KR20150136171A - 스마트 마이크로그리드 운영장치 및 그 방법 - Google Patents

스마트 마이크로그리드 운영장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 마이크로그리드 운영장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 스마트 마이크로그리드 운영장치는 상기 스마트 마이크로그리드로부터 해당 구역의 분산전원 발전량, 전력사용량 및 에너지저장량 중에서 하나 이상을 포함하는 정보를 수집하여 저장하는 정보 수집부; 상기 수집된 정보를 이용하여 전력부족 구역과 전력잉여 구역을 판단하여 연계 장치를 통해 상기 전력부족 구역과 상기 전력잉여 구역의 스마트 마이크로그리드를 연계시키는 연계 제어부; 및 상기 연계될 구역의 변압기의 2차측 전압이 서로 동일하도록 제어하는 전압 제어부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 구역 스마트 마이크로그리드 상호간 잉여 전력을 효율적으로 관리할 수 있으며 전력거래도 가능하다. 또한, 발전된 전력을 스마트 마이크로그리드 간에 최적화 할 수 있어서 국가 전력수급에 기여할 수 있다.

Description

스마트 마이크로그리드 운영장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MANAGING SMART MICROGRID AND METHOD THEREOF}
본 발명은 스마트 마이크로그리드 운영장치 및 그 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 복수 구역간 스마트 마이크로그리드를 상호 연계하여 잉여전력을 효율적으로 관리하는 스마트 마이크로그리드 운영장치 및 그 방법에 관한 것이다.
마이크로그리드(Microgrid)는 기존의 광역적 전력시스템으로부터 독립된 분산전원을 중심으로 한 국소적인 전력공급시스템을 말하는 것으로, 기존 전력시스템과 상호보완적인 관계를 가지고 있다. 기존의 전력 시스템은 발전소에서 생산된 전기를 소비자에게 전달하는 단방향 구성이었다.
그러나 기존의 소비자 중에서도 직접 전기를 생산하여 공급자 역할까지 하는 프로슈머(prosumer)가 등장하였다. 기존의 전력시스템에서 이들은 자급자족만 하였고, 전체 계통망에는 기여하지 않았다. 그러므로 프로슈머가 직접 전기를 생산하고 소비한 후, 남은 잉여분의 전력은 대부분 거래되지 못하고 버릴 수밖에 없어서 그 효율성이 떨어졌다.
마이크로그리드는 프로슈머들이 생산하는 전기에너지를 활용하여 전체 네트워크의 에너지를 극대화시키기 위한 기술로, 발전소에서만 전기를 생산하는 것이 아니라 양방향 송배전을 바탕으로 다수의 프로슈머(prosumer)가 직접 생산한 전기를 전력망에 연계하여 전력망의 전력생산 역할을 맡게 되는 것이다.
따라서, 마이크로그리드에 의해 전원이 분산됨에 따라 안정적인 전력 공급이 가능해지고, 재생가능 에너지의 효율적인 이용도 가능할 것으로 예상된다.
마이크로그리드는 AC 마이크로그리드와 DC 마이크로그리드로 구분되며, AC 마이크로그리드는 기존의 배전망을 그대로 활용하여 전력부하에 전력을 공급하고, 다수의 분산전원과 에너지저장장치를 연계하여 사용한다.
스마트 마이크로그리드는 산업용, 주거용, 연구단지용, 학교용, 빌딩용. 가정용 등으로 대략적으로 구분 할 수 있다. 그리고 이들 스마트 마이크로그리드를 통합 운영하면, 구역내의 전력수요를 최적화 할 수 있으므로 국가 전력수급에 대한 적절한 수요와 공급의 최적화가 가능하다. 또한, 구역내 스마트 마이크로그리드 상호간에 잉여전력을 부족한 스마트 마이크로그리드에 직접 연계 할 수 있으므로 에너지 사용에 대한 최적화가 가능하다.
기존의 마이크로그리드는 신재생에너지원 및 스마트그리드 보급장비를 활용하여 자체 에너지를 소비한 후, 잉여전력이 발생하면 이 잉여전력을 송전선로에 역전송하는 방식을 사용하고 있다. 그러므로 잉여전력은 구역내 스마트 마이크로그리드 변압기를 통하여 배전 선로로 역송되고, 이 역송된 전력은 다른 구역의 변압기를 통하여 스마트 마이크로그리드 단지에 공급된다.
