KR20180128537A - 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모v2g 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 v2g 서비스 활성화장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 아직 국내에서 V2G 시장에 참여하는 전기차 배터리 사용자의 참여의사에 관한 분석모델링이 미비한 상태이고, V2G 시장에 참여하는 사업자가 국내 전력시장 환경 하에서 V2G서비스 사업을 할려고 할 때, 경제성 분석이 어려워, 국내 V2G시장 활성화가 늦어지고, 관심이 점점 멀어지는 문제점을 개선하고자, 양방향 충전기(100), 에너지저장장치(Energy Storage System)(200), 스마트 네모V2G 제어부(300)가 구성됨으로서, Wifi망을 통해 전기차와 연결된 복수개의 에너지저장장치와 마이크로 그리드망을 형성시켜, 전기차소유자로 하여금, 전기차 소유주가 배터리의 전력을 전력망으로 거꾸로 보내는 역송을 허용함으로써 전기차 소유주가 수익을 배분받는 V2G 서비스 수용의사여부를 실시간으로 분석할 수 있어, V2G 서비스 참여율을 기존에 비해 2배~4배 향상시킬 수 있고, 양방향 충전기와 에너지저장장치를 통해 양방향 충전·송전 시스템을 구축할 수 있어, V2G 서비스에 참여한 전기차 배터리들을 EDR(Emergency Demand Response)시, 잉여전력으로 90% 활용할 수 있으며, 경부하시(야간)유효전력을 저장하고, 과부하시(주간)사용하여, 부하 평준화(LoadLeveling)를 통한 전력 운영의 최적화시킬 수 있어, V2G 서비스 참여에 따른 전기차배터리 수익율을 기존에 비해 80% 향상시킬 수 있으며, V2G 시장에 참여하는 사업자에 관한 자금의 흐름을 현재시점으로 환산하여 V2G의 경제성을 분석시켜 실시간 통보시킬 수 있어, V2G 사업자로 하여금 적극적인 V2G 시장참여를 유도하여, V2G 시장을 활성화시킬 수 있는 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Description
본 발명에서는 Wifi망을 통해 전기차와 연결된 복수개의 에너지저장장치와 마이크로 그리드망을 형성시켜, 전기차소유자로 하여금, 전기차 소유주가 배터리의 전력을 전력망으로 거꾸로 보내는 역송을 허용함으로써 전기차 소유주가 수익을 배분받는 V2G 서비스 수용의사여부를 실시간으로 분석시킬 수 있고, V2G 시장에 참여하는 사업자에 관한 자금의 흐름을 현재시점으로 환산하여 V2G의 경제성을 분석시켜 실시간 통보시킬 수 있는 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화장치 및 방법에 관한 것이다.
V2G는 기본적으로 전기차가 정지되어 있는 상태에서 전력망에 전력을 공급하는 시스템이다.
전력은 전기차 배터리의 잉여전력으로 공급하는데 배터리전기차 뿐만 아니라 수소연료전지차 또는 하이브리드차와 같이 전기모터구동 자동차(Electric-Drive Vehicle)라면 다양한 방법으로 공급될 수 있다.
전력시스템 차원에서는 V2G를 통해 얻는 전력을 기저부하로 대체하거나 최대부하저감용으로 사용할 수 있고 예비전력이나 주파수조정서비스와 같은 계통운영보조서비스로 사용하여 부하 평준화와 안정된 전력공급 주파수 관리로 지속가능한 전력망을 구축할 수 있다.
하지만, 아직 국내에서는 V2G 시장에 참여하는 전기차 배터리 사용자의 참여의사에 관한 분석모델링이 미비한 상태이고, V2G 시장에 참여하는 사업자가 국내 전력시장 환경 하에서 V2G서비스 사업을 할려고 할 때, 경제성 분석이 어려워, 국내 V2G시장 활성화가 늦어지고, 관심이 점점 멀어지는 문제점이 있었다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 Wifi망을 통해 전기차와 연결된 복수개의 에너지저장장치와 마이크로 그리드망을 형성시켜, 전기차소유자로 하여금, 전기차 소유주가 배터리의 전력을 전력망으로 거꾸로 보내는 역송을 허용함으로써 전기차 소유주가 수익을 배분받는 V2G 서비스 수용의사여부를 실시간으로 분석할 수 있고, 양방향 충전기와 에너지저장장치를 통해 양방향 충전·송전 시스템을 구축할 수 있으며, 경부하시(야간)유효전력을 저장하고, 과부하시(주간)사용하여, 부하 평준화(LoadLeveling)를 통한 전력 운영의 최적화시킬 수 있고, V2G 시장에 참여하는 사업자에 관한 자금의 흐름을 현재시점으로 환산하여 V2G의 경제성을 분석시켜 실시간 통보시킬 수 있는 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화장치는
전기차 배터리 일측에 위치되어, 에너지저장장치로부터 전기를 공급받아 전기차 배터리를 충전시키고, 충전된 전기차 배터리 전원을 에너지 저장장치로 인가시켜 충전시키는 양방향 충전기(100)와,
전기차의 배터리 전원 또는 발전된 전기를 저장장치에 저장하였다가, 스마트 네모V2G 제어부의 제어신호에 전력거래소 저장장치로 공급시키는 에너지저장장치(Energy Storage System)(200)와,
Wifi망을 통해 복수개의 에너지저장장치와 마이크로 그리드망을 형성시킨 후, 마이크로 그리드 내에 참여하고 있는 에너지저장장치와 전기차 배터리들을 모니터링 및 제어하여, V2G 서비스 수용의사액 분석과 전기차 시장확산기능을 수행하면서, V2G 서비스 경제성을 분석시키는 스마트 네모V2G 제어부(300)로 구성됨으로서 달성된다.
