KR20110087406A

KR20110087406A - 전력사용량 제어방법

Info

Publication number: KR20110087406A
Application number: KR1020100006808A
Authority: KR
Inventors: 김정욱
Original assignee: (주)나오디지탈
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2011-08-03

Abstract

본 발명은 전력사용량을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 최대수요전력제어기를 이용하여 부하를 제어함으로써 전력사용량을 제어하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 최대수요전력제어기(demand controller)에서 수용가의 전력사용량을 제어하는 방법으로서, (a) 상기 수용가의 부하에 연결된 전자식전력량계를 통해 상기 수용가의 부하에서 사용되는 전력 값을 일정기간 계측하여 부하가 사용할 전력사용량 예측곡선을 구하는 단계; (b) 상기 전력사용량 예측곡선을 이용하여 전력사용량 목표곡선을 구하는 단계; (c) 상기 수용가의 부하에 연결된 전자식전력량계를 통해 상기 수용가에서 사용되는 현재전력 값을 수신하는 단계; 및 (d) 상기 전력사용량 목표곡선상의 목표전력 값과 상기 수신된 현재전력 값을 통해 예측되는 단위시간당 예측전력 값을 비교하여 부하를 제어하는 단계;를 포함하는 전력사용량 제어방법이 제공된다.
본 발명에 따른 전력사용량 제어방법은 전력사용량을 제어하는 새로운 방법을 통해서 에너지를 절감할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 수요가의 입장에서는 사용요금을 절감할 수 있다는 장점이 있다.

Description

전력사용량 제어방법{power consumption control method}

본 발명은 전력사용량을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 최대수요전력제어기를 이용하여 부하를 제어함으로써 전력사용량을 제어하는 방법에 관한 것이다.

에너지 다소비 사회로 진입한 우리나라는 효과적인 에너지정책의 수립이 필요하다. 수요관리는 전력수요를 합리적으로 조절하여 부하율 향상을 통한 원가절감과 전력 수급안정을 도모함과 동시에 국가적인 에너지자원 절약에도 기여한다. 지금까지의 수요관리 정책은 첨두부하 억제를 위한 심야전력활용, 최대수요전력제어, 직접부하제어, 원격제어에어컨 등의 방법이 제시되어 왔다.

개별 수용가를 위한 수요관리 방안으로는 가격대비 성능이 우수한 최대수요전력제어기(demand controller)가 활용된다. 최대수요전력제어기는 수용가의 첨두부하를 억제하는 것으로서, 개별 수용가는 이를 통해 기본요금을 절감할 수 있다. 그러나 전력사용량을 억제하지 않으므로 사용요금을 절감하기에는 한계가 있다.

최대수요전력제어기를 이용한 수요관리 방법은 공개특허공보 제2004-0024166호, 제2002-0061693호, 제1998-025675호, 일본공개특허공보 제2002-209335호 등에 개시되어 있다.

