KR20170002312A - 신재생에너지 연계 하이브리드 에너지 저장 장치에 대한 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템 및 방법 - Google Patents

신재생에너지 연계 하이브리드 에너지 저장 장치에 대한 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신재생에너지 연계 하이브리드 에너지 저장 장치에 대한 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 에너지 관리 시스템을 구성하는 장치들 또는 외부 장치를 상호 접속하여 상호 간에 정보가 전송될 수 있게 하는 유무선 통신 인터페이스 및 전력 변동 요금제 및 전력 사용량을 바탕으로 하는 적응형 시스템 스케줄링 및 신재생에너지 발전 전력량을 반영하는 신재생에너지 보상 스케줄링을 혼용하여 에너지 저장 장치(ESS; Energy Storage System)의 에너지 충방전 제어 모드를 설정하기 위한 스케줄링을 수행하는 ESS 충방전 제어 스케줄링 모듈을 포함함으로써, 신재생에너지의 보다 효율적인 에너지 자원 관리가 가능하다.

Description

신재생에너지 연계 하이브리드 에너지 저장 장치에 대한 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템 및 방법{ADAPTIVE ENERGY MANAGEMENT SCHEDULING SYSTEM AND METHOD FOR HYBRID ENERGY STORAGE SYSTEM WITH RENEWABLE ENERGY RESOURCES}
본 발명은 에너지 관리 스케줄링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 신재생에너지가 연계된 하이브리드 에너지 저장 장치의 에너지 충방전을 제어하기 위한 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 에너지 정책의 실패, 시스템 냉난방기의 증가, 전력 거래 제도 상의 문제, 발전설비 과부하, 특히 전력 사용이 피크 시간대에 집중됨으로 인해 해마다 극심한 전력난을 겪어 왔다. 이러한 현상을 극복하기 위해 생산된 에너지 중 남는 잉여 전력을 따로 저장해 두었다가 전력이 부족할 때 송전해 주는 에너지 저장 장치(ESS; Energy Storage System) 및 신재생에너지 설비가 관련 분야의 뜨거운 관심사로 떠오르고 있다.
그러나, 기존의 ESS 및 신재생에너지 발전 시스템은 서로 간에 유기적인 동작을 수행하지 않고 에너지 충방전 제어의 스케줄 관리를 단순히 제품 출하 시 기본으로 설정된 값으로 동작하거나 사용자가 시간대별로 임의로 설정한 충방전 제어를 수행하기 때문에 비효율적으로 에너지 관리가 수행되는 단점이 있었다.
이에, ESS 및 신재생에너지 발전 시스템 서로 간의 유기적인 동작 수행을 통해 변동성 높은 신재생에너지를 안정적으로 공급하고 이용률을 향상시킬 수 있는 신재생에너지 연계 하이브리드 에너지 저장 장치에 대한 에너지 관리 스케줄링 기법에 대한 요구가 존재한다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0060395호(2015.06.03) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0078354호(2013.07.10)
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 ESS 및 신재생에너지 발전 시스템 서로 간의 유기적인 동작 수행을 위해 전력 변동 요금제 및 전력 사용량을 바탕으로 하는 내측 시스템 스케줄링 및 신재생에너지 발전 전력량을 반영하는 외측 태양광 보상 스케줄링을 혼용함으로써 신재생에너지의 보다 효율적인 에너지 자원 관리가 가능한 신재생에너지 연계 하이브리드 에너지 저장 장치에 대한 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 신재생에너지 연계 하이브리드 에너지 저장 장치에 대한 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템은, 에너지 관리 시스템을 구성하는 장치들 또는 외부 장치를 상호 접속하여 상호 간에 정보가 전송될 수 있게 하는 유무선 통신 인터페이스 및 전력 변동 요금제 및 전력 사용량을 바탕으로 하는 적응형 시스템 스케줄링 및 신재생에너지 발전 전력량을 반영하는 신재생에너지 보상 스케줄링을 혼용하여 에너지 저장 장치(ESS; Energy Storage System)의 에너지 충방전 제어 모드를 설정하기 위한 스케줄링을 수행하는 ESS 충방전 제어 스케줄링 모듈을 포함한다.
