KR20200069159A - 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치 및 그 방법 - Google Patents

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KR20200069159A KR1020180156389A KR20180156389A KR20200069159A KR 20200069159 A KR20200069159 A KR 20200069159A KR 1020180156389 A KR1020180156389 A KR 1020180156389A KR 20180156389 A KR20180156389 A KR 20180156389A KR 20200069159 A KR20200069159 A KR 20200069159A
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Abstract

실시예에 의한 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치 및 그 방법이 개시된다. 상기 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치는 배전선로를 복수의 구간으로 구분하고, 상기 복수의 구간에 각각 배치된 복수의 배전지능화 단말장치로부터 측정된 제1 전력 정보를 수신하는 제1 수신부; 상기 복수의 구간에 각각 배치된 복수의 ESS(Energy Storage System) 그룹에 속한 에너지 저장장치로부터 측정된 제2 전력 정보를 수신하는 제2 수신부; 상기 제1 전력 정보와 상기 제2 전력 정보를 기초로 상기 복수의 ESS 그룹에 각각 속한 복수의 에너지 저장장치의 전력을 제어하기 위한 전력 지령치를 산출하는 전력 산출부; 및 상기 산출된 전력 지령치를 상기 복수의 ESS 그룹에 각각 속한 복수의 에너지 저장장치에 각각 전송하는 지령 전송부를 포함한다.

Description

에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING ENERGY STORAGE SYSTEM AND METHOD THEREOF}
실시예는 에너지 저장장치 제어 기법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
전력계통에 연계되는 신재생 에너지원(분산형 전원)의 수가 많아지고 규모가 커짐에 따라 이로부터 발생되는 전력의 품질을 향상시키기 위한 요구와, 신재생 에너지원의 이익률 극대화를 위하여 에너지 저장장치(Energy Storage System: ESS)의 보급이 확대되는 추세이다.
선간전압 22.9kV의 배전계통의 간선의 대략적인 용량은 10MVA~15MVA인 반면에 현재 사용하는 부하의 양이 이를 초과하는 선로가 다수 있는 실정이다. 이를 에너지 저장장치를 활용하여 선로의 과부하를 방지하고자 에너지 저장장치의 적용 확대가 필요한 상황이다.
이러한 이유로 에너지 저장장치의 계통에서의 비중이 증대하고 있으나 에너지저장장치의 충·방전 스케쥴을 기반으로 하여 계통과 유·무효전력을 수급하고 있어 계통의 실시간 상태를 반영한 최적운전이 불가능하다. 또한, 에너지 저장장치를 구성하는 전력 변환 장치부(Power Conditioning System; PCS)는 구조상 한계로 계통의 선로전류를 측정할 수 없어서 전력계통의 상황에 따른 자체 응동이 불가능하다.
등록특허공보 제10-1661704호
실시예는, 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치는 배전선로를 복수의 구간으로 구분하고, 상기 복수의 구간에 각각 배치된 복수의 배전지능화 단말장치로부터 측정된 제1 전력 정보를 수신하는 제1 수신부; 상기 복수의 구간에 각각 배치된 복수의 ESS(Energy Storage System) 그룹에 속한 에너지 저장장치로부터 측정된 제2 전력 정보를 수신하는 제2 수신부; 상기 제1 전력 정보와 상기 제2 전력 정보를 기초로 상기 복수의 ESS 그룹에 각각 속한 복수의 에너지 저장장치의 전력을 제어하기 위한 전력 지령치를 산출하는 전력 산출부; 및 상기 산출된 전력 지령치를 상기 복수의 ESS 그룹에 각각 속한 복수의 에너지 저장장치에 각각 전송하는 지령 전송부를 포함할 수 있다.
상기 전력 산출부는 배전선로 간선을 흐르는 피상 전력이 미리 정해진 설정치를 초과하는지를 판단하고, 상기 판단한 결과에 따라 구간별 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치의 방전 유효 전력 지령치 또는 충전 유효 전력 지령치를 산출할 수 있다.
