KR20190098724A - 지역 기반 에너지 저장 장치의 제어 시스템 및 이를 이용한 에너지 관리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지 저장 장치의 제어 시스템을 개시한다. 보다 상세하게는 본 발명은 매시간 피크에 대응하여 실시간으로 충, 방전량을 제어하는 지역 기반 에너지 저장 장치의 제어 시스템 및 이를 이용한 에너지 관리 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 각 지역별 동일 구내 수용가 중 실제 실측 부하값이 부하 예측값의 임계치를 벗어난 경우, 수용가별 비교를 통해 편차값을 산출하고, 이에 기초하여 방전량을 조정함으로써 지역내 복수의 에너지 저장 장치간 효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Description

지역 기반 에너지 저장 장치의 제어 시스템 및 이를 이용한 에너지 관리 방법{SYSTEM FOR CONTROLLING ENERGY STORAGE SYSTEM BY REGIONAL GROUP AND METHOD FOR MANAGING ENERGY USING THE SAME}

본 발명은 에너지 저장 장치의 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 매시간 피크에 대응하여 실시간으로 충, 방전량을 제어하는 지역 기반 에너지 저장 장치의 제어 시스템 및 이를 이용한 에너지 관리 방법에 관한 것이다.

최근, 신재생 에너지 분야와 관련하여 에너지 저장 장치(ESS; Energy Storage System)에 대한 관심이 증가하고 있다. 에너지 저장 장치는 현재 산업 발전에 따라 해마다 지속적으로 증가하는 수용가의 전력수요를 감당하기 위해 전력 계통에서 남은 전기를 저장한 후, 필요한 시점에 이를 이용함으로써 에너지를 효율적으로 이용하는 시스템을 가리킨다.

일반적으로, 에너지 저장 장치는 야간과 같은 경부하가 발생하는 시점에는 유휴 전력을 저장하고, 중부하가 발생하는 시점에서는 저장된 유휴 전력을 이용함으로써, 부하 평준화와 주파수 제어를 통한 전력 품질의 최적화에 기여할 수 있다.

이러한 에너지 저장장치는, 현재 활발하게 개발되고 있는 신재생 에너지원을 고품질 전력으로 전환한 이후, 전력 망에 연결하는데 핵심적인 역할을 수행할 것으로 기대되고 있다.

이에 따라, 에너지 저장 장치를 통해 전력을 효율적으로 사용하기 위한 다양한 방안들이 제안되고 있다. 일 예로서, 배터리 충전 또는 방전 제어 신호에 따라, 계통, 배터리 및 부하간의 전력 관계에 기초하여 에너지 저장 장치의 운전 모드를 결정 및 이에 따라 에너지 저장 장치를 운용하는 방법이 있다. 이러한 방법에 따르면 피크컷(Peak Cut)을 기준으로 배터리의 충방전 시점을 설정하고, 제어 신호에 따라 배터리를 충전 또는 방전시키게 된다.

그러나, 배터리의 충방전 시점을 결정하는 피크컷은 전년도의 데이터에 의해 계산된 부하 예측값을 토대로 산출된 피크전력에 따라 결정되고 기본요금이 정해지게 된다.

또한, 에너지 저장 장치는 실시간 부하 상황과는 무관하게 설계된 피크컷 값에 의한 고정된 방전량으로 방전 구동됨에 따라, 부하 사용에 대한 전력 피크(peak)를 제대로 낮추지 못하는 한편, 에너지 저장 장치의 활용률을 최대화 하지 못하는 한계가 있다.

공개특허공보 제10-2016-0082641호(공개일자: 2016.07.08.)

본 발명은 전술한 과제를 달성하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 부하 예측값이 아닌, 실시간 부하를 실측하고 이를 통해 도출된 실측값에 기초하여 에너지 저장 장치의 방전량 및 충전 시점을 가변적으로 적용하는 장치의 제어 시스템 및 이를 이용한 에너지 관리 방법을 제공하는 데 과제가 있다.

또한, 본 발명은 지역별 편차를 갖는 피크 전력에 대하여 각 지역 내 동을 구내의 전력 사용 특성에 따라 배터리의 방전량을 유동적으로 제어함으로써 그 효율을 극대화하는 데 과제가 있다.

전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템은, 동일 구내에 포함된 둘 이상의 수용가에 설치되는 에너지 저장 장치의 제어 시스템으로서, 매 시간별 부하값을 실시간으로 실측하는 측정부, 과거 데이터에 기초하여 부하 예측값을 생성하는 예측부, 상기 부하 예측값에 따른 부하 프로파일을 생성하고, 상기 부하 프로파일을 이용하여 피크컷을 설정하고, 피크컷 대비 현재 부하값에 따라 에너지 저장 장치의 시간별 충전량 또는 방전량을 산출하는 전력 산출부, 산출된 충전량 또는 방전량에 따라, 상기 에너지 저장 장치를 충전 또는 방전 구동하는 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부, 동일 구내 하나 이상의 타 수용가와 연결되어 상기 타 수용가의 방전량을 수신하는 통신부, 당해 수용가 및 타 수용가간 방전량을 비교하여 편차값을 생성하는 비교부 및 상기 편차값에 따라 산출된 충전량 또는 방전량을 조정하는 방전량 조정부를 포함할 수 있다.

