(Dx-Day), 현재 기후나 날씨와 유사율이 가장 높은 기후나 날씨 특징을 갖는 과거 어느 한 날짜(Dx-Day)의 전기 에너지 가격 변동 데이터가 현재 날짜의 에너지 가격 예측 데이터와 가장 유사할 가능성이 크다.
따라서, 현재(Day)의 전일 날짜, 현재와 동일한 전년도의 날짜(Dx-Day), 현재 기후나 날씨와 유사율이 가장 높은 기후나 날씨 특징을 갖는 과거 어느 한 날짜(Dx-Day) 중 어느 한 날짜를 현재와 가장 유사한 특성이 있는 날짜로 선택할 수 있다.
전기 에너지 가격 변동 데이터는 각 시간대 별로 가변하게 되므로, 휴지 설정부(110)는 선택된 날짜의 시간대별 에너지 가격 변동 데이터를 참조하여, 하루 또는 다수 일의 기간 내에서 전기 에너지 가격이 미리 설정된 가격대나 평균 미만으로 낮은 시간대를 선택한다. 그리고 선택된 시간대에 각 배터리(BT1 내지 BTn) 중 적어도 하나의 배터리가 휴지기를 갖도록 설정할 수 있다.
이후, 전기 에너지 가격이 미리 설정된 가격대나 평균 이상으로 높은 시간대에는 휴지기를 끝내고 계통 주파수에 대응하는 동작이 수행되는바, 계통 주파수 대응 비용에 따라 휴지기를 이용하게 되면 전력 계통 운용 이득을 높일 수 있게 된다.
한편, 충/방전 컨트롤러(140)의 경우는 전력 계통의 주파수 변화를 실시간 모니터링하여 계통 주파수 변화에 실시간 대응하는 충/방전 제어신호를 생성하고, 충/방전 제어신호에 따라 휴지 상태가 아닌 구동 배터리들의 충/방전을 제어한다.
도 6은 도 1의 에너지 저장 시스템을 통한 휴지 기능 수행 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 3과 함께 도 6을 참조하여, 본 발명의 에너지 저장 시스템을 통한 휴지 기능 수행 방법을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.
컨트롤 모듈(100)의 충/방전 컨트롤러(140)에서는 전력 계통의 주파수 변화를 실시간 모니터링하여, 계통 주파수 변화에 실시간 대응하는 충/방전 제어신호를 실시간으로 생성한다.
구체적으로, 계통 주파수 상승에 따른 업(Up) 상태에 따라서는 방전 제어신호를 생성하고, 주파수 하강에 따른 다운(DOWN) 상태에 따라서는 충전 제어신호를 생성한다. 그리고 각각의 충/방전 제어신호에 따라 휴지 기간이 아닌 신호대기 상태의 각 배터리(BT1 내지 BTn)가 충/방전 동작을 수행하도록 제어한다.
이와 동시에 휴지 설정부(110)에서는 미리 설정된 제1 내지 제4 조건 중 적어도 하나의 휴지 조건에 따라 각각의 배터리(BT1 내지 BTn) 별로 휴지 순서와 기간을 설정한다(ST1).
휴지 컨트롤러(120)는 휴지 설정부(110)에서 각 배터리(BT1 내지 BTn)별로 휴지 순서와 기간이 설정되면, 순차적으로 휴지 대상이 되는 배터리의 휴지 준비 및 휴지 동작을 제어한다.(ST2) 즉, 휴지 컨트롤러(120)는 적어도 하나의 휴지 조건에 해당되어 휴지 모드로 돌입하는 배터리에 대해, 미리 설정된 타겟 용량만큼 전기 에너지가 충전되도록 하는 휴지 준비 동작을 제어한다. 그리고 미리 설정된 타겟 용량만큼 전기 에너지가 충전된 상태로 미리 설정된 기간만큼 휴지하도록 휴지 시간을 카운트한다.
도 7은 휴지 기간에 돌입한 배터리의 충전 과정을 설명하기 위한 배터리 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 휴지 조건에 해당되어 휴지 모드로 돌입하는 배터리에 대해, 휴지 컨트롤러(120)는 미리 설정된 타겟 용량만큼 전기 에너지가 충전되도록 하는 휴지 준비 동작을 제어한다. 여기서, 타겟 용량은 각 배터리(BT1 내지 BTn)의 전체 용량에 따라 달리 설정될 수 있는바, 각 배터리(BT1 내지 BTn)의 운용 경험 및 비상 응동 경험에 따라 필요한 용량만큼 미리 설정될 수 있다. 예를 들면, 각 배터리(BT1 내지 BTn)의 운용 및 비상 응동시에는 방전 동작이 필요한 경우가 충전 동작이 필요한 경우보다 더 많이 발생하기 때문에, 적정 타겟 용량은 해당 배터리 용량의 절반 이상으로 설정할 수 있다. 더욱 구체적으로, 휴지 모드 준비시 적정 타겟 용량은 필요에 따라 휴지 대상 배터리 전체 용량의 30% 내지 80% 용량 중 어느 한 용량으로 미리 설정될 수도 있다.