한편, 본 발명의 신재생에너지 연계 하이브리드 에너지 저장 장치에 대한 적응형 에너지 관리 스케줄링 방법은, 에너지 관리 시스템이 신재생에너지 연계 하이브리드 에너지 저장 장치(ESS; Energy Storage System)의 충방전 제어 모드를 스케줄링하는 방법으로서, 변동 요금과 시간대별 평균 전력 사용량을 곱하여 시간대별 전기 요금을 산출하는 단계, 상기 전기 요금이 설정된 소정의 ESS 충전 기준값 미만인 경우 상기 ESS의 에너지 충방전 제어 모드를 충전 모드로 결정하는 단계, 상기 전기 요금이 설정된 소정의 ESS 방전 기준값을 초과하는 경우 상기 ESS의 에너지 충방전 제어 모드를 방전 모드로 결정하는 단계 및 신재생에너지 발전 전력량이 상기 평균 전력 사용량보다 큰 경우 상기 ESS의 에너지 충방전 제어 모드를 충전 모드로 변경하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 신재생에너지 연계 하이브리드 에너지 저장 장치에 대한 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템 및 방법은 ESS 및 신재생에너지 발전 시스템 서로 간의 유기적인 동작 수행을 위해 전력 변동 요금제 및 전력 사용량을 바탕으로 하는 내측 시스템 스케줄링 및 신재생에너지 발전 전력량을 반영하는 외측 태양광 보상 스케줄링을 혼용함으로써 신재생에너지의 보다 효율적인 에너지 자원 관리가 가능하다.
도 1은 본 발명의 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템이 적용되는 홈 에너지 관리 시스템 기반의 태양광 연계 하이브리드 에너지 저장 장치 환경을 나타내는 전체 구성도이다.
도 2는 도 1과 같은 홈 에너지 관리 시스템 기반의 태양광 연계 하이브리드 에너지 저장 장치 환경에 적용되는 본 발명에 따른 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 ESS의 에너지 충방전 스케줄링을 위해 하루 24시간을 시간대별로 나누어 나타낸 원형 그래프의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)이 적응형 시스템 스케줄을 결정하는데 인자가 되는 계시별 요금제에 따른 시간대별 전기 요금 및 평균 전력 사용량을 예시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)이 계시별 요금 및 평균 전력 사용량을 바탕으로 한 시간대별 전기 요금을 기준으로 적응형 시스템 스케줄을 생성하는 알고리즘을 나타내는 그래프이다.
도 6은 ESS의 충방전 제어를 위한 적응형 시스템 스케쥴링 그래프의 상세 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로서 태양광 보상 스케줄링 모듈(220)이 적응형 시스템 스케줄에 태양광 발전 전력량을 반영하여 태양광 보상 스케줄을 생성하는 알고리즘을 나타내는 그래프이다.
도 8은 태양광 보상 스케줄이 적용된 ESS의 충방전 제어를 위한 태양광 보상 스케쥴링 그래프의 상세 구성도이다.
도 9는 도 1과 같은 홈 에너지 관리 시스템 기반의 태양광 연계 하이브리드 에너지 저장 장치 환경에 적용되는 본 발명에 따른 적응형 에너지 관리 스케줄링 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하에서 제시된 본 발명에 의한 신재생에너지 연계 하이브리드 에너지 저장 장치에 대한 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템은, 태양광 연계 하이브리드 에너지 저장 장치(ESS; Energy Storage System)가 본 발명의 적응형 에너지 관리 스케줄링 방법에 관한 소프트웨어를 탑재한 홈 에너지 관리 시스템(HEMS; Home Energy Management System)과 유선 또는 무선 통신 네트워크로 연결되어 상기 방법에 따라 스케줄링된 값을 바탕으로 에너지 충방전을 수행하고, 발전소에서 공급받아 충전한 전력을 그러한 ESS로부터 분전반을 통해 가전기기 부하로 분배하는 환경을 바탕으로 하는 경우를 바람직한 실시예로서 제안한다.
