KR20190097405A - 피크전력 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정한 주기로 상승 곡선과 하강 곡선을 나타내는 피크 곡선의 변동을 감지하여 다수의 부하에 피크제어 해제 또는 유지명령을 순차적으로 진행함으로써 에너지 낭비를 미연에 방지하도록 한 피크전력 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 한전으로 전력을 공급하는 전력 공급부와, 상기 전력 공급부로부터 공급된 전력을 수급받아 사용하는 다수의 부하와, 상기 전력 공급부와 부하 사이에 설치되어 상기 부하의 목표전력, 예측전력, 현재전력, 기준전력을 전달받아 분석하여 피크전력의 발생 유무를 검출하는 피크전력 검출부와, 상기 피크전력 검출부에서 검출된 검출 정보에 따라 상기 전력 공급부를 통해 상기 부하로 공급되는 전력량을 제어하는 피크전력 제어기와, 상기 피크전력 제어기의 제어를 받아 동작하여 상기 부하에 필요한 전력을 공급하는 다수의 발전기 및 ESS를 포함하여 이루어진 비상 발전 전력 공급부와, 상기 피크전력 제어기는 피크전력 발생시에 예측전력에서 목표전력을 초과한 목표판단 초과전력을 산출하고 상기 산출된 목표판단 초과전력에 따라 상기 비상 발전 전력 공급부를 구성하는 각 발전기 및 ESS를 순차 제어하여 상기 부하에 필요한 목표판단 초과전력을 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

피크전력 제어 시스템 및 방법{Peak power control system and method}

본 발명은 피크전력 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 피크제어 대상을 다수로 분리한 상태에서 피크전력이 발생하면 초과되는 용량을 미리 대비하여 준비함으로써 다양한 방법으로 피크전력에 대응하도록 한 피크전력 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 피크전력요금제는 전기요금 중 기본요금을 피크전력을 기준으로 부과하는 것이다. 여기서, 피크전력은 15분간의 평균전력(전력사용량[kWh]/공급시간[h])이며, 일정시간마다 검침한 값 중 월 최대치가 당월 피크전력이 된다.

도 1은 일반적인 피크전력 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

일반적인 피크전력 제어 시스템은 도 1에서 보는 바와 같이, 건물의 수전실에 설치되어 전력 송출 상태를 항상 감시하는 최대전력 제어장치와, 상기 최대전력 제어장치와 연결된 냉동기와 같은 다수의 대상 부하를 구비하고, 상기 최대전력 제어장치는 상기 각 대상 부하의 오프(OFF)/온(ON)제어를 하도록 구성된다.

이때 상기 최대전력 제어장치는 상기 각 대상 부하에서 전력을 사용하는 상태를 시간대별로 미리 설정한 목표값과 비교하여 사용전력이 목표전력을 초과하였을 경우에는 냉동기, 펌프, 공기조화설비 등과 같이 잠시 사용을 중단해도 되는 장비를 자동적으로 OFF/ON 제어를 하면서 대체 발전기를 가동하여 최대 수요 전력을 억제함으로써 전력을 효율적으로 이용하고, 수용가에서는 전기 사용 요금을 절감하는 시스템이다.

이러한 최대전력 제어장치는 사용자의 최대 수요 전력을 감시 및 예측하여 설정된 목표전력(D)을 초과할 우려가 있을 경우, 즉 최대 수요 전력으로 정하여진 15분의 수요 시한 동안 평균 전력에 일시적인 큰 부하가 발생하여도 디멘드 시한(t)의 남은 시간(t-i) 동안에 부하를 차단하여 단계적으로 부하를 제어함으로써 설정한 목표전력 범위 내에서 최대수요전력을 목표전력에 맞출 수가 있게 되는 시스템이다.

국내의 경우 피크전력제어는 한국전기공사(이하 '한전' 이라 함)에서 책정한 방식에 따라 15분(900/sec)을 기준으로 하여 전력을 누적하다가 900초에 이르는 시점까지 누적되는 전력의 합을 최대 전력(kW) 피크로 규정하고, 이렇게 15분 동안 반복적으로 계산하고, 월 또는 여름철(3개월)중 최대가 되는 값을 최대 피크로 규정하여 전력요금을 책정하는 방식이다.

이를 계산하고 제어하여 피크전력을 통제하기 위해서는 한전 계량기에서 출력되는 동기와 펄스를 연결하여 최대수요전력계(피크전력제어기)에 연결하여 동기 시작을 기준으로 15분후에 발생될 수 있는 최대 피크를 예측하여 제어하는 방법을 사용하고 있다.

이때 예측하는 전력을 예측전력(F)이라고 한다. 예측전력(F)은 동기 시작점에서 0(kW)이었다가 동기 시작 후 전력 누적량을 기준으로 산정하여 15분 후 최대전력(kW)을 현재 시점에서 예측한다. 이렇게 동기시간이 900초에 다가갈 때 마다 그 시점에서 900초 때의 최대전력(kW)을 예측하다가 900초가 될 때의 최대전력(kW)이 한전의 전력과 같아지면, 그 후 다시 동기 시작점에서 0(kW)로 돌아가 동기 시작을 기준으로 다시 예측을 하는 시스템으로 되어있다.