전술한 바와 같이 설정된 타겟 용량만큼 전기 에너지가 충전 완료되면, 휴지 설정부(110)에서 설정된 기간만큼 휴지할 수 있도록 휴지되는 시간을 카운트한다.(ST3)
한편으로, 비상응동 컨트롤러(130)는 배터리 관리모듈(200)에서 비상 응동 신호가 발생하는지를 실시간으로 모니터링한다.(ST4) 이때는 배터리 관리모듈(200)에서도 전력 계통의 주파수를 직/간접적으로 실시간 인가받아 주파수 변화를 실시간 모니터링한다. 그리고 계통 주파수의 변화 상황에 따라 비상 응동 상황을 판단한다.
모니터링 결과, 비상 상황으로 판단되면 비상 응동 신호를 생성하여 비상응동 컨트롤러(130)로 공급함으로써, 비상응동 컨트롤러(130)에 의해 휴지기에 있던 배터리가 비상 응동에 대응되도록 한다.
즉, 적어도 하나의 배터리가 휴지중인 상태에서, 배터리 관리모듈(200)에서 비상 응동 신호가 발생하고 비상 응동 신호가 비상응동 컨트롤러(130)로 공급되면, 비상응동 컨트롤러(130)는 휴지중인 배터리를 이용해 비상 응동에 대응하게 된다.(ST5)
비상응동 컨트롤러(130)가 휴지중인 배터리를 이용해서 비상 응동에 대응하면, 휴지 중인 배터리에는 타겟 용량만큼의 충전량이 확보되어 있기 때문에 비상 응용 효율을 높일 수 있게 된다.
휴지중인 상태에서 곧바로 비상 응동에 대응한 배터리의 경우는 다시 휴지 컨트롤러(120)의 제어에 따라 미리 설정된 타겟 용량만큼 전기 에너지가 충전된다. 그리고 미리 설정된 타겟 용량만큼 전기 에너지가 충전 완료되면, 남은 휴지 기간만큼 휴지할 수 있도록 휴지 시간을 카운트한다.(ST6)
해당 배터리의 휴지 기간이 모두 끝나면, 휴지 컨트롤러(120)는 다음 유지 대상이 있는지 유/무를 확인한다. 그리고 휴지 대상이 있으면 상기의 휴지 모드 동작을 다시 수행하고, 시간대에 따라 다음의 휴지 대상 배터리가 없으면 유지 모드를 종료한다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템 및 그 수행 방법은 비선형적인 방전 효과를 활용할 수 있도록 배터리들의 휴지 전략을 최적화시켜 수행함으로써, 배터리들의 운용 효율을 높이고, 그 수명을 연장시켜 활용할 수 있게 된다.
또한, 휴지 대상의 배터리들이 미리 설정된 충전량을 유지하고 휴지 기간에 돌입하도록 함으로써, 비상시 응동 특성을 높여 활용될 수 있도록 해서 그 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
상기에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 실시 예의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 실시 예는 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
BT1 내지 BTn: 복수의 배터리
100: 컨트롤 모듈
200: 배터리 관리 모듈
110: 휴지 설정부
120: 휴지 컨트롤러
130: 비상응동 컨트롤러
140: 충/방전 컨트롤러

Claims (16)

  1. 전기 에너지를 충/방전 시키는 복수의 배터리;
    전력 계통의 주파수 변화에 대응하는 복수의 충/방전 제어신호를 생성하여 상기 각 배터리의 충/방전을 제어함과 아울러, 미리 설정된 휴지 조건에 따라 상기 각 배터리의 휴지기를 설정 및 수행하는 컨트롤 모듈;
    상기 전력 계통의 비상 응동 상황을 판단하여 비상 응동 신호를 발생시킴으로써 휴지 상태에 있는 배터리가 비상 응동에 대응하도록 제어하는 배터리 관리모듈;
    을 포함하고,
    상기 컨트롤 모듈은
    상기 미리 설정된 휴지 조건에 따라 상기 각각의 배터리별로 휴지 순서와 기간을 설정하는 휴지 설정부;
    상기 설정된 배터리 휴지 순서와 기간에 따라 휴지 대상이 되는 상기 적어도 하나의 배터리 별로 휴지 동작을 제어하는 휴지 컨트롤러;
