KR20140070833A - 스마트 그리드 환경에서의 스마트 신재생 시스템 제어 방법 및 장치 - Google Patents

스마트 그리드 환경에서의 스마트 신재생 시스템 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

스마트 신재생 시스템의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 신재생 전원과 에너지 저장 장치를 연계 운영하여 신재생 전원에서 생산되는 전력에 대한 경제적 수익 극대화가 가능한 스마트 신재생시스템의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 신재생 전원 및 에너지 저장 장치를 포함하는 스마트 신재생 시스템의 제어 방법에 있어서, (a) 미리 결정된 상기 신재생 전원의 시간대 별 발전 예측 데이터를 입력받는 단계; (b) 시간대 별 계통 한계 가격 정보를 입력받는 단계; (c) 상기 시간대 별 발전 예측 데이터와 상기 시간대 별 계통 한계 가격 정보를 이용하여 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보를 생성하는 단계; 및 (d) 상기 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보에 따라 상기 에너지 저장 장치의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 신재생 에너지 발전예측량과 전력 거래소로부터 제공받는 전력 계통 한계 가격을 바탕으로 최적의 수익을 얻을 수 있는 연계점 공급전력 계획을 수립하고 이에 따라 실시간으로 에너지 장치의 동작을 제어하여 연계점 전력 출력 패턴에 대한 최적화가 가능하므로 스마트 신재생시스템의 경제성을 극대화할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

스마트 그리드 환경에서의 스마트 신재생 시스템 제어 방법 및 장치 {Method and apparatus for controlling of smart renewable energy system under the smart grid}
본 발명은 스마트 신재생 시스템의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 스마트 그리드 환경에서 신재생 전원과 에너지 저장 시스템을 연계 운영하여 신재생 전원에서 생산되는 전력에 대한 경제적 수익 극대화가 가능한 스마트 신재생 시스템의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 스마트 신재생 시스템은 태양광 또는 풍력 등과 같이 간헐적 출력 특성을 갖는 신재생 전원(Renewable Energy Source : RES)과 에너지 저장 장치로 구성되어 하나의 독립적인 복합 발전원 형태로 운영되는 시스템을 의미한다.
최근 보다 효율적이고 안정적인 전력계통 운영을 위한 스마트 그리드 기술이 빠르게 각광받고 있으며, 향후 스마트 그리드 기술이 도입되어 보다 진보된 전력시장 및 계통 운영 환경이 구축된다면 신재생 에너지 기반의 가상 발전소 역시 기존의 대형 발전소와 마찬가지로 전력시장 참여가 가능하게 될 것이므로 신재생 에너지 기반의 가상 발전소의 경우에도 24개의 시간대 별 계통 한계 가격(System Marginal Price : SMP)을 기준으로 판매 수익을 정산받게 된다.
따라서, 스마트 신재생 시스템의 효율적 운영을 위해서는 계통 한계 가격이 높은 경우 보다 많은 전력을 생산하고, 계통 한계 가격이 낮은 경우 전력 생산을 중지하는 형태의 운영 방식이 요구된다.
