KR20200105799A - 전력계통 정보의 변화를 이용한 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치는 전력계통으로부터 전력계통 정보를 수신하는 전력계통 정보 수신부, 그리고 상기 전력계통 정보를 기초로 상기 전력계통과 집단에너지계통 사이의 에너지 교환을 제어하는 에너지변환 제어부를 포함한다. 이를 통해서, 본 발명은 전력계통의 제약조건 및 변동성 전원으로 인한 전력계통의 주파수 변화를 최소화하고, 전력계통의 전력수급 불균형 문제를 해소하며, 전력계통의 예비력을 확보하는 효과를 제공한다.

Description

전력계통 정보의 변화를 이용한 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치{ENERGY CONVERSION CONTOL DEVICE BETWEEN ELECTRIC POWER SYSTEM AND DISTRICT HEATING SYSTEM USING CHANGE OF ELECTRIC POWER SYSTEM INFORMATION}

본 발명은 전력계통 정보의 변화를 이용한 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치에 관한 것이다.

전력시스템은 전력을 안정적으로 공급할 수 있도록 계통주파수를 일정하게 유지시키고 전력수급 불균형을 최소화여야 한다. 그리고, 전력시스템은 전력계통에 필요한 예비력을 적절하게 확보하여야 하며, 과도 안정도 및 전압 안정도 등과 같은 전력계통의 제약조건을 고려해서 전력계통을 상시, 지속적으로 안정되게 운영할 필요가 있다. 이러한 전력계통에 연계된 발전기들은 발전기의 증감발 속도, 최소 기동시간 및 정지시간 등의 제약조건을 가지고 있다.

기존의 전력계통은 발전기의 제약조건을 충족시키기 위해서 발전 비용 순으로 발전기들에 출력을 배분하지 못하는 어려움이 있다. 또한, 기존의 전력계통은 전력계통의 제약조건을 충족시켜 전력계통을 안정적으로 운영하거나 계통에 필요한 예비력을 확보하기 위해서, 발전 단가가 낮은 발전기들의 출력을 줄이면서 발전 단가가 높은 발전기들을 구동해야만 하는 어려움이 있다.

그리고, 최근에는 화석 연료 고갈과 에너지난으로 신재생 에너지원의 비중이 전세계적으로 꾸준히 증가하고 있다. 하지만, 신재생 에너지원과 같은 변동성 전원은 기후 및 날씨 등에 따라 발전기의 출력이 결정되는 에너지원들로 이뤄져 있어 발전원들의 출력 제어가 어려우며, 순간적으로 발생하는 출력 변동성으로 인해 전력수급의 불균형을 초래한다.

또한, 변동성 전원의 발전 특성은 기존의 발전기와 달라 계통의 관성 에너지와 응동 자원 감소를 야기한다. 이러한 변동성 전원은 전력계통에 동기화되어 있지 않아 기존의 발전원을 대체하여 계통에 투입될 시에 계통의 관성을 저하시키기 때문에, 계통에 전력수급 불균형에 따른 주파수 변화가 더욱 크게 나타난다.

이러한 전력계통의 특성상 변동성 전원의 출력 변동성에 의한 문제는 더욱 크게 나타날 것이므로, 미래 전력계통의 전력수급 안정성을 위한 대책이 시급한 실정이다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 전력계통의 제약조건 및 변동성 전원으로 인한 전력계통의 주파수 변화를 최소화하고, 전력계통의 전력수급 불균형 문제를 해소하며, 전력계통에 필요한 예비력을 확보할 수 있는 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치 및 에너지 변환 제어 방법을 제안하고자 한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치는 전력계통으로부터 전력계통 정보를 수신하는 전력계통 정보 수신부, 그리고 상기 전력계통 정보를 기초로 상기 전력계통의 전력을 소모하도록 상기 전력계통과 집단에너지계통 사이의 에너지 교환을 제어하는 에너지변환 제어부를 포함한다.

상기 에너지변환 제어부는, 발전기의 램프레이트(Ramp Rate) 특성을 기초로 상기 전력계통과 상기 집단에너지계통 사이의 에너지 교환량을 제어하거나, 상기 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 발전효율 제어부를 포함할 수 있다.

상기 발전효율 제어부는, 상기 집단에너지계통에 배치된 열병합발전기 또는 상기 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단의 열생산량을 조정하거나, 상기 전력 소모 수단에서 생성된 열을 상기 열병합발전기에 제공하여 상기 열병합발전기의 발전효율을 향상시키도록 제어할 수 있다.

상기 발전효율 제어부는, 상기 전력계통에 연계된 발전기가 상기 전력계통에서 생산된 전력을 이용해 열을 생산하거나, 상기 전력계통에 연계된 전력 소모 수단이 열을 생산해 발전기에 공급하도록 제어할 수 있다.

상기 에너지변환 제어부는, 상기 전력계통의 계통주파수 또는 주파수 변화율을 주파수 설정값과 비교하는 주파수 비교부, 그리고 상기 비교 결과를 기초로, 상기 전력계통으로부터 상기 집단에너지계통에 공급되는 전력소비량을 결정하는 전력소비량 제어부를 포함할 수 있다.

상기 에너지변환 제어부는, 상기 전력계통의 계통주파수 또는 주파수 변화율을 주파수 설정값과 비교하는 주파수 비교부, 그리고 상기 비교 결과를 기초로, 상기 집단에너지계통으로부터 상기 전력계통에 공급되는 전력공급량을 결정하는 전력공급량 제어부를 포함할 수 있다.

상기 에너지변환 제어부는, 전력계통의 주파수 변화율이 설정값보다 커져 계통주파수가 급증하는 경우, 상기 집단에너지계통에서의 전력소비량을 증가시키고, 발전기 탈락 또는 대규모 부하 급증으로 인해 상기 계통주파수가 급감하는 경우, 상기 집단에너지계통에서의 전력소비량을 감소시키거나 상기 집단에너지계통에서 상기 전력계통으로의 전력공급량을 증가시키도록 제어하는 할 수 있다.

상기 전력계통의 전력수급 정보를 분석하여 상기 전력계통의 전력수급 불균형을 예측하는 전력수급 예측부를 더 포함할 수 있다.

상기 전력계통의 전력수급 불균형은, 상기 전력계통에 연계된 발전기의 탈락, 상기 전력계통의 전력수요 급변, 또는 상기 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변동 급변 중 적어도 하나에 의해서 전력계통의 전력 공급과 전력 수요 사이의 편차가 전력수급 설정값을 초과할 수 있다.

상기 에너지변환 제어부는, 상기 전력계통의 전력 공급이 전력 수요보다 큰 경우, 상기 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단을 통해서 상기 전력계통에서 초과 생산되거나 초과 생산될 것으로 예상되는 전력을 열에너지로 변환하도록 제어하는 전력수급 제어부를 포함할 수 있다.

상기 에너지변환 제어부는, 상기 전력계통에서의 전력 공급이 전력 수요보다 작거나 전력계통에서의 전력 수요 상승률이 설정값 보다 큰 경우, 상기 집단에너지계통에 배치된 발전기에 의해 생산된 전력을 상기 전력계통에 공급하도록 제어하거나 전력 소모 수단의 전력 소모량을 감소시키도록 제어하하는 전력수급 제어부를 포함할 수 있다.

상기 집단에너지계통의 열수급 정보, 축열조의 가용용량, 열수요 예측정보, 열생산 정보 또는 열소비 정보 중 적어도 하나를 포함하는 집단에너지계통 정보를 수집하는 집단에너지계통 정보 수신부를 더 포함할 수 있다.

상기 에너지변환 제어부는, 상기 집단에너지계통 정보 및 상기 전력계통 정보를 복합적으로 고려해서 상기 집단에너지계통에서의 열생산량 또는 상기 집단에너지계통에서의 열저장량을 제어하는 열변환 제어부를 포함할 수 있다.

상기 에너지변환 제어부는, 전력계통의 경제성 및 집단에너지계통의 경제성을 종합적으로 고려해서, 상기 전력계통에서 상기 집단에너지계통으로 공급되는 전력소비량 또는 상기 집단에너지계통에서 상기 전력계통으로 공급되는 전력공급량을 제어하는 경제성 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치는 전력계통 정보를 수신하는 전력계통 정보 수신부, 그리고 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변동에 의한 상기 전력계통 정보의 변화를 분석하고, 분석된 결과를 기초로 상기 전력계통과 집단에너지계통 사이의 전력소비량 또는 전력공급량을 제어하는 에너지변환 제어부를 포함한다.

상기 전력계통 정보의 변화는, 순부하량 정보, 응동량 정보, 또는 신재생 출력 정보 중 적어도 하나의 변화를 포함할 수 있다.

상기 순부하량 정보는, 상기 전력계통의 총부하량에서 상기 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력량을 차감한 전력계통의 순부하량을 포함할 수 있다.

상기 에너지변환 제어부는, 상기 변동성 전원의 출력 변동에 따른 순부하량을 순부하량 설정값과 비교하여 상기 집단에너지계통이 소모하는 전력소비량을 제어하되, 상기 순부하량이 순부하량 설정값 미만인 경우에, 상기 전력소비량을 증가시키도록 제어하는 순부하량 제어부를 포함할 수 있다.

상기 응동량 정보는, 상기 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통에 연계된 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 또는 변동성 전원의 출력 변동에 대응하여 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 포함할 수 있다.

상기 에너지변환 제어부는, 상기 변동성 전원의 출력 변동에 따른 응동량 또는 상기 응동 속도를 이용해서 상기 전력계통과 집단에너지계통 사이의 전력소비량 또는 전력공급량을 제어하되, 상기 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 위해 전력계통에 추가적으로 필요한 발전량보다 상기 응동량이 작거나 상기 응동 속도가 느려 상기 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 어려운 경우, 상기 집단에너지계통에서 생산된 전력을 상기 전력계통으로 공급하거나 전력 소모 수단의 전력소비량을 감소시키도록 제어하는 응동량 제어부를 포함할 수 있다.

상기 에너지변환 제어부는, 상기 전력계통에 연계된 신재생 에너지원의 출력 변동에 의한 상기 전력계통의 주파수 변동을 방지하도록 상기 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 상기 전력소비량 또는 상기 전력공급량을 제어하는 신재생 출력변동 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치는 전력계통의 예비력량 정보를 수신하는 전력계통 정보 수신부, 그리고 상기 전력계통의 예비력량 정보를 기초로 상기 전력계통과 집단에너지계통 사이의 전력소비량 또는 전력공급량을 제어하는 에너지변환 제어부를 포함한다.

상기 에너지변환 제어부는, 상기 전력계통의 예비력량을 예비력 설정값과 비교하는 예비력 비교부, 그리고 상기 비교 결과를 기초로, 상기 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단의 출력을 조정하여 상기 전력계통의 예비력량을 확보하도록 제어하는 예비력 제어부를 포함할 수 있다.

상기 예비력 제어부는, 상기 전력계통의 예비력량이 예비력 설정값보다 작으면, 상기 집단에너지계통에 배치된 열병합발전기의 출력을 조정하도록 제어할 수 있다.

상기 예비력 제어부는, 상기 전력계통의 예비력량이 예비력 설정값보다 작으면, 상기 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단의 전력소모량을 증가시키도록 제어할 수 있다.

상기 예비력량 정보는, 주파수 추종 예비력, 주파수 조정 예비력, 순동예비력, 또는 운전 상태의 예비력 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치는 전력계통에 연계된 기저발전기의 출력 정보를 수신하는 전력계통 정보 수신부, 그리고 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단이 상기 기저발전기에서 생산된 전력의 일부를 소모하도록 제어하되, 상기 전력계통의 계통주파수를 기초로 상기 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어하는 에너지 변환 제어부를 포함한다.

상기 기저발전기는, 전력계통의 주파수 변화에 따른 발전기의 출력 변화를 나타내는 속도 조정율이 없거나, 상기 속도 조정율이 설정값 미만인 발전기를 포함할 수 있다.

상기 기저발전기는, 전력계통에서 주파수 추종운전을 하지 못하거나 주파수 응동 속도가 설정값 미만인 발전기를 포함할 수 있다.

상기 에너지 변환 제어부는, 상기 기저발전기에서 출력된 전력의 일부를 상기 전력 소모 수단에 할당하는 기저발전기 출력 할당부를 포함할 수 있다.

