KR20200126816A - Ess 연계형 신재생 에너지 발전 시스템 원격 관리 방법 및 장치 - Google Patents

Ess 연계형 신재생 에너지 발전 시스템 원격 관리 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

ESS 연계형 신재생 에너지 발전 시스템 원격 관리 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 원격 관리 방법은, 발전 단지 시스템으로부터 미터링 정보를 수신하는 단계와, 상기 미터링 정보에 기초하여 상기 발전 단지 시스템의 상태를 판단하는 단계와, 상기 상태에 따라 상기 발전 단지 시스템을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

ESS 연계형 신재생 에너지 발전 시스템 원격 관리 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REMOTE MANAGING ESS-LINKED RENEWABLE ENERGY POWER GENERATION SYSTEM}
아래 실시예들은 ESS 연계형 태양광 발전 시스템 상태 원격 관리 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 지구 온난화 및 대기 오염 문제의 해결책으로 태양광, 풍력 등을 이용하는 신재생 에너지 발전이 많은 주목을 받고 있다. 하지만, 신재생 에너지 발전의 경우 발전량이 기상 상태에 매우 의존적이다. 이에 따라, 신재생 에너지 발전은 화력, 원자력과 같은 기존 발전 방식에 비해 발전량 예측이 상대적으로 어렵다.
전력망 운영자의 입장에서는 신재생 에너지 발전의 발전량 예측이 어려우므로, 발전량에 대한 불확실성을 담보할 수 있는 대체 발전 자원을 항상 유지해야 한다. 결국, 신재생 에너지 발전은 대체 발전 비용이 추가되어 전력 생산 가격이 상승하게 된다.
신재생 에너지를 활용한 발전 방식에서는 이러한 문제의 해결을 위해 에너지 저장 장치(ESS, Energy Storage System)를 활용하여 발전량 예측에 관한 불확실성을 없애려는 노력이 진행중이다. ESS는 전력망의 주파수 조절, 일반 사용자의 피크 제어 및 태양광 발전 등에 활용되고 있다.
신재생 에너지를 통해 발전된 전력을 전력망에 공급할 때는 안정적인 전력 공급이 매우 중요하다. 그러므로 전력망 운영자의 입장에서는 고품질의 전력을 공급하는 발전 사업자와 그렇지 못한 발전 사업자 간에 전력 구매 가격에 차등을 둘 수 있다.
지금까지는 태양광 발전 사업자가 생산한 전력은 전력망에 전력을 공급하는 전통적인 화력, 원자력 발전 사업자들이 무조건 의무적으로 구입하여 왔다. 이와 같은 거래 구조에서는 신재생 에너지에 의해 생산된 전력의 품질에 대해서는 고려하지 않았다.
따라서, 신재생 에너지 발전 사업이 확대 보급될수록 전력망의 안정성에 대한 문제가 점점 커지게될 수 있다. 신재생 에너지 발전을 통해 생산된 전력을 구매하는 입장에서는 안정적인 전력을 제공하는 발전 사업자를 선호하게 될 것이다.
하지만, 아직까지 신재생 에너지 발전 사업자의 입장에서 발전 전력의 품질을 측정하고, 안정적인 전력을 제공할 수 있도록 발전 단지를 관리할 수 있는 방법 혹은 그러한 방법을 지원하는 시스템은 구축되어 있지 않다.
실시예들은 전력 품질 정보를 이용하여 신재생 에너지 발전 단지에 위치한 ESS의 상태를 원격 진단함으로써, ESS 연계형 발전 단지의 안정적인 운용 및 안전 사고 발생을 방지할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들은 전력 거래 서비스에서 각 발전 단지의 발전량과 입찰량 정보를 실시간으로 수집하고, 발전 전력의 품질 정보를 실시간으로 수집 및 분석하며, 그에 따른 전력 판매 및 인센티브 수익을 실시간으로 정산하는 기술을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 원격 관리 방법은, 발전 단지 시스템으로부터 미터링 정보를 수신하는 단계와, 상기 미터링 정보에 기초하여 상기 발전 단지 시스템의 상태를 판단하는 단계와, 상기 상태에 따라 상기 발전 단지 시스템을 제어하는 단계를 포함한다.
