KR20200037550A - 독립형 마이크로 그리드 운영장치 및 그 운영방법 - Google Patents

독립형 마이크로 그리드 운영장치 및 그 운영방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 독립형 마이크로 그리드 운영장치 및 그 운영방법이 개시된다. 본 발명의 독립형 마이크로 그리드 운영장치는, 기상 데이터, 전력소비 데이터 및 신재생에너지의 상태 데이터를 수집하는 데이터 수집부; 신재생에너지와 병렬로 연계하여 신재생에너지의 전원을 충전하고 계통으로 공급하는 RI(Renewable Integration) ESS; 계통의 전압과 주파수를 유지하고 부하전력을 공급하는 디젤발전기; 및 데이터 수집부로부터 수집된 기상 데이터, 전력소비 데이터 및 신재생에너지 상태 데이터를 기반으로 계통에서의 부하량과 신재생에너지의 출력량을 예측하고, 예측결과를 기반으로 디젤발전기와 RI ESS의 상태에 따라 순부하량을 산출하여 디젤발전기와 RI ESS를 제어하는 운영 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

독립형 마이크로 그리드 운영장치 및 그 운영방법{APPARATUS FOR OPERATING INDEPENDENT TYPE MICROGRID AND METHOD THEREOF}
본 발명은 독립형 마이크로 그리드 운영장치 및 그 운영방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도서지역 등 친환경 에너지 자립섬에서 계통운영자가 제어할 수 없는 민간의 신재생에너지의 출력계획과 순부하량을 고려하여 전력수급 균형이 안정적으로 유지될 수 있도록 계통에서 신재생 에너지와 병렬로 연결된 RI(Renewable Integration)용 ESS(Energy Storage System)를 고려하여 디젤발전기의 발전계획을 수립하여 운영하는 독립형 마이크로 그리드 운영장치 및 그 운영방법에 관한 것이다.
일반적으로, 도서(섬) 지역의 경우 기존의 배전 선로를 통한 전력 공급이 불가능하거나 배전 선로를 설치하는데 비용이 너무 많이 소요된다. 그렇기 때문에 도서(섬) 지역에는 디젤 엔진 발전 장치를 이용한 자체적인 전력을 공급해 오고 있다. 하지만 디젤 엔진 발전 장치만을 이용한 전력 공급은 환경오염 문제와 연료비 상승, 그리고 디젤 엔진발전 장치의 효율을 고려하지 않는 운전 등에 의해 원활한 운영이 이루어지지 않는다. 디젤 엔진 발전 장치는 정격 전력으로 동작하지 않을 때 효율이 감소한다.
최근 디젤 엔진 발전 장치의 문제점을 인식하고 해결하기 위해 마이크로그리드 시스템에 대한 연구가 이루어지고 있다. 독립형 마이크로그리드 시스템은 신재생 에너지원의 하나인 태양 전지 발전 장치(PV : Photovoltaic), 배터리 에너지 저장 장치(BESS : Battery Energy Storage System) 등이 기존의 디젤 엔진 발전 장치(디젤DG : Diesel Generator)와 병렬로 결합되어 상호 동작을 수행한다.
기존 도서(섬) 지역에서는 디젤 엔진 발전 장치에서 전원을 공급하였지만 독립형 마이크로그리드 시스템을 적용함에 따라 배터리 에너지 저장 장치에서 주전원을 공급하고 디젤 엔진 발전 장치, 태양 전지 발전 장치 등은 병렬로 연결되어 운전한다. 이러한 독립형 마이크로그리드 시스템은 전체 시스템을 제어하는 EMS(Energy Monitoring System)가 반드시 필요하다.
