KR20190130859A - Pms일체형 pcs가 구비되는 ess 및 운용방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 PMS일체형 PCS가 구비되는 ESS에 관한 것으로, 계통전력망으로부터 전력을 공급받아 에너지를 저장하고, 저장된 에너지를 부하에 공급하거나 계통에 송전하는 ESS에 있어서, 상기 계통전력망으로부터 전력을 공급받아 공급받은 전력을 저장하도록 형성되는 배터리와, 상기 배터리와 통신으로 연결되며, 전력 계통 전기를 AD/DC 변환하여 상기 배터리에 충전하거나, 상기 배터리에 저장되어 있는 전기를 DC/AC 변환하여 계통 또는 부하에 공급하는 PCS와, 상기 PCS의 전력량과 상기 배터리의 전력량 및 수용가의 전력량을 실시간 측정 및 분석하여 ESS가 운용되도록 하는 PMS를 포함하여 이루어지되, 상기 PMS는 상기 PCS와 일체형으로 형성되어, 상기 PCS와 상기 배터리의 통신연결만으로 상기 PCS에서 상기 PCS ,상기 배터리 및 상기 수용가의 상태를 파악할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하였다.

Description

PMS일체형 PCS가 구비되는 ESS 및 운용방법 {ESS equipped with PCS with integrated PMS and Operation method}
본 발명은 PMS일체형 PCS가 구비되는 ESS에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PMS와 PCS를 일체로 형성하여, 별도의 통신 설비 없이 ESS가 구성되도록 하여, 통신 선로에서 발생하는 노이즈에 의한 오동작 확률을 줄일 수 있도록 하는 PMS일체형 PCS가 구비되는 ESS에 관한 것이다.
최근 국내외적으로 탈원전을 추진함과 동시에 원자력 발전 설비 예비율을 낮추고, 부족한 설비 예비율은 태양광 발전, 풍력 발전, 지열 발전 등 신재생에너지를 확대하는 추세이다. 원자력 발전은 전력을 안정적이고 연속으로 공급이 가능하지만, 신재생에너지는 주변 환경이나 자연 조건에 따라서 크게 영향을 받아 출력 변동이 심하여 연속 공급이 불가능 하고 에너지 생산 시점과 수요 시점의 시간차가발생하게 되므로 신재생에너지 증가만으로 부족한 전력 문제를 해결할 수 없다.
이러한 문제를 해결하기에는 전력 공급 측면이 아닌 사용을 관리해야하므로 최대수요전력을 억제하거나 부화를 평준화하는 수요관리 문제로 귀결된다. 현재 국내에서는 수요관리 방안 중 하나로 최대수요전력요금과 시간대별 요금제를 도입하여 소비자의 전기 사용 패턴을 평준화 하는 방향으로 유도하고 있다.
최대수요전력을 관리하기 위한 수단 중 하나로, 최대수요전력제어기(Demand Controller)를 설치하여 사용한다. 최대수요전력제어기는 전력량계로부터 사용전력량을 계산하여, 설정한 기준전력량과 비교하여 사용전력량이 기준전력량보다 크면 경보가 발생하여 미리 정해진 우선순위에 따라 부하를 차단하고, 기준전력량보다 사용전력량이 작으면 경보를 해제하고 정해진 우선순위에 따라 부하를 투입하는 방식으로 사용된다. 이 경우 제어대상 부하는 부하의 차단/투입 시 제조공정 및 품질에 영향을 주지 않아야 한다. 또한 업무활동/환경조건이 악화되지 않아야 하며, 안전관리에 문제가 없어야 한다.
이러한 제약조건으로 제어 할 수 있는 부하는 공조 설비나, 냉방 설비, 간헐적인 가동을 하는 설비들로 제한된다. 이러한 제한조건들로 인하여 최대수요전력제어기로는 수요전력제어에 한계가 있다.
최대수요시 전력을 관리하기 위하여 최근 ESS(Energy Storage System)가 중요하게 대두되고 있다. ESS는 전력 수요가 적은 시간대 또는 심야시간대 전기 에너지를 배터리에 저장하여 전력이 필요한 시기에 사용함으로써 안정적인 전력 공급뿐만 아니라, 수요 전력을 관리할 수 있도록 이루어진다.
