KR20130092707A - 분산 발전 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분산 발전 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 상세하게는 전력을 생산하는 적어도 하나의 전력 공급부, 상기 전력 공급부에서 생산되는 전력을 소비하는 적어도 하나의 계통부, 상기 전력 공급부에서 과잉 생산되는 잉여 전력이 저장되며, 적어도 하나의 저장 장치로 이루어지는 적어도 하나의 예비 전력부 및 상기 전력 공급부, 계통부 및 예비 전력부를 연결하며, 상기 전력 공급부에서 생산되는 전력의 흐름을 제어하는 적어도 하나의 그리드부를 포함하여 구성되는 분산 발전 시스템이다.

Description

분산 발전 시스템 및 그 제어 방법 {System and control method for Community Energy System.}

본 발명은 분산 발전 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 전력 공급부에서 과잉 생산된 잉여 전력이 저장되는 예비 전력부를 이용하여, 전력 소모량이 많은 시간대에 미리 저장되어 있던 잉여 전력을 이용함으로써, 에너지의 효율성을 높이는 분산 발전 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

최근들어 스마트 그리드(Smart Grid)의 실증 단지가 조성되고 시범 운영 중이다. 스마트 그리드의 개념 중에 전력을 저장한다는 개념은 가장 중요한 개념 중 하나이며, 신재생에너지를 통해 만들어지는 간헐적이고 불안정한 전력의 품질 향상과 이를 통해 생산되는 전력을 유동적으로 사용할 수 있어야 한다. 하지만 이러한 시설을 구축하기 위해서는 새로운 대규모의 인프라 구축이 불가피한 상황이다.

본 발명은 이러한 생산되는 전력의 품질 향상과 유동적으로 생산된 전력을 사용하기 위하여, 발전을 통해 과잉 생산되는 잉여 전력을 저장 장치에 저장한 뒤, 저장 해둔 저장 장치의 잔존 용량을 이용하여 적절하게 추가 전력을 제공하는 분산 발전 시스템에 관한 것이다.

한국 공개 특허 2011-0070654호("전력 소비를 제어하는 스마트 에너지 관리 장치 및 그 방법", 선행기술 1)는 에너지 사용량의 지속적인 증가에 따른 에너지 생산 및 공급 설비를 추가 설치하지 않고도, 스마트 그리드 분야에서 원격으로 에너지 소비량을 수집 및 에너지 소비 패턴을 분석함으로써 현재의 설비를 이용하여 고객의 요구를 맞추어 에너지를 공급할 수 있는 구조를 개시하고 있다. 그러나 선행기술 1은 일정시간 동안 에너지 소비 패턴을 분석하여 그 패턴에 맞게 에너지를 공급하기 때문에 과잉 생산되는 잉여 전력을 이용하지 못하기 때문에 에너지 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.

한국공개특허 제 0070654호 (공개일자 2011.06.24)

본 발명의 목적은 과잉 생산되어 제대로 이용되지 못하는 잉여 전력을 저장 장치에 저장하고, 잉여 전력이 저장되어 있는 저장 장치를 제어함에 있어서, 각각의 저장 장치의 잔존 용량에 따라 사용 순서를 정해 잉여 전력이 이용될 수 있도록 하는 분산 발전 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 분산 발전 시스템은 전력을 생산하는 적어도 하나의 전력 공급부, 상기 전력 공급부에서 생산되는 전력을 소비하는 적어도 하나의 계통부, 상기 전력 공급부에서 과잉 생산되는 잉여 전력이 저장되며, 적어도 하나의 저장 장치로 이루어지는 적어도 하나의 예비 전력부 및 상기 전력 공급부, 계통부 및 예비 전력부를 연결하며, 상기 전력 공급부에서 생산되는 전력의 흐름을 제어하는 적어도 하나의 그리드부를 포함하여 구성된다.

상기 예비 전력부는 상기 계통부에서 소비하기 위해 상기 전력 공급부에서 인가된 전력이 부족하면, 상기 예비 전력부의 저장 장치에 저장된 잉여 전력이 상기 그리드부로 재전송되고 상기 잉여 전력은 상기 그리드부를 통해 계통부로 인가되는 것이 바람직하다.