많은 도서(섬) 지역에 EMS 독립형 마이크로그리드 시스템의 설치가 증가하고 있지만, 기존의 EMS 제어기는 상위 제어기로서 하위 제어기인 디젤 엔진 발전 장치, 태양 전지 발전 장치, 배터리 에너지 저장 장치 등과 통신선으로 연결되어야 하므로 이에 따른 설치, 유지, 보수에 대한 경비가 추가적으로 필요하다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1699135호(2017.01.24. 공고, 독립형 마이크로그리드 시스템)에 개시되어 있다.
최근에는 친환경 에너지 자립섬 조성사업으로 민간사업자들을 대상으로 한전 관리 도서계통에 대해 신재생에너지 사업이 추진되고 있다. 이러한 친환경 에너지 자립섬 조성사업의 경우 도서지역 계통에 민간사업자가 신재생에너지 설비를 구축하여 전체 부하전력의 일부를 공급하는 형태로 구성된다.
도서계통의 경우 육지계통에 비해 그 규모가 매우 작기 때문에 부하패턴이 거의 일정하여 계통운영자가 그 동안의 경험에 의해 디젤발전기 운전이 가능하였지만, 신재생에너지가 연계되면 신재생에너지의 출력으로 인해 부하패턴이 일정하지 않게 된다. 즉, 디젤발전기는 전체 부하량에서 신재생에너지 발전량을 제외한 나머지 부하량인 순부하량을 감당해야 하는데, 부하패턴이 일정하더라도 신재생에너지 발전패턴이 시시각각 변동하기 때문에 디젤발전기가 공급해야하는 순부하량은 그 패턴이 일정하지 않게 된다.
이로 인해 계통운영자가 향후의 상황을 예측하지 못하게 되며 결국 안정적인 계통운영이 어렵게 된다. 즉, 친환경 에너지 자립섬의 계통운영자 입장에서는 실시간의 현재 상황 뿐만 아니라 향후의 상황까지 미리 알고 이에 맞는 디젤발전기 운영을 할 수 있는 방안이 필요하다.
따라서, 종래의 독립형 마이크로 그리드 장치에서는 디젤발전기의 운영비용을 최소화하기 위해 부하량 및 신재생에너지 발전량 예측결과를 기반으로 순부하량을 계산하고, 비용이 최소화되도록 디젤발전기 발전계획 및 ESS(Energy Storage System, 에너지 저장장치)의 충ㅇ방전 계획을 수립하여 최소의 비용으로 계통을 운영할 수 있는 방안을 제시하고 있다.
그러나 친환경 에너지 자립섬 조성사업의 경우에는 신재생에너지가 연계되더라도 위와 같은 ESS가 설치되지 않고 본래의 도서계통과 마찬가지로 디젤발전기가 전력수급 균형을 유지하게 된다. 즉, 신재생에너지의 출력변동으로 인해 디젤발전기가 안정적으로 응동하지 못하게 되어 결국 전력수급 균형이 무너져 계통정전을 야기할 수 있는 가능성이 매우 높아지는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 계통 모선측에 ESS를 설치할 수도 있으나, 이러한 경우 ESS의 단일 용량이 도서계통 최대수요보다 커야 하기 때문에 경제성 확보가 어려운 문제점이 있다.