ESS는 크게 배터리(Battery), PCS(Power Conditioning System), PMS(Power Management System) 또는 EMS((Energy Management System) 3가지로 구성된다. ESS에 사용되는 배터리는 주로 리튬이차전지로 전기에너지 저장을 목적으로 한다. PCS는 신재생에너지 또는 전력 계통에서 배터리로 에너지를 저장하거나, 배터리에 저장된 에너지를 계통 또는 수용가에 공급하는 전력변환 역할을 수행한다. PMS 또는 EMS는 배터리 및 PCS 상태와 주변 환경을 모니터링 하여 PCS에 명령하여 ESS를 제어하기 위한 운영 시스템이다.
그러나 종래의 ESS에 구비되는 PMS는 PCS와 분리되어 형성되기 때문에, PMS에서 PCS, 배터리 및 수용가의 전력량을 감시하기 위해서는 PMS와 각각의 장치간에 통신이 연결되어야만 했고, 이로인해 통신문제가 발생되어 PMS와 PCS간의 통신이 원활하지 않으면 각 장비의 보호 및 계통상태가 되지 않아 ESS를 중단해야만 하는 번거로움이 있었다.
KR 101214323 B1 KR 101529294 B1
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 PMS와 PCS를 일체형으로 형성함으로써 PCS와 배터리간의 통신연결만으로 PCS에서 PCS, 배터리, 및 수용가의 모든 상태를 알 수 있도록 하고, 이에 따라 PCS가 계통상태를 직접적으로 확인할 수 있음에 따라 통신문제로 인해 ESS를 중단해야만 하는 상황이 발생되지 않도록 하는 PMS일체형 PCS가 구비되는 ESS를 제공하는데 있다.
또한, PMS와 PCS를 일체로 형성하여, 별도의 통신 설비 없이 ESS가 구성되도록 하여, 통신 선로에서 발생하는 노이즈에 의한 오동작 확률을 줄일 수 있도록 하고, 종래의 ESS에 비해 설치비가 감소되도록 하는 PMS일체형 PCS가 구비되는 ESS를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 PMS일체형 PCS가 구비되는 ESS는, 계통전력망으로부터 전력을 공급받아 에너지를 저장하고, 저장된 에너지를 부하에 공급하거나 계통에 송전하는 ESS에 있어서, 상기 계통전력망으로부터 전력을 공급받아 공급받은 전력을 저장하도록 형성되는 배터리와, 상기 배터리와 통신으로 연결되며, 전력 계통 전기를 AD/DC 변환하여 상기 배터리에 충전하거나, 상기 배터리에 저장되어 있는 전기를 DC/AC 변환하여 계통 또는 부하에 공급하는 PCS와, 상기 PCS의 전력량과 상기 배터리의 전력량 및 수용가의 전력량을 실시간 측정 및 분석하여 ESS가 운용되도록 하는 PMS를 포함하여 이루어지되, 상기 PMS는 상기 PCS와 일체형으로 형성되어, 상기 PCS와 상기 배터리의 통신연결만으로 상기 PCS에서 상기 PCS ,상기 배터리 및 상기 수용가의 상태를 파악할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하였다.
또한, 상기 ESS는, 부하사용량과 최대수요전력을 비교하여 부하사용량이 최대수요전력보다 크거나 같을 경우, 최대수요전력 제어용 ESS가 방전되도록 이루어지는 것을 특징으로 하였다.
또한, 상기 ESS는, 부하사용량과 최대수요전력을 비교하여 부하사용량이 최대수요전력보다 작을경우, 부하사용량을 TOU의 최대부하시간과 비교하며, 부하사용량이 TOU의 최대부하시간일 경우, 차익거래용 ESS를 방전하도록 이루어지는 것을 특징으로 하였다.
또한, 상기 ESS는,부하사용량과 최대수요전력을 비교하여 부하사용량이 최대수요전력보다 작을경우, 부하사용량을 TOU의 최대부하시간과 비교하며, 부하사용량이 TOU의 최대부하시간이 아닐경우, ESS가 대기되도록 이루어지는 것을 특징으로 하여 본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제를 해결하고자 하였다.