도 1은 기존의 ESS 발전 및 정산 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 기존의 ESS 발전 및 정산 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 원격 관리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 발전 단지 시스템이 복수로 구현될 경우의 원격 관리 시스템의 일 예를 나타낸다.
도 5는 도 3에 도시된 원격 관리 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 6은 원격 관리 장치가 메시지 포멧을 정의한 일 예들을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 미터링 정보 분석부가 발전 신뢰도를 계산하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 5에 도시된 발전량 정산부가 정산가를 계산하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 5에 도시된 발전량 예측부가 발전량을 예측하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 5에 도시된 발전 단지 시스템 상태 판단부가 신재생 에너지 발전 장치와 ESS의 상태를 결정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 5에 도시된 발전 단지 시스템 상태 제어부가 ESS를 제어하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1 또는 제2등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 실시예의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 기존의 ESS 발전 및 정산 시스템을 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 기존의 ESS 발전 및 정산 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
기존의 ESS 발전 및 정산 시스템(10)은 발전 단지 시스템(110) 및 정산 서버(150)로 구성된다.
기존의 ESS 발전 및 정산 시스템(10)을 설명하는데 있어서 설명의 편의를 위해 기존의 ESS 발전 및 정산 시스템(10)은 태양광 발전으로 전력을 생산하는 것으로 가정한다.
발전 단지 시스템(110)은 PV 발전 장치(111)과 ESS(115)와 계측 장치(119)로 구성된다. PV 발전 장치(111)는 태양광 PV 모듈과 PV 인버터로 구성된다. ESS(115)는 PCS(Power Conversion System), 배터리, PMS(Power Management System) 및 BMS(Battery Management System)로 구성된다.
PV 발전 장치(111)의 태양광 PV 모듈은 태양광을 전기 에너지로 변환한다. PV 발전 장치(111)의 PV 인버터는 태양광 PV 모듈에서 생성된 DC 전기 에너지를 교류로 변환한다.
ESS(115)의 PCS 모듈은 PV 인버터의 출력 전류를 배터리 모듈에 충전하거나, 배터리 모듈에서 출력되는 직류를 교류로 변환하여 전력망으로 출력한다.
ESS(115)의 PMS 모듈은 사용자의 요구 사항에 따른 PCS 제어를 통해 배터리가 충방전 상태를 조절한다. ESS(115)의 BMS 모듈은 배터리 모듈의 온도, 전압, 전류 측정을 통해 과충전 또는 과방전을 방지하여 배터리의 성능과 수명을 최적의 상태로 유지한다.
계측 장치(119)는 발전 시스템의 각 부분에서 발생하는 전력 계측 정보를 주기적으로 수집하고, 수집된 정보를 정산 서버(150)로 전달한다.
정산 서버(150)는 계측 장치(119)에서 송신하는 미터링 정보를 기반으로 전력망으로 송전(판매)된 전력량을 결정하고, 그에 따른 판매 금액을 결정한다.
기존 ESS 발전 및 정산 시스템(10)의 경우, 발전 단지 시스템(110)의 기능은 발전 단지 현장에 위치하며, 정산 서버(150)의 경우, 원격에 위치하면서 다수의 발전 단지 시스템(110)에 대한 정산 서비스를 제공한다.
지금까지 ESS의 충방전 제어를 담당하는 PMS는 대부분 ESS(115) 내에 설치되어 왔다. 하지만 이러한 구조에서는 관리자가 PMS를 실시간으로 관리하기 어려워 외부에 EMS(Energy Management System)의 추가 설치가 필요하였다.
EMS는 일반적으로 PV 발전 장치(111)와 물리적으로 거리가 어느 정도 떨어진 원격에 설치된다. 결국, EMS의 추가 설치에 외에도 외부에 시스템 설치를 위한 별도 공간의 확보, PMS와 EMS간 통신망 구축 그리고 EMS의 운영 유지 인력이 별도로 필요하게 된다. 이러한 추가적 설치 및 비용의 발생은 태양광 발전 사업자에게 부담이 발생하게 되며, 이는 태양광 발전 사업의 확대에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 요인이다.
또한, ESS 연계형 신재생 발전의 확대 보급에 따른 신재생 에너지 발전 단지의 수가 확대될 것으로 예측되지만, ESS 시스템의 운용을 위한 전문 인력은 그에 맞춰 양성되기 어려운 측면이 있다. 특히, 배터리 시스템의 경우, 안정적인 운용의 여부가 발전 사업자의 수익과 직결되어 있으며, 또한 각종 안전 사고 발생 측면에서도 매우 중요하다.