그러나, 종래의 신재생 전원의 경우 항상 주어진 기상조건에서 최대의 출력을 생산하는 방식(Maximum Power Point Tracking)으로 운영되므로 신재생 전원 단독으로는 원하는 연계점(Point of Common Coupling : PCC) 공급 전력 형태 조정이 용이하지 못한 문제점이 있었으며, 이에 따라 신재생 전원과 에너지 저장 장치를 연계 운영하여 효율적 운영이 가능하도록 하는 방법의 필요성이 요구된다 하겠다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 예측된 신재생 전원 발전량과 전력 거래소로부터 제공받는 전력 계통 한계 가격을 바탕으로 최적의 수익을 얻을 수 있는 에너지 저장 장치의 동작 계획을 수립하고 이에 따라 실시간으로 에너지 장치의 동작을 제어하여 연계점 공급전력 패턴을 최적화할 수 있는 스마트 신재생 시스템의 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 신재생 시스템의 제어 방법은 신재생 전원 및 에너지 저장 장치를 포함하는 스마트 신재생 시스템의 제어 방법에 있어서, (a) 미리 결정된 상기 신재생 전원의 시간대 별 발전 예측 데이터를 입력받는 단계; (b) 시간대 별 계통 한계 가격 정보를 입력받는 단계; (c) 상기 시간대 별 발전 예측 데이터와 상기 시간대 별 계통 한계 가격 정보를 이용하여 시간대 별 연계점 공급 전력 정보를 생성하는 단계; 및 (d) 상기 시간대 별 연계점 공급 전력 정보에 따라 상기 에너지 저장 장치의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (d) 단계는 (d1) 상기 실 시간 연계점 공급 전력값을 수집하는 단계; 및 (d2) 상기 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보 및 상기 실 시간 연계점 공급 전력 값을 이용하여 실 시간으로 상기 에너지 저장 장치의 동작을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계에 이어서 (b1) 상기 에너지 저장 장치의 시스템 파라미터 정보를 입력받는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 에너지 저장 장치의 시스템 파라미터 정보는 상기 에너지 저장 장치의 설비용량 정보, 충방전 효율 정보, 충방전 운전 범위(State of Charge : SOC) 정보이고, 상기 (c) 단계는 상기 에너지 저장 장치의 시스템 파라미터 정보를 더 이용하여 연계점 공급 전력 예측 정보를 생성하는 단계일 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 신재생 시스템의 제어 장치는 신재생 전원 및 에너지 저장 장치를 포함하는 스마트 신재생 시스템의 제어 장치에 있어서, 미리 결정된 상기 신재생 전원의 시간대 별 발전 예측 데이터와 시간대 별 계통 한계 가격 정보를 입력받아 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보를 생성하는 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부; 및 상기 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보에 따라 상기 에너지 저장 장치의 동작을 제어하는 동작 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동작 제어부는 실 시간 연계점 공급 전력값을 수집한 후 상기 실 시간 연계점 공급 전력값 및 상기 시간대 별 연계점 공급전력 예측 정보를 이용하여 상기 에너지 저장 장치의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 동작 제어부는 상기 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보와 상기 실시간 연계점 공급 전력값의 차이값에 따라 실 시간으로 상기 에너지 저장 장치의 충방전량을 제어할 수 있다.
또한, 상기 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부는 상기 에너지 저장 장치로부터 상기 에너지 저장 장치의 시스템 파라미터 정보를 더 전송받을 수 있다.
또한, 상기 에너지 저장 장치의 시스템 파라미터 정보는 상기 에너지 저장 장치의 설비용량 정보, 충방전 효율 정보, 충방전 운전 범위(State of Charge : SOC) 정보이고, 상기 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부는 상기 에너지 저장 장치의 시스템 파라미터 정보를 더 이용하여 상기 연계점 공급 전력 예측 정보를 생성할 수 있다.
본 발명에 의하면 신재생 전원 발전 예측량과 전력 거래소로부터 제공받는 전력 계통 한계 가격을 바탕으로 최적의 수익을 얻을 수 있는 연계점 전력공급 계획을 수립하고 이에 따라 실시간으로 에너지 장치의 동작을 제어하여 연계점 전력 출력 패턴에 대한 최적화가 가능하므로 스마트 신재생 시스템의 경제성을 극대화할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 신재생 시스템의 블록도,
도 2는 도 1의 제어 장치의 상세 블록도,
도 3은 도 1의 제어 장치의 동작 참고도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 신재생 시스템 제어 방법의 순서도, 및
도 5는 도 4의 S40에 대한 상세 순서도 이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 신재생 시스템의 블록도 이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 신재생 시스템(1)은 신재생 전원(10), 에너지 저장 장치(20), 및 제어 장치(30)를 포함한다.
신재생 전원(10)은 태양광, 지열, 풍력, 또는 파력 등의 신재생 에너지( Renewable Energy Source : RES)를 기반으로 전력을 생성하고, 에너지 저장 장치(20)는 신재생 전원(10)에서 생성되는 전력을 충전하거나 또는 필요에 따라 미리 저장된 에너지를 신재생 전원(10)와 에너지 저장 장치(20)의 연계점(도 1의 PCC) 측으로 방전한다.
이때, 에너지 저장 장치(20)는 배터리, 슈퍼커패시터, SMES(Super conducting Magnetic Energy Storage), 또는 플라이 휠일 수 있다.
제어 장치(30)는 신재성 전원(10)와 에너지 저장 장치(20)의 연계점(도 1의 PCC)에서의 전력 출력 패턴이 최적화 되도록 에너지 저장 장치(20)의 동작(다시 말해서, 에너지 저장 장치(20)의 충방전량)을 제어한다.