상기 타 수용가는 당해 수용가와 상위 또는 하위 계층으로 공통 연결점을 통해 연결되고, 상기 방전량 조정부는, 당해 수용가 대비 하위 계층의 타 수용가의 방전량이 큰 경우, 상기 편차값에 대응하여 방전 구동 할 수 있다.

상기 전력 산출부는, 부하 예측값 대비 현재 부하값이 기 설정된 임계치를 벗어나 높을 경우 상기 피크컷을 상향 조정하며, 부하 예측값 대비 현재 부하값이 기 설정된 임계치를 벗어나 낮을 경우 상기 피크컷을 하향 조정하고, 상기 방전량 조정부의 요청에 따라, 산출한 충전량 또는 방전량을 상기 편차값에 따라 증감할 수 있다.

상기 방전량 조정부는, 동일 구내 수용가 중, 에너지 저장 장치가 설치되지 않는 수용가의 수에 대응하여 상기 방전량을 상향 조정할 수 있다.

상기 제어신호 생성부는 상기 전력 산출부에 의한 부하패턴을 분석결과, 복수의 전력 피크가 존재하는 M형 피크 집중형 패턴일 경우, 복수의 전력 피크 사이 기간 동안 상기 에너지 저장 장치를 충전 구동하는 제어신호를 생성하고, 상기 방전량 조정부는, 상기 편차값에 대응하여 상기 복수의 전력 피크 중, 어느 하나의 시점에 충전량 또는 방전량을 조정할 수 있다.

또한, 전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양태의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템을 이용한 에너지 관리 방법으로서, 과거 데이터에 기초하여 부하 예측값을 생성하는 단계, 상기 부하 예측값에 따른 부하 프로파일을 생성하고, 상기 부하 프로파일을 이용하여 피크컷을 설정하는 단계, 부하값을 실시간으로 실측하는 단계 및 상기 부하 예측값과 현재 부하값이 기설정된 임계치 이내이고, 현재 부하값과 피크컷을 비교하여 현재 부하값이 피크값을 초과하면 상기 에너지 저장 장치를 방전 구동하고, 그렇지 않으면 상기 에너지 저장 장치를 충전 구동하는 단계를 포함하고, 동일 구내 하나 이상의 타 수용가와 연결되어 상기 타 수용가의 방전량을 수신하는 단계, 당해 수용가 및 타 수용가간 방전량을 비교하여 편차값을 생성하는 단계 및 상기 편차값에 따라 산출된 충전량 또는 방전량을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 편차값에 따라 산출된 충전량 또는 방전량을 조정하는 단계는, 당해 수용가의 방전량보다 하위 계층의 타 수용가의 방전량이 큰 경우, 상기 편차값에 대응하여 방전량을 상향 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 당해 수용가의 방전량보다 하위 계층의 타 수용가의 방전량이 큰 경우, 상기 편차값에 대응하여 방전량을 상향 조정하는 단계는, 동일 구내 수용가 중, 에너지 저장 장치가 설치되지 않는 수용가의 수에 대응하여 상기 방전량을 상향 조정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전력망에서 실시간으로 부하값을 실측하고, 부하 실측값에 기초하여 에너지 저장 장치의 배터리의 방전량을 산출 및 방전 구동하도록 제어하고, 충, 방전시점을 가변함으로써 에너지 저장 장치의 활용률을 극대화하고, 전기 사용료를 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 각 지역별 동일 구내 수용가 중 어느 하나가 실제 실측 부하값이 일정수준 이상 급격히 증가한 경우, 수용가별 비교를 통해 편차값을 산출하고, 이에 기초하여 타 수용가의 방전량을 조정함으로써 지역내 복수의 에너지 저장 장치간 효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템이 적용되는 전력망의 전체 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템이 적용된 하나의 수용가에 대한 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템의 연결 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템의 구조를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템을 이용한 에너지 관리 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템이 적용된 전력망의 시간별 부하값에 대한 그래프의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템이 적용된 전력망의 시간별 부하값에 대한 그래프의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템이 적용된 전력망의 시간별 부하값에 대한 그래프의 일 예를 나타낸 도면이다.

설명에 앞서, 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "구비" 또는 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부(Unit)", "...장치(Device)", "...시스템(System) 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어, 소프트웨어 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 "실시예"라는 용어는 예시, 사례 또는 도해의 역할을 하는 것을 의미하나, 발명의 대상은 그러한 예에 의해 제한되지 않는다. 또한, "포함하는", "구비하는", "갖는" 및 다른 유사한 용어가 사용되고 있으나, 청구범위에서 사용되는 경우 임의의 추가적인 또는 다른 구성요소를 배제하지 않는 개방적인 전환어(Transition word)로서 "포함하는(Comprising)"이라는 용어와 유사한 방식으로 포괄적으로 사용된다.

본 명세서에 설명된 다양한 기법은 하드웨어 또는 소프트웨어와 함께 구현될 수 있거나, 적합한 경우에 이들 모두의 조합과 함께 구현될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "...부", "...장치" 및 "...시스템" 등의 용어는 마찬가지로 컴퓨터 관련 엔티티(Entity), 즉 하드웨어, 하드웨어 및 소프트웨어의 조합, 소프트웨어 또는 실행 시의 소프트웨어와 등가로 취급할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 서버 또는 단말에서 실행되는 각 기능은 모듈단위로 구성될 수 있고, 하나의 물리적 메모리에 기록되거나, 둘 이상의 메모리 및 기록매체 사이에 분산되어 기록될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템 및 이를 이용한 에너지 관리 방법을 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템이 적용되는 전력망의 전체 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템이 적용된 하나의 수용가에 대한 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 발전소(계통)를 중심으로 국가 전력망과 연결되는 다수의 지역 전력망이 존재하고, 각 지역전력망은 다수의 서로 동일하거나, 또는 서로 다른 n(n은 자연수)차의 전력망 계층으로 연결되는 수용가들을 주 구성요소로 하는 전력망 시스템에서 각 n차 수용가에 설치되는 에너지 저장 장치의 제어 시스템을 개시하고 있다.