상기 전력 산출부는 상기 피상 전력이 상기 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 부하 용량이 구간 N의 ESS 그룹의 출력합 미만인 경우, 구간 N의 ESS 그룹에 대한 제1 방전 유효 전력 지령치를 산출하고, 상기 제1 방전 유효 전력 지령치는 수학식 PESS,N =
Figure pat00001
[KW]에 의해 산출되고, IN, IN +1은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 전류[A], QN, QN +1은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 무효 전력[KVar], PN, PN +1은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 유효 전력[KW], θN , θN +1 은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 역률각[rad]일 수 있다.
상기 전력 산출부는 상기 피상 전력이 상기 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 부하 용량이 구간 N의 ESS 그룹의 출력합 이상인 경우 ESS 그룹의 제2 방전 유효 전력 지령치를 산출하고, 상기 제2 방전 유효 전력 지령치는 수학식 PESS,N =
Figure pat00002
[KW]에 의해 산출되고, PaESS,N는 구간 N의 ESS 그룹의 출력합[KVA], IN, IN +1은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 전류[A], θN , θN +1 은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 역률각[rad]일 수 있다.
상기 전력 산출부는 상기 피상 전력이 상기 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 ESS 그룹의 평균 충전량 퍼센트가 20% 이하인 경우 제3 방전 유효 전력 지령치를 0으로 산출할 수 있다.
상기 전력 산출부는 상기 피상 전력이 상기 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 ESS 그룹의 출력합이 기준 방전출력 미만인 경우 상시개방점 투입을 결정할 수 있다.
상기 전력 산출부는 상기 피상 전력이 상기 미리 정해진 설정치 이하인 경우, 구간별 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치의 충전 전력 지령치를 산출하고, 상기 충전 전력 지령치는 수학식 PESS,N , Chg =
Figure pat00003
[KW]에 의해 구하고, PLoad,N은 구간 N의 부하 유효 전력[KW], QLoad,N은 구간 N의 부하 무효 전력[Kvar], Patr은 과부하율 고려한 시 주상변압기의 최대 용량[KVA], QLoad,N은 구간 N의 부하 무효 전력[Kvar]일 수 있다.
상기 전력 산출부는 상기 복수의 구간에 각각 배치된 주상변압기의 이용률이 미리 정해진 과부하율을 초과한 경우, 상기 복수의 구간에 각각 배치된 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치의 방전 유효 전력 지령치를 산출할 수 있다.
상기 방전 유효 전력 지령치는 수학식 PESS,N =
Figure pat00004
[KW]에 의해 구하고, VN은 구간 N의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 선간 전압[KV], θN, θN +1 은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 역률각[rad], IN, IN +1은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 전류[A], Patr은 과부하율 고려한 시 주상변압기의 최대 용량[KVA]일 수 있다.
상기 제1 전력 정보는 구간별 배전지능화 단말장치로부터 측정된 각 구간별 전류, 전압, 전류위상, 전압위상, 유효 전력, 무효 전력을 포함하고, 상기 제2 전력 정보는 구간별 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치로부터 측정된 SOC 정보, 충전 유효 전력, 충전 무효 전력, 방전 유효 전력, 방전 무효 전력, 피상전력을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장장치를 제어하기 위한 방법은 배전선로를 복수의 구간으로 구분하고, 상기 복수의 구간에 각각 배치된 복수의 배전지능화 단말장치로부터 측정된 제1 전력 정보를 수신하는 단계; 상기 복수의 구간에 각각 배치된 복수의 ESS(Energy Storage System) 그룹에 속한 에너지 저장장치로부터 측정된 제2 전력 정보를 수신하는 단계; 상기 제1 전력 정보와 상기 제2 전력 정보를 기초로 상기 복수의 ESS 그룹에 각각 속한 복수의 에너지 저장장치의 전력을 제어하기 위한 전력 지령치를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 전력 지령치를 상기 복수의 ESS 그룹에 각각 속한 복수의 에너지 저장장치에 각각 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 산출하는 단계에서는 배전선로 간선을 흐르는 피상전력이 미리 정해진 설정치를 초과하는지를 판단하고, 상기 판단한 결과에 따라 구간별 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치의 방전 유효 전력 지령치 또는 충전 유효 전력 지령치를 산출할 수 있다.
상기 산출하는 단계에서는 상기 복수의 구간에 각각 배치된 주상변압기의 이용률이 미리 정해진 과부하율을 초과한 경우, 상기 복수의 구간에 각각 배치된 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치의 방전 유효 전력 지령치를 산출할 수 있다.