이때, 제어 장치(30)의 상세 구성 및 동작 과정은 이하 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 도 1의 제어 장치에 대한 상세 블록도, 도 3은 도 1의 제어 장치의 동작 참고도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 제어 장치(30)는 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부(32) 및 동작 제어부(34)를 포함한다.
연계점 공급 전력 예측 정보 생성부(32)는 미리 결정된 신재생 전원(10)의 시간대 별 발전 예측 데이터(도 2의 P_RES) 및 시간대 별 계통 한계 가격 정보(도 2의 P_pri)를 입력받아 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보(도 2의 P_PCC_Ref)를 생성한다.
이때, 상기 미리 결정된 신재생 전원(10)의 시간대 별 발전 예측 데이터는 신재생 전원(10)으로부터 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부(32)로 입력되는 이전 시점(예를 들어, 전일)에 신재생 전원(10)에서 발전되었던 시간대 별 발전 데이터일 수 있고, 상기 시간대 별 계통 한계 가격 정보는 전력 거래소로부터 전송받을 수 있다.
또한, 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부(32)는 에너지 저장 장치(20)로부터 에너지 저장 장치의 시스템 파라미터 정보를 전송받을 수 있고, 상기 에너지 저장 장치의 시스템 파라미터 정보는 에너지 저장 장치(20)의 설비용량 정보, 충방전 효율 정보, 및 충방전 운전범위(State Of Charge : SOC) 정보일 수 있다.
또한, 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부(32)는 상기 시간대 별 발전 예측데이터 및 상기 시간대 별 계통 한계 가격 정보 외에 상기 에너지 저장 장치의 시스템 파라미터 정보를 추가 적용하여 상기 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보를 생성할 수 있다.
동작 제어부(34)는 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부(32)에서 생성된 상기 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보에 따라 에너지 저장 장치(20)의 동작을 제어한다.
다시 말해서, 동작 제어부(34)는 실 시간 연계점 공급 전력을 수집한 후 상기 실 시간 연계점 공급 전력 및 상기 시간대 별 연계점 공 전력 예측 정보를 이용하여 실 시간으로 에너지 저장 장치(20)의 동작을 제어(다시 말해서, 에너지 저장 장치(20)의 충방전량을 제어)할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보(도 3의 P_PCC_Ref)와 상기 시간대 별 발전 데이터(도 3의 P_PCC)의 차이값을 PI 제어기(도 3의 PI)의 입력으로 이용하여 PI 제어기로부터 출력되는 상기 실 시간 충방전 명령값(P_ESS_Ref)에 따라 에너지 저장 장치(20)의 충방전량을 제어하게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 신재생 시스템의 제어 방법에 대한 순서도 이다.
도 4에 도시된 바와 같이 S10에서 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부(32)가 신재생 전원(10)으로부터 미리 결정된 신재생 전원(10)의 시간대 별 발전 예측 데이터를 입력받고, S20에서 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부(32)가 전력 거래소로부터 시간대 별 계통 한계 가격 정보를 입력받는다.
S30에서 공급 전력 예측 정보 생성부(32)가 상기 시간대 별 발전 예측 데이터와 상기 시간대 별 계통 한계 가격 정보를 이용하여 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보를 생성한다.
이때, S30에서 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부(32)는 상기 시간대 별 발전 예측 데이터 및 상기 시간대 별 계통 한계 가격 정보 외에 에너지 저장 장치(20)의 시스템 파라미터 정보(예를 들어, 설비용량 정보, 충방전 효율 정보, 및 충방전 운전범위(State Of Charge : SOC) 정보)를 추가 반영하여 상기 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보를 생성할 수 있다.
S40에서 동작 제어부(34)가 상기 시간대 별 연계점 공급 예측 정보에 따라 에너지 저장 장치(20)의 동작을 제어하면 종료가 이루어지며, S40의 상세 단계는 이하 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 5는 도 4의 S40에 대한 상세 순서도 이다.
도 5에 도시된 바와 같이 S42에서 동작 제어부(34)가 실 시간 연계점 공급 전력값을 수집한다.
S44에서 동작 제어부(34)가 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부(32)로부터 전송되는 상기 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보 및 상기 수집된 실 시간 연계점 공급 전력값을 이용하여 실 시간 충방전 명령값을 결정하고 이에 따라 에너지 저장 장치(20)의 충방전 동작을 제어하면 종료가 이루어진다.