즉, 본 발명의 제어 시스템(100)은 계통(10), 에너지 저장 장치(20) 및 부하(30)로 이루어지는 지역전력망에 적용될 수 있다. 여기서, 지역전력망에 속하는 수용가는 지역전력망의 일 노드로서 공통 연결점을 통해 여러 부하가 계층화되어 연결될 수 있다. 일례로서, 동일 구내 수용가들을 동일 구내 하나의 변압기에 연결될 수 있고, n-1차 수용가는 상위 계층으로, n차 수용가는 n-1차 수용가의 하위 계층으로 연결될 수 있다.

그리고, 각 수용가는 에너지 저장 장치(Energy Storage System; ESS, 20)를 포함할 수 있으나, 모든 수용가가 이를 포함하는 것은 아니다.

또한, 계통(10)은 한국전력에서 운용하는 발전소 등 일 수 있고, 본 발명의 실시예에서 고려하는 전력망은 일반적인 상황에서 에너지의 흐름에 따라 계통(10)으로부터 부하(30)에 시간별로 에너지가 공급(s1)되고, 부하 예측값에 기초하여 설정된 피크컷에 따라 계통(10)으로부터 에너지 저장 장치(20)가 에너지를 충전(S2)하거나, 부하(30)로 방전(S3)할 수 있다.

에너지 저장 장치(20)는 정책에 따라 계통(10)으로부터 공급되는 에너지를 저장하거나, 충전된 에너지를 부하(30)로 방전할 수 있다. 특히, 에너지 저장 장치(20)는 방전 구동시, 제어 시스템에 의해 산출된 최적의 방전량에 따라 방전 구동을 수행함으로써 초과량의 발생을 최소화 할 수 있다.

제어 시스템(100)은 부하(30)에 대하여 과거 데이터를 이용하여 부하 예측값을 생성하며 이에 기초하여 피크컷을 설정할 수 있고, 피크컷에 대응하여 에너지 저장 장치(20)의 충, 방전 구동을 제어하되, 특히 전력망에 연결되어 각 수용가에 대한 현재 부하값을 실시간으로 실측하여 피크컷 초과 이후 구간에서 실측된 현재 부하값에 대응하여 방전량을 조정할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 에너지 저장 장치의 제어 시스템(100)은 각 수용가에서 에너지 저장 장치(20)의 방전 구동시 그 방전량을 가변함으로써 한정된 용량으로 요금 절감을 유도하는 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명의 실시에에 따른 에너지 제어 시스템(100)은 동일 지역 전력망에 연결되는 수용가 중, 일부의 수용가가 부하 예측값을 상당수준 벗어나 전력 소모가 상당할 것으로 추정되면, 동일 구내 수용자의 에너지 저장 장치의 운영을 탄력적으로 조정함으로써 각 지역의 전력 수급을 안정화 하게 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 각 수용가의 에너지 저장 장치의 제어 시스템을 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템의 연결 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템(100)은 지역전력망에 연결되는 동일 구내의 복수의 n차 수용가(node n)에 일부 또는 전부에 설치될 수 있고, 설치된 각 제어 시스템(100)은 별도의 통신망을 통해 서로 연결될 수 있다.

동일 구내 모든 수용가들(node 1 ~ node n)은 구내 하나의 변압기에 구내 전력선을 통해 공통 연결점으로 연결될 수 있고, 동일 구내 수용가들(node 1 ~ node n)이라 하더라도 어느 하나의 수용가, 일례로서 2차 수용가(node 2)에는 에너지 저장 장치가 설치되지 않음에 따라 제어 시스템(100)이 존재하지 않을 수 있다.

또한, 각 수용가들(node 1 ~ node n)은 동일 또는 계층으로 연결될 수 있다. 일례로서, 1차 수용가(node 1)는 상위 계층, 2차 수용가(node 2)는 하위 계층으로 연결될 수 있고, 2차 수용가(node 2)는 상위 계층, n차 수용가(node n)는 하위 계층으로 서로 연결될 수 있다. 이러한 계층화 구조는 지역내 수용가간 거리, 부하의 개수 등의 조건에 따라 해당 구내에 대한 전력망 구축 및 전력운영을 안정적으로 하기 위해 적용될 수 있다.

도 3에서는 2차 수용가(node 2)를 제외한 1차 수용가(node 1)와 n차 수용가(node n)가 각각 상위 및 하위 계층으로 구내 전력선을 통해 연결되는 구성을 예시하고 있다.

이러한 구조에서, 하위 계층인 n차 수용가(node n)의 현재 부하값이 크게 상승하여 제어 시스템(100)이 방전 구동하고 일정시간 지속되는 상황에서 타 수용가들(node 1, node 2)까지 연쇄적으로 현재 부하값이 상승하면 해당지역의 전력공급에 차질이 발생하여 극단적인 경우 블랙아웃이 발생할 수도 있으며, 이는 전력망 특성상 타 지역까지 연쇄적으로 퍼져나갈 수 있다.