실시예에 따르면, 배전선로 간선의 구간마다 설치된 배전지능화 단말장치로부터 구간별로 측정된 전류, 전압, 전력의 정보를 수신하고, 수신된 정보를 기초로 구간별 에너지 저장장치의 충전 전력과 방전 전력을 산출하도록 함으로써, 실시간으로 에너지 저장장치의 충전 전력과 방전 전력을 제어할 수 있다.
실시예에 따르면, 충전량을 고려하여 구간별 에너지 저장장치의 충전 전력과 방전 전력을 산출하기 때문에, 에너지 저장장치의 상태별 유효 전력과 무효 전력을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 ESS 제어 장치의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치를 제어하기 위한 방법을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1에 도시된 ESS 제어 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예에서는, 배전선로 간선의 구간마다 설치된 배전지능화 단말장치로부터 구간별로 측정된 전류, 전압, 전력의 정보를 수신하고, 수신된 정보를 기초로 구간별 에너지 저장장치의 충전 전력과 방전 전력을 산출하도록 한, 새로운 방안을 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 배전용 변전소(10), 배전지능화 단말장치(FRTU, Feeder Remote Terminal Unit)(20), 주상변압기(30), 부하 그룹(40), ESS(Energy Storage System) 그룹(50), ESS 제어장치(100)를 포함할 수 있다.
배전용 변전소(10)는 송전선에서 보내오는 전력을 배전 전압으로 변압하여 분배할 수 있다.
배전지능화 단말장치(20)는 배전선로 간선 상에 배치될 수 있다. 배전지능화 단말장치(20)는 배전선로 간선 상에 미리 정해진 구간마다 배치되도록 복수 개 예컨대, 제1 배전지능화 단말장치(20-1), 제2 배전지능화 단말장치(20-2),?, 제N 배전지능화 단말장치(20-N)가 구비될 수 있다.
배전지능화 단말장치(20)는 각 구간별 전류, 전압, 전류위상, 전압위상, 유효 전력, 무효 전력 등의 제1 전력 정보를 측정하고, 측정된 제1 전력 정보를 ESS 제어장치(100)에 전송할 수 있다.
주상변압기(30)는 각 구간마다 배치되고, 배전선로 간선의 고압을 저압으로 낮출 수 있다.
부하 그룹(40)은 주상변압기(30)로부터 전력을 공급 받는 복수의 부하를 포함할 수 있다. 이러한 부하 그룹(40)은 부하 종류에 따라 복수의 서브 부하 그룹으로 구분되고 구분된 복수의 서브 부하 그룹은 서로 다른 에너지 저장장치에 연결될 수 있다.
ESS 그룹(50)은 복수의 에너지 저장장치(ESS, Energy Storage System)을 포함할 수 있다. 복수의 에너지 저장장치는 각각 자신의 SOC(State Of Charge) 정보, 실시간 충방전 유무효전력, 피상전력 등의 제2 전력 정보를 측정하고, 측정된 제2 전력 정보를 ESS 제어장치(100)에 전송할 수 있다.
ESS 제어장치(100)는 구간별 배전지능화 단말장치(20)와 연동하고, 배전지능화 단말장치(20)로부터 측정된 각 구간별 전류, 전압, 전류위상, 전압위상, 유효 전력, 무효 전력 등의 제1 전력 정보를 수신할 수 있다.
ESS 제어장치(100)는 구간별 ESS 그룹(50)에 속한 복수의 에너지 저장장치와 연동하고, 복수의 에너지 저장장치로부터 각각 측정된 SOC 정보, 충전 유효 전력, 충전 무효 전력, 방전 유효 전력, 방전 무효 전력, 피상전력 등의 제2 전력 정보를 수신할 수 있다.
ESS 제어장치(100)는 제1 전력 정보와 제2 전력 정보를 기초로 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치의 전력 지령치 예컨대, 방전 유효 전력 지령치, 충전 전력 지령치를 산출하고, 산출된 방전 유효 전력 지령치, 충전 전력 지령치를 해당 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치에 각각 전송할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 ESS 제어 장치의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 제어장치(100)는 제1 수신부(110), 제2 수신부(120), 전력 산출부(130), 지령 전송부(140)를 포함할 수 있다.
