KR102623434B1 - 피크 전력 검출에 대응하여 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents
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Abstract
피크 전력 검출에 대응하여 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 방법 및 이를 위한 장치가 개시된다. 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 피크 전력 검출에 대응하여 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 방법 및 이를 위한 장치를 적용함으로써, 피크 전력 시간대에 에너지 저장 장치를 통해 전력을 효율적으로 관리하여 전력 그리드에 부담을 줄일 수 있고, 에너지 저장 장치를 이용하여 전력을 저장하고 피크 시간에 방전함으로써 전력 사용량을 조절할 수 있다.
Description
본 발명은 피크 전력 검출에 대응하여 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
ESS는 잉여 생산된 전기를 저장하거나 신재생 에너지를 활용해서 생산된 전기를 필요한 시간대에 공급하는 장치로서, 수요가 적은 시간에 유휴 전력을 저장해두었다가 수요가 많은 시간대에 전기를 공급하여 안정적으로 전력을 활용할 수 있다.
이러한 ESS는 최근에 급부상한 신재생 에너지 시스템과 스마트 그리드 구축하는데 반드시 필요한 핵심 기술로, 발전소에서 생산한 전력을 가정이나 공장 등에 바로 전달하지 않고 대형 2차 배터리와 같은 에너지 저장 수단에 에너지를 저장했다가 전력이 가장 필요한 시기와 장소에 전력을 생성한 후 전송하여 에너지 효율을 높이는 시스템이다.
통상적으로 ESS의 배터리는 전력을 저장하고 전력이 필요할 때에 충전된 전력을 공급함으로써 에너지 효율을 높일 수 있으며, 이를 위해서는 전력 수요의 예측이 수반되어 그에 따라 효율적인 배터리의 충방전 스케쥴링을 정확하게 수립해야 한다.
전력의 피크는 전기 요금 산정의 중요한 요소이므로 전원 공급 장치에서 사용하는 전력 중에서 전력 계통으로부터 제공받는 전력의 피크 발생을 정확하게 예상하고, 피크 발생을 기반으로 전원 공급 장치로 전력을 제공하는 ESS의 충전 또는 방전을 수행할 수 있는 기술의 연구 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 목적은, 피크 전력 시간대에 에너지 저장 장치를 통해 전력을 효율적으로 관리하여 전력 그리드에 부담을 줄일 수 있고, 에너지 저장 장치를 이용하여 전력을 저장하고 피크 시간에 방전함으로써 전력 사용량을 조절할 수 있는 피크 전력 검출에 대응하여 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치는 피크 전력을 감지하고, 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전을 제어하기 위한 하나 이상의 프로그램을 저장하는 메모리; 및 상기 하나 이상의 프로그램에 따른 동작들을 수행하는 하나 이상의 프로세서;를 포함하고, 상기 프로세서에 의하여 수행되는 동작들은, 미리 결정된 피크 전력량을 변수로 이용하는 피크 상태 판단 함수를 기반으로 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 피크 상태에 해당하는 경우, 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 변수로 이용하는 방전량 산출 함수를 통하여 산출된 방전량에 대응하여 상기 에너지 저장 장치가 방전되도록 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 단계는, 미리 설정된 주기가 시작된 후부터 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 상기 피크 상태 판단 함수보다 큰 경우, 피크 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 피크 상태 판단 함수는, 상기 미리 결정된 피크 전력량, 상기 미리 설정된 주기 또는 상기 미리 설정된 주기가 시작된 후부터 경과한 시간 중 적어도 하나를 변수로 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 피크 상태 판단 함수는, 상기 미리 결정된 피크 전력량을 상기 미리 설정된 주기로 나눈 값에 상기 미리 설정된 주기가 시작된 후부터 경과한 시간을 곱한 제1 값과 상기 미리 결정된 피크 전력량에 1보다 작은 조정값을 곱한 제2 값의 합인 것을 특징으로 한다.
상기 방전량 산출 함수는, 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량과 방전량 산출 지원 함수를 변수로 이용하는 것이고, 상기 방전량 산출 지원 함수는, 상기 미리 결정된 피크 전력량 또는 상기 미리 설정된 주기를 변수로 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 방전량 산출 함수는, 상기 미리 설정된 주기 내에서 미리 결정된 제2 시간이 경과하고, 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 상기 미리 결정된 피크 전력량보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 장치의 정격 전압의 크기와 같은 크기로 함수값이 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 피크 상태 판단 함수는, 상기 피크 상태 판단 함수의 크기가 상기 미리 결정된 피크 전력량보다 큰 경우, 상기 미리 결정된 피크 전력량에 해당하는 크기와 같은 크기로 함수값이 제한되는 것을 특징으로 한다.
상기 프로세서는, 상기 미리 설정된 주기가 끝날 때 마다, 상기 에너지 저장 장치가 방전을 중지하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 프로세서는, 상기 미리 설정된 주기 내에서 미리 결정된 제1 시간 동안 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 계측하고, 상기 미리 결정된 제1 시간이 경과한 이후에 상기 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 방출량 산출 함수는, 상기 에너지 저장 장치의 정격 전압의 크기보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 방출량 산출 함수는, 상기 에너지 저장 장치로부터 전원을 공급 받는 외부 장치가 이용하는 충전 전력에서 상기 에너지 저장 장치로 전력을 공급하는 신재생 에너지 발전 장치가 제공하는 공급 전력을 뺀 값보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 방출량 산출 함수는, 0보다 큰 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력을 감지하고, 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전을 제어하기 위한 하나 이상의 프로그램을 저장하는 메모리 및 상기 하나 이상의 프로그램에 따른 동작들을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함하는 장치에서 수행되는 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법은, 미리 결정된 피크 전력량을 변수로 이용하는 피크 상태 판단 함수를 기반으로 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 피크 상태에 해당하는 경우, 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 변수로 이용하는 방전량 산출 함수를 통하여 산출된 방전량에 대응하여 상기 에너지 저장 장치가 방전되도록 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 단계는, 미리 설정된 주기가 시작된 후부터 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 상기 피크 상태 판단 함수보다 큰 경우, 피크 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 피크 상태 판단 함수는, 상기 미리 결정된 피크 전력량, 상기 미리 설정된 주기 또는 상기 미리 설정된 주기가 시작된 후부터 경과한 시간 중 적어도 하나를 변수로 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 피크 상태 판단 함수는, 상기 미리 결정된 피크 전력량을 상기 미리 설정된 주기로 나눈 값에 상기 미리 설정된 주기가 시작된 후부터 경과한 시간을 곱한 제1 값과 상기 미리 결정된 피크 전력량에 1보다 작은 조정값을 곱한 제2 값의 합인 것을 특징으로 한다.
