KR20130130986A - 스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템 - Google Patents

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한정훈
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Abstract

본 발명은 스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전력 연계 시스템은 복수의 신재생 발전 장치로 구성된 분산 발전 시스템과; 상기 분산 발전 시스템을 통해 생산된 전력을 저장하기 위한 복수의 에너지 저장 장치와; 상기 분산 발전 시스템에 의해 생성된 전력을 상기 에너지 저장 장치가 저장 가능한 형태로 변환하고, 상기 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 부하가 사용 가능한 형태로 변환하는 전력 변환 장치와; 상기 분산 발전 시스템, 상기 복수의 에너지 저장 장치 및 상기 전력 변환 장치와 통신 연결되어 상기 분산 발전 시스템, 상기 복수의 에너지 저장 장치 및 상기 전력 변환 장치로부터 전송되는 운영 상태 정보를 수집하는 EMS 게이트웨이와; 상기 EMS 게이트웨이를 통해 상기 운영 상태 정보를 수신하여 상기 분산 발전 시스템, 상기 복수의 에너지 저장 장치 및 상기 전력 변환 장치의 운영 상태를 분석하고, 상기 EMS 게이트웨이를 통해 상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 여부를 제어하는 에너지 관리 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 스마트 그리드를 구현하는 각 구성들 간을 효율적으로 통합 및 연계시킬 수 있다.

Description

스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템{ELECTRIC POWER LINK SYSTEM FOR REALIZATION OF SMART GRID}
본 발명은 스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스마트 그리드를 구현하는 각 구성들 간을 효율적으로 통합 및 연계시킬 수 있는 스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템에 관한 것이다.
스마트 그리드는 전력 네트워크에 정보 통신 기술을 활용한 차세대 전력 네트워크의 한 형태이다. 스마트 그리드는 스마트 미터 정보를 포함하는 네트워크 측정 시스템과 소비자가 전력 사용 정보를 포함하는 기존 전력 그리드를 오버레이하는 형태로, 공급자와 소비자간 양방향 디지털 통신을 통해 전력을 제어할 수 있도록 하여 에너지 절약과 신뢰성 및 투명성을 증가시켜 준다.
스마트 그리드는 미국의 경제주간지 비즈니스 2.0이 지구 온난화로 인한 기상이변 및 환경오염으로부터 인류를 구할 8가지 기술을 소개하는 데에서 나온 말로서 이를 3개의 기술 중에 하나로 스마트 그리드가 선정되었다.
인류의 산업화는 에너지 소비 증가에 따른 에너지 확보에 어려움을 겪게 하였으며 지구 온난화의 주범인 CO2의 과다한 배출을 가져왔다. 이러한 에너지 확보의 위기와 지구 온난화라는 중대한 문제를 해결할 수 있는 에너지 절약형 전력망이 스마트 그리드다. 스마트그리드는 에너지 효율 향상에 의해 에너지 낭비를 절감하고 신재생 에너지에 바탕을 둔 분산 발전의 활성화를 통해 에너지 해외 의존도 감소 및 기존의 발전 설비에 들어가는 화석연료 사용 절감을 통한 온실 가스 감소 효과를 불러올 수 있다.
스마트 그리드를 추진하는 각국에서는 실증 단지 조성에 노력하고 있다. 스마트 그리드 실증 단지 조성을 통해 스마트 그리드 산업의 에너지, 경제, 산업적 성공을 시험하고, 지역 산업 활성활르 기대하고 있다.
한국의 경우, 국가 단위의 스마트 그리드 구현 계획을 세우고 2030년까지 에너지 측면에서 2% 절감, 환경 측면에서 국가 온실가스 배출량 4,100만 톤(2006년 배출량의 7%) 감축, 무역수지 측면에서 화석연료 수입 감소를 통해 에너지 수입 100억 달러 절감을 기대하고 있다. 또한, 제주지역 실증 단지 조성을 통해 제주 지역 경제 활성화와 청년 실업해소 및 해외 시장 진출을 통한 경제적, 산업적 플러스 효과를 기대하고 있다.
스마트 그리드는 전력 그리드의 전기 생산, 전송, 배포, 소비 부분을 위한 시스템 사용자, 운영자 및 자동 장치에 그리드 상태에 대한 정보를 양방향 통신으로 센싱, 측정, 제어되는 디바이스에 의해 제공된다. 스마트 그리드 기술 제공을 위해 송전망, 분산 자동화, 수요응답(Demand Response : DR), 첨단 계량 인프라(Advanced Metering Infrastructure : AMI), 전기차 등 기술의 복잡도만큼 기술 범위도 매우 광범위하며 그 중요도 또한 높다 할 것이다.