상기 에너지 변환 제어부는, 상기 전력계통의 계통주파수를 주파수 설정값과 비교하는 주파수 비교부, 그리고 상기 기저발전기에서 생산된 전력의 일부가 상기 계통주파수의 변화에 응동하도록, 상기 주파수 비교 결과를 기초로 상기 전력 소모 수단의 상기 전력소모량을 제어하는 기저발전기 주파수응동 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 방법은 전력계통 정보 또는 전력계통 분석 정보를 수신하는 단계, 상기 전력계통 정보 또는 상기 전력계통 분석 정보를 바탕으로 상기 전력계통과 집단에너지계통 사이의 에너지 교환량을 결정하는 단계, 그리고 상기 에너지 교환량을 기초로 상기 집단에너지계통에서 상기 전력계통으로 공급되는 전력공급량을 제어하거나, 상기 전력계통에서 상기 집단에너지계통으로 공급되는 전력소비량을 제어하는 단계를 포함한다.

상기 전력계통 정보 또는 상기 전력계통 분석 정보는, 전력계통에 연계된 발전기의 램프레이트(Ramp Rate) 특성 정보, 상기 전력계통의 주파수 정보, 상기 전력계통의 전력수급 정보, 변동성 전원에 의한 순부하량 정보, 상기 변동성 전원에 의한 응동량 정보, 상기 전력계통에 연계된 신재생 에너지원의 출력 변동 정보, 상기 전력계통의 예비력량 정보, 또는 상기 전력계통에 연계된 기저발전기의 출력 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 전력공급량 또는 전력소비량을 제어하는 단계는, 발전기의 램프레이트 특성 정보를 기초로 집단에너지계통에 배치된 열 생산 수단의 열생산량을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전력공급량 또는 전력소비량을 제어하는 단계는, 상기 전력계통의 계통주파수 또는 주파수 변화율을 주파수 설정값과 비교하는 단계, 상기 계통주파수 또는 주파수 변화율이 주파수 설정값 보다 큰 경우, 상기 집단에너지계통에서 소비하는 상기 전력소비량을 결정하는 단계, 그리고 상기 전력소비량을 이용하여 상기 집단에너지계통의 열생산량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전력공급량 또는 전력소비량을 제어하는 단계는, 상기 전력계통의 계통주파수 또는 주파수 변화율을 주파수 설정값과 비교하는 단계, 상기 집단에너지계통에 배치된 열병합발전기의 발전량 또는 상기 열병합발전기의 열생산량을 결정하는 단계, 그리고 상기 계통주파수가 주파수 설정값 보다 작거나 주파수 변화율이 상기 주파수 설정값 보다 큰 경우, 상기 열병합발전기의 발전량의 일부 또는 전부를 상기 전력계통에 공급하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전력공급량 또는 전력소비량을 제어하는 단계는, 상기 전력계통의 전력수급 정보를 바탕으로 상기 전력계통의 전력수급 불균형을 예측하는 단계, 그리고 상기 전력수급 불균형으로 인해 전력계통의 전력 공급이 전력 수요보다 큰 경우, 상기 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단을 통해서 상기 전력계통에 초과 생산되거나 초과 생산될 것으로 예상되는 전력을 열에너지로 변환하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전력공급량 또는 전력소비량을 제어하는 단계는, 상기 전력계통의 전력수급 정보를 바탕으로 상기 전력계통의 전력수급 불균형을 예측하는 단계, 그리고 상기 전력수급 불균형으로 인해 전력계통의 전력 공급이 전력 수요보다 작은 경우, 상기 집단에너지계통에 배치된 발전기에 의해 생산된 전력을 상기 전력계통에 공급하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전력계통의 총부하량에서 상기 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력량을 차감한 전력계통의 순부하량을 순부하량 설정값과 비교하는 단계, 그리고 상기 순부하량이 순부하량 설정값 미만인 경우에, 상기 집단에너지계통에서의 전력소비량을 증가시키도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통에 연계된 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 또는 발전기들의 응동 속도를 계산하는 단계, 그리고 상기 응동량이 상기 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통에 필요한 추가 발전량보다 작거나 상기 응동 속도가 느려 상기 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 어려운 경우, 상기 집단에너지계통에서 상기 전력계통으로 전력을 공급하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

집단에너지계통 정보를 수신하고, 상기 집단에너지계통 정보를 분석하는 단계, 그리고 상기 전력계통 정보 및 상기 집단에너지계통 정보를 이용해서 상기 집단에너지계통에서의 열생산량 또는 열변환량을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 전력계통에 연계된 신재생 에너지원의 출력 변동 정보를 취득하는 단계, 그리고 상기 전력계통에 연계된 신재생 에너지원의 출력 변동에 따라 상기 집단에너지계통의 열변환량을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 전력계통의 예비력량 정보를 분석하는 단계, 그리고 상기 전력계통의 예비력량을 예비력 설정값과 비교하고, 상기 집단에너지계통에 배치된 열병합발전기의 출력을 증가시켜 전력계통에 공급하거나, 상기 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단의 출력을 조정하여 상기 전력계통의 예비력량을 확보하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 전력계통에 연계된 기저발전기의 출력 정보를 취득하는 단계, 그리고 상기 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단이 상기 기저발전기의 출력 중 일부를 소모하도록 제어하되, 전력계통의 계통주파수의 변화에 응동하여 상기 전력계통의 전력을 소모하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 전력계통의 경제성 및 상기 집단에너지계통의 경제성을 종합적으로 고려해서 상기 전력공급량 또는 상기 전력소비량을 조정하는 단계를 더 포함하며, 상기 전력계통의 경제성 또는 상기 집단에너지계통의 경제성은 발전기별 발전 단가를 고려해서 산정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전력계통 정보와 집단에너지계통 정보를 분석하고, 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단을 통해 전력계통에서 생산된 전력의 소비량을 조절하여 전력계통의 계통주파수를 소정 범위 이내로 유지시킴으로써, 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 발전기의 램프레이트(Ramp Rate) 특성 정보를 기초로 전력계통에서 초과 생산되는 전력 또는 전력계통에서 초과 생산될 것으로 예상되는 잉여전력을 이용해 발전기가 열을 생산해 전력 생산에 사용하도록 제어하거나, 열 생산 수단의 열생산량을 조정하도록 제어함으로써, 발전기들의 발전효율 및 램프레이트 특성을 향상시키고, 변동성 전원의 출력 변동으로 인한 전력계통의 계통주파수 급변을 방지할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 발전기들의 발전효율 및 램프레이트 특성을 향상시킴으로써, 변동성 전원의 출력이 급감하거나 전력부하가 급증하는 경우에도 발전기들이 전력부하의 수요곡선을 따라 전력을 생산할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통의 계통주파수를 주파수 설정값과 비교하고, 비교결과를 기초로 전력계통에서 집단에너지계통으로 공급되는 전력소비량을 제어하거나 집단에너지계통에서 전력계통으로 공급되는 전력공급량을 제어함으로써, 전력계통의 전력수급을 유지하고 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통의 전력수급 정보를 분석하여 전력계통의 전력수급 불균형을 예측하고, 예측 결과를 기초로 전력계통의 전력 공급과 전력 수요를 비교하거나 전력계통에서의 전력 수요 상승률을 설정값과 비교하여 전력계통과 집단에너지계통 간의 전력소비량 및 전력공급량을 제어함으로써, 전력계통의 전력수급 불균형 문제를 해소하고, 이를 통해 전력계통의 안정성 악화를 방지할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통의 정보 및 전력계통 분석 정보와 집단에너지계통 정보 및 집단에너지계통 분석 정보를 복합적으로 고려해서 전력계통과 집단에너지계통 간의 전력소비량 및 전력공급량을 제어함으로써, 전력계통의 주파수 변화를 최소화시키고 전력수급 불균형 문제를 해소할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통의 경제성 및 집단에너지계통의 경제성을 종합적으로 고려해서 전력계통과 집단에너지계통 간의 전력소비량 및 전력공급량을 조정함으로써, 국가 전체적인 에너지 비용을 절감시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변화에 의한 전력계통의 순부하량 정보를 기초로 전력계통과 집단에너지계통 간의 전력소비량 및 전력공급량을 제어함으로써, 변동성 전원의 영향으로 인한 전력수급 불균형 문제를 해소하고, 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통의 응동량 정보를 기초로 전력계통과 집단에너지계통 간의 전력소비량 및 전력공급량을 제어함으로써, 변동성 전원 영향으로 인한 전력계통의 전력수급 불균형 문제를 해소하고, 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통에 연계된 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 집단에너지계통에서의 전력소비량 또는 전력계통으로의 전력공급량을 제어함으로써, 신재생 에너지원의 순간적인 출력 변동에 의한 전력계통의 주파수 변화를 최소화하고, 전력계통의 주파수 변동을 방지하여 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 집단에너지계통에서의 전력소비량을 제어함으로써, 결과적으로 신재생 에너지원의 출력이 평탄화되어 전력계통에 제공되는 것과 같은 효과를 제공할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통의 예비력량 정보를 기초로 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단의 출력을 조정하거나 집단에너지계통에서 생산된 전력을 전력계통에 공급함으로써, 전력계통의 예비력량을 확보하고, 전력계통의 전력수급을 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단이 기저발전기에서 생산된 전력의 일부를 소모할 때, 전력계통 정보를 기초로 전력 소모 수단의 전력소비량을 제어함으로써, 전력계통에서 주파수 추종운전을 하지 못하거나 주파수 응동 속도가 낮은 발전기의 출력 제어를 가능하게 하여 전력계통의 주파수 불안정성을 해소시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단의 전력소비량을 조절하여 전력계통의 부하를 증가시키거나 감소시키는 형태로 전력계통에 기여하므로, 전력계통의 전력수급을 조절하며, 배터리나 양수발전기와 달리 전력계통에 필요한 예비력을 지속적으로 제공할 수 있는 환경을 제공한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 시스템을 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따라 에너지 변환 제어 장치가 전력계통과 집단에너지계통 간의 전력공급량과 전력소비량을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따라 발전기의 램프레이트 특성 정보를 기초로 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환 및 집단에너지계통에서의 전력소모량을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따라 전력계통의 계통주파수를 이용해 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따라 전력계통의 전력수급 정보를 이용해 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 제5실시예에 따라 전력계통과 집단에너지계통의 경제성을 분석해 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 제6실시예에 따라 전력계통의 순부하량 정보를 이용해 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 13은 전력계통에서 일반적인 일일 전력수요곡선을 도시한 그래프이다.
도 14는 변동성 전원의 출력 증가로 인한 순부하량의 변화를 도시한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 제7실시예에 따라 전력계통의 응동량 정보를 이용해 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 16는 본 발명의 제8실시예에 따라 전력계통의 예비력량 정보를 이용해 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 제9실시예에 따라 기저발전기에서 생산된 전력의 일부가 계통주파수의 변화에 응동하도록 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 18은 발전 비용순으로 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.
도 19는 발전기의 제약조건을 반영해 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.
도 20은 최소 예비력 확보를 위해 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.
도 21은 전력계통의 제약조건을 반영해 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따라 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어한 경우에 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 도시한 그래프이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "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", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

여기서, 전력계통은 발전소에서 생산한 전기를 전기사용자에게 공급하기 위하여 물리적으로 상호 연결된 전기설비, 즉, 발전설비, 송변전설비, 배전설비, 기타 부대설비 등을 포함한다.

그리고, 집단에너지계통은 열병합발전소, 열전용보일러, 열저장 및 자원회수시설 등의 에너지 생산시설에서 생산되는 복수의 에너지(예를 들어, 열과 전기)를 주거ㅇ상업 또는 산업단지내의 다수의 사용자에게 공급해주는 계통을 포함한다. 예를 들어, 집단에너지계통은 열계통, 열병합계통, 열생산계통, 열저장계통, 열교환계통, 열공급계통, 지역난방계통, 또는 지역냉방계통 중 적어도 하나를 포함한다.

이때, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치는 전력계통과 집단에너지계통의 각 계통에 배치되거나, 전력계통과 집단에너지계통 사이에 배치되어 양 계통 간의 에너지 변환을 제어할 수 있으나, 본 발명의 권리범위가 이러한 배치 구조에 의해 한정되는 것은 아니다.

이제 도 1 내지 도 22를 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치 및 에너지 변환 제어 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 시스템을 간략히 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 구성을 간략히 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다. 이때, 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치(100)는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통 정보 또는 집단에너지계통 정보를 기초로 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 에너지 교환량을 결정하고, 양 계통 사이의 에너지 교환량을 제어한다.