상기 방전량 산출 함수는, 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량과 방전량 산출 지원 함수를 변수로 이용하는 것이고, 상기 방전량 산출 지원 함수는, 상기 미리 결정된 피크 전력량 또는 상기 미리 설정된 주기를 변수로 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 방전량 산출 함수는, 상기 미리 설정된 주기 내에서 미리 결정된 제2 시간이 경과하고, 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 상기 미리 결정된 피크 전력량보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 장치의 정격 전압의 크기와 같은 크기로 함수값이 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 피크 상태 판단 함수는, 상기 피크 상태 판단 함수의 크기가 상기 미리 결정된 피크 전력량보다 큰 경우, 상기 미리 결정된 피크 전력량에 해당하는 크기와 같은 크기로 함수값이 제한되는 것을 특징으로 한다.
상기 에너지 저장 장치가 방전되도록 제어하는 단계는, 상기 미리 설정된 주기가 끝날 때 마다, 상기 에너지 저장 장치가 방전을 중지하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 단계는, 상기 미리 설정된 주기 내에서 미리 결정된 제1 시간 동안 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 계측하고, 상기 미리 결정된 제1 시간이 경과한 이후에 상기 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 방출량 산출 함수는, 상기 에너지 저장 장치의 정격 전압의 크기보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 방출량 산출 함수는, 상기 에너지 저장 장치로부터 전원을 공급 받는 외부 장치가 이용하는 충전 전력에서 상기 에너지 저장 장치로 전력을 공급하는 신재생 에너지 발전 장치가 제공하는 공급 전력을 뺀 값보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장되어 상기한 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법 중 어느 하나를 컴퓨터에서 실행시킨다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템은, 풍력 또는 태양광을 이용하여 전력을 생성하는 신재생 에너지 발전 장치; 상기 신재생 에너지 발전 장치로부터 제공받은 전력을 저장하는 에너지 저장 장치; 전력을 공급하는 전력 계통; 및 미리 결정된 피크 전력량을 변수로 이용하는 피크 상태 판단 함수를 기반으로 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하고, 상기 피크 상태에 해당하는 경우, 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 변수로 이용하는 방전량 산출 함수를 통하여 산출된 방전량에 대응하여 상기 에너지 저장 장치가 방전되도록 제어하는 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치;를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 피크 전력 검출에 대응하여 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 방법 및 이를 위한 장치를 적용함으로써, 피크 전력 시간대에 에너지 저장 장치를 통해 전력을 효율적으로 관리하여 전력 그리드에 부담을 줄일 수 있고, 에너지 저장 장치를 이용하여 전력을 저장하고 피크 시간에 방전함으로써 전력 사용량을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 피크 전력 검출에 대응하여 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 방법 및 이를 위한 장치를 적용함으로써, 피크 전력 사용량을 감소시킴으로써 전력 공급사로부터 청구되는 전력 요금을 줄일 수 있고, 에너지 저장 장치를 활용하여 전력 사용량을 조절함으로써 추가적인 비용을 절감할 수 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템의 전원 공급 장치와 전원 공급 장치로부터 전원을 공급받는 외부 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템의 친환경 에너지 발전 장치와 친환경 에너지 발전 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치 및 방법에서 이용하는 피크 상태 판단 함수 및 방전량 산출 지원 함수를 나타내는 그래프이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치 및 방법의 동작에 따른 시간 대 전력량 그래프를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법의 동작 알고리즘을 코드의 형식으로 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템의 전원 공급 장치와 전원 공급 장치로부터 전원을 공급받는 외부 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템의 친환경 에너지 발전 장치와 친환경 에너지 발전 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치 및 방법에서 이용하는 피크 상태 판단 함수 및 방전량 산출 지원 함수를 나타내는 그래프이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치 및 방법의 동작에 따른 시간 대 전력량 그래프를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법의 동작 알고리즘을 코드의 형식으로 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “가진다”, “가질 수 있다”, “포함한다” 또는 “포함할 수 있다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있으며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터 구조들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 피크 전력 검출에 대응하여 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 방법 및 이를 위한 장치(이하에서, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법 및 장치라고 함)의 다양한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템(10)은 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치(100), 전력 계통(200), 전원 공급 장치(300), 에너지 저장 장치(400), 신재생 에너지 발전 장치(500) 및 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템 관리 장치(이하에서, 전원 공급 시스템 관리 장치라고 함)(600)를 포함할 수 있다.
피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치(100)는 미리 결정된 피크 전력량을 변수로 이용하는 피크 상태 판단 함수를 기반으로 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하고, 피크 상태에 해당하는 경우, 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 변수로 이용하는 방전량 산출 함수를 통하여 산출된 방전량에 대응하여 에너지 저장 장치가 방전되도록 제어할 수 있다.
여기서, 미리 결정된 피크 전력량은 전력 수요의 최대 허용치를 의미할 수 있다. 예를 들어, 미리 결정된 피크 전력량은 일반적으로 전력 수요가 증가하는 시간대 또는 근무 시간이나 공장의 가동 전력이 증가하는 시간대를 기반으로 결정될 수 있고, 본 발명의 경우 특히, 외부 장치의 충전 수요가 증가하는 시간대를 기반으로 결정될 수도 있다.
미리 결정된 피크 전력량은 과거 데이터, 예상 수요, 인프라 용량 등을 고려하여 설정될 수 있다. 본 발명에서, 미리 결정된 피크 전력량은 이동 평균, 시계열 분석, 머신 러닝 또는 실시간 모니터링 등의 방식을 통하여 결정될 수도 있다.
피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치(100)에 대해서는 도 2, 도 3, 도 6 내지 도 11을 통하여 보다 상세하게 설명한다.
