KR20190061495A

KR20190061495A - 계층형 전력 제어 시스템

Info

Publication number: KR20190061495A
Application number: KR1020170159938A
Authority: KR
Inventors: 원성하
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2019-06-05
Also published as: KR102222843B1

Abstract

본 발명은 계층형 전력 제어 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템은, 클라우드 서버와 연계된 계층형 전력 제어 시스템에 있어서, UPS 구조를 갖춘 제1 ESS와 제1 ESS에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하를 포함하는 제1 마이크로그리드 셀, 제2 부하와 제2 부하의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS를 포함하는 제2 마이크로그리드 셀, 제3 부하를 포함하는 제3 마이크로그리드 셀, UPS 구조를 갖춘 추가 ESS 및 추가 비상 발전기를 포함하고, 제2 마이크로그리드 셀과 선택적으로 연결되는 비상용 셀, 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀 및 비상용 셀과 통신하는 미들웨어 서버 및 미들웨어 서버를 통해 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 포함한다.

Description

계층형 전력 제어 시스템{HIERARCHICAL TYPE POWER CONTROL SYSTEM}

본 발명은 계층형 전력 제어 시스템에 관한 것이다.

에너지 저장 시스템(Energy Storage System)은 생산된 전력을 발전소, 변전소 및 송전선 등을 포함한 각각의 연계 시스템에 저장한 후, 전력이 필요한 시기에 선택적, 효율적으로 사용하여 에너지 효율을 높이는 시스템이다.

에너지 저장 시스템은 시간대 및 계절별 변동이 큰 전기부하를 평준화시켜 전반적인 부하율을 향상시킬 경우, 발전 단가를 낮출 수 있으며 전력설비 증설에 필요한 투자비와 운전비 등을 절감할 수 있어서 전기요금을 인하하고 에너지를 절약할 수 있다.

이러한 에너지 저장 시스템은 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 이용되고 있으며, 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생에너지를 이용한 발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하 평준화(Load Leveling), 비상 전원 등의 기능으로 사용되고 있다.

에너지 저장 시스템은 저장방식에 따라 크게 물리적 에너지 저장과 화학적 에너지 저장으로 구분된다. 물리적 에너지 저장으로는 양수발전, 압축 공기 저장, 플라이휠 등을 이용한 방법이 있고, 화학적 에너지 저장으로는 리튬이온 배터리, 납축전지, Nas 전지 등을 이용한 방법이 있다.

다만, 종래의 에너지 저장 시스템은 직접 관리하고 있는 지역(예를 들어, 마이크로그리드(microgrid) 단위) 또는 건물의 전력 상태를 인접한 지역 또는 건물의 전력 상태와 연관시켜 통합적으로 관리하지 못한다는 문제가 있었다.

이에 따라, 인접한 지역 또는 건물인데도 불구하고, 피크 제어 시기가 서로 다름으로 인해, 각 지역 또는 건물의 전력 수급 상태를 제어하기 위한 서로 다른 별개의 발전 계획이 필요하다는 문제가 있었다.

또한, 종래의 에너지 저장 시스템은 관리하고 있는 지역(예를 들어, 마이크로그리드(microgrid) 단위) 또는 건물의 전력 문제를 자체적으로 해결해야 한다는 문제가 있었다.

이에 따라, 해당 에너지 시스템이 UPS(Uninterruptible Power Supply) 구조를 갖추지 못하여 무정전 전력 공급이 불가능하거나 해당 지역 또는 건물에 비상 발전기(예를 들어, 디젤 발전기)가 갖추어 있지 않은 경우, 해당 지역 또는 건물의 정전 또는 전력 부족 문제 발생시 이를 자체적으로 해결하기 어렵다는 문제도 있었다.

본 발명은 적어도 하나 이상의 마이크로그리드 셀(Microgrid Cell)들의 전력 수급 상태를 토대로 최적의 통합 운전 스케줄을 수립할 수 있는 계층형 전력 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 노멀 셀(Normal Cell)에 정전이 발생하거나 내부의 부하가 전력 부족 상태인 경우, 해당 노멀 셀을 일시적으로 프리미엄 셀(Premium Cell)로 변형시킴으로써 전력 수급 부족 문제를 해결할 수 있는 계층형 전력 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템은, 클라우드 서버와 연계된 계층형 전력 제어 시스템에 있어서, UPS(Uninterruptible Power Supply) 구조를 갖춘 제1 ESS(Energy Storage System)와 제1 ESS에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하를 포함하는 제1 마이크로그리드 셀, 제2 부하와 제2 부하의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS를 포함하는 제2 마이크로그리드 셀, 제3 부하를 포함하는 제3 마이크로그리드 셀, UPS 구조를 갖춘 추가 ESS 및 추가 비상 발전기를 포함하고, 제2 마이크로그리드 셀과 선택적으로 연결되는 비상용 셀, 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀 및 비상용 셀과 통신하는 미들웨어 서버(middleware server) 및 미들웨어 서버를 통해 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 포함한다.

상기 통합 제어 시스템은, 제2 마이크로그리드 셀에 전력 문제가 발생한 경우, 미들웨어 서버로부터 수신된 제2 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 제2 마이크로그리드 셀의 부족 전력량을 계산하여 전력 공급량값을 결정하고, 결정된 전력 공급량값에 관한 정보를 포함하는 제어 신호를 생성하며, 생성된 제어 신호를 미들웨어 서버를 통해 비상용 셀에 제공하고, 비상용 셀과 제2 마이크로그리드 셀을 연결시킨다.

상기 비상용 셀에 제공된 제어 신호는 추가 ESS 및 추가 비상 발전기로 전달되고, 추가 ESS는 제어 신호를 토대로 제2 부하에 무정전으로 전력을 공급하며, 추가 비상 발전기는 제어 신호를 토대로 제2 부하에 전력을 공급하되, 추가 ESS 및 추가 비상 발전기는 제어 신호를 토대로 상호 연동되어 구동된다.

상기 제1 마이크로그리드 셀은 제1 부하의 전력 상태를 감지하는 제1 센서를 더 포함하고, 제2 마이크로그리드 셀은 제2 부하의 전력 상태를 감지하는 제2 센서를 더 포함하고, 제3 마이크로그리드 셀은 제3 부하의 전력 상태를 감지하는 제3 센서를 더 포함하되, 제1 내지 제3 센서는 각각 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 감지하여 클라우드 서버로 송신한다.

상기 클라우드 서버는, 외부로부터 기후 데이터 및 전력 관련 데이터 중 적어도 하나를 제공받고, 제1 내지 제3 센서로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하의 전력 상태와 외부로부터 제공받은 기후 데이터 및 전력 관련 데이터 중 적어도 하나를 종합하여 분석하고, 분석 결과를 미들웨어 서버로 제공한다.

상기 미들웨어 서버는 클라우드 서버로부터 제공받은 분석 결과를 통합 제어 시스템에 제공하고, 통합 제어 시스템은 미들웨어 서버로부터 제공받은 분석 결과를 토대로 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀 각각의 운전 스케줄을 예측한다.

상기 클라우드 서버는 제1 내지 제3 센서로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 미들웨어 서버에 제공하고, 미들웨어 서버는 클라우드 서버로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 통합 제어 시스템에 제공하며, 통합 제어 시스템은 미들웨어 서버로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 통합 운전 스케줄과 비교하고, 비교 결과를 토대로 통합 운전 스케줄을 조정한다.