이에 따라, 스마트 그리드 기술은 다양하게 연구되고 있어, 그 시장 규모 또한 상승세를 계속 유지할 것으로 전망되며, 스마트 그리드 관련 표준화를 위해 세계 각국과 국제 표준화 단체에서 표준화가 활발히 진행되고 있다.
스마트 그리드의 구현을 위한 기술로는 크게 분산 전원 분야, 전력망 관리 분야, 사용자 전력 관리 분야로 구분될 수 있다. 그리고 분산 전원 분야의 기술로는 분산 전원 계통 연결(Distributed Resource) 기술과 전력 저장 기술(Energy Storage Integration) 기술이 있으며, 전력망 관리 분야의 기술로는 실시간 감시(Real-time Monitering) 기술, 송배전 자동화(Transmission/Distribution Automation) 기술, 수용 응답(Demand Response) 기술, 통신 네트워크(Communication Network) 기술이 있으며, 사용자 전력 관리 분야의 기술로는 스마트 미터(Smart Meter), 스마트 빌딩(Smart Building), 스마트 가전제품(Smart Appliance), 수요자 전압 조절(Consumer Voltage Regulation) 기술이 있다. 일 예로, 한국공개특허 제2010-0041241호에서는 분산 발전과 그 제어 방법에 대한 기술을 개시하고 있다.
상기와 같이 스마트 그리드를 구현하는 기술은 그 분야가 다양하고 광범위하기 때문에, 이를 하나의 스마트 그리드 환경 내로 통합하는 기술 또한 중요하며, 각 구성들을 연계하여 통합 환경을 구축할 수 있는 기술의 제안이 요구되고 있다.
이에, 본 발명은 스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스마트 그리드를 구현하는 각 구성들 간을 효율적으로 통합 및 연계시킬 수 있는 스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 전력 거래소의 실시간 전력 요금이 반영되어 경제적인 에너지 사용이 가능하게 하는 스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 복수의 신재생 발전 장치로 구성된 분산 발전 시스템과; 상기 분산 발전 시스템을 통해 생산된 전력을 저장하기 위한 복수의 에너지 저장 장치와; 상기 분산 발전 시스템에 의해 생성된 전력을 상기 에너지 저장 장치가 저장 가능한 형태로 변환하고, 상기 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 부하가 사용 가능한 형태로 변환하는 전력 변환 장치와; 상기 분산 발전 시스템, 상기 복수의 에너지 저장 장치 및 상기 전력 변환 장치와 통신 연결되어 상기 분산 발전 시스템, 상기 복수의 에너지 저장 장치 및 상기 전력 변환 장치로부터 전송되는 운영 상태 정보를 수집하는 EMS 게이트웨이와; 상기 EMS 게이트웨이를 통해 상기 운영 상태 정보를 수신하여 상기 분산 발전 시스템, 상기 복수의 에너지 저장 장치 및 상기 전력 변환 장치의 운영 상태를 분석하고, 상기 EMS 게이트웨이를 통해 상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 여부를 제어하는 에너지 관리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 에너지 관리 장치와 연결되어 상기 에너지 관리 장치에 실시간 전력 요금을 제공하는 전력 거래소를 더 포함하며; 상기 에너지 관리 장치는 상기 전력 거래소로부터의 상기 실시간 전력 요금에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 여부를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 에너지 관리 장치는 상기 에너지 저장 장치가 기 등록된 전력 피크 시간대에 상기 부하 측에 전력을 공급하고, 기 등록된 전력 잉여 시간대에 전력을 저장할 수 있다.
그리고, 상기 에너지 저장 장치는 전기 자동차에 내장된 배터리를 충전하는 자동차 충전 장치를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따라 본 발명에 따르면, 스마트 그리드를 구현하는 각 구성들 간을 효율적으로 통합 및 연계시킬 수 있는 스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템이 제공된다.
또한, 전력 거래소의 실시간 전력 요금이 반영되어 경제적인 에너지 사용이 가능하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템의 구성을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 전력 연계 시스템의 각 구성들 간의 전력 분배 및 통신 연결을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 연계 시스템은 분산 발전 시스템(200), 복수의 에너지 저장 장치(410,420,430)(ESS : Energy Storage System), 전력 변환 장치(300)(PCS : Power Conversion System), EMS 게이트웨이(110) 및 에너지 관리 장치(100)를 포함한다.
분산 발전 시스템(200)은 복수의 신재생 발전 장치와, 복수의 신재생 발전 장치의 전력 생산을 관리하는 분산 발전 제어 장치(210)를 포함할 수 있다. 복수의 신재생 발전 장치는 태양광 발전(220)(PV : Photovoltaic), 풍력 발전(230)(WP : Wind Power generation), 파력 발전(240)(Wave power generation) 등의 형태로 마련되어 신재상 전력을 생산한다.