도 1은 본 발명의 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템이 적용되는 홈 에너지 관리 시스템 기반의 태양광 연계 하이브리드 에너지 저장 장치 환경을 나타내는 전체 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템이 적용되는 홈 에너지 관리 시스템 기반의 태양광 연계 하이브리드 ESS 계통 연계 환경은, 계통전원(10), 직병렬로 구성된 태양광 모듈을 이용하여 발전하는 태양광 발전 시스템(20), 태양광 모듈의 DC 출력 단자와 연결되는 최대 전력점 추종(MPPT; Maximum Power Point Tracking)용 컨버터(31), 배터리를 충방전할 수 있는 양방향 컨버터(32) 및 배터리의 전력을 계통으로 전달하고 계통 전력을 배터리에 충전할 수 있는 양방향 인버터(33)를 포함하여 출력을 제어하는 전력 변환 장치(PCS; Power Conversion System), 전기를 모아두는 배터리(34), 배터리를 효율적으로 관리해 주는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)(35) 및 데이터 통신 및 배터리 충방전 제어를 수행하는 제어기(36)를 포함하는 하이브리드 ESS(30), 인버터 출력과 접속된 계통전원 분전반(40), 가전기기 부하(50) 그리고 상기 태양광 모듈의 발전 전력(P1), ESS 배터리의 충방전 전력(P2), 가정에서 소비되는 전원측 소비 전력(P3), 가전기기 부하 전력(P4)을 계측하고 이를 저장하며 상태에 따라 ESS를 제어하기 위한 HEMS로서, 본 발명의 적응형 에너지 관리 스케줄링 방법에 관한 소프트웨어를 탑재한 HEMS(60)로 구성된다.
이렇게 구성된 태양광 연계 하이브리드 ESS 환경에서 먼저 BMS(35)는 배터리(34)의 충전율 및 온도에 대한 정보를 ESS 제어부(36)로 전달하며, ESS 제어부(36)와 연결된 통신 인터페이스 모듈은 유무선 통신을 통해 HEMS(60)로 배터리 충전율 데이터를 전송하고 HEMS(60)로부터 ESS(30)가 수행할 배터리 충방전 기준값을 수신 받아 ESS 배터리(34)의 충방전 전력(P2)을 조절한다. 그리고, 가정 내에서 소비되는 소비 전력(P3)의 경우 계통 전원(10)측에 위치하여 소비 전력을 산출하는 검출부 및 전력 데이터를 HEMS(60)로 전송하는 유무선 통신 모듈로 구성된 스마트 미터(15) 를 통해 산출되어 HEMS(60)로 전송되며, HEMS(60)는 스마트 미터(15)로부터 전력량 데이터를 수신하고 저장하여 실시간, 일간, 월간, 연간 소비 전력 데이터를 산출한다. 또한, 가정 내에서 사용되는 부하 중 관리가 필요한 가전기기의 경우에는 스마트 플러그(55)를 통해 부하 전력(P4) 사용량 계측 및 제어 동작을 수행한다.
기존의 ESS의 경우 HEMS 없이 단순히 PCS의 셋팅 기능을 이용하여 한 가지 방식으로 미리 설정된 시간에 따른 충방전 제어만 가능했으나, 본 발명에서는 도 1과 같이 본 발명의 적응형 에너지 관리 스케줄링 방법에 관한 소프트웨어를 탑재한 별도의 HEMS를 구성하여 여러가지 시나리오의 ESS 충방전 제어 설정을 변경할 수 있는 구조를 갖는다.
이하 본 발명의 하이브리드 에너지 저장 장치에 대한 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1과 같은 홈 에너지 관리 시스템 기반의 태양광 연계 하이브리드 에너지 저장 장치 환경에 적용되는 본 발명에 따른 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템은, 본 발명을 구성하는 장치들 또는 외부 장치를 상호 접속하여 상호 간에 정보가 전송될 수 있게 하는 유무선 통신 인터페이스(100), 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210) 및 태양광 보상 스케줄링 모듈(220)로 구성되며 전력 변동 요금제 및 전력 사용량을 바탕으로 하는 내측 적응형 시스템 스케줄링 및 신재생에너지 발전 전력량을 반영하는 외측 태양광 보상 스케줄링을 혼용하여 ESS의 에너지 충방전 제어 모드를 설정하기 위한 스케줄링을 수행하는 ESS 충방전 제어 스케줄링 모듈(200) 및 유무선 통신 인터페이스(110)를 통해 수신되는 데이터 및 ESS 충방전 제어 스케줄링 모듈(200)에 의해 스케줄링된 ESS 충방전 제어 데이터를 저장하는 데이터베이스(300)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 본 발명의 유무선 통신 인터페이스(110)는 한전으로부터 전력 요금제에 관한 정보, 스마트 플러그(25)로부터 가전기기 부하 전력 데이터(P4), 태양광 모듈(20)로부터 태양광 발전 전력 데이터(P1), 그리고 기상청으로부터 기상 정보를 수신하고, 외부 ESS(30)의 제어부(36)로 하기 ESS 충방전 제어 스케줄링 모듈(200)에 의해 스케줄링된 ESS 충방전 제어 데이터를 송신하는 기능을 수행한다.