이에 따라 변압기 및 기타 변환장치는 변환에 따른 효율이 있으므로 역전송시 변압기의 효율(A), 같은 구역내 스마트 마이크로그리드 수전 변압기의 효율(B), 기타 변환장치(C)로 인해 전체 효율(D)은 D=A×B×C의 곱에 의해 효율이 감소되어 잉여전력인 발전전력이 전력설비에 사용 될 때 곱에 의한 효율로 발전된 전력량이 감소된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제2013-0003615 호(2013.01.11)에 기재되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 복수 구역간 스마트 마이크로그리드를 상호 연계하여 잉여전력을 효율적으로 관리하는 스마트 마이크로그리드 운영장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 하나의 실시예에 따르면, 복수의 구역에 각각 설치되어 해당 구역의 발전 및 전력 수급을 관리하는 복수 개의 스마트 마이크로그리드를 제어하는 운영장치에 있어서, 스마트 마이크로그리드 운영장치는 상기 스마트 마이크로그리드로부터 해당 구역의 분산전원 발전량, 전력사용량 및 에너지저장량 중에서 하나 이상을 포함하는 정보를 수집하여 저장하는 정보 수집부; 상기 수집된 정보를 이용하여 전력부족 구역과 전력잉여 구역을 판단하여 연계 장치를 통해 상기 전력부족 구역과 상기 전력잉여 구역의 스마트 마이크로그리드를 상호 연계시키는 연계 제어부; 및 상기 연계될 구역의 변압기의 2차측 전압이 서로 동일하도록 제어하는 전압 제어부를 포함한다.
또한, 상기 정보 수집부는, 서로 연계된 구역간에 전송되는 전력량에 관한 정보를 수집 할 수 있다.
또한, 상기 연계 제어부는, 상기 연계된 복수의 스마트 마이크로그리드에 추가적으로 전력부족 구역 또는 전력잉여 구역의 스마트 마이크로그리드를 연계시킬 수 있다.
또한, 상기 연계 제어부는, 상기 복수의 스마트 마이크로그리드가 연계된 구역 중에서 전력부족 구역이 전력잉여 구역으로 전환되는 경우, 상기 전환된 구역을 제외한 나머지 구역의 전체 전력 수급이 잉여이면 상기 전환된 구역의 연계를 해제할 수 있다.
또한, 상기 전력부족 구역은 분산전원 발전량보다 전력사용량이 많은 구역을 나타내고, 상기 전력잉여 구역은 분산전원 발전량 또는 에너지저장량이 전력사용량보다 많은 구역을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 전압 제어부는, 구역간 상호 연계를 위해 상기 연계되는 구역 내에 구비된 변압기 2차측 전압이 서로 같아지도록 탭을 제어할 수 있다.
또한, 상기 복수의 구역에 각각 설치되는 복수의 변압기의 2차측은 상기 연계 장치를 통하여 상호 연결 될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 복수의 구역에 각각 설치되어 해당 구역의 발전 및 전력 수급을 관리하는 복수 개의 스마트 마이크로그리드를 제어하는 운영장치를 이용한 스마트 마이크로그리드 운영방법에 있어서, 스마트 마이크로그리드 운영방법은 상기 스마트 마이크로그리드로부터 해당 구역의 분산전원 발전량, 전력사용량 및 에너지저장량 중에서 하나 이상을 포함하는 정보를 수집하여 저장하는 단계; 상기 수집된 정보를 이용하여 전력부족 구역과 전력잉여 구역을 판단하여 연계 장치를 통해 상기 전력부족 구역과 상기 전력잉여 구역의 스마트 마이크로그리드를 연계시키는 단계; 및 상기 연계될 구역의 변압기의 2차측 전압이 서로 동일하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명인 스마트 마이크로그리드 운영장치 및 그 방법에 따르면, 구역 스마트 마이크로그리드 상호간 잉여전력을 효율적으로 관리할 수 있으며 전력거래도 가능하다. 또한, 발전된 전력을 스마트 마이크로그리드 간에 최적화 할 수 있어서 국가 전력수급에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구역 스마트 마이크로그리드의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 마이크로그리드 운영장치의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 마이크로그리드 운영방법의 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 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 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구역 스마트 마이크로그리드의 전체 구성도이다.
