KR20140038796A - 마이크로그리드를 적용한 전기 자동차 충전소 제어 방법 및 장치 - Google Patents

마이크로그리드를 적용한 전기 자동차 충전소 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사용자가 요청한 충전 시간을 고려하고 분산 전원과 상용 전원을 이용한 전기 자동차 충전소의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 전기 자동차 충전소의 제어 방법은 전기 자동차의 충전 요청 시간과 충전 소요 시간을 수신하는 단계; 전기 자동차의 충전에 대한 기본 스케줄을 생성하는 단계; 분산 전원의 그룹 중 제어가 불가능한 그룹인 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량이 이용되게 하는 제 1 알고리즘을 기본 스케줄에 적용하여 제 1 충전 스케줄을 생성하는 단계; 분산 전원의 그룹 중 제어가 가능한 그룹인 제 2 분산 전원과, 상용 전원 중 전력 공급 비용이 저렴한 전원을 선택하는 단계; 및 선택된 전원이 상용 전원이면, 상용 전원의 전력 공급 비용이 최소화되게 하는 제 2 알고리즘을 제 1 충전 스케줄에 적용하여 제 2 충전 스케줄을 생성한 후, 충전부가 상기 제 2 충전 스케줄에 따라, 제 1 분산 전원과 상용 전원으로부터 공급된 전력으로 전기 자동차를 충전하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로그리드를 적용한 전기 자동차 충전소 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING CHARGING STATION OF ELECTRICAL VEHICLE APPLYING MICROGRID}
본 발명은 마이크로그리드를 적용한 전기 자동차 충전소의 제어 방법 및 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게 본 발명은 사용자가 요청한 충전 시간을 고려하고 분산 전원과 상용 전원을 이용하여 전기 자동차 충전소의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 국내·외 여건 변화에 따라 탄소를 전혀 배출하지 않는 전기 자동차에 대한 관심이 높아지고 있다. 따라서, 전기 자동차는 향후 전력 계통에서 최대 부하가 될 수 있다. 하지만, 전기 자동차의 경우 수요 패턴이 일정치 않고 부하가 이동하는 특수성 때문에, 전력 공급자가 발전 시설 확충 계획 또는 전력 공급 계획을 수립하는 것이 용이하지 않다.
따라서, 이러한 거대 유동 부하에 대처하기 위한 전력 공급 기술이 필요하다. 이를 해소하기 위해, 전기자동차 충전소를 마이크로그리드로 구현하려는 다양한 시도가 있었다. 하지만, 신재생에너지는 출력 특성이 간헐적이어서, 즉, 출력 제어가 불가능하여 신재생에너지를 효과적으로 사용하여 전기 자동차를 충전하는데 한계가 있다.
이에 관련하여, 발명의 명칭이 "신재생 에너지를 이용한 전기충전소 겸용 무인정보 단말기"이고, 2010년 04월 07일에 공개된 한국공개특허 제2010-0036297호가 존재한다.
본 발명은 전기 자동차 충전소의 운영 비용을 최소화시켜 운영 이익을 최대로 할 수 있는 마이크로그리드 형 전기자동차 충전소 및 이의 운영 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전기 자동차 충전소의 제어 방법은 전기 자동차의 충전 요청 시간과 충전 소요 시간을 수신하는 단계; 전기 자동차의 충전에 대한 기본 스케줄을 생성하는 단계; 분산 전원의 그룹 중 제어가 불가능한 그룹인 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량이 이용되게 하는 제 1 알고리즘을 기본 스케줄에 적용하여 제 1 충전 스케줄을 생성하는 단계; 분산 전원의 그룹 중 제어가 가능한 그룹인 제 2 분산 전원과, 상용 전원 중 전력 공급 비용이 저렴한 전원을 선택하는 단계; 및 선택 단계에서 선택된 전원이 상용 전원이면, 상용 전원의 전력 공급 비용이 최소화되게 하는 제 2 알고리즘을 제 1 충전 스케줄에 적용하여 제 2 충전 스케줄을 생성한 후, 충전부가 상기 제 2 충전 스케줄에 따라, 제 1 분산 전원과 상용 전원으로부터 공급된 전력으로 전기 자동차를 충전하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 선택 단계는, 선택된 전원이 제 2 분산 전원이면, 충전부가 제 1 충전 스케줄에 따라, 제 1 분산 전원과 제 2 분산 전원으로부터 공급된 전력으로 전기 자동차를 충전하게 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 1 알고리즘을 기본 스케줄에 적용하여 제 1 충전 스케줄을 생성하는 단계는, 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량을 예측하는 단계; 기본 스케줄에서 전기 자동차의 충전 부하량이 가장 높은 시간대의 충전 부하를, 충전 부하의 충전 요청 시간을 고려하여 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 전력 중 미사용된 전력이 가장 많은 시간대로 시프트하는 단계; 및 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력에 시프트될 충전 부하가 없을 때까지 예측 단계 및 시프트 단계를 반복한 후, 제 1 충전 스케줄을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 2 알고리즘을 제 1 충전 스케줄에 적용하여 제 1 충전 스케줄을 생성하는 단계는, 상용 전원의 시간대별 전력 비용을 분석하는 단계; 제 1 충전 스케줄에서 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량을 초과하는 전기 자동차의 충전 부하 중 상용 전원의 전력 비용이 가장 높은 시간대의 충전 부하를 상용 전원의 전력 비용이 가장 낮은 시간대로 시프트하는 