이때, 상기 실 시간 충방전 명령값은 상기 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보와 상기 실시간 연계점 공급 전력값의 차이값일 수 있고, 상기 실 시간 충방전 명령값에 따라 에너지 저장 장치(20)의 충방전 동작을 제어하는 상세 과정은 위에서 설명한 바 있으므로 생략하도록 한다.
본 발명의 스마트 신재생 시스템의 제어 방법은 시간대 별 계통 한계 가격 정보에 따라 최적의 수익을 얻을 수 있도록 시간대 별 연계점 공급 예측 정보를 생성하고 실제 실 시간 연계점 공급 전력값을 수집하여 상기 시간대 별 연계점 공급 예측 정보와 상기 실 시간 연계점 공급 전력값의 차이값에 따라 에너지 저장 장치(20)의 충방전량을 제어할 수 있으며, 이에 따라 스마트 신재생 시스템의 경제성을 극대화할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(1) : 스마트 신재생 시스템 (10) : 신재생 전원
(20) : 에너지 저장 장치 (30) : 제어 장치
(32) : 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부 (34) : 동작 제어부

Claims (9)

  1. 신재생 전원 및 에너지 저장 장치를 포함하는 스마트 신재생 시스템의 제어 방법에 있어서,
    (a) 미리 결정된 상기 신재생 전원의 시간대 별 발전 예측 데이터를 입력받는 단계;
    (b) 시간대 별 계통 한계 가격 정보를 입력받는 단계;
    (c) 상기 시간대 별 발전 예측 데이터와 상기 시간대 별 계통 한계 가격 정보를 이용하여 시간대 별 연계점 공급 전력 정보를 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 시간대 별 연계점 공급 전력 정보에 따라 상기 에너지 저장 장치의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 신재생 시스템의 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 상기 실 시간 연계점 공급 전력값을 수집하는 단계; 및
    (d2) 상기 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보 및 상기 실 시간 연계점 공급 전력 값을 이용하여 실 시간으로 상기 에너지 저장 장치의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 신재생 시스템의 제어 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에 이어서,
    (b1) 상기 에너지 저장 장치의 시스템 파라미터 정보를 입력받는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 신재생 시스템의 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치의 시스템 파라미터 정보는 상기 에너지 저장 장치의 설비용량 정보, 충방전 효율 정보, 충방전 운전 범위(State of Charge : SOC) 정보이고, 상기 (c) 단계는 상기 에너지 저장 장치의 시스템 파라미터 정보를 더 이용하여 연계점 공급 전력 예측 정보를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 스마트 신재생 시스템의 제어 방법.
  5. 신재생 전원 및 에너지 저장 장치를 포함하는 스마트 신재생 시스템의 제어 장치에 있어서,
    미리 결정된 상기 신재생 전원의 시간대 별 발전 예측 데이터와 시간대 별 계통 한계 가격 정보를 입력받아 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보를 생성하는 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부; 및
    상기 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보에 따라 상기 에너지 저장 장치의 동작을 제어하는 동작 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 신재생 시스템의 제어 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 동작 제어부는 실 시간 연계점 공급 전력값을 수집한 후 상기 실 시간 연계점 공급 전력값 및 상기 시간대 별 연계점 공급전력 예측 정보를 이용하여 상기 에너지 저장 장치의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 신재생 시스템의 제어 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 동작 제어부는 상기 시간대 별 연계점 공급 전력 예측 정보와 상기 실시간 연계점 공급 전력값의 차이값에 따라 실 시간으로 상기 에너지 저장 장치의 충방전량을 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 신재생 시스템의 제어 장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부는 상기 에너지 저장 장치로부터 상기 에너지 저장 장치의 시스템 파라미터 정보를 더 전송받는 것을 특징으로 하는 스마트 신재생 시스템이 제어 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치의 시스템 파라미터 정보는 상기 에너지 저장 장치의 설비용량 정보, 충방전 효율 정보, 충방전 운전 범위(State of Charge : SOC) 정보이고, 상기 연계점 공급 전력 예측 정보 생성부는 상기 에너지 저장 장치의 시스템 파라미터 정보를 더 이용하여 상기 연계점 공급 전력 예측 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 스마트 신재생 시스템의 제어 방법.
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