전력 계통(200)은 전원 공급 장치(300)로 전력을 공급할 수 있다. 전력 계통(200)은 전기 에너지를 발전소에서 최종 사용자에게 전달하는 전체 인프라를 의미할 수 있다. 예를 들어, 전력 계통은 발전소, 전압 승압 및 강압 변압기, 최종 사용자에게 전력을 전달하는데 사용되는 전송 및 분배망을 포함할 수 있다. 전력 계통(200)으로부터 전력을 공급받는 전력 사용자는 가정, 사무실, 공장 등 일 수 있다.
전력 계통으로부터 공급받는 전력의 대가로 지불하는 요금에 대한 정보는 전력 수요를 기반으로 경부하 구간에 따른 요금, 경부하 구간보다 높은 전력 요금이 적용되는 중부하 구간에 따른 요금 및 중부하 구간보다 높은 전력 요금이 적용되는 최대부하 구간에 따른 요금으로 구분될 수 있다.
전원 공급 장치(300)는 전력 계통(200), 에너지 저장 장치(400) 또는 신재생 에너지 발전 장치(500) 중 적어도 하나로부터 전력을 공급받아 외부 장치로 전원을 공급할 수 있다.
전원 공급 장치(300) 및 외부 장치에 대해서는 도 4를 통하여 보다 상세하게 설명한다.
에너지 저장 장치(400)는 신재생 에너지 발전 장치(500)로부터 제공받은 전력을 저장할 수 있다. 에너지 저장 장치(400)는 전력 계통(200)으로부터 제공받은 전력을 저장할 수도 있다. 에너지 저장 장치(400)는 전력을 임시로 보관하고 필요한 시점에 사용할 수 있도록 제공할 수 있다. 에너지 저장 장치(400)는 전력 부족, 전력 과부하 또는 전력 수요 피크 상황에 대응하여 전원 공급 장치(300)로 전력을 공급할 수 있다.
에너지 저장 장치(400)는 ESS(Energy Storage System)일 수 있다. ESS는 에너지를 저장하고 공급하기 위하여 필요한 구성요소(예를 들어, 관리 및 제어 소프트웨어, 안전 장치, 연결 장치 등)를 포함할 수 있다.
신재생 에너지 발전 장치(500)는 지속 가능한 자원을 이용하여 전기를 생성하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 신재생 에너지 발전 장치(500)는 풍력 또는 태양광을 이용하여 전력을 생성할 수 있다.
신재생 에너지 발전 장치(500)에 대해서는 도 5를 통하여 보다 상세하게 설명한다.
전력 계통(200), 에너지 저장 장치(400) 또는 신재생 에너지 발전 장치(500)는 각각 MCCB(Molded Case Circuit Breaker) 또는 VCB(Vacuum Circuit Breaker)와 연결되어 동작할 수 있다.
MCCB 또는 Molded Case Circuit Breaker는 자동적으로 회로를 끊어 오버로드나 단락 등으로 인한 과도한 전류를 방지하는 장치일 수 있다. 이는 발열체, 솔레노이드, 또는 양쪽의 조합에 의해 작동될 수 있다.
VCB 또는 Vacuum Circuit Breaker는 전기 회로에서 과전류를 차단하는 데 사용되는 스위치일 수 있다. VCB는 진공을 이용하여 전류를 차단하고, 전류가 과도하게 증가하거나 과부하 상황에서 회로를 끊어줄 수 있다.
전원 공급 시스템 관리 장치(600)는 에너지 저장 장치(400) 또는 신재생 에너지 발전 장치(500)로부터 전력 계통(200)으로 전력이 공급되는 역조류의 발생 여부를 확인하고, 전원 공급 장치(300)의 사용 전력을 검출하고, 역조류의 발생 여부 또는 사용 전력을 포함하는 동작 제어 변수 그룹을 기반으로 에너지 저장 장치(400) 또는 신재생 에너지 발전 장치(500) 중 적어도 하나의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명에서 역조류는 전력 계통(200)으로부터 전원 공급 장치(300) 또는 에너지 저장 장치(400)로 전력이 공급되는 것이 아니라 에너지 저장 장치(400) 또는 신재생 에너지 발전 장치(500)로부터 전력 계통(200)으로 전력이 공급되는 것을 의미할 수 있다.
도 1에 도시된 모든 구성이 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템(10)의 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템(10)과 연결된 일부 구성이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치(100)는 적어도 하나의 프로세서(110), 컴퓨터 판독 가능한 저장매체(120), 통신 버스(150) 및 인공지능 기반 처리부(160)를 포함한다.
프로세서(110)는 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치(100)로 동작하도록 제어할 수 있다. 예컨대, 프로세서(110)는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(120)에 저장된 하나 이상의 프로그램(121)들을 실행할 수 있다. 하나 이상의 프로그램(121)들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(110)에 의해 실행되는 경우 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치(100)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(120)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보는 입출력 인터페이스(130)나 통신 인터페이스(140)를 통해서도 주어질 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(120)에 저장된 프로그램(140)은 프로세서(110)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(120)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치(100)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.
통신 버스(150)는 프로세서(110), 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(120)를 포함하여 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치(100)의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.
피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치(100)는 또한 하나 이상의 입출력 장치를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(130) 및 하나 이상의 통신 인터페이스(140)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(130) 및 통신 인터페이스(140)는 통신 버스(150)에 연결된다. 입출력 장치(미도시)는 입출력 인터페이스(130)를 통해 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치(100)의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다.
인공지능 기반 처리부(160)는 프로세서(110)와 연동하여 프로세서(110)와 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법에 필요한 동작들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 인공지능 처리부(160)는 프로세서(110)와 연동하여 프로세서(110)가 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법에 필요한 동작들을 수행하는 과정에서 인공지능과 관련된 동작들을 수행할 수 있다.
예를 들어, 인공지능 기반 처리부(160)는 인공지능 알고리즘을 사용하여 피크 전력 패턴을 분석하고 예측할 수 있다. 이를 통해 피크 상태 판단 함수를 개선하고 전력 계통으로부터 유입되는 전력량이 피크 상태에 해당하는지 여부를 더 정확하게 판단할 수 있다. 또한, 인공지능 기반 처리부(160)는 인공지능을 사용하여 에너지 저장 장치의 충전 및 방전을 최적화할 수 있다. 에너지 수요와 공급 패턴을 분석하여 충전 및 방전 전략을 동적으로 조정하고, 에너지 저장 장치의 수명과 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법은 피크 전력을 감지하고, 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전을 제어하기 위한 하나 이상의 프로그램을 저장하는 메모리 및 하나 이상의 프로그램에 따른 동작들을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함하는 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템 관리 장치에서 수행될 수 있다.
