KR102631022B1 - 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법은, 제어 스케쥴을 수립하는 단계; ESS의 배터리를 공유하는 다수의 PCS들에 대하여, 각 PCS의 제어 용도 및 순위를 결정하는 단계; 상기 제어 스케쥴의 제어 대상이 되는 각 단위 시간 구간에서 ESS 충방전량을 계산하는 단계; 상기 ESS 충방전량을 상기 다수의 PCS들에 대하여 배분하는 단계; 상기 배분된 충방전량에 따라 각 PCS를 운전하면서 배터리의 SOC를 확인하여 SOC에 따른 조치를 수행하는 단계; 및 PCS의 충방전량 배분값과 운전 중인 PCS의 충방전량과의 차이에 따른 조치를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법{HYBRID POWER PLANT OPERATION METHOD IN INDEPENDENT SYSTEM}
본 발명은 엔진 발전기와 재생에너지 발전기로부터 부하 사용 전력을 공급받으며 안정화를 위한 ESS를 구비한 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법 및 시스템에 관한 것이다.
중앙 집중식 방식의 대규모 화석 연료의 발전을 줄이고 신재생에너지 사용의 확대를 위하여 연료 전지 및 태양광이나 풍력 등을 이용한 발전 등의 신재생에너지를 기반으로 하는 독립계통 방식의 재생에너지 발전 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 특히 도서·산간 지역에서의 재생에너지 발전 장치(RG)은 신재생에너지의 사용을 촉진시킬 뿐만 아니라 발전 설비의 비용 부담을 줄이는 이점이 있어 그 관심이 높아지고 있다.
이러한 재생에너지 발전 장치는 에너지 밀도가 낮은 자연 에너지를 이용하여 발전되는 신재생에너지가 불규칙적이므로, 전력 수요에 따라 효율적으로 전력을 공급하기 위해서는 재생에너지 발전 장치와 발전된 전기를 저장하는 에너지 저장장치(energy storage system, ESS)가 혼용하는 형태로 이용되어야 한다. 이러한 독립계통 내 재생에너지 연계에 따른 에너지 저장장치의 필요성을 살펴보면 다음과 같다.
대형 계통과 분리되어 회전 관성을 가지는 엔진 발전소인 디젤발전기로 부하전력을 공급하는 독립계통의 경우, 재생에너지가 연계되었을 때 출력 변동성 등으로 인해 계통 운영에 문제를 발생시킬 수 있기 때문에 에너지 저장장치(ESS)를 함께 설치해야 한다. 즉, 재생에너지 출력이 급격하게 변동하더라도 ESS 충·방전을 통해 연계점 출력을 일정하게 유지시켜 계통 운영에 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 재생에너지 출력이 과다하여 부하보다 커지게 되어 역조류가 발생하거나 반대로 출력이 매우 작아서 부하공급이 어려운 경우에도 ESS의 충·방전을 통해 해결할 수 있게 된다.
재생에너지가 연계된 독립계통 운영에 대한 기존 기술의 경우 디젤발전기가 아닌 ESS의 전력변환장치(Power Conditioning System, 이하 PCS)를 이용해서 계통의 주파수를 조정하는 형태에 대한 운영 기술이다. 해당 구조를 가진 독립계통의 경우 ESS의 저장용량이 커야 하므로 초기 투자비 과다로 인해 경제성을 확보하기 어렵기 때문에 실제로 이러한 구조를 적용하는 것은 매우 어렵다.
경제성을 확보하기 위해서는 기존의 독립계통과 같이 디젤발전기 기반으로 주파수 조정 운전을 하되, 적정 용량의 ESS를 연계하여 재생에너지를 안정적으로 운영할 수 있는 효율적인 방안이 필요하다.
또한, 디젤발전기 기반으로 주파수 조정 운전을 하는 형태에 대한 기존 기술이 있으나, 재생에너지에 대한 제어없이 디젤발전기만을 제어하는 하는 형태를 제시하고 있거나, 재생에너지 연계점 출력을 일정하게 유지하는 제어만을 수행하는 구조에 머물러 있다.
이러한 경우 엔진발전기, 특히, 디젤발전기는 출력변화가 빠르지 않기 때문에 운영시스템(Energy Management System)에 의한 제어를 하더라도 효과적으로 적용하기 어렵다. 또한, 재생에너지에 의한 연료사용량 절감 효과를 극대화하기 어렵다. 연계점 일정 출력 제어 뿐만 아니라 재생에너지를 보다 적극적으로 수용하여 디젤발전기의 발전량을 줄일 수 있는 방안이 필요하다.
대한민국 공개공보 10-2016-0114802호 : 하이브리드 발전시스템
본 발명은 독립계통의 주파수 조정 기능은 엔진 발전기로서 디젤발전기가 수행하며 ESS는 재생에너지와 병렬로 동일한 연계점에 설치되는 구조의 하이브리드 발전소에서, 연료사용량 절감과 계통 안정을 동시에 달성할 수 있는 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법 및 그 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법은, 제어 스케쥴을 수립하는 단계; ESS의 배터리를 공유하는 다수의 PCS들에 대하여, 각 PCS의 제어 용도 및 순위를 결정하는 단계; 상기 제어 스케쥴의 제어 대상이 되는 각 단위 시간 구간에서 ESS 충방전량을 계산하는 단계; 상기 ESS 충방전량을 상기 다수의 PCS들에 대하여 배분하는 단계; 상기 배분된 충방전량에 따라 각 PCS를 운전하면서 배터리의 SOC를 확인하여 SOC에 따른 조치를 수행하는 단계; 및 PCS의 충방전량 배분값과 운전 중인 PCS의 충방전량과의 차이에 따른 조치를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 재생에너지 발전기 출력 제한을 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어 스케쥴을 수립하는 단계는, 장기 시간 구간에 대하여 HGP 모드와 RFM 모드 중 하나를 선택하는 단계; 및 HGP 모드가 선택된 경우, 상기 장기 시간 구간을 구성하는 단위 시간 구간들에서 ESS와 재생에너지 발전기의 연계점에 대한 출력들로 HGP 제어 스케쥴을 작성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 PCS의 제어 용도 및 순위를 결정하는 단계에서는, 상기 다수의 PCS들 중 하나는 주파수에 따라 출력이 조정되는 드룹 제어용으로 지정하고, 나머지 PCS들에 대하여 충·방전량을 수행할 우선 순위를 부여할 수 있다.