상기 예비 전력부는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 저장 장치의 잔존 용량(SOC, State Of Charge)을 이용하여 상기 저장 장치의 사용 우선 순위를 결정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 분산 발전의 제어 방법은 전력 공급부에서 생산된 전력이 소비되는 계통부에서 추가 소비 전력이 요구되는 전력 요구 단계, 상기 전력 공급부에서 생산된 잉여 전력이 저장되며, 적어도 하나 이상의 저장 장치로 이루어지는 예비 전력부에서 상기 전력 요구 단계에서 요구된 추가 소비 전력을 제공하기 위해 필요한 상기 저장 장치의 개수가 계산되는 저장 장치 계산 단계, 상기 예비 전력부를 이루고 있는 상기 저장 장치의 각각의 잔존 용량(SOC, State Of Charge)이 계산되는 SOC 계산 단계, 상기 SOC 계산 단계에서 계산된 상기 저장 장치의 잔존 용량이 소정 기준 수준 이상인지 판단되는 SOC 판단 단계, 상기 SOC 판단 단계에서 상기 저장 장치의 잔존 용량이 소정 기준 수준 이상이라고 판단되면, 상기 저장 장치 계산 단계에서 계산된 필요한 개수만큼의 상기 저장 장치를 상기 SOC 계산 단계에서 계산된 잔존 용량을 통해 사용 우선 순위를 결정하는 우선 순위 결정 단계 및 상기 우선 순위 결정 단계에서 결정된 상기 저장 장치의 사용 우선 순위에 따라 저장된 잉여 전력이 계통부에 인가되는 예비 전력 공급 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 분산 발전의 제어 방법은 상기 예비 전력부에 저장 장치가 추가될 경우, 소정 시간 후부터 추가된 상기 저장 장치가 상기 SOC 계산 단계부터 수행되는 것이 바람직하다.

상기 소정 기준은 상기 저장 장치의 잔존 용량이 10 ~ 90% 인 것이 더 바람직하다.

상기 소정 시간은 상기 저장 장치가 추가 된 후부터 4초 ~ 60분 사이 인 것이 더 바람직하다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 분산 발전 시스템은 과잉 생산되어 예비 전력부에 저장되어 있는 잉여 전력을 이용하기 위해서 예비 전력부를 구성하는 각각의 저장 장치의 잔존 용량(SOC, State Of Charge)을 이용하여 예비 전력부를 제어하므로, 잉여 전력의 사용을 위한 우선 순위를 정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 예비 전력부를 구성하는 적어도 하나의 저장 장치를 가상 발전기로 이용하여 전력 수요 변화와 실시간으로 공급량 변화에 빠른 대응을 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 발전 시스템의 구성에 대해 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 발전의 제어 방법에 대한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 발전 시스템의 구성에 대해 상세하게 나타낸 도면이다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 분산 발전 시스템 및 그 제어 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 발전 시스템의 구성에 대해 간략하게 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분산 발전 시스템은 전력 공급부(100), 계통부(200), 예비 전력부(300) 및 그리드부(400)를 포함하여 이루어진다.

도 1을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 발전 시스템의 구성에 대해 상세하게 설명한다.

전력 공급부(100)는 전력을 생산하여 공급하는 장치로서 신재생에너지 발전 시스템을 이용할 수 있다. 신재생에너지 발전 시스템은 그 발전을 함에 있어서 보통 태양력 또는 풍력을 자원으로 이용하여, 전력의 발전량과 발전 시점이 불규칙하다. 따라서, 경우에 따라 과잉 생산되는 잉여 전력 또는 심야에 남는 잉여 전력을 전력 저장 장치에 저장하여, 전력 소모량이 많은 낮의 피크 시간대에 사용함으로써 전력 공급부(100)의 과부하를 줄이고, 에너지 사용 효율을 높일 수 있다.

계통부(200)는 전력 공급부(100)에서 생산되는 전력을 소비하는 장치이며, 전력이 소비되는 계통 장치로서 발전소, 변전소, 송전선 등을 볼 수 있다.