단계; 전기 자동차의 충전 부하 중, 상용 전원의 전력 비용이 더 낮은 시간대로 시프트 가능한 충전 부하가 존재하지 않을 때까지, 분석 단계 및 시프트 단계가 반복된 후, 제 2 충전 스케줄을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 1 분산 전원은, 태양광 발전 및 풍력 발전 중 적어도 하나를 이용한 전원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 2 분산 전원은, 디젤발전을 포함하는 화석 연료를 이용한 전원과, 연료 전지 및 충전지 중 적어도 하나를 포함하는 신재생에너지를 이용한 전원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전기 자동차 충전소의 제어 장치는 전기 자동차의 충전 요청 시간과 충전 소요 시간을 수신하고, 전기 자동차의 충전에 대한 기본 스케줄을 생성하는 수신부; 분산 전원의 그룹 중 제어가 불가능한 그룹인 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량이 최대로 이용되게 하는 제 1 알고리즘을 상기 기본 스케줄에 적용하여 제 1 충전 스케줄을 생성하는 제 1 알고리즘 적용부; 분산 전원의 그룹 중 제어가 가능한 그룹인 제 2 분산 전원과, 상용 전원 중 전력 공급 비용이 저렴한 전원을 선택하는 선택부; 및 선택부에서 선택된 전원이 상기 상용 전원이면, 상용 전원의 전력 공급 비용이 최소화되게 하는 제 2 알고리즘을 상기 제 1 충전 스케줄에 적용하여 제 2 충전 스케줄을 생성한 후, 충전부가 제 2 충전 스케줄에 따라, 제 1 분산 전원과 상용 전원으로부터 공급된 전력으로 전기 자동차를 충전하게 하는 제 2 알고리즘 적용부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 선택부는, 선택된 전원이 제 2 분산 전원이면, 충전부가 제 1 충전 스케줄에 따라, 제 1 분산 전원과 제 2 분산 전원으로부터 공급된 전력으로 전기 자동차를 충전하게 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 1 알고리즘 적용부는, 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량을 예측하고, 기본 스케줄에서 전기 자동차의 충전 부하량이 가장 높은 시간대의 충전 부하를, 충전 부하의 충전 요청 시간을 고려하여 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 전력 중 미사용된 전력이 가장 많은 시간대로 시프트하며, 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력에 시프트될 충전 부하가 없을 때까지 상기 예측 과정 및 상기 시프트 과정을 반복한 후, 제 1 충전 스케줄을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 2 알고리즘 적용부는, 상용 전원의 시간대별 전력 비용을 분석하고, 제 1 충전 스케줄에서 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량을 초과하는 전기 자동차의 충전 부하 중 상기 상용 전원의 전력 비용이 가장 높은 시간대의 충전 부하를 상기 상용 전원의 전력 비용이 가장 낮은 시간대로 시프트하고, 전기 자동차의 충전 부하 중, 상용 전원의 전력 비용이 더 낮은 시간대로 시프트 가능한 충전 부하가 존재하지 않을 때까지, 분석 과정 및 시프트 과정이 반복된 후, 제 2 충전 스케줄을 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전기 자동차 충전소의 제어 방법 및 장치 에 따르면 전기 자동차 충전소의 운영 비용을 최소화시켜 운영 이익을 최대로 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 제 1 알고리즘과 제 2 알고리즘을 통해 충전 부하가 가장 많은 시간대의 충전 부하를 시프트하므로, 피크 부하를 절감시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전소 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전소 제어 방법 중 제 1 알고리즘을 적용하여 제 1 충전 스케줄을 생성하는 단계를 도시한 흐름도이다.
도 3 내지 도 5는 제 1 알고리즘을 적용하여 제 1 충전 스케줄을 생성하는 과정의 예시를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전소 제어 방법 중 제 2 알고리즘을 적용하여 제 2 충전 스케줄을 생성하는 단계를 도시한 흐름도이다.
도 7은 제 2 알고리즘을 적용하여 생성된 제 2 충전 스케줄의 예시를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전소를 도시하는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전소의 제어 장치를 도시하는 블록도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전소의 제어 방법에 대하여 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전소 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
먼저. 전기 자동차 충전소에서 전기 자동차의 충전 요청 시간과 충전 소요 시간 정보를 수신하는 단계(S110)가 이루어진다. 여기서, 상기 시간 정보들은 전기 자동차의 사용자가 충전소에서 직접 입력한 정보와 원격으로 입력한 정보 모두를 포함한다. S110 단계는 기설정된 스케줄링 시간까지 반복된다. 여기서, 이러한 기설정된 스케줄링 시간은 특정 시간으로 제한되는 것이 아닌, 기설정된 주기마다 또는 충전 요청이 있을 때마다 이루어질 수 있다. 그리고, S110 단계는 새로운 시간 정보가 추가될 때마다, 전기 자동차 별로 시간 정보를 구분하여 저장하고 있다.