또한, 친환경 에너지 자립섬의 경우 신재생에너지가 민간사업자의 소유이며, 해당 사업자에 의해 운영되고 있어 계통운영자가 이에 대한 제어권을 가지고 있지 않기 때문에, 만약 계통운영자 입장에서 계통정전을 야기할 수도 있는 문제(신재생에너지 출력과다 : 순부하량 < 디젤발전기의 최소 운전용량)의 발생이 예상되더라도 운영시스템에서 신재생에너지의 출력을 제한하거나 정지하도록 제어할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 도서지역 등 친환경 에너지 자립섬에서 계통운영자가 제어할 수 없는 민간의 신재생에너지의 출력계획과 순부하량을 고려하여 전력수급 균형이 안정적으로 유지될 수 있도록 계통에서 신재생 에너지와 병렬로 연결된 RI(Renewable Integration)용 ESS(Energy Storage System)를 고려하여 디젤발전기의 발전계획을 수립하여 운영하는 독립형 마이크로 그리드 운영장치 및 그 운영방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치는, 기상 데이터, 전력소비 데이터 및 신재생에너지의 상태 데이터를 수집하는 데이터 수집부; 신재생에너지와 병렬로 연계하여 신재생에너지의 전원을 충전하고 계통으로 공급하는 RI(Renewable Integration) ESS; 계통의 전압과 주파수를 유지하고 부하전력을 공급하는 디젤발전기; 및 데이터 수집부로부터 수집된 기상 데이터, 전력소비 데이터 및 신재생에너지 상태 데이터를 기반으로 계통에서의 부하량과 신재생에너지의 출력량을 예측하고, 예측결과를 기반으로 디젤발전기와 RI ESS의 상태에 따라 순부하량을 산출하여 디젤발전기와 RI ESS를 제어하는 운영 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 운영 제어부는, 기상 데이터와 전력소비 데이터를 기반으로 신재생에너지의 출력량과 부하량을 예측하는 예측부; 및 예측부에서 예측된 신재생에너지의 출력량과 부하량에 기초하여 순부하량을 산출하고, 순부하량을 기반으로 디젤발전기의 발전량과 RI ESS의 충방전량을 산출하는 제어량 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어량 산출부는, 디젤발전기의 최소 운전용량을 만족하도록 RI ESS의 충방전량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어량 산출부는, 디젤발전기의 운전비용이 최소화되도록 발전량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어량 산출부는, 디젤발전기의 증감발율이 설정 증감발율 이하를 만족하도록 디젤발전기의 발전량과 RI ESS의 충방전량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 운영 제어부는, 설정시간 단위로 부하량과 출력량을 예측하여 디젤발전기와 RI ESS를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영방법은, 운영 제어부가 데이터 수집부를 통해 기상 데이터, 전력소비 데이터 및 신재생에너지의 상태 데이터를 수집하는 단계; 운영 제어부가 수집된 기상 데이터, 전력소비 데이터 및 신재생에너지의 상태 데이터를 기반으로 계통에서의 부하량과 신재생에너지의 출력량을 예측하는 단계; 운영 제어부가 예측결과를 기반으로 순부하량을 산출한 후 순부하량에 기초하여 디젤발전기의 발전량과 RI ESS의 충방전량을 산출하는 단계; 및 운영제어부가 산출된 디젤발전기의 발전량과 RI ESS의 충방전량에 따라 제어지령치를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 RI ESS의 충방전량을 산출하는 단계는, 운영 제어부가 디젤발전기의 최소 운전용량을 만족하도록 RI ESS의 충방전량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 디젤발전기의 발전량을 산출하는 단계는, 운영 제어부가 순부하량에 따라 디젤발전기의 운전비용이 최소화되도록 발전량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 디젤발전기의 발전량과 RI ESS의 충방전량을 산출하는 단계는, 운영 제어부가 디젤발전기의 증감발율이 설정 증감발율 이하를 만족하도록 디젤발전기의 발전량과 RI ESS의 충방전량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 부하량과 신재생에너지의 출력량을 예측하고, 산출된 디젤발전기의 발전량과 RI ESS의 충방전량에 따라 제어지령치를 출력하는 단계는, 운영 제어부가 설정시간 단위로 부하량과 출력량을 예측하여 디젤발전기와 RI ESS를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치 및 그 운영방법은 도서지역 등 친환경 에너지 자립섬에서 계통운영자가 제어할 수 없는 민간의 신재생에너지의 