실시예들은 신재생 발전 단지 시스템의 각 ESS를 원격으로 관리 및 제어함으로써, ESS의 운용 효율을 최대로 유지하여 안정적인 발전 수익을 보장해 줄 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
이하에서는, 도 3 내지 도 11을 참조하여 실시예들을 설명하도록 한다.
도 3은 일 실시예에 따른 원격 관리 시스템을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 발전 단지 시스템이 복수로 구현될 경우의 원격 관리 시스템의 일 예를 나타낸다.
원격 관리 시스템(40)은 발전 단지 시스템(310), 및 원격 관리 장치(350)를 포함한다.
발전 단지 시스템(310)은 신재생 에너지를 전기 에너지로 전환할 수 있다. 발전 단지 시스템(310)은 전기 에너지를 전력망에 출력 및 판매할 수 있고 전력 거래에 참여할 수 있다.
발전 단지 시스템(310)은 원격 관리 장치(350)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 발전 단지 시스템(310)은 입찰량 정보, 발전량 정보, ESS 출력 정보, 전압, 전류, 전력 정보와 SOC, SOH, 충방전 모드 정보, 전력 판매량 정보, 미터링 정보, 및 발전 단지 시스템 특성 정보 등을 원격 관리 장치(350)로 송신할 수 있다.
예를 들어, 발전 단지 시스템 특성 정보는 발전 단지 시스템(310)이 태양광 발전인 경우, PV 패널의 수와 패널의 특성 정보 및 인버터 특성 정보 등을 포함할 수 있다.
발전 단지 시스템(310)은 원격 관리 장치(350)의 제어 명령을 수신할 수 있다.
도 4를 참조하면, 발전 단지 시스템(310)은 복수로 구현될 수 있다. 복수의 발전 단지 시스템(410)은 각각 원격 관리 장치(350)와 통신할 수 있다.
예를 들어, 발전 단지 시스템(310)은 PMS 기능이 IMS(Information Management System)로 변경되어 구현될 수 있다. 발전 단지 시스템(310)은 PMS 기능이 IMS로 변경되어 구현됨으로써, BMS 정보를 원격 관리 장치(350)로 직접 송신할 수 있다. 발전 단지 시스템(310)의 IMS는 원격 관리 장치(350)의 제어 명령을 PCS로 전달하여 배터리 충방전 제어가 이루어지도록 할 수 있다.
발전 단지 시스템(310)은 신재생 에너지 발전 장치(311), ESS(315), 및 계측 장치(319)를 포함할 수 있다.
신재생 에너지 발전 장치(311)는 신재생 에너지를 전기 에너지로 전환할 수 있다. 예를 들어, 신재생 에너지는 풍력, 태양광 등을 포함할 수 있다.
신재생 에너지 발전 장치(311)는 전기 에너지를 계측 장치(319)로 출력할 수 있다.
ESS(315)는 계측 장치(319)로부터 전기 에너지를 입력 받아 저장할 수 있다. ESS(315)는 전기 에너지를 계측 장치(319)로 출력할 수 있다.
계측 장치(319)는 신재생 에너지 발전 장치(311)에서 생산된 전기 에너지의 전력량을 측정할 수 있다. 계측 장치(319)는 ESS(315)에서 출력된 전기 에너지의 전력량을 측정할 수 있다. 예를 들어, 계측 장치(319)는 미터기 모듈을 포함할 수 있다.
계측 장치(319)는 전기 에너지의 전력량을 측정하여 미터링 정보를 생성할 수 있다. 계측 장치(319)는 미터링 정보를 원격 관리 장치(350)로 송신할 수 있다.
계측 장치(319)는 전기 에너지를 ESS(315)로 출력할 수 있다. 계측 장치(319)는 전기 에너지를 전력망으로 출력할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 발전 단지 시스템(310)을 진단, 관리, 및 제어할 수 있다. 원격 관리 장치(350)는 발전 단지 시스템(310)마다 요구되는 PMS 및/또는 EMS 등의 기능을 하나의 장치로 통합할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 발전 단지 시스템(310)을 운영하는 발전 사업자가 PMS 또는 EMS와 같은 새로운 운영 제어 시스템의 추가나 운영 인력을 두지 않고 PMS 및 EMS 서비스 기능을 그대로 이용할 수 있도록 서비스를 제공할 수 있다.