상기 제1 마이크로그리드 셀은 비상 발전기와, 제1 분산 전원 시스템을 포함하는 건물 관련 전력 시스템과, 비상 발전기, 건물 관련 전력 시스템 및, 제1 ESS를 제어하는 제1 EMS(Energy Management System)를 더 포함하고, 제2 마이크로그리드 셀은 제2 ESS와 연계되어 구동되는 제2 분산 전원 시스템과, 제2 ESS 및 제2 분산 전원 시스템을 제어하는 제2 EMS(Energy Management System)를 더 포함한다.

상기 건물 관련 전력 시스템은, BEMS(Building Energy Management System)와, BEMS와 통신하는 분전반과, BEMS와 통신하는 BAS(Building Automation System)와, BAS와 연결된 냉난방 시스템과, BAS와 연결된 제1 분산 전원 시스템과, BAS와 연결된 제3 ESS를 더 포함하되, BEMS는 BAS를 통해 냉난방 시스템, 제1 분산 전원 시스템 및 제3 ESS 중 적어도 하나를 제어하여 피크 부하를 저감한다.

상기 통합 제어 시스템은 미들웨어 서버를 통해 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 전력 수급 상태 정보는 제1 EMS로부터 수신하는 제1 전력 수급 상태 정보와 제2 EMS로부터 수신하는 제2 전력 수급 상태 정보를 포함하며, 제1 전력 수급 상태 정보는 제1 마이크로그리드 셀에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보 및, 제1 ESS의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함하고, 제2 전력 수급 상태 정보는 제2 마이크로그리드 셀에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보 및, 제2 ESS의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함한다.

상기 통합 제어 시스템은 통합 운전 스케줄을 미들웨어 서버를 통해 제1 및 제2 EMS에 제공하고, 제1 EMS는 미들웨어 서버를 통해 제공받은 통합 운전 스케줄을 토대로 제1 마이크로그리드 셀의 전력 수급 스케줄을 조정하며, 제2 EMS는 미들웨어 서버를 통해 제공받은 통합 운전 스케줄을 토대로 제2 마이크로그리드 셀의 전력 수급 스케줄을 조정한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템은, 클라우드 서버와 연계된 계층형 전력 제어 시스템에 있어서, UPS 구조를 갖춘 제1 ESS와 제1 ESS에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하를 포함하는 제1 마이크로그리드 셀, 제2 부하와 제2 부하의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS를 포함하는 제2 마이크로그리드 셀, 제3 부하를 포함하는 제3 마이크로그리드 셀, 제4 부하와 제4 부하의 전력 상태를 관리하는 제3 ESS를 포함하는 제4 마이크로그리드 셀, UPS 구조를 갖춘 추가 ESS 및 추가 비상 발전기를 포함하고, 제2 및 제4 마이크로그리드 셀 중 적어도 하나와 선택적으로 연결되는 비상용 셀, 제1 내지 제4 마이크로그리드 셀 및 비상용 셀과 통신하는 미들웨어 서버 및 미들웨어 서버를 통해 제1 내지 제4 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 제1 내지 제4 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 포함한다.

상기 통합 제어 시스템은 제2 및 제4 마이크로그리드 셀에 전력 문제가 발생한 경우, 미들웨어 서버로부터 수신된 제2 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 제2 마이크로그리드 셀의 부족 전력량을 계산하여 제1 전력 공급량값을 결정하고, 미들웨어 서버로부터 수신된 제4 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 제4 마이크로그리드 셀의 부족 전력량을 계산하여 제2 전력 공급량값을 결정하며, 결정된 제1 전력 공급량값에 관한 정보를 포함하는 제1 제어 신호와 결정된 제2 전력 공급량값에 관한 정보를 포함하는 제2 제어 신호를 생성하고, 생성된 제1 및 제2 제어 신호를 미들웨어 서버를 통해 비상용 셀에 제공하며, 비상용 셀과 제2 및 제4 마이크로그리드 셀을 연결시킨다.

상기 비상용 셀에 제공된 제1 및 제2 제어 신호는 추가 ESS 및 추가 비상 발전기로 전달되고, 추가 ESS는 제1 및 제2 제어 신호를 토대로 제2 및 제4 부하에 각각 무정전으로 전력을 공급하며, 추가 비상 발전기는 제1 및 제2 제어 신호를 토대로 제2 및 제4 부하에 각각 전력을 공급하되, 추가 ESS 및 추가 비상 발전기는 제1 및 제2 제어 신호를 토대로 상호 연동되어 구동된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 적어도 하나 이상의 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태를 토대로 최적의 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 통해 인접한 마이크로그리드 셀들의 전력 수급 상태를 통합하여 효율적으로 제어할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 노멀 셀 내의 부하가 전력 부족 상태인 경우, 해당 노멀 셀에 추가 ESS 및 추가 비상 발전기를 연결하여 일시적으로 프리미엄 셀로 변형함으로써, 전력 수급 부족 문제를 해결할 수 있다. 그뿐만 아니라 노멀 셀에 정전이 발생한 경우, 해당 노멀 셀에 추가 ESS 및 추가 비상 발전기를 연결하여 무정전으로 안정적이게 전력을 공급함으로써 정전 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템을 설명하는 개략도이다.
도 2는 도 1의 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀을 설명하는 개략도이다.
도 3은 도 2의 제1 마이크로그리드 셀을 설명하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템을 설명하는 개략도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템을 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템을 설명하는 개략도이다. 도 2는 도 1의 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀을 설명하는 개략도이다. 도 3은 도 2의 제1 마이크로그리드 셀을 설명하는 개략도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템(1)은 통합 제어 시스템(100), 미들웨어 서버(200), 제1 마이크로그리드 셀(300; 즉, 프리미엄 셀(Premium Cell)), 제2 마이크로그리드 셀(400; 즉, 노멀 셀(Normal Cell)), 제3 마이크로그리드 셀(500; 즉, 버츄얼 셀(Virtual Cell)), 비상용 셀(900)을 포함할 수 있다.

참고로, 도 1의 계층형 전력 제어 시스템(1)은 클라우드 서버(600)를 더 포함할 수도 있으나, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해, 계층형 전력 제어 시스템(1)이 클라우드 서버(600)를 포함하지 않는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

또한 도면에 도시되어 있지는 않지만, 도 1의 계층형 전력 제어 시스템(1)은 계통을 더 포함할 수 있다. 여기에서, 계통은 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500) 각각에 존재할 수도 있지만, 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)에 공통된 하나의 계통만이 존재할 수도 있다.

또한 계통은 예를 들어, 발전소, 변전소, 송전선 등을 포함할 수 있다.

통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)를 통해 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립할 수 있다. 또한 통합 제어 시스템(100)은 수립한 통합 운전 스케줄을 미들웨어 서버(200)를 통해 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)에 제공함으로써, 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 스케줄이 통합 운전 스케줄을 토대로 조정되도록 할 수 있다.

구체적으로, 통합 제어 시스템(100)은 크게 통합감시 및 제어 기능과 최적발전 및 제어 기능을 가지도록 설계될 수 있다.