S310 단계에서, 프로세서는 미리 결정된 피크 전력량을 변수로 이용하는 피크 상태 판단 함수를 기반으로 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단할 수 있다.
프로세서는 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 단계(S310)에서, 미리 설정된 주기가 시작된 후부터 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 피크 상태 판단 함수보다 큰 경우, 피크 상태인 것으로 판단할 수 있다.
프로세서는 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 단계(S310)에서, 미리 설정된 주기 내에서 미리 결정된 제1 시간 동안 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 계측하고, 미리 결정된 제1 시간이 경과한 이후에 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단할 수 있다.
S320 단계에서, 프로세서는 피크 상태에 해당하는 경우, 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 변수로 이용하는 방전량 산출 함수를 통하여 산출된 방전량에 대응하여 에너지 저장 장치가 방전되도록 제어할 수 있다.
프로세서는 에너지 저장 장치가 방전되도록 제어하는 단계(S320)에서, 미리 설정된 주기가 끝날 때 마다, 에너지 저장 장치가 방전을 중지하도록 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템의 전원 공급 장치와 전원 공급 장치로부터 전원을 공급받는 외부 장치를 설명하기 위한 도면이다.
전원 공급 장치로부터 전원을 공급받는 외부 장치(410)는 플러그인 하이브리드 전기 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle: PHEV) 또는 엔진을 제거하고 모터로만 동력을 공급하는 전기 자동차(Electric Vehicle: EV)일 수 있다.
전기 자동차(EV: Electric Vehicle)는 전기를 주된 동력 원으로 사용하는 자동차를 의미할 수 있다. 전기 자동차는 대개 전기를 충전 가능한 배터리에 저장하고, 이 배터리를 통해 전기 모터를 구동하여 차량을 움직일 수 있다.
플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle)는 가솔린 또는 디젤 엔진과 함께 하나 이상의 전기 모터를 사용하는 하이브리드 차량의 한 유형을 의미할 수 있다. PHEV는 집이나 공공 충전소에서 충전할 수 있는 대형 배터리 팩을 사용하므로, 순수 전기 차량처럼 일정 거리를 전기만으로 운전할 수 있다.
PHEV와 EV는 외부에서 공급되는 전원을 이용하여 차량 내부에 구비된 고전압 배터리를 충전하고, 고전압 배터리에 충전된 전원에 대한 방전 제어를 통해 차량 구동을 위한 구동 모터에 전원을 공급한다.
도 4를 참조하면 외부 장치(410)는 PHEV 또는 EV의 형태로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 스마트폰, 노트북, 태블릿, 스마트 워치, 전자담배, 휴대용 스피커, 전동 킥보드, 전기 자전거 또는 드론 등 장치 내부에 구비된 배터리를 충전할 수 있도록 마련된 다양한 종류의 장치일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템의 친환경 에너지 발전 장치와 친환경 에너지 발전 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 친환경 에너지 발전 장치(500)는 태양광 패널(510), 풍력 터빈(520), 수력 터빈(530) 또는 해양 에너지 발전 장치(540) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
태양광 패널(510)은 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 변환할 수 있다. 태양광 패널(510)은 지붕, 건물의 외벽, 또는 대규모 태양광 발전소에 설치될 수 있다. 태양광 패널, 또는 태양 전지판은 자연광 즉, 태양 빛을 전기 에너지로 변환하는 장치일 수 있다. 본 발명에서 태양광 패널, 또는 태양 전지판은 광전효과를 이용하는 실리콘 기반의 결정질 태양 전지와 반도체 물질을 이용하는 박막 태양 전지 모두를 포함할 수 있다.
태양광 패널은 태양 전지를 포함할 수 있다. 태양 전지는 반도체 물질로 만들어지며, 주로 실리콘을 사용할 수 있다. 태양 빛이 태양 전지에 도달하면, 반도체 내에서 전자와 '홀'이 생성되어 전류가 생성될 수 있다.
풍력 터빈(520)은 바람의 에너지를 이용해 전기를 생산하는 대형 터빈일 수 있다. 풍력 터빈(520)은 블레이드, 회전축, 발전기, 터빈 탑 및 날개 조정 장치를 포함할 수 있다. 블레이드는 바람의 힘을 받아서 회전하며, 이 회전력은 기계적 에너지로 변환될 수 있다. 이 기계적 에너지는 네셀에 위치한 발전기로 전달되어 전기 에너지로 변환될 수 있다.
수력 터빈(530)은 물의 흐름 또는 낙하를 이용하여 전기를 생산할 수 있다.
해양 에너지 발전 장치(540)은 바다의 움직임, 예를 들어 파도, 조수 및 해류 등을 이용하여 전기를 생산할 수 있다.
도 5에 도시된 모든 구성이 친환경 에너지 발전 장치(500)의 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 친환경 에너지 발전 장치(500)와 연결된 일부 구성이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
예를 들어, 친환경 에너지 발전 장치(500)는 지열 발전 장치 또는 바이오매스 발전 장치를 더 포함할 수 있다. 지열 발전 장치는 지구 내부의 열을 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 바이오매스 발전 장치는 생물학적 물질을 연소하거나 가스화하여 전기를 생산할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치 및 방법에서 이용하는 피크 상태 판단 함수 및 방전량 산출 지원 함수를 나타내는 그래프이다.
도 6의 도면 부호 610은 피크 상태 판단 함수를 나타내는 것이다. 도면 부호, 630은 미리 설정된 주기(900초)를 나타내는 것이다.
피크 상태 판단 함수는 미리 결정된 피크 전력량, 미리 설정된 주기 또는 미리 설정된 주기가 시작된 후부터 경과한 시간 중 적어도 하나를 변수로 이용할 수 있다.
예를 들어, 피크 상태 판단 함수는 미리 결정된 피크 전력량을 미리 설정된 주기로 나눈 값에 미리 설정된 주기가 시작된 후부터 경과한 시간을 곱한 제1 값과 미리 결정된 피크 전력량에 1보다 작은 조정값을 곱한 제2 값의 합일 수 있다.