예를 들어, 발전 사업자는 신재생 에너지 발전 사업을 위해 발전 사업에 대한 허가를 얻고, 발전 단지 시스템(310)을 설치한 후, 발전 단지 시스템(310)의 각 장치들에 대한 규모, 규격 및 초기 발전 운영 계획 등을 원격 관리 장치(350)에 시스템 관리자를 통해 데이터베이스에 등록할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 발전 단지 시스템(310)에서 미리 지정된 주기로 발전량 정보, ESS 출력 정보, 전압, 전류, 전력 정보와 SOC, SOH, 충방전 모드 정보를 수신하고 시간 순으로 저장할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 수신 및 획득한 정보를 이용하여 발전 단지 시스템(310)에서 발전 후 판매한 전력의 수익을 계산할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 미터링 정보에 기초하여 발전 신뢰도를 계산할 수 있다. 원격 관리 장치(350)는 발전 신뢰도에 기초하여 정산가를 계산할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 각 발전 단지 시스템(310)의 발전 신뢰도를 기반으로 각 발전 단지 시스템(310)의 이상 유무를 판단할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 발전 단지 시스템(310)의 이상 유무에 따른 신재생 에너지 발전 장치(311) 및 ESS(315)의 동작 상태를 발전 사업자에게 실시간으로 제공할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 기상 정보를 수신할 수 있다. 원격 관리 장치(350)는 기상 정보 및 발전 단지 시스템 특성 정보에 기초하여 발전 단지 시스템(310)의 예측 발전량 및/또는 시간당 발전량을 계산할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 예측 발전량, 시간당 발전량, 발전 신뢰도, 입찰량 정보 및 SOC 정보 등에 기초하여 발전 단지 시스템(310)의 상태(status)를 판단할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 발전 단지 시스템(310)의 상태에 따라 발전 단지 시스템(310)을 제어할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 발전 단지 시스템(310)을 통합 운영, 관리, 제어함으로써, 발전 사업자가 최소의 장비와 인력만으로 발전 단지 시스템(310)의 운영 효율을 극대화할 수 있도록 서비스를 제공할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 복수의 발전 단지 시스템(410)의 전력 공급 상태를 통합 모니터링함으로써 전력망의 전체적인 전력 수급 상황을 보다 효과적으로 예측하고 관리할 수 있으며 전력망을 안정적으로 운영할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 발전 사업자가 발전 단지에 필수적으로 요구되는 배터리 및 PCS 관리 기능인 PMS 시스템을 별도로 발전 단지 시스템 내에 설치할 필요가 없이 신재생 에너지 발전 사업에서 구축될 정산 시스템과 함께 구현될 수 있다.
원격 관리 장치(350)로 인해 발전 사업자의 입장에서는 PMS 시스템 등의 설치 비용이 불필요하며, PMS 시스템 등의 운영 유지에 필요한 비용 또한 절감할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 PMS 기능 관리뿐 아니라 신재생 에너지 발전 장치(311) 및 ESS(315)의 상태를 지속적으로 모니터링하고 주요 기능에 장애가 발생할 경우 이를 감지할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 신재생 에너지 발전 장치(311) 및 ESS(315)를 모니터링 한 결과를 자동적으로 발전 사업자 또는 시스템 관리자에게 통보함으로써, 발전 사업자는 발전 단지 현장에 대한 별도의 모니터링 또는 상주 인원 없이도 즉각적으로 발전 시스템의 문제점과 문제 위치를 파악할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 신재생 에너지 발전 장치 및 ESS의 고장에 대한 조기 대응을 통해 신재생 에너지 발전 장치 및 ESS의 고장에 의한 발전 수익의 피해를 최소화할 수 있다.
원격 관리 장치(350)는 각 발전 단지 시스템의 발전량과 실제 발전 상태를 종합적으로 모니터링하고 분석할 수 있는 정보를 제공할 수 있다. 원격 관리 장치(350)로 인해 전력망과의 연동을 관리하는 입장에서 전체 전력망의 안정적인 운용이 가능해지며, 신재생 에너지 발전 단지의 비정상 동작으로 인한 전력망의 피해를 미연에 방지할 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 원격 관리 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 6은 원격 관리 장치가 메시지 포멧을 정의한 일 예들을 나타낸 도면이다.