다음으로, ESS 충방전 제어 스케줄링 모듈(200)은 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)에 의해 전력 변동 요금제 및 전력 사용량을 바탕으로 결정되는 내측 적응형 시스템 스케줄링 및 태양광 보상 스케줄링 모듈(220)을 통해 신재생에너지 발전 전력량을 반영하여 생성되는 외측 태양광 보상 스케줄링을 혼용하여 ESS의 에너지 충방전 제어 모드를 설정하기 위한 스케줄링을 수행한다.
도 3은 ESS의 에너지 충방전 스케줄링을 위해 하루 24시간을 시간대별로 나누어 나타낸 원형 그래프의 상세 구성도이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 ESS 충방전 제어 스케줄링 모듈(200)은 ESS의 에너지 관리를 위해 도 3과 같이 적응형 시스템 스케줄로 구성될 내측 루프와 태양광 보상 스케줄로 구성될 외측 루프의 2중 구조를 갖는 24시간 원형 그래프를 기초로, 아래에서 보다 상세하게 설명될 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210) 및 태양광 보상 스케줄링 모듈(220)을 통해 각각 스케줄링된 적응형 시스템 스케줄 및 태양광 보상 스케줄 양자를 사용하여 ESS의 에너지 충방전 모드를 시간대별로 설정할 수 있다. 이때, ESS의 에너지 관리 스케줄링을 위해 설정될 모드는 충방전을 수행하지 않는 대기 모드, ESS에 에너지 충전을 수행하는 충전 모드 및 ESS의 에너지 방전을 수행하는 방전 모드로 구분되며, 스케줄링 초기값은 충방전을 수행하지 않는 대기 모드일 수 있다.
이제, 도 4 내지 도 8을 참조하여 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210) 및 태양광 보상 스케줄링 모듈(220) 각각에 대해 상세하게 살펴보면, 먼저 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)은 스마트 그리드 환경 하에서 가격 변동성을 반영하는 변동 요금제 및 평균 전력 사용량을 바탕으로 한 전기 요금을 기준으로 적응형 시스템 스케줄을 결정한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)이 적응형 시스템 스케줄을 결정하는데 인자가 되는 계시별 요금제에 따른 시간대별 전기 요금 및 평균 전력 사용량을 예시하는 그래프이다. 여기서, 계시별 요금제(TOU)는 전기 요금을 계절별 시간대별로 경부하/중간 부하/최대 부하로 구분하여 차등 부과하는 요금제로서, 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)은 한전과 같은 전력 회사로부터 유무선 통신 인터페이스 모듈(100)로 수신되는 전력 요금제에 관한 정보를 이용할 수 있다. 평균 전력 사용량은 가전기기들의 부하 전력(P4)을 합산한 일정 기간 동안의 전체 부하 전력 사용량을 시간대별로 평균한 값으로서, 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)은 스마트 플러그(25)로부터 유무선 통신 인터페이스 모듈(100)로 수신되는 가전기기들의 부하 전력 데이터(P4)를 이용하여 소정의 기간(예를 들어, 1주 또는 1월) 동안의 시간대별 평균 전력 사용량을 산정한다. 이때, 소정의 기간(예를 들어, 1주 또는 1월) 동안 계측된 시간대별 평균 전력 사용량은 계절별 및 부하 패턴별로 조금씩 변동되므로 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)은 평균 전력 사용량을 소정의 기간마다 갱신하여 업데이트 동작을 수행할 수 있다. 이때 적용된 평균 전력 사용량은 소정의 기간 마다 업데이트되므로 이를 적응형 전력 사용량 기준값으로 사용된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)이 계시별 요금 및 평균 전력 사용량을 바탕으로 한 시간대별 전기 요금을 기준으로 적응형 시스템 스케줄을 생성하는 알고리즘을 나타내는 그래프이다. 여기서, 시간대별 전기 요금은 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)이 도 4에서 적용된 계시별 요금과 평균 전력 사용량의 곱으로 산출한다.