여기서, 상기 다수의 PCS들에 대하여 배분하는 단계에서는, 상기 ESS 충방전량을 하나의 PCS의 최대 출력값의 한도 내에서 상기 우선 순위에 따라 PCS들에 배분할 수 있다.
여기서, 상기 ESS 충방전량을 계산하는 단계에서는, HGP 모드가 선택된 경우에는 상기 단위 시간 구간들 각각에 대하여 작성된 상기 연계점의 출력값에 따라 상기 ESS 충방전량을 산출하고, RFM 모드가 선택된 경우에는 상기 독립계통의 엔진 발전기의 출력을 상한 및 하한 출력값 사이에서 먼저 결정하고, 결정된 엔진 발전기 출력값에 따라 상기 ESS 충방전량을 산출할 수 있다.
여기서, 상기 배터리 SOC 관리 단계에서는, 상기 배터리 SOC가 정상 범위 보다 낮은 상태에서 방전을 수행하려는 경우 PCS 방전을 정지시키고, 상기 배터리 SOC가 정상 범위 보다 높은 상태에서 충전을 수행하려는 경우 상기 재생에너지 발전기에 대하여 출력 제한값을 설정할 수 있다.
여기서, 상기 PCS 출력 변화율 제어 단계에서는, 상기 PCS 충방전량 변화율이 기준값보다 큰 경우, 상기 기준값 이내에서 증가하거나 감소하도록 최종 PCS 충방전량을 조정할 수 있다.
여기서, 상기 재생에너지 발전기 출력 제한을 확인하는 단계에서는, 상기 PCS 과충전을 방지하기 위한 출력 제한값, 상기 배터리 SOC 과다로 인한 출력 제한값 및 엔진 발전기 최소발전량 충족을 위한 출력 제한값 중 가장 작은 값으로 상기 재생에너지 발전기 출력 제한을 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 엔진 발전기, 재생에너지 발전기 및 ESS를 구비한 독립계통에서 하이브리드 발전소 운영 시스템은, 제어 스케쥴 작성 및 상기 ESS의 배터리를 공유하는 다수의 PCS들의 용도 방식 및 순위를 설정하는 사전 설정부; 상기 엔진 발전기, 상기 재생에너지 발전기, 부하 및 상기 ESS의 상태를 감시하는 상태 감시부; 상기 제어 스케쥴의 제어 대상이 되는 각 단위 시간 구간에서 ESS 충방전량을 계산하고, 상기 ESS 충방전량을 상기 다수의 PCS들에 대하여 배분하여, 상기 배분된 충방전량에 따라 각 PCS를 운전하면서 배터리의 SoC에 따른 조치 및 PCS의 충방전량 배분값과 운전 중인 PCS의 충방전량과의 차이에 따른 조치를 수행하는 제어부; 및 상기 제어 스케쥴을 위한 운영자의 HGP 모드와 RFM 모드의 선택을 접수하고,상기 배터리의 SoC에 따른 조치 및 상기 PCS의 충방전량과의 차이에 따른 조치에 포함된 알람을 출력하기 위한 운영자 인터페이스를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 사전 설정부는, 상기 운영자의 HGP 모드와 RFM 모드의 선택에 따라 제어 스케쥴을 작성하는 스케쥴 작성부; 및 상기 다수의 PCS들 중 하나는 주파수에 따라 출력이 조정되는 드룹 제어용으로 지정하고, 나머지 PCS들에 대하여 충·방전량을 수행할 우선 순위를 부여하는 PCS 설정부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 다수의 PCS들을 할당된 용도 및 우선 순위에 따라 제어하는 ESS 제어부; PCS를 운전하면서 확인한 배터리의 SoC 및 PCS의 충방전량 배분값과 운전 중인 PCS의 충방전량과의 차이에 따라 비상 상황 여부를 판정하는 비상 판정부; 및 케이스별로 비상 상황에서의 조치 및 알람을 수행하는 비상 조치부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 제어 스케쥴 또는 상기 비상 상황에서의 조치에 따라 상기 재생에너지 발전기를 제어하는 신재생에너지 제어부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어 스케쥴, 상기 다수의 PCS들의 제어 용도 및 순위를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법 및/또는 시스템을 실시하면, 독립계통의 주파수 조정 기능은 디젤발전기가 수행하며 ESS는 재생에너지와 병렬로 동일한 연계점에 설치되는 구조의 하이브리드 발전소에서, 연료사용량 절감과 계통 안정을 동시에 달성할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법 및/또는 시스템은, 재생에너지가 연계된 독립계통의 안정적인 운전을 통해 재생에너지 수용력 증대에 기여하는 이점이 있다.
본 발명의 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법 및/또는 시스템은, 독립계통 내 친환경 전력시스템 구축을 통해 기존 디젤발전기 사용량을 줄임으로써 연료사용량을 감축하는 이점이 있다.
본 발명의 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법 및/또는 시스템은, ESS가 복수의 PCS로 구성되어 있을 경우 PCS의 충·방전 우선순위를 선정하여 여러 대의 PCS를 동시에 운전하는 시간을 감축함으로써 PCS에서 발생되는 손실을 감소시키는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 하이브리드 발전소 운영 방법이 수행되는 필드로서 독립계통으로 운영될 수 있는 하이브리드 발전소 구성을 도시한 구조도.
도 2는 HGP 모드에 따른 하이브리드 발전소의 운전 패턴을 예시한 그래프.
도 3은 RFM 모드에 따른 하이브리드 발전소의 운전 패턴을 예시한 그래프.
도 4는 도 1의 하이브리드 발전소 시스템과 본 발명의 사상에 따른 발전소 운영 시스템과의 연결 관계를 도시한 구성도.
도 5는 본 발명의 사상에 따른 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 시스템에서 수행될 수 있는 운영 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도 6은 PCS별 충·방전량 배분 과정의 구체화된 일 예를 도시한 흐름도.
도 7은 배터리 SOC 관리의 구체적인 과정의 일 예를 도시한 흐름도.
도 8은 PCS 출력 변화율 제어의 구체적인 과정이 일 예를 도시한 흐름도.