스케줄링 시간이 되면, 전기 자동차의 충전에 대한 기본 스케줄을 생성하는 단계(S120)가 이루어진다. S120 단계는 사용자가 전기 자동차의 충전을 요청한 시간에 따라 S110 단계에서 수집된 시간 정보를 배열한다. 이러한 배열을 통해 전기 자동차의 충전에 대한 기본 스케줄이 생성된다.
이러한 기본 스케줄이 생성되면, 기본 스케줄에 제 1 알고리즘을 적용하여 제 1 충전 스케줄을 생성하는 단계(S130)가 수행된다. 또한, 제 1 알고리즘은 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 전력을 최대로 이용할 수 있도록, 기본 스케줄에서 시프트 가능한 전기 자동차의 충전 시간을 시프트하는 알고리즘이다. 보다 상세하게, 제 1 알고리즘은 충전소의 부하량이 제 1 분산 전원이 공급하는 전력량의 예측치를 초과하는 시간대의 부하를, 충전소의 부하량이 제 1 분산 전원이 공급하는 전력량의 예측치 미만인 영역을 포함하는 시간대로 시프트하는 알고리즘이다. 이러한 제 1 알고리즘은 하기 제한조건을 갖는다.
A) 충전 요청 시간 내에 해당 전기 자동차의 충전이 완료되어야 하므로, 충전 요청 시간의 범위에서 시프트가 이루어져야 한다.
B) 부하 피크를 고려하면서, A번의 제한 조건을 만족시키는 시간대 중 부하량이 많은 순서대로 시프트되어야 한다.
C) A번의 제한 조건을 만족시키면서, 충전소의 부하량이 제 1 분산 전원이 공급하는 전력량의 예측치 미만인 영역이 큰 순서대로 해당 영역에 시프트되어야 한다.
따라서, S130 단계의 수행을 통해, 제 1 분산 전원을 통한 전력을 최대로 이용하고, 충전 부하량이 피크인 시간대에서의 충전 부하를 시프트하기에, 피크 부하를 절감하게 된다.
명세서 전체에 걸쳐 기재된 용어, 제 1 분산 전원은 분산 전원의 그룹 중 풍력 발전 및 태양광 발전 중 적어도 하나를 이용하는 전원이다. 따라서, 제 1 분산 전원은 앞서 언급된 풍력 발전 및 태양광 발전을 포함하는 신재생에너지원을 이용한 전원이고, 이는 발전량에 대한 제어가 불가능한 전원이다. 이는, 풍력 발전이나 태양광 발전을 통해 공급되는 에너지는 항상 일정하게 바람과 태양광의 특성에 따라 항상 일정할 수 없기 때문이다. 여기서 분산 전원은 풍력 발전 및 태양광 발전뿐만 아니라, 연료전지, 충전지와 같은 신재생에너지원도 포함되고, 화석 연료를 이용한 전원 또한 포함된다.
그 후, 제 2 분산 전원과 상용 전원 중 하나를 선택하는 단계(S140)가 수행된다. S140 단계에서는, 제 1 분산 전원이 공급하는 전력량의 예측치를 초과하는 전기 자동차의 충전 부하에 대해, 충전을 수행할 전원을 선택하는 단계이다. 이는 상용 전원과 제 2 분산 전원의 전력 공급 비용을 고려하여 이루어진다. 여기서 제 2 분산 전원은 화석 연료를 이용하는 전원 즉, 디젤발전 등을 이용하는 전원과, 신재생에너지 중, 충전지와 연료 전지를 이용한 전원을 포함한다. 이는 제 1 분산 전원과는 달리, 발전량에 대한 제어가 가능한 전원이다.
그 후, 선택된 전원이 상용 전원인지를 판단하는 단계(S150)가 수행된다. 여기서, 선택된 전원이 상용 전원이면 제어는 S160 단계로, 그렇지 않다면 S170 단계로 제어가 전달된다.
선택된 전원이 상용 전원이면, 제 1 충전 스케줄에 제 2 알고리즘을 적용하여 제 2 충전 스케줄을 생성하는 단계(S160)가 수행된다. 여기서 제 2 알고리즘은, 제 1 충전 스케줄을 분석하여, 상용 전원의 전력 공급 비용이 비싼 시간대의 전력을 비용이 저렴한 시간대로 시프트하는 알고리즘이다. 이 때, 제 1 알고리즘과 마찬가지로, 전기 자동차의 충전 요청 시간 내에 해당 전기 자동차의 충전이 완료되어야 하므로, 충전 요청 시간 범위가 고려되어야 한다.
S160 단계의 수행 이후 제 2 충전 스케줄이 생성되면, 이러한 제 2 충전 스케줄에 따라, 제 1 분산 전원과 상용 전원으로부터 공급된 전력을 이용하여 충전부에서 전기 자동차를 충전하게 하는 단계(S170)가 수행된다.