출력계획과 순부하량을 고려하여 전력수급 균형이 안정적으로 유지될 수 있도록 계통에서 신재생 에너지와 병렬로 연결된 RI(Renewable Integration)용 ESS(Energy Storage System)를 고려하여 디젤발전기의 발전계획을 수립하여 운영함으로써, 신재생에너지의 영향으로 인한 계통안정성 저해를 최소화하고, 계통운영자 입장에서 안정적으로 정확한 디젤발전기 발전계획을 수립하여 전력공급을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치의 적용상태를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치에서 RI ESS가 설치된 연계점에서의 전력상태를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치에서 순부하량과 RI ESS의 충방전량의 검토과정을 설명하기 위한 테이블이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치에서 RI ESS의 제어지령치를 조정하는 과정을 설명하기 위한 테이블이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치에서 디젤발전기의 연료비용 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치에서 디젤발전기의 발전량과 RI ESS의 충방전량의 산출결과를 나타낸 예시 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치 및 그 운영방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치를 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치의 적용상태를 나타낸 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치에서 RI ESS가 설치된 연계점에서의 전력상태를 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치에서 순부하량과 RI ESS의 충방전량의 검토과정을 설명하기 위한 테이블이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치에서 RI ESS의 제어지령치를 조정하는 과정을 설명하기 위한 테이블이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치에서 디젤발전기의 연료비용 곡선을 나타낸 그래프이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치에서 디젤발전기의 발전량과 RI ESS의 충방전량의 산출결과를 나타낸 예시 결과이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영장치는, 데이터 수집부(10), RI ES(40)S, 디젤발전기(30), 운영 제어부(20) 및 출력부(50)를 포함할 수 있다.
데이터 수집부(10)는 외부의 기상서버(미도시)로부터 운량, 풍속, 풍향, 강수량, 기온 및 일사량 등에 대한 기상 데이터를 수집하고, 전력소비 데이터 및 신재생에너지(60)의 상태 데이터(운전/정지, 유효전력 등)를 수집하여 운영 제어부(20)에 제공할 수 있다.
여기서 신재생에너지(60)는 자연 동력원으로부터 전력을 발생하는 풍력 발전원, 태양광 발전원 및 수력 발전원 등을 포함할 수 있다.
RI(Renewable Integration) ESS(40)는 신재생에너지(60)와 병렬로 연계하여 분산 설치되어 신재생에너지(60)의 전원을 충전하고 계통으로 공급함으로써 신재생에너지(60)의 출력 안정화용으로 이용될 수 있다.
신재생에너지(60)는 기상상황에 따라 출력이 결정되기 때문에 일정한 출력이 나오도록 제어가 불가하다. 즉, 출력 예측결과와 동일한 유효전력이 나올 수 없기 때문에 병렬로 설치된 RI ESS(40)의 충방전을 통해 연계점 유효전력을 예측결과와 일치시킬 수 있도록 운영 제어부(20)로 상태정보(충ㅇ방전량, SOC 등)를 제공하며, RI ESS(40)는 시간대별 제어지령치를 입력받아 제어된다.
따라서 신재생에너지(60)의 출력변동이 발생하더라도 RI ESS(40)의 즉각적인 충방전을 통해 연계점의 유효전력을 일정하게 유지할 수 있다.
예를 들어, 특정시점에서 신재생에너지(60) 출력예측 결과가 100kW인데 신재생에너지(60)가 출력변동이 80kW → 90kW → 110kW로 변동 한다면, RI ESS(40)는 20kW 방전 → 10kW 방전 → 10kW 충전과 같은 동작을 통해 연계점 유효전력을 100kW로 일정하게 유지하여 예측결과와 동일한 유효전력을 낼 수 있도록 한다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 신재생에너지(60) 예측값과 신재생에너지(60) 실제출력은 일치하지 않지만 연계점의 유효전력은 신재생에너지(60) 예측값과 동일하게 유지되도록 할 수 있다.