또한, 본 발명에 따른 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화방법은
양방향 충전기에서 충전된 전기차 배터리 전원을 에너지 저장장치로 인가시켜 충전시키는 단계(S100)와,
에너지저장장치에서, 전기차의 배터리 전원 또는 발전된 전기를 저장장치에 저장하였다가, V2G 제어부의 제어신호에 전력거래소 저장장치로 공급시키는 단계(S200)와,
스마트 네모V2G 제어부에서 Wifi망을 통해 복수개의 에너지저장장치와 마이크로 그리드망을 형성시키는 단계(S300)와,
스마트 네모 V2G제어부의 V2G 서비스 수용의사액 분석모듈에서, 전기차소유자로 하여금, V2G 서비스를 수용할 의사가 있는지 여부를 분석한 후, 수용할 의사가 있는 전기차배터리들을 미리 마이크로 그리드망으로 형성시키는 단계(S400)와,
스마트 네모 V2G제어부의 경제성 평가모델알고리즘엔진부에서, V2G 시장에 참여하는 사업자에 관한 자금의 흐름을 현재시점으로 환산하여 V2G의 경제성을 분석시키는 단계(S500)와,
스마트 네모V2G 제어부에서, V2G 서비스 수용의사액 분석데이터와, V2G 서비스 경제성 분석데이터를 V2G 사업자의 스마트 디바이스 및, 전기차 소유자의 스마트 디바이스로 전송시키는 단계(S600)로 이루어짐으로서 달성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는
첫째, Wifi망을 통해 전기차와 연결된 복수개의 에너지저장장치와 마이크로 그리드망을 형성시켜, 전기차소유자로 하여금, 전기차 소유주가 배터리의 전력을 전력망으로 거꾸로 보내는 역송을 허용함으로써 전기차 소유주가 수익을 배분받는 V2G 서비스 수용의사여부를 실시간으로 분석할 수 있어, V2G 서비스 참여율을 기존에 비해 2배~4배 향상시킬 수 있다.
둘째, 양방향 충전기와 에너지저장장치를 통해 양방향 충전·송전 시스템을 구축할 수 있어, V2G 서비스에 참여한 전기차 배터리들을 EDR(Emergency Demand Response)시, 잉여전력으로 90% 활용할 수 있다.
셋째, 경부하시(야간)유효전력을 저장하고, 과부하시(주간)사용하여, 부하 평준화(LoadLeveling)를 통한 전력 운영의 최적화시킬 수 있어, V2G 서비스 참여에 따른 전기차배터리 수익율을 기존에 비해 80% 향상시킬 수 있다.
넷째, V2G 시장에 참여하는 사업자에 관한 자금의 흐름을 현재시점으로 환산하여 V2G의 경제성을 분석시켜 실시간 통보시킬 수 있어, V2G 사업자로 하여금 적극적인 V2G 시장참여를 유도하여, V2G 시장을 활성화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화장치(1)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 2는 본 발명에 따른 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 양방향 충전기의 구성요소를 도시한 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 에너지저장장치의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 전력운영 최적화알고리즘엔진부를 통해 경부하시(야간)유효전력을 저장하고, 과부하시(주간)사용하여, 부하 평준화(LoadLeveling)를 통한 전력 운영의 최적화시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 6은 본 발명에 따른 스마트 네모V2G 제어부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 7은 본 발명에 따른 전기차시장구조 알고리즘엔진부를 통해, 전기차 수요에 영향을 미치는 전기차 인프라 커버리지(EV Infrastructure Coverage), 구매확률(Probability of Purchase), 고객 니즈(Consumer Fraction Aware)를 통해 전기차시장구조를 분석시키는 것을 도시한 일실싱예도,
도 8은 본 발명에 따른 지불의사액분석 알고리즘엔진부를 통해 환경적 가치(Environmental Value), 운영비용 절감(Operation Cost Savings), 충전소 간 간격 가치(Range Value), 실적 가치(Performance Value)에 의해서 지불의사액을 분석시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 9는 본 발명에 따른 전기차확산로직알고리즘엔진부를 통해 전기차시장구조 알고리즘엔진부에서 분석한 전기차시장구조와, 지불의사액분석 알고리즘엔진부에서 분석한 지불의사액을 기반으로, 전기차 시장에 참여하고자 하는 고객의 비인식(Unawareness)에서 인식(Awareness)로의 변화를 통해 전기차 시장 확산여부를 분석시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 10은 본 발명에 따른 경제성 평가모델알고리즘엔진부에서, V2G 사업의 경제성 분석을 실시하기 위해, 엑셀프로그램으로 구성되어, V2G의 경제성을 분석시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 11은 본 발명에 따른 경제성 평가모델알고리즘엔진부에서, V2G 사업자, 충전소 사업자, EV그룹, 전체사업별로 NPV 추이를 그래프로 표출시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 12는 본 발명에 따른 경제성 평가모델알고리즘엔진부에서, 용량정산금, 신뢰성, 경제성 DR_감축단가, 신뢰성 DR_감축시간, 경제성 DR_참여시간을 고려한 변수 및 변수범위를 지정한 후, 변수변동에 따른 사업성 변동을 그래프로 표출시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 13은 본 발명에 따른 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화방법을 도시한 순서도,