반면, 선택된 전원이 제 2 분산 전원이면, 제 1 충전 스케줄에 따라, 제 1 분산 전원과 제 2 분산 전원으로부터 공급된 전력을 이용하여 충전부에서 전기 자동차가 충전되게 하는 단계(S180)가 수행된다.
이하 도 2 내지 도 5를 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전소 제어 방법 중 제 1 알고리즘을 적용하여 제 1 충전 스케줄을 생성하는 단계를 보다 구체적으로 서술한다.
도 2는 제 1 알고리즘을 적용하여 제 1 충전 스케줄을 생성하는 단계를 보다 구체적으로 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량을 예측하는 단계(S131)가 수행된다. 이러한 예측은 제 1 분산 전원으로부터 공급된 전력량의 통계치에 기반하여 이루어질 수 있다. 또한, 이러한 통계치는 데이터베이스에 기록되어 차후에도 계속 갱신될 수 있다.
이러한 예측이 수행된 후, 전기 자동차의 충전에 대한 기본 스케줄에서, 전기 자동차의 시간대별 충전 부하량이 가장 높은 시간대의 충전 부하를, 이 충전 부하의 충전 요청 시간을 고려하여 시프트 가능한 충전 부하를 선택하는 단계(S132)가 수행된다. 앞서 도 1을 참조로 언급된 것처럼, 충전 요청 시간 내에 해당 전기 자동차의 충전이 완료되어야 하므로, 전기 자동차의 충전 부하에 대한 충전 요청 시간이 고려되어야 한다.
그 후, 선택된 충전 부하를 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량 중 미사용된 전력이 가장 많은 시간대로 시프트하는 단계(S133)가 수행된다.
S133 단계가 이루어진 후, 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 전력 중 미사용된 전력이 존재하는지 판단하는 단계(S134)가 수행된다. 이는 비용이 적게 드는 제 1 분산전원으로부터 공급되는 전력을 최대한 이용하기 위해 수행된다.
이러한 판단 단계(S134)에서 미사용된 전력이 존재한다고 판단되면, 제어는 다시 S132 단계로 전달된다. 따라서, 미사용된 전력이 존재하지 않을 때까지, 앞서 서술된 시프트 가능한 충전 부하를 선택하고, 이를 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량에서, 미사용된 시간으로 시프트하는 단계가 반복 수행된다.
S134 단계에서 미사용된 전력이 존재하지 않는다고 판단되면, 앞선 단계들을 기초로 시프트된 기본 스케줄, 즉 제 1 충전 스케줄을 생성하는 단계(S135)가 이루어진다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 기본 스케줄에 제 1 알고리즘을 적용하여 제 1 스케줄을 생성하는 과정을 도시한다. 자동차 충전소에서 충전을 위한 전기 자동차가 총 5대가 있다고 가정하자. 또한, 자동차들 각각을 EV1, EV2, EV3, EV4 및 EV5로 가정하자.
도 3은 앞서 언급된 일 실시예에서, 자동차 충전을 위해 수신된 정보를 도시하고, 도 4는 수신된 정보를 기초로 생성된 기본 스케줄과, 이 기본 스케줄에 제 1 알고리즘이 적용되어 충전 부하가 시프트 되는 과정을 도시하며, 도 5는 생성된 제 1 충전 스케줄을 도시한다.
먼저 도 3을 보면, 도 1의 S110 단계를 통해 수신된 전기 자동차의 충전 요청 시간 및 충전 소요 시간과, 도 2의 S131 단계를 통해 도출된 제 1 분산 전원의 전력 공급량의 예측치가 도시된다. 여기서, 전기 자동차들 각각의 충전 요청 시간은 각각 점선 화살표로 도시되어, 제 1 자동차 즉, EV1의 충전 요청 시간은 EV1_req_time으로, 제 2 자동차 즉, EV2의 충전 요청 시간은 EV2_req_time으로, 제 3 자동차 즉, EV3의 충전 요청 시간은 EV3_req_time으로, 제 4 자동차 즉, EV4의 충전 요청 시간은 EV4_req_time으로, 마지막으로 제 5 자동차 즉, EV5의 충전 요청 시간은 EV5_req_time으로 표기되어 있다.
이러한 충전 요청 시간은, 각 자동차의 사용자가 선택한 충전 개시 시각과 충전 완료 시각 사이의 시간을 나타낸다. 도면을 참조로 알 수 있듯이, 제 1 자동차의 충전 요청 시간은 0시에서 5시까지, 제 2 자동차의 충전 요청 시간은 1시에서 9시까지, 제 3 자동차의 충전 요청 시간은 1시에서 6시까지, 제 4 자동차의 충전 요청 시간은 1시에서 9시까지, 제 5 자동차의 충전 요청 시간은 3시에서 8시까지이다.