이러한 피크전력제어는 15분마다 발생되는 한전의 동기에 의한 규칙으로 인해 피크전력제어가 적용되는 장비가 15분 간격으로 ON 또는 OFF되기 때문에 장비에 부담을 주거나, 큰 부하를 담당하는 장비에서는 피크전력제어를 할 수가 없었다. 따라서 주로 부하가 작은 장비에서만 피크전력제어가 가능하였다.

예를 들면 부하가 큰 모터, 공조기 및 발전기 등에서 피크전력제어는 15분마다 ON 또는 OFF를 할 경우 장비에 큰 부담이 되어 피크전력제어를 할 수가 없어서 단순히 에어컨이나 작은 부하들을 기준으로 피크전력제어를 하였다.

예를 들어 기존의 방식에 의하면, 에어컨 콤프레셔나 모터가 구동하다가 피크에 걸려서 오프(OFF)를 하였다가 15분의 동기시간 후에는 다시 온(ON)이 되어, OFF 와 ON을 반복하는 현상이 발생함에 따라, 피크가 상승하여 한전 전원을 차단하고 비상발전기를 가동하여 피크를 대체하고 있었는데 15분 후에 발전기가 OFF되었다가 다시 ON이 되는 문제가 발생하는 것이다.

이는 비상 발전기를 비롯한 시스템에 엄청난 무리가 가서 잦은 고장의 원인이 되고, 장비의 수명이 급격히 저하된다. 그래서 현재 수용가에서 피크전력제어를 하는 것은 대부분 시스템 에어컨처럼 한전 동기를 받아 피크 상승 추이를 분석해 시스템 에어컨 컨트롤러에서 전류를 조정하여 에어컨을 제어하는 시스템이나 소규모 일반 에어컨에 한정되어 있다.

그 밖에 다양한 방법으로 피크전력제어를 적용하였지만 기술적인 한계로 인하여 피크전력제어 대상이 급격히 줄고 현재는 에어컨과 같이 특정한 일부 장비에만 피크전력제어를 하고 있는 것이 현실이다.