피크 상태 판단 함수는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, Limit curve2는 피크 상태 판단 함수를 나타내고, t는 미리 설정된 주기가 시작된 후부터 경과한 시간을 나타낼 수 있다. 조정값은 0.03 ~ 0.07 범위에서 결정될 수도 있다.
조정값은 피크 상태 판단 함수가 방전량 산출 지원 함수보다 큰 값을 가지도록 결정될 수 있다. 조정값은 0보다 큰 값일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로세서는 조정값을 변경할 수도 있다. 프로세서는 에너지 저장 장치의 운용 조건, 피크 전력 예측 정확도 또는 에너지 저장 장치의 상태 중 적어도 하나를 기반으로 조정값을 변경할 수 있다.
예를 들어, 프로세서는 조정값은 에너지 저장 장치의 운용 조건에 따라 다르게 설정할 수 있다. 프로세서는 전력 수요가 높은 경우 또는 에너지 저장 장치의 충전 상태가 빈번하게 변경될 경우, 조정값을 기존의 값보다 더 높은값으로 상향조정할 수 있다.
또한, 프로세서는 조정값을 피크 전력 예측의 정확도에 따라 다르게 조정할 수 있다. 예측이 높게 또는 낮게 나타날 경우, 조정값을 증가시켜 예측 오차를 보정할 수 있다.
또한, 프로세서는 에너지 저장 장치의 상태(예를 들어, 남은 충전 수준, 수명, 에너지 효율 등)에 따라 조정값을 변경할 수 있다. 에너지 저장 장치의 수명이 감소하면서 성능이 저하될 경우, 조정값을 증가시키는 방식으로 이를 보상할 수 있다. 즉, 프로세서는 시간의 흐름에 따라 조정값의 크기를 증가시킬 수 있다.
또한, 프로세서는 에너지 저장 장치의 에너지 효율을 기반으로 조정값을 상향 조정하거나 하향 조정할 수도 있다. 이는 에너지 저장 장치의 효율성과 시스템의 전체 성능을 최적화하는데 도움이 될 수 있다.
에너지 저장 장치의 효율성은 장치가 전력을 저장하고 다시 사용할 수 있는 능력을 의미할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 에너지 저장 장치의 효율성은 에너지 저장 장치가 100단위의 전력을 저장하고, 그 중 90단위만 다시 사용할 수 있다면, 그 효율성은 90%라고 할 수 있다. 효율성이 높을수록 장치는 더 많은 에너지를 유지하고 재사용할 수 있으므로, 피크 전력에 대응하는 능력이 향상된다.
에너지 저장 장치의 에너지 효율이 상대적으로 높은 경우 (예를 들어, 미리 결정된 기준 효율 이상), 조정값을 높여서 장치가 더 많은 에너지를 저장하고 사용할 수 있도록 할 수 있다. 이는 전력 소비가 높은 피크 시간 동안 더 많은 에너지를 제공하고, 전력 소비가 낮은 시간 동안 더 많은 에너지를 저장하는 데 도움이 될 수 있다.
반대로, 에너지 저장 장치의 에너지 효율이 상대적으로 낮은 경우 (예: 미리 결정된 기준 효율 미만), 조정값을 낮춰서 장치가 더 적은 에너지를 저장하고 사용하도록 할 수 있다. 이는 장치의 전력 손실을 최소화하고, 전력 공급의 안정성을 유지하는 데 도움이 될 수 있다.
미리 결정된 기준 효율은 사용자의 설정 또는 에너지 저장 장치의 특성을 고려하여 결정될 수 있다. 보다 상세하게는, 미리 결정된 기준 효율은 에너지 저장 장치의 종류 및 모델에 따라 다르게 결정될 수 있다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리의 경우 보통 80-90%의 효율성을 가질 수 있는 반면, 고급 배터리 시스템의 경우에는 95% 이상의 효율성을 가질 수 있다. 이러한 장치의 특성을 고려하여, 미리 결정된 기준 효율을 설정할 수 있다.
미리 결정된 기준 효율은 에너지 저장 장치의 작동 온도, 습도 등의 외부 환경 조건에 따라 결정될 수 도 있고, 에너지 저장 장치의 충전-방전 주기, 사용 빈도, 사용시간 등에 따라서도 달라질 수 있다.
이렇게 조정값을 상황에 따라 적절히 조절함으로써 에너지 저장 장치의 성능과 수명을 최적화할 수 있다.
피크 상태 판단 함수는 피크 상태 판단 함수의 크기가 미리 결정된 피크 전력량보다 큰 경우, 미리 결정된 피크 전력량에 해당하는 크기와 같은 크기로 함수값이 제한될 수 있다.
방전량 산출 함수는 전력 계통으로부터 유입된 전력량과 방전량 산출 지원 함수를 변수로 이용할 수 있다.
방전량 산출 지원 함수는 미리 결정된 피크 전력량 또는 미리 설정된 주기를 변수로 이용할 수 있다.
도 6의 도면 부호 620은 방전량 산출 지원 함수를 나타내는 것이다.
방전량 산출 지원 함수는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
여기서, Limit curve 1은 방전량 산출 지원 함수를 나타내고, t는 미리 설정된 주기가 시작된 후부터 경과한 시간을 나타낼 수 있다.
방전량 산출 함수는 미리 설정된 주기 내에서 미리 결정된 제2 시간이 경과하고, 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 미리 결정된 피크 전력량보다 큰 경우, 에너지 저장 장치의 정격 전압의 크기와 같은 크기로 함수값이 설정될 수 있다.
미리 결정된 제2 시간은 미리 결정된 제1 시간보다 큰 값을 가질 수 있다.
본 발명에서 미리 설정된 주기, 미리 결정된 제1 시간 또는 미리 결정된 제2 시간은 각각 사용자의 설정, 시스템의 제한, 또는 전력 사용 패턴 등의 요인에 의하여 결정될 수 있다.