도 9는 본 발명의 사상에 따른 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법이 수행되는 하이브리드 발전소 운영 시스템의 일 실시예를 도시한 블록도.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 하이브리드 발전소 운영 방법이 수행되는 필드로서 독립계통으로 운영될 수 있는 하이브리드 발전소 구성을 도시한 구조도이다.
본 발명에서는 독립계통의 주파수 조정 기능은 회전 관성을 가지고 연료를 소모하는 엔진 발전기로서 디젤 발전기가 수행하며 ESS는 재생에너지와 병렬로 동일한 연계점(C)에 설치되는 구조(하이브리드 발전소 : 재생에너지 + ESS)를 가진다. ESS(10)는 2대 이상의 PCS들(12-1, 12-2)이 존재하며 1대는 디젤발전기와 Droop 운전을 하며 주파수 조정을 수행하고, 나머지 PCS들이 운영시스템의 제어 지령에 따라 충·방전을 수행한다.
도 1에 도시한 하이브리드 발전소 시스템은, 배터리(14)를 다수의 PCS들(12-1, 12-2)이 공유하는 구성을 가지며, 도시하지는 않았지만 연료를 사용하는 엔진 발전기로서 디젤 발전기를 더 포함한다. 다른 구현에서 상기 디젤 발전기는 가스 터빈이나, 증기 터빈, 가스(수소) 엔진 등 연료의 산화 에너지로부터 발전을 수행하며 회전 관성을 가지는 다른 발전기로 대체될 수 있음을 밝혀둔다.
상기 디젤 발전기는 상기 연계점에 직접 연결되거나, 디젤 발전기가 담당하는 독립계통의 부하를 경유하여 연결될 수 있다.
재생에너지 발전기, 원동기(디젤) 발전기 및 ESS로 구성되는 독립계통을 운용하는데 있어서 ESS의 PCS 운전을 제어하는 방법으로서, PCS 운전이 지향하는 목적에 따라 HGP 모드와 RFM 모드로 구분할 수 있다.
본 발명에서는 상기 HGP 모드와 RFM 모드를 적용하여, 재생에너지에 의한 연료사용량 절감을 극대화하기 위해 디젤발전기 연료 사용량 최소 운전 방법과 동시에 안정적인 운전을 위한 연계점 일정 출력 운전 방법을 선택적으로 수행할 수 있다. 즉, 2가지 운전모드를 가지며 이는 발전소 운영자(원)에 의한 필요에 따라 선택한다. 상기 2가지 운전모드 모두 ESS의 충·방전값을 결정하기 위한 연산을 수행하고 제어하는 방식을 가진다.
도 2는 HGP 모드에 따른 하이브리드 발전소의 운전 패턴을 예시한 그래프이다.
도 3은 RFM 모드에 따른 하이브리드 발전소의 운전 패턴을 예시한 그래프이다.
상기 HGP 모드(Hybrid Generation Plant Mode)는 하이브리드 발전소 연계점에서의 출력이 일정하게 유지되도록 운전하기 위한 것이다. 예측된 계통의 부하 패턴을 반영하여 미리 정해진 연계점 출력 패턴을 사용하고, 해당 연계점 출력 패턴이 유지될 수 있도록, 각 제어 대상 시간 구간에 정해진 하이브리드 발전소 연계점 출력을 갖도록 재생에너지 출력에 따라 ESS의 충·방전을 수행한다.
상기 HGP 모드는 하이브리드 발전소가 디젤발전소 운영에 미치는 영향을 최소화하기 위한 운영 목적을 가지며, 전체 부하에서 하이브리드 발전소 연계점 출력값을 제외한 나머지 부하를 디젤발전기가 공급하게 되며, 급격한 출력변화가 없어 안정적으로 운전이 가능하다.
상기 RFM 모드(Renewable Fraction Maximization Mode)는 경제적/환경적으로 불리한 디젤발전소의 연료 사용량이 최소가 되도록 운전하기 위한 것이다. 디젤발전기의 최대, 최소 운전용량을 고려하여 운전범위(최소 운전용량과 최대 운전용량 사이) 내에서 디젤발전기가 운전하되, 해당 범위 내에서는 최대한 재생에너지 발전을 수행한다. 상기 RFM 모드에서는, 디젤발전기가 하한치(최소 부하율) 미만으로 운전하게 되어 ESS가 충전을 수행한다
상기 RFM 모드는 재생에너지 출력을 통해 최대한 부하를 공급할 수 있어 계통의 운영 비용(디젤발전소 연료비) 절감을 극대화하며, 비정상 발생시에는 디젤발전기의 출력을 높여 정상범위로 회복시키게 된다.
본 발명에서는 2가지 운전모드를 수행하되, ESS의 구성요소인 PCS와 배터리의 상태에 따라 정상상태와 비상상태로 구분하여 안정적인 운전을 수행할 수 있도록 하는 구체적인 방안을 제시하고자 한다. 보다 구체적으로, PCS의 경우 충·방전량이 과다하여 정격용량이 초과하지 않도록 하며, 배터리의 경우 충전잔량(State of Charge, 이하 SOC)가 과도하게 낮거나 높지 않도록 한다.
상기 PCS와 배터리의 상태에 따라 정상상태와 비상상태로 구분하는 방안으로서, PCS 충·방전량 및 배터리 PCS에 따른 상태 정의를 규정하면 하기 표 1과 같다.
그런데, 도 2 및 도 3을 참조하면, HGP 모드의 경우 각 운전 주체들의 출력 변동율이 작은 안정적인 운전이 가능하며, RFM 모드의 경우 경제적이고 친환경적인 운전이 가능하나 각 운전 주체들의 출력 변동율이 높아 계통의 안정성과 각 운전 주체들의 하드웨어 내구성을 떨어뜨리게 된다.
따라서, 상기 HGP 모드와 RFM 모드의 장점 부분들을 가지고 단점 부분들을 개선한 제3의 개선된 모드로 운영하는 것이 이상적이다.
그러나, 하이브리드 발전소 운영 목적도 상술한 경제성, 친환경성, 안정성 및 내구성 등 다양한 항목들에 대한 가중치들이 케이스(발전소 위치, 주체, 시기)마다 다르고, 상기 HGP 모드와 RFM 모드를 수행하는데에도 고려 대상이 되는 파라미터들도 많아서, 2가지 운전모드들의 장점들만을 결합한 운전 모드를 새롭게 구성하는 것은 극히 난해하다.