이를 통해 계통 전체수요를 부담할 수 있는 큰 용량의 ESS가 계통 모선측에 없더라도, 개별 신재생에너지(60)에 맞는 용량의 RI ESS(40)를 분산하여 설치함으로써, 신재생에너지(60) 출력변동을 제거할 수 있기 때문에 계통안정성 저해를 최소화할 수 있게 된다. 즉, 출력예측이 틀리더라도 RI ESS(40)를 이용하여 기 예측된 출력을 낼 수 있게 되기 때문에 디젤발전기(30)의 발전량을 수시로 바꾸지 않더라도 계통운영자가 디젤발전기(30)를 안정적으로 운전할 수 있게 된다.
디젤발전기(30)는 계통의 전압과 주파수를 유지하고 부하전력을 공급하고 상태정보(운전/정지, 유효전력, 주파수 등)를 실시간으로 운영 제어부(20)에 제공할 수 있다.
운영 제어부(20)는 데이터 수집부(10)로부터 수집된 기상 데이터, 전력소비 데이터 및 신재생에너지(60)의 상태 데이터를 기반으로 계통에서의 부하량과 신재생에너지(60)의 출력량을 예측하고, 예측결과를 기반으로 디젤발전기(30)와 RI ESS(40)의 상태에 따라 순부하량을 산출하여 디젤발전기(30)와 RI ESS(40)를 제어한다.
여기서 운영 제어부(20)는 설정시간 단위로 부하량과 출력량을 예측하여 디젤발전기(30)와 RI ESS(40)를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로 운영 제어부(20)는 예측부(21)와 제어량 산출부(22)를 포함할 수 있다.
예측부(21)는 기상 데이터와 전력소비 데이터를 기반으로 신재생에너지(60)의 출력량과 계통에서의 부하량을 예측할 수 있다.
제어량 산출부(22)는 예측부(21)에서 예측된 신재생에너지(60)의 출력량과 부하량에 기초하여 순부하량을 산출하고, 순부하량을 기반으로 디젤발전기(30)의 발전량과 RI ESS(40)의 충방전량을 산출할 수 있다.
여기서 RI ESS(40)의 충방전량을 산출할 때 제어량 산출부(22)는 디젤발전기(30)의 최소 운전용량을 만족하도록 산출할 수 있다.
본 실시예에서는 신재생에너지(60)의 출력의 총합이 과다(순부하량 < 디젤발전기 최소 운전용량)한 경우, 신재생에너지(60)를 직접 제어할 수 없기 때문에 RI ESS(40)를 제어하여 연계점의 유효 전력값을 낮추게 된다. 즉, 신재생에너지(60)의 출력이 과다한 시점에서는 RI ESS(40)가 연계점 유효전력을 예측결과와 일치시키지 않고, 계통 전체의 순부하량이 적정 수준(순부하량 > 디젤발전기 최소 용량)으로 맞춰지도록 제어량 산출부(22)는 RI ESS(40)의 충방전량을 산출하게 된다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 예측된 계통에서의 부하량과 신재생에너지(60)의 출력량 및 순부하량을 15분 단위로 예측했을 때, 45분 뒤의 부하량과 신재생에너지(60) 출력량 및 순부하량을 살펴보면 순부하량이 디젤발전기(30)의 최소운전 용량인 50kW 보다 작은 45kW가 된다. 따라서 RI ESS(40)의 추가 충전량을 5kW로 산출하고, 순부하량을 50kW로 조정하여 순부하량의 적정 수준을 만족하도록 할 수 있다.
그런 다음, 도 5에 도시된 바와 같이 추가 충전량 5kW를 RI ESS(40)의 상태에 따라 각각 RI ESS(40)에 배분한다. 이때 RI ESS(40)의 SOC 적정수준을 벗어난 경우 배분량을 0kW로 배분할 수 있다.
따라서 부하량이 640kW일 때 신재생에너지(60)의 출력량을 590kW로 조정하여 순부하량을 디젤발전기(30)의 최소운전 용량인 50kW로 맞도록 디젤발전기(30)의 발전량과 RI ESS(40)의 충방전량을 산출할 수 있다.