또한, 종래의 피크전력 제어는 목표 값을 산출하여 목표전력이 예측전력보다 크면 피크전력 제어명령을 해지하고 그렇지 않으면 반복적으로 목표전력을 산출하여 부하가 1개이든 여러 개이든 동시에 모든 부하를 동시에 피크전력 제어명령 해지하게 되므로 목표전력이 예측전력보다 큰 조건을 성립될 때까지 명령 대상인 부하 여러 개가 계속 동작하여 에너지 낭비가 발생하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로 일정한 주기로 상승 곡선과 하강 곡선을 나타내는 피크 곡선의 변동을 감지하여 다수의 부하에 피크제어 해제 또는 유지명령을 순차적으로 진행함으로써 에너지 낭비를 미연에 방지하도록 한 피크전력 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 피크전력 제어 시스템은 한전으로 전력을 공급하는 전력 공급부와, 상기 전력 공급부로부터 공급된 전력을 수급받아 사용하는 다수의 부하와, 상기 전력 공급부와 부하 사이에 설치되어 상기 부하의 목표전력, 예측전력, 현재전력, 기준전력을 전달받아 분석하여 피크전력의 발생 유무를 검출하는 피크전력 검출부와, 상기 피크전력 검출부에서 검출된 검출 정보에 따라 상기 전력 공급부를 통해 상기 부하로 공급되는 전력량을 제어하는 피크전력 제어기와, 상기 피크전력 제어기의 제어를 받아 동작하여 상기 부하에 필요한 전력을 공급하는 다수의 발전기 및 ESS를 포함하여 이루어진 비상 발전 전력 공급부와, 상기 피크전력 제어기는 피크전력 발생시에 예측전력에서 목표전력을 초과한 목표판단 초과전력을 산출하고 상기 산출된 목표판단 초과전력에 따라 상기 비상 발전 전력 공급부를 구성하는 각 발전기 및 ESS를 순차 제어하여 상기 부하에 필요한 목표판단 초과전력을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 피크전력 제어방법은 전력 공급자의 계량기로부터 설정된 동기시간 동안 동기 펄스를 입력하고, 피크 누적값을 분석하여 상기 동기시간의 범위 내에서 임의로 설정된 제 1 계측시간동안에 피크전력의 상승이 일어나는지를 감지하는 제 1 단계; 상기 피크전력의 상승이 일어나면 예측전력으로 피크 목표값을 초과하는지를 분석하고, 현재전력이 기준전력을 초과하는지를 분석하는 제 2 단계; 상기 예측전력이 목표전력을 초과하고, 현재전력이 기준 전력을 초과할 경우 피크전력 제어명령을 실행하는 제 3 단계; 상기 예측전력으로부터 목표전력을 초과한 오프판단 초과전력을 산출하는 제 4 단계; 상기 예측전력으로부터 목표전력의 차를 구하여 목표판단 초과전력을 산출하고, 상기 목표판단 초과전력에 대해서 다수의 발전기 및 ESS로 구성된 비상 발전 전력 공급부로 제어신호를 출력하여 해당 목표판단 초과전력에 해당하는 발전기 및 ESS를 구동하여 출력하도록 제어하는 제 5 단계; 상기 피크전력제어 실행 중 전력의 상승 추이와 계속되는 진행 과정을 분석하여 설정된 동기시간 동안의 동기와 피크 자료를 분석하여 피크전력 제어명령을 유지할지, 아니면 제어명령을 해제할지를 분석하여 예측전력이 목표값을 초과하고, 현재전력이 기준 전력을 초과할 경우 설정된 동기시간의 동기에 관계없이 피크전력 제어명령을 계속 유지하고, 예측전력이 목표값을 초과하지 않고 현재전력이 기준 전력을 초과하지 않을 경우 피크전력 제어명령을 해제할지를 판단하는 제 6 단계; 상기 예측전력이 목표값을 초과하지 않고 현재전력이 기준전력을 초과하지 않으면 설정된 시간의 동기가 다시 시작되고, 설정된 동기시간의 한계 직전에 근접하게 설정된 임의의 제 3 계측시간이 지나도 예측전력이 목표값을 초과하지 않고 현재전력이 기준전력을 초과하지 않는 상황이 계속유지 될 경우 피크전력 제어명령을 해지하는 제 7 단계; 상기 피크가 안정되었으면 피크전력제어를 종료시키고, 피크전력제어가 종료된 다음 다시 피크전력이 상승하면 상기 제 1 단계 내지 제 7 단계의 순서를 반복하여 실행하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예에 의한 피크전력 제어 시스템 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 일정한 주기로 상승 곡선과 하강 곡선을 나타내는 피크 곡선의 변동을 감지하여 다수의 부하에 피크제어 해제 또는 유지명령을 순차적으로 진행함으로써 에너지 낭비를 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 일반적인 피크전력 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 의한 피크전력 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도
도 3은 도 2의 피크전력 제어 시스템에서 피크 전력제어 선도
도 4는 본 발명에 의한 피크전력 제어방법을 설명하기 위한 순서도
도 5는 도 4의 피크전력 제어방법을 보다 구체적으로 나타낸 순서도

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명에 의한 피크전력 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

본 발명에 의한 피크전력 제어 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 한전전력을 공급하는 전력 공급부(110)와, 상기 전력 공급부(110)로부터 공급된 한전전력을 수급받아 사용하는 다수의 부하(120)와, 상기 전력 공급부(110)와 부하(120) 사이에 설치되어 상기 부하(120)의 목표전력, 예측전력, 현재전력, 기준전력을 전달받아 상기 전력 공급부(110)를 통해 공급된 한전전력과 비교 분석하여 피크전력의 발생 유무를 검출하는 피크전력 검출부(130)와, 상기 피크전력 검출부(130)에서 검출된 검출 정보에 따라 상기 전력 공급부(110)를 통해 상기 부하(120)로 공급되는 전력량을 제어하는 피크전력 제어기(140)와, 상기 피크전력 제어기(140)의 제어를 받아 동작하여 상기 부하(120)에 필요한 전력을 공급하는 다수의 발전기(발전기 1, 발전기 2, 발전기 3) 및 ESS(ESS 1, ESS 2, ESS 3)로 이루어진 비상 발전 전력 공급부(150)를 포함하고, 상기 피크전력 제어기(140)는 상기 부하(120)의 목표전력을 초과한 목표판단 초과전력을 산출하고 상기 산출된 목표판단 초과전력에 따라 상기 비상 발전 전력 공급부(150)를 구성하는 각 발전기및 ESS를 순차 제어하여 상기 부하(120)에 필요한 목표판단 초과전력을 제공하고 있다.

여기서, 상기 피크전력 검출부(130)는 상기 부하(120)의 전력 사용량에 대한 상승이 일어나면 상기 피크전력 검출부(130)에 저장된 각 부하(120)의 예측전력으로부터 목표전력을 초과했는지를 분석하고 현재전력이 기준전력을 초과했는지를 분석하여 피크전력의 발생 유무를 판단하게 된다.

즉, 상기 피크전력 검출부(130)는 상기 부하(120)에서 사용되는 전력의 사용량 증가에 따라 피크 상승이 일어나면 예측전력으로 피크 목표전력을 초과하는지를 분석하고 현재전력이 기준전력을 초과하는지를 분석하여 일정 계측기간내에 목표전력과 예측전력, 기준전력과 현재전력의 데이터를 비교 분석하여 상기 예측전력이 목표전력을 초과하여 현재전력이 기준전력을 초과할 경우에 상기 피크전력 제어기(140)에 피크전력 제어신호를 출력하게 된다.