도 5를 계속 참조하여, 본 발명의 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)은 도 5와 같이 미리 계산된 시간대별 전기 요금 그래프를 바탕으로 미리 설정된 소정의 ESS 방전 기준값 및 충전 기준값을 임계값으로 하여 시간대별 전기 요금이 설정된 충전 기준값 미만인 경우 적응형 시스템 스케줄을 충전 모드로 결정하고 시간대별 전기 요금이 설정된 방전 기준값을 초과하는 경우 적응형 시스템 스케줄을 방전 모드로 결정한다. 즉, 도 6은 ESS의 충방전 제어를 위한 적응형 시스템 스케쥴링 그래프의 상세 구성도로서, 도 5를 계속해서 참조하면서 도 6을 참조하면, 적응형 시스템 스케줄은 시간대별 전기 요금이 방전 기준값을 초과하는 9시 내지 12시, 13시 내지 17시, 19시 내지 22시 구간에서는 방전 모드로 설정되고, 시간대별 전기 요금이 충전 기준값 미만인 1시 내지 8시 구간에서는 충전 모드로 설정될 것이다.
이와 같이, 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)은 계시별 전력 변동 요금제 및 평균 전력 사용량을 바탕으로 스케줄링하므로 ESS가 전기 요금이 저렴한 새벽 시간대에 충전 동작을 수행하고 비싼 오후 시간대에 방전 동작을 수행하게 하여 전기 요금을 최소화하기 위한 동작을 수행하게 할 수 있으며, 또한 가전기기 부하 전력량의 변화에 적응적인 보상이 가능하다.
다음으로, 태양광 보상 스케줄링 모듈(220)은 태양광 발전 전력량(P1)이 충분할 경우, 예를 들어, 태양광 발전 전력량(P1)이 소비 전력(P4)의 상술한 평균 전력 사용량보다 큰 경우 활성화되어, 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)에서 결정된 적응형 시스템 스케줄에 태양광 발전 전력량(P1)을 보상한 태양광 보상 스케줄을 추가적으로 생성한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로서 태양광 보상 스케줄링 모듈(220)이 적응형 시스템 스케줄에 태양광 발전 전력량을 반영하여 태양광 보상 스케줄을 생성하는 알고리즘을 나타내는 그래프이다. 여기서, 태양광 발전 전력량은 태양광 모듈(20)(도 1 참조)이 태양으로부터 오는 빛 에너지를 이용해서 생산한 전기량으로서, 태양광 보상 스케줄링 모듈(220)은 태양광 모듈(20)로부터 유무선 통신 인터페이스 모듈(100)로 실시간으로 전달되는 태양광 발전 전력량 데이터(P1)를 이용하거나 날씨 정보를 바탕으로 일일 태양광 발전 전력량을 예측할 수도 있다. 이때 태양광 보상 스케줄은 기상 상태에 따라 변동되는 파라미터이므로 이를 보상 스케줄 기준값으로 사용한다.
도 7을 계속 참조하여, 본 발명의 태양광 보상 스케줄링 모듈(220)은 태양광 발전 전력량(P1)이 소비 전력(P4)의 상술한 평균 전력 사용량보다 큰 경우 이러한 환경 요인을 반영하여 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)에서 방전 모드로 결정된 적응형 시스템 스케줄을 충전 모드로 변경한다. 즉, 도 8은 태양광 보상 스케줄이 적용된 ESS의 충방전 제어를 위한 태양광 보상 스케쥴링 그래프의 상세 구성도로서, 도 7을 계속 참조하면서 도 8을 참조하면, 태양광 보상 스케줄링 모듈(220)은 태양광 발전 전력 데이터(P1)를 반영하기 이전 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)을 통해 방전 모드로 결정된 10시 내지 12시의 ESS 충방전 제어 모드를 환경 요인이 변동함에 따라 충전 모드로 변경한다.
이와 같이, 태양광 보상 스케줄링 모듈(220)은 기상 상태가 좋지 않아 태양광 발전 전력량이 충분하지 않은 경우 활성화되지 않고 기상 상태가 좋아 태양광 발전 전력량이 충분한 경우 활성화되어 스케줄링하므로 변동성이 높은 신재생에너지의 변동성을 개선하고 이용률을 향상시킬 수 있다.