본 발명의 PMS일체형 PCS가 구비되는 ESS에 의하면, PMS와 PCS를 일체로 형성하여, 별도의 통신 설비 없이 ESS가 구성되도록 하여 통신 선로에서 발생하는 노이즈에 의한 오동작 확률을 줄일 수 있도록 하고, 종래의 ESS에 비해 설치비가 감소될 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, PMS와 PCS를 일체형으로 형성함으로써 PCS와 배터리간의 통신연결만으로 PCS에서 PCS, 배터리, 및 수용가의 모든 상태를 알 수 있도록 하고, 이에 따라 PCS가 계통상태를 직접적으로 확인할 수 있음에 따라 통신문제로 인해 ESS를 중단해야만 하는 상황이 발생되지 않도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 ESS의 구성을 나타낸 구성도
도 2는 본 발명의 ESS의 운용 순서도를 나타낸 도면
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 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 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.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 소규모 공장용 ESS의 구성도를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와같이 본 발명의 소규모 공장용 ESS(10)는 배터리(300), PCS(100) 및 PMS(200)를 포함하여 이루어진다.
상기 배터리(300)는 상기 계통전력망(400)으로부터 전력을 공급받아 PCS로 변환한 전력을 저장하도록 이루어진다. 상기 배터리(300)는 복수의 에너지 저장 셀이 직렬연결과 병렬연결이 조합된 구성을 가질 수 있으며, 어느 하나의 에너지 저장 셀이 제기능을 하지 못할경우, 당해 에너지 저장 셀을 대체하는 중복 에너지 저장셀이 더 포함될 수 있다.
또한 상기 배터리(300)는 상기 배터리(300)의 감시 및 제어를 수행하는 BMS(Battery Management System)(미도시)와 연동되어 상기 BMS에서 배터리 cell 용량보호, 수명예측, 충전 및 방전 제어 등 상기 배터리가 최대의 성능을 발휘할 수 있도록 하는 제어가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
상기 PCS(100)는 전기를 변환하는 장치로, 전력 계통 전기를 AD/DC 변환하여 상기 배터리에 충전하거나, 상기 배터리에 저장되어 있는 전기를 DC/AC 변환하여 계통 또는 부하에 공급하도록 이루어진다.
또한, 상기 PCS(Power Conditioning System)(100)는 전원과 부하사이에서 전압, 전류, 주파수, 위상 등 하나 이상을 변환시킬 수 있도록 이루어진다.
상기 PMS(Power Management System)(200)는 상기 PCS(100)의 전력량과 상기 배터리(300)의 전력량 그리고, 수용가(500)의 전력량을 실시간 측정 및 분석하여 ESS(10)을 운용하도록 이루어진다.
PMS는 일반적으로 PCS, 배터리, 수용가의 전력량을 감시 및 분석하기 위해 필수적으로 PMS와 각 장치간에 통신모듈을 통해 통신이 연결되어야 한다.
그러나 본원발명에서의 상기 PCS(100)는, 상기 수용가(500)와의 별도의 통신 없이 한국전력공사등의 계통전력망(400)에 구비된 전력량계(600)로부터 상기 수용가(500)의 정보를 받을 수 있는 상태로 형성되고, 본원발명에서의 상기 PMS(200)는, 이러한 상기 PCS(100)와 일체형으로 형성된다.
따라서, 본원발명에서의 상기 PCS(100)는 상기 배터리(300)와의 통신만 연결하고, 상기 PCS(100)에 상기 ESS(10)의 운영 기능을 추가하여, 상기 PCS(100)에서 상기 PCS(100), 상기 배터리(300), 및 상기 수용가(500)의 상태를 모두 확인할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 기존의 ESS은 통신문제로 인해 PMS와 PCS간의 통신이 원활하게 이루어지지 않으면, 각각의 장치를 보호하는 보호상태 및 계통상태가 확인이 정확하게 이루어지지 않음에 따라, ESS을 중단해야만 했는데, 본원발명에서는 상기 PCS(100)에서 각각 장치의 보호상태 및 계통상태가 확인이 가능하도록 이루어져, 통신오류로 인해 ESS를 중단해야만 하는 상황의 발생 확률을 줄일 수 있도록 이루어진다.
도 2는 본 발명의 ESS에 의해 운용되는 순서도를 나타낸 것이다.
상기 ESS(10)는, 한국전력공사등과 같은 상기 계통전력망(400)에 구비된 상기 전력량계(600)와 연동되어 전력을 측정하도록 이루어지며, 전력측정 후 측정된 전력 데이터를 통해 부하사용량과 최대전력수요량을 비교하는 비교작업이 시행되도록 이루어진다.