즉, 제어량 산출부(22)는 특정시간대의 순부하량이 디젤발전기(30)의 최소운전 용량 미만으로 전력공급을 할 수 없는 상태인지 검토하여 수학식 1과 같이 RI ESS(40)의 추가 충전량을 계산할 수 있다.
Figure pat00001
또한, 제어량 산출부(22)는 디젤발전기(30)의 발전량을 산출할 때 디젤발전기(30)의 운전비용이 최소화되도록 도 6에 도시된 발전기의 출력에 따른 연료비용을 고려하여 수학식 2와 같이 목적함수를 적용하여 발전량을 산출할 수 있다.
Figure pat00002
이때 디젤발전기(30)의 연료비용은 수학식 3과 같이 2차 함수로 표현될 수 있고, 디젤발전기(30)의 기동비용은 수학식 4와 같이 정지상태 발전기의 기동에 따른 발생 비용으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
또한, 제어량 산출부(22)는 디젤발전기(30)의 발전량을 산출할 때 제약조건으로 수학식 5와 같이 순부하량과 동일하도록 디젤발전기(30)의 발전량을 산출하게 되고, 수학식 6과 같이 시간대별 계통 전체에 대한 순동예비력 요구량에 따라 각 디젤발전기(30)의 순동예비력을 산출하며, 수학식 7과 같이 시간대별 디젤발전기(30)의 출력 증가 제한율과 출력 감소 제한율에 따라 증감발율이 설정 증감발율 이하를 만족하도록 디젤발전기(30)의 발전량과 RI ESS(40)의 충방전량을 산출할 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
한편, 제어량 산출부(22)는 최초 기동/정지의 상태변경 이후 최소 운전 시간 또는 최소 정지시간 이내에 상태변경이 없도록 각 디젤발전기(30)의 발전량을 산출할 수 있다.
이와 같이 운영 제어부(20)는 시간대별 예측된 부하량과 신재생에너지(60)의 출력량을 기반으로 개별 RI ESS(40)의 충방전량과 디젤발전기(30)의 발전량을 도 10과 같이 수립하고 제어지령치를 출력할 수 있다. 여기서 신재생에너지(60)의 출력량의 예측결과는 개별 신재생에너지(60)의 단일기기에 대한 출력량을 나타낸다.
출력부(50)는 운영 제어부(20)의 작동상태를 HMI(Human-Machine Interface)를 통해 즉각적으로 운영원에게 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 독립형 마이크로 그리드 운영장치에 따르면, 도서지역 등 친환경 에너지 자립섬에서 계통운영자가 제어할 수 없는 민간의 신재생에너지의 출력계획과 순부하량을 고려하여 전력수급 균형이 안정적으로 유지될 수 있도록 계통에서 신재생 에너지와 병렬로 연결된 RI(Renewable Integration)용 ESS(Energy Storage System)를 고려하여 디젤발전기의 발전계획을 수립하여 운영함으로써, 신재생에너지의 영향으로 인한 계통안정성 저해를 최소화하고, 계통운영자 입장에서 안정적으로 정확한 디젤발전기 발전계획을 수립하여 전력공급을 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 마이크로 그리드 운영방법에서는 먼저, 운영 제어부(20)가 데이터 수집부(10)를 통해 기상 데이터, 전력소비 데이터 및 신재생에너지(60)의 상태 데이터를 수집한다(S10).
여기서 데이터 수집부(10)는 외부의 기상서버(미도시)로부터 운량, 풍속, 풍향, 강수량, 기온 및 일사량 등에 대한 기상 데이터를 수집하고, 전력소비 데이터 및 신재생에너지(60)의 상태 데이터(운전/정지, 유효전력 등)를 수집할 수 있다.
S10 단계에서 기상 데이터, 전력소비 데이터 및 신재생에너지(60)의 상태 데이터를 수집한 후 운영 제어부(20)는 이를 기반으로 계통에서의 부하량과 신재생에너지(60)의 출력량을 설정시간 단위로 예측한다(S20).