예비 전력부(300)는 적어도 하나 이상의 저장 장치로 이루어지며, 각각의 저장 장치는 전력 공급부(100)에서 과잉 생산되는 잉여 전력이 저장된다. 전력 공급부(100)에서 생산, 공급되어 계통부(200)에서 소비되는 전력이 부족하면, 예비 전력부(300)의 저장 장치에 저장되어 있는 전력 공급부(100)에서 과잉 생산된 잉여 전력을 그리드부(400)로 재전송할 수 있다.

그리드부(400)는 전력 공급부(100), 계통부(200) 및 예비 전력부(300)을 각각 서로 연결하며, 전력 공급부(100)에서 생산되는 전력의 흐름을 제어할 수 있다. 즉, 그리드부(400)를 통해 전력 공급부(100)에서 생산된 전력을 계통부(200)로 인가하여 소비할 수 있으며, 그리드부(400)를 통해 전력 공급부(100)에서 과잉 생산되는 전력이 예비 전력부(300)로 저장 될 수 있다. 또한, 그리드부(400)를 통해 예비 전력부(300)의 저장 장치에 저장되어 있는 잉여 전력이 계통부(200)로 재전송 될 수도 있다. 이때, 예비 전력부(300)에서 복수개의 저장 장치로 이루어진 경우, 잉여 전력을 원활하게 계통부(200)에 전달하기 위해서 우선 순위를 결정할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 예비 전력부(300)는 제어부(310)을 포함하여 구성될 수 있으며, 제어부(310)는 예비 전력부(300)를 구성하고 있는 각각의 저장 장치의 잔존 용량, 즉 SOC (State Of Charge)를 이용하여 계통부(200)에 잉여 전력을 공급함에 있어서 저장 장치의 우선 순위를 결정 할 수 있다. 이때, 우선 순위는 잔존 용량이 큰 저장 장치의 순서로 계통부(200)에 잉여 전력을 공급하는 것이 바람직하다.

다시 말하자면, 분산 발전 시스템은 전력 공급자인 전력 공급부(100)와 소비자인 계통부(200)간 양방향 실시간 정보 교환을 통하여 전력 공급부(100)에서 생산된 전력을 계통부(200)에서 소비되거나, 과잉 생산된 잉여 전력을 예비 전력부(300)에 저장함으로써, 생산된 전력의 소비 효율을 최적화하는 지능형 분산 발전 시스템이다.

도 2를 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 발전의 제어 방법에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명인 분산 발전의 제어 방법은 계통부(200)에서 추가적인 소비 전력을 요구할 경우, 전력 공급부(100)에서 과잉 생산된 잉여 전력이 저장되어 있는 예비 전력부(300)의 저장 장치에 대한 각각의 잔존 용량(SOC, State Of Charge)을 계산하여 이에 따라 예비 전력부(300)의 저장 장치의 사용 순서를 결정함으로써 예비 전력부(300)를 제어하는 분산 발전의 제어 방법이다. 예비 전력부(300)는 적어도 하나 이상의 저장 장치로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 예비 전력부(300)를 이루는 저장 장치는 전기 자동차와 에너지 저장 장치(ESS, Energy Storage System)이며, 전기 자동차는 EV(Electric Vehicle), HEV(Hybrid Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle), NEV(Neighborhood Electric Vehicle) 등이 있다. 즉, V2G(Vehicle To Grid) 기술을 통해 전기 자동차에 전력 수요가 적은 심야 시간대에 급속 충전기 또는 완속 충전기를 통해 남는 잉여 전기를 자동차에 충전하고, 전력 수요가 많은 낮 시간의 피크 시간대에 역전송 하는 것이다.

전력 요구 단계(S210)는 전력 공급부(100)에서 생산된 전력이 그리드부(400)를 통해서 계통부(200)로 인가되며, 이때 인가된 전력에 대해 추가적인 전력이 요구되거나, 배전용 변압기가 정전 시 백업 전원으로 사용하기 위하여 전력을 요구할 수도 있다.