    상기 배터리 관리모듈로부터의 비상 응동 신호에 따라 휴지 기간 중인 적어도 하나의 배터리를 제어하여 비상 응동에 대응하는 비상응동 컨트롤러; 및
    전력 계통의 주파수 변화를 실시간 모니터링하여 계통 주파수 변화에 실시간 대응하는 충/방전 제어신호를 생성함으로써 상기 휴지기의 배터리를 제외한 나머지 배터리들의 충/방전을 각각 제어하는 충/방전 컨트롤러;
    를 포함하며,
    상기 휴지 설정부는
    상기 각 배터리에 대해 누적 휴지 시간이 적은 순서에 따라 적어도 하나의 배터리가 휴지 모드 진행될 수 있도록 순서와 기간을 각각 설정하고,
    상기 각 배터리들의 누적 휴지 시간이 동일해지면 사용일수나 제조일 또는 설계날짜가 오래된 순서별로 다시 휴지 동작이 수행될 수 있도록 설정하는,
    배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 설정된 휴지 조건은
    누적 휴지 시간이 적은 순서에 따라 휴지 동작이 수행되도록 하는 제1 조건;
    상기 각 배터리들의 누적 휴지 시간이 동일해지면 사용일수나 제조일 또는 설계날짜가 오래된 순서별로 다시 휴지 동작이 수행되도록 하는 제2 조건;
    상기 계통 주파수에 대응하여 응동하는 비용이 미리 설정된 비용이나 평균 비용 미만으로 낮아지는 시간대에 휴지 동작이 수행되도록 하는 제3 조건; 및
    과거 어느 한 날짜의 전기 에너지 가격 변동 데이터를 참조하여 상기 전기 에너지 가격이 미리 설정된 가격이나 평균 가격 미만으로 낮아지는 시간대에 휴지 동작이 이루어지도록 하는 제4 조건 중 적어도 하나의 조건을 포함하는 배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 휴지 설정부는
    현재의 전일 날짜, 현재와 동일한 전년도의 날짜, 현재 기후나 날씨와 유사율이 가장 높은 기후나 날씨 특징을 갖는 과거 어느 한 날짜 중 하나의 날짜를 선택하고,
    상기 선택된 날짜의 시간대별 계통 운용 대응에 따른 비용 변동 데이터를 참조하여, 하루 또는 다수 일의 기간 내에서 계통 주파수 대응 비용이 미리 설정된 비용이나 평균 미만으로 낮아지는 시간대를 선택하여 상기 각 배터리 중 적어도 하나의 배터리가 휴지기를 갖도록 설정하는 배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 휴지 설정부는
    현재의 전일 날짜, 현재와 동일한 전년도의 날짜, 현재 기후나 날씨와 유사율이 가장 높은 기후나 날씨 특징을 갖는 과거 어느 한 날짜 중 하나의 날짜를 선택하고,
    상기 선택된 날짜의 시간대별 전기 에너지 가격 변동 데이터를 참조하여, 하루 또는 다수 일의 기간 내에서 전기 에너지 가격이 미리 설정된 가격이나 평균 미만의 가격으로 낮아지는 시간대를 선택하여 상기 각 배터리 중 적어도 하나의 배터리가 휴지기를 갖도록 설정하는 배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 휴지 컨트롤러는
    상기 각 배터리별로 휴지 순서와 기간이 설정되면, 순차적으로 휴지 대상이 되는 배터리의 휴지 준비 및 휴지 동작을 제어하되,
    휴지 모드로 돌입하는 배터리가 미리 설정된 타겟 용량만큼 전기 에너지를 충전하도록 제어하고, 상기 미리 설정된 타겟 용량만큼 전기 에너지가 충전되면 상기 설정된 기간만큼 휴지하도록 휴지 시간을 카운트하는 배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 비상응동 컨트롤러는
    상기 적어도 하나의 배터리가 휴지중인 상태에서, 상기 배터리 관리모듈로부터 비상 응동 신호가 공급되면 상기 휴지중인 배터리를 이용해 비상 응동에 대응하며,
    상기 비상 응동에 대응한 배터리가 다시 미리 설정된 타겟 용량만큼 전기 에너지를 충전하여 남은 휴지 기간만큼 휴지할 수 있도록 제어하는 배터리 휴지 기능을 수행하는 에너지 저장 시스템.