도 1에 스마트 마이크로그리드 운영장치(100)을 포함하는3개 구역에 해당되는 제1구역 내지 제3 구역의 스마트 마이크로그리드(200, 300, 400)가 연계되어 있는 구역 스마트 마이크로그리드 시스템이 도시되어 있다. 각 구역의 스마트 마이크로그리드는 공통적으로 변압기(201, 301, 401), 지능형 미터(202, 302, 402), 에너지저장장치인 ESS(energy storage system), 신재생에너지 발전설비인 PV(태양광 발전 시스템), FC(fuel cell) 및 이에 연결된 지능형 미터와 부하(load)를 포함하고 있다.
그리고 각 구역은 연계장치를 통해 서로 연계되어 있다. 즉, 제1 구역 스마트 마이크로그리드와 제2 구역 스마트 마이크로그리드는 제1 연계장치를 통해 연계되어 있고, 제2 구역 스마트 마이크로그리드와 제3 구역 스마트 마이크로그리드는 제2 연계장치를 통해 연계되어 있고, 제3 구역 스마트 마이크로그리드와 제1 구역 스마트 마이크로그리드는 제3 연계장치를 통해 연계되어 있다.
각 구역에는 한전 전력계통과 연계되어 있거나, 교류 발전장치(미도시)가 구비되어 있고, 각 구역의 한전 전력계통과 교류 발전장치(미도시)는 변압기(TR1, TR2, TR3) 중에서 해당되는 하나의 변압기에 연결된다. 각 변압기는 2차측 전압(V1, V2, V3)을 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 스마트 마이크로그리드 운영장치(100)는 제1 내지 제3 연계장치를 이용하여 구역 스마트 마이크로그리드를 연계 또는 연계 해제할 수 있으며 변압기 2차측 전압을 제어할 수 있으며, 지능형 미터에서 전력에 관한 정보를 전송 받을 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 마이크로그리드 운영장치의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 마이크로그리드 운영장치(100)는 정보 수집부(110), 연계 제어부(120) 및 전압 제어부(130)를 포함한다.
정보 수집부(110)는 스마트 마이크로그리드로부터 해당 구역의 분산전원 발전량, 전력사용량 및 에너지저장량 중에서 하나 이상을 포함하는 정보를 수집한다.
연계 제어부(120)는 수집된 정보를 이용하여 전력부족 구역과 전력잉여 구역을 판단하여 연계 장치를 통해 상기 전력부족 구역과 상기 전력잉여 구역의 스마트 마이크로그리드를 상호 연계시킨다.
전압 제어부(130)는 연계될 구역의 변압기의 2차측 전압이 서로 동일하도록 제어한다.
이하 스마트 마이크로그리드 운영방법에 대해 자세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 스마트 마이크로그리드 운영방법의 순서도이다.
정보 수집부(110)는 스마트 마이크로그리드로부터 해당 구역의 분산전원 발전량, 전력사용량 및 에너지저장량 중에서 하나 이상을 포함하는 정보를 수집하여 저장한다(S310).
정보 수집을 위해 AC 계통의 지능형 미터(202, 302, 402)와 DC 계통의 지능형 미터가 구비될 수 있다. 즉, 분산전원 발전량, 전력사용량, 에너지저장량 및 연계된 구역간에 전송되는 전력량에 관한 정보는 지능형 미터에서 측정되어서 정보 수집부(110)로 전송된다.
다음으로 연계 제어부(120)는 수집된 정보를 이용하여 전력부족 구역과 전력잉여 구역을 판단한다(S320).
여기서, 전력부족 구역은 분산전원 발전량보다 전력사용량이 많은 구역을 나타낸다. 임의 구역이 일정량의 에너지저장량을 가지고 있는 경우에도 분산전원 발전량보다 전력사용량이 많다면, 에너지저장량이 고갈될 수 있기 때문에 잠재된 전력부족 구역으로 분류될 수 있기 때문이다.