제1 수신부(110)는 배전지능화 단말장치(20)로부터 측정된 각 구간별 전류, 전압, 전류위상, 전압위상, 유효 전력, 무효 전력 등의 제1 전력 정보를 수신할 수 있다.
제2 수신부(120)는 ESS 그룹(50)에 속한 에너지 저장장치로부터 각각 측정된 SOC 정보, 충전 유효 전력, 충전 무효 전력, 방전 유효 전력, 방전 무효 전력, 피상전력 등의 제2 전력 정보를 수신할 수 있다.
전력 산출부(130)는 제1 전력 정보와 제2 전력 정보를 기초로 구간별 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치의 방전 유효 전력 지령치, 충전 유효 전력 지령치를 산출할 수 있다.
전력 산출부(130)는 배전선로 간선을 흐르는 전력이 미리 정해진 설정치를 초과한 경우, ESS 그룹의 방전 유효 전력 지령치를 산출할 수 있다. 이때, N 구간 ESS 그룹의 방전 유효 전력 지령치 PESS,N는 다음의 [수학식 1]과 같다.
[수학식 1]
If PaL,N < PaESS,N, PESS,N =
Figure pat00005
,
If PaL,N ≥ PaESS,N, PESS,N =
Figure pat00006
If %avg SOCN ≤ 20%, PESS,N = 0
If PaESS,N < 기준 방출전력, 상시개방점 투입
여기서, PaL,N은 구간 N의 부하 용량(
Figure pat00007
), PaESS,N는 구간 N의 ESS 그룹의 출력합[KVA], IN, IN +1은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 전류[A], QN, QN +1은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 무효 전력[KVar], PN, PN +1은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 유효 전력[KW], θN , θN +1 은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 역률각[rad], %avg SOCN은 구간 N의 ESS 그룹의 평균 충전량(SOC, State Of Charge) 퍼센트를 나타낸다.
즉, 전력 산출부(130)는 1)배전선로 간선을 흐르는 전력이 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 부하 용량이 구간 N의 ESS 그룹의 출력합 미만인 경우, ESS 그룹의 제1 방전 유효 전력 지령치를 산출하고, 2)배전선로 간선을 흐르는 전력이 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 부하 용량이 구간 N의 ESS 그룹의 출력합 이상인 경우 ESS 그룹의 제2 방전 유효 전력 지령치를 산출하고, 3)배전선로 간선을 흐르는 전력이 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 ESS 그룹의 평균 충전량 퍼센트가 20% 이하인 경우 제3 방전 유효 전력 지령치를 산출하고, 4)배전선로 간선을 흐르는 전력이 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 ESS 그룹의 출력합이 기준 방전출력 미만인 경우 상시개방점 투입을 결정할 수 있다.
여기서, 상시개방점이란 배전선로는 거미줄처럼 서로 다른 회선들이 네트워크처럼 상호 연결돼 있는데 이 연결점에 자동화용 개폐기를 설치해 상시 개방된 상태로 유지되는 지점을 일컫는다. 따라서, 실시예에서는 간선의 허용용량(설정치)을 넘은 피상전력이 간선을 통해 흐르는 상태에서 에너지저장장치(ESS)의 방전 출력이 부족한 경우 상시개방점을 투입하도록 제어한다.
전력 산출부(130)는 배전선로 간선을 흐르는 전력이 미리 정해진 설정치 이하인 경우, ESS 그룹의 충전 유효 전력 지령치를 산출할 수 있다. 이때, N 구간 ESS 그룹의 충전 유효 전력 지령치 PESS,N , Chg는 다음의 [수학식 2]와 같다.
[수학식 2]
PESS,N, Chg =
Figure pat00008
[KW],
Patr = Ptr × (%O.L./100)[KVA],
PLoad,N =
Figure pat00009
[KW],
QLoad,N =
Figure pat00010
[KVar],
θLoad =
Figure pat00011
[rad]
여기서, θN, θN +1 은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 역률각[rad], IN, IN +1은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 전류[A], PLoad,N은 구간 N의 부하 유효 전력[KW], QLoad,N은 구간 N의 부하 무효 전력[Kvar], Ptr은 주상변압기의 용량[KVA], VN은 구간 N의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 선간 전압[KV], Patr은 과부하율 고려한 시 주상변압기의 최대 용량[KVA], %O.L.는 주상변압기의 과부하율을 나타낸다.