원격 관리 장치(350)는 외부 데이터 연동부(510), 데이터베이스 연동부(520), 미터링 정보 분석부(530), 발전량 정산부(540), 발전량 예측부(550), 발전 단지 시스템 상태 판단부(560), 발전 단지 시스템 상태 제어부(570)를 포함할 수 있다.
외부 데이터 연동부(510)는 ESS 발전 시스템의 BMS 정보를 수신할 수 있다. 외부 데이터 연동부(510)는 BMS 정보의 메시지 포멧을 새롭게 정의하여 BMS 정보를 수신할 수 있다.
외부 데이터 연동부(510)는 계측 장치(319)가 송신하는 전압, 전류, 전력량과 같은 미터링 정보를 수신할 수 있다. 미터링 정보는 계측 장치(319)에서 측정한 전압, 전류, 전력 정보 등일 수 있다. 외부 데이터 연동부(510)는 미터링 메시지의 포맷을 새롭게 정의하여 미터링 메시지를 수신할 수 있다.
외부 데이터 연동부(510)는 발전 단지 시스템 특성 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 외부 데이터 연동부(510)는 PV 패널의 종류, 개수, 효율, 설치 정보 등을 수신할 수 있다.
외부 데이터 연동부(510)는 기온, 운량, 일사량 등의 기상 정보를 수신할 수 있다. 외부 데이터 연동부(510)는 일정 간격으로 발전 단지 시스템(310)이 위치한 곳의 기온, 운량, 일사량 정보를 주기적으로 수신할 수 있다.
외부 데이터 연동부(510)는 발전 사업자의 입찰량 정보, 전력 판매 단가, REC(Renewable Energy Certificate) 단가 등을 수신할 수 있다. 예를 들어, 외부 데이터 연동부(510)는 발전 사업자의 발전 단지 시스템(310) 정보, 입찰량 정보, 전력 판매 단가 정보, REC 단가 정보, 및 기상 정보 등의 경우 웹 서버를 통해 수신할 수 있다. 외부 데이터 연동부(510)는 전력 거래소의 전력 판매 가격 서버에 접속하여 SMP(System Marginal Price) 가격 정보를 수신할 수 있다.
외부 데이터 연동부(510)는 발전 사업자의 입찰 정보가 저장된 서버에 접속하여 입찰량 정보를 획득한 후 이들을 데이터베이스 연동부(520)에 전달하여 저장할 수 있다.
도 6을 참조하면, (a)는 외부 데이터 연동부(510)가 미터링 정보 전달 메시지의 포맷을 정의한 일 예를 나타낸다. (b)는 외부 데이터 연동부(510)가 BMS 정보 메시지의 포맷을 정의 일 예를 나타낸다. (c)는 외부 데이터 연동부(510)가 발전 단지 시스템(310)에 위치한 PCS의 충방전 제어에 필요한 정보를 전달하기 위한 메시지의 포맷을 정의한 일 예를 나타낸다.
외부 데이터 연동부(510)는 수신한 정보를 데이터 베이스 연동부(520)로 출력할 수 있다.
데이터베이스 연동부(520)는 외부 데이터 연동부(510)를 통해 수신된 정보를 데이터베이스에 저장할 수 있다.
데이터베이스 연동부(520)는 원격 관리 장치(350)의 기능 수행에 필요한 데이터 추출 요청에 대한 응답으로 데이터를 추출하여 전달하는 기능을 수행할 수 있다.
미터링 정보 분석부(530)는 발전 단지 시스템(310)에 위치한 계측 장치(319)의 미터기 모듈들이 송신하는 미터링 정보들을 추출할 수 있다.
미터링 정보 분석부(530)는 미터링 정보들을 통해 발전 단지 시스템(310)의 시간당 발전량을 계산할 수 있다.
미터링 정보 분석부(530)는 미터링 정보들을 통해 발전 단지 시스템(310)의 가격 정산에 필요한 입찰량 정보를 추출할 수 있다. 미터링 정보 분석부(530)는 미터링 정보들을 통해 발전 단지 시스템(310)의 발전 신뢰도를 계산할 수 있다.