상술한 바와 같이, 개별 수용가의 전력비용을 절감하기 위하여는 기본요금의 절감과 함께 사용요금의 절감도 필요하다. 그러나 종래의 최대수요전력감시 방법은 첨두부하를 억제하여 기본요금을 절감하는 것을 목적으로 하는 것으로서, 실제 전력사용량을 억제하지 않으므로 사용요금은 제어할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명에서는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 최대수요전력제어기를 이용하여 전력사용량을 억제하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의하면, 최대수요전력제어기(demand controller)로 수용가의 전력사용량을 제어하는 방법으로서, (a) 상기 수용가의 부하에 연결된 전자식전력량계를 통해 상기 수용가의 부하에서 사용되는 전력 값을 일정기간 계측하여 부하가 사용할 전력사용량 예측곡선을 구하는 단계; (b) 상기 전력사용량 예측곡선을 이용하여 전력사용량 목표곡선을 구하는 단계; (c) 상기 수용가의 부하에 연결된 전자식전력량계를 통해 상기 수용가에서 사용되는 현재전력 값을 수신하는 단계; 및 (d) 상기 전력사용량 목표곡선상의 목표전력 값과 상기 수신된 현재전력 값을 통해 예측되는 단위시간당 예측전력 값을 비교하여 부하를 제어하는 단계;를 포함하는 전력사용량 제어방법이 제공된다. 본 발명은 이전 사용 전력 값을 기초로 계산된 전력사용량 목표곡선을 기준으로 수요전력이 제어되므로, 전력사용량이 감소하여 사용요금이 절감된다. 종래의 최대수요전력제어방법은 첨두부하를 억제하여 기본요금을 절감하는 것에 초점을 맞추어 최대수요전력을 제어할 뿐 전력사용량을 제어하지 않았다. 따라서 사용요금의 절감효과는 한계가 있었다. 그러나 본 발명에서는 기본요금뿐 아니라 사용요금까지 효과적으로 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 수신된 현재전력 값에 따라 이후의 전력사용량 목표곡선을 보정하는 단계를 더 포함하는 전력사용량 제어방법이 제공된다. 이를 통해 이미 사용된 전력량의 변화에 따라 이후에 사용될 전력량을 좀 더 효과적으로 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 전력사용량 제어방법은 최대수요전력을 제어하는 종래의 방법과 달리 전력사용량을 제어할 수 있다. 따라서 전력사용량을 줄임으로써 에너지를 절감할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 수용가의 입장에서는 사용요금을 절감할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 최대수요전력제어기의 구성도이다.
도 2는 최대수요전력제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전력사용량제어시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전력사용량 제어방법의 순서도이다.
도 5는 전력사용량 목표곡선을 구하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 전력사용량 예측곡선의 보정방법을 설명하기 위한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.

우선, 도 1을 참고하여, 최대수요전력제어기(demand controller)에 대해서 설명한다.

최대수요전력제어기(2)는 수용가의 수요전력을 관리하여 전력요금을 절감시키는 기기이다. 수요전력은 일정한 시간(수요시한) 내의 평균전력으로, 수요시한 내의 사용 전력량을 사용 시간으로 나누어 구해진다. 한국전력은 과거 12개월 중 가장 크게 발생한 수요전력(최대수요전력)을 기준으로 기본요금을 부과하고 있다. 우리나라의 경우는 수요시간을 15분으로 적용하고 있다. 따라서 수요전력은 수요시한 내의 사용전력량(kWh)의 4 배이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 최대수요전력제어기(2)는 사용 전력량을 측정하는 전자식전력량계(1)와 연결되어 부하에 전원을 공급하고 차단하는 장치이다. 최대수요전력제어기(2)는 종래의 최대수요전력제어기와 동일하므로, 상세한 설명을 생략한다.

도 2를 참고하여, 최대수요전력제어기(2)의 동작을 설명한다.

우선, 전자식전력량계(1)에서 출력되는 펄스의 수를 계수하여 현재전력(Pt)을 구한다.

다음, 현재전력(Pt)과 기준전력(Pr, 목표전력(R)을 고려한 현재까지의 이상적인 사용 전력량) 그리고 남은 수요시한(T-t1) 등을 적용하여 예측전력(E)과 조정전력(수요시한 종료시 예측전력(E)과 목표전력(R)이 일치하기 위해 필요한 전력)을 계산한다.

다음, 현재전력(Pt)과 기준전력(Pr), 조정전력의 관계에 의해 미리 정해진 방식에 따라 부하를 제어한다.

다음, 조정전력에 여유가 있으면 미리 정해둔 제어방식에 따라 부하를 자동으로 복귀시킨다.

수용가의 수요전력을 합리적으로 관리하기 위해서는 수용가의 설비 구성형태 및 부하 사용특성을 면밀하게 검토하여 최대수요전력 발생 시간대의 제어 가능 부하를 선정해야 한다. 또한, 부하기기의 가동, 동작특성 및 부하변동의 대소, 계절에 따른 부하변동의 변화 등을 검토하여야 한다.