이러한 문제를 최소화하기 위해, 본 발명의 실시예에서는 특정 n차 수용가(node n)의 현재 부하값이 예외적으로 현저하게 증가한 경우, 연계된 상위 계층의 1차 수용가(node 1)의 현재 부하값과 비교하여 그 편차값을 산출하고, 1차 수용가(node 1)의 에너지 저장 장치의 충전량 또는 방전량을 조정하는 것을 특징으로 한다.

즉, 동일 전력선을 통해 연결된 수용가들(node 1 ~ node n) 중, 에너지 저장 장치가 설치된 수용가들(node 1, node n)의 제어 시스템(100)을 서로 연결하고, 이중, 어느 하나가 평소보다 실측된 부하값이 급격히 상승하면, 상승된 n차 수용가가 방전구동할 뿐만 아니라, 이에 연결된 1차 수용가 또한 충전 구동상태에서 방전 구동으로 전환하거나 또는 방전 구동시 그 방전량을 증가시킴으로써, 해당 지역망에 공급되는 전력공급량의 일정수준 이상 증가하는 것을 방지하게 된다.

또한, 동일 구내에 포함되나, 제어 시스템(100)이 설치되지 않는 2차 수용가(node 2)가 하나 이상이 존재하는 경우, 그 수용가의 수에 대응하여 방전량을 상향 조정할 수 있다. 이러한 구성은 동일 구내의 수용가에 에너지 제어 시스템(100)이 존재하지 않아 그의 현재 부하값을 예측할 수 없는 수용가들이 다수일 경우에 발생할 수 있는 급격한 전력 사용량의 증가에 적응적으로 대응할 수 있도록 하기 위함이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템의 구조를 구체적으로 나타낸 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 에너지 저장 장치의 제어 시스템(100)은, 동일 구내에 포함된 둘 이상의 수용가에 설치되는 에너지 저장 장치의 제어 시스템으로서, 매 시간별 부하값을 실시간으로 실측하는 측정부(110), 과거 데이터에 기초하여 부하 예측값을 생성하는 예측부(120), 부하 예측값에 따른 부하 프로파일을 생성하고, 부하 프로파일을 이용하여 피크컷을 설정하고, 피크컷 대비 현재 부하값에 따라 에너지 저장 장치의 시간별 충전량 또는 방전량을 산출하는 전력 산출부(140), 산출된 충전량 또는 방전량에 따라, 상기 에너지 저장 장치를 충전 또는 방전 구동하는 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부(160), 동일 구내 하나 이상의 타 수용가와 연결되어 상기 타 수용가의 방전량을 수신하는 통신부(210), 당해 수용가 및 타 수용가간 방전량을 비교하여 편차값을 생성하는 비교부(220), 편차값에 따라 산출된 충전량 또는 방전량을 조정하는 방전량 조정부(230)를 포함할 수 있다.

측정부(110)는 당해 전력망에서 발생하는 현재 부하의 부하값을 실시간으로 실측할 수 있다. 여기서, 실측된 부하값은 부하 예측값과 차이가 발생할 수 있다. 실제, 한 수용가에서 발생하는 수요 전력의 전력 요구량은 실제 시간별로 살펴보면 불특정한 패턴으로 예측치보다 더 많은 전력을 요구하거나, 덜 요구하는 경향이 나타날 수 있다.

예측부(120)는 과거 데이터에 기초하여 부하값이 추세에 따라 발생하는 부하를 예측하여 부하 예측값을 생성할 수 있다. 이러한 부하 예측값을 부하 프로파일(profile)을 생성하는 데 이용될 수 있다.

여기서, 부하 예측값은 시간별 전력량 값을 나타낸 함수를 도출하는 데 이용될 수 있다. 이를 위한 과거 데이터는 해당 부하에 대한 과거의 사용을 기록한 자료일 수 있고, 최근 1일, 3일 또는 10일 동안의 시간에 따른 전력 사용량에 대한 평균값이 활용될 수도 있다. 전력 사용량은 계절 및 날씨에 영향을 많이 받아서 수요량이 달라지는데, 일례로서 여름철 더위가 이어지는 경우 냉방으로 인해 전력 소모가 급증함에 따라 영향을 받게 되는 상황 등이 있다. 따라서, 보다 일반적인 결과를 도출하기 위해, 특정 시점부터 목표 시점까지와 온도가 비슷한 과거의 데이터를 활용할 수 있다.

전력 산출부(140)는 예측부(120)에 의한 부하 예측값을 이용하여 부하 프로파일을 생성하고, 이에 대응하여 에너지 저장 장치(20)의 구동 기준이 되는 피크컷(Peak Cut)을 설정할 수 있다.

특히, 전력 산출부(140)는 측정부(110)에 의해 실측된 매 시간별 현재 부하값에 따라, 에너지 저장장치의 시간별 방전량을 산출할 수 있고, 산출된 방전량을 제어신호 생성부(160)에 제공함으로써, 현재 부하값에 따라 가변되는 방전량을 설정하여 요금 절감을 유도하게 된다.