또한, 전기 자동차의 충전 소요 시간은, 요구되는 충전량 즉, 자동차를 완전히 충전하는데 소비되는 시간 또는 자동차의 사용자가 선택한 시간을 나타낸다. 본 예시의 경우, 전기 자동차의 충전 소요 시간은 제 1 자동차가 4시간, 제 2 자동차가 5시간, 제 3 자동차가 4시간, 제 4 자동차가 4시간, 마지막으로 제 5 자동차가 5시간 소요된다는 것을 알 수 있다.
즉, 예를 들어, 제 1 자동차의 경우는, 제 1 자동차의 사용자가 충전 요청 시간을 5시간으로 설정하였지만, 실제 제 1 자동차가 완충되는데 소요되는 시간은 4시간이 필요하다는 것을 알 수 있다.
도 4를 참조하면, 앞서 수신한 정보를 기초로 생성된 기본 스케줄이 도시된다. 이러한 기본 스케줄을 보면, 제 1 분산 전원의 전력 공급량 중 일부가 미사용되는 구간, 즉, 6시에서 9시까지의 구간이 존재한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이러한 제 1 분산 전원의 전력 공급량을 최대로 활용하기 위해 앞서 언급된 제 1 알고리즘이 사용된다.
앞서 도 2를 참조로 언급된 것처럼, 이러한 제 1 알고리즘은 전기 자동차의 시간대별 충전 부하량이 가장 높은 시간대의 충전 부하를 분석한다. 도 4의 경우, 3시에서 4시까지의 구간에 충전 부하가 가장 높다는 것을 알 수 있다. 여기서, 부하의 시프트를 수행할 때에는, 앞서 언급한 것처럼, 충전 요청 시간이 고려되어야 한다. 여기서, 제 5 전기 자동차를 보면, 충전 요청 시간이 5시간이고, 충전 소요 시간 또한 5시간이어서, 제 5 전기 자동차에 대한 충전 부하는 시프트될 수 없다는 것을 알 수 있다. 따라서, 3시에서 4시까지의 구간에서 다음 충전 부하인 제 4 자동차의 충전 부하를 고려하게 된다. 제 4 자동차의 충전 부하는 시프트 가능하고, 충전 요청 시간 또한 9시까지 이므로, 이 충전 부하는 8시에서 9시까지의 구간으로 시프트된다. 이는 도면에서 1로 표시된다. 그 후, 앞서 도 2를 참조로 서술된 S134 단계, 즉, 제 1 분산 전원의 전력 공급량 예측치에서 미사용된 구간이 존재하는지의 판단이 수행된다. 본 실시예의 경우, 미사용된 구간이 존재하므로, 다시 전기 자동차의 시간대별 충전 부하량이 가장 높은 시간대의 충전 부하를 분석한다. 여기서 그 다음으로 충전 부하가 높은 구간은 1시에서 2시까지의 구간이다. 따라서, 1시에서 2시까지의 구간 중 제 4 자동차의 충전 부하가 시프트 가능한지 먼저 판단된다. 이러한 예시에서 제 4 자동차의 충전 부하는 시프트 가능하므로, 이 부하는 6시부터 7시까지의 구간으로 시프트된다. 이는 도면에서 2로 표시된다. 이와 마찬가지로, 3 및 4로 표시된 시프트가 수행된다.
4로 표시된 시프트가 수행된 후엔, 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량 중 미사용된 구간이 없어지므로, 앞선 반복 과정은 종료된다. 이렇게 시프트 수행이 완료된 스케줄은 이하에서 제 1 충전 스케줄로 언급된다.
이렇게 시프트 과정이 모두 완료된 제 1 충전 스케줄은 도 5에 도시된다. 도 5에 표시된 표시 1은 이하에서 제 2 알고리즘에 따라 시프트되는 과정을 나타내기 위함이므로, 아래에서 다시 다루도록 한다.
이하 도 6 및 도 7을 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전소의 제어 방법 중 제 2 알고리즘을 적용하여 제 2 충전 스케줄을 생성하는 단계를 보다 구체적으로 서술한다. 앞서 언급된 것처럼, 이러한 제 2 충전 스케줄을 생성하는 단계는, 상용 전원이 이용될 때 수행되는 단계이다.
도 6은 제 2 알고리즘을 적용하여 제 2 충전 스케줄을 생성하는 단계를 보다 구체적으로 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 먼저 상용 전원의 시간대별 전력 비용을 분석하는 단계(S161)가 수행된다. S161 단계에서의 이러한 분석은 전력 공급자로부터 시간대별 전력 판매 비용을 수신하여 이루어질 수 있다.
그 후 제 1 충전 스케줄에서, 충전 부하의 요청 시간을 고려하여, 상용 전원의 전력 비용이 가장 높은 시간대에서 시프트 가능한 충전부하를 선택하는 단계(S162)가 수행된다. 앞서 도 1을 참조로 언급된 것처럼, 충전 요청 시간 내에 해당 전기 자동차의 충전이 완료되어야 하므로, 전기 자동차의 충전 부하에 대한 충전 요청 시간이 고려되어야 한다.
선택이 완료되면, 선택된 충전 부하를 상용 전원의 전력 비용이 가장 낮은 시간대로 시프트하는 단계(S163)가 수행된다.