일반 업무용 빌딩이나 백화점, 대형 할인점등의 경우 조명설비 및 냉난방 설비, 공조설비 등이 주 제어 대상 부하이며 제조업체의 공장에서는 생산에 영향을 주지않기 위하여 공조설비나 생산과 관계없이 독립적으로 동작하는 설비나 안전과 품질에 영향을 주지 않는 부하기기를 대상으로 한다. 공장의 제어 가능한 부하로는 단시간 정지 가능한 건조로, 전기로, 압축기, 공조설비, 급수펌프, 순환펌프 등이 있다.

부하차단에 의하여 최대수요전력을 조정하는 경우에는 긴급 차단 가능한 조정부하를 미리 선정하여야 한다. 조정부하는 5~10분 정도로 필요한 시점에 즉시 차단할 수 있어야 하고, 단시간 정지시켜도 영향이 적은 것을 선정하는 것이 바람직하다.

조정부하가 선정되면, 부하기기의 차단순서를 검토한다. 조정부하는 일괄하여 차단하는 것이 아니고, 여러 그룹으로 나누어 부하상태에 따라 규정 전력을 초과하지 않도록 최저로 필요한 양만큼 차단하도록 한다. 또 부하가 가벼워져 여유가 생겼을 때에는 차단한 부하를 재투입하도록 하여 될 수 있는 한 차단하는 부하가 적어지도록 운용한다. 부하차단 방식으로는 부하차단 회수를 균등하게 제어하는 순차제어방식과 중요도가 낮은 부하일수록 먼저 차단하고 나중에 복귀시키는 우선순위제어, 위의 두 가지 제어방식을 혼용하여 제어하는 복합제어방식이 있다.

부하를 수동 차단할 것인가, 자동 차단할 것인가를 검토한다. 목표전력을 초과하였을 때에는 조작자의 판단으로 수동으로 조작하는 방법도 있으나 자동제어 기능을 갖는 최대수요전력제어장치를 이용하면 조작자의 부담을 줄일 수 있고, 확실한 제어가 기대된다. 자동제어의 경우 조정부하의 각 그룹은 미리 정하여진 우선 순위에 따라 차단, 투입 조작을 하는데, 조정부하의 각 그룹은 중요도가 낮은 부하부터 차단하고, 투입할 때에는 중요도가 높은 부하부터 투입하도록 우선도를 고정한 방식이 일반적으로 적합하다.

이하, 상술한 최대수요전력제어기(2)를 포함하는 전력사용량제어시스템(10)의 구성에 대해서 간단히 설명하고, 제어방법에 대해서 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전력사용량제어시스템의 구성도이다. 도 3을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전력사용량제어시스템(10)은 최대수요전력제어기(2)에 연결되는 제어서버(3)를 더 포함한다. 제어서버(3)에는 전력사용량 제어 알고리즘과 종래의 최대수요전력 제어를 위한 소프트웨어 기능이 구현되어 있다. 또한, 필요한 경우에는 하나 이상의 자동제어시스템 또는 PLC(4)를 제어서버(3)에 TCP/IP 또는 시리얼 포트로 연결하여 다수의 부하를 제어할 수 있다.

이하, 상술한 전력사용량제어시스템(10)을 이용한 전력사용량의 제어방법에 대해서 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 다른 전력사용량 제어방법의 순서도이다. 도 4를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전력사용량의 제어방법은, 수용가의 부하에 연결된 전자식전력량계(1)를 통해 수용가의 부하에서 사용되는 전력 값을 일정기간 계측하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 부하가 사용할 전력사용량 예측곡선(e(t))을 구하는 단계(a 단계)로 시작한다. 수용가의 종류에 따라서 다르지만, 계측기간은 5주 정도가 적합하며, 15분 단위로 전력 데이터를 측정하여, 이를 주간, 주말, 휴일로 구분하여 축적한다.

다음, a 단계에서 계산된 전력사용량 예측곡선(e(t))에 비례상수(a)를 곱하여 전력사용량 목표곡선(q(t))을 구한다(b 단계). 이때 첨부부하의 제어를 통한 기본요금의 절감효과를 얻기 위해 목표곡선의 최대값을 조절할 수 있다. 이러한 방법으로 목표곡선을 구하면, 사용요금의 절감뿐 아니라 기본요금의 절감효과도 얻을 수 있다. 비례상수를 조절하여 목표곡선 전체를 조절하는 방법으로 최대값을 조절할 수 있으며, 최대값이 나타나는 구간만 별도로 조절할 수도 있다.