또한, 전력 산출부(140)는 부하 예측값 대비 현재 부하값이 기 설정된 임계치를 벗어나 높을 경우, 상기 피크컷을 상향 조정하고, 부하 예측값 대비 현재 부하값이 기 설정된 임계치를 벗어나 낮을 경우, 상기 피크컷을 하향 조정할 수 있다.

이러한 기능은, 예측값 대비 실측값의 차이가 예상외로 현저함에 따라 요금 절감을 위한 피크컷이 정상적으로 수행되지 않는 문제를 최소화할 수 있다.

제어신호 생성부(160)는 전력 산출부(140)로부터 제공되는 방전량에 대응하여 에너지 저장 장치(20)의 구동을 제어하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다.

한편, 본 발명의 에너지 저장 장치의 제어 시스템(100)은 전술한 예측부(120)가 부하 예측값을 생성하기 위해 참조하는 과거 데이터를 저장하는 DB(180)를 더 포함할 수 있다.

통신부(210)는 동일 구내 하나 이상의 타 수용가와 통신선을 통해 연결되어 타 수용가의 제어 시스템(100)에 의해 산출된 에너지 제어 장치(20)의 충전량 또는 방전량을 서로 송수신할 수 있다.

비교부(220)는 각 수용가의 제어 시스템(100)들이 현재 자신이 설정한 에너지 저장 장치(20)의 충전량 또는 방전량과 및 타 수용가의 에너지 저장 장치의 충전량 또는 방전량을 비교하고, 그 차이에 따른 편차값을 생성할 수 있다.

조정부(230)는 편차값에 따라 산출된 충전량 또는 방전량을 조정할 수 있다. 즉, 각 수용가 자신의 부하값에는 특이사항이 없으나, 동일 구내 타 수용가의 부하값에 급격한 변동이 발생한 경우 이를 각 수용가에게 분담시킬 수 있도록 편차값에 따라 자신의 에너지 저장 장치의 충전량 또는 방전량을 조정하게 된다.

이러한 구성은, 동일 구내 모든 수용가의 현재 부하값이 변동한 것이 아닌, 일부 수용가만 현재 부하값이 갑자기 현저하게 높아짐에 따라 해당 지역의 전력 소비량이 단기적으로 급증함에 따른 공급 부족 등을 방지하기 위한 것으로, 당해 수용가의 현재 부하값은 증가하지 않았으나, 지역 전체로 볼 때 전력 공급량을 안정시키기 위해, 충전 구동을 방전 구동으로 전환하거나 또는 방전량을 상향하게 된다.

특히, 동일 구내 특정 수용가만 부하값이 급격히 변화하는 것은 날씨, 기온 등의 해당 지역 내 공통적으로 적용되는 요소가 아닌, 예측되기 어려운 특별한 상황으로 볼 수 있고, 이에 구내 설치된 에너지 저장 장치(20)를 유동적으로 운영함으로써 특정 지역에 대한 안정적인 전력 공급을 유지하도록 하는 효과가 있다.

이러한 운영에 참여하는 수용가들에 대해서는 별도의 전력 비용에 대한 혜택이 적용될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템이 적용되는 에너지 저장 장치의 구조를 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 구조를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제어 시스템의 적용 대상인 에너지 저장 장치(20)는 충전 또는 방전이 가능한 복수의 에너지 저장 수단인 배터리(27)를 포함하며, 그 배터리(27)에 에너지를 저장하거나, 저장된 에너지를 부하(400)로 방전할 수 있다.

또한, 전술한 기능을 구현하기 위해, 에너지 저장 장치(20)는 각 구성부를 모니터링하고 제어하는 EMS(Energy Management System; 21)과, 전력 공급 및 관리를 위한 PCS(Power Conditioning System; 22)와, 배터리(27)의 충전 또는 방전 관리를 위한 BMS(Battery Management System; 23)를 포함할 수 있다.

이러한 에너지 저장 장치(20)는 배터리(27)의 종류 및 특성에 따라 배터리 충, 방전 계획이 적응적으로 수립됨에 따라 효율적인 배터리 관리가 가능하도록 구현될 수 있다. 특히, 에너지 저장 장치(20)는 신재생 에너지 발전 설비나 계통을 통해 공급되는 전력을 충전구동을 통해 저장하는 에너지 저장소의 역할과, 방전 구동을 통해 저장된 에너지를 전력 부하에 공급하는 에너지원의 역할을 할 수 있다.

상세하게는, EMS(21)는 에너지 관리 장치로서, 배터리(27)의 상태를 모니터링하고, PCS(22)의 상태를 모니터링하고 제어할 수 있다.

PCS(22)는 전력 변환 장치로서, 전력을 저장(charging)할 때의 특성과 사용(discharging)할 때의 특성이 다르다는 점에 기인하여 서로를 보완하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, PCS(22)는 교류와 직류간의 변환 및 전압, 전류, 주파수를 변환시키는 역할을 하게 되는데, 계통을 통해 발전소로부터 공급되는 에너지를 전력 부하에 공급 또는 배터리(27)에 충전할 수 있다. 또는, 배터리(27)를 방전시켜 저장된 에너지를 전력 부하에 공급하여, 전력 관리를 수행할 수 있다. 이때, 배터리(27)의 충, 방전은 배터리의 종류 및 특성 정보를 고려하여 운용되며, 그 시점은 제어 시스템으로부터 전송되는 제어신호에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, PCS(22)는 부하에서 소비되는 전력을 모니터링하여 정보로 저장하여 보유할 수 있다.