S20 단계에서 부하량과 신재생에너지(60)의 출력량을 예측한 후 부하량에서 신재생에너지(60)의 출력량을 차감하여 순부하량을 산출한다(S30).
S30 단계에서 순부하량을 산출 한 후 운영 제어부(20)는 순부하량을 기반으로 디젤발전기(30)의 발전량과 RI ESS(40)의 충방전량을 산출한다(S40).
여기서 RI ESS(40)의 충방전량을 산출할 때, 운영 제어부(20)는 디젤발전기(30)의 최소 운전용량을 만족하도록 산출할 수 있다.
본 실시예에서는 신재생에너지(60)의 출력의 총합이 과다(순부하량 < 디젤발전기 최소 운전용량)한 경우, 신재생에너지(60)를 직접 제어할 수 없기 때문에 RI ESS(40)를 제어하여 연계점의 유효 전력값을 낮추게 된다. 즉, 신재생에너지(60)의 출력이 과다한 시점에서는 RI ESS(40)가 연계점 유효전력을 예측결과와 일치시키지 않고, 계통 전체의 순부하량이 적정 수준(순부하량 > 디젤발전기 최소 용량)으로 맞춰지도록 운영 제어부(20)는 RI ESS(40)의 충방전량을 산출하게 된다.
이렇게 산출된 RI ESS(40)의 추가 충전량은 RI ESS(40)의 상태에 따라 각각 RI ESS(40)에 배분된다. 이때 RI ESS(40)의 SOC 적정수준을 벗어난 경우 배분량을 0kW로 배분할 수 있다.
따라서 순부하량이 디젤발전기(30)의 최소운전 용량을 만족할 수 있도록 신재생에너지(60)의 출력량을 조정하여 디젤발전기(30)의 발전량과 RI ESS(40)의 충방전량을 산출할 수 있다.
또한, 디젤발전기(30)의 발전량을 산출할 때 운영 제어부(20)는 순부하량에 따라 디젤발전기(30)의 연료비용과 기동비용을 고려한 운전비용이 최소화되도록 디젤발전기(30)의 발전량을 산출하고, 시간대별 디젤발전기(30)의 출력 증가 제한율과 출력 감소 제한율에 따라 증감발율이 설정 증감발율 이하를 만족하도록 디젤발전기(30)의 발전량과 RI ESS(40)의 충방전량을 산출할 수 있다.
S40 단계에서 디젤발전기(30)의 발전량과 RI ESS(40)이 충방전량을 산출한 후 운영 제어부(20)는 산출된 디젤발전기(30)의 발전량과 RI ESS(40)의 충방전량에 따라 설정시간 단위로 제어지령치를 출력하여 디젤발전기(30)와 RI ESS(40)를 제어한다(S50).
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 독립형 마이크로 그리드 운영방법에 따르면, 도서지역 등 친환경 에너지 자립섬에서 계통운영자가 제어할 수 없는 민간의 신재생에너지의 출력계획과 순부하량을 고려하여 전력수급 균형이 안정적으로 유지될 수 있도록 계통에서 신재생 에너지와 병렬로 연결된 RI(Renewable Integration)용 ESS(Energy Storage System)를 고려하여 디젤발전기의 발전계획을 수립하여 운영함으로써, 신재생에너지의 영향으로 인한 계통안정성 저해를 최소화하고, 계통운영자 입장에서 안정적으로 정확한 디젤발전기 발전계획을 수립하여 전력공급을 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 데이터 수집부 20 : 운영 제어부
21 : 예측부 22 : 제어량 산출부
30 : 디젤발전기 40 : RI ESS
50 : 출력부 60 : 신재생에너지

Claims (11)

  1. 기상 데이터, 전력소비 데이터 및 신재생에너지의 상태 데이터를 수집하는 데이터 수집부;
    상기 신재생에너지와 병렬로 연계하여 상기 신재생에너지의 전원을 충전하고 계통으로 공급하는 RI(Renewable Integration) ESS;
    상기 계통의 전압과 주파수를 유지하고 부하전력을 공급하는 디젤발전기; 및
    상기 데이터 수집부로부터 수집된 상기 기상 데이터, 상기 전력소비 데이터 및 상기 신재생에너지 상태 데이터를 기반으로 상기 계통에서의 부하량과 상기 신재생에너지의 출력량을 예측하고, 예측결과를 기반으로 상기 디젤발전기와 상기 RI ESS의 상태에 따라 순부하량을 산출하여 상기 디젤발전기와 상기 RI ESS를 제어하는 운영 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로 그리드 운영장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 운영 제어부는, 상기 기상 데이터와 상기 전력소비 데이터를 기반으로 상기 신재생에너지의 출력량과 상기 부하량을 예측하는 예측부; 및