통합감시 및 제어 기능은 예를 들어, 감시 기능(monitoring), 제어 기능(control), 레포팅 기능(reporting), 경보 기능(alarming), 연산 기능(calculation), DB 관리 기능(Database Management), 트렌드 기능(Trend), 화면표시 기능을 포함할 수 있다.

여기에서, 감시 기능은 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 상태/고장 감시 및 계측 기능을 포함하고, 제어 기능은 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)에 구비된 설비의 운전/정지/스케줄링 및 최적운전 제어 기능을 포함할 수 있다.

레포팅 기능은 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)에 대한 기간 별 계측 정보 및 조작/보수 기록을 제공하는 기능을 포함하고, 경보 기능은 알람 인지 처리 및 저장 기능을 포함할 수 있다.

연산 기능은 역률 등 계산이 필요한 데이터에 연산/함수 기능을 제공하는 기능을 포함하고, DB 관리 기능은 실시간 데이터베이스 API(Application Program Interface)를 통한 데이터 인터페이스 기능을 포함할 수 있다.

트렌드 기능은 데이터 변화 추이를 감시하는 기능을 포함하고, 화면표시 기능은 감시, 이벤트, 알람, 권한 등을 화면(예를 들어, 통합 제어 시스템(100)의 화면 또는 클라우드 서버(600)를 통해 연동된 모바일 단말(800)의 화면)에 표시하는 기능을 포함할 수 있다.

한편, 최적발전 및 제어 기능은 예를 들어, 부하 예측 기능, 태양광 발전 예측 기능, 최적발전계획 수립 기능, 경제급전 기능, 자동발전제어 기능, 가정산 기능, 부하 차단 기능, 아일랜딩(islanding) 알고리즘 수행 기능을 포함할 수 있다.

여기에서, 부하 예측 기능은 다양한 예측 알고리즘을 사용하여 결과를 도출하는 앙상블(Ensemble) 다중모델조합 알고리즘을 적용하여 설계하는 기능 및 계통 내 부하의 이력데이터를 취득하여 오라클 DB에 저장하는 기능을 포함할 수 있다.

태양광 발전 예측 기능은 클라우드 서버(600)를 통해 외부(700; 예를 들어, 기상청)로부터 제공받은 강수량 정보를 토대로 강수량 확률을 패턴화하여, K-mean Cluster 기법을 이용하여 발전량을 예측하는 기능 및 기상청 연계 예측과 미연계 예측을 구분하여 알고리즘을 설계하는 기능을 포함할 수 있다.

최적발전계획 수립 기능은 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력수급상태를 고려하여 각각의 최적발전계획을 수립하는 기능을 포함할 수 있다. 이에 대한 자세한 내용은 후술하도록 한다.

경제급전 기능은 최적발전계획의 결과로 구동되는 에너지원에 대한 열/전기 에너지원의 출력을 결정하여 마이크로그리드 셀 단위로 구분된 결과를 도출하는 기능을 포함할 수 있다.

자동발전제어 기능은 계통 연계 모드(연계 조류 유지)와 독립 운전 모드(주파수 유지)의 목표를 추종하도록 설계하는 기능을 포함할 수 있다.

가정산 기능은 전기 사용량 이력 데이터를 토대로 전기 요금을 계산하는 기능을 포함할 수 있다.

부하 차단 기능은 기준값 초과시 우선순위에 의해 부하를 차단하는 기능을 포함할 수 있다.

아일랜딩 알고리즘 수행 기능은 독립 운전시 전력 융통 및 부하 차단 방안을 탐색하는 기능을 포함할 수 있다.

이러한 통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)로부터 다양한 정보를 제공받고, 제공받은 정보를 토대로 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태를 통합하여 제어할 수 있다.

이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

한편, 통합 제어 시스템(100)은 제2 마이크로그리드 셀(400)과 비상용 셀(900)을 선택적으로 연결할 수 있다.

구체적으로, 통합 제어 시스템(100)은 제2 마이크로그리드 셀(400)에 전력 문제(예를 들어, 계통 정전 또는 제2 부하(450)의 전력 부족)가 발생한 경우, 제2 마이크로그리드 셀(400)과 비상용 셀(900)을 연결시킬 수 있다.

여기에서, 제2 마이크로그리드 셀(400)과 비상용 셀(900)은 예를 들어, 변환 스위치(미도시)를 통해 선택적으로 연결될 수 있고, 변환 스위치는 통합 제어 시스템(100)에 의해 구동될 수 있다.

이러한 변환 스위치는 평상시에는 제2 마이크로그리드 셀(400)과 비상용 셀(900) 간 연결을 차단하고, 계통 정전 또는 전력 부족 등의 문제가 발생시 제2 마이크로그리드 셀(400)과 비상용 셀(900)을 연결시켜줌으로써 비상용 셀(900)의 전력이 제2 마이크로그리드 셀(400)로 전달 가능하게 하는 역할을 한다.

또한 변환 스위치는 예를 들어, TS(Transfer Switch), STS(Static Transfer Switch), 백투백 컨버터(back-to-back converter) 및, ALTS(Automatic Load Transfer Switch) 중 어느 하나일 수 있다. 그리고 상황에 따라, AC전압을 DC전압으로 변경하거나 DC전압을 AC전압으로 변경하기 위해 변환 스위치의 양단에 각각 AC-DC 컨버터 또는 DC-AC 컨버터 등이 설치될 수 있다.

이와 같이, 제2 마이크로그리드 셀(400)과 비상용 셀(900)은 통합 제어 시스템(100)에 의해 구동되는 변환 스위치를 통해 선택적으로 연결될 수 있다.

또한 통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)로부터 수신된 제2 마이크로그리드 셀(400)의 전력 수급 상태 정보를 토대로 제2 마이크로그리드 셀(400)의 부족 전력량을 계산하여 전력 공급량값을 결정하고, 결정된 전력 공급량값에 관한 정보를 포함하는 제어 신호를 생성할 수 있다.

그리고 통합 제어 시스템(100)은 생성된 제어 신호를 미들웨어 서버(200)를 통해 비상용 셀(900)에 제공할 수 있으며, 비상용 셀(900)에 제공된 제어 신호는 비상용 셀(900)에 포함된 추가 ESS(910) 및 추가 비상 발전기(930)로 전달될 수 있다. 여기에서, 제어 신호는 변환 스위치로도 전달되어 변환 스위치를 구동시킬 수 있고, 이를 통해 제2 마이크로그리드 셀(400)과 비상용 셀(900)은 서로 연결될 수 있다.

이와 같이, 추가 ESS(910) 및 추가 비상 발전기(930)로 제어 신호가 전달되면, 추가 ESS(910)는 제어 신호를 토대로 제2 부하(450)에 무정전으로 전력을 공급하고, 추가 비상 발전기(930)는 제어 신호를 토대로 제2 부하(450)에 전력을 공급할 수 있다.

참고로, 추가 ESS(910)는 UPS(Uninterruptible Power Supply) 구조를 갖춘바, 무정전으로 제2 부하(450)에 전력을 공급할 수 있고, 추가 ESS(910) 및 추가 비상 발전기(930)는 제어 신호를 토대로 상호 연동되어 구동될 수 있다.

비상용 셀(900)에 대한 보다 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

미들웨어 서버(200)는 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500) 및 비상용 셀(900)과 통신할 수 있다.

