KR20130094925A - 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법 - Google Patents

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이일우
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한국전자통신연구원
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Abstract

분산전원 형태의 신재생에너지전원이 댁내에 구축됨에 따라 에너지저장시스템과 전기자동차 충전소와 같은 에너지 저장시스템 또한 댁내에 연계되어 에너지수급이 자급자족이 가능해지므로, 에너지 저장 형태에 따른 에너지의 충/방전 상태에 대한 모니터링 및 제어를 위한 에너지관리시스템의 운용 방안을 제공하는 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법을 개시한다.
본 발명의 일실시예에 따른 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법은 향후 댁내에 구축될 가능성이 있는 신재생에너지전원, 에너지저장시스템 및 전기차충전소를 관리 및 제어할 수 있는 가정용 에너지관리시스템의 기능을 추가하여 기존에 고려하지 않은 다양한 설비들의 제어 순서 방법을 소비자에게 제공하여, 에너지 수급의 다양한 절차 및 이에 수반되는 에너지 거래에 의해 발생할 수 있는 정산 내역에 대한 정보 및 운용평가 기능을 제공한다.

Description

에너지관리시스템의 에너지 제어 방법{ENERGY CONTROL METHOD FOR ENERGY MANAGEMETNT SYSTEM}
본 발명의 실시예들은 분산전원 형태의 신재생에너지 전원이 댁내에 구축됨에 따라 에너지저장시스템과 전기자동차 충전소와 같은 에너지 저장시스템 또한 댁내에 연계되어 에너지수급이 자급자족이 가능해지므로, 에너지 저장 형태에 따른 에너지의 충/방전 상태에 대한 모니터링 및 제어를 위한 에너지관리시스템의 운용 방안을 제공하는 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법에 관한 것이다.
과거 에너지 절감에 대한 기술은 개별 가전제품의 절전모드 형태로 개발 및 상품화되어 왔고, 현재는 전기가격(수요반응 정보)을 스마트가전이 전달받아 가격이 높은 시간대에는 절전모드로 운전하고, 가격이 낮은 시간대에는 정상적으로 운행하는 기능이 개발되어 상품화되었다.
하지만 이런 수동적 형태의 에너지 절감 기술은 실시간 가격정보가 전달되기 힘든 상황이기에 급작스런 수요 증가에 대응하기 어려우며, 에너지 절감효과에 있어서도 많은 효과를 기대하기 어렵다. 그러므로 앞으로는 스마트가전에서 제공되는 기능(온/오프 포함)을 사용자가 허락하는 범위 내에서 스마트 단말에서 직접 제어(능동적 에너지 제어 기술)하게 된다면, 실시간 피크 수요에 대한 반응을 극대화하여 지난 번에 있었던 순환 정전이나 블랙아웃(대규모 완전 정전)과 같은 사태를 방지하고, 에너지 절감을 실현할 수 있을 것이다.
스마트 그리드는 전력 계통망을 디지털화해 에너지 효율을 최적화하려는 전력 생산 유통 시스템으로서, 최근 시대적 상황에 따라 전세계적으로 주목 받으며 여러 국가에서 정책적으로 추진되고 있는 기술 분야이다.
수요반응(DR, Demand Response)이란 도매전력가격이 높거나 계통의 신뢰도에 위험한 경우 소비자의 에너지 사용을 줄이거나 인센티브를 제공하는 방법에 관한 것으로서, 스마트 그리드 기술의 확산에 있어서 가장 중요한 응용 분야로 각광받고 있다.
미국의 GE, 월풀 그리고 국내의 LG 등 다수의 전세계 가전업체에서도 위와 같은 스마트 그리드 관련 기능이 탑재된 스마트 가전을 개발하거나 상용화하고 있는 실정이다.
종래의 수요반응 관련 기술은 에너지 가격 정보에 대한 정보를 웹을 통해 고지하여 소비자로 하여금 비교적 저렴한 시간대에 소비자가 직접 가전을 동작하도록 유도하거나, 또는 스마트가전의 디스플레이 장치에 시간대별 에너지 가격정보와 함께 가동 시간 예약 기능을 탑재하여 저렴한 시간에 동작하도록 하는 등의 형태로 실현되고 있는 실정이다.