그 후, 상용전원의 전력 비용이 더 낮은 시간대로 시프트 가능한 충전부하가 존재하는지 판단하는 단계(S164)가 수행된다. 이는 앞서 언급한 것처럼, 시간대별로 상용 전원의 공급 비용이 다르기에, 가능한 저렴한 시간대의 상용 전원을 이용하기 위함이다.
이러한 S164 단계에서, 상용 전원의 전력 비용이 더 낮은 시간대로 시프트가능한 충전 부하가 존재하면, 제어는 S162 단계로 전달된다. 앞서 도 1과 마찬가지로, 이렇게 시프트가능한 충전 부하가 존재하지 않을 때까지, 앞서 서술된 시프트 가능한 충전 부하를 선택하고, 이를 상용 전력의 전력 비용이 더 낮은 시간대로 시프트하는 단계가 반복 수행된다.
S164 단계에서, 시프트 가능한 충전 부하가 존재하지 않는다고 판단되면, 앞선 단계들을 기초로 시프트된 제 1 충전 스케줄, 즉 제 2 충전 스케줄을 생성하는 단계(S165)가 이루어진다.
이하 도 7을 참조로, 상용 전원이 전기 자동차의 충전에 사용되어 제 2 알고리즘이 적용되는 경우의 예시를 서술한다. 이에 대한 설명을 위해 앞서 서술된 도 5에 도시된 제 1 충전 스케줄을 다시 참조하도록 한다. 본 예시에선, 상용 전원의 충전 부하가 특정 시간 구간에 집중될수록 가격이 비싸지고, 2시에서 3시까지의 구간보다 5시에서 6시까지의 구간의 전력 비용이 더 저렴하다고 가정한다. 여기서 구간에 대한 비용은 전력 공급자의 설정에 따라 가변적일 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
제 1 충전 스케줄에 제 2 알고리즘을 적용하기 위해, 먼저 상용 전원의 시간대별 전력 비용을 분석한다. 이러한 비용에 대한 데이터는 앞서 언급한 것처럼, 전력 공급자로부터 공급받을 수 있다.
그 후, 제 1 분산 전원의 전력 공급량 예측치를 초과한 충전 부하 중 2시에서 3시까지 구간의 제 3 자동차가 선택된다. 왜냐하면, 제 1 충전 스케줄에서 제 1 분산 전원의 전력 공급량 예측치를 가장 많이 초과한 3시에서 5시까지 구간에서의 충전 부하 중, 제 5 자동차에 대한 충전 부하는 이 자동차의 충전 요청 시간에 기인하여 시프트가 불가능하기 때문이다. 따라서, 2시에서 3시까지의 제 3 자동차의 충전부하가 선택되고, 이 충전 데이터는 시간대별 전력 공급 비용이 보다 저렴한 5시에서 6시까지의 시간대로 시프트된다. 이는 도 5에서 1로 표시된다.
이러한 시프트가 수행되고, 시프트 가능한 충전 부하가 존재하는지 판단하여, 시프트 가능한 충전 부하가 존재하면 앞선 선택 및 시프트 과정이 반복된다. 반면 존재하지 않으면 시프트된 제 1 충전 스케줄, 즉 제 2 충전 스케줄이 생성된다. 본 실시예에선 앞서 1로 표시된 시프트 과정 외에 더 이상 시프트 가능한 충전 부하가 없다고 가정한다. 따라서 이러한 시프트 후, 앞선 결과물을 기초로 제 2 충전 스케줄이 생성된다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전소를 서술한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전소를 도시하는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전소는 제 1 분산 전원(11), 제 2 분산 전원(12), 상용 전원(13), 개폐기(14), 충전부(15)와, 이들을 제어하기 위한 제어 장치(100)를 포함한다. 도 8에서 점선으로 도시된 부분은 실제 전력 라인을, 실선으로 표시된 부분은 제어 장치에서 제어를 위해 송/수신되는 신호의 흐름을 나타낸다.
여기서 제 1 분산 전원(11)은 풍력 발전 및 태양광 발전 중 적어도 하나의 신재생에너지원을 이용하는 전원이고, 제 2 분산 전원(12)은 디젤발전 등과 같은 화석 연료를 이용하는 전원과, 연료 전지 및 충전지와 같은 신재생에너지원을 이용하는 이용하는 전원이다. 앞서 언급한 것처럼, 제 1 분산 전원(11)은 전력 공급량의 제어가 어려운 전원이고, 제 2 분산 전원(12)은 전력 공급량의 제어가 가능한 전원이다. 상용 전원(13)은 외부 상용 전력망으로부터 전력을 공급하기 위한 전원이다.
개폐기(14)는 제어 장치(100)로부터 신호를 수신하여, 제 2 분산 전원(12)과 상용 전원(13) 중 하나와 제 1 분산 전원(11)으로부터 공급되는 전력을 통과시키는 기능을 한다. 충전부(15)는 실제 전기 자동차를 충전하는데 사용되는 장비이다. 또한, 충전부(15)는 별도의 입력부를 포함하여 사용자가 전기 자동차에 대한 충전 시간 정보를 입력받을 수 있다. 이러한 장치들을 제어하기 위한 본 발명의 전기 자동차 충전소의 제어 장치(100)는 도 9를 참조로 설명된다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 전기 자동차 충전소의 제어 장치(100)는 수신부(110), 제 1 알고리즘 적용부(120), 선택부(130) 및 제 2 알고리즘 적용부(140)를 포함한다. 각 구성에 대한 기능은 아래에 서술된다.