방출량 산출 함수는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, Pess_ref는 방전량을 나타낼 수 있다. 단위 변환 상수는 전력 계통으로부터 유입된 전력량과 방전량 산출 지원 함수의 단위가 KWh가 아닌 Wh단위로 입력되고, 미리 설정된 주기가 sec(초) 단위로 입력될 때, 산출되는 방전량이 KW 단위로 산출되도록 단위를 조정하기 위한 상수일 수 있다. 예를 들어, Pess_ref = ([Wh]-[Wh])/[s] = [Wh]/[s] = 3.6[kW]이므로, 단위 변환 상수는 3.6일 수 있다.
방출량 산출 함수는 에너지 저장 장치의 정격 전압의 크기보다 작은 값을 가질 수 있다.
방출량 산출 함수는 에너지 저장 장치로부터 전원을 공급 받는 외부 장치가 이용하는 충전 전력에서 에너지 저장 장치로 전력을 공급하는 신재생 에너지 발전 장치가 제공하는 공급 전력을 뺀 값보다 작은 값을 가질 수 있다.
방출량 산출 함수는 0보다 큰 값을 가질 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치 및 방법의 동작에 따른 시간 대 전력량 그래프를 예시적으로 나타내는 도면이다.
본 발명에서 프로세서는 미리 설정된 주기 간격으로 동작을 수행하며, 각 주기가 끝나면, 에너지 저장 장치가 방전을 멈추도록 제어하고, 모든 파라미터를 초기화할 수 있다.
"미리 설정된 주기"는 시스템의 운영자 또는 사용자에 의해 결정될 수 있고, 시스템 운영 환경 또는 에너지 저장 장치의 특성 등을 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 전력 그리드의 변동성이 크고 피크 전력 상태가 빈번하게 발생하는 경우, 주기를 짧게 설정하여 빠르게 피크 상태를 감지하고 대응할 수 있다. 반대로, 전력 그리드의 변동성이 낮고 피크 상태가 드물게 발생하는 경우, 주기를 길게 설정하여 에너지 저장 장치의 충전 및 방전을 더 효율적으로 관리할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 미리 설정된 주기를 900초로 설정하고, 미리 결정된 제1 시간을 300초로 설정하고, 미리 결정된 제2 시간을 600초로 설정한 경우에 대한 예시이다.
프로세서는 미리 결정된 제1 시간 동안 전력 사용량을 계측하며, 그 이후에 피크 판단 또는 에너지 저장 장치 제어와 관련된 동작들을 수행할 수 있다. 프로세서는 미리 결정된 제1 시간이 지난 후에 전력 계통으로부터 유입된 전력량(SkWh)가 피크 상태 판단 함수(Limit curve2)를 초과하는 경우, 피크 상태로 판단할 수 있다.
전력 계통으로부터 유입된 전력량(SkWh)은 미리 설정된 주기가 시작된 후부터 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 의미할 수 있다.
도 7 내지 도 9에서 피크 상태 판단 함수는 다음의 식에 의해 계산된 것이다.
Limit curve2 = Peak_kwh / (900) * t + Peak_kwh * 0.05
여기서 "Peak_kwh"는 미리 결정된 피크 전력량으로, 미리 설정된 주기 동안의 피크 전력량을 나타내고, "t"는 15분 주기가 시작된 후부터 현재까지의 시간(초)를 나타낼 수 있다.
만약, "Limit curve2"가 "Peak_kwh"보다 크면 "Limit curve2"는 "Peak_kwh"로 제한될 수 있다.
프로세서는 미리 설정된 주기가 지나고, SkWh가 "Limit curve2"를 초과하면, 에너지 저장 장치에 방전 지령을 내릴 수 있다.
도 7 내지 도 9에서 방전량(Pess_ref)는 다음의 식에 의해 계산된 것이다.
Pess_ref[kW] = 3.6*((Skwh - Limit curve1) / (900 - t))
여기서 "Limit curve 1(방출량 산출 지원 함수)"은 "Limit curve 1 = Peak_kwh / (900)t" 에 의해 계산된 것이다.
미리 결정된 제2 시간을 경과하고, SkWh가 Peak_kwh보다 클 경우 Pess_ref = Pess_rate으로 설정될 수 있다.
Pess_rate는 에너지 저장 장치의 정격 용량일 수 있다. 예를 들어, Pess_rate는 ESSPCS(Energy Storage System Power Conditioning System)의 정격 용량을 의미할 수 있다. ESSPCS는 에너지 저장 시스템에서 배터리와 그리드 간의 전력 흐름을 제어하는 장치일 수 있다.
Peak 지령을 위한 제한으로는, Pess_ref < Pev-Ppv, Pess_ref < Pess_rate 또는 Pess_ref > 0 중 적어도 하나가 있을 수 있다.
도 7 내지 도 9의 시뮬레이션에서, ESSPCS의 정격 용량은 460kW, 외부 장치(EV)가 전원 공급 장치로부터 공급받는 전력은 600kW이고, Peak_kwh는 125kWh이다.
먼저 도 7을 참조하면, 230sec에서 Skwh가 Limit_curve2를 초과했으나 300 이하이므로 Pess_ref=0이고, 300sec에서 Skwh가 Limit_curve2를 초과해서 Pess 출력을 시작한다. 840sec 이후 이전값을 유지한다.
피크를 제어 하지 않을 경우 도 8에 도시된 바와 같이 150kWh까지 상승할 수 있다.
도 9를 참조하면, 230sec에서 Skwh가 Limit_curve2를 초과했으나 300 이하이므로 Pess_ref=0이고, 300sec에서 Skwh가 Limit_curve2를 초과해서 Pess 출력 시작한다. 680sec에서 Skwh가 Limit_curve1보다 낮아져서 Pess=0이 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법의 동작 알고리즘을 코드의 형식으로 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치(1100)는 피크 상태 판단부(1110), 에너지 저장 장치 제어부(1120), 피크 상태 판단 함수 연산부(1130), 방전량 산출 함수 연산부(1140) 및 인공지능 기반 처리부(1150)를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명에서 메모리에 저장된 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하기 위한 하나 이상의 프로그램에 따른 동작들을 수행하는 하나 이상의 프로세서는, 피크 상태 판단부(1110), 에너지 저장 장치 제어부(1120), 피크 상태 판단 함수 연산부(1130), 방전량 산출 함수 연산부(1140) 및 인공지능 기반 처리부(1150)일 수 있고, 프로세서에서 수행되는 동작들을 피크 상태 판단부(1110), 에너지 저장 장치 제어부(1120), 피크 상태 판단 함수 연산부(1130), 방전량 산출 함수 연산부(1140) 및 인공지능 기반 처리부(1150)가 각각의 역할에 따라 분담하여 수행할 수 있다.