한편, 수요반응과 관련하여 에너지 유틸리티 등에 의해 스마트 가전의 직접 부하 제어가 가능할 수도 있으나, 관련 스마트가전 시장 조사 보고서에 따르면, 대부분의 소비자들은 직접 부하 제어를 위해 개인 소유의 가전 정보 등 사생활 정보가 외부로 노출되는 것을 우려하며 가전에 대한 최종 제어는 소비자에 의해 이루어지는 방식을 바라는 것으로 조사된 바 있다.
스마트그리드 도입에 따라 전력계통과 정보통신 기술이 융합된 인프라를 바탕으로 댁내의 효율적인 에너지 사용 및 탄소배출 감축에 대한 노력이 진행 중이다.
원격검침인프라(AMI)를 기반으로 댁내의 에너지 정보를 원격에서 취합하여 에너지 수요관리관련 데이터 계측을 위한 스마트미터가 개발 중이며, 전력 계측 및 통신 기능을 내부적으로 갖고 있는 지능화된 가전기기가 개발 됨에 따라 이러한 기능을 활용하여 댁내의 에너지 사용량 감시 및 제어를 위한 가정용 에너지관리시스템에 대한 연구가 진행 중에 있다.
이러한 기술들은 대부분 댁내에서의 전기 및 가스 등의 에너지와 관련된 정보의 표시, 제어, 관리, 검증 등의 기술 기능이며 가정용 에너지관리시스템과의 연계를 통한 접속 문제 확인에 대한 절차는 검증하지 않고 있다.
스마트그리드 도입으로 댁내에 신재생에너지 보급 및 실시간 에너지 거래가 가능해 짐에 따라, 에너지 수요 및 공급의 불균형을 해소하기 위하여 에너지저장장치가 개발되기 시작하였으며, 송전망연계형, 발전원연계형, 그리고 댁내의 수용가연계형으로 나뉘어 보급 확대 되고 있다. 또한, 전기자동차 보급에 따른 전기자동차 충전소도 공공시설, 고속도로 휴게소 및 댁내(아파트 단지, 단독주택) 등에 구축 될 계획이다. 이러한 저장장치 및 충전소 관련 기술들은 개발 중에 있으나, 이를 댁내에서 통합적으로 관리 및 제어하는 가정용 에너지관리시스템의 기능은 부재상태이다.
현재는 원격검침인프라와 스마트미터를 기반으로 양방향 통신이 가능한 가정용 에너지관리시스템이 개발되어 있으며, 실시간 에너지 사용 정보 모니터링이 가능한 수준이다.
본 발명의 일실시예는 신재생에너지에 의해 공급되는 에너지를 사용자의 선택에 따라 전기차충전소와 에너지저장시스템으로 나뉘어져 에너지 충/방전 상태를 관리 할 수 있으며, 기존 전력계통과 연계되어 저장장치와 충전소에 부족한 에너지를 공급받거나 잉여에너지를 판매할 때의 에너지 거래 정산 기능을 제공하는 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법을 제공한다.
상기의 일실시예를 이루기 위한, 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법은 환경 센서의 계측 데이터 정보를 바탕으로 신재생에너지의 발전 가능여부를 판단하는 단계; 상기 신재생에너지의 발전이 가능하면 전력회사에서 제공하는 실시간 요금을 취득하는 단계: 상기 취득된 실시간 요금을 에너지관리시스템에 저장된 과거 실시간 요금과 비교 분석 하는 단계; 하여 발전된 상기 분석된 실시간 요금에 따라서 신재생에너지의 수급상태를 제어하는공급여부를 선택하는 단계; 상기 실시간 요금이 전기 요금보다 낮을 경우 에너지를 에너지저장시스템과 전기차충전소에 저장하는 단계; 및 상기 신재생에너지를 이용한 에너지 공급량이 댁내의 에너지 수요보다 적을 경우에 전력계통에서 에너지를 공급받는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 향후 댁내에 구축될 가능성이 있는 신재생에너지전원, 에너지저장시스템 및 전기차충전소를 관리 및 제어할 수 있는 가정용 에너지관리시스템의 기능을 추가하여 기존에 고려하지 않은 다양한 설비들의 제어 순서 방법을 소비자에게 제공하여, 에너지 수급의 다양한 절차 및 이에 수반되는 에너지 거래에 의해 발생할 수 있는 정산 내역에 대한 정보 및 운용평가 기능을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기차충전소와 에너지저장시스템이 연계된 가정용 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법의 동작 흐름을 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지저장시스템의 제어 서브루틴의 동작 흐름을 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기차충전소의 제어 서브루틴의 동작 흐름을 보인 예시도이다.