참고로, 미들웨어 서버(200)는 별도로 존재하지 않고, 통합 제어 시스템(100) 안에 포함될 수도 있다. 이 경우, 통합 제어 시스템(100)이 직접 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500), 비상용 셀(900) 또는 클라우드 서버(600)와 통신할 수 있다.

다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명에서는, 미들웨어 서버(200)가 통합 제어 시스템(100)과 별도로 존재하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

구체적으로, 미들웨어 서버(200)는 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)로부터 각각 제공받은 전력 수급 상태 정보(즉, 실시간 전력 현황 정보)를 통합 제어 시스템(100)에 제공할 수 있고, 통합 제어 시스템(100)으로부터 제공받은 제어 명령 또는 신호(예를 들어, 통합 운전 스케줄)를 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)에 제공할 수 있다.

또한 미들웨어 서버(200)는 클라우드 서버(600)로부터 분석 결과를 제공받을 수 있다.

참고로, 클라우드 서버(600)는 외부(700; 예를 들어, 기상청 또는 한국전력)로부터 기후 데이터 및 전력 관련 데이터 중 적어도 하나를 제공받고, 제1 내지 제3 센서(320, 420, 520)로부터 각각 제1 내지 제3 부하(350, 450, 550)의 전력 상태를 제공받을 수 있다.

또한 클라우드 서버(600)는 제1 내지 제3 센서(320, 420, 520)로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하(350, 450, 550)의 전력 상태 및 외부로부터 제공받은 기후 데이터 및 전력 관련 데이터 중 적어도 하나를 종합하여 분석하고, 분석 결과를 미들웨어 서버(200)로 제공할 수 있다.

즉, 미들웨어 서버(200)는 클라우드 서버(600)로부터 제공받은 분석 결과 및 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)로부터 각각 제공받은 전력 수급 상태 정보를 통합 제어 시스템(100)에 제공할 수 있다.

이를 통해, 통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)로부터 제공받은 분석 결과 및 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태 정보를 토대로 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태를 통합하여 제어할 수 있다.

또한, 통합 제어 시스템(100)이 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태 정보를 수신하지 못한다 하더라도, 미들웨어 서버(200)로부터 제공받은 분석 결과를 토대로 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500) 각각의 운전 스케줄을 예측할 수 있다.

물론 통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)로부터 제공받은 분석 결과 또는 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 조정할 수도 있다.

한편, 클라우드 서버(600)는 제1 내지 제3 센서(320, 420, 520)로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하(350, 450, 550)의 전력 상태를 미들웨어 서버(200)에 제공할 수 있고, 미들웨어 서버(200)는 클라우드 서버(600)로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하(350, 450, 550)의 전력 상태를 통합 제어 시스템(100)에 제공할 수 있다.

이에 따라, 통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하(350, 450, 550)의 전력 상태를 통합 운전 스케줄과 비교하고, 비교 결과를 토대로 통합 운전 스케줄을 조정할 수 있다.

또한 클라우드 서버(600)는 모바일 단말(800)과 연동되어, 모바일 단말(800)로 전력 관련 정보를 송신함으로써, 사용자로 하여금 실시간으로 모바일 단말(800)을 통해 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500) 각각의 전력 상태를 파악할 수 있도록 한다.

제1 마이크로그리드 셀(300)은 UPS 구조를 갖춘 제1 ESS(360)와 제1 ESS(360)에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하(350)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 마이크로그리드 셀(300)은 제1 EMS(310), 제1 센서(320), 비상 발전기(330), 제1 ESS(360), 건물 관련 전력 시스템(390), 제1 부하(350)를 포함할 수 있다.

참고로, 제1 마이크로그리드 셀(300)은 비상 발전기(330)를 포함하지 않을 수도 있다. 이 경우, 계통의 정전 또는 복전시, UPS 구조를 갖춘 제1 ESS(360)가 무정전으로 제1 부하(350)에 전력을 공급할 수 있다.

다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명에서는, 제1 마이크로그리드 셀(300)이 비상 발전기(330)를 포함하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

제1 EMS(310)는 비상 발전기(330) 및 제1 ESS(360)를 제어할 수 있다.

구체적으로, 제1 EMS(310)는 제1 마이크로그리드 셀(300) 내에 포함된 구성 요소(즉, 제1 센서(320), 비상 발전기(330), 제1 ESS(360), 건물 관련 전력 시스템(390), 제1 부하(350))를 모두 관리하는 역할을 수행할 수 있다.

또한 제1 EMS(310)는 미들웨어 서버(200)와 통신할 수 있는바, 제1 마이크로그리드 셀(300)의 전력 관련 데이터(예를 들어, 제1 전력 수급 상태 정보)를 미들웨어 서버(200)로 송신하거나 미들웨어 서버(200)로부터 통합 제어 시스템(100)의 제어 신호 또는 명령을 제공받을 수도 있다.

여기에서, 제1 전력 수급 상태 정보는 예를 들어, 제1 마이크로그리드 셀(300)에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보, 제1 ESS(360)의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

참고로, 제1 EMS(310)는 PMS(362; Power Management System)로부터 제공받은 배터리(366)에 관한 데이터에 기초하여 배터리(366)의 유지 및 보수에 관한 정보를 생성하고, 생성된 배터리(366)의 유지 및 보수에 관한 정보를 PMS(362)를 통해 배터리(366)를 관리하는 BMS(368; Battery Management System)로 제공할 수도 있다.

제1 센서(320)는 제1 부하(350)의 전력 상태를 감지할 수 있다.

구체적으로, 제1 센서(320)는 예를 들어, 통신 기능이 구비된 IoT 센서일 수 있고, 제1 부하(350)의 전력 상태(예를 들어, 전력 부족 여부, 전력 과잉 여부 등)를 감지하여 클라우드 서버(600)로 감지된 정보를 제공할 수 있다.

비상 발전기(330)는 계통 정전시 제1 EMS(310)에 의해 구동될 수 있다.

구체적으로, 비상 발전기(330)는 예를 들어, 디젤 발전기일 수 있고, 제1 ESS(360)와 연동되어 구동됨으로써 계통 정전시 제1 마이크로그리드 셀(300)의 무정전 독립 운전이 특정 시간(예를 들어, 4시간)동안 유지되도록 할 수 있다.

참고로, 비상 발전기(330)로 기존의 디젤 발전기를 활용하고, 제1 ESS(360)로 소용량 ESS를 사용함으로써, 초기 투자비용을 절감할 수 있다. 또한 비상 발전기(330)를 통해 장시간 또는 무제한 독립 운전이 가능한바, 전력 수급의 신뢰성을 확보할 수 있고, 계획적인 독립 운전을 가능하게 함으로써 피크 부하 절감을 통해 경제성도 확보할 수 있다.

제1 ESS(360)는 UPS 구조를 갖출 수 있고, 계통 정전 등의 사고시를 대비하여 무순단 독립 운전이 가능하도록 설계됨으로써 신뢰성 있는 전력 공급을 가능하게 한다.

구체적으로, 제1 ESS(360)는 UPS 구조를 토대로 계통 정전 또는 복전시 무정전으로 제1 부하(350)에 전력을 공급할 수 있고, 제1 부하(350)의 전력 상태를 관리할 수 있다.

여기에서, 제1 ESS(360)는 PMS(362), PCS(364), 배터리(366), BMS(368)를 포함할 수 있다.