최근 다양한 분야에 적용되고 있는 머신러닝이나 빅데이터 기술의 경우에도, 고려 대상 파라미터가 많은 경우, 충분히 누적된 대량의 실 운영 데이터가 요구되어, 상기 HGP 모드와 RFM 모드 각각에 대하여 학습하는 것도 버거운 상황이다.
상술한 실무 사정에서 최적으로 필드에서 적용될 수 있는 방안으로서, 본 발명에서는 현재 필드에 적용되거나 적용 중이어서 운영자에게 익숙한 상기 HGP 모드와 RFM 모드를 기반으로, 각 모드에 대하여 해당 단점을 완화하는 개선된 제어 방법을 새로이 구성하고, 발전소 운영자에게 비교적 장기간의 제어 대상이 되는 장기 시간 구간에 대하여 개선된 HGP 모드와 개선된 RFM 모드 중에서 선택하여 운영하는 방안을 제시한다.
도 4는 도 1의 하이브리드 발전소 시스템과 본 발명의 사상에 따른 발전소 운영 시스템(100)과의 연결 관계를 도시한 구성도이다. 도시한 시스템의 주요 구성요소는 재생에너지(풍력, 태양광), ESS 및 운영시스템이다.
재생에너지 발전소(80)는 도시한 시스템에서 재생에너지(풍력, 태양광)는 운영자의 운영시스템(100)과 통신으로 연계되어 있으며, 이를 통해 실시간으로 상태정보(운전/정지, 발전량 등)를 제공하고, 제어가 가능하다.
도시한 시스템에서 ESS(10)는 2대 이상의 PCS들(12-1 ~ 12-3)과 이들이 공유하는 배터리(10)로 구성되어 있으며, 재생에너지 발전기(80)와 동일한 연계점에 병렬로 설치되어 충·방전을 수행한다. 본 발명의 정책에 따라 1대의 PCS(12-1)는 디젤발전기(30)와 동조하여 Droop 운전을 수행하며, 나머지 PCS들(12-2, 12-3)은 본 발명의 사상에 따른 지령에 의한 충·방전을 수행한다. 재생에너지 발전기(80)와 마찬가지로 운영시스템(100)과 통신으로 연계되어 있으며, 이를 통해 상태정보(충·방전량, SOC 등)를 제공하고 제어가 가능하다.
하이브리드 발전소 운영시스템(100)은 계통 전체(재생에너지, ESS, 디젤발전기, 부하)를 실시간 감시(데이터 수집)하며, 본 발명에서 제시되는 운영로직에 따라 연산을 수행한다. 모든 정보(상태 감시, 연산 결과)는 HMI(Human-Machine Interface)을 통해 시각적으로 표현되어 운영자에게 실시간으로 전달하는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 시스템(100)은, 독립계통 운영시스템 내부의 SW 및/또는 HW 모듈로서 구축되거나, 상기 독립계통 운영시스템과 동일한 장소에 병렬적으로 설치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 사상에 따른 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 시스템에서 수행될 수 있는 운영 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
본 발명에서 제시하는 하이브리드 발전소 운영방법은 설비, 부하의 상태 데이터를 이용하여 연산한 뒤 최종적으로 적정한 ESS의 충·방전량 값을 계산하여 제어하는 것을 목적으로 한다. 해당 운영로직은 운전모드(HGP 모드, RFM 모드)에 따라 계산 방식이 달라지게 되며, 일정 주기로 실시간으로 반복 수행된다.
도 4에 도시한 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법은, 연계점 출력에 대한 제어 스케쥴을 수립하는 단계(S100); 독립계통의 ESS의 다수의 PCS들에 대하여, 각 PCS의 제어 용도(방식) 및 순위를 결정하는 단계(S200); 상기 제어 스케쥴의 제어 대상이 되는 각 시간 구간에서 ESS 충방전량을 계산하는 단계(S300); 충방전량의 정상/비정상 여부에 따라, 상기 ESS 충방전량을 상기 다수의 PCS들에 대하여 배분하는 단계(S400); 상기 배분된 충방전량에 따라 각 PCS를 운전하면서 배터리의 SoC를 확인하여 SoC에 따른 조치를 수행하는 단계(S500); 및 PCS의 충방전량 배분값과 운전 중인 PCS의 충방전량과의 차이에 따른 조치를 수행하는 단계(S600)를 포함할 수 있다.
구현에 따라, 비상상태시 재생에너지 출력 제한을 확인하는 단계(S700)를 더 포함할 수 있다.
이하, 각 단계의 세부적인 동작 과정들에 대하여 설명한다.
상기 제어 스케쥴을 수립하는 단계(S100)에서는 각 2 운전모드(HGP 모드, RFM 모드)에 대하여 각각 제어 스케쥴을 수립하는데, 특히, HGP 모드의 제어 스케쥴 수립이 의미가 있다.
HGP 모드의 제어 스케쥴의 경우, 계통의 부하 예측 또는 기존 부하 패턴 분석을 통해 하이브리드 발전소의 연계점 출력 패턴을 사전에 수립하여 해당 스케쥴(연계점 출력 패턴 및 부하 패턴)을 운영시스템에 반영한다.
RFM 모드의 경우에는 구현에 따라 일체의 스케쥴을 구비하지 않거나, 별도의 시간적 스케쥴은 구비하지 않지만 조건에 따른 최적 rpm 레벨(예: 부하량/성수기 구분에 따른 단계적 rpm 레벨 규정)을 지정하거나, 디젤발전소 운영을 위한 계획으로서 rpm 패턴 또는 연료 공급량 패턴으로 구성된 스케쥴을 수립할 수 있다.
상기 PCS 우선순위 결정 단계(S200)에서는, 본 시스템 내 ESS의 PCS 중 1대는 주파수에 따라 출력이 조정되는 Droop 제어를 자동으로 수행하고, 나머지 PCS는 계산된 충·방전량에 따라 출력 제어를 수행하도록 설정할 수 있다.
이때, 나머지 PCS가 2대 이상인 경우 충·방전량이 작은 상태에서 해당 값을 동일하게 배분하면 PCS에서의 손실이 커져서 효율이 저하된다. 이를 방지하기 위해 PCS 정격용량을 기준으로 PCS의 최대 출력값을 설정하고 충·방전량이 최대 출력값보다 작은 경우 정해진 우선순위에 따라 PCS 1대에 모든 값에 대한 출력 지령을 수행하고, 만약 충·방전량이 최대 출력값보다 크면 초과한 값만큼 후순위 PCS에 출력 지령을 수행함으로써 2대 이상의 PCS를 동시에 운전하는 시간을 감축함으로써 PCS에서 발생되는 손실을 줄일 수 있다.