본 발명의 일실시예는 신재생에너지 설비 및 저장장치, 양방향 통신 및 AMI(첨단검침인프라) 구축을 통하여 전력회사에서 제공하는 실시간 요금 계측이 가능해지므로 소비자는 수요반응에 참여하여, 경부하시에는 유휴전력을신재생에너지 전원에 의해 생산된 에너지는 댁내 저장장치에 저장하고, 피크 부하시에 이를 사용함으로써 에너지 사용 최적화가 가능해진다. 소비자는 댁내에 신재생에너지와 연계된 에너지저장시스템과 전기차충전소를 구축할 수 있으며, 가정용 에너지관리시스템의 저장모드 선택에 따라 원하는 곳에 에너지를 저장/공급충/방전할 수 있으며, 전력계통과 연계하여 잉여에너지는 전력계통으로 역송전하는 형태로 에너지를 판매하되거나, 부족에너지는 전력계통으로부터 공급받을 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일실시예는 향후 에너지 저장장치의 관리 및 제어, 요금 정산 등의 기능이 추가되는 가정용 에너지관리시스템의 제어 기능을 제공한다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기차충전소와 에너지저장시스템이 연계된 가정용 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법의 동작 흐름을 보인 예시도이다.
본 발명의 일실시예는 신재생에너지 연계에 따라 댁내에 추가되는 에너지저장시스템과 전기차충전소 설비에 가정용 에너지관리시스템을 통하여 관리 및 제어 기능을 제공한다.
도 1을 참조하면, 신재생에너지 전원과 에너지저장장치, 전기차충전소가 연계된 가정용 에너지관리시스템의 제어 및 관리 순서도를 나타낸다.
에너지관리시스템은 신재생에너지 연계 유형에 따라 날씨, 온도, 습도, 등의 환경센서로부터 데이터 계측을 통하여(101) 신재생에너지 발전량을 예측하고, 환경 센서의 계측 데이터 정보를 바탕으로 신재생에너지 발전 가능여부를 판단하도록 한다(102).
신재생에너지 발전이 가능하면 에너지관리시스템은 발생된 신재생에너지를 댁내 부하기기에 공급하기 위하여 전력회사에서 제공하는 실시간 요금 정보를 취득하여(103), 에너지관리시스템에 저장된 과거 실시간 요금과 비교 및 분석하여(104), 분석된 결과를 바탕으로 생산된 에너지의 공급여부를 선택수급상태를 제어하도록 한다(1054).
실시간 요금이 기존 전기요금(또는 계시별 요금제, 피크요금제)보다 가격이 낮을 경우 또는 피크부하시가 아닐 경우에는, 에너지관리시스템은 댁내 부하기기에 에너지를 공급하기 보다는 에너지를 저장하여(110) 실시간 요금의 가격이 높을 경우 또는 피크부하시에 사용할 수 있도록 에너지를 저장하도록 한다. 이때의 저장수단은 댁내에 에너지저장시스템(1131)과 전기차충전소(1143)로 나뉘어질 수 있으며, 소비자(수용가의 선택에 따라 저장수단을 선택할 수 있다(112).
에너지관리시스템은 도 2와 도 3의 제어 서브루틴 형태의 제어 순서를 갖고 실시간 요금(t) 이후의 시간을 계측하여 에너지 저장(충전)/공급(방전)을 한다(105). 저장수단 선택에 따라 저장장소가 달라지며, 저장된 에너지를 전기차와 댁내 부하기기에 공급할 수 있으며, 공급과 수요를 비교하여(106) 부족한 에너지는 전력계통과 연계되어 공급받을 수 있다(1068).