여기서, 에너지 교환량은 전력계통(10)에서 집단에너지계통(20)으로 공급되는 전력소비량 및, 집단에너지계통(20)에서 전력계통(10)으로 공급되는 전력공급량을 포함한다. 그리고, 전력소비량은 집단에너지계통(20)에 공급되어 소비되는 전력계통(10)의 생산 전력량을 포함하며, 전력공급량은 전력계통(10)에 공급되는 집단에너지계통(20)의 생산 전력량을 포함한다.

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통 정보 수신부(102), 집단에너지계통 정보 수신부(104), 그리고 에너지 변환 제어부(106)를 포함한다.

전력계통 정보 수신부(102)는 전력계통(10)으로부터 전력계통 정보 또는 전력계통 분석 정보를 수신하거나, 전력계통 정보를 분석해 전력계통 분석 정보를 생성한다. 이때, 전력계통(10)은 기저발전기(12), 주파수 응동 발전기(14), 변동성 전원(16), 및 부하(18)을 포함할 수 있다. 기저발전기(12)는 전력계통(10)에서 주파수 추종운전을 하지 못하거나 또는 주파수 응동 속도가 설정값 미만인 발전기 등을 포함한다. 그리고, 주파수 응동 발전기(14)는 전력계통(10)에서 주파수 추종운전을 하며 주파수 응동 속도가 설정값 이상인 발전기를 포함한다. 또한, 변동성 전원(16)은 외부요인에 의해서 발전가능 여부가 결정되거나 전력 생산량이 증감 변동되는 전원을 포함한다.

그리고, 전력계통 정보 및 전력계통 분석 정보는 전력계통(10)에 연계된 발전기들(12,14)의 램프레이트(Ramp Rate) 특성 정보, 전력계통(10)의 주파수 정보, 전력계통(10)의 전력수급 정보를 포함한다. 또한, 전력계통 정보 및 전력계통 분석 정보는 변동성 전원(16)에 의한 순부하량 정보, 변동성 전원(16)에 의한 응동량 정보, 전력계통(10)에 연계된 신재생 출력 변동 정보, 전력계통(10)의 예비력량 정보, 및 전력계통(10)에 연계된 기저발전기(12)의 출력 정보 등을 포함한다. 여기서, 램프레이트 특성 정보는 1분당 발전기출력의 변동이며, 발전기의 증발속도, 발전기의 감발속도, 또는 발전기의 속도 조정율을 포함한다.

예를 들어, 전력계통 정보 수신부(102)는 전력계통(10)으로부터 전력계통(10)의 주파수 정보 또는 전력계통(10)의 전력수급 정보를 수신하고, 수신된 정보를 분석하여 에너지 변환 제어부(106)에 제공한다.

집단에너지계통 정보 수신부(104)는 집단에너지계통 정보를 수집하거나 집단에너지계통 정보를 분석해 집단에너지계통 분석 정보를 생성한다. 여기서, 집단에너지계통 정보 및 집단에너지계통 분석 정보는 집단에너지계통(20)에 배치된 열병합발전기(28)의 램프레이트(Ramp Rate) 특성 정보, 집단에너지계통(20)의 열수급 정보, 축열조의 가용용량, 열수요 예측정보, 현재의 열생산 정보, 현재의 열소비 정보, 및 집단에너지계통(20)의 전력 수급 정보를 포함한다.

이때, 집단에너지계통(20)은 열 생산 수단(22), 열 저장 수단(24), 열교환 수단(26), 및 열병합발전기(28)을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 집단에너지계통(20)의 전력 소모 수단은 열 생산 수단(22), 열 저장 수단(24), 및 열교환 수단(26)을 포함한다. 예를 들어, 열 생산 수단(22)은 보일러 또는 전열기 등을 포함하고, 열 저장 수단(24)는 축열조 등을 포함하며, 열교환 수단(26)은 히트펌프 등을 포함할 수 있으나, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 집단에너지계통(20)의 전력 생산 수단은 열병합발전기(28)를 포함할 수 있다.

그리고, 열수급 정보는 열 생산 수단(22)의 열생산 정보, 열 저장 수단(24)의 열저장 정보, 열교환 수단(26)의 열교환 정보, 및 열병합발전기(28)의 전기 생산 및 열생산 정보 등을 포함한다. 또한, 열수급 정보는 열 생산 수단(22), 열 저장 수단(24), 열교환 수단(26), 및 열병합발전기(28) 등에서 생산되거나 저장된 열에너지를 주거ㅇ상업 또는 산업단지내의 다수의 사용자에게 공급하는 열수송 정보 등을 포함할 수 있다.

에너지 변환 제어부(106)는 전력계통(10)의 초과 생산되는 전력 또는 전력계통(10)에서 초과 생산될 것으로 예상되는 잉여전력을 소모하도록 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 간의 에너지 변환 및 에너지 교환을 제어한다. 에너지 변환 제어부(106)는 전력계통 정보 및 집단에너지계통 정보를 기초로 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 간의 에너지 교환량을 제어하거나, 전력계통 정보 및 집단에너지계통 정보를 기초로 집단에너지계통(20)에서의 에너지 변환량을 제어한다.

여기서, 집단에너지계통(20)에서의 에너지 변환량은 전력계통(10)의 초과 생산되는 전력 또는 전력계통(10)에서 초과 생산될 것으로 예상되는 잉여전력을 공급받아 집단에너지계통(20)의 전력 소모 수단이 소비하는 전력소모량을 포함한다. 그리고, 잉여전력은 전력계통(10)에서 생성된 총발전량이 전력계통(10)의 총부하량을 초과할 것으로 예상되는 경우에 상기 총발전량에서 상기 총부하량을 차감한 전력량을 포함한다. 또한, 잉여전력은 변동성전원의 출력변동이나 전력계통(10)의 제약조건 등으로 인해 전력계통(10)을 불안정하게 하는 전력을 포함한다.

에너지 변환 제어부(106)는 전력계통(10)에 연계된 발전기들의 램프레이트 특성 정보 또는 집단에너지계통(20)에 연계된 열병합발전기(28)의 램프레이트 특성 정보를 기초로 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 에너지 교환량을 제어한다.

그리고, 에너지 변환 제어부(106)는 발전기들의 램프레이트 특성 정보를 기초로 집단에너지계통(20)에 배치된 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어함으로써, 발전기들의 램프레이트를 향상시키거나, 상기 전력계통의 계통주파수를 소정 범위 이내로 유지시킬 수 있다.

예를 들어, 에너지 변환 제어부(106)는 열병합발전기(28)의 램프레이트 특성 정보를 기초로 집단에너지계통(20)의 열 생산 수단(22)의 전력소모량을 제어함으로써, 열병합발전기(28)의 램프레이트 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 에너지 변환 제어부(106)는 열 생산 수단(22)에서 생산된 열을 열병합발전기(28)에 공급하도록 제어하여 열병합발전기(28)의 램프레이트를 향상시킬 수 있다. 그리고, 에너지 변환 제어부(106)는 전력계통(10)에서 초과 생산되는 전력 또는 전력계통(10)에서 초과 생산될 것으로 예상되는 잉여전력을 이용해 열병합발전기(28)의 열 생산량을 조절함으로써, 열병합발전기(28)의 램프레이트 특성을 향상시킬 수도 있다.

그리고, 에너지 변환 제어부(106)는 전력계통(10)의 주파수 정보를 이용해서 상기 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 에너지 교환량 또는 상기 집단에너지계통(20)에서의 에너지 변환량을 제어한다. 여기서, 주파수 정보는 실시간 계통주파수, 계통주파수 예측값, 주파수 변화율, 또는 주파수 민감도 등을 포함한다. 주파수 변화율이나 주파수 민감도는 시간의 변화에 따른 계통주파수의 변화율 또는 변화 정도를 포함한다. 그리고, 주파수 변화율은 양의 값(+)을 갖거나, 음의 값(-)을 가질 수 있다. 예를 들어, 주파수 변화율이 양수 인 경우는 계통주파수가 급증하는 경우를 포함한다. 그리고, 주파수 변화율이 음수인 경우에는 계통주파수가 급감하는 경우를 포함한다.

그리고, 에너지 변환 제어부(106)는 전력계통(10)의 계통주파수를 주파수 설정값과 비교한다. 에너지 변환 제어부(106)는 전력계통(10)의 전력수급을 안정적으로 유지시키거나 전력계통(10)의 계통주파수를 소정범위 이내로 유지시키도록 전력계통(10)에서 집단에너지계통(20)으로 공급되는 전력소비량을 제어하고, 집단에너지계통(20)에서 전력계통(10)으로 공급되는 전력공급량을 제어한다.

또한, 에너지 변환 제어부(106)는 상기 전력계통(10)의 전력수급 정보를 이용해서 상기 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 에너지 교환량 또는 상기 집단에너지계통(20)에서의 에너지 변환량을 제어한다.

그리고, 에너지 변환 제어부(106)는 전력계통(10)의 전력수급 정보를 분석하여 전력계통(10)의 전력수급 불균형을 예측한다. 여기서, 전력계통(10)의 전력수급 불균형은 전력계통(10)에 연계된 발전기의 탈락, 전력계통(10)의 전력수요 급변, 또는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(16)의 출력 변동 급변 등에 의해서 전력계통(10)의 전력 공급과 전력 수요 사이의 편차가 전력수급 설정값을 초과하는 경우를 포함한다.

그리고, 에너지 변환 제어부(106)는 집단에너지계통(20)의 열수급 정보, 전력계통(10)의 주파수 정보 또는 전력수급 정보를 복합적으로 고려해서 집단에너지계통(20)에서의 열생산량 또는 집단에너지계통(20)에서의 열저장량을 제어한다.

또한, 에너지 변환 제어부(106)는 전력계통(10)의 경제성 및 집단에너지계통(20)의 경제성을 종합적으로 고려해서, 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 전력소비량 및 전력공급량을 제어한다.

그리고, 에너지 변환 제어부(106)는 본 발명의 한 실시예에 따라 발전효율 제어부(108), 주파수 비교부(110), 전력소비량 제어부(112), 전력공급량 제어부(114), 전력수급 예측부(116), 전력수급 제어부(118), 열변환 제어부(120), 및 경제성 제어부(122)를 포함한다.

발전효율 제어부(108)는 발전기의 발전효율 및 발전기의 램프레이트(Ramp Rate) 특성을 향상시키도록 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 에너지 교환량을 제어하거나, 집단에너지계통(20)에 연계된 발전기의 램프레이트 특성 정보를 기초로 집단에너지계통(20)에서의 전력소모량을 제어한다.

발전효율 제어부(108)는 전력계통(10)에 연계된 발전기의 램프레이트 특성 정보 또는 집단에너지계통(20)에 연계된 발전기의 램프레이트 특성 정보을 기초로 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 에너지 교환량을 제어하거나, 집단에너지계통(20)에 연계된 발전기의 램프레이트 특성 정보를 기초로 집단에너지계통(20)에서의 전력소모량을 제어할 수 있다.

예를 들어, 발전효율 제어부(108)는 전력계통(10)에 연계된 발전기의 램프레이트를 램프레이트 설정값과 비교한다. 그리고, 발전효율 제어부(108)는 상기 발전기의 램프레이트가 상기 램프레이트 설정값보다 작은 경우, 발전기가 직접 추가적으로 열을 생산하고, 이때 생산된 열을 전력 생산에 사용하도록 제어한다. 또한, 발전효율 제어부(108)는 집단에너지계통(20)의 열 생산 수단(22)의 열생산량을 조정하도록 제어함으로써, 상기 발전기의 발전효율을 향상시키고, 상기 발전기의 램프레이트를 증가시키도록 제어할 수 있다.

예를 들어, 발전효율 제어부(108)는 스팀발전기가 열을 추가적으로 생산하도록 제어한다. 또한, 발전효율 제어부(108)는 전력계통(10)이나 집단에너지계통(20)에 연계된 전력 소모 수단에서 생산된 열을 발전소의 예열라인이나 급수라인에 공급해서 스팀의 온도를 높이도록 제어함으로써, 해당 스팀발전기의 발전효율 및 램프레이트를 향상시킬 수 있다.