그리고 전력잉여 구역은 분산전원 발전량 또는 에너지저장량이 부하 사용량보다 많은 구역을 나타낸다. 여기서 전력잉여 구역은 일정한 에너지 저장량을 가지고 있고 분산전원 발전량이 전력사용량보다 많기 때문에 잉여전력을 이용하여 전력부족 구역의 부족전력을 보충할 수 있기 때문이다.
다음으로 연계 제어부(120)는 연계 장치를 통해 전력부족 구역과 전력잉여 구역의 스마트 마이크로그리드를 상호 연계시킨다(S330). 전통적인 전력계통의 연계의 개념은 분산전원을 갖는 구역 스마트 마이크로그리드가 한전의 전력계통에 연계되는 것을 뜻한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예에서 스마트 마이크로그리드 운영장치(100)는 연계 장치를 이용하여 전력부족 구역과 전력잉여 구역의 스마트 마이크로그리드를 직접 연계시킬 수 있다. 따라서, 각 구역의 변압기를 모두 거치는 역전송에 따른 효율 저하가 방지될 수 있다.
또한, 연계 제어부(120)는 이미 연계된 복수의 스마트 마이크로그리드에 추가적으로 제3의 스마트 마이크로그리드를 연계시킬 수 있다. 추가적으로 연계되는 스마트 마이크로그리드는 전력부족 구역 또는 전력잉여 구역의 스마트 마이크로그리드일 수 있다. 즉, 연계된 스마트 마이크로그리드 전체가 전력잉여인 경우, 전력부족 구역의 제3의 스마트 마이크로그리드를 추가적으로 연계시키거나, 잉여전력이 소모되는 것을 막기 위하여 전력잉여 구역의 제3의 스마트 마이크로그리드를 추가적으로 연계시킬 수 있다.
또한, 연계 제어부(120)는 연계된 스마트 마이크로그리드의 연계를 해제하여 연계 해제된 스마트 마이크로그리드가 독립적으로 동작하게 할 수 있다.
즉, 복수의 스마트 마이크로그리드가 연계된 구역 중에서 전력부족 구역이 전력잉여 구역으로 전환되는 경우, 전환된 구역을 제외한 나머지 구역의 전체 전력 수급이 잉여이면 연계 제어부(120)는 전환된 구역의 연계를 해제할 수 있다.
다음으로 전압 제어부(130)는 연계될 구역의 변압기의 2차측 전압이 서로 동일하도록 제어한다(S340).
S340단계는 S330단계와 동시에 일어나는 것이 바람직한데, 구역간 연계 조건으로서 연계 구역의 변압기 2차측 전압이 동일해야 하기 때문이다. 그리고 연계되는 구역의 변압기의 2차측은 연계장치를 통해 상호 연결될 수 있다.
전력부족 구역과 전력잉여 구역이 존재하는 경우, 양 구역의 변압기 2차측의 정격전압이 동일한 경우라도, 전력부족 구역측의 변압기 2차측 전압은 과부하에 의해 정격전압 밑으로 떨어지는 경우가 많다. 따라서, 전력부족 구역의 떨어진 2차측 전압을 상승시켜 전력잉여 구역측의 변압기 2차측 전압과 동일하도록 유지시켜야 한다. 또는, 전압 제어부(130)는 상기와 반대로 전력부족 구역측의 변압기 2차측 전압을 하향 조정할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 스마트 마이크로그리드 운영장치 및 그 방법에 따르면, 구역 스마트 마이크로그리드 상호간 잉여 전력을 효율적으로 관리할 수 있으며 전력거래도 가능하다. 또한, 발전된 전력을 스마트 마이크로그리드 간에 최적화 할 수 있어서 국가 전력수급에 기여할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100: 스마트 마이크로그리드 운영장치,
110: 정보 수집부, 120: 연계 제어부,
130: 전압 제어부, 201, 301, 401: 변압기,
202, 302, 402: 지능형 미터

Claims (14)

  1. 복수의 구역에 각각 설치되어 해당 구역의 발전 및 전력 수급을 관리하는 복수 개의 스마트 마이크로그리드를 제어하는 운영장치에 있어서,
    상기 스마트 마이크로그리드로부터 해당 구역의 분산전원 발전량, 전력사용량 및 에너지저장량 중에서 하나 이상을 포함하는 정보를 수집하여 저장하는 정보 수집부;
    상기 수집된 정보를 이용하여 전력부족 구역과 전력잉여 구역을 판단하여 연계 장치를 통해 상기 전력부족 구역과 상기 전력잉여 구역의 스마트 마이크로그리드를 연계시키는 연계 제어부; 및
    상기 연계될 구역의 변압기의 2차측 전압이 서로 동일하도록 제어하는 전압 제어부를 포함하는 스마트 마이크로그리드 운영장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정보 수집부는,