에너지관리시스템은 스마트미터로 에너지 공급량을 계측하여(1097) 에너지 수급균형에 따른 에너지 거래에 대한 정산을 전력계통을 이용하였을 때의 기본전기요금, 에너지 사용요금, 신재생에너지 이용에 따른 인센티브 및 전기요금 할인 혜택을 포함한 에너지 거래에 대한 정산기능을 갖고 있으며(1108), 에너지 사용 내역에 대한 진단을 통한 운용평가에 대한 기능도 제공한다(11109).
실시간 요금의 가격이 높거나, 피크부하인 경우에는, 에너지관리시스템은 신재생에너지를 댁내에 공급하도록 하고, 신재생에너지를 이용한 에너지 공급량이 댁내의 에너지 수요보다 적을 경우에는(112) 전력계통에서 에너지를 공급받도록 하며, 신재생에너지 발전에 의한 잉여에너지 발생 시에는 전력계통에 역송전(107)하는 형태로 에너지를 판매할 수 있다.
에너지관리시스템은 잉여에너지가 기존의 전력계통으로 역전송될 때에, 스마트미터로 전력 계량값을 계측하여 에너지 거래에 대한 정산 및 운용 평가에 대한 기능을 제공한다.
또한, 신재생에너지에 의한 에너지 공급량이 댁내의 수요보다 부족할 경우에는 에너지관리시스템은 전력계통에서 에너지를 공급받으며, 상기에서 설명한 순서대로 에너지 거래에 대한 정산 및 운용평가에 대한 기능을 제공한다.
상기에서 설명한 내용은 기상상태에 따라서 신재생에너지 전원이 발전할 수 있는 경우의 에너지 수급 절차에 대하여 설명한 것이며, 다음은 기상 및 기후 등의 환경에 의해 신재생에너지 전원에 의해 에너지를 발전할 수 없는 경우의 가정용 에너지관리시스템의 제어 순서도에 대하여 설명한 것이다.
신재생에너지 전원을 통한 에너지 발생이 되지 않을 경우에는, 댁내 부하기기의 수요에 대하여 전력계통과 연계되어 필요한 에너지를 공급받고, 신재생에너지 발전에 의해 충전된 에너지 저장장치와 전기차충전소는 신재생에너지 발생의 중단 시간(t) 이후에 전력계통의 실시간 요금을 각각 계측하고, 댁내 부하기기와 전기자동차에 에너지를 공급하며(114), 잉여에너지 발생 시와 부족 에너지 발생 시의 스마트미터의 전력량 계측을 통한 에너지 거래에 대한 정산기능 및 운용평가 기능을 제공한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지저장시스템의 제어 서브루틴의 동작 흐름을 보인 예시도이다.
도 2를 참조하면, 에너지저장시스템(ESS)은 에너지 저장 및 에너지 공급에 대한 서브루틴 동작 흐름을 나타낸다. 에너지저장시스템은 잉여에너지가 발생한 경우와 실시간 에너지요금(t)이 저렴한 경우에 에너지를 저장한다. 에너지관리시스템은 상기 설명한 두 가지 경우에 대한 에너지저장시스템의 상태분석이 가능해야 하며(201), 발생한 에너지량에 비례한 에너지저장시스템의 충전가능 용량을 계산하여(202), 충전시간을 예측하고(203) 충전을 시작하면 충전상태를 표시하여(204) 충전을 완료할 수 있어야 한다(205). 충전이 완료된 에너지 사용을 위하여 에너지관리시스템은 (t) 시간 이후의 실시간요금제(t_ess+1)를 계측하여고(206), 과거 데이터와 비교 및 분석하여 에너지 공급 여부를 선택할 수 있고, 상기에서 설명한 에너지 수급 절차 과정을 반복한다. 피크부하시 또는 실시간 요금의 가격이 높을 때, 신재생에너지를 발전하여(207) 댁내 부하기기에 에너지를 공급할 수 있다(208).
또한, 에너지관리시스템은 신재생에너지가 발전하지 않을 경우에 에너지저장시스템에 저장된 에너지를 댁내 부하기기에 공급할 수 있으며 에너지저장시스템의 전하량을 측정하여 공급가능 용량을 계산하고(209), 단위 시간당 공급 용량에 기반하여 공급시간(210)을 예측할 수 있으며, 에너지 공급을 시작하면 댁내 부하기기의 에너지 공급상태를 표시할 수 있다(211).