도 14는 본 발명에 따른 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화방법 중 경제성 평가모델알고리즘엔진부의 구체적인 과정을 도시한 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 양방향 충전기의 구성요소를 도시한 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 에너지저장장치의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 전력운영 최적화알고리즘엔진부를 통해 경부하시(야간)유효전력을 저장하고, 과부하시(주간)사용하여, 부하 평준화(LoadLeveling)를 통한 전력 운영의 최적화시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 6은 본 발명에 따른 스마트 네모V2G 제어부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 7은 본 발명에 따른 전기차시장구조 알고리즘엔진부를 통해, 전기차 수요에 영향을 미치는 전기차 인프라 커버리지(EV Infrastructure Coverage), 구매확률(Probability of Purchase), 고객 니즈(Consumer Fraction Aware)를 통해 전기차시장구조를 분석시키는 것을 도시한 일실싱예도,
도 8은 본 발명에 따른 지불의사액분석 알고리즘엔진부를 통해 환경적 가치(Environmental Value), 운영비용 절감(Operation Cost Savings), 충전소 간 간격 가치(Range Value), 실적 가치(Performance Value)에 의해서 지불의사액을 분석시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 9는 본 발명에 따른 전기차확산로직알고리즘엔진부를 통해 전기차시장구조 알고리즘엔진부에서 분석한 전기차시장구조와, 지불의사액분석 알고리즘엔진부에서 분석한 지불의사액을 기반으로, 전기차 시장에 참여하고자 하는 고객의 비인식(Unawareness)에서 인식(Awareness)로의 변화를 통해 전기차 시장 확산여부를 분석시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 10은 본 발명에 따른 경제성 평가모델알고리즘엔진부에서, V2G 사업의 경제성 분석을 실시하기 위해, 엑셀프로그램으로 구성되어, V2G의 경제성을 분석시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 11은 본 발명에 따른 경제성 평가모델알고리즘엔진부에서, V2G 사업자, 충전소 사업자, EV그룹, 전체사업별로 NPV 추이를 그래프로 표출시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 12는 본 발명에 따른 경제성 평가모델알고리즘엔진부에서, 용량정산금, 신뢰성, 경제성 DR_감축단가, 신뢰성 DR_감축시간, 경제성 DR_참여시간을 고려한 변수 및 변수범위를 지정한 후, 변수변동에 따른 사업성 변동을 그래프로 표출시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 13은 본 발명에 따른 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화방법을 도시한 순서도,
도 14는 본 발명에 따른 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화방법 중 경제성 평가모델알고리즘엔진부의 구체적인 과정을 도시한 순서도.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화장치(1)의 구성요소를 도시한 블럭도에 관한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것으로, 이는 양방향 충전기(100), 에너지저장장치(Energy Storage System)(200), 스마트 네모V2G 제어부(300)로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 양방향 충전기(100)에 관해 설명한다.
상기 양방향 충전기(100)는 전기차 배터리 일측에 위치되어, 에너지저장장치로부터 전기를 공급받아 전기차 배터리를 충전시키고, 충전된 전기차 배터리 전원을 에너지 저장장치로 인가시켜 충전시키는 역할을 한다.
이는 도 3에 도시한 바와 같이, EMC 필터부(110), 양방향 PWM 컨버터부(120), 양방향 DCDC 컨버터부(130), 메인전원공급부(140), 양방향충전제어회로부(150), 충전부(160), 트랜시버(Tranceiver)(170)로 구성된다.
상기 EMC 필터부(110)는 잡음을 제거하여 신호를 보호하는 역할을 한다.
상기 양방향 PWM 컨버터부(120)는 양방향충전제어회로부의 제어신호에 따라 에너지저장장치로부터 전기를 공급받아 전기차 배터리를 충전시키는 PWM 신호를 출력시키거나, 또는 충전된 전기차 배터리 전원을 에너지 저장장치로 인가시켜 충전시키는 PWM 신호를 출력시키는 역할을 한다.
상기 양방향 DCDC 컨버터부(130)는 메인전원공급부에서 공급받은 전원을 기준전압에 맞게 다운시키거나, 또는 전기차배터리에 충전된 전원을 에너지저장치의 기준전압에 맞게 승압시키는 역할을 한다.
상기 메인전원공급부(140)는 에너지저장장치로부터 전기를 공급받아 전기차 배터리로 공급시키는 역할을 한다.
상기 양방향충전제어회로부(150)는 각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, 에너지저장장치로부터 전기를 공급받아 전기차 배터리를 충전시키거나 또는, 충전된 전기차 배터리 전원을 에너지 저장장치로 인가시키도록 제어하는 역할을 한다.
상기 충전부(160)는 양방향충전제어회로부의 제어신호에 따라 다채널4단자망 구조로 전기차 배터리를 충전시키거나, 또는 다채널4단자망 구조로 에너지저장장치를 충전시키는 역할을 한다.
상기 트랜시버(Tranceiver)(170)는 배터리보호회로와 통신인터페이스를 형성시키는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 에너지저장장치(Energy Storage System)(200)에 관해 설명한다.
상기 에너지저장장치(Energy Storage System)(200)는 전기차의 배터리 전원 또는 발전된 전기를 저장장치에 저장하였다가, 스마트 네모V2G 제어부의 제어신호에 전력거래소 저장장치로 공급시키는 역할을 한다.