예컨대, 상기 Droop 제어에 할당된 PCS는 디젤 발전기의 Droop 제어 신호에 따라 출력 제어를 수행할 수 있다.
상기 S100 단계 및 상기 S200 단계는 하이브리드 발전소의 운영 전에 운영을 위한 일종의 설정을 수행하는 것으로 볼 수 있으며, 순서가 바뀌어 수행되거나, 동시에 수행되어도 무방하다.
상기 ESS 충·방전량 계산 단계(S300)는, 본 발명에서 적용되는 두 가지 모드(HGP, RFM)에 따라 ESS 충·방전량 계산 방법이 달라지게 된다.(※ 충·방전량 값의 경우 충전시 음수(-), 방전시 양수(+)임)
먼저, HGP 모드인 경우, 앞서 운영시스템에 입력된 연계점 출력 스케쥴에 따라 제어 대상인 각 시간 구간에 대한 ESS 충·방전값을 예컨대 하기 수학식 1과 같이 계산한다.
부하 패턴의 경우 현재값과의 오차를 고려하여 가중치를 수식에 반영
하여 해당 오차가 충·방전값 계산에 반영되도록 한다.
한편, RFM 모드인 경우, 디젤발전기가 상·하한 출력값 사이(최대 또는 최소 부하율 × 정격용량)에서 운전하는 경우 별도의 ESS 제어 없이 재생에너지가 최대한 발전할 수 있도록 제어한다. 즉, 상기 디젤발전기의 출력값을 상기 상·하한 출력값 사이에서 먼저 결정하고, 결정된 상기 디젤발전기 출력값에 따라 상기 ESS 충방전량을 산출한다. 예컨대, 해당 단위 제어 구간에서 예상 부하량에 대한 상기 결정된 상기 디젤발전기 출력값가 예상 재생에너지 발전량의 부족/초과분으로서 상기 ESS 충방전량을 산출할 수 있다.
상기 상·하한 출력값은 예컨대 하기 수학식 2 및 3에 따라 결정될 수 있다.
만약, 상·하한 값을 벗어나게 되면, ESS 제어를 통해 정상범위로 회복시킨다.
상기 수학식 1 내지 수학식 3에 있어서, 각 파라미터들의 정의는 다음과 같다.
PESS : ESS 충·방전량 [kW]
PHGP : HGP 모드 연계점 출력 스케쥴값 [kW]
Prenew : 재생에너지 발전량값 [kW]
: 계통 부하 스케쥴값 [kW]
: 계통 부하 현재값 [kW]
WFload : 부하 오차 가중치 [%]
CAPdiesel : 디젤발전기 정격용량 [kW]
: 디젤발전기 최소 부하율 [%]
: 디젤발전기 최대 부하율 [%]
도 6은 PCS별 충·방전량 배분 과정의 구체화된 일 예를 도시한 흐름도이다.
다음, 상기 PCS별 충·방전량 배분 단계(S400)에서는, 예컨대, 도 6의 흐름도와 같이 PCS의 우선순위에 따라 계산된 충·방전량을 배분할 수 있다.
이하의 예시에서의 수식은 출력 지령을 받는 ESS의 PCS가 2대인 경우를 예시로 하였으며, PCS의 수가 이보다 많을 경우 또한 동일한 방법에 의해 계산되며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다.
(가) 충·방전량이 정상상태 값인 경우(), 다시 충·방전량의 크기에 따라 아래와 같이 구분할 수 있다(S410).
정상상태 충·방전량이 최대 출력값 이하인 경우(), 하기 수학식 4와 같이 우선순위 PCS 1대에만 지령할 수 있다(S420, S430).
반면, 정상상태 충·방전량이 최대 출력값보다 크고, 최대 출력값×2 보다 작은 경우(), 하기 수학식 5 및 6과 같이, 우선순위 PCS에 최대 출력값을, 후순위 PCS에 나머지 출력값을 지령할 수 있다(S440).
여기서, 충·방전에 따라 값의 부호가 다르기 때문에 각 경우에 대해 수식을 달리하게 된다.
(나) 충·방전량이 비정상상태인 경우(), 하기 수학식 7과 같이 PCS에 모두 동일하게 출력값을 지령할 수 있다(S450).
이와 함께, 하이브리드 발전소 운영자(원)가 충·방전량을 정상상태로 회복하기 위한 조치를 취할 수 있도록, 충·방전 상태 및 운전모드에 따라(S460) 운영시스템을 통해 필요한 알람을 표출하며(S470), 충전시의 경우 재생에너지 출력 제한값을 계산할 수 있다(S480). 이때, 계산된 출력 제한값은 재생에너지가 정지되지 않는 경우 지령값으로 사용될 수 있다.
각 구체적인 경우의 알람 표출을 예시하면 다음과 같다.
1) 방전시 & HGP 모드에서는, 방전량 값을 줄이기 위해 운영시스템을 통해 다음 알람을 표출할 수 있다. : “PCS 과부하(방전)로 인해 HGP 모드 스케쥴 변경 필요”
2) 방전시 & RFM 모드에서는, 방전량 값을 줄이기 위해 운영시스템을 통해 다음 알람을 표출할 수 있다. : “PCS 과부하(방전)로 인해 디젤발전기 기동 또는 출력 상향 필요”
3) 충전시 & HGP 모드에서는, 충전량 값을 줄이기 위해 운영시스템을 통해 다음 알람을 표출할 수 있다 : “PCS 과부하(충전)로 인해 HGP 모드 스케쥴 변경 또는 재생에너지 정지 필요”
이때, 재생에너지 출력제한값을 하기 수학식 8에 따라 계산할 수 있다.
4) 충전시 & RFM 모드에서는, 충전량 값을 줄이기 위해 운영시스템을 통해 다음 알람을 표출할 수 있다. : “PCS 과부하(충전)로 인해 디젤발전기 정지 또는 재생에너지 정지 필요”
이때, 재생에너지 출력제한값을 상기 수학식 8에 따라 계산할 수 있다.