분산 발전 제어 장치(210)는 태양광 발전(220), 풍력 발전(230), 파력 발전(240)에서의 전력 생성을 제어한다. 그리고, 분산 발전 제어 장치(210)는 태양광 발전(220) 등의 신재생 발전 장치의 발전량과 발전된 전력의 품질과 같은 운영 상태 정보를 수집하여 에너지 관리 장치(100)로 전송한다.
복수의 에너지 저장 장치(410,420,430)는 분산 발전 시스템(200)을 통해 생산된 전력을 저장한다. 그리고, 각각의 에너지 저장 장치(410,420,430)는 에너지 관리 장치(100)의 제어에 따라 저장된 전력을 부하(Load)(510,520,530)에 공급한다.
전력 변환 장치(300)는 분산 발전 시스템(200)에 의해 생성된 전력을 에너지 저장 장치(410,420,430)가 저장 가능한 형태로 변환한다. 그리고, 전력 변환 장치(300)는 에너지 저장 장치(410,420,430)에 저장된 전력을 부하(510,520,530)가 사용 가능한 형태로 변환한다. 예를 들어, 전력 변환 장치(300)는 분산 발전 시스템(200)의 신재생 발전 장치 중 태양광 발전(220)에서 생성된 DC 전력을 에너지 저장 장치(410,420,430)에 저장 가능한 크기의 DC 전력으로 변환한다. 또한, 전력 변한 장치는 에너지 저장 장치(410,420,430)에 저장된 전력을 부하(510,520,530)에서 사용 가능한 AC 전력으로 변환하여 부하(510,520,530) 측으로 공급한다.
EMS 게이트웨이(110)는 분산 발전 시스템(200), 복수의 에너지 저장 장치(410,420,430), 및 전력 변환 장치(300)와 통신 연결되어 분산 발전 시스템(200), 복수의 에너지 저장 장치(410,420,430) 및 전력 변환 장치(300)로부터 전송되는 운영 상태 정보를 수집한다. 그리고, EMS 게이트웨이(110)는 수집된 운영 상태 정보를 에너지 관리 장치(100)로 전송한다.
에너지 관리 장치(100)는 EMS 게이트웨이(110)를 통해 운영 상태 정보를 수신하여 분산 발전 시스템(200), 복수의 에너지 저장 장치(410,420,430) 및 전력 변환 장치(300)의 운영 상태를 분석한다. 그리고, 에너지 관리 장치(100)는 EMS 게이트웨이(110)를 통해 에너지 저장 장치(410,420,430)의 충전 및 방전 여부를 제어하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 연계 시스템의 각 구성들 간의 전력 분배 및 통신 연결을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에서 실선은 전력의 흐름을 나타낸 것이고, 점선은 신호의 흐름, 즉 통신 연결 관계를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 전력을 사용하는 부하(510,520,530)는 상용 전력(700)을 이용하여 작동하거나, 에너지 저장 장치(410,420,430)에 저장된 전력이나 신재생 발전 장치에 의해 생산되어 전력 변한 장치에 의해 변환된 전력을 공급받아 작동한다.
신재생 발전 장치에 의해 생산된 전력은 전력 변환 장치(300)에 의해 변환되어 에너지 저장 장치(410,420,430)에 저장되거나, 부하(510,520,530)에 공급된다. 그리고, 에너지 저장 장치(410,420,430)는 신재생 발전 장치에 의해 생산된 전력이나 상용 전력(700)을 이용하여 전력을 저장하는데, 상술한 바와 같이 전력 변환 장치(300)를 통해 변환된 전력을 공급바다 전력을 저장한다.
그리고, 에너지 저장 장치(410,420,430)는 에너지 관리 장치(100)의 제어에 따라 부하(510,520,530) 측으로 전력을 공급할 수 있으며, 이 때 전력 변환 장치(300)에 에너지 저장 장치(410,420,430)로부터 출력되는 전력의 형태를 변환하여 부하(510,520,530)로 공급하게 된다.
EMS 게이트웨이(110)는 상술한 바와 같이, 분산 발전 시스템(200), 복수의 에너지 저장 장치(410,420,430), 및 전력 변환 장치(300)와 통신 연결되어 분산 발전 시스템(200), 복수의 에너지 저장 장치(410,420,430) 및 전력 변환 장치(300)로부터 전송되는 운영 상태 정보를 수집한다.
여기서, 운영 상태 정보는 각 구성들 간을 흐르는 전력의 특성에 대한 정보도 포함될 수 있다. 예를 들어, Voltage Sags, Voltage Swell, Impulsive Transient, Oscillated Transient 등의 전력 품질 특성이 측정될 수 있다.
도 2를 참조하여 설명하면, EMS 게이트웨이(110)와, 전력 변환 장치(300), 에너지 저장 장치(410,420,430) 간의 통신 프로토콜은 RS-485 통신 규격을 따르는 것을 예로 하고, EMS 게이트웨이(110)와 신재생 발전 장치 간의 통신 프로토콜은 TCP/IP가 적용되는 것을 예로 한다.
