KR20140090284A - 전력 저장 장치를 제어하는 에너지 관리 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

전력 저장 장치를 제어하는 에너지 관리 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

에너지 관리 시스템은 전력 수요 및 가격 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하고, 전력 수요 및 가격 정보를 토대로 전력 가격을 산출하고 미리 저장된 기준 단가와 비교한다. 그리고 전력 가격이 상기 기준 단가 이상인 경우에, 전력 저장 장치--상기 전력 저장 장치는 플러그인 전기 자동차(Plug-in Electric Vehicle)를 포함함--의 충전량을 측정한다. 충전량이 방전 가능한 설정량 이상인 경우, 전력 저장 장치로부터 충전된 전력이 소비자단으로 공급되도록 한다. 전력 가격이 기준 단가 미만인 경우에는 전력 저장 장치의 충전량에 따라 전력 저장 장치의 충전을 선택적으로 수행한다.

Description

전력 저장 장치를 제어하는 에너지 관리 시스템 및 그 제어 방법{Energy management system controlling power saving device and method thereof}
본 발명은 에너지 관리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 전력 저장 장치를 제어하는 에너지 관리 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
스마트 그리드(smart grid)는 기존의 전력망에 정보 기술을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망이다. 이러한 스마트 그리드에서는 소비자단(예를 들어, 홈, 아파트, 빌딩, …)에 에너지 저장 장치인 고정식 배터리를 설치하여, 전기의 저장 및 소비 가능한 구조로 진화해 가고 있다.
최근에는 플러그인 전기 자동차(PEV: Plug-in Electric Vehicle)에 대한 시장이 적극적으로 개척되고 있으며, 전기 자동차의 배터리 기술이 향상되어 PEV 차량이 상용화되고 있다. 이러한 PEV 또한 스마트 그리드의 핵심 서비스의 하나로 보급이 확산될 예정이다. 이에 따라 PEV 충전시 전력 소비로 인해 부하 패턴에 큰 변화가 생길 것이며, 이러한 변화에 따라 전력망에 미치는 영향에 관한 연구가 이루어지고 있다.
그러나 일반적으로 PEV에 의한 효율적인 전력 소비를 위하여 PEV 충전을 최적으로 제어하는 등에 관한 연구는 이루어지고 있지만, 상대적으로 PEV를 전기 저장 장치로 활용하는 연구가 이루어지고 있지 않다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스마트 그리드에서, 고정식 배터리와 함께 플러그인 전기 자동차를 이동식 배터리로 하여 전력 저장 장치로 활용하면서 에너지 관리를 수행하기 위한 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
위의 과제를 위한 본 발명의 특징에 따른 제어 방법은, 전력 수요 및 가격 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하는 단계; 상기 전력 수요 및 가격 정보를 토대로 전력 가격을 산출하고 미리 저장된 기준 단가와 비교하는 단계; 상기 전력 가격이 상기 기준 단가 이상인 경우에는 전력 저장 장치--상기 전력 저장 장치는 플러그인 전기 자동차(Plug-in Electric Vehicle)를 포함함--의 충전량을 측정하는 단계; 상기 충전량이 방전 가능한 설정량 이상인 경우, 상기 전력 저장 장치로부터 충전된 전력이 소비자단으로 공급되도록 하는 단계; 및 상기 전력 가격이 상기 기준 단가 미만인 경우에는 상기 전력 저장 장치의 충전량에 따라 상기 전력 저장 장치의 충전을 선택적으로 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 스마트 그리드의 소비자단에 고정식 배터리와 함께 이동식 배터리인 플러그인 전기 자동차를 이용하여, 홈, 아파트, 빌딩 등 다양한 형태의 소비자 단으로 공급되는 전력을 효율적으로 제어할 수 있다.