    서로 연계된 구역 간에 전송되는 전력량에 관한 정보를 수집하는 스마트 마이크로그리드 운영장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연계 제어부는,
    상기 연계된 복수의 스마트 마이크로그리드에 추가적으로 전력부족 구역 또는 전력잉여 구역의 스마트 마이크로그리드를 연계시키는 스마트 마이크로그리드 운영장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연계 제어부는,
    상기 복수의 스마트 마이크로그리드가 연계된 구역 중에서 전력부족 구역이 전력잉여 구역으로 전환되는 경우, 상기 전환된 구역을 제외한 나머지 구역의 전체 전력 수급이 잉여이면 상기 전환된 구역의 연계를 해제하는 스마트 마이크로그리드 운영장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력부족 구역은 분산전원 발전량보다 전력사용량이 많은 구역을 나타내고, 상기 전력잉여 구역은 분산전원 발전량 또는 에너지저장량이 전력사용량보다 많은 구역을 나타내는 스마트 마이크로그리드 운영장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전압 제어부는,
    구역간 상호 연계를 위해 상기 연계되는 구역 내에 구비된 변압기 2차측 전압이 서로 같아지도록 탭을 제어하는 스마트 마이크로그리드 운영장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 구역에 각각 설치되는 복수의 변압기의 2차측은 상기 연계 장치를 통하여 상호 연결되는 스마트 마이크로그리드 운영장치.
  8. 복수의 구역에 각각 설치되어 해당 구역의 발전 및 전력 수급을 관리하는 복수 개의 스마트 마이크로그리드를 제어하는 운영장치를 이용한 스마트 마이크로그리드 운영방법에 있어서,
    상기 스마트 마이크로그리드로부터 해당 구역의 분산전원 발전량, 전력사용량 및 에너지저장량 중에서 하나 이상을 포함하는 정보를 수집하여 저장하는 단계;
    상기 수집된 정보를 이용하여 전력부족 구역과 전력잉여 구역을 판단하여 연계 장치를 통해 상기 전력부족 구역과 상기 전력잉여 구역의 스마트 마이크로그리드를 연계시키는 단계; 및
    상기 연계될 구역의 변압기의 2차측 전압이 서로 동일하도록 제어하는 단계를 포함하는 스마트 마이크로그리드 운영방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 정보를 수집하여 저장하는 단계는,
    서로 연계된 구역 간에 전송되는 전력량에 관한 정보를 수집하는 스마트 마이크로그리드 운영방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스마트 마이크로그리드를 연계시키는 단계는,
    상기 연계된 복수의 스마트 마이크로그리드에 추가적으로 전력부족 구역 또는 전력잉여 구역의 스마트 마이크로그리드를 연계시키는 스마트 마이크로그리드 운영방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스마트 마이크로그리드를 연계시키는 단계는,
    상기 복수의 스마트 마이크로그리드가 연계된 구역 중에서 전력부족 구역이 전력잉여 구역으로 전환되는 경우, 상기 전환된 구역을 제외한 나머지 구역의 전체 전력 수급이 잉여이면 상기 전환된 구역의 연계를 해제하는 스마트 마이크로그리드 운영방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 전력부족 구역은 분산전원 발전량보다 전력사용량이 많은 구역을 나타내고, 상기 전력잉여 구역은 분산전원 발전량 또는 에너지저장량이 전력사용량보다 많은 구역을 나타내는 스마트 마이크로그리드 운영방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 전압이 서로 동일하도록 제어하는 단계는,
    구역간 상호 연계를 위해 상기 연계되는 구역 내에 구비된 변압기 2차측 전압이 서로 같아지도록 탭을 제어하는 스마트 마이크로그리드 운영방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 구역에 각각 설치되는 복수의 변압기의 2차측은 상기 연계 장치를 통하여 상호 연결되는 스마트 마이크로그리드 운영방법.
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