먼저 수신부(110)는 전기 자동차 충전소에서 전기 자동차의 충전 요청 시간과 충전 소요 시간 정보를 수신하는 기능을 한다. 여기서, 이러한 시간 정보들은 앞서 언급한 것처럼, 전기 자동차의 사용자가 충전부(150)에서 직접 입력한 정보와 원격으로 입력한 정보 모두를 포함한다. 또한, 수신부(110)에서 이루어지는 수신은 기설정된 스케줄링 시간까지 진행될 수 있다. 앞서 언급한 것처럼, 기설정된 스케줄링 시간은 특정 시간으로 제한되는 것이 아닌, 기설정된 주기마다 또는 충전 요청이 있을 때마다 이루어질 수 있다. 여기서, 기설정된 스케줄링 시간이 되면, 수신부(110)는 앞서 수신한 전기 자동차들의 시간 정보들을 기초로 기본 스케줄을 생성한다.
그 후, 제 1 알고리즘 적용부(120)는 기본 스케줄에 제 1 알고리즘 적용하여, 제 1 충전 스케줄을 생성한다. 여기서, 제 1 알고리즘을 적용하여 제 1 충전 스케줄을 생성하는 과정은 앞서 도 2 내지 도 5를 참조로 상세히 서술되었으므로, 이에 대한 설명은 생략된다. 생성된 제 1 충전 스케줄은 앞서 언급된 것처럼 도 5에 도시된다.
그 후, 선택부(130)에서 제 1 분산 전원이 공급하는 전력량의 예측치를 초과하는 전기 자동차의 충전 부하에 대해, 충전을 수행할 전원을 선택한다. 앞서 언급한 것처럼, 이 전원은 제 2 분산 전원과 상용 전원이 포함되고, 이들의 전력 공급 비용을 고려하여, 보다 저렴한 전원을 선택한다.
여기서, 선택부(130)에서 선택된 전원이 제 2 분산 전원이면, 제 1 충전 스케줄에 따라, 충전부(15)에서 제 1 분산 전원과 제 2 분산 전원으로부터 공급된 전력을 이용하여 전기 자동차를 충전하게 한다.
반면, 선택부(130)에서 선택된 전원이 상용 전원이면, 제어는 제 2 알고리즘 적용부(140)로 전달된다.
제 2 알고리즘 적용부(140)는 제 1 충전 스케줄에 제 2 알고리즘을 적용하여 제 2 충전 스케줄을 생성한다. 여기서, 제 2 알고리즘을 적용하여 제 2 충전 스케줄을 생성하는 과정은 앞서 도 5 내지 도 7을 참조로 상세히 서술되었으므로, 이에 대한 설명은 생략된다. 이렇게 제 2 충전 스케줄이 생성되면, 생성된 제 2 충전 스케줄을 기초로 충전부(15)에서 제 1 분산 전원과 상용 전원으로부터 공급된 전력을 이용하여 전기 자동차가 충전된다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 제어 장치 110 : 수신부
120 : 제 1 알고리즘 적용부
130 : 선택부 140 : 제 2 알고리즘 적용부

Claims (12)

  1. 전기 자동차의 충전 요청 시간과 충전 소요 시간을 수신하는 단계;
    상기 전기 자동차의 충전에 대한 기본 스케줄을 생성하는 단계;
    분산 전원의 그룹 중 제어가 불가능한 그룹인 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량이 이용되게 하는 제 1 알고리즘을 상기 기본 스케줄에 적용하여 제 1 충전 스케줄을 생성하는 단계;
    분산 전원의 그룹 중 제어가 가능한 그룹인 제 2 분산 전원과, 상용 전원 중 전력 공급 비용이 저렴한 전원을 선택하는 단계; 및
    상기 선택 단계에서 선택된 전원이 상기 상용 전원이면, 상기 상용 전원의 전력 공급 비용이 최소화되게 하는 제 2 알고리즘을 상기 제 1 충전 스케줄에 적용하여 제 2 충전 스케줄을 생성한 후, 충전부가 상기 제 2 충전 스케줄에 따라, 상기 제 1 분산 전원과 상기 상용 전원으로부터 공급된 전력으로 전기 자동차를 충전하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차 충전소 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선택 단계는,
    상기 선택된 전원이 상기 제 2 분산 전원이면, 상기 충전부가 상기 제 1 충전 스케줄에 따라, 상기 제 1 분산 전원과 상기 제 2 분산 전원으로부터 공급된 전력으로 전기 자동차를 충전하게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차 충전소 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 알고리즘을 상기 기본 스케줄에 적용하여 제 1 충전 스케줄을 생성하는 단계는,
    상기 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량을 예측하는 단계;
    상기 기본 스케줄에서 상기 전기 자동차의 충전 부하량이 가장 높은 시간대의 충전 부하를, 상기 충전 부하의 충전 요청 시간을 고려하여 상기 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 전력 중 미사용된 전력이 가장 많은 시간대로 시프트하는 단계; 및
    상기 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력에 시프트될 충전 부하가 없을 때까지 상기 예측 단계 및 상기 시프트 단계를 반복한 후, 상기 제 1 충전 스케줄을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기차 충전소 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 알고리즘을 상기 제 1 충전 스케줄에 적용하여 제 2 충전 스케줄을 생성하는 단계는,
    상기 상용 전원의 시간대별 전력 비용을 분석하는 단계;