또한, 발전효율 제어부(108)는 열병합발전기(28)의 램프레이트 특성 정보를 기초로 집단에너지계통(20)에 배치된 열병합발전기(28)의 발전량 또는 열병합발전기(28)의 열생산량을 제어한다. 그리고, 발전효율 제어부(108)는 열병합발전기(28)의 램프레이트 특성 정보를 기초로 열 생산 수단(22)의 전력소모량을 조정하거나, 램프레이트 특성 정보를 기초로 열병합발전기(28)의 열생산량 또는 발전량을 조정하도록 제어함으로써, 열병합발전기(28)의 발전효율 및 램프레이트를 향상시킬 수도 있다.

예를 들어, 발전효율 제어부(108)는 열병합발전기(28)의 램프레이트를 램프레이트 설정값과 비교하고, 열병합발전기(28)의 램프레이트가 램프레이트 설정값보다 작은 경우, 열병합발전기(28)가 열을 추가적으로 생산해서 전력 생산에 사용하도록 제어한다. 또한, 발전효율 제어부(108)는 집단에너지계통(20)에 배치된 열 생산 수단(22)에서 생산된 열을 열병합발전기(28)에 제공하도록 제어함으로써, 열병합발전기(28)의 발전효율 및 램프레이트를 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 전력계통의 초과 생산되는 전력 또는 잉여전력을 이용해 발전기들의 발전효율 및 램프레이트를 향상시키도록 제어함으로써, 변동성 전원의 출력 변동으로 인한 전력계통의 계통주파수 급변을 방지할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 발전기들의 발전효율 및 램프레이트를 향상시킴으로써, 변동성 전원의 출력이 급감하거나 전력부하가 급증하는 경우에도 발전기들이 전력부하의 수요곡선을 따라 전력을 생산해 전력계통에 공급할 수 있는 환경을 제공한다.

주파수 비교부(110)는 전력계통(10)의 계통주파수 또는 주파수 변화율을 주파수 설정값과 비교하고, 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 에너지 교환량 및 에너지 변환량을 결정한다.

전력소비량 제어부(112)는 주파수 비교부(110)에서의 비교 결과를 기초로, 전력계통(10)의 전력수급을 안정적으로 유지시키고 전력계통(10)의 주파수를 소정범위 이내로 유지시키도록 전력계통(10)으로부터 집단에너지계통(20)에 공급되는 전력소비량을 결정한다.

전력소비량 제어부(112)는 주파수 변화율이 설정값보다 커져 계통주파수가 급증하는 경우, 집단에너지계통(20)에서의 전력소비량을 증가시키도록 제어한다. 또한, 발전기 탈락 또는 대규모 부하 급증으로 인해 상기 계통주파수가 급감하는 비상시의 경우, 전력소비량 제어부(112)는 집단에너지계통(20)에서의 전력소비량을 감소시키도록 제어할 수 있다.

전력공급량 제어부(114)는 주파수 비교부(110)에서의 비교 결과를 기초로, 전력계통(10)의 전력수급을 안정적으로 유지시키고 전력계통(10)의 주파수를 소정범위 이내로 유지시키도록 집단에너지계통(20)에서 전력계통(10)으로 공급되는 전력공급량을 결정한다.

전력공급량 제어부(114)는 주파수 변화율이 설정값보다 커져 계통주파수가 급증하는 경우, 집단에너지계통(20)에서 전력계통(10)으로의 전력공급량을 감소시키도록 제어한다. 또한, 발전기 탈락 또는 대규모 부하 급증으로 인해 상기 계통주파수가 급감하는 비상시의 경우, 전력공급량 제어부(114)는 집단에너지계통(20)에서 전력계통(10)으로의 전력공급량을 증가시키도록 제어할 수 있다.

예를 들어, 전력계통의 주파수 변화율은 음의 값을 갖을 수 있다. 그리고, 음의 값을 갖는 주파수 변화율이 설정값보다 작아져서 계통주파수가 급감하는 경우, 전력공급량 제어부(114)는 집단에너지계통(20)의 열병합발전기에서 생산된 발전량의 일부 또는 전부를 전력계통(10)으로 공급하도록 제어할 수 있다.

전력수급 예측부(116)는 전력계통 정보로부터 전력계통(10)의 전력수급 정보를 분석하고, 전력계통(10)의 전력수급 불균형을 예측한다. 전력수급 예측부(116)는 발전기의 탈락, 전력수요 급변, 또는 변동성 전원의 출력 변동 급변 등으로 인한 전력계통(10)의 전력 공급과 전력 수요 사이의 편차가 전력수급 설정값을 초과하는 경우하거나 계통주파수 급변하는 상황 등을 미리 예측할 수 있다.

전력수급 제어부(118)는 전력계통(10)의 전력수급 불균형으로 인해 전력계통(10)의 전력 공급이 전력 수요보다 큰 경우, 집단에너지계통(20)에 배치된 전력 소모 수단을 통해서 전력계통(10)에서 초과 생산된 잉여전력을 열에너지로 변환하도록 제어한다.

또한, 전력계통(10)의 전력수급 불균형으로 인해 전력계통(10)에서의 전력 공급이 전력 수요보다 작거나 전력계통(10)에서의 전력 수요 상승률이 설정값 보다 큰 경우, 전력수급 제어부(118)는 집단에너지계통(20)에 배치된 열병합발전기(28)에 의해 생산된 전력을 전력계통(10)에 공급하도록 제어할 수 있다. 여기서, 전력 수요 상승률은 전력계통(10)의 부하(15) 또는 전력 수요가 증가하는 변화율을 포함한다.

그리고, 열변환 제어부(120)는 집단에너지계통(20)의 열수급 정보, 전력계통 정보 및 전력계통 분석 정보를 복합적으로 고려해서 집단에너지계통(20)의 열 생산 수단(22)에 의한 열생산량을 제어하거나, 열 저장 수단(24)에 의한 열저장량을 제어한다.

경제성 제어부(122)는 전력계통(10)의 경제성 및 집단에너지계통(20)의 경제성을 종합적으로 고려해서 전력계통(10)으로부터 집단에너지계통(20)에 공급되는 전력소비량을 결정하거나, 집단에너지계통(20)으로부터 전력계통(10)에 공급되는 전력공급량을 결정한다. 예를 들어, 경제성 제어부(122)는 전력계통(10)의 경제성 및 집단에너지계통(20)의 경제성을 비교 및 분석하고, 이를 통해서 국가 전체적으로 에너지 비용이 절감되는 방향으로 전력소비량 또는 전력공급량을 결정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록 도이다. 이때, 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치(100)는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통 정보로부터 변동성 전원(16)의 출력 변화를 분석하고, 분석된 결과를 기초로 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 전력소비량 또는 전력공급량을 제어한다. 여기서, 변동성 전원(16)은 기상조건과 같은 외부요인에 의해서 발전가능 여부가 결정되거나 전력 생산량이 증감 변동되는 전원을 포함한다.

다시 말해서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(16)의 출력 변동에 의한 전력계통 정보의 변화를 분석하고, 분석된 결과를 기초로 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 전력소비량 또는 전력공급량을 제어한다. 여기서, 상기 전력계통 정보의 변화는 순부하량 정보, 응동량 정보, 또는 신재생 출력 정보 중 적어도 하나의 변화를 포함한다.

에너지 변환 제어부(106)는 전력계통 정보로부터 전력계통(10)의 순부하량 정보, 응동량 정보, 및 신재생 에너지원의 출력 정보 등의 변화를 분석한다. 또한, 에너지 변환 제어부(106)는 순부하량 정보, 상기 응동량 정보, 또는 상기 신재생 에너지원의 출력 정보 중 적어도 하나를 설정값과 비교해서 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 전력소비량 및 전력공급량을 제어한다.

에너지 변환 제어부(106)는 본 발명의 다른 실시예에 따라 순부하량 비교부(124), 순부하량 제어부(126), 응동량 비교부(128), 응동량 제어부(130), 및 신재생 출력 변동 제어부(132)를 더 포함할 수 있다.

순부하량 비교부(124)는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(16)의 출력 변화에 따른 전력계통(10)의 순부하량을 계산하고, 순부하량의 변화를 예측한다. 순부하량 비교부(124)는 계산된 순부하량 또는 예측된 순부하량을 순부하량 설정값과 비교한다. 여기서, 순부하량 정보는 전력계통(10)의 총부하량에서 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(예를 들어, 신재생 에너지원)의 출력량을 차감한 값을 포함한다.

그리고, 순부하량 제어부(126)는 순부하량 비교부(124)의 비교 결과를 기초로 집단에너지계통(20)이 전력계통(10)으로부터 전력을 공급받아 소모하는 전력소비량을 제어한다.

예를 들어, 순부하량 제어부(126)는 순부하량이 순부하량 설정값 미만인 경우에, 집단에너지계통(20)에서 소비하는 전력소비량을 증가시키도록 제어할 수 있다. 또한, 순부하량 제어부(126)는 순부하량이 순부하량 설정값을 초과하는 경우에, 집단에너지계통(20)에서 생산된 전력을 전력계통(10)에 공급하도록 제어할 수도 있다.

응동량 비교부(128)는 전력계통 정보를 이용해 전력계통(10)의 응동량을 계산하고, 응동량의 변화를 예측한다. 여기서, 응동량 정보는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(예를 들어, 신재생 에너지원)의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통에 연계된 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 값 또는 상기 변동성 전원의 출력 변동에 대응하여 발전기가 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 포함한다.

그리고, 응동량 비교부(128)는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(16)의 출력 변화에 따른 전력계통(10)의 응동량을 계산하고, 응동량의 변화를 예측한다. 또한, 응동량 비교부(128)는 상기 변동성 전원(16)의 출력 변동에 대응하기 위해 전력계통(10)에서 추가적으로 필요한 발전량을 산출한다.

그리고, 응동량 비교부(128)는 계산된 응동량 또는 예측된 응동량을 변동성 전원(16)의 출력 변동에 대응하기 위해 전력계통(10)에 추가적으로 필요한 발전량과 비교한다. 또한, 응동량 비교부(128)는 전력계통 정보로부터 변동성 전원(16)의 출력 변동에 대응하여 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 분석하고, 분석된 응동 속도를 설정값과 비교할 수 있다.

응동량 제어부(130)는 응동량 비교부(128)의 비교 결과를 기초로 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 전력소비량 또는 전력공급량을 제어한다. 예를 들어, 신재생 에너지원의 출력 변동에 대응하기 위해 전력계통(10)에 추가적으로 필요한 발전량보다 상기 응동량이 작은 경우, 응동량 제어부(130)는 집단에너지계통(20)에서 생산된 전력을 전력계통(10)에 공급하도록 제어한다.

또한, 응동량 제어부(130)는 상기 응동량과 상기 필요한 발전량의 차이가 큰 경우, 집단에너지계통(20)에서 전력계통(10)으로의 전력공급량을 증가시키도록 제어할 수 있다. 그리고, 발전기들의 응동 속도가 느려 변동성 전원(16)의 출력 변동에 대응하기 어려운 경우, 응동량 제어부(130)는 집단에너지계통(20)에서 생산된 전력을 전력계통(10)으로 공급하도록 제어할 수 있다. 이때, 응동량 제어부(130)는 전력 소모 수단의 전력소비량을 감소시키도록 제어할 수도 있다.

신재생 출력 변동 제어부(132)는 전력계통(10)에 연계된 신재생 에너지원의 출력량 및 신재생 에너지원의 출력 변화를 분석한다. 여기서, 신재생 에너지원은 풍력 발전기, 태양광 발전기, 지열발전기, 연료전지, 바이오 에너지, 그리고 해양에너지 등을 포함한다.

그리고, 신재생 출력 변동 제어부(132)는 전력계통(10)에 연계된 신재생 에너지원의 출력 변동에 의한 전력계통(10)의 주파수 변동을 방지하거나 전력계통(10)에서의 전력수급 불균형을 방지하도록 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 전력 소비량 또는 전력공급량을 제어한다.

예를 들어, 신재생 출력 변동 제어부(132)는 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 집단에너지계통(20)에서의 전력소비량 또는 열변환량을 제어한다. 또한, 신재생 출력 변동 제어부(132)는 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 집단에너지계통(20)의 열병합발전기(28)에서 생산된 전력을 전력계통(10)에 공급하도록 제어할 수 있다.