살펴본 바와 같이, 본 발명의 ESS 충방전 제어 스케줄링 모듈(200)은 내측 적응형 시스템 스케줄링 그래프와 같이 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)을 통한 기본적인 충방전 제어 모드 설정을 수행함과 동시에 외측 태양광 보상 스케줄링 그래프와 같이 태양광 보상 스케줄링 모듈(220)을 통한 추가적인 충방전 제어 모드 설정의 확장이 가능하다. 따라서, 전력 변동 요금제 및 전력 사용량을 바탕으로 하는 내측 시스템 스케줄링과 태양광 발전 전력량을 반영하는 외측 태양광 보상 스케줄링을 혼용함으로써 보다 효율적인 에너지 관리를 가능하게 한다.
마지막으로, 데이터베이스(300)는 유무선 통신 인터페이스(110)를 통해 수신되는 한전으로부터의 전력 요금제에 관한 정보, 스마트 플러그(25)로부터의 가전기기 부하 전력 데이터(P4), 태양광 모듈(20)로부터의 태양광 발전 전력 데이터(P1), 그리고 기상청으로부터의 기상 정보를 저장하고, ESS 충방전 제어 스케줄링 모듈(200)에 의해 스케줄링된 ESS 충방전 제어 데이터를 저장한다.
그러면, 여기서 상기와 같이 구성된 시스템을 이용한 본 발명의 신재생에너지 연계 하이브리드 에너지 저장 장치에 대한 적응형 에너지 관리 스케줄링 방법에 대해 설명하기로 한다. 상술한 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템과 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.
도 9는 도 1과 같은 홈 에너지 관리 시스템 기반의 태양광 연계 하이브리드 에너지 저장 장치 환경에 적용되는 본 발명에 따른 적응형 에너지 관리 스케줄링 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 먼저 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)에 의해, 계시별 요금과 시간대별 평균 전력 사용량을 곱하여 시간대별 전기 요금을 산출한다(S910). 그리고, 계속해서 적응형 스케줄 스케줄링 모듈(210)에 의해, 단계 S910에서 산출된 전기 요금을 바탕으로 미리 설정된 소정의 ESS 방전 기준값 및 충전 기준값을 임계값으로 하여 시간대별 전기 요금이 설정된 충전 기준값 미만인지 판단하여(S920) 그러한 경우 ESS의 에너지 충방전 제어 모드를 충전 모드로 결정하고, 시간대별 전기 요금이 설정된 방전 기준값을 초과하는지 판단하여(S930) 그러한 경우 ESS의 에너지 충방전 제어 모드를 방전 모드로 결정한다. 그 다음, 단계 S940에서, 태양광 보상 스케줄링 모듈(220)에 의해, 태양광 발전 전력량(P1)이 소비 전력(P4)의 평균 전력 사용량보다 큰지 판단하여, 그러한 경우 이러한 환경 요인을 반영하여 적응형 시스템 스케줄링 모듈(210)에서 방전 모드로 결정된 적응형 시스템 스케줄을 충전 모드로 변경한다.
이상에서 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.