다음, 수용가의 부하에 연결된 전자식전력량계(1)를 통해 상기 수용가에서 사용되는 현재전력 값(Pt)을 수신한다(c 단계).

다음, 전력사용량 목표곡선(q(t))상의 목표전력 값(R)과 상기 수신된 현재전력 값(Pt)을 통해 예측되는 단위시간당 예측전력 값(E)을 비교하여 부하를 제어한다(d 단계). 이 단계는 상술한 최대수요전력제어기(2)의 동작 방법과 동일하다.

다음, 상기 (c) 단계에서 수신된 현재전력 값(Pt)에 따라 이후의 전력사용량 목표곡선(q(t))을 보정한다(e 단계). 전력사용량 목표곡선(q(t))의 보정방법을 도 6을 참고하여 설명한다. 도 6에서 s(t)는 일정한 시간(ti)이 지날 때까지 측정된 현재전력 값들을 연결한 곡선이며, q_ti(t)는 보정된 전력사용량 목표곡선을 나타낸다. 일정한 시간(ti)이 지날 때까지 사용된 총 전력사용량(s(t)를 적분한 값)이 전력사용량 목표곡선(q(t))을 적분한 값에 비해서 작은 경우에는, ti 이후 최초에 설정된 전력사용량 목표곡선에 비해서 더 많은 전력을 사용하여도 전력사용량 목표를 달성할 수 있다. 따라서 이를 고려하여, 전력사용량 목표곡선을 보정할 필요가 있다. 보정된 전력사용량 목표곡선(q_ti(t))는 다음과 같은 방법으로 계산할 수 있다.

t=0 시점에서, 최종 전력사용량 Q는 다음과 같이 구할 수 있다.

또한, t=ti 시점에서, 최종 전력사용량 Q는 다음과 같이 구할 수 있다.

보정된 전력사용량 목표곡선(q_ti(t))은 전력사용량 목표곡선(q(t))에 비례하므로 비례상수를 a_ti라고 하면, q_ti(t)는 다음과 같다.

위의 식을 아래와 같이 전개할 수 있다.

위의 식으로부터 비례상수 a_ti는 다음과 같이 구할 수 있다.

본 명세서와 도면에 개시된 발명의 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 예시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변화예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10: 전력사용량제어시스템
1: 전자식전력량계 2: 최대수요전력제어기
3: 제어서버 4: 자동제어시스템

Claims

최대수요전력제어기(demand controller)로 수용가의 전력사용량을 제어하는 방법으로서,
(a) 상기 수용가의 부하에 연결된 전자식전력량계를 통해 상기 수용가의 부하에서 사용되는 전력 값을 일정기간 계측하여 부하가 사용할 전력사용량 예측곡선을 구하는 단계;
(b) 상기 전력사용량 예측곡선을 이용하여 전력사용량 목표곡선을 구하는 단계;
(c) 상기 수용가의 부하에 연결된 전자식전력량계를 통해 상기 수용가에서 사용되는 현재전력 값을 수신하는 단계; 및
(d) 상기 전력사용량 목표곡선상의 목표전력 값과 상기 수신된 현재전력 값을 통해 예측되는 단위시간당 예측전력 값을 비교하여 상기 수용가의 부하를 제어하는 단계;
를 포함하는 전력사용량 제어방법.
제1항에 있어서,
수신된 현재전력 값에 따라 이후의 전력사용량 목표곡선을 보정하는 단계를 더 포함하는 전력사용량 제어방법.
제2항에 있어서,
상기 목표곡선을 보정하는 단계는,
정해진 시간범위 내에서 상기 수신된 현재전력 값을 적분한 값과 상기 전력사용량 목표곡선을 적분한 값을 비교하여 그 이후의 전력사용량 목표곡선을 보정하는 단계인 전력사용량 제어방법.