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기차충전소의 제어 서브루틴의 동작 흐름을 보인 예시도이다.
도 3을 참조하면, 전기차충전소의 에너지 저장 및 에너지 공급에 대한 제어 서브루틴을 나타낸다. 전기차충전소는 잉여에너지가 발생한 경우와 실시간 에너지요금(t)이 저렴한 경우에 에너지를 저장하며, 에너지관리시스템은 상기 설명한 두 가지 경우에 대하여 전기차충전소의 상태분석이 가능해야 하며(301), 발전된 신재생에너지량에 비례한 전기차충전소의 충전가능 용량을 계산하여(302), 충전시간을 예측하고(303) 충전을 시작하면 충전상태를 표시하여(304) 충전을 완료할 수 있다(305). 충전이 완료된 에너지 사용을 위하여 에너지관리시스템은 실시간요금제(t_ev+1)를 계측하고여(306), 과거 데이터와 비교 및 분석하여 피크부하시 또는 실시간 요금의 가격이 높을 때, 전기자동차에 전기차충전소의 에너지를 공급할 수 있다(308).
또한, 에너지관리시스템은 신재생에너지가 발전하지 않을 경우에(307) 전기차충전소에 저장된 에너지를 전기자동차에 공급할 수 있으며 전기차충전소의 전하량을 측정하여 공급가능 용량을 계산하고(309), 단위 시간당 공급 용량에 기반하여 공급시간을 예측할 수 있고(310), 에너지 공급을 시작하면 전기자동차 에너지 공급상태를 표시할 수 있다(311).
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 구성들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 환경 센서의 계측 데이터 정보를 바탕으로 신재생에너지의 발전 가능여부를 판단하는 단계;
    상기 신재생에너지의 발전이 가능하면 전력회사에서 제공하는 실시간 요금을 취득하는 단계; 및
    상기 취득된 실시간 요금을 에너지관리시스템에 저장된 과거 실시간 요금과 비교 및 분석하는 단계; 및
    상기 분석된 실시간 요금에 따라서 하여 발전된 상기 신재생에너지의 공급여부를 선택수급상태를 제어하는 단계; 및
    상기 실시간 요금이 전기 요금보다 낮을 경우 에너지를 에너지저장시스템과 전기차충전소에 저장하는 단계; 및
    상기 신재생에너지를 이용한 에너지 공급량이 댁내의 에너지 수요보다 적을 경우에 전력계통에서 에너지를 공급받는 단계
    를 포함하는 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신재생에너지 발전에 의한 잉여에너지 발생시에 전력계통에 역송전하여 상기 잉여에너지를 판매하는 단계
    를 더 포함하는 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 잉여에너지가 발생한 경우와 상기 실시간 요금이 낮은 경우 에너지저장시스템의 상태를 분석하는 단계;
    상기 에너지저장시스템의 충전가능 용량을 계산하여 충전시간을 예측하고 충전을 실행하는 단계; 및
    상기 실시간 요금을 계측하여 피크 부하시 또는 상기 실시간 요금이 높을 때 댁내 부하에 상기 에너지저장시스템의 에너지를 공급하는 단계
    를 더 포함하는 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 신재생에너지가 발전하지 않을 경우에 전력계통과 연계되어상기 에너지저장시스템에 저장된 에너지를 댁내 부하에 공급하는 단계
    를 더 포함하는 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 잉여에너지가 발생한 경우와 상기 실시간 요금이 낮은 경우 전기차충전소의 상태를 분석하는 단계;
    상기 전기차충전소의 충전가능 용량을 계산하여 충전시간을 예측하고 충전을 실행하는 단계; 및
    상기 실시간 요금을 계측하여 피크 부하시 또는 상기 실시간 요금이 높을 때 전기자동차에 상기 전기차충전소의 에너지를 공급하는 단계
    를 더 포함하는 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신재생에너지가 발전하지 않을 경우에 상기 전기차충전소에 저장된 에너지를 전기자동차에 공급하는 단계
    를 더 포함하는 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법.
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