상기 수학식 4 내지 수학식 8에 있어서, 각 파라미터들의 정의는 다음과 같다.
PMAX : PCS 1대의 최대 출력값 [kW]
: 우선순위 PCS의 출력값 [kW]
: 후순위 PCS의 출력값 [kW]
: PCS 과충전으로 인한 재생에너지 출력 제한값 [kW]
상기 S300 단계 및 상기 S400 단계를 순서대로 수행하여 얻어진 각 PCS별로 배분된 충방전량를 기준으로, 본 발명의 사상에 따른 하이브리드 발전소 운영 시스템은 각 PCS들을 제어하여, 상기 배분된 충방전량에 대한 충방전이 수행된다.
도 7은 배터리 SOC 관리의 구체적인 과정의 일 예를 도시한 흐름도이다.
도시한 상기 배터리 SOC 관리 단계(S500)는, 계통의 안정적인 운영을 위해서는 배터리의 SOC가 정상(적정) 범위 내에서 유지되어 운전되도록 하기 위함이다. 이는 배터리의 SOC가 정상(적정) 범위를 벗어나게 되면 운전이 정지되며, 이는 계통 운영에 문제를 발생시킬 수 있기 때문이다.
대상 단위 시간 구간에서 상기 S400 단계에서 결정된 배분량에 따라 각 PCS들을 운영하면서, 상기 PCS들이 공유하는 배터리의 SOC를 체크한다(S510).
각 체크 시점에서 SOC가 정상상태인 경우(), 정상상태이므로 별도의 동작을 수행하지 않고, 상기 결정된 배분량에 따라 각 PCS들을 계속 운영한다.
반면, 특정 체크 시점에서 SOC가 비정상상태인 경우(), 하이브리드 발전소 운영자가 SOC를 정상상태로 회복하기 위한 조치를 취할 수 있도록 충·방전 상태 및 운전모드에 따라 운영시스템을 통해 필요한 알람을 표출할 수 있다. 이때, 만약 방전시의 경우 PCS 방전을 정지하며, 충전시의 경우 재생에너지 출력 제한값을 계산한다.
계산된 출력 제한값은 재생에너지가 정지되지 않는 경우 지령값으로 사용된다.
각 구체적인 경우의 알람 표출 및 긴급 조치를 예시하면 다음과 같다.
1) 낮은 SOC() & 방전시 & HGP 모드에서는, SOC 적정 범위 회복(SOC 상향)을 위해 운영시스템을 통해 다음 알람을 표출할 수 있다(S530, S550). : “HGP 모드 스케쥴 변경 또는 디젤발전기/재생에너지 기동 필요”
이와 함께 긴급 조치로서 PCS 방전을 정지시킬 수 있다.
2) 낮은 SOC() & 방전시 & RFM 모드에서는, SOC 적정 범위 회복(SOC 상향)을 위해 운영시스템을 통해 다음 알람을 표출할 수 있다(S530, S550). : “디젤발전기/재생에너지 기동 필요”
이와 함께 긴급 조치로서 PCS 방전을 정지시킬 수 있다.
한편, 낮은 SOC에서(S520의 예) 충전시에는 부담이나 위험의 가능성이 낮으므로, 별 다른 조치 없이 진행한다.
3) 높은 SOC() & 방전시 & HGP 모드에서는, SOC 적정 범위 회복(SOC 하향)을 위해 운영시스템을 통해 다음 알람을 표출할 수 있다(S540, S560). : “HGP 모드 스케쥴 변경 또는 디젤발전기/재생에너지 정지 필요”
이와 함께 하기 수학식 9에 따라 재생에너지 출력제한값을 계산할 수 있다.
높은 SOC() & 방전시 & RFM 모드에서는, SOC 적정 범위 회복(SOC 하향)을 위해 운영시스템을 통해 다음 알람을 표출할 수 있다(S540, S560). : “HGP 모드 스케쥴 변경 또는 디젤발전기/재생에너지 정지 필요”
이와 함께 상기 수학식 9에 따라 재생에너지 출력제한값을 계산할 수 있다.
한편, 높은 SOC에서(S520의 아니오) 방전시에는 부담이나 위험의 가능성이 낮으므로, 별 다른 조치 없이 진행한다.
상기 수학식 9에 있어서, 각 파라미터들의 정의는 다음과 같다.
SOC : 배터리 충전량 [%]
: SOC의 적정 범위 하한값 [%]
: SOC의 적정 범위 상한값 [%]
: SOC 과다로 인한 재생에너지 출력 제한값 [kW]
도 8은 PCS 출력 변화율 제어의 구체적인 과정이 일 예를 도시한 흐름도이다.
도시한 상기 PCS 출력 변화율 제어 단계(S600)에서는, 독립계통에서 PCS의 충·방전량이 급격하게 변동하면 주파수가 급변하게 되어 계통 운영에 불안정(발전기 스트레스, 발전기 탈락으로 인한 정전)을 야기할 수 있는 바, 이를 방지하기 위해 PCS의 충·방전량이 급격하게 변하지 않도록 제어한다.
앞서 S400 단계에서 계산된 PCS 충·방전량 배분값과 현재 PCS 충·방전량이 크게 차이나면 운영시스템에 의해 충·방전량의 변화율이 일정 범위를 넘지 않도록 제어한다. 즉, PCS 출력이 목표 지령치로 급격히 변화하는 것을 방지하기 위해 해당 로직이 일정 주기로 반복적으로 수행하여 여러 주기에 걸쳐서 목표 지령치로 변화하도록 하는 방법이다.
도 8에서 충·방전량 변화율과 기준값을 비교하고(S610), 그 결과에 따라 하기 각 과정들을 수행한다(S620, S630).
1) 충·방전량 변화율이 기준값보다 작은 경우()에는, 하기 수학식 10과 같이 앞서 계산된 충·방전량 값을 그대로 적용할 수 있다(S620).
2) 충·방전량 변화율이 기준값보다 큰 경우()에는, 다시 현재값과 계산값을 비교한다(S630).
비교 결과, 현재값보다 계산값이 큰 경우(), 하기 수학식 11에 따른 충·방전량 값을 그대로 적용할 수 있다.
비교 결과, 현재값보다 계산값이 작은 경우(), 하기 수학식 12에 따른 충·방전량 값을 그대로 적용할 수 있다.