    상기 제 1 충전 스케줄에서 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량을 초과하는 전기 자동차의 충전 부하 중 상기 상용 전원의 전력 비용이 가장 높은 시간대의 충전 부하를 상기 상용 전원의 전력 비용이 가장 낮은 시간대로 시프트하는 단계; 및
    상기 전기 자동차의 충전 부하 중, 상기 상용 전원의 전력 비용이 더 낮은 시간대로 시프트 가능한 충전 부하가 존재하지 않을 때까지, 상기 분석 단계 및 상기 시프트 단계가 반복된 후, 상기 제 2 충전 스케줄을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기차 충전소 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 분산 전원은,
    태양광 발전 및 풍력 발전 중 적어도 하나를 이용한 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기차 충전소 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 분산 전원은,
    디젤발전을 포함하는 화석 연료를 이용한 전원과, 연료 전지 및 충전지 중 적어도 하나를 포함하는 신재생에너지를 이용한 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기차 충전소 제어 방법.
  7. 전기 자동차의 충전 요청 시간과 충전 소요 시간을 수신하고, 상기 전기 자동차의 충전에 대한 기본 스케줄을 생성하는 수신부;
    분산 전원의 그룹 중 제어가 불가능한 그룹인 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량이 최대로 이용되게 하는 제 1 알고리즘을 상기 기본 스케줄에 적용하여 제 1 충전 스케줄을 생성하는 제 1 알고리즘 적용부;
    분산 전원의 그룹 중 제어가 가능한 그룹인 제 2 분산 전원과, 상용 전원 중 전력 공급 비용이 저렴한 전원을 선택하는 선택부; 및
    상기 선택부에서 선택된 전원이 상기 상용 전원이면, 상기 상용 전원의 전력 공급 비용이 최소화되게 하는 제 2 알고리즘을 상기 제 1 충전 스케줄에 적용하여 제 2 충전 스케줄을 생성한 후, 충전부가 상기 제 2 충전 스케줄에 따라, 상기 제 1 분산 전원과 상기 상용 전원으로부터 공급된 전력으로 전기 자동차를 충전하게 하는 제 2 알고리즘 적용부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차 충전소 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 선택부는,
    상기 선택된 전원이 상기 제 2 분산 전원이면, 상기 충전부가 상기 제 1 충전 스케줄에 따라, 상기 제 1 분산 전원과 상기 제 2 분산 전원으로부터 공급된 전력으로 전기 자동차를 충전하게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차 충전소 제어 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제 1 알고리즘 적용부는,
    상기 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량을 예측하고,
    상기 기본 스케줄에서 상기 전기 자동차의 충전 부하량이 가장 높은 시간대의 충전 부하를, 상기 충전 부하의 충전 요청 시간을 고려하여 상기 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 전력 중 미사용된 전력이 가장 많은 시간대로 시프트하며,
    상기 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력에 시프트될 충전 부하가 없을 때까지 상기 예측 과정 및 상기 시프트 과정을 반복한 후, 상기 제 1 충전 스케줄을 생성하는 것을 특징으로 하는, 전기차 충전소 제어 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제 2 알고리즘 적용부는,
    상기 상용 전원의 시간대별 전력 비용을 분석하고,
    상기 제 1 충전 스케줄에서 제 1 분산 전원으로부터 공급되는 시간대별 전력량을 초과하는 전기 자동차의 충전 부하 중 상기 상용 전원의 전력 비용이 가장 높은 시간대의 충전 부하를 상기 상용 전원의 전력 비용이 가장 낮은 시간대로 시프트하고,
    상기 전기 자동차의 충전 부하 중, 상기 상용 전원의 전력 비용이 더 낮은 시간대로 시프트 가능한 충전 부하가 존재하지 않을 때까지, 상기 분석 과정 및 상기 시프트 과정이 반복된 후, 상기 제 2 충전 스케줄을 생성하는 것을 특징으로 하는, 전기차 충전소 제어 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제 1 분산 전원은,
    태양광 발전 및 풍력 발전 중 적어도 하나를 이용한 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기차 충전소 제어 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제 2 분산 전원은,
    디젤발전을 포함하는 화석 연료를 이용한 전원과, 연료 전지 및 충전지 중 적어도 하나를 포함하는 신재생에너지를 이용한 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기차 충전소 제어 장치.
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