PCS(364)는 분산 전원 시스템(미도시; 예를 들어, 태양광 또는 풍력과 같은 신재생 에너지 시스템)에서 발전된 전력을 배터리(366)에 저장하거나 계통, 제1 부하(350)로 전달할 수 있다. 또한 PCS(364)는 배터리(366)에 저장된 전력을 계통 또는 제1 부하(350)로 전달할 수 있다. PCS(364)는 계통으로부터 공급받은 전력을 배터리(366)에 저장할 수도 있다.

또한 PCS(364)는 배터리(366)의 충전 상태(State of Charge, 이하 "SOC 레벨"이라 한다)를 기초로 배터리(366)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다.

참고로, PCS(364)는 전력 시장의 전력 가격, 분산 전원 시스템의 발전 계획, 발전량 및 계통의 전력 수요 등을 기초로 제1 ESS(360)의 동작에 대한 스케줄을 생성할 수 있다.

배터리(366)는 PCS(364)에 의해 충전 또는 방전될 수 있다.

구체적으로, 배터리(366)는 분산 전원 시스템 및 계통의 전력 중 하나 이상을 공급받아 저장할 수 있고, 저장된 전력을 계통, 제1 부하(350) 중 하나 이상에 공급할 수 있다. 이러한 배터리(366)는 적어도 하나 이상의 배터리 셀로 이루어질 수 있으며, 각 배터리 셀은 복수의 베어셀을 포함할 수 있다.

BMS(368)는 배터리(366)의 상태를 모니터링하고, 배터리(366)의 충전 및 방전 동작을 제어할 수 있다. 또한 BMS(368)는 배터리(366)의 충전 상태인 SOC 레벨을 포함한 배터리(366)의 상태를 모니터링 할 수 있고, 모니터링된 배터리(366)의 상태(예를 들어, 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태 등) 정보를 PCS(364)에 제공할 수 있다.

또한 BMS(368)는 배터리(366)를 보호하기 위한 보호 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, BMS(368)는 배터리(366)에 대한 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱 기능 중 하나 이상을 수행할 수 있다.

또한 BMS(368)는 배터리(366)의 SOC 레벨을 조절할 수 있다.

구체적으로, BMS(368)는 PCS(364)로부터 제어 신호를 수신하고, 수신된 신호를 토대로 배터리(366)의 SOC 레벨을 조절할 수 있다.

PMS(362)는 BMS(368)로부터 제공받은 배터리(366)와 관련된 데이터에 기초하여 PCS(364)를 제어할 수 있다.

구체적으로, PMS(362)는 배터리(366)의 상태를 모니터링하고, PCS(364)의 상태를 모니터링 할 수 있다. 즉, PMS(362)는 BMS(368)로부터 수신한 배터리(366)와 관련된 데이터에 기초하여 PCS(364)를 그 효율에 따라 제어할 수 있다.

또한 PMS(362)는 BMS(368)를 통해 배터리(366)의 상태를 모니터링하여 수집한 배터리(366) 관련 데이터를 제1 EMS(310)에 제공할 수 있다.

건물 관련 전력 시스템(390)은 BEMS(392), 분전반(398), BAS(393), 냉난방 시스템(394), 제1 분산 전원 시스템(395), 제3 ESS(396)를 포함할 수 있다.

구체적으로, BEMS(392)는 BAS(393)를 통해 냉난방 시스템(394), 제1 분산 전원 시스템(395) 및, 제3 ESS(396) 중 적어도 하나를 제어하여 피크 부하를 절감할 수 있고, 분전반(398)도 제어 가능하다.

또한 분전반(398)과 BAS(393)는 BEMS(392)와의 통신을 통해 제어될 수 있고, 냉난방 시스템(394), 제1 분산 전원 시스템(395), 제3 ESS(396)는 BAS(393)와 연결됨으로써 BEMS(392)에 의해 제어될 수 있다.

이러한 건물 관련 전력 시스템(390)은 에너지 절감을 위해 최적 제어됨으로써, 에너지 비용 및 피크 부하를 절감할 수 있다.

제1 부하(350)는 제1 ESS(360)에 의해 전력 상태가 관리될 수 있고, 예를 들어, 가정, 대형 건물, 공장 등을 포함할 수 있다.

구체적으로, 제1 부하(350)는 제1 ESS(360), 비상 발전기(330) 및, 건물 관련 전력 시스템(390) 중 적어도 하나에 의해 전력 수급이 관리될 수 있고, 제1 센서(320)와 연결될 수 있다.

참고로, 제1 부하(350)는 무정전의 고품질 전력 공급이 필요한 중요 부하(예를 들어, 연구실 건물, 병원 등)일 수 있다.

이에 따라, 통합 제어 시스템(100)의 통합 운전 스케줄 수립시, 제1 부하(350)의 우선순위(즉, 중요도 순위)는 제2 부하(450) 및 제3 부하(550) 각각의 우선순위(즉, 중요도 순위)보다 높을 수 있다.

제2 마이크로그리드 셀(400)은 제2 부하(450)와 제2 부하(450)의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS(460)를 포함할 수 있다. 또한 제2 마이크로그리드 셀(400)은 전술한 바와 같이, 전력 부족 또는 계통 정전시 비상용 셀(900)과 연결되어 비상용 셀(900)로부터 전력을 공급받을 수 있는바, 이에 대한 구체적인 내용은 생략하도록 한다. .

구체적으로, 제2 마이크로그리드 셀(400)은 제2 EMS(410), 제2 센서(420), 제2 부하(450), 제2 ESS(460)를 포함할 수 있다.

참고로, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 제2 마이크로그리드 셀(400)은 제2 ESS(460)와 연계되어 구동되는 제2 분산 전원 시스템(미도시; 예를 들어, 풍력 또는 태양광과 같은 신재생 에너지 시스템)을 더 포함할 수 있다.

제2 EMS(410)는 제2 ESS(460) 및 제2 분산 전원 시스템을 제어할 수 있다.

구체적으로, 제2 EMS(410)는 제2 마이크로그리드 셀(400) 내에 포함된 구성 요소(즉, 제2 센서(420), 제2 부하(450), 제2 ESS(460), 제2 분산 전원 시스템)를 모두 관리하는 역할을 수행할 수 있다.

또한 제2 EMS(410)는 미들웨어 서버(200)와 통신할 수 있는바, 제2 마이크로그리드 셀(400)의 전력 관련 데이터(예를 들어, 제2 전력 수급 상태 정보)를 미들웨어 서버(200)로 송신하거나 미들웨어 서버(200)로부터 통합 제어 시스템(100)의 제어 신호 또는 명령을 제공받을 수도 있다.

여기에서, 제2 전력 수급 상태 정보는 예를 들어, 제2 마이크로그리드 셀(400)에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보, 제2 ESS(460)의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제2 센서(420)는 제2 부하(450)의 전력 상태를 감지할 수 있다.

구체적으로, 제2 센서(420)는 예를 들어, 통신 기능이 구비된 IoT 센서일 수 있고, 제2 부하(450)의 전력 상태(예를 들어, 전력 부족 여부, 전력 과잉 여부 등)를 감지하여 클라우드 서버(600)로 감지된 정보를 제공할 수 있다.

제2 부하(450)는 제2 ESS(460)에 의해 전력 상태가 관리될 수 있고, 예를 들어, 가정, 대형 건물, 공장 등을 포함할 수 있다.