상기 비상 발전 전력 공급부(150)를 구성하는 다수의 발전기는 발전용량을 동일하게 설치되거나 발전용량을 서로 다르게 설치할 수가 있고, 상기 ESS는 동일한 저장용량이거나 서로 다른 저장용량으로 설치할 수가 있다.

예를 들면, 상기 발전기를 50kw, 100kw, 120kw로 각각 설치하고, 상기 ESS를 20kw, 30kw, 50kw로 각각 설치할 경우, 상기 초과한 피크전력값이 100kw일 때 상기 피크전력 제어기(140)는 상기 ESS만을 동작시켜 필요한 전력을 부하(120)에 공급하거나 상기 발전기 중 100kw 용량을 갖는 발전기만을 구동하여 필요한 전력을 부하(120)에 공급할 수도 있다.

한편, 상기 피크전력 제어기(140)는 상기 발전기 또는 ESS 중 우선 순위를 둔 상태에서 초과한 피크전력값에 해당하는 용량을 조합하여 부하(120)에 공급할 수가 있다. 이때 상기 피크전력 제어기(140)는 상기 다수의 발전기 또는 ESS를 순환 구동하도록 제어함으로써 발전기 및 ESS의 수명을 한층더 향상시킬 수 있다.

즉, 본 발명은 예측전력으로부터 목표전력을 산출하여 목표판단 초과전력을 산출하고, 능동적으로 목표판단 초과전력에 해당하는 전력을 발전기와 ESS를 조합하여 상기 부하(120)에 공급하고 변화하는 목표판단 초과전력에 따라 다양한 그룹을 선택하여 한전 피크전력에 대처할 수 있다.

또한, 상기 피크전력 제어기(140)는 이미 프로그램되어 그룹화를 이룬 상태에서 원하는 릴레이 스위치 즉, ① ESS 1, ② ESS 1 + ESS 2 + ESS 3, ③ ESS 1 + ESS 2 + 발전기 1, ④ ESS 2 + 발전기 1 + 발전기 2, ⑤ ESS 3 + 발전기 3, ⑥ 발전기 1 + 발전기 2 + 발전기 3과 같이 발전기와 ESS를 혼합 또는 단독으로 제어하면 순환 구동할 수 있도록 그룹화하여 선택할 수가 있다. 이때 상기 발전기와 ESS를 선택하여 그룹화하는 것은 전력 사용량에 따라 임의로 선택하여 사용할 수가 있다.

도 4는 본 발명에 의한 피크전력 제어방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5는 도 4의 피크전력 제어방법을 보다 구체적으로 나타낸 순서도이다.

본 발명에 의한 피크전력 제어방법은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 전력 공급자의 계량기로부터 설정된 동기시간 동안 동기 펄스를 입력하고, 피크 누적값을 분석하여 상기 동기시간의 범위 내에서 임의로 설정된 제 1 계측시간동안에 피크전력의 상승이 일어나는지를 감지한다(제 1 단계).

여기서, 피크전력제어의 동기시간(t)는 한전에서 설정되는 15분 즉 0초 < t < 900초로 하여 설명한다.

상기 제 1 단계는 프로그램에서 제어 대상을 자동으로 설정하여 피크전력제어 준비(AUTOSEL=1)(step1)를 하고, 피크전력 제어기에서 전송되는 데이터 중 동기시간인 0초 < t < 900초 범위 내에서 임의로 설정된 조건인 제 1 계측시간(180초 < 동기시간(t) < 840초)에서 공급되는 전력을 실시간으로 분석한다(step2).

여기서, 임의로 설정된 제 1 계측시간을 180초 < 동기시간(t) < 840초 조건에서 분석을 하는 이유는 피크전력 제어시간 15분(900초) 지점을 현재 시점에서 예측하기 위해서 예측전력이라는 계산법으로 예측을 하게 되는데, 예측전력 계산법은 1초 시점에서 급격히 불안정한 예측값을 나타내다가 동기시간(t)이 지날수록 점차 안정화되다가 180초 이전 시점에서 더욱 안정된 값이 되어 정확한 예측이 가능하기 때문이다.

이어서, 상기 피크전력의 상승이 일어나면 예측전력으로 피크 목표값을 초과하는지를 분석하고, 현재전력이 기준전력을 초과하는지를 분석한다(제 2 단계).

여기서, 상기 제 1 단계에서 피크 상승이 일어나면 예측전력(F)으로 오프(off)판단 목표전력(K)을 초과했는지를 분석하고, 현재전력(P)이 기준전력(S)을 초과하는지를 함께 분석한다.

이어서, 상기 예측전력이 목표전력을 초과하고, 현재전력이 기준 전력을 초과할 경우 피크전력 제어명령을 실행한다(제 3 단계).