상기 수학식 10 내지 수학식 12에 있어서, 각 파라미터들의 정의는 다음과 같다.
: 우선순위 PCS의 최종 출력 지령값 [kW]
: 우선순위 PCS의 출력 현재값 [kW]
PCR : PCS의 충·방전량 변화율 기준값 [kW]
상술한 수학식들은 우선순위상 최선 PCS를 기준으로 작성되었으며, 나머지 PCS도 동일한 방법에 의해 최종 충·방전량 값이 결정될 수 있음을 밝혀둔다.
상술한 수학식들을 구성하는 파라미터들 중 예상/추정값이 아닌 값들은, 현재 시점의 값들이나, 센싱 동작들의 간격이나 센싱 과정에서의 지연시간을 고려하면, 실질적으로는 획득가능한 최근에 측정된 값들이 적용될 것이다.
상기 S500 단계 및 상기 S600 단계는, 각 PCS들에서 상기 배분된 충방전량에 대한 충방전을 수행하는 중에 확인(점검) 과정으로서 수행되며, 구현에 따라 서로 순서가 바뀌어 수행되거나, 동시에 병행적으로 수행될 수 있다.
도 4의 흐름도상에서 마지막으로 수행되는, 상기 재생에너지 출력제한 및 해제 단계(S700)는, 앞서, S500 단계 및 S600 단계에서 비상상태(PCS 과충전 또는 배터리 SOC 과다)시 계산된 재생에너지 출력 제한값은 서로 상이할 수 있으므로 최적의(가장 작은) 값을 선택하여 대상 재생에너지에 지령하기 위한 것이다.
한편, S500 단계 및 S600 단계에서 비상상태가 아닌 정상으로 확인된 경우에도, 디젤발전기의 발전량이 설정된 최소발전량보다 커야 한다. 즉, 디젤발전기의 발전량은 재생에너지 발전량 및 ESS 충방전값에 의해 결정되는데, [디젤 발전량 = 부하 - 재생에너지 발전량 - ESS 충방전량]이므로, 디젤 발전량은 최소발전량보다 커야하며, 이를 반영한 최종적인 재생에너지 출력값은 하기 수학식 13과 같이 적용될 수 있다.
이를 만족하지 못하는 경우에도 출력 제한값이 적용된다.
최종적으로 디젤발전기 최소발전량을 만족하면서 정상상태이면 출력 제한을 수행하지 않으며, 그렇지 않은 경우 PCS 과충전에 의한 출력 제한값, 배터리 SOC 과다로 인한 출력 제한값, 디젤 최소발전량에 의한 출력 제한값 중 가장 작은 값으로 최종적인 재생에너지에 출력 제한을 지령한다.
1) 정상상태 & 디젤발전기 최소발전량 만족하는 경우 상기 수학식 14와 같이 출력제한을 해제할 수 있다.
2) 그 외 경우는 예컨대 비상상태 or 디젤발전기 최소발전량 불만족하는 경우로서, 하기 수학식 15 및 16에 따라 재생에너지 출력제한을 적용할 수 있다.
상기 수학식 13 내지 수학식 16에 있어서, 각 파라미터들의 정의는 다음과 같다.
: 재생에너지 최종 출력 제한 지령값 [kW]
: 디젤발전기 최소발전량 불만족으로 인한 재생에너지 출력 제한값 [kW]
도 9는 본 발명의 사상에 따른 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법이 수행되는 하이브리드 발전소 운영 시스템의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
디젤발전기, 재생에너지 발전기 및 ESS를 구비한 독립계통에서 하이브리드 발전소 운영 시스템으로서, 제어 스케쥴 작성 및 상기 ESS의 배터리를 공유하는 다수의 PCS들의 제어 용도(방식) 및 순위를 설정하는 사전 설정부(120); 상기 엔진 발전기, 상기 재생에너지 발전기, 부하 및 상기 ESS의 상태를 감시하는 상태 감시부(110); 상기 제어 스케쥴의 제어 대상이 되는 각 단위 시간 구간에서 ESS 충방전량을 계산하고, 상기 ESS 충방전량을 상기 다수의 PCS들에 대하여 배분하여, 상기 배분된 충방전량에 따라 각 PCS를 운전하면서 배터리의 SoC에 따른 조치 및 PCS의 충방전량 배분값과 운전 중인 PCS의 충방전량과의 차이에 따른 조치를 수행하는 제어부(160); 및 상기 제어 스케쥴을 위한 운영자의 HGP 모드와 RFM 모드의 선택을 접수하고,상기 배터리의 SoC에 따른 조치 및 상기 PCS의 충방전량과의 차이에 따른 조치에 포함된 알람을 출력하기 위한 운영자 인터페이스(180)를 포함할 수 있다.
구현에 따라, 상기 제어 스케쥴, 상기 다수의 PCS들의 제어 용도 및 순위를 저장하는 저장부(150)를 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 사전 설정부(120)는, 상기 운영자의 HGP 모드와 RFM 모드의 선택에 따라 제어 스케쥴을 작성하는 스케쥴 작성부(122); 및 상기 다수의 PCS들 중 하나는 주파수에 따라 출력이 조정되는 드룹 제어용으로 지정하고, 나머지 PCS들에 대하여 충·방전량을 수행할 우선 순위를 부여하는 PCS 설정부(124)를 포함할 수 있다.
상기 스케쥴 작성부(122)는 도 5의 S100 단계를 수행하고, 상기 PCS 설정부(124)는 S200 단계를 수행할 수 있다. 상기 제어부(160)는 도 5의 S300 단계 내지 S700 단계를 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제어부(160)는, 상기 다수의 PCS들을 할당된 용도 및 우선 순위에 따라 제어하는 ESS 제어부(162); PCS를 운전하면서 확인한 배터리의 SoC 및 PCS의 충방전량 배분값과 운전 중인 PCS의 충방전량과의 차이에 따라 비상 상황 여부를 판정하는 비상 판정부(164); 및 케이스별로 비상 상황에서의 조치 및 알람을 수행하는 비상 조치부(166)를 포함할 수 있다.
구현에 따라, 상기 제어부(160)는, 상기 제어 스케쥴 또는 상기 비상 상황에서의 조치에 따라 상기 재생에너지 발전기를 제어하는 신재생에너지 제어부(168)를 더 포함할 수 있다.