구체적으로, 제2 부하(450)는 제2 ESS(460)에 의해 전력 수급이 관리될 수 있고, 제2 센서(420)와 연결될 수 있다.

참고로, 제2 부하(450)는 제2 분산 전원 시스템과 연계를 통해 에너지 효율화가 필요한 일반 부하(예를 들어, 강의실 건물, 기숙사 등)일 수 있다. 또한 제2 부하(450)는 서로 다른 우선 순위를 가지는 적어도 하나 이상의 부하(450a~450c)를 포함할 수 있다. 따라서, 피크 제어시, 제2 부하(450) 중 우선 순위가 높은 부하는 전력을 공급받고, 우선 순위가 낮은 부하는 전력 공급이 차단될 수도 있다. 즉, 제2 부하(450) 중 우선 순위가 높은 부하(예를 들어, 450a)는 피크 제어시 전력을 계속 공급받을 수 있지만, 우선 순위가 낮은 부하(예를 들어, 450b, 450c)는 피크 제어시, 전력을 공급받지 못할 수 있다.

정리하자면, 제2 마이크로그리드 셀(400)에는 피크 제어 등의 이벤트 발생시, 특성 또는 우선 순위를 토대로 선별적으로 구동될 필요가 있는 부하들이 포함될 수 있다.

이에 따라, 제2 부하(450)가 비상용 셀(900)로부터 전력을 공급받는 경우에도 특성 또는 우선 순위에 따라 일부 부하(예를 들어, 450a)가 먼저 전력을 공급받을 수 있다.

제2 ESS(460)는 제2 부하(450)의 전력 상태를 관리하고, 피크 제어 기능을 수행할 수 있다.

또한, 제2 ESS(460)는 전술한 제1 ESS(360)와 같이, PMS, 배터리, BMS, PCS를 포함할 수 있지만, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

제3 마이크로그리드 셀(500)은 제3 부하(550)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 제3 마이크로그리드 셀(500)은 제3 센서(520)와 제3 부하(550)를 포함할 수 있다.

참고로, 제3 마이크로그리드 셀(500)에는 제2 마이크로그리드 셀(400)과 달리, EMS, ESS 또는 분산 전원 시스템이 없을 수 있다. 이에 따라, 제3 마이크로그리드 셀(500)의 전력 수급 상태 정보는 제3 센서(520)를 통해 클라우드 서버(600)를 거쳐 미들웨어 서버(200)로 전달될 수 있다.

물론, 제3 마이크로그리드 셀(500)의 제3 센서(520)가 미들웨어 서버(200)와 통신함으로써 직접 제3 부하(550)의 전력 상태를 미들웨어 서버(200)로 송신할 수도 있다.

제3 센서(520)는 제3 부하(550)의 전력 상태를 감지할 수 있다.

구체적으로, 제3 센서(520)는 예를 들어, 통신 기능이 구비된 IoT 센서일 수 있고, 제3 부하(550)의 전력 상태(예를 들어, 전력 부족 여부, 전력 과잉 여부 등)를 감지하여 클라우드 서버(600)로 감지된 정보를 제공할 수 있다.

제3 부하(550)는 예를 들어, 가정, 대형 건물, 공장 등을 포함할 수 있다.

구체적으로, 제3 부하(550)는 제3 센서(520)와 연결될 수 있다.

참고로, 제3 부하(550)는 분산 전원 시스템과의 연계가 없는 일반 부하일 수 있고, 제3 센서(520)를 통한 분석 기반의 에너지 저감 서비스(예를 들어, 클라우드 서버(600)로 제3 부하(550)의 전력 상태 정보를 송신함으로써 사용자가 클라우드 서버(600)와 통신할 수 있는 모바일 단말(800)을 통해 제3 부하(550)의 전력 상태를 실시간으로 확인 가능)를 제공하는 것을 목적으로 할 수 있다.

비상용 셀(900)은 전술한 바와 같이, UPS 구조를 갖춘 추가 ESS(910) 및 추가 비상 발전기(930)를 포함하고, 제2 마이크로그리드 셀(400)과 선택적으로 연결될 수 있다.

구체적으로, 추가 비상 발전기(930)는 예를 들어, 디젤 발전기일 수 있고, 추가 ESS(910)와 연동되어 구동됨으로써 제2 부하(450)의 전력 부족 또는 제2 마이크로그리드 셀(400)의 정전시, 제2 마이크로그리드 셀(400)의 무정전 독립 운전이 특정 시간(예를 들어, 제2 마이크로그리드 셀(400)이 비상용 셀(900)과 연결되어 있는 시간)동안 유지되도록 할 수 있다.

참고로, 추가 비상 발전기(930)로 기존의 디젤 발전기를 활용하고, 추가 ESS(910)로 소용량 ESS를 사용함으로써, 초기 투자비용을 절감할 수 있다. 또한 추가 비상 발전기(930)를 통해 장시간 또는 무제한 독립 운전이 가능한바, 전력 수급의 신뢰성을 확보할 수 있고, 계획적인 독립 운전을 가능하게 함으로써 피크 부하 절감을 통해 경제성도 확보할 수 있다.

물론, 비상용 셀(900)은 추가 비상 발전기(930)를 포함하지 않을 수도 있다. 이 경우, 제2 부하(450)의 전력 부족 또는 제2 마이크로그리드 셀(400)의 정전시, UPS 구조를 갖춘 추가 ESS(910)가 무정전으로 제2 부하(450)에 전력을 공급할 수 있다.

다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명에서는, 비상용 셀(900)이 추가 비상 발전기(930)를 포함하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

추가 ESS(910)는 UPS 구조를 갖출 수 있고, 제2 부하(450)의 전력 부족 또는 제2 마이크로그리드 셀(400)의 정전 등의 사고시를 대비하여 무순단 독립 운전이 가능하도록 설계됨으로써 신뢰성 있는 전력 공급을 가능하게 한다.

구체적으로, 추가 ESS(910)는 UPS 구조를 토대로 제2 부하(450)의 전력 부족 또는 제2 마이크로그리드 셀(400)의 정전시 무정전으로 제2 부하(450)에 전력을 공급할 수 있다.

또한, 추가 ESS(910)는 전술한 제1 ESS(360)와 같이, PMS, 배터리, BMS, PCS를 포함할 수 있지만, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

참고로, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 비상용 셀(900)은 추가 ESS(910)와 연계되어 구동되는 분산 전원 시스템(미도시; 예를 들어, 풍력 또는 태양광과 같은 신재생 에너지 시스템)을 더 포함할 수도 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 적어도 하나 이상의 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태를 토대로 최적의 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템(100)을 통해 인접한 마이크로그리드 셀들의 전력 수급 상태를 통합하여 효율적으로 제어할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 노멀 셀(400; 즉, 제2 마이크로그리드 셀) 내의 부하(450; 즉, 제2 부하)가 전력 부족 상태인 경우, 해당 노멀 셀(400)에 추가 ESS(910) 및 추가 비상 발전기(930)를 연결하여 일시적으로 프리미엄 셀로 변형함으로써, 전력 수급 부족 문제를 해결할 수 있다. 그뿐만 아니라 노멀 셀(400)에 정전이 발생한 경우, 해당 노멀 셀(400)에 추가 ESS(910) 및 추가 비상 발전기(930)를 연결하여 무정전으로 안정적이게 전력을 공급함으로써 정전 문제를 해결할 수 있다.