이후 도 2에 도시된 바와 같이 비교작업을 시행하여 부하사용량이 최대수요전력보다 작을경우, 상기 ESS(10)에서 다시 TOU의 최대부하시간과 측정된 전력값을 비교하여 TOU의 최대부하시간일 경우 차익거래용 ESS가 방전되도록 하여 부하평준화를 제어하도록 이루어지고, TOU의 최대부하시간이 아닐경우 ESS가 대기상태가 되도록 이루어진다.
또한, 비교작업을 시행하여 부하사용량이 최대수요전력보다 크거나 같을 경우, 상기 ESS에서 최대수요전력 제어용 ESS를 방전하도록 이루어져 본 발명의 ESS가 운용되도록 이루어진다.
즉, 본 발명의 PMS 일체형 에너지 저장시스템에서 최대수요전력제어와 차익거래용 부하평준화 제어는 공장 가동률 변동폭이 큰 곳에서 ESS의 배터리 용량 내에서 항상 유기적으로 동작되도록 이루어져, 본 발명의 ESS가 공장 가동률 변동폭이 큰 소규모 공장등에서 사용될 수 있도록 이루어지는 것이다.
본 발명의 PMS일체형 PCS가 구비되는 ESS에 의하면, PMS와 PCS를 일체로 형성하여, 별도의 통신 설비 없이 ESS가 구성되도록 하여 통신 선로에서 발생하는 노이즈에 의한 오동작 확률을 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, PMS와 PCS를 일체형으로 형성함으로써 PCS와 배터리간의 통신연결만으로 PCS에서 PCS, 배터리, 및 수용가의 모든 상태를 알 수 있도록 하고, 이에 따라 PCS가 계통상태를 직접적으로 확인할 수 있음에 따라 통신문제로 인해 ESS를 중단해야만 하는 상황이 발생되지 않도록 하는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 PMS일체형 PCS가 구비되는 ESS에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
10 : ESS 100 : PCS
200 : PMS 300 : 배터리
400 : 계통전력망 500 : 수용가
600 : 전력량계

Claims (4)

  1. 계통전력망으로부터 전력을 공급받아 에너지를 저장하고, 저장된 에너지를 부하에 공급하거나 계통에 송전하는 ESS에 있어서,
    상기 계통전력망으로부터 전력을 공급받아 공급받은 전력을 저장하도록 형성되는 배터리;
    상기 배터리와 통신으로 연결되며, 전력 계통 전기를 AD/DC 변환하여 상기 배터리에 충전하거나, 상기 배터리에 저장되어 있는 전기를 DC/AC 변환하여 계통 또는 부하에 공급하는 PCS;
    상기 PCS의 전력량과 상기 배터리의 전력량 및 수용가의 전력량을 실시간 측정 및 분석하여 ESS가 운용되도록 하는 PMS; 를 포함하여 이루어지되,
    상기 PMS는 상기 PCS와 일체형으로 형성되어, 상기 PCS와 상기 배터리의 통신연결만으로 상기 PCS에서 상기 PCS ,상기 배터리 및 상기 수용가의 상태를 파악할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 PMS일체형 PCS가 구비되는 ESS.
  2. PMS일체형 PCS가 구비되는 ESS에 있어서,
    상기 ESS는, 부하사용량과 최대수요전력을 비교하여 부하사용량이 최대수요전력보다 크거나 같을 경우, 최대수요전력 제어용 ESS가 방전되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 PMS일체형 PCS가 구비되는 ESS 운용방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 ESS는, 부하사용량과 최대수요전력을 비교하여 부하사용량이 최대수요전력보다 작을경우, 부하사용량을 TOU의 최대부하시간과 비교하며,
    부하사용량이 TOU의 최대부하시간일 경우, 차익거래용 ESS를 방전하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 PMS일체형 PCS가 구비되는 ESS 운용방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 ESS는,부하사용량과 최대수요전력을 비교하여 부하사용량이 최대수요전력보다 작을경우, 부하사용량을 TOU의 최대부하시간과 비교하며,
    부하사용량이 TOU의 최대부하시간이 아닐경우, ESS가 대기되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 PMS일체형 PCS가 구비되는 ESS 운용방법.
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