저장 장치 계산 단계(S220)는 적어도 하나 이상의 저장 장치로 이루어지며, 전력 공급부(100)에서 과잉 생산된 잉여 전력이 저장되는 예비 전력부(300)로부터 전력 요구 단계(S210)에서 요구된 추가 소비 전력을 제공하기 위해 필요한 저장 장치의 개수가 계산된다. 즉, 계통부(200)에 현재 전기 자동차에서 사용되지 않고 급속 또는 완속 충전기를 통해 저장된 잉여 전력을 제공할 수 있다. 완충전된 전기 자동차도 사용할 수도 있다. 아울러, 전기 자동차가 운행 중 방전될 경우 전기차용 긴급 충전 차량(ERS-EV, Emergency Road Service - Electric Vehicle)를 통해 급속 충전을 할 수 있다. 이 때, 저장 장치의 개수는 하기의 식과 같이 표현될 수 있다.

저장 장치의 개수 = 요구되는 전력 / 3kw

이때, 3kw는 변경될 수 있다.

SOC 계산 단계(S230)는 예비 전력부(300)를 구성하고 있는 각각의 저장 장치의 잔존 용량이 계산된다.

SOC 판단 단계(S240)는 SOC 계산 단계(S230)에서 계산된 예비 전력부(300)의 저장 장치에 대한 잔존 용량이 소정 기준 이상인지 판단되며, 이때, 소정 기준이란, 저장 장치의 잔존 용량이 전체 배터리 용량의 10 ~ 90%로 할 수 있으며, 각각의 저장 장치에 해당하는 수명 특성 및 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)의 저장 장치에 대한 잔존 용량 허용 오차율을 감안하여 소정 기준이 변경될 수도 있다. SOC 판단 단계(S240)를 통해 저장 장치의 잔존 용량이 소정 기준 이하인 경우, 저장된 잉여 전력은 계통부(400)에서 사용하지 못하고, 저장 장치에 유지된다. 다시 말하면, 잔존 용량이 소정 기준 이하인 전기 자동차의 경우는 V2G 자원에서 탈락하게 된다.

우선 순위 결정 단계(S250)는 SOC 판단 단계(S240)에서 예비 전력부(300)의 저장 장치에 대한 잔존 용량이 소정 기준 수준 이상이라고 판단되면, 저장 장치 계산 단계(S220)에서 계산된 추가 소비 전력을 제공하기 위해 필요한 저장 장치의 개수만큼 예비 전력부(300)를 이루는 저장 장치에서 선별할 수 있으며 우선 순위는 잔존 용량이 큰 저장 장치의 순서로 잉여 전력을 공급하는 것이 바람직하다.

예비 전력 공급 단계(S260)는 우선 순위 결정 단계(S250)에서 선별된 저장 장치의 사용 우선 순위에 따라 저장된 잉여 전력이 계통부(200)에 인가된다.

이때, 예비 전력부(300)에 저장 장치가 추가될 수 있다. 즉, 전기 자동차가 추가된 경우, 소정 시간이 지나야 V2G의 자원으로 채택되어 사용될 수 있으며, 여기서 소정 시간이란, 4초 ~ 60분 사이에 적당한 시간을 선택할 수 있다. 추가되는 저장 장치는 추가 소비 전력을 제공하기 위한 우선 순위에서 제일 마지막으로 적용될 수 있다. 분산발전시스템에서의주파수조정보조서비스의경우제어시간의단위가최소 4초이므로 소정 시간을 최소 4초에서 최대 60분이라고 할 수 있으며, 소정 시간이 지나고 나서 V2G의 자원이 됨으로써 저장 장치에 적당한 충전 시간을 유지할 수도 있다. 또한, 소정 시간은 저장 장치에 따라 각각의 저장 장치에 대한 수명 특성에 따라 변경되어 선택될 수도 있다.