전력 산출부(130)는 각 주상변압기의 이용률을 산출하고 산출된 주상변압기의 이용률이 미리 정해진 과부하율을 초과한 경우, ESS 그룹의 방전 유효 전력 지령치를 산출할 수 있다. 이때, 주상변압기의 이용률 %TR O.P은 다음의 [수학식 3]과 같다.
[수학식 3]
%TR O.P =
Figure pat00012
그리고 N 구간 ESS 그룹의 방전 유효 전력 지령치 PESS,N는 다음의 [수학식 4]와 같다.
[수학식 4]
PESS,N =
Figure pat00013
[KW]
여기서, VN은 구간 N의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 선간 전압[KV], θN, θN +1 은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 역률각[rad], IN, IN +1은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 전류[A], Patr은 과부하율 고려한 시 주상변압기의 최대 용량[KVA]을 나타낸다.
지령 전송부(140)는 산출된 방전 유효 전력 지령치, 충전 전력 지령치를 구간별 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치에 무선 또는 유선으로 전송할 수 있다.
이때, 지령 전송부(140)는 무선 또는 유선으로 전력 정보를 송신할 수 있는데, 유선 랜(Local Area Network; LAN), USB(Universal Serial Bus), 이더넷(Ethernet), 전력선 통신(Power Line Communication; PLC), 무선 랜(Wireless LAN), 코드분할 다중접속(Code Division Multiple Access; CDMA), 시분할 다중접속(Time Division Multiple Access; TDMA), 주파수분할 다중접속(Frequency Division Multiple Access; FDMA), 와이브로(Wireless Broadband Internet; WiBro), LTE(Long Term Evolution), 고속 하향 패킷 접속(High Speed Downlink Packet Access; HSDPA), 광대역 코드분할 다중접속(Wideband CDMA; WCDMA), 초광대역 통신(Ultra WideBand; UWB), 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network; USN), RFID(Radio Frequency IDentification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), NFC(Near Field Communication) 등을 포함하는 방식으로 전력 정보를 송신할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치를 제어하기 위한 방법을 나타내는 도면이고, 도 4a 내지 도 4c는 도 1에 도시된 ESS 제어 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 제어 장치는 구간별 배전지능화 단말장치와 구간별 ESS 그룹에 속한 에너지 저장장치로부터 전력 정보를 수신할 수 있다(S310).
즉, 도 4a를 참조하면, ESS 제어 장치는 구간별 배전지능화 단말장치로부터 측정된 각 구간별 전류, 전압, 전류위상, 전압위상, 유효 전력, 무효 전력 등의 제1 전력 정보를 수신하고, 구간별 ESS 그룹에 속한 에너지 저장장치로부터 측정된 SOC 정보, 충전 유효 전력, 충전 무효 전력, 방전 유효 전력, 방전 무효 전력, 피상전력 등의 제2 전력 정보를 수신할 수 있다.
다음으로, ESS 제어 장치는 제1 전력 정보와 제2 전력 정보를 기초로 배전선로 간선을 흐르는 피상 전력을 이용하여 에너지 저장장치를 제어할 것인지를 확인할 수 있다(S311).
다음으로, ESS 제어 장치는 피상 전력을 이용하는 경우, 배전선로 간선을 흐르는 전력이 미리 정해진 설정치를 초과하는지를 판단하고(S312) 그 판단한 결과에 따라 구간별 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치의 방전 유효 전력 지령치 또는 충전 유효 전력 지령치를 산출할 수 있다.
구체적으로, ESS 제어 장치는 1)배전선로 간선을 흐르는 전력이 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 부하 용량이 구간 N의 ESS 그룹의 출력합 미만인 경우(S313, S314), ESS 그룹의 제1 방전 유효 전력 지령치를 산출하고(S315), 2)배전선로 간선을 흐르는 전력이 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 부하 용량이 구간 N의 ESS 그룹의 출력합 이상인 경우(S313, S314) ESS 그룹의 제2 방전 유효 전력 지령치를 산출하고(S316), 3)배전선로 간선을 흐르는 전력이 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 ESS 그룹의 평균 충전량 퍼센트가 20% 이하인 경우(S317, S318) 제3 방전 유효 전력 지령치를 0으로 하고(S319), 4)배전선로 간선을 흐르는 전력이 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 ESS 그룹의 출력합이 기준 방전출력 미만인 경우(S320, S321)) 상시개방점 투입을 결정할 수 있다(S322).