이하에서는, 도 4를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템을 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템을 설명하는 개략도이다.

참고로, 도 4에 도시된 계층형 전력 제어 시스템(2)은 도 1에 도시된 계층형 전력 제어 시스템(1)과 노멀 셀의 수를 제외하고는 구성, 기능, 효과가 동일한바, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템(2)은 도 1의 계층형 전력 제어 시스템(1)보다 제4 마이크로그리드 셀(590; 즉, 노멀 셀)을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 도 4의 계층형 전력 제어 시스템(2)에 포함된 통합 제어 시스템(100), 미들웨어 서버(200), 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500), 비상용 셀(900), 클라우드 서버(600)는 각각 도 1의 통합 제어 시스템, 미들웨어 서버, 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀, 비상용 셀, 클라우드 서버와 동일할 수 있다.

또한, 제4 마이크로그리드 셀(590)은 제2 마이크로그리드 셀(400)과 동일한 구성 및 기능을 포함할 수 있고, 비상용 셀(900)과 선택적으로 연결될 수 있다.

구체적으로, 비상용 셀(900)은 제2 및 제4 마이크로그리드 셀(400, 590) 중 적어도 하나와 선택적으로 연결될 수 있다.

즉, 통합 제어 시스템(100)은 제2 마이크로그리드 셀(400)에 포함된 부하의 전력 부족시 비상용 셀(900)을 제2 마이크로그리드 셀(400)과 연결시키고, 제4 마이크로그리드 셀(590)에 포함된 부하의 전력 부족시 비상용 셀(900)을 제4 마이크로그리드 셀(590)과 연결시킬 수 있다.

물론, 제2 마이크로그리드 셀(400)에 포함된 부하와 제4 마이크로그리드 셀(590)에 포함된 부하 둘다가 전력 부족 상태인 경우, 통합 제어 시스템(100)은 비상용 셀(900)을 제2 및 제4 마이크로그리드 셀(400, 590) 둘다에 동시에 연결시킬 수 있다.

참고로, 제4 마이크로그리드 셀(590)의 경우에도, 비상용 셀(900)과 별도의 변환 스위치(미도시)를 통해 선택적으로 연결될 수 있고, 변환 스위치는 통합 제어 시스템(100)에 의해 구동될 수 있다.

이와 같이, 제4 마이크로그리드 셀(590)과 비상용 셀(900)은 통합 제어 시스템(100)에 의해 구동되는 변환 스위치를 통해 선택적으로 연결될 수 있다.

또한 통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)로부터 수신된 제2 마이크로그리드 셀(400)의 전력 수급 상태 정보를 토대로 제2 마이크로그리드 셀(400)의 부족 전력량을 계산하여 제1 전력 공급량값을 결정하고, 미들웨어 서버(200)로부터 수신된 제4 마이크로그리드 셀(590)의 전력 수급 상태 정보를 토대로 제4 마이크로그리드 셀(590)의 부족 전력량을 계산하여 제2 전력 공급량값을 결정할 수 있다.

그리고, 통합 제어 시스템(100)은 결정된 제1 전력 공급량값에 관한 정보를 포함하는 제1 제어 신호와 결정된 제2 전력 공급량값에 관한 정보를 포함하는 제2 제어 신호를 생성하고, 생성된 제1 및 제2 제어 신호를 미들웨어 서버(200)를 통해 비상용 셀(900)에 제공할 수 있다.

비상용 셀(900)에 제공된 제1 및 제2 제어 신호는 추가 ESS(미도시; 도 2의 910와 동일) 및 추가 비상 발전기(미도시; 도 2의 930과 동일)로 전달되고, 추가 ESS는 제1 및 제2 제어 신호를 토대로 제2 및 제4 마이크로그리드 셀(400, 590)에 포함된 부하에 각각 무정전으로 전력을 공급할 수 있다.

또한 추가 비상 발전기는 제1 및 제2 제어 신호를 토대로 제2 및 제4 마이크로그리드 셀(400, 590)에 포함된 부하에 각각 전력을 공급하는바, 추가 ESS 및 추가 비상 발전기는 제1 및 제2 제어 신호를 토대로 상호 연동되어 구동될 수 있다.

참고로, 도 4에는 2개의 노멀 셀(즉, 제2 및 제4 마이크로그리드 셀(400, 590))만이 도시되어 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템(2)은 3개 이상의 노멀 셀을 포함할 수도 있고, 각각의 노멀 셀은 비상용 셀(900)과 선택적으로 연결되어 전력 부족 또는 정전 발생시 비상용 셀(900)로부터 동시에 또는 시차를 두고 전력을 공급받을 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 비상용 셀(900)을 통해 복수개의 노멀 셀을 일시적으로 프리미엄 셀로 변형 가능한바, 복수개의 노멀 셀에서 동시다발적으로 또는 시차를 두고 전력 수급 부족 문제 또는 정전 등이 발생하더라도 해당 문제를 해결할 수 있다.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

100: 통합 제어 시스템 200: 미들웨어 서버
300: 제1 마이크로그리드 셀 400: 제2 마이크로그리드 셀
500: 제3 마이크로그리드 셀 600: 클라우드 서버
700: 외부 800: 모바일 단말
900: 비상용 셀