이는 도 4에 도시한 바와 같이, 전기차충방전제어부(210), Wifi 무선통신모듈(220), 전기차수익배분제어부(230), 전력운영 최적화알고리즘엔진부(240)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 전기차충방전제어부(210)에 관해 설명한다.
상기 전기차충방전제어부(210)는 예비전력량과 전기차의 충전 및 방전 스케줄을 디스플레이하고 이를 각각 제어시키는 역할을 한다.
이는 일일주행거리와 스케줄, 그리고 예비주행거리를 설정하고 SOC(State Of Charge) 현황과 실시간 V2G 서비스 현황을 디스플레이시킨다.
둘째, 본 발명에 따른 Wifi 무선통신모듈(220)에 관해 설명한다.
상기 Wifi 무선통신모듈(220)은 스마트 네모V2G 제어부와 Wifi 무선통신망을 형성시키는 역할을 한다.
이는 무선기술을 접목한 것으로, 고성능 무선통신을 가능하게 하는 무선랜 기술로 구성된다.
상기 무선랜은 네트워크 구축시 유선을 사용하지 않고 전파나 빛등을 이용하여 네트워크를 구축하는 방식으로서, 2.4GHz의 주파수 대역을 사용한다.
이로 인해, 스마트 네모 V2G 제어부에서 전기차 배터리의 충전상태와 충/방전 현황을 실시간 파악하고, V2G 서비스 결과를 실시간으로 디스플레이시킬 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 전기차수익배분제어부(230)에 관해 설명한다.
상기 전기차수익배분제어부(230)는 전기차 배터리의 전력을 모아 전기차 사용자 대신 제어하고, 이에 따른 수익배분을 정산시키는 역할을 한다.
이는 발전된 전기 또는 전기차 배터리의 전원을 저장하여,필요할 때에 사용함으로써 에너지 이용 및 효율을 향상시킨다.
그리고, 수익배분 정산 내역을 전기차 소유주의 스마트 디바이스로 통보시켜줌으로서, 전기차 배터리를 통해 돈이 된다는 인식율을 높여주어, 주위 사람들로 하여금 V2G 서비스 참여율을 높일 수가 있다.
넷째, 본 발명에 따른 전력운영 최적화알고리즘엔진부(240)에 관해 설명한다.
상기 전력운영 최적화알고리즘엔진부(240)는 도 5에 도시한 바와 같이, 경부하시(야간)유효전력을 저장하고, 과부하시(주간)사용하여, 부하 평준화(LoadLeveling)를 통한 전력 운영의 최적화시키는 역할을 한다.
이는 신재생에너지나 전기차 배터리의 출력에 따른 전압 및 주파수 변동에 의한 변화를 조절해주도록 구성된다.
그리고, 순수 가격 기반에 대한 에너지저장장치의 충전 및 방전 스케줄링을 하여 에너지저장장치가 최대한의 경제적 이윤을 가지도록 구성된다.
여기서, 순수 가격 기반에 대한 에너지저장장치의 충전 및 방전 스케줄링은 다음과 같은 과정을 통해 이루어진다.
먼저, 스마트 네모V2G 제어부에서는 상위 V2G 시장 사업자으로부터 수신한 시간 대별 전력 가격 정보,수요 반응 데이터를 에너지저장장치로 보내고, 전기차 배터리는 스케줄링된 데이터를 에너지저장장치로 보내며, 에너지저장장치에서는 이를 스마트 네모V2G 제어부로 보낸다.
이어서, 에너지 저장장치는 전력량과 인버터의 출력 전력을 이용하여 최대 충/방전 연속 시간을 연산시킨다.
본 발명에서는 에너지저장장치의 전력량을 300kWh로 설정하고 인버터의 출력 전력을 150kW로 설정한다.
수학식 1을 통하여 에너지저장장치는 충/방전을 최대 두시간까지 할 수 있다는 것을 확인할 수가 있다.
본 발명에 따른 에너지저장장치는 앞서 수신된 전력 가격데이터와 수요 반응 데이터을 시간대 별로 오름차순 정렬을 한 후, 수학식 1에서 계산된 데이터와 SOC (State Of Charge) 데이터를 이용하여 충/방전 스케줄링을 하게 된다.
SOC 데이터는 초기치를 30%(t=0)설정을 하고 SOC(State-of-Charge)의 범위를 30~100%(위급 상황 시 20%)로 설정한다.
SOC의 최소 범위를 20%이상으로 설정한 이유는 에너지저장장치의 Full충/방전 시 에너지저장장치의 수명에 영향을 주기 때문이다.
이처럼, 본 발명에 따른 에너지저장장치는 수신된 가격을 오름차순 정렬 후 시간대로 변환을 시켜 충 /방전 시간을 스케줄링을 하게 된다.
시간 스케줄링시에는 앞서 연산한 연속 충/방전 시간을 고려하여 결정하게 되고, 스케줄링 후에는 시간대 별 SOC를 연산 후 데이터를 출력하게 된다.
다음으로, 본 발명에 따른 스마트 네모V2G 제어부(300)에 관해 설명한다.
상기 스마트 네모V2G 제어부(300)는 Wifi망을 통해 복수개의 에너지저장장치와 마이크로 그리드망을 형성시킨 후, 마이크로 그리드 내에 참여하고 있는 에너지저장장치와 전기차 배터리들을 모니터링 및 제어하여, V2G 서비스 수용의사액 분석과 전기차 시장확산기능을 수행하면서, V2G 서비스 경제성을 분석시키는 역할을 한다.