따라서, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)에 연계된 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 집단에너지계통에서(20)의 전력소비량 또는 전력계통(10)으로의 전력소비량을 제어함으로써, 신재생 에너지원의 순간적인 출력 변동에 의한 전력계통(10)의 주파수 변화를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치(100)는 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 집단에너지계통(20)에서의 전력소비량을 제어함으로써, 결과적으로 신재생 에너지원의 출력이 평탄화되어 전력계통(10)에 제공되는 것과 같은 효과를 제공한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다. 이때, 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치(100)는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통 정보로부터 전력계통(10)의 예비력량 정보 및 예비력량의 변화를 분석한다. 그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 예비력량 정보 및 예비력량의 변화를 기초로 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 전력소비량 또는 전력공급량을 제어한다. 여기서, 예비력량 정보는 주파수 추종 예비력, 주파수 조정 예비력, 순동예비력, 또는 운전 상태의 예비력 등을 포함한다.

주파수 추종 예비력 또는 주파수 조정 예비력은 전력계통(10)에 배치된 발전기들이 설정 시간(예를 들어, 1초) 동안 발전량을 증감발할 수 있는 예비력을 포함한다. 또한, 주파수 추종 예비력은 전력계통에 연계된 발전기의 자동발전제어 또는 주파수추종운전에 따라 순시에 자동으로 응동할 수 있는 예비력을 포함한다. 그리고, 주파수 조정 예비력은 미소수요변화 대응 및 계통 주파수 조정을 위한 예비력 등을 포함한다.

그리고, 순동예비력은 순간적인 부하변동이나 발전기 탈락 등의 사고 등에 의한 급격한 주파수 저하에 대비하여 순시(예를 들어, 10초)에 응동하고 출력을 증가시켜 자동발전이 가능한 예비력으로, 자동발전제어(AGC) 또는 조속기의 주파수조정(Governor Free) 운전에 따라 자동으로 응동할 수 있는 발전기의 출력 여유분을 포함한다.

그리고, 운전 상태의 예비력은 전력계통(10)에서 출력을 내고 있는 모든 발전기가 낼 수 있는 예비력을 포함한다.

그리고, 에너지 변환 제어부(106)는 전력계통(10)의 예비력량을 예비력 설정값과 비교하고, 비교 결과를 기초로 상기 전력계통(10)의 전력수급을 안정적으로 유지시키거나 상기 전력계통(10)의 주파수를 소정범위 이내로 유지시키도록 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 전력소비량 및 전력공급량을 제어한다.

예를 들어, 에너지 변환 제어부(106)는 전력계통(10)의 예비력량이 예비력 설정값보다 작으면, 집단에너지계통(20)에 배치된 열병합발전기(28)의 출력을 증가시키거나, 상기 집단에너지계통(20)에 배치된 전력 소모 수단의 전력소모량을 증가시키도록 제어한다.

에너지 변환 제어부(106)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 예비력 분석부(134), 예비력 비교부(126), 및 예비력 제어부(138)를 더 포함할 수 있다.

예비력 분석부(134)는 전력계통 정보로부터 전력계통(10)의 예비력량 정보 및 예비력량의 변화를 분석한다. 예비력 분석부(134)는 과거 데이터 및 현재의 변동성 전원의 출력 변화를 기초로 전력계통(10)의 예비력량 변화를 예측할 수 있다.

그리고, 예비력 비교부(126)는 전력계통(10)의 예비력량을 예비력 설정값과 비교한다.

예비력 제어부(138)는 집단에너지계통(20)에 배치된 전력 소모 수단의 출력을 조정하여 전력계통(10)의 예비력량을 확보하도록 제어한다.

예를 들어, 예비력 제어부(138)는 전력계통(10)의 예비력량이 예비력 설정값보다 작으면, 집단에너지계통(20)에 배치된 열병합발전기(28)를 출력을 증가시키도록 제어한다. 또한, 예비력 제어부(138)는 전력계통(10)의 예비력량이 예비력 설정값보다 작으면, 집단에너지계통(20)에 배치된 열 생산 수단(22)의 전력소모량 및 열생산량을 증가시키도록 제어할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다. 이때, 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치(100)는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)에 연계된 기저발전기(12)의 출력 정보를 분석하고, 기저발전기(12)에서 생산된 전력의 일부를 집단에너지계통(20)에 배치된 전력 소모 수단에 할당한다. 그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 기저발전기(12)에서 생산된 전력의 일부가 전력계통(10)의 계통주파수의 변화에 응동하도록 전력 소모 수단의 전력 소모를 제어한다.

여기서, 기저발전기는 전력계통의 주파수 변화에 따른 발전기의 출력 변화를 나타내는 속도 조정율(DROOP)이 없거나 상기 속도 조정율이 설정값 미만인 발전기를 포함한다. 또한, 기저발전기는 전력계통에서 주파수 추종운전을 하지 못하는 발전기(예를 들어, 원자력발전기) 또는 주파수 응동 속도가 설정값 미만인 발전기(예를 들어, 석탄발전기) 등을 포함한다.

그리고, 에너지 변환 제어부(106)는 전력계통(10)의 계통주파수를 주파수 설정값과 비교하고, 비교 결과를 기초로 기저발전기(12)에서 생산된 전력의 일부가 상기 계통주파수의 변화에 응동하도록 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 전력소비량 및 전력공급량을 제어한다.

에너지 변환 제어부(106)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 전력계통정보 분석부(140), 기저발전기 출력 할당부(142), 및 기저발전기 주파수응동 제어부(144)를 더 포함할 수 있다.

전력계통정보 분석부(140)는 전력계통 정보 수신부(102)로부터 전력계통 정보를 전달받아 전력계통 정보를 분석한다. 전력계통정보 분석부(140)는 기저발전기(12)에서 생산된 전력의 일부가 전력계통(10)의 계통주파수 변화에 응동하도록 전력계통(10)의 주파수 정보 및 전력계통의 전력수급 정보 등을 분석한다.

기저발전기 출력 할당부(142)는 전력계통(10)에 연계된 기저발전기(12)의 출력 정보를 수신하고, 기저발전기(12)에서 생산된 전력의 일부를 집단에너지계통(20)의 전력 소모 수단에 할당한다.

기저발전기 주파수응동 제어부(144)는 기저발전기(12)에서 생산된 전력의 일부가 상기 계통주파수의 변화에 응동하도록, 주파수 비교 결과를 기초로 전력 소모 수단의 전력소모량을 제어한다.

예를 들어, 기저발전기 주파수응동 제어부(144)는 전력계통(10)의 계통주파수가 주파수 설정값보다 크면, 열 생산 수단(22)에 할당된 전력의 사용을 증가시키도록, 열 생산 수단(22)의 열생산량을 증가시킨다. 그리고, 기저발전기 주파수응동 제어부(144)는 전력계통(10)의 계통주파수가 주파수 설정값보다 작으면, 열 생산 수단(22)에 할당된 전력의 사용을 감소시키도록, 열 생산 수단(22)의 열생산량을 감소시킬 수 있다.

이를 통해서, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통에서 주파수 추종운전을 하지 못하는 발전기들이나 주파수 응동 속도가 낮은 발전기들의 출력 제어가 가능하게 함으로써, 기존의 기저발전기 또는 변동성 전원에 의한 전력계통의 주파수 불안정성을 해소시킬 수 있는 환경을 제공한다.

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따라 에너지 변환 제어 장치가 전력계통과 집단에너지계통 간의 전력공급량과 전력소비량을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 6의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 에너지 관리 시스템(Energy Management System, EMS)로부터 전력계통 정보를 수신하고, 수신된 전력계통 정보를 분석한다(S102, S104).

이때, 전력계통 정보 및 전력계통 분석 정보는 전력계통에 연계된 발전기의 램프레이트(Ramp Rate) 특성 정보, 전력계통의 주파수 정보, 전력계통의 전력수급 정보, 변동성 전원(16)에 의한 순부하량 정보, 변동성 전원(16)에 의한 응동량 정보, 전력계통에 연계된 신재생 출력 변동 정보, 전력계통의 예비력량 정보, 또는 전력계통에 연계된 기저발전기의 출력 정보 등을 포함한다.

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 집단에너지계통(20)의 에너지 관리 시스템(Energy Management System, EMS)로부터 집단에너지계통 정보를 수신하고, 수신된 집단에너지계통 정보를 분석한다(S106, S108).

이때, 집단에너지계통 정보 및 집단에너지계통 분석 정보는 집단에너지계통(20)에 연계된 발전기의 램프레이트(Ramp Rate) 특성 정보, 집단에너지계통(20)의 열수급 정보, 축열조의 가용용량, 열수요 예측정보, 현재의 열생산 정보, 현재의 열소비 정보, 및 집단에너지계통(20)의 전력 수급 정보를 포함한다.

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통 정보 및 집단에너지계통 정보를 기초로 전력계통 정보 및 집단에너지계통 정보를 복합적으로 고려해서 전력계통(10)과 집단에너지계통(20)의 에너지 변환량을 결정한다(S110). 여기서, 에너지 교환량은 전력계통(10)에서 집단에너지계통(20)으로 공급되는 전력소비량 및, 집단에너지계통(20)에서 전력계통(10)으로 공급되는 전력공급량을 포함한다.

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 결정된 에너지 변환량을 기초로 전력계통(10)과 집단에너지계통(20)의 전력공급량 및 전력소비량을 제어한다(S112). 이때, 전력공급량은 집단에너지계통(20)에서 생산된 전력을 전력계통(10)으로 공급하는 전력량을 포함한다. 그리고, 전력소비량은 전력계통(10)에서 생산된 전력을 집단에너지계통(20)에 공급하고, 집단에너지계통(20)에서 소비되는 전력량을 포함한다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따라 발전기의 램프레이트 특성 정보를 기초로 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환 및 집단에너지계통에서의 전력소모량을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 6의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치(100)는 발전기의 램프레이트(Ramp Rate) 특성 정보를 수신하고, 수신된 램프레이트 특성 정보를 분석한다(S202, S204). 여기서, 발전기의 램프레이트 특성 정보는 전력계통(10)에 연계된 발전기들(12,14)의 램프레이트 특성 정보 및 집단에너지계통(20)에 배치된 열병합발전기(28)의 램프레이트 특성 정보를 포함한다. 그리고, 램프레이트 특성 정보는 1분당 발전기출력의 변동이며, 발전기의 증발속도, 발전기의 감발속도, 또는 발전기의 속도 조정율을 포함한다.

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 발전기의 램프레이트를 램프레이트 설정값과 비교한다(S206). 전력계통(10)에 연계된 발전기의 램프레이트를 램프레이트 설정값과 비교하거나, 열병합발전기(28)의 램프레이트를 램프레이트 설정값과 비교할 수 있다.

에너지 변환 제어 장치(100)는 상기 비교 결과를 기초로, 열 생산 수단(22)의 전력소모량 및 열생산량을 조정하도록 제어한다(S208). 예를 들어, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)에 연계된 발전기의 램프레이트가 낮거나 열병합발전기(28)의 램프레이트가 낮은 경우, 열 생산 수단(22)의 열생산량을 감소시킴으로써, 전력계통(10)의 전체 부하를 줄이는 효과를 제공하고, 결과적으로 전력계통(10)에 연계된 발전기의 램프레이트 또는 열병합발전기(28)의 램프레이트가 증가되는 것과 같은 효과를 제공한다.

또한, 에너지 변환 제어 장치(100)는 열병합발전기(28)의 램프레이트가 램프레이트 낮은 경우, 열 생산 수단(22)에서 생산된 열을 열병합발전기(28)에 제공하도록 제어함으로써, 열병합발전기(28)의 발전효율을 향상시키고 열병합발전기(28)의 램프레이트를 증가시킬 수 있다.

또한, 에너지 변환 제어 장치(100)는 상기 비교 결과를 기초로, 발전기의 열생산량을 조정할 수 있다(S210). 예를 들어, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)에 연계된 발전기의 램프레이트가 낮은 경우, 발전기가 직접 열을 추가적으로 생산하고 생산된 열을 전력 생산에 사용하도록 제어함으로써, 전력계통(10)에 연계된 발전기의 발전효율을 향상시키고 상기 발전기의 램프레이트 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 에너지 변환 제어 장치(100)는 열병합발전기(28)의 램프레이트가 작은 경우, 열병합발전기(28)가 열을 추가적으로 생산하고, 추가적으로 생산된 열을 전력 생산에 사용하도록 제어함으로써, 열병합발전기(28)의 발전효율 및 램프레이트 특성을 향상시킬 수 있다(S212).