다시 말하면, 본 발명인 분산 발전의 제어 방법은 예비 전력부(300)를 구성하고 있는 적어도 하나의 저장 장치의 잔존 용량을 이용하여 계통부(200)에서 추가적인 소비 전력이 요구하면 잔존 용량이 많은 순서로 저장된 잉여 전력을 계통부(200)로 인가할 수 있으며, 각각의 저장 장치가 가상 발전소(VPP, Virtual Power Plant)의 역할을 수행하게 되므로, 실제 발전소를 구축 시 요구되는 대규모의 인프라 시설 업그레이드가 필요 없게 된다. 이를 통해, 고객의 전력 수요 변화 및 실시간으로 변하는 공급량 예측에 수월한 대응이 가능하게 된다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100 : 전력 공급부
200 : 계통부
300 : 예비 전력부 310 : 제어부
400 : 그리드부

Claims (7)

1. 전력을 생산하는 적어도 하나의 전력 공급부;
   상기 전력 공급부에서 생산되는 전력을 소비하는 적어도 하나의 계통부;
   상기 전력 공급부에서 과잉 생산되는 잉여 전력이 저장되며, 적어도 하나의 저장 장치로 이루어지는 적어도 하나의 예비 전력부; 및
   상기 전력 공급부, 계통부 및 예비 전력부를 연결하며, 상기 전력 공급부에서 생산되는 전력의 흐름을 제어하는 적어도 하나의 그리드부;
   를 포함하여 구성되는 분산 발전 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 예비 전력부는
   상기 계통부에서 소비하기 위해 상기 전력 공급부에서 인가된 전력이 부족하면, 상기 예비 전력부의 저장 장치에 저장된 잉여 전력이 상기 그리드부로 재전송되고 상기 잉여 전력은 상기 그리드부를 통해 계통부로 인가되는 것을 특징으로 하는 분산 발전 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 예비 전력부는
   제어부를 포함하되,
   상기 제어부는 상기 저장 장치의 잔존 용량(SOC, State Of Charge)을 이용하여 상기 저장 장치의 사용 우선 순위를 결정하는 것을 특징으로 하는 분산 발전 시스템.
   
4. 제 1항 내지 제 3항 중 선택되는 어느 한 항의 시스템에 의한 분산 발전의 제어 방법에 있어서,
   A) 전력 공급부에서 생산된 전력이 소비되는 계통부에서 추가 소비 전력이 요구되는 전력 요구 단계;
   B) 상기 전력 공급부에서 생산된 잉여 전력이 저장되며, 적어도 하나 이상의 저장 장치로 이루어지는 예비 전력부에서 상기 전력 요구 단계에서 요구된 추가 소비 전력을 제공하기 위해 필요한 상기 저장 장치의 개수가 계산되는 저장 장치 계산 단계;
   C) 상기 예비 전력부를 이루고 있는 상기 저장 장치의 각각의 잔존 용량(SOC, State Of Charge)이 계산되는 SOC 계산 단계;
   D) 상기 SOC 계산 단계에서 계산된 상기 저장 장치의 잔존 용량이 소정 기준 수준 이상인지 판단되는 SOC 판단 단계;
   E) 상기 SOC 판단 단계에서 상기 저장 장치의 잔존 용량이 소정 기준 수준 이상이라고 판단되면, 상기 저장 장치 계산 단계에서 계산된 필요한 개수만큼의 상기 저장 장치를 상기 SOC 계산 단계에서 계산된 잔존 용량을 통해 사용 우선 순위를 결정하는 우선 순위 결정 단계; 및
   F) 상기 우선 순위 결정 단계에서 결정된 상기 저장 장치의 사용 우선 순위에 따라 저장된 잉여 전력이 계통부에 인가되는 예비 전력 공급 단계;
   를 포함하여 이루어지는 분산 발전의 제어 방법
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 분산 발전의 제어 방법은
   상기 예비 전력부에 저장 장치가 추가될 경우, 소정 시간 후부터 추가된 상기 저장 장치가 상기 SOC 계산 단계부터 수행되는 것을 특징으로 하는 분산 발전의 제어 방법.
   
6. 제 4항에 있어서,
   상기 소정 기준은
   상기 저장 장치의 잔존 용량이 10 ~ 90% 인 것을 특징으로 하는 분산 발전의 제어 방법.
   
7. 제 5항에 있어서,
   상기 소정 시간은
   상기 저장 장치가 추가 된 후부터 4초 ~ 60분 사이 인 것을 특징으로 하는 분산 발전의 제어 방법.

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