이는 도 6에 도시한 바와 같이, V2G 서비스 수용의사액 분석모듈(310), 전기차 시장 확산분석모듈(320), 경제성 평가모델알고리즘엔진부(330)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 V2G 서비스 수용의사액 분석모듈(310)에 관해 설명한다.
상기 V2G 서비스 수용의사액 분석모듈(310)은 전기차소유자로 하여금, V2G 서비스를 수용할 의사가 있는지 여부를 분석한 후, 수용할 의사가 있는 전기차배터리들을 미리 마이크로 그리드망으로 형성시키는 역할을 한다.
여기서, V2G 서비스는 전기차 소유주가 배터리의 전력을 전력망으로 거꾸로 보내는, 역송을 허용함으로써 전기차 소유주가 수익을 배분받는 서비스형태를 말한다.
즉, 본 발명에서는 현재 생성되지 않은 시장 및 서비스에 대해서 해당 서비스에 참여할 의사가 어느 정도 있는지를 파악하는 방법으로써 수용의사액을 산출하도록 조건부가치측정(CVM)알고리즘엔진부가 포함되어 구성된다.
이는 일예로, 월 3.5만원의 금액을 받는다면 V2G 서비스에 참여하는 불편을 감수하겠습니까? 등의 설문을 실시한다.
본 발명에 따른 조건부가치측정(CVM)알고리즘엔진부는 설문지 작성, 설문조사 실시가 선행된다.
그리고, 조건부가치측정(CVM)알고리즘엔진부는 설문조사 후, 마이크로 그리드(MG) 내에 위치한 V2G서비스에 참여하는 전기차 소유자를 대상으로, 마이크로 그리드(MG)에서 무작정 참여를 하기보다 최적의 전력량을 투입하여 상위 계통에서의 참여 인센티브 가격을 결정할 수 있게 제어시킨다.
수학식 2에서 마이크로 그리드(MG) 내에 위치한 V2G서비스에 참여하는 전기차 소유자가 V2G에 참여시, 부하 측에서 참여를 하여야 하는 전력량이다.
V2G에서의 요구 전력량을 MGV2G라고 하였을 때 에너지저장장치가 우선적으로 참여를 하는 방식인데 에너지저장장치의 경우는 인센티브 결정에 직접적인 영향을 미치지 않으므로 우선적으로 참여를 하게 된다.
나머지 전력량에 대하여 마이크로 그리드(MG)내의 부하가 참여하게 되는데 스마트 네모V2G 제어부에서는 적정량에 대하여 부하를 선별하게 된다.
본 발명에 따른 V2G 서비스 수용의사액 분석모듈을 통해, 부하로부터 EDR 참여 인센티브 가능 가격 및 참여 가능 전력을 수신 후 참여 가능 인센티브가 낮은 순서로 인센티브를 결정하게 된다.
상위 계통에서는 참여 인센티브를 정하여 요구 전력량에 맞춰 EDR 이벤트에서의 MG의 최적 참여량을 정할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 전기차 시장 확산분석모듈(320)에 관해 설명한다.
상기 전기차 시장 확산분석모듈(320)은 전기차시장구조, 지불의사액을 분석한 후, 분석한 전기차시장구조와 지불의사액에 참여하고자 하는 고객의 비인식(Unawareness)에서 인식(Awareness)로의 변화를 통해 전기차 시장 확산여부를 분석시키는 역할을 한다.
이는 전기차시장구조 알고리즘엔진부(321), 지불의사액분석 알고리즘엔진부(322), 전기차확산로직알고리즘엔진부(323)로 구성된다.
상기 전기차시장구조 알고리즘엔진부(321)는 전기차 수요에 영향을 미치는 전기차 인프라 커버리지(EV Infrastructure Coverage), 구매확률(Probability of Purchase), 고객 니즈(Consumer Fraction Aware)를 통해 전기차시장구조를 분석시키는 역할을 한다.
여기서, 전기차시장구조는 크게 전기차 수요(Demand)와 전기차 공급(Fleet of Technologies oin Road)로 구성된다.
그리고, 전기차 수요에 영향을 미치는 요인은 도 7에 도시한 바와 같이, 전기차 인프라 커버리지(EV Infrastructure Coverage), 구매확률(Probability of Purchase), 고객 니즈(Consumer Fraction Aware) 등이다.
이 중 전기차 인프라 커버리지는 인프라 관련 정책에 의해 결정되는 전기차 인프라 추정치와 바람직한(Desired) 전기차 인프라 추정치에 의해서 결정된다.
이외 요인(factor)에 대해서는 각각이 결정되는 로직을 갖도록 모델이 구성된다.
전기차 공급은 신규판매(Sales Rate)에서 폐차되는 비율(Scrap Rate)을 제외한 결과값을 설정한다.
전기차 판매는 공공부문 차량수요와 민간부문 수요가 영향을 미친다.
폐차율은 차량의 평균 내용연수를 적용한다.
또한 해당 모델에서 정부의 전기차 인프라 지원정책이 큰 영향을 미칠 것으로 예상되므로 해당 변수의 입력을 조절(on/off)할 수 있도록 설정한다.
상기 지불의사액분석 알고리즘엔진부(322)는 환경적 가치(Environmental Value), 운영비용 절감(Operation Cost Savings), 충전소 간 간격 가치(Range Value), 실적 가치(Performance Value)에 의해서 지불의사액을 분석시키는 역할을 한다.