이때, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통 정보 및 집단에너지계통 정보를 복합적으로 고려해서 전력계통(10)과 집단에너지계통(20)의 전력공급량 및 전력소비량을 제어함과 동시에, 발전기들의 램프레이트 정보를 기초로 열 생산 수단(22)나 열병합발전기(28)의 열생산량을 조절할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명은 발전기의 램프레이트 특성 정보를 기초로 전력계통에서 초과 생산되는 전력 또는 전력계통에서 초과 생산될 것으로 예상되는 잉여전력을 이용해 발전기가 열을 생산해 전력 생산에 사용하도록 제어하거나, 또는 열 생산 수단의 열생산량을 조정하도록 제어함으로써, 발전기들의 발전효율 및 램프레이트 특성을 향상시키고, 변동성 전원의 출력 변동으로 인한 전력계통의 계통주파수 급변을 방지할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 발전기들의 발전효율 및 램프레이트 특성을 향상시킴으로써, 변동성 전원의 출력이 급감하거나 전력부하가 급증하는 경우에도 발전기들이 전력부하의 수요곡선(예를 들어, 덕커브)을 따라 전력을 생산할 수 있는 환경을 제공한다.

도 9는 본 발명의 제3실시예에 따라 전력계통의 계통주파수를 이용해 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 6의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통 정보를 수신하고, 수신된 전력계통 정보를 분석한다(S302, S304). 이때, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통의 주파수 정보를 분석하고, 변동성 전원의 출력 변화로 인한 계통주파수 변화를 예측할 수 있다. 여기서, 주파수 정보는 실시간 계통주파수, 계통주파수 예측값, 주파수 변화율, 주파수 민감도 등을 포함한다. 그리고, 주파수 변화율은 양의 값(+)을 갖거나, 음의 값(-)을 가질 수 있다. 예를 들어, 주파수 변화율이 양수 인 경우는 계통주파수가 급증하는 경우를 포함한다. 그리고, 주파수 변화율이 음수인 경우에는 계통주파수가 급감하는 경우를 포함한다.

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 계통주파수를 모니터링하고, 전력계통(10)의 계통주파수를 주파수 설정값과 비교한다(S306). 물론, 에너지 변환 제어 장치(100)는 계통주파수 예측값, 주파수 변화율 또는 주파수 민감도를 주파수 설정값과 비교하고, 이때의 비교결과를 기초로 전력계통(10)과 집단에너지계통(20)간의 전력소비량 및 전력공급량을 제어할 수 있다.

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 계통주파수가 제1 주파수 설정값보다 큰 경우, 전력계통(10)의 계통주파수를 소정범위 이내로 유지될 수 있도록 전력계통(10)에서 생산된 전력을 집단에너지계통(20)에 공급하기로 결정한다(S308, S310).

또한, 에너지 변환 제어 장치(100)는 계통주파수와 제1 주파수 설정값의 차이를 기초로 전력소비량을 산정하고, 산정된 전력소비량을 전력계통(10)에서 집단에너지계통(20)으로 공급하도록 제어한다(S312). 이때, 에너지 변환 제어 장치(100)는 계통주파수와 제1 주파수 설정값의 차이를 이용해 집단에너지계통(20)에서의 전력소비량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 계통주파수와 제1 주파수 설정값의 차이가 증가하는 경우, 집단에너지계통(20)에서의 전력소비량이 증가되도록 제어할 수도 있다.

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 계통주파수를 상기 제1 주파수 설정값 보다 작은 제2 주파수 설정값과 비교한다. 그리고, 계통주파수가 제2 주파수 설정값 보다 작은 경우, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 계통주파수가 소정범위 이내로 안정화 되도록 집단에너지계통(20)에서 생산된 전력을 전력계통(10)에 공급하기로 결정한다(S314, S316).

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 계통주파수와 제2 주파수 설정값의 차이를 기초로 전력공급량을 산정하고, 해당 전력공급량을 집단에너지계통(20)에서 전력계통(10)으로 공급하도록 제어한다(S318).

즉, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치 및 에너지 변환 제어 방법은 전력계통(10)의 주파수 정보를 기초로 집단에너지계통(20)에 배치된 전력 소모 수단의 동작을 제어한다. 또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치 및 에너지 변환 제어 방법은 집단에너지계통(20)의 전력 소모 수단으로 전력계통(10)에서 생산된 전력의 소비량을 조절하여 전력계통(10)의 계통주파수를 소정 범위 이내로 유지시킴으로써, 전력계통(10)의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 에너지 변환 제어 장치(100)는 주파수 변화율이 설정값보다 커져 계통주파수가 급증하는 경우, 집단에너지계통(20)에서의 전력소비량을 증가시키도록 제어할 수 있다. 그리고, 발전기 탈락 또는 대규모 부하 급증으로 인해 상기 계통주파수가 급감하는 비상시의 경우, 에너지 변환 제어 장치(100)는 집단에너지계통(20)에서의 전력소비량을 감소시키도록 제어할 수도 있다. 여기서, 주파수 변화율은 양의 값(+)을 갖거나, 음의 값(-)을 가질 수 있다. 예를 들어, 주파수 변화율이 양수 인 경우는 계통주파수가 급증하는 경우를 포함한다. 그리고, 주파수 변화율이 음수인 경우에는 계통주파수가 급감하는 경우를 포함한다.

마찬가지로, 에너지 변환 제어 장치(100)는 주파수 변화율이 설정값보다 커져 전력계통(10)의 계통주파수가 급증하는 경우, 집단에너지계통(20)에서 전력계통(10)으로의 전력공급량을 감소시키도록 제어할 수 있다. 또한, 발전기 탈락 또는 대규모 부하 급증으로 인해 상기 계통주파수가 급감하는 비상시의 경우, 에너지 변환 제어 장치(100)는 집단에너지계통(20)에서 전력계통(10)으로의 전력공급량을 증가시키도록 제어할 수도 있다.

다시 말해서, 전력계통(10)에서 발전량이 증가해 계통주파수가 증가하는 경우에는 집단에너지계통(20)의 전력 소비를 증가시켜 전력계통(10)의 계통주파수를 낮출 수 있다. 또한, 전력계통(10)의 발전량이 감소해 계통주파수가 감소하는 경우에는 집단에너지계통(20)의 전력 소비를 감소시키거나, 집단에너지계통(20)에서 생산된 전력을 전력계통(10)에 제공하여 전력계통(10)의 계통주파수를 높일 수 있는 환경을 제공한다.

도 10은 본 발명의 제4실시예에 따라 전력계통의 전력수급 정보를 이용해 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 6의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통 정보를 수신하고, 수신된 전력계통 정보를 분석한다(S402,S404).

이때, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 전력수급 정보를 분석하고, 이를 기초로 전력계통(10)의 전력수급 불균형을 예측할 수 있다(S406). 여기서, 전력계통(10)의 전력수급 불균형은 전력계통(10)에 연계된 발전기의 탈락, 전력계통(10)의 전력수요 급변, 또는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(16)의 출력 변동 급변 등에 의해서 전력계통(10)의 전력 공급과 전력 수요 사이의 편차가 전력수급 설정값을 초과하는 경우를 포함한다.

그리고, 전력계통(10)의 전력수급 불균형으로 인해 전력계통(10)의 전력 공급이 전력 수요보다 큰 경우, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)에서 초과 생산되거나 초과 생산될 것으로 예상되는 잉여전력을 집단에너지계통(20)에 공급하도록 제어한다(S408, S410).

예를 들어, 집단에너지계통(20)에 배치된 전력 소모 수단은 전력계통(10)의 전력수급을 안정적으로 유지시킬 수 있도록 전력계통(10)에서 초과 생산되는 전력 또는 전력계통(10)에서 초과 생산될 것으로 예상되는 잉여전력을 공급받아 열에너지로 변환한다(S412).

또한, 전력계통(10)의 전력수급 불균형으로 전력계통(10)에서의 전력 공급이 전력 수요보다 작은 경우, 에너지 변환 제어 장치(100)는 집단에너지계통(20)에서 생산된 전력을 전력계통(10)으로 공급하도록 제어한다(S414).

예를 들어, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 전력수급을 안정적으로 유지시킬 수 있도록 집단에너지계통(20)의 열병합발전기(28)에서 전력을 추가적으로 더 생산하고, 생성된 전력을 전력계통(10)에 공급한다(S416).

도 11은 본 발명의 제5실시예에 따라 전력계통과 집단에너지계통의 경제성을 분석해 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 6의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통 정보를 수신하고, 수신된 전력계통 정보를 이용해 전력계통의 경제성을 분석한다(S502, S504).

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 집단에너지계통 정보를 수신하고, 집단에너지계통 정보를 이용해 집단에너지계통(20)의 경제성을 분석한다(S506, S508). 이때, 전력계통의 경제성 및 집단에너지계통의 경제성은 각 계통에 배치된 발전기별 발전 단가 및 열변환 단가 등을 고려해서 산정된다.

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통의 경제성과 집단에너지계통의 경제성을 비교하고, 비교 결과를 기초로 전력계통(10)으로부터 집단에너지계통(20)에 공급되는 전력소비량 및 집단에너지계통(20)으로부터 전력계통(10)에 공급되는 전력공급량을 제어한다(S510, S512).

예를 들어, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10) 및 집단에너지계통(20)의 안정성을 제약조건으로 하며, 전력계통(10) 및 집단에너지계통(20)의 안정성이 만족되는 경우에 전력계통(10)의 경제성과 집단에너지계통(20)의 경제성을 고려하여 양 계통 간의 에너지 변환을 제어할 수 있다.

이때, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치(100)는 국가 전체적으로 에너지 비용이 절감되는 방향으로 전력소비량 또는 전력공급량을 제어한다. 예를 들어, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 발전단가가 집단에너지계통(20)의 발전단가 보다 높아 전력계통(10)의 경제성이 집단에너지계통(20)의 경제성 보다 작은 경우, 집단에너지계통(20)에서의 전력생산량을 증가시키고, 집단에너지계통(20)에서 생산된 전력을 전력계통(10)에 공급하도록 제어할 수 있다.

또한, 전력계통(10)의 발전단가가 집단에너지계통(20)의 발전단가 보다 낮아서 전력계통(10)의 경제성이 집단에너지계통(20)의 경제성 보다 큰 경우에는 전력계통(10)에서의 전력생산량을 증가시키도록 제어할 수 있다. 물론, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)에서의 전력생산량 증가로 인해서 전력계통(10)의 안정성이 요구되는 경우, 전력계통(10)에서 생산된 전력을 집단에너지계통(20)으로 공급하도록 제어할 수도 있다.

도 12는 본 발명의 제6실시예에 따라 전력계통의 순부하량 정보를 이용해 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 6의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통 정보를 수신하고, 변동성 전원(16)으로 인한 전력계통(10)의 출력 변동을 모니터링한다(S602, S604). 여기서, 변동성 전원(16)은 기상조건과 같은 외부요인에 의해서 발전가능 여부가 결정되거나 전력 생산량이 증감 변동되는 전원을 포함한다.

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 순부하량을 계산하고, 순부하량의 변화를 예측한다(S606). 여기서, 순부하량 정보는 전력계통(10)의 총부하량에서 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(예를 들어, 신재생 에너지원)의 출력량을 차감한 값을 포함한다.

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 순부하량을 순부하량 설정값과 비교하여 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 간의 전력소비량 및 전력공급량을 제어한다(S608).

예를 들어, 순부하량이 순부하량 설정값보다 작은 경우에는 전력계통(10)에서 초과 생산되는 전력 또는 전력계통(10)에서 초과 생산될 것으로 예상되는 잉여전력을 집단에너지계통(20)에 공급하도록 제어한다. 그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 전력수급 불균형을 해소하거나 전력계통(10)의 계통주파수가 안정화되도록 집단에너지계통(20)에서 소비되는 전력소비량을 제어한다(S610, S612).

또한, 순부하량이 순부하량 설정값보다 큰 경우에는 집단에너지계통(20)에서 생산된 전력을 전력계통(10)으로 공급하도록 제어한다. 그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 전력수급 불균형을 해소하거나 전력계통(10)의 계통주파수가 안정화되도록 전력계통(10)으로 공급되는 전력공급량을 제어한다(S614, S616).