여기서, 상기 제 1 계측시간(180초 < 동기시간(t) < 840초) 조건이 되면 피크전력제어기에서 전송되는 목표전력(D)과 예측전력(F), 기준전력(S)과 현재전력(P)의 데이터를 비교 분석한다(step3).

상기 제 2 단계에서 예측전력이 목표전력을 초과하고, 현재전력이 기준전력을 초과할 경우 피크전력 제어명령을 실행하는 제 3 단계는, 상기 제 2 단계에서 목표전력(D) < 예측전력(F)이고, 기준전력(S) < 현재전력(P)이 동시에 성립되는지 분석하여 성립이 되면 피크전력 제어를 시작하는 명령를 내리고(AUTO START=1)(step4), 성립이 되지 않으면 제 1 계측시간 조건으로 공급되는 전력을 실시간으로 분석하는 과정(step2)으로 되돌아가 목표전력(D) < 예측전력(F)이고, 기준전력(S) < 현재전력(P)이 성립될 때까지 반복한다.

이어서, 상기 예측전력으로부터 목표전력을 초과한 오프판단 초과전력(K)을 산출한다(제 4 단계).

여기서, 상기 제 3 단계에서 피크전력제어 실행 중 전력의 상승 추이와 계속되는 진행 과정을 분석하여 설정된 동기시간 동안의 동기와 피크 자료를 분석하여 피크전력 제어명령을 유지할지, 아니면 제어명령을 해제할지를 분석하는 제 4 단계는 피크전력 제어명령(AUTO START=1)(step4)이 시작되면 피크전력 제어기에서 전송되는 데이터와 부하에서 전송되는 데이터를 분석하여 오프판단 초과전력(K)을 산출한다(step5).

여기서, 상기 오프판단 초과전력(K)는 피크전력제어시 설정된 목표전력(D)에서 현재 실제로 사용하고 있는 부하전력(kW)의 차이(K = D - kW)를 계산한 값으로 앞으로 피크전력제어 종료시점을 산출하는 중요한 데이터가 된다.

이어서, 상기 예측전력(F)으로부터 목표전력(D)의 차를 구하여 목표판단 초과전력(D)을 산출(R = F - D)(step6)하고, 상기 목표판단 초과전력(R)에 대해서 다수의 발전기 및 ESS로 구성된 비상 발전 전력 공급부로 제어신호를 출력하여 해당 목표판단 초과전력(R)에 해당하는 발전기 및 ESS를 구동하여 출력하도록 제어한다(제 5 단계).

여기서, 상기 목표판단 초과전력(R)은 피크전력으로 발생으로 인하여 피크 절감을 위해 다른 전력 공급수단으로부터 공급되는 전력량이다.

이어서, 상기 산출된 목표판단 초과전력(R)이 제 2 계측시간(240초 < 동기시간(t) < 840초) 사이(step7)에서 목표전력(여기서, 0으로 한다)보다 큰지 작은지를 판단한다(step8).

이때 상기 목표판단 초과전력(R)이 "0"보다 클 때 3개로 그룹화된 제어 1에 피크전력제어기는 제어신호를 인가하여 상기 목표판단 초과전력(R)을 출력하게 된다. 그리고 상기 제어 1의 동작에 의해 다시 목표판단 초과전력(D1)이 "0"보다 큰지 여부를 판단하여 "0"보다 클 경우에는 제어 2에 피크전력제어기는 제어신호를 인가하여 전력을 출력하게 된다. 계속해서 제어 2에 의해 다시 목표판단 초과전력(D2)이 "0"보다 큰지 여부를 판단하여 제어 3에 피크전력제어기는 제어신호를 인가하여 필요한 전력을 공급하게 된다.

이와 같이, 상기 목표판단 초과전력(R)에 해당하는 만큼 다수의 그룹으로 분리하여 피크전력량에 따라 제어 1, 제어 2, 제어 3을 통해 필요한 전력을 공급한다.

예를 들면, 피크제어 대상을 20kW 1개, 50kW 2개, 80kW 2개, 120kW 1개, 200kW 1개로 분리하여 한전피크전력이 100kW가 발생하면 50kW 2개를 투입하여 대응하고, 150kW가 발생하면 120kW 1개와 50kW 1개를 투입하여 대응하여 불필요한 용량투입이나 초과되는 용량을 미리 대비하여 준비할 수가 있다. 이때 상기 각 용량은 발전기 또는 ESS의 용량(kW)을 나타내고 있다.

그리고 상기 목표판단 초과전력이 "0"보다 작을 때는 제어 3, 제어 2, 제어 1의 순서대로 OFF하게 된다.