피크 상태 판단부(1110)는 피크 상태 판단 함수를 기반으로 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단할 수 있다. 피크 상태 판단부(1110)는 미리 결정된 피크 전력량, 미리 설정된 주기 또는 주기 시작 후 경과한 시간을 변수로 이용하여 피크 상태 판단 함수를 계산할 수도 있다. 피크 상태 판단부(1110)는 계산 결과에 따라 전력량이 피크 상태인지 여부를 판단할 수 있다.
에너지 저장 장치 제어부(1120)는 피크 상태에 해당하는 경우, 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 변수로 이용하여 방전량 산출 함수를 통해 산출된 방전량에 대응하여 에너지 저장 장치를 방전시키도록 제어할 수 있다. 에너지 저장 장치 제어부(1120)는 방전량 산출 함수를 전력 계통으로부터 유입된 전력량과 방전량 산출 지원 함수를 변수로 이용하여 방전량을 계산할 수도 있다. 에너지 저장 장치 제어부(1120)는 계산된 방전량에 따라 에너지 저장 장치의 방전을 제어할 수 있다.
피크 상태 판단 함수 연산부(1130)는 피크 상태 판단 함수의 연산을 수행할 수 있다. 피크 상태 판단 함수 연산부(1130)는 미리 결정된 피크 전력량, 미리 설정된 주기 또는 주기 시작 후 경과한 시간을 변수로 이용하여 피크 상태 판단 함수를 계산할 수 있다.
방전량 산출 함수 연산부(1140)는 방전량 산출 함수의 연산을 수행할 수 있다. 방전량 산출 함수 연산부(1140)는 전력 계통으로부터 유입된 전력량과 방전량 산출 지원 함수를 변수로 이용하여 방전량을 계산할 수 있다. 방전량 산출 함수 연산부(1140)는 미리 설정된 주기 내에서 설정된 제2 시간 경과 여부와 전력량과의 비교를 통해 방전량을 설정할 수도 있다.
인공지능 기반 처리부(1150)는 인공지능 기술을 활용하여 추가적인 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 인공지능 기반 처리부(1150)는 기계 학습 알고리즘을 사용하여 피크 상태 판단이나 방전량 산출 함수를 최적화하거나, 실시간 데이터를 분석하여 피크 전력 상태를 예측할 수 있다.
도 11에 도시된 모든 구성이 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템 관리 장치(1100)의 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치(1100)와 연결된 일부 구성이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
본 발명은 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치(ESS)의 충방전 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 미리 설정된 피크 전력량을 기반으로 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 모니터링하고, 피크 상태를 판단하여 ESS의 방전을 제어하는 프로그램과 프로세서를 포함할 수 있다.
본 출원은 컴퓨터 저장 매체도 제공한다. 컴퓨터 저장 매체에는 프로그램 명령이 저장되어 있고, 프로세서에 의해 프로그램 명령이 실행되면, 상술한 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법이 실현된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 저장 매체는 U디스크, SD카드, PD광학 드라이브, 모바일 하드 디스크, 대용량 플로피 드라이브, 플래시 메모리, 멀티미디어 메모리 카드, 서버 등일 수 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록 매체로서는 자기기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템
100: 피크 전력에 대응한 에너지 장치의 충방전 제어 장치
200: 전력 계통
300: 전원 공급 장치
400: 에너지 저장 장치
500: 신재생 에너지 발전 장치
600: 전원 공급 시스템 관리 장치
100: 피크 전력에 대응한 에너지 장치의 충방전 제어 장치
200: 전력 계통
300: 전원 공급 장치
400: 에너지 저장 장치
500: 신재생 에너지 발전 장치
600: 전원 공급 시스템 관리 장치
Claims (25)
- 피크 전력을 감지하고, 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전을 제어하기 위한 하나 이상의 프로그램을 저장하는 메모리; 및 상기 하나 이상의 프로그램에 따른 동작들을 수행하는 하나 이상의 프로세서;를 포함하고, 상기 프로세서에 의하여 수행되는 동작들은,
미리 결정된 피크 전력량을 변수로 이용하는 피크 상태 판단 함수를 기반으로 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 피크 상태에 해당하는 경우, 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 변수로 이용하는 방전량 산출 함수를 통하여 산출된 방전량에 대응하여 상기 에너지 저장 장치가 방전되도록 제어하는 단계;를 포함하고,
상기 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 단계는,
미리 설정된 주기가 시작된 후부터 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 상기 피크 상태 판단 함수보다 큰 경우, 피크 상태인 것으로 판단하고,
상기 피크 상태 판단 함수는,
상기 미리 결정된 피크 전력량을 상기 미리 설정된 주기로 나눈 값에 상기 미리 설정된 주기가 시작된 후부터 경과한 시간을 곱한 제1 값과 상기 미리 결정된 피크 전력량에 1보다 작은 조정값을 곱한 제2 값의 합인 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 방전량 산출 함수는,
상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량과 방전량 산출 지원 함수를 변수로 이용하는 것이고,
상기 방전량 산출 지원 함수는, 상기 미리 결정된 피크 전력량 또는 상기 미리 설정된 주기를 변수로 이용하는 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 방전량 산출 함수는,
상기 미리 설정된 주기 내에서 미리 결정된 제2 시간이 경과하고, 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 상기 미리 결정된 피크 전력량보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 장치의 정격 전압의 크기와 같은 크기로 함수값이 설정되는 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 피크 상태 판단 함수는,
상기 피크 상태 판단 함수의 크기가 상기 미리 결정된 피크 전력량보다 큰 경우, 상기 미리 결정된 피크 전력량에 해당하는 크기와 같은 크기로 함수값이 제한되는 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 미리 설정된 주기가 끝날 때 마다, 상기 에너지 저장 장치가 방전을 중지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 미리 설정된 주기 내에서 미리 결정된 제1 시간 동안 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 계측하고, 상기 미리 결정된 제1 시간이 경과한 이후에 상기 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 방전량 산출 함수는,
상기 에너지 저장 장치의 정격 전압의 크기보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 방전량 산출 함수는,
상기 에너지 저장 장치로부터 전원을 공급 받는 외부 장치가 이용하는 충전 전력에서 상기 에너지 저장 장치로 전력을 공급하는 신재생 에너지 발전 장치가 제공하는 공급 전력을 뺀 값보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 방전량 산출 함수는,