도 13은 전력계통에서 일반적인 일일 전력수요곡선을 도시한 그래프이고, 도 14는 변동성 전원의 출력 증가로 인한 순부하량의 변화를 도시한 그래프이다.

도 13 및 도 14을 참조하면, 변동성 전원(16)의 출력 변동성 증가시에 순부하량은 덕커브 형태로 형성된다. 특히, 전력계통(10)에 연계되는 변동성 전원(예를 들어, 신재생 에너지원)의 비중이 증가될 경우, 일출 후 전력부하가 급감하고, 일몰 후 전력부하가 급증하는 현상으로 인해서, 전력수요곡선이 기존의 전력수요곡선과는 다른 패턴으로 변화될 것으로 예상된다. 또한, 덕커브 현상이 심화되는 경우에는 전력수요예측 오차가 증가되고, 제약비용이 증가되는 어려움이 예상된다.

예를 들어, 신재생 에너지원인 풍력 발전기는 풍속에 의해서 출력이 크게 좌우되며, 태양광 발전기는 태양광 모듈의 일사량에 의해서 출력이 좌우된다. 그리고, 풍력 및 태양광 같은 신재생 에너지원은 낮 시간대에 출력이 증가되며, 이로 인해서 전력계통(10)의 총부하량에서 신재생 에너지원의 출력량을 차감한 전력계통(10)의 순부하량이 크게 감소된다.

특히, 신재생 에너지원의 출력 변동성이 큰 계절의 낮 시간대에 신재생 에너지원이 전력계통(10)에 연계되어 있는 경우, 전력계통(10)의 전력수급 불균형을 야기하고, 전력계통(10)의 주파수가 불안정해지는 문제가 발생된다.

따라서, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치(100)는 순부하량을 설정값과 비교하여 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 간의 전력소비량 및 전력공급량을 제어함으로써, 변동성 전원(16)의 영향으로 인한 전력수급 불균형 문제를 해소하고, 전력계통(10)의 계통주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

도 15는 본 발명의 제7실시예에 따라 전력계통의 응동량 정보를 이용해 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 6의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 제7실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통 정보를 수신하고, 변동성 전원(16)으로 인한 전력계통(10)의 출력 변동을 모니터링한다(S702, S704).

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(16)의 출력 변화에 따라 전력계통(10)의 발전기들이 발전해야 하는 전력계통(10)의 응동량 또는 응동 속도를 계산한다(S706).

여기서, 응동량은 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(예를 들어, 신재생 에너지원)의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통(10)에 연계된 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 발전량을 포함한다. 그리고, 응동 속도는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(16)의 출력 변동에 대응하여 전력계통(10)에 연계된 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 발전 속도를 포함한다.이때, 이러한 응동량 및 응동 속도는 발전기의 램프레이트(Ramp Rate) 특성 정보를 포함할 수 있다.

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 변동성 전원(16)의 출력 변동에 대응하기 위해 전력계통(10)에서 추가적으로 필요한 발전량을 산출하고, 상기 응동량과 전력계통(10)에 필요한 발전량을 비교한다(S708).

예를 들어, 전력계통(10)에 필요한 발전량보다 상기 응동량이 작은 경우에는 집단에너지계통(20)의 열병합발전기(28)에서 생산된 전력을 전력계통(10)에 공급하도록 제어한다(S710, S712). 이때, 에너지 변환 제어 장치(100)는 상기 응동 속도를 설정값과 비교하고, 발전기들의 응동 속도가 느려 변동성 전원(16)의 출력 변동에 대응하기 어려운 경우, 집단에너지계통(20)에서 생산된 전력을 전력계통(10)에 공급하도록 제어할 수도 있다. 또한, 에너지 변환 제어 장치(100)는 집단에너지계통(20)에 배치된 열병합발전기(28)의 응동량 정보를 기초로 열 생산 수단(22)이나 열병합발전기(28)의 열생산량을 제어하거나, 열병합발전기(28)의 발전량을 제어할 수도 있다.

예를 들어, 풍력 및 태양광 같은 신재생 에너지원은 아침 시간대에는 출력이 크게 증가되고, 이로 인해서 전력계통(10)의 발전기들이 발전해야 하는 응동량이 급감한다. 반대로, 저녁 시간대에는 신재생 에너지원의 출력이 크게 감소되며, 이로 인해서 전력계통(10)의 발전기들이 발전해야 하는 응동량이 급증한다.

하지만, 전력계통(10)에 연계된 발전기들은 상기와 같은 변동성 전원(16)의 급격한 출력 변화에 따라 전력 생산을 증가시키거나 전력 생산을 감소시키지 못하는 어려움이 있다. 그로 인해서, 신재생 에너지원과 같은 변동성 전원(16)의 출력 변화는 전력계통(10)의 전력수급 불균형을 야기하고, 전력계통(10)의 계통주파수가 불안정해지는 문제를 야기한다.

하지만, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치(100)는 변동성 전원(16)의 출력 변동에 대응하기 위해 전력계통(10)에 추가적으로 필요한 발전량보다 응동량이 작은 경우, 집단에너지계통(20)에서 전력계통(10)으로 전력을 공급하도록 제어함으로써, 전력계통(10)의 전력수급 불균형 문제를 해소하고, 전력계통(10)의 계통주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

도 16은 본 발명의 제8실시예에 따라 전력계통의 예비력량 정보를 이용해 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 6의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 16을 참조하면, 본 발명의 제8실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통 정보를 수신하고, 수신된 전력계통 정보를 분석한다(S802, S804).

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통 정보로부터 전력계통(10)의 예비력량 정보 및 예비력량의 변화를 모니터링한다(S806). 여기서, 예비력량은 주파수 추종 예비력, 주파수 조정 예비력, 순동예비력, 또는 운전 상태의 예비력 등을 포함한다.

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 예비력량을 예비력 설정값과 비교하고, 비교 결과를 기초로 상기 전력계통(10)의 전력수급을 안정적으로 유지시키거나 상기 전력계통(10)의 주파수를 소정범위 이내로 유지시키도록 전력계통(10)과 집단에너지계통(20) 사이의 에너지 변환량을 제어한다(S808).

예를 들어, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 예비력량이 예비력 설정값보다 작으면, 집단에너지계통(20)에 배치된 열병합발전기(28)를 출력을 증가시키도록 제어한다(S810). 그리고, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)으로 공급되는 전력공급량을 증가시키고, 이로 인해서 전력계통(10)의 예비력량을 확보할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 예비력량이 예비력 설정값보다 작으면, 상기 집단에너지계통(20)에 배치된 전력 소모 수단의 전력소모량을 증가시키도록 제어한다(S812).

예를 들어, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치(100)는 집단에너지계통(20)에 배치된 전력 소모 수단의 전력소모량을 증가시킴으로써, 전력계통(10)의 계통주파수에 응동하는 발전기들의 발전량 증가를 야기하고, 이로 인해 전력계통(10)의 예비력량을 증가시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)에 예비력이 부족할 것으로 예상되면, 집단에너지계통(20)에 배치된 전력 소모 수단의 전력소모량을 증가시킨다. 그리고 나서, 전력계통(10)의 예비력을 증가시킬 필요가 있는 경우에는 집단에너지계통(20)에 배치된 전력 소모 수단의 전력 소모량을 감소시키거나, 전력 소모 동작을 중단시킨다. 또한, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)에서 집단에너지계통(20)으로의 전력 공급을 감소시킬 수 있다.

이를 통해서, 본 발명은 상기 전력 소모 수단의 전력 소모량을 감소시킨 만큼 전력계통(10)의 예비력을 확보하거나, 전력계통(10)에서 집단에너지계통(20)으로의 전력 공급을 감소시킨 만큼 전력계통(10)의 예비력을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.

도 17은 본 발명의 제9실시예에 따라 기저발전기에서 생산된 전력의 일부가 계통주파수의 변화에 응동하도록 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 6의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 제9실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)에 연계된 기저발전기(12)의 출력 정보를 분석하고, 기저발전기(12)에서 생산된 전력의 일부를 집단에너지계통(20)에 배치된 전력 소모 수단에 할당한다(S902, S904).

여기서, 기저발전기(12)는 전력계통에서 주파수 추종운전을 하지 못하는 발전기 또는 주파수 응동 속도가 설정값 미만인 발전기 등을 포함한다. 이때, 주파수 추종운전을 하지 못하는 발전기는 원자력 발전기를 포함할 수 있으나, 본 발명의 보호 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 주파수 응동 속도가 설정값 미만인 발전기는 석탄발전기를 포함할 수 있으나, 본 발명의 보호 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)의 계통주파수 변화를 분석하고, 계통주파수를 주파수 설정값과 비교하여 기저발전기(12)에서 생산된 전력의 일부가 전력계통(10)의 상기 계통주파수 변화에 응동하도록 제어한다(S906, S908).

예를 들어, 전력계통(10)의 계통주파수가 주파수 설정값보다 큰 경우, 에너지 변환 제어 장치(100)는 집단에너지계통(20)의 전력 소모 수단에 할당된 전력의 사용을 증가시키도록 제어한다(S910). 이를 통해서, 본 발명은 기저발전기(12)에서 생산된 전력의 일부가 전력계통(10)의 계통주파수의 변화에 응동하여 주파수 추종운전을 하는 것과 같은 효과를 제공한다(S912).

하지만, 전력계통(10)의 계통주파수가 주파수 설정값보다 작은 경우에는 집단에너지계통(20)의 전력 소모 수단에 할당된 전력의 사용을 감소시키도록 제어한다(S914). 이를 통해서, 에너지 변환 제어 장치(100)는 기저발전기(12)에서 생산된 전력의 일부가 전력계통(10)의 계통주파수의 변화에 응동하여 주파수 추종운전을 하도록 제어할 수 있다(S916).

예를 들어, 국내의 전력계통은 타국가와의 계통 연계가 어려워 전기적인 섬의 특성을 가지고 있으며, 주파수 추종 운전을 하지 않는 원자력 발전기의 비중이 높아서 주파수 안정도 유지 측면에서 불리한 여건에 있다. 하지만, 본 발명은 집단에너지계통(20)에 배치된 전력 소모 수단이 전력계통(10)의 계통주파수 변화에 응동하여 원자력 발전기에서 생산된 전력의 일부를 소모함으로써, 원자력 발전기가 주파수 추종운전을 하는 것과 같은 효과를 제공한다.

다시 말해서, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치(100)는 집단에너지계통(20)에 배치된 전력 소모 수단이 기저발전기(12)에서 생산된 전력의 일부를 소모할 때, 전력계통(10)의 주파수 정보를 기초로 집단에너지계통(20)에 배치된 전력 소모 수단의 전력소비량을 제어함으로써, 전력계통(10)에서 주파수 추종운전을 하지 못하거나 주파수 응동 속도가 낮은 발전기의 출력 제어를 가능하게 하여 전력계통(10)의 주파수 불안정성을 해소시킬 수 있는 환경을 제공한다.

즉, 본 발명의 에너지 변환 제어 장치(100)는 전력계통(10)에서 주파수 추종운전을 하지 못하는 원자력발전기나 주파수 응동 속도가 낮은 석탄발전기로 인해서 전력계통(10)의 주파수가 불안정해지는 문제를 해소시킬 수 있는 환경을 제공한다.

도 18은 발전 비용순으로 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.

전력계통에 연계된 발전기들의 발전 단가는 발전기(a)가 가장 낮고, 발전기(h)로 갈수록 발전 단가가 높다. 기존에는 발전 비용이 제일 낮은 발전기순(a<b<c<d<e<f<g<h)으로 발전기들의 우선순위를 정하고, 각 시간대별로 수요곡선(x)을 충족시킬 수 있도록 발전기들에 출력을 배분한다.

도 18을 참조하면, 발전 비용순으로 발전기들의 우선순위를 정하여 전력계통을 운영하는 경우에는 발전비용이 낮은 발전기들(a,b,c,d)을 하루 종일 최대 출력으로 운영하고, 각 시간대별로 수요곡선(x)과 맞닿는 부분의 발전기들(e,f,g,h)만 수요곡선(x)을 따라 발전기 출력을 증감발하도록 제어할 수 있다. 즉, 도 18은 전력계통(10)을 가장 저렴하게 운영할 있는 이상적인 발전 계획이다.

하지만, 발전기(e)는 도 18에서와 같은 새벽 시간대의 수요곡선(x)를 따라 발전량을 증감발하지 못하는 어려움이 있다. 예를 들어, 이때의 발전기(e)는 석탄 발전기일 수 있다.