한편, 일반적으로 피크전력발생이 되면 1개 또는 1그룹의 제어대상을 기준으로 한전전력의 추이를 분석하여 1개 또는 1그룹의 부하용량이 한전전력피크 상승용량의 크기와 상관없이 미리 정해진 용량을 기준으로 피크제어를 실시하였다. 예를 들어, 피크상승용량이 100kW이고 이미 정해진 피크제어 대상용량이 200kW라면 피크상승이 100kW이더라도 제어대상을 200kW을 투입 또는 차단할 수 밖에 없었다.

즉, 이미 정해진 200kW가 넘어서는 한전피크전력이 발생해도 200kW이상을 투입할 수 없는 상황이 발생하였고, 피크상승전력에 따라 능동적으로 상승한만큼 그리고 변화되는 양에 따라 대체 부하를 선택하여 공급할 수가 없었다.

한편, 피크전력발생시 제어 1, 제어 2, 제어 3의 순으로 제어하며, 1차 피크명령 ON 후 2차 피크명령은 피크 확인을 위해 약 5초 대기후 명령실행 여부를 판단한다. 즉, 상기 제어 1에서 제어 2로부터 넘어가는 시간은 약 5초가 지난 후에 제어가 이루어진다.

이어서, 상기 피크전력제어 실행 중 전력의 상승 추이와 계속되는 진행 과정을 분석하여 설정된 동기시간 동안의 동기와 피크 자료를 분석하여 피크전력 제어명령을 유지할지, 아니면 제어명령을 해제할지를 분석하여 예측전력이 목표전력을 초과하고, 현재전력이 기준전력을 초과할 경우 설정된 동기시간의 동기에 관계없이 피크전력 제어명령을 계속 유지하고, 예측전력이 목표전력을 초과하지 않고 현재전력이 기준전력을 초과하지 않을 경우 피크전력 제어명령을 해제할지를 판단한다(제 6 단계).

여기서, 상기 오프판단 목표전력(K)이 상기 예측전력보다 큰지 작은지를 다시 판단하여 K > F 일때는 다시 step4와 step5사이로 돌아가 반복적인 동작을 하게 된다(step10).

즉, 상기 제 5 단계에 따라 예측전력(F)가 오프판단 목표전력(K)를 초과하고, 현재전력(P)가 기준전력(S)을 초과할 경우 설정된 동기시간의 동기에 관계없이 피크전력 제어명령을 계속 유지하고, 오프판단 목표전력(K)가 계산되고 임의로 설정된 계측시간에 오프판단 목표전력(K)과 예측전력(F)를 비교한다. 상기 5 단계에 따라 예측전력(F)가 오프판단 목표전력(K)을 초과하지 않고 현재전력(P)가 기준전력을 초과하지 않을 경우 피크전력 제어명령을 해제할지를 판단하기 위하여 오프판단 목표전력(K) > 예측전력(F)의 조건이 성립하는지를 분석한다(step10).

여기서, 피크하강시에는 피크의 재상승시 재투입 문제를 방지하기 위하여 동기 0초에서 990초 사이에 10초마다 피크상태를 분석하고, 계속적인 하강이 있을 경우 피크차단 명령을 실행한다. 만약, 60초다마 피크분석 중 1회라도 피크가 상승하면 피크제어 off 명령대기를 해제하고 다음 동기시간도 동일 분석을 반복적으로 행한다.

이어서, 상기 예측전력이 목표전력을 초과하지 않고 현재전력이 기준전력을 초과하지 않으면 설정된 시간의 동기가 다시 시작되고, 설정된 동기시간의 한계 직전에 근접하게 설정된 임의의 제 3 계측시간이 지나도 예측전력이 목표전력을 초과하지 않고 현재전력이 기준전력을 초과하지 않는 상황이 계속유지 될 경우 피크전력 제어명령을 해지한다(제 7 단계).

여기서, 상기 예측전력(F)가 오프판단 목표전력(K)를 초과하지 않고 현재전력(P)이 기준전력(S)을 초과하지 않으면 설정된 시간의 동기가 다시 시작되고, 임의의 계측시간이 지나도 예측전력(F)이 오프판단 목표전력(K)을 초과하지 않고 현재전력(P)이 기준전력(S)을 초과하지 않는 상황이 계속유지도리 경우 피크전력 제어명령을 해지하는 제 6 단계는 오프판단 목표전력(K) > 예측전력(F)의 조건이 성립되면 피크전력 제어 종료 1차준비(DEMAND BIT = 1)(step11)를 행하여 부하를 정지시키고, 상기 오프판단 목표전력(K) > 예측전력(F)의 조건이 성립되지 않으면 상기 오프판단 목표전력(K)을 분석하는 과정(step5)을 돌아가서 오프판단 목표전력(K) > 예측전력(F) 조건이 성립될 때까지 반복한다.

만약, 위의 순서에서 오프판단 목표전력(K)의 산출이 잘못되면 피크가 완전히 하강하지 않았는데 하강한 것으로 판단하여 피크전력제어를 종료하자마자 피크가 상승하여 피크전력제어를 다시 실행하는 오류가 발생한다.