Claims

클라우드 서버와 연계된 계층형 전력 제어 시스템에 있어서,
UPS 구조를 갖춘 제1 ESS와 상기 제1 ESS에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하를 포함하는 제1 마이크로그리드 셀;
제2 부하와 상기 제2 부하의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS를 포함하는 제2 마이크로그리드 셀;
제3 부하를 포함하는 제3 마이크로그리드 셀;
UPS 구조를 갖춘 추가 ESS 및 추가 비상 발전기를 포함하고, 상기 제2 마이크로그리드 셀과 선택적으로 연결되는 비상용 셀;
상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀 및 상기 비상용 셀과 통신하는 미들웨어 서버; 및
상기 미들웨어 서버를 통해 상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 포함하는
계층형 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 통합 제어 시스템은 상기 제2 마이크로그리드 셀에 전력 문제가 발생한 경우,
상기 미들웨어 서버로부터 수신된 상기 제2 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 상기 제2 마이크로그리드 셀의 부족 전력량을 계산하여 전력 공급량값을 결정하고,
상기 결정된 전력 공급량값에 관한 정보를 포함하는 제어 신호를 생성하며,
상기 생성된 제어 신호를 상기 미들웨어 서버를 통해 상기 비상용 셀에 제공하고,
상기 비상용 셀과 상기 제2 마이크로그리드 셀을 연결시키는
계층형 전력 제어 시스템.
제2항에 있어서,
상기 비상용 셀에 제공된 상기 제어 신호는 상기 추가 ESS 및 상기 추가 비상 발전기로 전달되고,
상기 추가 ESS는 상기 제어 신호를 토대로 상기 제2 부하에 무정전으로 전력을 공급하며,
상기 추가 비상 발전기는 상기 제어 신호를 토대로 상기 제2 부하에 전력을 공급하되,
상기 추가 ESS 및 상기 추가 비상 발전기는 상기 제어 신호를 토대로 상호 연동되어 구동되는
계층형 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 마이크로그리드 셀은 상기 제1 부하의 전력 상태를 감지하는 제1 센서를 더 포함하고,
상기 제2 마이크로그리드 셀은 상기 제2 부하의 전력 상태를 감지하는 제2 센서를 더 포함하고,
상기 제3 마이크로그리드 셀은 상기 제3 부하의 전력 상태를 감지하는 제3 센서를 더 포함하되,
상기 제1 내지 제3 센서는 각각 상기 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 감지하여 상기 클라우드 서버로 송신하는
계층형 전력 제어 시스템.
제4항에 있어서,
상기 클라우드 서버는,
외부로부터 기후 데이터 및 전력 관련 데이터 중 적어도 하나를 제공받고,
상기 제1 내지 제3 센서로부터 제공받은 상기 제1 내지 제3 부하의 전력 상태와 상기 외부로부터 제공받은 상기 기후 데이터 및 전력 관련 데이터 중 적어도 하나를 종합하여 분석하고,
상기 분석 결과를 상기 미들웨어 서버로 제공하는
계층형 전력 제어 시스템.
제5항에 있어서,
상기 미들웨어 서버는 상기 클라우드 서버로부터 제공받은 상기 분석 결과를 상기 통합 제어 시스템에 제공하고,
상기 통합 제어 시스템은 상기 미들웨어 서버로부터 제공받은 상기 분석 결과를 토대로 상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀 각각의 운전 스케줄을 예측하는
계층형 전력 제어 시스템.
제4항에 있어서,
상기 클라우드 서버는 상기 제1 내지 제3 센서로부터 제공받은 상기 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 상기 미들웨어 서버에 제공하고,
상기 미들웨어 서버는 상기 클라우드 서버로부터 제공받은 상기 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 상기 통합 제어 시스템에 제공하며,
상기 통합 제어 시스템은 상기 미들웨어 서버로부터 제공받은 상기 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 상기 통합 운전 스케줄과 비교하고, 상기 비교 결과를 토대로 상기 통합 운전 스케줄을 조정하는
계층형 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 마이크로그리드 셀은 비상 발전기와, 제1 분산 전원 시스템을 포함하는 건물 관련 전력 시스템과, 상기 비상 발전기, 상기 건물 관련 전력 시스템 및, 상기 제1 ESS를 제어하는 제1 EMS(Energy Management System)를 더 포함하고,
상기 제2 마이크로그리드 셀은 상기 제2 ESS와 연계되어 구동되는 제2 분산 전원 시스템과, 상기 제2 ESS 및 상기 제2 분산 전원 시스템을 제어하는 제2 EMS(Energy Management System)를 더 포함하는
계층형 전력 제어 시스템.
제8항에 있어서,
상기 건물 관련 전력 시스템은,
BEMS(Building Energy Management System)와,
상기 BEMS와 통신하는 분전반과,
상기 BEMS와 통신하는 BAS(Building Automation System)와,
상기 BAS와 연결된 냉난방 시스템과,
상기 BAS와 연결된 상기 제1 분산 전원 시스템과,
상기 BAS와 연결된 제3 ESS를 더 포함하되,
상기 BEMS는 상기 BAS를 통해 상기 냉난방 시스템, 상기 제1 분산 전원 시스템 및 상기 제3 ESS 중 적어도 하나를 제어하여 피크 부하를 저감하는
계층형 전력 제어 시스템.
제8항에 있어서,
상기 통합 제어 시스템은 상기 미들웨어 서버를 통해 상기 전력 수급 상태 정보를 수신하고,
상기 전력 수급 상태 정보는 상기 제1 EMS로부터 수신하는 제1 전력 수급 상태 정보와 상기 제2 EMS로부터 수신하는 제2 전력 수급 상태 정보를 포함하며,
상기 제1 전력 수급 상태 정보는 상기 제1 마이크로그리드 셀에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보 및, 상기 제1 ESS의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 제2 전력 수급 상태 정보는 상기 제2 마이크로그리드 셀에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보 및, 상기 제2 ESS의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함하는
계층형 전력 제어 시스템.
제8항에 있어서,
상기 통합 제어 시스템은 상기 통합 운전 스케줄을 상기 미들웨어 서버를 통해 상기 제1 및 제2 EMS에 제공하고,
상기 제1 EMS는 상기 미들웨어 서버를 통해 제공받은 상기 통합 운전 스케줄을 토대로 상기 제1 마이크로그리드 셀의 전력 수급 스케줄을 조정하며,
상기 제2 EMS는 상기 미들웨어 서버를 통해 제공받은 상기 통합 운전 스케줄을 토대로 상기 제2 마이크로그리드 셀의 전력 수급 스케줄을 조정하는
계층형 전력 제어 시스템.
클라우드 서버와 연계된 계층형 전력 제어 시스템에 있어서,
UPS 구조를 갖춘 제1 ESS와 상기 제1 ESS에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하를 포함하는 제1 마이크로그리드 셀;
제2 부하와 상기 제2 부하의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS를 포함하는 제2 마이크로그리드 셀;
제3 부하를 포함하는 제3 마이크로그리드 셀;
제4 부하와 상기 제4 부하의 전력 상태를 관리하는 제3 ESS를 포함하는 제4 마이크로그리드 셀;
UPS 구조를 갖춘 추가 ESS 및 추가 비상 발전기를 포함하고, 상기 제2 및 제4 마이크로그리드 셀 중 적어도 하나와 선택적으로 연결되는 비상용 셀;
상기 제1 내지 제4 마이크로그리드 셀 및 상기 비상용 셀과 통신하는 미들웨어 서버; 및
상기 미들웨어 서버를 통해 상기 제1 내지 제4 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 상기 제1 내지 제4 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 포함하는
계층형 전력 제어 시스템.
제12항에 있어서,
상기 통합 제어 시스템은 상기 제2 및 제4 마이크로그리드 셀에 전력 문제가 발생한 경우,
상기 미들웨어 서버로부터 수신된 상기 제2 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 상기 제2 마이크로그리드 셀의 부족 전력량을 계산하여 제1 전력 공급량값을 결정하고,
상기 미들웨어 서버로부터 수신된 상기 제4 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 상기 제4 마이크로그리드 셀의 부족 전력량을 계산하여 제2 전력 공급량값을 결정하며,
상기 결정된 제1 전력 공급량값에 관한 정보를 포함하는 제1 제어 신호와 상기 결정된 제2 전력 공급량값에 관한 정보를 포함하는 제2 제어 신호를 생성하고,
상기 생성된 제1 및 제2 제어 신호를 상기 미들웨어 서버를 통해 상기 비상용 셀에 제공하며,
상기 비상용 셀과 상기 제2 및 제4 마이크로그리드 셀을 연결시키는
계층형 전력 제어 시스템.
제13항에 있어서,
상기 비상용 셀에 제공된 상기 제1 및 제2 제어 신호는 상기 추가 ESS 및 상기 추가 비상 발전기로 전달되고,
상기 추가 ESS는 상기 제1 및 제2 제어 신호를 토대로 상기 제2 및 제4 부하에 각각 무정전으로 전력을 공급하며,
상기 추가 비상 발전기는 상기 제1 및 제2 제어 신호를 토대로 상기 제2 및 제4 부하에 각각 전력을 공급하되,
상기 추가 ESS 및 상기 추가 비상 발전기는 상기 제1 및 제2 제어 신호를 토대로 상호 연동되어 구동되는
계층형 전력 제어 시스템.