도 19은 발전기의 제약조건을 반영해 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.

도 19을 참조하면, 발전기(f)는 발전기(e)가 맞추지 못하는 수요곡선(x)를 따라 발전량을 증감할 수 있다. 이때의 발전기(f)는 가스 발전기일 수 있다.

즉, 기존의 전력계통은 새벽 시간대에 발전기(f)를 켜고, 발전기(e)를 꺼야 하는 제약조건이 존재한다. 또한, 발전기(e)는 발전기의 출력을 신속하게 온오프시킬 수 없는 제약이 있는 경우, 최소 발전량을 적정하게 유지하도록 제어해야 하는 어려움이 있다.

그러므로, 기존의 전력계통은 도 19에서와 같이 발전기의 제약조건을 반영해 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 조정해야만 한다.

도 20는 최소 예비력 확보를 위해 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.

도 20를 참조하면, 기존의 전력계통은 최소 예비력 확보를 위해서 발전 단가가 발전기(h) 보다 비싼 발전기(i)를 가동해야 한다. 또한, 기존에는 전력계통의 예비력 확보를 위해서 발전기들(d,e,f,g)의 발전량을 일정하게 감발(d1,e1,f1,g1)하고, 감발된 발전량만큼 발전기들(f,g,h,i)의 발전량을 증발(f2,g2,h2,i2)시켜 운영해야 하는 어려움이 있다.

도 21은 전력계통의 제약조건을 반영해 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 결정하는 예를 도시한 그래프이다.

도 21을 참조하면, 기존의 전력계통은 선로 과부하, 과도 안정도, 또는 전압 안정도 등과 같은 전력계통의 제약조건을 고려해서 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 수정해야 한다.

따라서, 기존에는 상기와 같은 제약조건을 해소하고 전력계통을 안정적으로 운영하기 위해서 발전 단가가 가장 비싼 발전기(k)를 가동한다. 그리고, 기존의 전력계통은 발전기들(d,e,f,g,h)의 발전량을 일정하게 감발(d1,e1,f1,g1,h1)하고, 감발된 발전량만큼 발전기들(f,g,h,i,k)의 발전량을 증발(f2,g2,h2,i2,k2)시켜 운영해야 한다. 즉, 기존의 전력계통은 전력계통의 안정성 확보를 위해서 전력계통의 제약조건을 고려해서 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 수정하여 운영하는 어려움이 있다.

이와 같이, 도 18 내지 도 21을 비교 검토한 결과, 기존의 전력계통은 발전기의 제약조건 및 전력계통의 제약조건을 충족시키고, 전력계통의 최소 예비력 확보를 위해서, 발전 단가가 높은 발전기들로 우선순위를 수정하여 운영해야 하므로, 국가 전체적으로 에너지 비용이 증가하는 어려움이 있다.

도 22는 본 발명의 실시예에 따라 전력계통과 집단에너지계통 간의 에너지 변환을 제어한 경우에 발전기들의 우선순위 및 출력배분을 도시한 그래프이다.

도 22를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 변환 제어 장치 및 에너지 변환 제어 방법은 집단에너지계통(20)의 전력 소모 수단을 통해서 전력계통(10)의 잉여 전력을 일정하게 소모하도록 제어함으로써, 기존의 수요곡선(x)을 본 발명의 수요곡선(y)와 같이 증가시키는 효과를 제공한다.

예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 변환 제어 장치 및 에너지 변환 제어 방법은 집단에너지계통(20)의 열 생산 수단(22)이 전력계통(10)의 전력을 일정하게 소모하도록 제어하거나, 열병합발전기(28)에서 생산된 전력으로 전력계통(10)에 부족한 전력을 공급하도록 제어함으로써, 전력계통(10)의 전력수급 불균형을 해소하고, 전력계통(10)의 계통주파수를 안정적으로 유지할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.

다시 말해서, 본 발명은 발전 단가가 낮은 발전기순으로 출력을 배분하도록 하면서도 발전기의 제약조건 및 전력계통의 제약조건을 충족시키고, 전력계통의 최소 예비력을 확보할 수 있는 환경을 제공한다. 그리고, 이를 통해서 본 발명은 국가 전체적으로 에너지 비용을 최소화하여 전력계통 및 집단에너지계통의 경제성을 확보할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 전기자동차와 같은 충전부하의 확대로 인해서 전력계통의 전력수요가 증가하여 전력수요의 불확실성이 증가될 수 있다. 하지만, 본 발명은 발전기들의 램프레이트를 향상시키고, 집단에너지계통의 전력 소모 수단 및 열병합발전기를 통해서 전력계통의 부하를 조정하거나 전력계통에 필요한 예비력을 확보함으로써, 전기자동차 확대로 인한 전력수요의 불확실성을 해소하고, 전력계통의 안정성 악화를 방지할 수 있는 환경을 제공한다.

이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치 및 에너지 변환 제어 방법은 전력계통 정보와 집단에너지계통 정보를 분석하고, 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단을 통해 전력계통에서 생산된 전력의 소비량을 조절하여 전력계통의 계통주파수를 소정 범위 이내로 유지시킴으로써, 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 발전기의 램프레이트(Ramp Rate) 특성 정보를 기초로 전력계통에서 초과 생산되는 전력 또는 전력계통에서 초과 생산될 것으로 예상되는 잉여전력을 이용해 발전기가 열을 생산해 전력 생산에 사용하도록 제어하거나, 또는 열 생산 수단의 열생산량을 조정하도록 제어함으로써, 발전기들의 발전효율 및 램프레이트 특성을 향상시키고, 변동성 전원의 출력 변동으로 인한 전력계통의 계통주파수 급변을 방지할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 발전기들의 발전효율 및 램프레이트 특성을 향상시킴으로써, 변동성 전원의 출력이 급감하거나 전력부하가 급증하는 경우에도 발전기들이 전력부하의 수요곡선을 따라 전력을 생산할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통의 계통주파수를 주파수 설정값과 비교하고, 비교결과를 기초로 전력계통에서 집단에너지계통으로 공급 되는 전력소비량을 제어하거나 집단에너지계통에서 전력계통으로 공급되는 전력공급량을 제어함으로써, 전력계통의 전력수급을 유지하고 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통의 전력수급 정보를 분석하여 전력계통의 전력수급 불균형을 예측하고, 예측 결과를 기초로 전력계통의 전력 공급과 전력 수요를 비교하거나 전력계통에서의 전력 수요 상승률을 설정값과 비교하여 전력계통과 집단에너지계통 간의 전력소비량 및 전력공급량을 제어함으로써, 전력계통의 전력수급 불균형 문제를 해소하고, 이를 통해 전력계통의 안정성 악화를 방지할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통의 정보 및 전력계통 분석 정보와 집단에너지계통 정보 및 집단에너지계통 분석 정보를 복합적으로 고려해서 전력계통과 집단에너지계통 간의 전력소비량 및 전력공급량을 제어함으로써, 전력계통의 주파수 변화를 최소화시키고 전력수급 불균형 문제를 해소할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통의 경제성 및 집단에너지계통의 경제성을 종합적으로 고려해서 전력계통과 집단에너지계통 간의 전력소비량 및 전력공급량을 조정함으로써, 국가 전체적인 에너지 비용을 절감시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변화에 의한 전력계통의 순부하량 정보를 기초로 전력계통과 집단에너지계통 간의 전력소비량 및 전력공급량을 제어함으로써, 변동성 전원의 영향으로 인한 전력수급 불균형 문제를 해소하고, 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통의 응동량 정보를 기초로 전력계통과 집단에너지계통 간의 전력소비량 및 전력공급량을 제어함으로써, 변동성 전원 영향으로 인한 전력계통의 전력수급 불균형 문제를 해소하고, 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통에 연계된 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 집단에너지계통에서의 전력소비량 또는 전력계통으로의 전력공급량을 제어함으로써, 신재생 에너지원의 순간적인 출력 변동에 의한 전력계통의 주파수 변화를 최소화하고, 전력계통의 주파수 변동을 방지하여 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 집단에너지계통에서의 전력소비량을 제어함으로써, 결과적으로 신재생 에너지원의 출력이 평탄화되어 전력계통에 제공되는 것과 같은 효과를 제공할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통의 예비력량 정보를 기초로 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단의 출력을 조정하거나 집단에너지계통에서 생산된 전력을 전력계통에 공급함으로써, 전력계통의 예비력량을 확보하고, 전력계통의 전력수급을 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단이 기저발전기에서 생산된 전력의 일부를 소모할 때, 전력계통 정보를 기초로 전력 소모 수단의 전력소비량을 제어함으로써, 전력계통에서 주파수 추종운전을 하지 못하거나 주파수 응동 속도가 낮은 발전기의 출력 제어를 가능하게 하여 전력계통의 주파수 불안정성을 해소시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 집단에너지계통에 배치된 전력 소모 수단의 전력소비량을 조절하여 전력계통의 부하를 증가시키거나 감소시키는 형태로 전력계통에 기여하므로, 전력계통의 전력수급을 조절하며, 배터리나 양수발전기와 달리 전력계통에 필요한 예비력을 지속적으로 제공할 수 있는 환경을 제공한다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다. 이러한 기록 매체는 서버뿐만 아니라 사용자 단말에서도 실행될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

1. 전력계통 정보를 수신하는 전력계통 정보 수신부, 그리고
   전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변동에 의한 상기 전력계통 정보의 변화를 분석하고, 상기 전력계통을 불안정하게 하는 상기 전력계통에서 초과 생산되는 전력 또는 전력계통에서 초과 생산될 것으로 예상되는 전력을 집단에너지계통의 전력 소모 수단에서 소모하도록 상기 분석된 결과를 기초로 상기 전력계통과 집단에너지계통 사이의 전력소비량 또는 전력공급량을 제어하는 에너지변환 제어부
   를 포함하는 전력계통 정보의 변화를 이용한 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치.
2. 제1항에서,
   상기 전력계통 정보의 변화는,
   순부하량 정보, 응동량 정보, 또는 신재생 출력 정보 중 적어도 하나의 변화를 포함하는 전력계통 정보의 변화를 이용한 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치.
3. 제2항에서,
   상기 순부하량 정보는,
   상기 전력계통의 총부하량에서 상기 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력량을 차감한 전력계통의 순부하량을 포함하는 전력계통 정보의 변화를 이용한 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치.
4. 제1항에서,
   상기 에너지변환 제어부는,
   상기 변동성 전원의 출력 변동에 따른 순부하량을 순부하량 설정값과 비교하여 상기 집단에너지계통이 소모하는 전력소비량을 제어하되, 상기 순부하량이 순부하량 설정값 미만인 경우에, 상기 전력소비량을 증가시키도록 제어하는 순부하량 제어부
   를 포함하는 전력계통 정보의 변화를 이용한 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치.
5. 제2항에서,
   상기 응동량 정보는,
   상기 전력계통에 연계된 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 위해서 전력계통에 연계된 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 또는 변동성 전원의 출력 변동에 대응하여 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 포함하는 전력계통 정보의 변화를 이용한 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치.
6. 제1항에서,
   상기 에너지변환 제어부는,
   상기 변동성 전원의 출력 변동에 따른 응동량 또는 상기 응동 속도를 이용해서 상기 전력계통과 집단에너지계통 사이의 전력소비량 또는 전력공급량을 제어하되,
   상기 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 위해 전력계통에 추가적으로 필요한 발전량보다 상기 응동량이 작거나 상기 응동 속도가 느려 상기 변동성 전원의 출력 변동에 대응하기 어려운 경우, 상기 집단에너지계통에서 생산된 전력을 상기 전력계통으로 공급하거나 전력 소모 수단의 전력소비량을 감소시키도록 제어하는 응동량 제어부
   를 포함하는 전력계통 정보의 변화를 이용한 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치.
7. 제1항에서,
   상기 에너지변환 제어부는,
   상기 전력계통에 연계된 신재생 에너지원의 출력 변동에 의한 상기 전력계통의 주파수 변동을 방지하도록 상기 신재생 에너지원의 출력 변동을 기초로 상기 전력소비량 또는 상기 전력공급량을 제어하는 신재생 출력변동 제어부를 포함하는 전력계통 정보의 변화를 이용한 전력계통과 집단에너지계통의 에너지 변환 제어 장치.

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