그리고 피크전력제어 종료 1차 준비((DEMAND BIT = 1)가 되어 설정된 동기시간(t)의 한계 직전에 근접하게 임의로 설정된 계측시간(840초 < t < 900초) 조건이 되면(step12), 상기 오프판단 목표전력(K)와 예측전력(F)를 비교하여 오프판단 목표전력(K) > 예측전력(F)의 조건 성립을 다시 분석한다(step13).

그리고 상기 피크가 안정되었으면 피크전력제어를 종료시키고, 피크전력제어가 종료된 다음 다시 피크전력이 상승하면 상기 제 1 단계 내지 제 7 단계의 과정을 반복하여 실행한다(제 8 단계).

여기서, 상기 오프판단 목표전력(K) > 예측전력(P) 조건이 성립되면 피크전력제어 종료 2차 준비(DEMAND BIT = 2)를 카운트(step14)하여 부하를 정지시키고 피크전력제어를 종료(AUTO START = 0)하며(step15), 다시 피크전력이 상승하여 피크전력제어가 필요하게 되면 피크전력제어를 준비(AUTOSEL = 1)로 하는 step1로 되돌아간다.

그러나 840초 < t < 900초의 계측시간 조건(step12)이 성립되지 않거나 오프판단 목표전력(K) > 예측전력(P)의 조건(step10)이 성립되지 않으며 피크전력제어종료 1차 준비((DEMAND BIT = 1)(step11)로 되돌아가 오프판단 목표전력(K) > 예측전력(P) 조건이 될 때까지 2회 반복한다.

그런데 2회 반복해도 오프판단 목표전력(K) > 예측전력(P) 조건(step10)이 만족하지 않으면 피크가 다시 상승한 것으로 판단하여 피크전력 제어종료 1차 준비(DEMAIND BIT = 1)(step11)를 해제하고 오프판단 목표전력(K)을 분석하는 step5로 돌아가서 step15까지의 과정을 반복한다.

이와 같은 본 발명은 한전계량기로부터 15분 동기 펄스를 입력하여 제어 명령을 실행하면서, 피크상승 추이와 계속되는 진행과정을 분석하여 15분 동기를 분석하고 피크자료를 분석하여 피크제어 명령을 유지할지 아니면 제어명령을 해제할지 분석하여 예측전력이 목표전력을 초과하고, 현재전력이 기준전력을 초과할 경우 15분 동기에 관계없이 피크제어 명령을 계속 유지하고, 예측전력이 목표전력을 초과하지 않고 현재전력이 기준전력을 초과하지 않을 경우 피크제어 명령을 해제할지 판단하여 15분 동기가 다시 시작되고 180초가 지나도 예측전력이 목표전력을 초과하지 않고 현재전력이 기준전력을 초과하지 않는 상황이 계속유지 될 경우에는 피크제어 명령을 해지시키게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명에 의한 피크전력 제어방법이 구현되는 실시예에 의하면, 오전 10시부터 12시, 그리고 오후 1시부터 4시까지가 피크전력의 최대치를 나타낼 경우에, 오전 10시에 전력 피크가 상승할 때에 장비를 OFF해서 12시에 ON을 하고, 다시 1시에 OFF을 한 다음 4시에 ON을 할 수 있는 시스템을 구현할 수 있게 된다.

따라서 피크전력제어기에서 한전관련 신호 및 데이터를 받아 피크전력제어의 시점을 산출하고, 15분 동안 한전 동기에 따르는 피크전력제어를 진행하다가 실시간으로 한전 전력의 최종 피크 하강시점을 분석 산출하여 피크전력제어를 종료함으로서, 기존의 15분마다 반복적으로 재기동을 함에 따르는 부하에 의한 장비의 부담 및 과부하를 예방하여 장비를 보호하고, 피크전력제어의 효율을 최대화 할 수 있는 기능을 지원한다.

따라서, 본 발명에 의한 피크전력 제어방법은 피크전력제어기에서 한전 관련 신호 및 데이터를 받아 피크전력제어의 시점을 산출하고, 15분 한전 동기에 피크전력제어를 진행하다가 실시간으로 한전 전력의 최종 피크 하강시점을 분석 산출하여 피크전력제어를 종료함으로서, 기존의 15분 동안 반복적인 리셋(RESET)에 따른 장비의 부담 및 과부하를 예방하여 장비를 보호하고, 피크전력제어의 효율을 최대화 할 수 있는 기능을 지원하는 것이다.

본 발명의 피크전력 제어방법에 의하면 종래에 일정한 동기시간 동안에 OFF와 ON을 반복하여야만 했던 피크전력제어의 한계를 해결할 수 있어서, 기존 기술과는 달리 피크전력제어 실현에 필요한 기능을 모두 가지고, 보다 효율적으로 피크전력제어를 실현할 수 있는 방법을 제공하며, 에어컨, 공조기, 모터, 발전기 등 여러 분야에서 시스템의 특성에 맞게 피크전력제어를 할 수 있도록 구성 및 응용할 수 있다.