또한 기존의 배터리에 이동식 배터리인 플러그인 전기 자동차를 상호 동작 가능하도록 연동 구조를 정의함으로써, 실시간 요금제, 피크 요금제 하에서 전기 요금이 매우 비싼 시간에 계통에서 제공되는 전기를 사용하지 않고 배터리(전력 저장 장치)로부터의 전력이 사용가능하도록 할 수 있다. 따라서 한여름이나 한겨울에 전력 피크를 대비하기 위한 아주 경제적이고 효율적인 대처 방안을 제공할 수 있다. 따라서, 이를 대비하기 위한 추가적인 발전소 설비를 많이 줄일 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 환경을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템과 다른 구성 요소간의 연결 관계를 보다 구체적으로 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 구조를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 저장 장치를 제어하는 방법의 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 전력 저장 장치를 제어하는 에너지 관리 시스템 및 그 제어 방법에 대하여 설명한다.
본 발명이 실시 예에서는 플러그인 전기 자동차(PEV: Plug-in Electric Vehicle)를 전력 저장 장치로 활용한다.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 환경을 나타낸 도이다.
운용센터 사이의 EMS 제어 정보 네트워크 구성도이다.
첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 스마트 미터(1)는 AMI(advanced metering infrastructure) 네트워크(2)를 통하여 운용 센터(3)와 정보를 송수신하며, 가입자 에너지 관리 시스템(EMS)(10)는 인터넷 게이트웨이(4) 또는 스마트 미터(1)를 통하여 응용 서비스 서버(5)와 통신한다. 운용 센터(3)와 응용 서비스 서버(5)는 서로 통신하며, 이에 따라 에너지 관리 시스템(10)은 스마트 미터(1)를 통하여 응용 서비스 서버(5)와 통신할 수 있다.
스마트 미터(1)는 전력을 소비하는 홈/아파트/빌딩 등의 전력 소비자단의 전력 소비를 측정하는 전력 미터링(metering)을 수행하고 이에 관련된 전력 관련 정보를 운용 센터(3)로 전달한다.
본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템(10)은 응용 서비스 서버(5)로부터 정보를 받아 소비자단의 전력 사용 및 차단 기능을 수행한다. 이를 위하여 에너지 관리 시스템(10)은 도 1에서와 같이, 소비자단의 전력 저장 장치(ESS: Energy Storage System)(6), 부하제어 스위치(7)와 연결되며, 이외에도, 소비자단에서 실질적으로 전력을 소비하는 전력 소비 장치(8)들과 연결된다. 전력 소비 장치(8)로는 스마트 가전, IHD(In-Home Display), PCT(Programmable Communicating Thermostat) 등이 있다. 여기서 전력 저장 장치(ESS)(6)는 적어도 하나의 플러그인 전기 자동차(PEV: Plug-in Electric Vehicle)를 포함하며, 이외에도 고정식 배터리를 더 포함한다. 고정식 배터리의 용량과 연결되는 PEV의 개수에 따라 전력 저장 장치(6)의 전력 용량은 상당히 증가 가능하다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 이러한 전력 저장 장치(6)를 이용하여 RTP(Real Time Price), CPP(critical Peak Price) 서비스와 V2G 서비스인 AGC(Automatic Generation Control)과 FC(Frequency Control)와 같은 실시간 전력 에너지 반응 서비스가 가능하다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템과 다른 구성 요소간의 연결 관계를 보다 구체적으로 나타낸 도이다.
첨부한 도 2에서와 같이, 스마트 미터(1)는 전력 저장 장치(6), 부하 제어 스위치(7), 전력 소비 장치(8)들과 연결되어 전력 미터링을 수행한다. 예를 들어, 전신주를 통한 전력이 스마트 미터(1)를 통하여 전력 저장 장치(6), 부하 제어 스위치(7), 전력 소비 장치(8)들로 전달된다.
에너지 관리 시스템(10)은 응용 서비스 서버(5)에서 전달되는 정보에 따라 소비자단에 연결되는 각 장치들(전력 저장 장치(6), 부하 제어 스위치(7), 전력 소비 장치(8))들의 온/오프시켜, 스마트 미터(1)를 경유하여 각 장치들로 전달되는 전력의 전달 상태를 제어한다. 특히 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템(10)은 전력 전달 스위칭부(11)와 연계하여 전력의 전달 상태를 제어한다.