다음으로, ESS 제어 장치는 제1 전력 정보와 제2 전력 정보를 기초로 배전선로 간선을 흐르는 전력이 미리 정해진 설정치 이하인 경우(S312), 구간별 ESS 그룹의 충전 유효 전력 지령치를 산출할 수 있다(S323).
다음으로, ESS 제어 장치는 산출된 구간별 ESS 그룹의 방전 유효 전력 지령치 또는 충전 유효 전력 지령치 또는 상시개방점 투입 여부를 포함하는 제어 신호를 생성하고(S327), 생성된 제어 신호를 구간별 ESS 그룹에 속한 에너지 저장장치에 전송할 수 있다(S328). 즉, ESS 제어 장치는 제어 신호를 전송함으로써 도 4b와 같이 에너지 저장 장치와 상시개방점을 제어할 수 있다.
반면, ESS 제어 장치는 피상 전력을 이용하지 않는 경우, 제1 전력 정보와 제2 전력 정보를 기초로 각 주상변압기의 이용률을 산출할 수 있다(S324).
다음으로, ESS 제어 장치는 산출된 주상변압기의 이용률이 미리 정해진 과부하율을 초과하는지를 판단하고(S325) 그 판단한 결과로 과부하율을 초과하는 경우, 구간별 ESS 그룹의 방전 유효 전력 지령치를 산출할 수 있다(S326).
반면, ESS 제어 장치는 산출된 주상변압기의 이용률이 미리 정해진 과부하율을 이하인 경우, 구간별 ESS 그룹에 속한 에너지 저장장치를 제어하기 위한 별도의 제어가 필요하지 않기 때문에 에너지 저장장치의 이전 상태를 유지시킨다.
다음으로, ESS 제어 장치는 산출된 구간별 ESS 그룹의 방전 유효 전력 지령치를 포함하는 제어 신호를 생성하고(S327), 생성된 제어 신호를 구간별 ESS 그룹에 속한 에너지 저장장치에 전송할 수 있다(S328). 즉, ESS 제어 장치는 제어 신호를 전송함으로써 도 4c와 같이 에너지 저장 장치를 제어할 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 배전용 변전소
20: 배전지능화 단말장치
30: 주상변압기
40: 부하 그룹
50: ESS 그룹
100: ESS 제어장치

Claims (13)

  1. 배전선로를 복수의 구간으로 구분하고, 상기 복수의 구간에 각각 배치된 복수의 배전지능화 단말장치로부터 측정된 제1 전력 정보를 수신하는 제1 수신부;
    상기 복수의 구간에 각각 배치된 복수의 ESS(Energy Storage System) 그룹에 속한 에너지 저장장치로부터 측정된 제2 전력 정보를 수신하는 제2 수신부;
    상기 제1 전력 정보와 상기 제2 전력 정보를 기초로 상기 복수의 ESS 그룹에 각각 속한 복수의 에너지 저장장치의 전력을 제어하기 위한 전력 지령치를 산출하는 전력 산출부; 및
    상기 산출된 전력 지령치를 상기 복수의 ESS 그룹에 각각 속한 복수의 에너지 저장장치에 각각 전송하는 지령 전송부를 포함하는, 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 산출부는,
    배전선로 간선을 흐르는 피상 전력이 미리 정해진 설정치를 초과하는지를 판단하고, 상기 판단한 결과에 따라 구간별 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치의 방전 유효 전력 지령치 또는 충전 유효 전력 지령치를 산출하는, 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전력 산출부는,
    상기 피상 전력이 상기 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 부하 용량이 구간 N의 ESS 그룹의 출력합 미만인 경우, 구간 N의 ESS 그룹에 대한 제1 방전 유효 전력 지령치를 산출하고,
    상기 제1 방전 유효 전력 지령치는 수학식 PESS,N =
    Figure pat00014
    [KW]에 의해 산출되고, IN, IN +1은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 전류[A], QN, QN +1은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 무효 전력[KVar], PN, PN +1은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 유효 전력[KW], θN , θN +1 은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 역률각[rad]인, 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전력 산출부는,
    상기 피상 전력이 상기 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 부하 용량이 구간 N의 ESS 그룹의 출력합 이상인 경우 ESS 그룹의 제2 방전 유효 전력 지령치를 산출하고,
    상기 제2 방전 유효 전력 지령치는 수학식 PESS,N =
    Figure pat00015