상기 상태 감시부(110)는 도 4의 디젤발전기, 재생에너지 발전기 및 ESS로부터 운전값이나 측정값을 통신 수단으로 전송받거나, 상기 독립계통 상의 각 지점들에 설치된 센서들로부터 측정값들을 입력받을 수 있다.
상기 ESS 제어부(162는 앞서 설명한 과정들에 따라 각 PCS별로 지정된 충방전량으로 운전할 것으로 각 PCS에 지시할 수 있다.
상기 비상 판정부(164)는, 도 5의 S500 단계의 수행 중에는 배터리의 SOC가 적정 범위 이내에 있는지 확인하여, 적정 범위를 벗어나면 비상 상태로 판정한다.
상기 비상 판정부(164)는, 도 5의 S600 단계의 수행 중에는 PCS의 충·방전량이 과다하여 정격용량이 초과하지 않도록 S300 및 S400 단계에서 계산된 충·방전량 배분값과 현재 운전 중인 PCS 충·방전량의 차이로서, PCS 충·방전량 변화율과 기준값을 비교하여, 기준값을 벗어나면 비상 상태로 판정한다.
상기 비상 조치부(166)는, 도 5의 S500 단계 및 S600 단계에서 앞서 기술한 비상상태에서의 각종 알람 문구를 상기 운영자 인터페이스(180)로 출력하고, 상기 ESS 제어부(162)와 연계하여 PCS 정지 등의 비상조치를 수행하고, 상기 신재생에너지 제어부(168)와 연계하여 정지 등의 비상조치를 수행하고, 미도시한 디젤발전기 제어부와 연계하여 정지, 긴급 가동 등의 비상조치를 수행할 수 있다.
상기 운영자 인터페이스(180)는, 상기 S100 단계에서 하이브리드 발전소 운영자가 장기 시간 구간에 대하여 HGP 모드와 RFM 모드 중 하나를 지정하는 작업을 지원하고, 상기 S500 단계 및 S600 단계에서의 각종 알람 문구들 출력을 수행하고, 상기 S200 단계에서 Droop 모드로 운전할 PCS를 상기 하이브리드 발전소 운영자로부터 입력받을 수 있다.
구현에 따라, 상기 운영자 인터페이스(180)는, 도 4의 설명에서 언급한 독립계통 운영시스템의 사용자 콘솔 등 인터페이스 수단들 중 일부를 공유할 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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 상태 감시부 120 : 사전 설정부
122 : 스케쥴 작성부 124 : PCS 설정부
150 : 저장부 160 : 제어부
162 : ESS 제어부 164 : 비상 판정부
166 : 비상 조치부 168 : 신재생에너지 제어부
180 : 운영자 인터페이스

Claims (14)

  1. 제어 스케쥴을 수립하는 단계;
    ESS의 배터리를 공유하는 다수의 PCS들에 대하여, 각 PCS의 제어 용도 및 순위를 결정하는 단계;
    상기 제어 스케쥴의 제어 대상이 되는 각 단위 시간 구간에서 ESS 충방전량을 계산하는 단계;
    상기 ESS 충방전량을 상기 다수의 PCS들에 대하여 배분하는 단계;
    상기 배분된 충방전량에 따라 각 PCS를 운전하면서 배터리의 SOC를 확인하여 SOC에 따른 조치를 수행하는 단계;
    PCS의 충방전량 배분값과 운전 중인 PCS의 충방전량과의 차이에 따른 조치를 수행하는 단계; 및
    재생에너지 발전기 출력 제한을 확인하는 단계
    를 포함하되,
    상기 배터리의 SOC 관리 단계에서는,
    상기 배터리 SOC가 정상 범위 보다 낮은 상태에서 방전을 수행하려는 경우 PCS 방전을 정지시키고,
    상기 배터리 SOC가 정상 범위 보다 높은 상태에서 충전을 수행하려는 경우 상기 재생에너지 발전기에 대하여 출력 제한값을 설정하며,
    상기 재생에너지 발전기 출력 제한을 확인하는 단계에서는,
    상기 PCS의 과충전을 방지하기 위한 출력 제한값, 상기 배터리 SOC 과다로 인한 출력 제한값 및 엔진 발전기 최소발전량 충족을 위한 출력 제한값 중 가장 작은 값으로 상기 재생에너지 발전기 출력 제한을 결정하는 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 스케쥴을 수립하는 단계는,
    장기 시간 구간에 대하여 HGP 모드(하이브리드 발전소 연계점에서의 출력이 일정하게 유지되도록 운전)와 RFM 모드(경제적/환경적으로 불리한 디젤발전소의 연료 사용량이 최소가 되도록 운전) 중 하나를 선택하는 단계; 및
    상기 HGP 모드가 선택된 경우, 상기 장기 시간 구간을 구성하는 단위 시간 구간들에서 ESS와 재생에너지 발전기의 연계점에 대한 출력들로 HGP 제어 스케쥴을 작성하는 단계
    를 포함하는 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 PCS의 제어 용도 및 순위를 결정하는 단계에서는,
    상기 다수의 PCS들 중 하나는 주파수에 따라 출력이 조정되는 드룹 제어용으로 지정하고,
    나머지 PCS들에 대하여 충·방전량을 수행할 우선 순위를 부여하는 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다수의 PCS들에 대하여 배분하는 단계에서는,
    상기 ESS 충방전량을 하나의 PCS의 최대 출력값의 한도 내에서 상기 우선 순위에 따라 PCS들에 배분하는 하이브리드 발전소 운영 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 ESS 충방전량을 계산하는 단계에서는,
    상기 HGP 모드가 선택된 경우에는 상기 단위 시간 구간들 각각에 대하여 작성된 상기 연계점의 출력값에 따라 상기 ESS 충방전량을 산출하고,
    상기 RFM 모드가 선택된 경우에는 상기 독립계통의 엔진 발전기의 출력을 상한 및 하한 출력값 사이에서 먼저 결정하고, 결정된 엔진 발전기 출력값에 따라 상기 ESS 충방전량을 산출하는 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 PCS의 출력 변화율 제어 단계에서는,
    상기 PCS의 충방전량 변화율이 기준값보다 큰 경우, 상기 기준값 이내에서 증가하거나 감소하도록 최종 PCS 충방전량을 조정하는 독립계통에서의 하이브리드 발전소 운영 방법.
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