여기서, 지불의사액(Willingness to Pay, WTP)이란, 전기차 사용자가 전기차를 활용하는 V2G 서비스 참여하는 경우 발생할 수 있는 불편을 금액으로 표시한 것을 의미한다.
그리고, 도 8에 도시한 바와 같이, 지불의사액은 환경적 가치(Environmental Value), 운영비용 절감(Operation Cost Savings), 충전소 간 간격 가치(Range Value), 실적 가치(Performance Value) 등에 의해서 결정된다고 설정한다.
환경적 가치는 환경적 피해 비용(Environmental Damage Cost)에 의해서 결정되며, 환경적 피해비용은 온실가스비용(Greenhouse Gas Cost), 공기오염비용(Air Pollutant Cost), 평균 차량 수명(Average Vehicle Life), 차량주행거리(Vehicle Miles Traveled) 등에 의해 결정된다.
운영비용은 연료비용, 평균주행거리, 할인율 등에 의해서 결정된다.
그리고, 충전기 간 거리는 충전기 간 거리 목표치와 정책 요인이 영향을 미친다.
상기 전기차확산로직알고리즘엔진부(323)는 전기차시장구조 알고리즘엔진부에서 분석한 전기차시장구조와, 지불의사액분석 알고리즘엔진부에서 분석한 지불의사액을 기반으로, 전기차 시장에 참여하고자 하는 고객의 비인식(Unawareness)에서 인식(Awareness)로의 변화를 통해 전기차 시장 확산여부를 분석시키는 역할을 한다.
여기서, 전기차확산은 도 9에 도시한 바와 같이, 고객의 인식(Consumer Awareness)에 의해서 결정된다.
상기 고객의 비인식(Unawareness)에서 인식(Awareness)로의 변화는 이해(Enlightenment)에 의해서 발생하고, 고객의 이해는 마케팅에 의한 부분(Awareness from Marketing)과 입소문(Word of Mouth, WOM)가 주요 영향을 미치는 것으로 모델에서 설정한다.
이때의 이상의 모델은 MIT 슬론의 working paper에서 발표된 모델을 통해 설계된다.
셋째, 본 발명에 따른 경제성 평가모델알고리즘엔진부(330)에 관해 설명한다.
상기 경제성 평가모델알고리즘엔진부(330)는 V2G 시장에 참여하는 사업자에 관한 자금의 흐름을 현재시점으로 환산하여 V2G의 경제성을 분석시키는 역할을 한다.
이는 전기차를 소유하는 데에 드는 비용은 차량구매비용 등 초기에 들어가는 초기투자비용, 소유한 차량을 유지하기 위한 운영비용이 있다.
본 발명에 따른 경제성 평가모델알고리즘엔진부는 V2G시스템 도입시의 전기차 경제성을 평가하는 것으로 V2G시스템 적용에 따른 이득을 포함하고자 한다.
따라서 경제성 평가 모델의 항목은 초기투자비용, 연간 운영비용, 연간 V2G이득 총 3가지 항목으로 구분되며, 연간비용에 대해서는 차량의 초기시점으로 환산하여 전체 비용을 산출하고자 한다.
초기투자비용은 전기차량 구매를 위해 발생하는 비용을 나타내며, 전기차량구매를 포함하여 등록시 발생하는 세금, 정부정책상의 지원금 등을 고려한 비용에서 감가상각을 적용한 잔존가치를 제외한 것으로 한다.
이를 기반으로 산정한 초기투자비용(Cinv)은 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, CEV ,K는 세금을 포함한 전기차 구매가격을 나타내고, CSS,K는 정부정책상 지원되는 전기차 보조금을 나타내며, Cd는 감가상각에 따른 잔존가치를 나타낸다.
운영비용은 주행거리에 따른 연료비용, 차량의 유지보수비용, 보험료,자동차세 등 자동차를 소유하는 동안 필요한 비용을 나타낸다.
내연기관차의 경우는 휘발유를 사용하지만, 전기자동차의 경우는 전기를 충전하여 사용하므로 주행거리에 따른 충전 전력요금을 연료비용으로 볼 수 있다.
자동차의 연간 운영비용의 가장 높은 비중을 차지하는 것은 연료비용 및 보험료이며, 본 발명에서는 차량수리비 및 자동차세 등을 포함한 유지보수비용과 연료비용을 운영비용으로 간주한다.
이를 기반으로 산정한 운영비용(Cop)은 다음의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
여기서, Celec ,k는 이동거리에 따른 연간 충전 전력요금을 나타내고, Cins ,k는 이동거리에 따른 연간 유지보수비용을 나타낸다.
운영비용은 연간 발생하는 비용으로 차를 구매하는 시점과 동일하게 적용하기 위해 할인율(R) 및 전기차 연간 이용 기간(Y)을 이용하여 현재가치로 환산한다.
그리고, 전기차 운용에 필요한 모든 비용을 고려하기 위하여 다음의 수학식 5와 같은 목적함수(총 소유비용, Ceval)를 통해 연산시킨다.
이는 초기투자비용(Cinv), 전기차 소유기간동안 발생하는 운영비용(Cop), 전기차를 전력계통과 연계한 V2G시스템의 이득비용(CV2G)의 합으로 표현된다.
여기서, Y는 전기차 이용기간(연간), R은 할인율(R)을 나타낸다.
전기차의 운영비용 및 V2G시스템으로 인한 이득은 연간 발생하는 내역으로, 전기차를 구매하는 현재시점으로 환산하기 위한 할인율을 적용시킨다.