    상기 예측부에서 예측된 상기 신재생에너지의 출력량과 상기 부하량에 기초하여 순부하량을 산출하고, 상기 순부하량을 기반으로 상기 디젤발전기의 발전량과 상기 RI ESS의 충방전량을 산출하는 제어량 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로 그리드 운영장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제어량 산출부는, 상기 디젤발전기의 최소 운전용량을 만족하도록 상기 RI ESS의 충방전량을 산출하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로 그리드 운영장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 제어량 산출부는, 상기 디젤발전기의 운전비용이 최소화되도록 발전량을 산출하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로 그리드 운영장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 제어량 산출부는, 상기 디젤발전기의 증감발율이 설정 증감발율 이하를 만족하도록 상기 디젤발전기의 발전량과 상기 RI ESS의 충방전량을 산출하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로 그리드 운영장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 운영 제어부는, 설정시간 단위로 부하량과 출력량을 예측하여 상기 디젤발전기와 상기 RI ESS를 제어하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로 그리드 운영장치.
  7. 운영 제어부가 데이터 수집부를 통해 기상 데이터, 전력소비 데이터 및 신재생에너지의 상태 데이터를 수집하는 단계;
    상기 운영 제어부가 수집된 상기 기상 데이터, 상기 전력소비 데이터 및 상기 신재생에너지의 상태 데이터를 기반으로 계통에서의 부하량과 상기 신재생에너지의 출력량을 예측하는 단계;
    상기 운영 제어부가 예측결과를 기반으로 순부하량을 산출한 후 상기 순부하량에 기초하여 디젤발전기의 발전량과 RI ESS의 충방전량을 산출하는 단계; 및
    상기 운영제어부가 산출된 상기 디젤발전기의 발전량과 상기 RI ESS의 충방전량에 따라 제어지령치를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로 그리드 운영방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 RI ESS의 충방전량을 산출하는 단계는, 상기 운영 제어부가 상기 디젤발전기의 최소 운전용량을 만족하도록 상기 RI ESS의 충방전량을 산출하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로 그리드 운영방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 디젤발전기의 발전량을 산출하는 단계는, 상기 운영 제어부가 상기 순부하량에 따라 상기 디젤발전기의 운전비용이 최소화되도록 발전량을 산출하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로 그리드 운영방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 디젤발전기의 발전량과 상기 RI ESS의 충방전량을 산출하는 단계는, 상기 운영 제어부가 상기 디젤발전기의 증감발율이 설정 증감발율 이하를 만족하도록 상기 디젤발전기의 발전량과 상기 RI ESS의 충방전량을 산출하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로 그리드 운영방법.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 부하량과 상기 신재생에너지의 출력량을 예측하고, 산출된 상기 디젤발전기의 발전량과 상기 RI ESS의 충방전량에 따라 제어지령치를 출력하는 단계는, 상기 운영 제어부가 설정시간 단위로 부하량과 출력량을 예측하여 상기 디젤발전기와 상기 RI ESS를 제어하는 것을 특징으로 하는 독립형 마이크로 그리드 운영방법.
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