BMS(23)는 배터리 관리 장치로서, 배터리(27)의 전압, 전류, 온도 등을 감지하여 배터리의 충, 방전량을 적정 수준으로 제어할 수 있고, 셀 밸런싱을 수행할 수 있으며, 배터리의 잔여 용량을 파악할 수 있다.

또한, BMS(23)는 위험이 감지되는 경우 비상 동작을 통해 배터리(27)를 보호할 수 있으며, 배터리(27)의 종류 및 특성 정보를 저장할 수 있고, 배터리(27)의 특성에 맞게 충전 및 방전 구동을 관리 할 수 있다.

그리고, 배터리(27)는 에너지 저장 장치(20)에서 전기 에너지를 저장할 수 있다. 특히, PCS(22)를 거쳐 일정 형태로 변환된 전력은 배터리(27)에 충전되어 저장될 수 있고, 필요한 경우에 방전 구동할 수 있다. 이러한 배터리(27)는 복수개의 셀로 구현될 수 있고, 복수의 셀은 동시에 또는 각각이 독립적으로 충, 방전 구동할 수 있다.

전술한 구조에서, EMS(21)는 연계된 제어 시스템의 제어신호에 의해 배터리(27)의 충, 방전 구동을 제어할 수 있으며, 제어신호에 대응하여 충, 방전 시점을 결정하고, 충전량 또는 방전량을 조절할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템을 이용한 에너지 관리 방법을 설명한다.

도 6는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템을 이용한 에너지 관리 방법을 나타낸 도면이다. 이하의 설명에서는, 별도의 기재가 없더라도 각 단계별 그 실행주체는 전술한 에너지 저장 장치의 제어 시스템 및 이를 구성하는 구성부가 된다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 에너지 관리 방법은, 과거 데이터에 기초하여 부하 예측값을 생성하는 단계(S100), 상기 부하 예측값에 따른 부하 프로파일을 생성하고, 부하 프로파일을 이용하여 피크컷을 설정하는 단계(S110), 부하값을 실시간으로 실측하는 단계(S120), 부하 예측값과 현재 부하값이 기설정된 임계치 이내인지 판단하는 단계(S130), 임계치 이내이면 현재 부하값과 피크컷을 비교하고(S140), 현재 부하값이 피크값을 초과하면 최적 방전량을 산출하여(S150) 에너지 저장 장치를 방전구동하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.

상세하게는, 본 발명의 에너지 관리 방법은, 부하 예측값을 생성하는 단계(S100)에서 에너지 저장 장치의 제어 시스템의 예측부가 데이터 베이스 등을 참조하여 과거 데이터에 기반한 부하 예측값을 생성한다.

다음으로, 피크컷을 설정하는 단계(S110)에서 전력 산출부는 생성된 부하 예측값을 이용하여 부하 프로파일을 생성하고, 부하 프로파일을 이용하여, 배터리 충, 방전 시점의 기준이 되는 피크컷을 설정한다. 설정된 피크컷에 대한 정보는 에너지 저장장치의 EMS에 제공될 수 있다. 그리고, 부하값을 실시간으로 실측하는 단계(S120)에서는, 측정부가 수용가의 부하에 의한 현재 부하값을 실시간으로 실측하게 된다.

이어서, 전력 산출부는 부하 예측값과 현재 부하값이 기설정된 임계치 이내인지 판단하는 단계(S130)에서, 현재 시점에서 부하 예측값과 현재 부하값을 비교하여 기 설정된 임계치를 벗어나는지 여부를 판단하고, 벗어나는 것으로 판단되면, 요금 절약을 위해 피크컷을 재설정하게 된다(S110).

만약, 임계치 이내이면 현재 부하값과 피크컷을 비교하는 단계로서(S140), 현재 부하값이 피크값을 초과하는 경우와 이하인 경우를 나누어 절차를 수행하게 된다. 현재 부하값이 피크값을 초과하는 경우, 최적 방전량을 산출하는 단계(S150) 및 배터리를 방전 구동하는 단계(S160)를 수행하게 된다.

또한, S140 단계의 판단 결과에 따라, 현재 부하값이 피크값 이하로 전환되면, 에너지 저장 장치를 충전 구동하는 단계(S190)로서, 에너지 저장 장치를 제어하여 계통으로부터 전력을 저장하게 된다.

이후, 에너지 관리 주기에 따라(S200), 종료되지 않는 경우 S120 단계를 계속적으로 진행할 수 있다.

한편, 도시되어 있지는 않지만, 본 발명의 실시예에 따르면 동일 구내 하나 이상의 타 수용가와 연결되어 타 수용가의 방전량을 수신하는 단계, 당해 수용가 및 타 수용가간 방전량을 비교하여 편차값을 생성하는 단계 및 편차값에 따라 산출된 충전량 또는 방전량을 조정하는 단계가 더 포함될 수 있다.

상세하게는, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템은 지역전력망에 연결되는 복수의 수용가에 설치될 수 있고, 동일 구내에 속한 수용가들의 제어 시스템은 통신선을 통해 서로 연결되어 데이터를 송수신할 수 있다. 이에 본 발명의 실시예에서는 동일 구내의 둘 이상의 수용가에 설치된 제어 시스템 간의 현재 부하량을 송수신한다.