전력 전달 스위칭부(11)는 도 2에서와 같이, 스마트 미터(1)와 각 장치들(전력 저장 장치(6), 부하 제어 스위치(7), 전력 소비 장치(8)) 사이에 위치하여, 스마트 미터(1)로부터 각 장치들로 전달되는 전력의 전달 상태를 조절한다. 또한 전력 전달 스위칭부(11)는 전력 저장 장치(6)에 대한 전력 충전 및 전력 방전이 이루어지도록 한다.
전력 전달 스위칭부(11)는 제1 상태(예를 들어, 온(ON))로 동작하는 경우에는 전력 저장 장치(6)로부터 부하 제어 스위치(7)나 전력 소비 장치(8)로 전력이 공급되도록 하고, 제2 상태(예를 들어, 오프(OFF))로 동작하는 경우에는 전력 저장 장치(6)로부터 부하 제어 스위치(7)나 전력 소비 장치(8)로 전력이 공급되지 않도록 한다. 제2 상태에서 에너지 관리 시스템(10)의 제어에 따라 전력 저장 장치(6)의 충전이 이루어질 수 있다. 그리고 제1 상태는 전력 전달 스위치부(11)를 통하여 부하 제어 스위치부(7)로 전력이 전달되는 경로가 형성되는 제1-1 상태, 전력 전달 스위치부(11)를 통하여 전력 소비 장치(8)로 전력이 전달되는 경로가 형성되는 제1-2 상태를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템(10)은 응용 서비스 서버(5)로부터 전달되는 제어 정보에 따라 전력 전달 스위칭부(11)를 제어하여, 전력 저장 장치(6)로 충전이 이루어지도록 하거나 전력 저장 장치(6)의 방전이 이루어지도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 구조를 나타낸 도이다.
에너지 관리 시스템(10)은 도 3에서와 같이, 제어 정보 수신부(12), 충전 상태 체크부(13), 방전 처리부(14), 및 충전 처리부(15)를 포함한다.
제어 정보 수신부(12)는 응용 서비스 서버(5)로부터 제어 정보를 제공받는다. 제어 정보는 전력 수요 및 가격 등의 정보를 포함한다. 이러한 제어 정보는 주기적으로 혹은 이벤트 발생시 제공될 수 있다.
충전 상태 체크부(13)는 전력 저장 장치(6)의 충전 상태를 체크한다. 전력 저장 장치(6)의 충전 상태에 해당하는 충전량을 방전 처리부(14)로 제공한다.
방전 처리부(14)는 전력 저장 장치(6)의 충전량에 따라 현재 충전량으로 부하 제어 스위치(7)를 통하여 계통으로 공급 가능한 상태인지, 아니면 소비자단 즉, 전력 소비 장치(8)로 공급 가능한 상태인지를 판단한다. 판단 결과에 따라 전력 전달 스위칭부(11)를 제1 상태 또는 제2 상태로 동작시킨다.
충전 처리부(15)는 전력 저장 장치(6)의 충전량을 토대로 충전 여부를 판단하고, 충전 가능한 경우에 전력 전달 스위칭부(11)를 통하여 전력 저장 장치(6)로의 충전이 이루어지도록 한다.
여기서는 에너지 관리 시스템(10)는 TOU(Time of Use)와 DR(demand in Response)기반의 전력을 사용한 시간 단위의 과금과 예약 기반의 사용량을 기준으로 전력 제어 기능을 수행 가능할 수 있다. 여기서는 이러한 기능과 함께 스마트 그리드에서 일반적인 소비자단의 에너지 관리를 수행하는 기능에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.
다음에는 이러한 구조로 이루어지는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템에서 전력 저장 장치를 효율적으로 제어하는 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 저장 장치를 제어하는 방법의 흐름도이다.
첨부한 도 4에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템(10)은 응용 서비스 서버(5)로부터 주기적으로 또는 이벤트 발생시마다 제어 정보를 수신한다(S100). 제어 정보는 전력 수요 및 가격 등의 정보를 포함하며, 에너지 관리 시스템(10)은 전력 수요 및 가격 정보를 토대로 전력 가격을 산출하고 미리 저장된 기준 단가와 비교한다(S110).
비교 결과, 기준 단가 이상인 경우에는 전력 저장 장치(6)의 충전 상태를 체크한다(S120). 전력 저장 장치(6)의 충전량이 미리 설정된 제1 설정량보다 작아서 방전이 불가능한 경우에는 전력 전달 스위칭부(11)를 오프 상태로 동작시켜 방전이 이루어지지 않도록 한다(S130).
한편 전력 저장 장치(6)의 충전량이 미리 설정된 제1 설정량 이상으로 방전 가능한 상태인 경우, 어느 정도 방전이 가능한지를 판단한다(S140). 이를 위하여, 에너지 관리 시스템(10)은 충전량을 제2 설정량과 비교하고, 충전량이 제2 설정량 이상으로 계통에 높은 가격으로 제공가능한 상태인 경우에는, 계통으로 전력이 공급되도록 전력 전달 스위칭부(11)를 동작시킨다(S150). 이 경우, 에너지 관리 시스템(10)의 제어에 따라 전력 전달 스위칭부(11)가 제1-1 상태로 동작하여, 전력 전달 스위치부(11)를 통하여 부하 제어 스위치부(7)로 전력이 전달된다.