이러한 과정을 통해 이루어지는 경제성 평가모델알고리즘엔진부는 도 10에 도시한 바와 같이, V2G 사업의 경제성 분석을 실시하기 위해, 엑셀프로그램으로 구성되어, V2G의 경제성을 분석시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 경제성 평가모델알고리즘엔진부는 도 11에 도시한 바와 같이, V2G 사업자, 충전소 사업자, EV그룹, 전체사업별로 NPV 추이를 그래프로 표출시킬 수 있다.
그리고, 도 12에 도시한 바와 같이, 용량정산금, 신뢰성, 경제성 DR_감축단가, 신뢰성 DR_감축시간, 경제성 DR_참여시간을 고려한 변수 및 변수범위를 지정한 후, 변수변동에 따른 사업성 변동을 그래프로 표출시킬 수가 있다.
이하, 본 발명에 따른 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화방법의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
먼저, 도 13에 도시한 바와 같이, 양방향 충전기에서 충전된 전기차 배터리 전원을 에너지 저장장치로 인가시켜 충전시킨다(S100).
다음으로, 에너지저장장치에서, 전기차의 배터리 전원 또는 발전된 전기를 저장장치에 저장하였다가, V2G 제어부의 제어신호에 전력거래소 저장장치로 공급시킨다(S200).
다음으로, 스마트 네모V2G 제어부에서 Wifi망을 통해 복수개의 에너지저장장치와 마이크로 그리드망을 형성시킨다(S300).
다음으로, 스마트 네모 V2G제어부의 V2G 서비스 수용의사액 분석모듈에서, 전기차소유자로 하여금, EDR(Emergency Demand Response) 참여시 V2G 서비스를 수용할 의사가 있는지 여부를 분석한 후, 수용할 의사가 있는 전기차배터리들을 미리 마이크로 그리드망으로 형성시킨다(S400).
다음으로, 스마트 네모 V2G제어부의 경제성 평가모델알고리즘엔진부에서, V2G 시장에 참여하는 사업자에 관한 자금의 흐름을 현재시점으로 환산하여 V2G의 경제성을 분석시킨다(S500).
여기서, 경제성 평가모델알고리즘엔진부는 V2G시스템 도입시의 전기차 경제성을 평가하는 것으로서, V2G시스템 적용에 따른 이득을 포함시킨다.
즉, 도 14에 도시한 바와 같이, 경제성 평가모델알고리즘엔진부는 경제성 평가 모델의 항목으로, 초기투자비용, 연간 운영비용, 연간 V2G이득 총 3가지 항목으로 구분시키고, 연간비용에 대해서는 차량의 초기시점으로 환산하여 전체 비용을 산출시킨다(S510).
이어서, 엑셀프로그램을 통해 V2G 사업의 경제성을 분석시킨다(S520).
이어서, V2G 사업자, 충전소 사업자, EV그룹, 전체사업별로 NPV 추이를 그래프로 표출시킨다(S530).
끝으로, 스마트 네모V2G 제어부에서, V2G 서비스 수용의사액 분석데이터와, V2G 서비스 경제성 분석데이터를 V2G 사업자의 스마트 디바이스 및, 전기차 소유자의 스마트 디바이스로 전송시킨다(S600).
1 : 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화장치
100 : 양방향 충전기 200 : 에너지저장장치
300 : 스마트 네모V2G 제어부
100 : 양방향 충전기 200 : 에너지저장장치
300 : 스마트 네모V2G 제어부
Claims (7)
- 전기차 배터리 일측에 위치되어, 에너지저장장치로부터 전기를 공급받아 전기차 배터리를 충전시키고, 충전된 전기차 배터리 전원을 에너지 저장장치로 인가시켜 충전시키는 양방향 충전기(100)와,
전기차의 배터리 전원 또는 발전된 전기를 저장장치에 저장하였다가, 스마트 네모V2G 제어부의 제어신호에 전력거래소 저장장치로 공급시키는 에너지저장장치(Energy Storage System)(200)와,
Wifi망을 통해 복수개의 에너지저장장치와 마이크로 그리드망을 형성시킨 후, 마이크로 그리드 내에 참여하고 있는 에너지저장장치와 전기차 배터리들을 모니터링 및 제어하여, V2G 서비스 수용의사액 분석과 전기차 시장확산기능을 수행하면서, V2G 서비스 경제성을 분석시키는 스마트 네모V2G 제어부(300)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화장치.
- 제1항에 있어서, 상기 양방향 충전기(100)는
잡음을 제거하여 신호를 보호하는 EMC 필터부(110)와,
양방향충전제어회로부의 제어신호에 따라 에너지저장장치로부터 전기를 공급받아 전기차 배터리를 충전시키는 PWM 신호를 출력시키거나, 또는 충전된 전기차 배터리 전원을 에너지 저장장치로 인가시켜 충전시키는 PWM 신호를 출력시키는 양방향 PWM 컨버터부(120)와,
메인전원공급부에서 공급받은 전원을 기준전압에 맞게 다운시키거나, 또는 전기차배터리에 충전된 전원을 에너지저장치의 기준전압에 맞게 승압시키는 양방향 DCDC 컨버터부(130)와,
에너지저장장치로부터 전기를 공급받아 전기차 배터리로 공급시키는 메인전원공급부(140)와,
각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, 에너지저장장치로부터 전기를 공급받아 전기차 배터리를 충전시키거나 또는, 충전된 전기차 배터리 전원을 에너지 저장장치로 인가시키도록 제어하는 양방향충전제어회로부(150)와,
양방향충전제어회로부의 제어신호에 따라 다채널4단자망 구조로 전기차 배터리를 충전시키거나, 또는 다채널4단자망 구조로 에너지저장장치를 충전시키는 충전부(160)와,
배터리보호회로와 통신인터페이스를 형성시키는 트랜시버(Tranceiver)(170)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화장치.