이어서, 당해 수용가 및 타 수용가간 방전량을 비교하여 편차값을 생성하는 단계에서는 연결된 수용가 중, 상위 계층 수용가가 실측된 자신의 현재 부하값과 하위 계층 수용가의 부하값을 비교하여 하위 계층 수용가가 방전구동 중이고 부하값이 일정수준 이상 높은 경우 두 부하값에 대한 편차를 산출하게 된다.

이후, 편차값에 따라 산출된 방전량을 조정하는 단계에서는 제어 시스템이 산출한 편차값을 이용하여 자신의 수용가에 대하여 에너지 저장 장치를 제어하기 위해 생성한 충전량 또는 방전량을 조정하게 된다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템이 적용된 전력망의 시간별 부하값에 대한 그래프를 통해 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템이 적용된 전력망의 시간별 부하값에 대한 그래프의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 임의의 수용가에 대한 일일 에너지 저장 장치에 설정된 피크컷(peak cut)값(L1) 및 시간별 실측한 부하값(L2)을 나타낸 그래프로서, 피크컷은 제어 시스템의 통계 분석에 의해 부하 예측값에 기초하여 산출된 것으로, 하루 또는 수일 전에 산출되어 설정될 수 있다.

여기서, 피크컷값(L1)은 실제 부하가 피크컷값(L1)을 넘을 경우, 에너지 저장 장치를 방전 구동하여 부하에 전력을 공급하는 기준이 되는 값을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 예시된 수용가는 오전 7시 ~ 9시 사이에서 실측 부하값이 서서히 증가하게 되며, 정오 부근에서 전력 피크(p1)에 도달하고, 이후 서서히 감소하는 추세를 갖는 것을 알 수 있다.

이에 따라, 실제 부하값(L2)이 피크컷값(L1)을 초과하는 시점에서부터 에너지 저장 장치를 방전 구동하는 경우, 에너지 저장 장치는 온(on) 또는 오프(off) 형태로 구동함에 따라, 부하에 의한 실제 전력 수요량 이외의 초과량(oc)이 발생하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템은 실시간으로 실측된 부하값(L2)을 이용하여 적절한 방전량을 산출하고, 이에 대응하여 에너지 저장 장치의 방전량을 실시간으로 조정하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 실측된 부하값(L2)에 대응하여 방전량을 전력 피크(p1) 지점까지 서서히 증가 시키고(d1→d2), 이후, 전력 피크(p1) 지점으로부터 서서히 감소 시킴으로써(d2→d3), 초과량(oc)을 최소화하게 된다.

이를 위한 에너지 저장 장치의 방전량을 조절하는 방식으로는 출력 주파수 변환 또는 에너지 저장 장치의 출력 전류를 조절 등이 적용될 수 있다.

이를 위한 에너지 저장 장치의 방전량을 조절하는 방식으로는 출력 주파수 변환 또는 에너지 저장 장치의 출력 전류를 조절 등이 적용될 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템이 적용된 전력망의 시간별 부하값에 대한 그래프의 다른 예를 나타낸 도면이다.

도 8은 참조하면, 임의의 수용가에 대한 일일 에너지 저장 장치에 설정된 피크컷(peak cut)값(L1) 및 시간별 실측한 부하값(L2)을 나타낸 그래프로서, 도시된 바와 같이, 예시된 수용가는 부하값(L2)이 오전 11시 ~ 12시 사이에서 첫번째 전력 피크(p1)가 발생하고, 이후, 13시 ~ 14시에서 두번째 전력 피크(p2)가 발생하는 'M형 피크 집중형 패턴'이다.

이에 따라, 실제 부하값(L2)이 피크컷값(L1)을 초과하는 시점에서부터 에너지 저장 장치를 방전 구동시 발생하는 초과량(oc)을 최소화하기 위해 전술한 바와 같이, 실시간으로 실측된 부하값(L2)을 이용하여 적절한 방전량을 산출하고, 이에 대응하여 에너지 저장 장치의 방전량을 실시간으로 조정할 수 있다.

즉, 실측된 부하값(L2)에 대응하여 방전량을 최초 전력 피크(p1) 지점까지 서서히 증가 시키고(d1→d2), 최초 전력 피크(p1) 및 이후 전력 피크(p2) 사이 지점에서는 방전량을 감소(d2→d3) 및 증가 시키며(d3→d4), 이후 전력 피크(p2)로부터 다시 감소 시키게 된다(d4→d5).

이는, 전력 피크 구간들 사이에서 에너지 저장 장치가 충전 구동함으로써, 불필요하게 큰 용량의 에너지 저장장치를 확보할 필요가 없는 장점이 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 시스템이 적용된 전력망의 시간별 부하값에 대한 그래프의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 임의의 수용가에 대한 일일 에너지 저장 장치에 설정된 피크컷(peak cut)값(L1) 및 시간별 실측한 부하값(L2)이 도 7과 동일하다고 가정할 때, 실측된 부하값(L2)에 대응하여 방전량을 전력 피크(p1) 지점까지 서서히 증가 시키고(d1→d2), 이후, 전력 피크(p1) 지점으로부터 서서히 감소 시킴으로써(d2→d3), 초과량(oc)을 최소화하게 된다.

아울러, 이러한 형태로 구동하는 수용가의 하위 계층의 수용가에서 현재 부하값이 예측치와는 달리 상승하여 에너지 저장 장치가 방전구동 한다고 할 때, 도 8과는 달리 방전량을 추가로 상향 조정(c1, c2)함으로써 동일 구내 수용가들의 전체 전력 공급량이 급격하게 증가하는 것을 최소화할 수 있다.