    [KW]에 의해 산출되고, PaESS,N는 구간 N의 ESS 그룹의 출력합[KVA], IN, IN +1은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 전류[A], θN , θN +1 은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 역률각[rad]인, 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전력 산출부는,
    상기 피상 전력이 상기 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 ESS 그룹의 평균 충전량 퍼센트가 20% 이하인 경우 제3 방전 유효 전력 지령치를 0으로 산출하는, 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전력 산출부는,
    상기 피상 전력이 상기 미리 정해진 설정치를 초과하고 구간 N의 ESS 그룹의 출력합이 기준 방전출력 미만인 경우 상시개방점 투입을 결정하는, 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 전력 산출부는,
    상기 피상 전력이 상기 미리 정해진 설정치 이하인 경우, 구간별 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치의 충전 전력 지령치를 산출하고,
    상기 충전 전력 지령치는 수학식 PESS,N , Chg =
    Figure pat00016
    [KW]에 의해 구하고, PLoad,N은 구간 N의 부하 유효 전력[KW], QLoad,N은 구간 N의 부하 무효 전력[Kvar], Patr은 과부하율 고려한 시 주상변압기의 최대 용량[KVA], QLoad,N은 구간 N의 부하 무효 전력[Kvar]인, 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전력 산출부는,
    상기 복수의 구간에 각각 배치된 주상변압기의 이용률이 미리 정해진 과부하율을 초과한 경우, 상기 복수의 구간에 각각 배치된 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치의 방전 유효 전력 지령치를 산출하는, 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방전 유효 전력 지령치는 수학식 PESS,N =
    Figure pat00017
    [KW]에 의해 구하고, VN은 구간 N의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 선간 전압[KV], θN, θN +1 은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 역률각[rad], IN, IN +1은 구간 N, N+1(전위측)의 배전지능화 단말장치에서 계측하는 전류[A], Patr은 과부하율 고려한 시 주상변압기의 최대 용량[KVA]인, 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 정보는 구간별 배전지능화 단말장치로부터 측정된 각 구간별 전류, 전압, 전류위상, 전압위상, 유효 전력, 무효 전력을 포함하고,
    상기 제2 전력 정보는 구간별 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치로부터 측정된 SOC 정보, 충전 유효 전력, 충전 무효 전력, 방전 유효 전력, 방전 무효 전력, 피상전력을 포함하는, 에너지 저장장치를 제어하기 위한 장치.
  11. 배전선로를 복수의 구간으로 구분하고, 상기 복수의 구간에 각각 배치된 복수의 배전지능화 단말장치로부터 측정된 제1 전력 정보를 수신하는 단계;
    상기 복수의 구간에 각각 배치된 복수의 ESS(Energy Storage System) 그룹에 속한 에너지 저장장치로부터 측정된 제2 전력 정보를 수신하는 단계;
    상기 제1 전력 정보와 상기 제2 전력 정보를 기초로 상기 복수의 ESS 그룹에 각각 속한 복수의 에너지 저장장치의 전력을 제어하기 위한 전력 지령치를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 전력 지령치를 상기 복수의 ESS 그룹에 각각 속한 복수의 에너지 저장장치에 각각 전송하는 단계를 포함하는, 에너지 저장장치를 제어하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 산출하는 단계에서는,
    배전선로 간선을 흐르는 피상전력이 미리 정해진 설정치를 초과하는지를 판단하고, 상기 판단한 결과에 따라 구간별 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치의 방전 유효 전력 지령치 또는 충전 유효 전력 지령치를 산출하는, 에너지 저장장치를 제어하기 위한 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 산출하는 단계에서는,
    상기 복수의 구간에 각각 배치된 주상변압기의 이용률이 미리 정해진 과부하율을 초과한 경우, 상기 복수의 구간에 각각 배치된 ESS 그룹에 속한 복수의 에너지 저장장치의 방전 유효 전력 지령치를 산출하는, 에너지 저장장치를 제어하기 위한 방법.
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