  9. 전력 계통의 주파수 변화에 대응하는 복수의 충/방전 제어신호를 생성하여 복수의 배터리 충/방전을 제어하는 단계;
    미리 설정된 휴지 조건에 따라 상기 각 배터리의 휴지기를 설정 및 수행하는 단계;
    상기 전력 계통의 비상 응동 상황을 판단하여 비상 응동 신호를 발생시킴으로써 휴지 상태에 있는 배터리가 비상 응동에 대응하도록 제어하는 배터리 관리 단계;
    를 포함하고,
    상기 각 배터리의 휴지기 설정 및 수행 단계는
    상기 미리 설정된 휴지 조건에 따라 상기 각각의 배터리별로 휴지 순서와 기간을 설정하는 휴지 설정 단계;
    상기 설정된 배터리 휴지 순서와 기간에 따라 휴지 대상이 되는 상기 적어도 하나의 배터리 별로 휴지 동작을 제어하는 휴지 제어단계;
    배터리 관리모듈로부터의 비상 응동 신호에 따라 휴지 기간 중인 적어도 하나의 배터리를 제어하여 비상 응동에 대응하는 비상응동 제어단계; 및
    전력 계통의 주파수 변화를 실시간 모니터링하여 계통 주파수 변화에 실시간 대응하는 충/방전 제어신호를 생성함으로써 상기 휴지기의 배터리를 제외한 나머지 배터리들의 충/방전을 각각 제어하는 충/방전 제어단계;
    를 포함하며,
    상기 휴지 설정 단계는
    상기 각 배터리에 대해 누적 휴지 시간이 적은 순서에 따라 적어도 하나의 배터리가 휴지 모드 진행될 수 있도록 순서와 기간을 각각 설정하는 단계, 및
    상기 각 배터리들의 누적 휴지 시간이 동일해지면 사용일수나 제조일 또는 설계날짜가 오래된 순서별로 다시 휴지 동작이 수행될 수 있도록 설정하는 단계를 포함하는,
    배터리 휴지 기능 수행 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 미리 설정된 휴지 조건은
    누적 휴지 시간이 적은 순서에 따라 휴지 동작이 수행되도록 하는 제1 조건;
    상기 각 배터리들의 누적 휴지 시간이 동일해지면 사용일수나 제조일 또는 설계날짜가 오래된 순서별로 다시 휴지 동작이 수행되도록 하는 제2 조건;
    상기 계통 주파수에 대응하여 응동하는 비용이 미리 설정된 비용이나 평균 비용 미만으로 낮아지는 시간대에 휴지 동작이 수행되도록 하는 제3 조건; 및
    과거 어느 한 날짜의 전기 에너지 가격 변동 데이터를 참조하여 상기 전기 에너지 가격이 미리 설정된 가격이나 평균 가격 미만으로 낮아지는 시간대에 휴지 동작이 이루어지도록 하는 제4 조건 중 적어도 하나의 조건을 포함하는 배터리 휴지 기능 수행 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 휴지 설정 단계는
    현재의 전일 날짜, 현재와 동일한 전년도의 날짜, 현재 기후나 날씨와 유사율이 가장 높은 기후나 날씨 특징을 갖는 과거 어느 한 날짜 중 하나의 날짜를 선택하는 단계, 및
    상기 선택된 날짜의 시간대별 계통 운용 대응에 따른 비용 변동 데이터를 참조하여, 하루 또는 다수 일의 기간 내에서 계통 주파수 대응 비용이 미리 설정된 비용이나 평균 미만으로 낮아지는 시간대를 선택하여 상기 각 배터리 중 적어도 하나의 배터리가 휴지기를 갖도록 설정하는 단계를 포함하는 배터리 휴지 기능 수행 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 휴지 설정 단계는
    현재의 전일 날짜, 현재와 동일한 전년도의 날짜, 현재 기후나 날씨와 유사율이 가장 높은 기후나 날씨 특징을 갖는 과거 어느 한 날짜 중 하나의 날짜를 선택하는 단계, 및
    상기 선택된 날짜의 시간대별 전기 에너지 가격 변동 데이터를 참조하여, 하루 또는 다수 일의 기간 내에서 전기 에너지 가격이 미리 설정된 가격이나 평균 미만의 가격으로 낮아지는 시간대를 선택하여 상기 각 배터리 중 적어도 하나의 배터리가 휴지기를 갖도록 설정하는 단계를 포함하는 배터리 휴지 기능 수행 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 휴지 제어 단계는
    상기 각 배터리별로 휴지 순서와 기간이 설정되면, 순차적으로 휴지 대상이 되는 배터리의 휴지 준비 및 휴지 동작을 제어하되,
    휴지 모드로 돌입하는 배터리가 미리 설정된 타겟 용량만큼 전기 에너지를 충전하도록 제어하고, 상기 미리 설정된 타겟 용량만큼 전기 에너지가 충전되면 상기 설정된 기간만큼 휴지하도록 휴지 시간을 카운트하는 단계를 포함하는 배터리 휴지 기능 수행 방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 비상응동 제어단계는
    상기 적어도 하나의 배터리가 휴지중인 상태에서, 배터리 관리모듈로부터 비상 응동 신호가 공급되면 상기 휴지중인 배터리를 이용해 비상 응동에 대응하며,
    상기 비상 응동에 대응한 배터리가 다시 미리 설정된 타겟 용량만큼 전기 에너지를 충전하여 남은 휴지 기간만큼 휴지할 수 있도록 제어하는 단계를 포함하는 배터리 휴지 기능 수행 방법.
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