여기서, 본 발명에 따른 에너지 관리 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전력 거래소(600)와 통신 연결되어 전력 거래소(600)로부터 실시간 전력 요금을 제공받을 수 있다. 그리고, 에너지 관리 장치(100)는 전력 거래소(600)로부터의 실시간 전력 요금에 기초하여 에너지 저장 장치(410,420,430)의 충전 및 방전 여부를 제어하게 된다.
이에 따라, 전력 요금이 상대적으로 낮을 때 에너지 저장 장치(410,420,430)가 전력을 저장하고, 전력 요금이 높을 때 부하(510,520,530) 측으로 전력을 공급함으로써, 전력의 효율적인 활용이 가능하면서도, 사용자 입장에서 감면 등의 혜택을 제공할 수 있게 된다.
여기서, 에너지 관리 장치(100)는 에너지 저장 장치(410,420,430)가 기 등록된 전력 피크 시간대에 부하(510,520,530) 측에 전력을 공급하고, 기 등록된 전력 잉여 시간대에 전력을 저장하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 전력 피크 시간 대에 신재생 발전 장치나 상용 전력(700) 이외에도 에너지 저장 장치(410,420,430)가 전력의 공급원으로서의 기능을 수행하게 되고, 이를 위해 전력 잉여 시간대에 전력을 저장해 둠으로서, 전체 전력의 효율적인 관리가 가능하게 된다.
예를 들어, 전기 자동차를 충전하기 위한 자동차 충전 장치가 특정 아파트 단지의 주차장에 복수대가 설치되어 있는 경우, 자동차 충전 장치에 연결된 전기 자동차에 내장된 배터리를 본 발명에 따른 에너지 저장 장치(410,420,430)로 활용할 수 있다. 즉, 전력 잉여 시간대에는 전기 자동차에 내장된 배터리에 충전을 진행하고, 전력 피크 시간대에는 해당 배터리가 충전된 전력을 공급함으로써, 본 발명에 따른 에너지 저장 장치(410,420,430)로 기능할 수 있게 된다.
따라서, 전기 자동차의 충전을 위해 곳곳에 설치되는 자동차 충전 장치가 에너지 저장 장치(410,420,430)로 기능하게 됨으로써, 에너지 저장 장치(410,420,430)의 구축을 위한 장소적 비용적 부담을 현저히 줄일 수 있게 된다.
또한, 자동차 충전 장치가 설치된 장소, 예를 들어 아파트 단지에 대해서는 본 발명에 따른 에너지 저장 장치(410,420,430)로서의 기능을 수행하는데 따른 이익, 예를 들어 전기료의 감액 등의 해택을 제공할 수 있게 된다.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
100 : 에너지 관리 장치 110 : EMS 게이트웨이
200 : 분산 발전 시스템 210 : 분산 발전 제어 장치
300 : 전력 변환 장치 410,420,430 : 에너지 저장 장치
510,520,530 : 부하 400 : 전력 거래소

Claims (4)

  1. 복수의 신재생 발전 장치로 구성된 분산 발전 시스템과;
    상기 분산 발전 시스템을 통해 생산된 전력을 저장하기 위한 복수의 에너지 저장 장치와;
    상기 분산 발전 시스템에 의해 생성된 전력을 상기 에너지 저장 장치가 저장 가능한 형태로 변환하고, 상기 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 부하가 사용 가능한 형태로 변환하는 전력 변환 장치와;
    상기 분산 발전 시스템, 상기 복수의 에너지 저장 장치 및 상기 전력 변환 장치와 통신 연결되어 상기 분산 발전 시스템, 상기 복수의 에너지 저장 장치 및 상기 전력 변환 장치로부터 전송되는 운영 상태 정보를 수집하는 EMS 게이트웨이와;
    상기 EMS 게이트웨이를 통해 상기 운영 상태 정보를 수신하여 상기 분산 발전 시스템, 상기 복수의 에너지 저장 장치 및 상기 전력 변환 장치의 운영 상태를 분석하고, 상기 EMS 게이트웨이를 통해 상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 여부를 제어하는 에너지 관리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 관리 장치와 연결되어 상기 에너지 관리 장치에 실시간 전력 요금을 제공하는 전력 거래소를 더 포함하며;
    상기 에너지 관리 장치는 상기 전력 거래소로부터의 상기 실시간 전력 요금에 기초하여 상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 여부를 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 관리 장치는 상기 에너지 저장 장치가 기 등록된 전력 피크 시간대에 상기 부하 측에 전력을 공급하고, 기 등록된 전력 잉여 시간대에 전력을 저장하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 전기 자동차에 내장된 배터리를 충전하는 자동차 충전 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드의 구현을 위한 전력 연계 시스템.
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