0보다 큰 값을 가지는 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치. - 피크 전력을 감지하고, 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전을 제어하기 위한 하나 이상의 프로그램을 저장하는 메모리 및 상기 하나 이상의 프로그램에 따른 동작들을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함하는 장치에서 수행되는 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법에 있어서,
미리 결정된 피크 전력량을 변수로 이용하는 피크 상태 판단 함수를 기반으로 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 피크 상태에 해당하는 경우, 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 변수로 이용하는 방전량 산출 함수를 통하여 산출된 방전량에 대응하여 상기 에너지 저장 장치가 방전되도록 제어하는 단계;를 포함하고,
상기 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 단계는,
미리 설정된 주기가 시작된 후부터 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 상기 피크 상태 판단 함수보다 큰 경우, 피크 상태인 것으로 판단하고,
상기 피크 상태 판단 함수는,
상기 미리 결정된 피크 전력량을 상기 미리 설정된 주기로 나눈 값에 상기 미리 설정된 주기가 시작된 후부터 경과한 시간을 곱한 제1 값과 상기 미리 결정된 피크 전력량에 1보다 작은 조정값을 곱한 제2 값의 합인 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제13항에 있어서,
상기 방전량 산출 함수는,
상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량과 방전량 산출 지원 함수를 변수로 이용하는 것이고,
상기 방전량 산출 지원 함수는, 상기 미리 결정된 피크 전력량 또는 상기 미리 설정된 주기를 변수로 이용하는 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법. - 제13항에 있어서,
상기 방전량 산출 함수는,
상기 미리 설정된 주기 내에서 미리 결정된 제2 시간이 경과하고, 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 상기 미리 결정된 피크 전력량보다 큰 경우, 상기 에너지 저장 장치의 정격 전압의 크기와 같은 크기로 함수값이 설정되는 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법. - 제13항에 있어서,
상기 피크 상태 판단 함수는,
상기 피크 상태 판단 함수의 크기가 상기 미리 결정된 피크 전력량보다 큰 경우, 상기 미리 결정된 피크 전력량에 해당하는 크기와 같은 크기로 함수값이 제한되는 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법. - 제13항에 있어서,
상기 에너지 저장 장치가 방전되도록 제어하는 단계는,
상기 미리 설정된 주기가 끝날 때 마다, 상기 에너지 저장 장치가 방전을 중지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법. - 제13항에 있어서,
상기 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 단계는,
상기 미리 설정된 주기 내에서 미리 결정된 제1 시간 동안 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 계측하고, 상기 미리 결정된 제1 시간이 경과한 이후에 상기 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법. - 제13항에 있어서,
상기 방전량 산출 함수는,
상기 에너지 저장 장치의 정격 전압의 크기보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법. - 제13항에 있어서,
상기 방전량 산출 함수는,
상기 에너지 저장 장치로부터 전원을 공급 받는 외부 장치가 이용하는 충전 전력에서 상기 에너지 저장 장치로 전력을 공급하는 신재생 에너지 발전 장치가 제공하는 공급 전력을 뺀 값보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 하는, 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법. - 제13항 및 제17항 내지 제23항 중 어느 한 항에 기재된 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
- 풍력 또는 태양광을 이용하여 전력을 생성하는 신재생 에너지 발전 장치;
상기 신재생 에너지 발전 장치로부터 제공받은 전력을 저장하는 에너지 저장 장치;
전력을 공급하는 전력 계통; 및
미리 결정된 피크 전력량을 변수로 이용하는 피크 상태 판단 함수를 기반으로 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 피크 상태에 해당하는지 여부를 판단하고, 상기 피크 상태에 해당하는 경우, 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량을 변수로 이용하는 방전량 산출 함수를 통하여 산출된 방전량에 대응하여 상기 에너지 저장 장치가 방전되도록 제어하는 피크 전력에 대응한 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치;를 포함하고,
상기 에너지 저장 장치의 충방전 제어 장치는,
미리 설정된 주기가 시작된 후부터 상기 전력 계통으로부터 유입된 전력량이 상기 피크 상태 판단 함수보다 큰 경우, 피크 상태인 것으로 판단하고,
상기 피크 상태 판단 함수는,
상기 미리 결정된 피크 전력량을 상기 미리 설정된 주기로 나눈 값에 상기 미리 설정된 주기가 시작된 후부터 경과한 시간을 곱한 제1 값과 상기 미리 결정된 피크 전력량에 1보다 작은 조정값을 곱한 제2 값의 합인 것을 특징으로 하는, 신재생 에너지 기반 전원 공급 시스템.
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| KR1020230076387A KR102623434B1 (ko) | 2023-06-14 | 2023-06-14 | 피크 전력 검출에 대응하여 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 방법 및 이를 위한 장치 |
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| KR1020230076387A KR102623434B1 (ko) | 2023-06-14 | 2023-06-14 | 피크 전력 검출에 대응하여 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 방법 및 이를 위한 장치 |
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| JPS59175342A (ja) * | 1983-03-23 | 1984-10-04 | 株式会社東芝 | 電池電力貯蔵システム |
| KR20130039685A (ko) * | 2011-10-12 | 2013-04-22 | (주)에스엔디파워닉스 | 계통 연계형 에너지 저장 시스템 |
| KR20190079041A (ko) * | 2017-12-27 | 2019-07-05 | 한국전자통신연구원 | 피크 전력을 관리하는 충방전 스케줄링 방법 |
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| KR20200089056A (ko) * | 2019-01-16 | 2020-07-24 | 한국에너지기술연구원 | 에너지 비용 절감을 위한 에너지 저장 시스템, 전력 제어 장치 및 전력 제어 방법 |
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2023
- 2023-06-14 KR KR1020230076387A patent/KR102623434B1/ko active IP Right Grant
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| KR102538113B1 (ko) | 2021-05-27 | 2023-05-26 | 목포대학교산학협력단 | 이차 계획법을 이용한 ess 배터리 충방전 방법 및 컴퓨터 프로그램. |
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