100 : 통신 인터페이스 모듈
200 : ESS 충방전 제어 스케줄링 모듈
210 : 적응형 시스템 스케줄링 모듈
220 : 태양광 보상 스케줄링 모듈
300 : 데이터베이스

Claims (14)

  1. 에너지 관리 시스템을 구성하는 장치들 또는 외부 장치를 상호 접속하여 상호 간에 정보가 전송될 수 있게 하는 유무선 통신 인터페이스 및
    전력 변동 요금제 및 전력 사용량을 바탕으로 하는 적응형 시스템 스케줄링 및 신재생에너지 발전 전력량을 반영하는 신재생에너지 보상 스케줄링을 혼용하여 에너지 저장 장치(ESS; Energy Storage System)의 에너지 충방전 제어 모드를 설정하기 위한 스케줄링을 수행하는 ESS 충방전 제어 스케줄링 모듈을 포함하는, 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적응형 시스템 스케줄링은 변동 요금과 시간대별 평균 전력 사용량을 곱하여 시간대별 전기 요금을 산출하고, 상기 전기 요금이 설정된 소정의 ESS 충전 기준값 미만인 경우 상기 ESS의 에너지 충방전 제어 모드를 충전 모드로 결정하며, 그리고 상기 전기 요금이 설정된 소정의 ESS 방전 기준값을 초과하는 경우 상기 ESS의 에너지 충방전 제어 모드를 충전 모드로 결정하는 것인, 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 신재생에너지 보상 스케줄링은 상기 신재생에너지 발전 전력량이 상기 평균 전력 사용량보다 큰 경우 활성화되어 상기 ESS의 에너지 충방전 제어 모드를 충전 모드로 변경하는 것인, 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    홈 에너지 관리 시스템 기반(HEMS; Home Energy Management System)의 신재생에너지 연계 하이브리드 ESS에 적용되는, 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 신재생에너지 연계 하이브리드 ESS가 상기 HEMS와 유선 또는 무선 통신 네트워크로 연결되어 상기 ESS 충방전 제어 스케줄링 모듈에 의해 스케줄링된 상기 ESS의 충방전 제어 모드를 바탕으로 에너지 충방전을 수행하는, 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 신재생에너지 연계 하이브리드 ESS가 충전한 전력을 분전반을 통해 가전기기 부하로 분배하는, 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 신재생에너지 연계 하이브리드 ESS는 태양광 및 ESS 융합형인, 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 신재생에너지 연계 하이브리드 ESS는:
    태양광 모듈의 DC 출력 단자와 연결되는 최대 전력점 추종(MPPT; Maximum Power Point Tracking)용 컨버터, 배터리를 충방전할 수 있는 양방향 컨버터 및 배터리의 전력을 계통으로 전달하고 계통 전력을 배터리에 충전할 수 있는 양방향 인버터, 전기를 모아두는 배터리, 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System) 및 데이터 통신 및 배터리 충방전 제어를 수행하는 제어기를 포함하는, 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템.
  9. 에너지 관리 시스템이 신재생에너지 연계 하이브리드 에너지 저장 장치(ESS; Energy Storage System)의 충방전 제어 모드를 스케줄링하는 방법으로서,
    변동 요금과 시간대별 평균 전력 사용량을 곱하여 시간대별 전기 요금을 산출하는 단계,
    상기 전기 요금이 설정된 소정의 ESS 충전 기준값 미만인 경우 상기 ESS의 에너지 충방전 제어 모드를 충전 모드로 결정하는 단계,
    상기 전기 요금이 설정된 소정의 ESS 방전 기준값을 초과하는 경우 상기 ESS의 에너지 충방전 제어 모드를 방전 모드로 결정하는 단계 및
    신재생에너지 발전 전력량이 상기 평균 전력 사용량보다 큰 경우 상기 ESS의 에너지 충방전 제어 모드를 충전 모드로 변경하는 단계를 포함하는, 적응형 에너지 관리 스케줄링 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 적응형 에너지 관리 스케줄링 방법에 관한 소프트웨어를 탑재한 홈 에너지 관리 시스템(HEMS; Home Energy Management System) 기반의 태양광 연계 하이브리드 ESS에 적용되는, 적응형 에너지 관리 스케줄링 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 신재생에너지 연계 하이브리드 ESS가 상기 HEMS와 유선 또는 무선 통신 네트워크로 연결되어 스케줄링된 상기 ESS의 충방전 제어 모드를 바탕으로 에너지 충방전을 수행하는, 적응형 에너지 관리 스케줄링 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 신재생에너지 연계 하이브리드 ESS가 충전한 전력을 분전반을 통해 가전기기 부하로 분배하는, 적응형 에너지 관리 스케줄링 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 신재생에너지 연계 하이브리드 ESS는 태양광 및 ESS 융합형인, 적응형 에너지 관리 스케줄링 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 신재생에너지 연계 하이브리드 ESS는:
    태양광 모듈의 DC 출력 단자와 연결되는 최대 전력점 추종(MPPT; Maximum Power Point Tracking)용 컨버터, 배터리를 충방전할 수 있는 양방향 컨버터 및 배터리의 전력을 계통으로 전달하고 계통 전력을 배터리에 충전할 수 있는 양방향 인버터, 전기를 모아두는 배터리, 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System) 및 데이터 통신 및 배터리 충방전 제어를 수행하는 제어기를 포함하는, 적응형 에너지 관리 스케줄링 방법.
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