상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서, 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.

10 : 계통 20 : 에너지 저장 장치(ESS)
30 : 부하 50 : 변압기
100 : 에너지 제어 시스템 110 : 측정부
120 : 예측부 140 : 전력 산출부
160 : 제어신호 생성부 180 : DB
210 : 통신부 220 : 비교부
230 : 방전량 조정부

Claims (8)

1. 동일 구내에 포함된 둘 이상의 수용가에 설치되는 에너지 저장 장치의 제어 시스템으로서,
   매 시간별 부하값을 실시간으로 실측하는 측정부;
   과거 데이터에 기초하여 부하 예측값을 생성하는 예측부;
   상기 부하 예측값에 따른 부하 프로파일을 생성하고, 상기 부하 프로파일을 이용하여 피크컷을 설정하고, 피크컷 대비 현재 부하값에 따라 에너지 저장 장치의 시간별 충전량 또는 방전량을 산출하는 전력 산출부;
   산출된 충전량 또는 방전량에 따라, 상기 에너지 저장 장치를 충전 또는 방전 구동하는 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부;
   동일 구내 하나 이상의 타 수용가와 연결되어 상기 타 수용가의 방전량을 수신하는 통신부;
   당해 수용가 및 타 수용가간 방전량을 비교하여 편차값을 생성하는 비교부; 및
   상기 편차값에 따라 산출된 충전량 또는 방전량을 조정하는 방전량 조정부
   를 포함하는 지역 기반 에너지 저장 장치의 제어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 타 수용가는 당해 수용가와 상위 또는 하위 계층으로 공통 연결점을 통해 연결되고,
   상기 방전량 조정부는,
   당해 수용가 대비 하위 계층의 타 수용가의 방전량이 큰 경우, 상기 편차값에 대응하여 방전 구동하는 지역 기반 에너지 저장 장치의 제어 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 전력 산출부는,
   부하 예측값 대비 현재 부하값이 기 설정된 임계치를 벗어나 높을 경우 상기 피크컷을 상향 조정하며, 부하 예측값 대비 현재 부하값이 기 설정된 임계치를 벗어나 낮을 경우 상기 피크컷을 하향 조정하고,
   상기 방전량 조정부의 요청에 따라, 산출한 충전량 또는 방전량을 상기 편차값에 따라 증감하는 지역 기반 에너지 저장 장치의 제어 시스템.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 방전량 조정부는,
   동일 구내 수용가 중, 에너지 저장 장치가 설치되지 않는 수용가의 수에 대응하여 상기 방전량을 상향 조정하는 지역 기반 에너지 저장 장치의 제어 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어신호 생성부는 상기 전력 산출부에 의한 부하패턴을 분석결과, 복수의 전력 피크가 존재하는 M형 피크 집중형 패턴일 경우, 복수의 전력 피크 사이 기간 동안 상기 에너지 저장 장치를 충전 구동하는 제어신호를 생성하고,
   상기 방전량 조정부는,
   상기 편차값에 대응하여 상기 복수의 전력 피크 중, 어느 하나의 시점에 충전량 또는 방전량을 조정하는 지역 기반 에너지 저장 장치의 제어 시스템.
6. 청구항 1에 기재된 에너지 저장 장치의 제어 시스템을 이용한 에너지 관리 방법으로서,
   과거 데이터에 기초하여 부하 예측값을 생성하는 단계;
   상기 부하 예측값에 따른 부하 프로파일을 생성하고, 상기 부하 프로파일을 이용하여 피크컷을 설정하는 단계;
   부하값을 실시간으로 실측하는 단계; 및
   상기 부하 예측값과 현재 부하값이 기설정된 임계치 이내이고, 현재 부하값과 피크컷을 비교하여 현재 부하값이 피크값을 초과하면 상기 에너지 저장 장치를 방전 구동하고, 그렇지 않으면 상기 에너지 저장 장치를 충전 구동하는 단계를 포함하고,
   동일 구내 하나 이상의 타 수용가와 연결되어 상기 타 수용가의 방전량을 수신하는 단계;
   당해 수용가 및 타 수용가간 방전량을 비교하여 편차값을 생성하는 단계; 및
   상기 편차값에 따라 산출된 충전량 또는 방전량을 조정하는 단계
   를 포함하는 지역 기반 에너지 저장 장치의 제어 시스템을 이용한 에너지 관리 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 편차값에 따라 산출된 충전량 또는 방전량을 조정하는 단계는,
   당해 수용가의 방전량보다 하위 계층의 타 수용가의 방전량이 큰 경우, 상기 편차값에 대응하여 방전량을 상향 조정하는 단계
   를 더 포함하는 지역 기반 에너지 저장 장치의 제어 시스템을 이용한 에너지 관리 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 당해 수용가의 방전량보다 하위 계층의 타 수용가의 방전량이 큰 경우, 상기 편차값에 대응하여 방전량을 상향 조정하는 단계는
   동일 구내 수용가 중, 에너지 저장 장치가 설치되지 않는 수용가의 수에 대응하여 상기 방전량을 상향 조정하는 단계
   를 포함하는 지역 기반 에너지 저장 장치의 제어 시스템을 이용한 에너지 관리 방법.
   

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