위의 단계(S140)에서, 충전량이 제2 설정량보다 낮아서 계통에 공급될 정도가 아닌 경우, 에너지 관리 시스템(10)은 소비자단의 전력 소비 장치(8)로 전력이 공급한지를 판단한다(S160). 충전량이 소비자단으로 공급가능한 설정량 이상인 경우, 에너지 관리 시스템(10)은 소비자단의 전력 소비 장치(8)로 전력이 공급되도록 전력 전달 스위칭부(11)를 동작시킨다(S170). 이 경우, 에너지 관리 시스템(10)의 제어에 따라 전력 전달 스위칭부(11)가 제1-2 상태로 동작하여, 전력 전달 스위치부(11)를 통하여 전력 소비 장치(8)로 전달된다.
그러나, 충전량이 소비자단으로 공급가능한 설정량보다 낮은 경우에는, 에너지 관리 시스템(10)은 전력 전달 스위칭부(11)를 오프시켜 방전이 이루어지지 않도록 한다(S180).
한편, 위의 단계(S110)에서, 산출된 전력 가격이 기준 단가 미만인 경우에는 전력 저장 장치(6)의 충전 상태를 체크하여 전력 저장 장치(6)의 충전을 수행한다(S190). 구체적으로, 전력 저장 장치(6)의 충전량이 충전 가능량(또는 소비자단으로 공급가능한 설정량)보다 높아서 충전이 불가능한 경우에는, 에너지 관리 시스템(10)은 소비자단의 전력 소비 장치(8)로 전력이 공급되도록 한다(S200).
반면, 전력 저장 장치(6)의 충전량이 충전 가능량(또는 소비자단으로 공급가능한 설정량)보다 낮아서 충전 가능한 경우에는, 에너지 관리 시스템(10)은 전력 전달 스위칭부(11)를 제어하여 전력 저장 장치(6)로 전력이 충전되도록 한다(S210).
이러한 본 발명의 실시 예에 따르면, 스마트그리드에서 플러그인 전기 자동차(PEV: Plug in Electrical Vehicle)와 전력 저장 장치(ESS: Energy Storage System)와 같은 배터리를 수요측인 소비자단에 설치하고, 전력 전달 스위치부를 통하여 효율적인 에너지 관리를 수행할 수 있다. 또한 이러한 전력 저장 장치를 이용하여 다이나믹 전력 요금제와 V2G (Vehicle to Grid) 서비스 제공을 위하여 에너지 공급과 수요에 대한 실시간 제어를 수행할 수 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템(energy management system, EMS)는 홈, 아파트, 빌딩 등과 같은 다양한 환경에서의 전력을 소비하는 소비자단에 대한 에너지를 관리하는 장치(예를 들어, HEMS: Home EMS, BEMS: Building EMS, …)와 전기 자동차의 BMS(Battery Management System)와 연동하여 동작하여, 소비자 단의 수요반응(DR : Demand Response) 서비스 제공은 물론, RTP, CPP 서비스와 V2G 서비스인 AGC과 FC(Frequency Control) 등과 같은 발전 서비스를 제공 가능하도록 할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

  1. 전력 수요 및 가격 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하는 단계;
    상기 전력 수요 및 가격 정보를 토대로 전력 가격을 산출하고 미리 저장된 기준 단가와 비교하는 단계;
    상기 전력 가격이 상기 기준 단가 이상인 경우에는 전력 저장 장치--상기 전력 저장 장치는 플러그인 전기 자동차(Plug-in Electric Vehicle)를 포함함--의 충전량을 측정하는 단계;
    상기 충전량이 방전 가능한 설정량 이상인 경우, 상기 전력 저장 장치로부터 충전된 전력이 소비자단으로 공급되도록 하는 단계; 및
    상기 전력 가격이 상기 기준 단가 미만인 경우에는 상기 전력 저장 장치의 충전량에 따라 상기 전력 저장 장치의 충전을 선택적으로 수행하는 단계
    를 포함하는 제어 방법.






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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018012771A1 (ko) * 2016-07-11 2018-01-18 정윤이 Ess를 사용한 스마트 그리드 사업 시스템
KR102673439B1 (ko) * 2023-11-10 2024-06-11 주식회사 감성 누진제 요금 적용 방지를 위한 전력 관리 시스템 및 방법

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