- 제1항에 있어서, 상기 에너지저장장치(Energy Storage System)(200)는
예비전력량과 전기차의 충전 및 방전 스케줄을 디스플레이하고 이를 각각 제어시키는 전기차충방전제어부(210)와,
스마트 네모V2G 제어부와 Wifi 무선통신망을 형성시키는 Wifi 무선통신모듈(220)과,
전기차 배터리의 전력을 모아 전기차 사용자 대신 제어하고, 이에 따른 수익배분을 정산시키는 전기차수익배분제어부(230)와,
경부하시(야간)유효전력을 저장하고, 과부하시(주간)사용하여, 부하 평준화(LoadLeveling)를 통한 전력 운영의 최적화시키는 전력운영 최적화알고리즘엔진부(240)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화장치.
- 제1항에 있어서, 상기 스마트 네모 V2G제어부(300)는
전기차소유자로 하여금, V2G 서비스를 수용할 의사가 있는지 여부를 분석한 후, 수용할 의사가 있는 전기차배터리들을 미리 마이크로 그리드망으로 형성시키는 V2G 서비스 수용의사액 분석모듈(310)과,
전기차시장구조, 지불의사액을 분석한 후, 분석한 전기차시장구조와 지불의사액에 참여하고자 하는 고객의 비인식(Unawareness)에서 인식(Awareness)로의 변화를 통해 전기차 시장 확산여부를 분석시키는 전기차 시장 확산분석모듈(320)과,
V2G 시장에 참여하는 사업자에 관한 자금의 흐름을 현재시점으로 환산하여 V2G의 경제성을 분석시키는 경제성 평가모델알고리즘엔진부(330)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화장치.
- 제4항에 있어서, 상기 전기차 시장 확산분석모듈(320)은
전기차 수요에 영향을 미치는 전기차 인프라 커버리지(EV Infrastructure Coverage), 구매확률(Probability of Purchase), 고객 니즈(Consumer Fraction Aware)를 통해 전기차시장구조를 분석시키는 전기차시장구조 알고리즘엔진부(321)와,
환경적 가치(Environmental Value), 운영비용 절감(Operation Cost Savings), 충전소 간 간격 가치(Range Value), 실적 가치(Performance Value)에 의해서 지불의사액을 분석시키는 지불의사액분석 알고리즘엔진부(322)와,
전기차시장구조 알고리즘엔진부에서 분석한 전기차시장구조와, 지불의사액분석 알고리즘엔진부에서 분석한 지불의사액을 기반으로, 전기차 시장에 참여하고자 하는 고객의 비인식(Unawareness)에서 인식(Awareness)로의 변화를 통해 전기차 시장 확산여부를 분석시키는 전기차확산로직알고리즘엔진부(323)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화장치.
- 양방향 충전기에서 충전된 전기차 배터리 전원을 에너지 저장장치로 인가시켜 충전시키는 단계(S100)와,
에너지저장장치에서, 전기차의 배터리 전원 또는 발전된 전기를 저장장치에 저장하였다가, V2G 제어부의 제어신호에 전력거래소 저장장치로 공급시키는 단계(S200)와,
스마트 네모V2G 제어부에서 Wifi망을 통해 복수개의 에너지저장장치와 마이크로 그리드망을 형성시키는 단계(S300)와,
스마트 네모 V2G제어부의 V2G 서비스 수용의사액 분석모듈에서, 전기차소유자로 하여금, V2G 서비스를 수용할 의사가 있는지 여부를 분석한 후, 수용할 의사가 있는 전기차배터리들을 미리 마이크로 그리드망으로 형성시키는 단계(S400)와,
스마트 네모 V2G제어부의 경제성 평가모델알고리즘엔진부에서, V2G 시장에 참여하는 사업자에 관한 자금의 흐름을 현재시점으로 환산하여 V2G의 경제성을 분석시키는 단계(S500)와,
스마트 네모V2G 제어부에서, V2G 서비스 수용의사액 분석데이터와, V2G 서비스 경제성 분석데이터를 V2G 사업자의 스마트 디바이스 및, 전기차 소유자의 스마트 디바이스로 전송시키는 단계(S600)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화방법.
- 제6항에 있어서, 상기 경제성 평가모델알고리즘엔진부는
경제성 평가 모델의 항목으로, 초기투자비용, 연간 운영비용, 연간 V2G이득 총 3가지 항목으로 구분시키고, 연간비용에 대해서는 차량의 초기시점으로 환산하여 전체 비용을 산출시키는 단계(S510)와,
엑셀프로그램을 통해 V2G 사업의 경제성을 분석시키는 단계(S520)와,
V2G 사업자, 충전소 사업자, EV그룹, 전체사업별로 NPV 추이를 그래프로 표출시키는 단계(S530)가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 수용의사액 분석·경제성분석으로 이루어진 하이브리드형 스마트 네모V2G 제어부를 통한 전기차배터리용 실시간 V2G 서비스 활성화방법.
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