110 : 전력 공급부 120 : 부하
130 : 피크전력 검출부 140 : 피크전력 제어기
150 : 비상 발전 전력 공급부

Claims (6)

1. 한전으로 전력을 공급하는 전력 공급부와,
   상기 전력 공급부로부터 공급된 전력을 수급받아 사용하는 다수의 부하와,
   상기 전력 공급부와 부하 사이에 설치되어 상기 부하의 목표전력, 예측전력, 현재전력, 기준전력을 전달받아 분석하여 피크전력의 발생 유무를 검출하는 피크전력 검출부와,
   상기 피크전력 검출부에서 검출된 검출 정보에 따라 상기 전력 공급부를 통해 상기 부하로 공급되는 전력량을 제어하는 피크전력 제어기와,
   상기 피크전력 제어기의 제어를 받아 동작하여 상기 부하에 필요한 전력을 공급하는 다수의 발전기 및 ESS를 포함하여 이루어진 비상 발전 전력 공급부와,
   상기 피크전력 제어기는 피크전력 발생시에 예측전력에서 목표전력을 초과한 목표판단 초과전력을 산출하고 상기 산출된 목표판단 초과전력에 따라 상기 비상 발전 전력 공급부를 구성하는 각 발전기 및 ESS를 순차 제어하여 상기 부하에 필요한 목표판단 초과전력을 제공하는 것을 특징으로 하는 피크전력 제어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 발전기의 설치용량이 서로 상이하고, 상기 다수의 ESS의 저장용량이 상이한 것을 특징으로 하는 피크전력 제어 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 피크전력 제어기는 상기 비상 발전 전력 공급부를 구성하는 다수의 발전기 및 ESS를 다수의 그룹으로 그룹화하여 순환 구동하는 것을 특징으로 하는 피크전력 제어 시스템.
4. 전력 공급자의 계량기로부터 설정된 동기시간 동안 동기 펄스를 입력하고, 피크 누적값을 분석하여 상기 동기시간의 범위 내에서 임의로 설정된 제 1 계측시간동안에 피크전력의 상승이 일어나는지를 감지하는 제 1 단계;
   상기 피크전력의 상승이 일어나면 예측전력으로 피크 목표값을 초과하는지를 분석하고, 현재전력이 기준전력을 초과하는지를 분석하는 제 2 단계;
   상기 예측전력이 목표전력을 초과하고, 현재전력이 기준 전력을 초과할 경우 피크전력 제어명령을 실행하는 제 3 단계;
   상기 예측전력으로부터 목표전력을 초과한 오프판단 초과전력을 산출하는 제 4 단계;
   상기 예측전력으로부터 목표전력의 차를 구하여 목표판단 초과전력을 산출하고, 상기 목표판단 초과전력에 대해서 다수의 발전기 및 ESS로 구성된 비상 발전 전력 공급부로 제어신호를 출력하여 해당 목표판단 초과전력에 해당하는 발전기 및 ESS를 구동하여 출력하도록 제어하는 제 5 단계;
   상기 피크전력제어 실행 중 전력의 상승 추이와 계속되는 진행 과정을 분석하여 설정된 동기시간 동안의 동기와 피크 자료를 분석하여 피크전력 제어명령을 유지할지, 아니면 제어명령을 해제할지를 분석하여 예측전력이 목표값을 초과하고, 현재전력이 기준 전력을 초과할 경우 설정된 동기시간의 동기에 관계없이 피크전력 제어명령을 계속 유지하고, 예측전력이 목표값을 초과하지 않고 현재전력이 기준 전력을 초과하지 않을 경우 피크전력 제어명령을 해제할지를 판단하는 제 6 단계;
   상기 예측전력이 목표값을 초과하지 않고 현재전력이 기준전력을 초과하지 않으면 설정된 시간의 동기가 다시 시작되고, 설정된 동기시간의 한계 직전에 근접하게 설정된 임의의 제 3 계측시간이 지나도 예측전력이 목표값을 초과하지 않고 현재전력이 기준전력을 초과하지 않는 상황이 계속유지 될 경우 피크전력 제어명령을 해지하는 제 7 단계;
   상기 피크가 안정되었으면 피크전력제어를 종료시키고, 피크전력제어가 종료된 다음 다시 피크전력이 상승하면 상기 제 1 단계 내지 제 7 단계의 순서를 반복하여 실행하는 것을 특징으로 피크전력 제어방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 5 단계는 상기 발전기 및 ESS를 순차 구동 제어하는 것을 특징으로 하는 피크전력 제어방법.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 목표판단 초과전력이 목표전력을 초과했을 때 상기 발전기 및 ESS를 다수개로 그룹화하여 하나의 그룹 또는 다수의 그룹을 병합하여 초과된 목표판단 초과전력만큼 출력하여 피크전력에 대응하는 것을 특징으로 하는 피크전력 제어방법.

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