미터링 정보 분석부(530)는 전력의 수익을 계산하기 위하여 발전 단지 시스템(310)이 가장 최근 시간 동안에 전력망으로 송전한 전력량 정보를 모두 누적하여 단위 시간 동안 발전량을 계산할 수 있다.
미터링 정보 분석부(530)는 가장 최근 시간 동안 발전 사업자가 입찰한 입찰량 정보를 이용하여 발전 신뢰도를 계산할 수 있다. 예를 들어, 미터링 정보 분석부(530)는 발전량을 입찰량으로 나눈 값으로 발전 신뢰도를 계산할 수 있다.
미터링 정보 분석부(530)는 발전 신뢰도를 데이터베이스 연동부(250)로 출력하여 데이터베이스에 저장한 후, 시간당 발전량 갱신 이벤트 신호를 출력할 수 있다.
발전량 정산부(540)는 발전 단지 시스템(310)에서 판매한 전력에 따른 수익을 계산할 수 있다.
발전량 정산부(540)는 갱신 이벤트 신호를 정산 주기 신호로 삼아 시간당 발전량 및 발전 신뢰도 정보를 수신할 수 있다.
발전량 정산부(540)는 발전 신뢰도가 인센티브를 받을 수 있을 정도인지 페널티를 물어야 할 수준인지를 판단할 수 있다.
발전량 정산부(540)는 만일 발전 신뢰도가 미리 지정한 발전 신뢰도의 상한과 하한 구간 안에 있다면, 시간당 발전량 수익은 기본 판매 수익인 (발전량x판매단가)에 발전 신뢰도에 따른 인센티브 가격을 더해서 시간당 발전 수익으로 결정할 수 있다.
발전량 정산부(540)는 발전 신뢰도가 지정한 발전 신뢰도 상한 값보다 높다면 이는 발전 사업자가 입찰 때 예측했던 발전량보다 많은 양의 전력을 전력망에 공급한 경우로서, 시간당 발전량에 따른 수익은 기본 판매 단가만 적용할 수 있다.
발전량 정산부(540)는 만일 발전 신뢰도가 지정한 발전 신뢰도 하한 값보다 낮은 범위라면 이는 발전 사업자가 입찰을 통해 약속한 발전량을 충분히 송전하지 못했으므로 페널티를 적용 받아 시간당 발전 수익은 기본 판매 단가인 (발전량X판매단가)+페널티로 결정할 수 있다.
발전량 정산부(540)는 정산된 시간당 전력 판매 수익은 데이터베이스 연동부(250)로 출력하여 데이터베이스에 저장할 수 있다. 발전 사업자는 원격 관리 장치(350)에 접속하여 자신의 발전 단지 시스템에서 생산된 전력 판매 수익을 조회할 수 있다.
발전량 예측부(550)는 일정 간격으로 발전 단지 시스템(310)이 위치한 지역의 기상 정보, 발전 단지 시스템 특성 정보를 활용하여 단위 시간동안 발전 단지 시스템(310)에서 생산 가능한 발전량을 예측할 수 있다.
발전량 예측부(550)는 발전 단지 시스템(310)의 기상 정보 갱신 시점에 맞춰 발전량을 예측할 수 있다.
예를 들어, 발전량 예측부(550)는 기상청 또는 기상 정보 제공 서버에서 획득한 기온, 운량 정보와 발전 단지 시스템(310)의 위도, 경도, PV 패널의 설치 위치, PV 패널의 효율, PV 인버터의 효율 정보를 추출할 수 있다.
발전량 예측부(550)는 추출한 정보 중 발전 단지 시스템(310)의 위/경도 및 PV 패널의 설치 위치를 태양광 복사 모델에 적용하여 해당 지역의 구름이 없는 날씨를 가정한 일사량을 계산할 수 있다.
발전량 예측부(550)는 계산한 일사량에 해당 지역의 기상 정보인 기온, 운량 등을 반영하여 발전 단지 시스템(310)에서의 실제 예측 일사량을 계산할 수 있다.
발전량 예측부(550)는 발전 단지 시스템 특성 정보 등을 이용하여 예측 발전량을 계산할 수 있다. 예를 들어, 발전량 예측부(550)는 PV 패널의 개수, PV 패널 및 태양광 인버터 효율 및 PV 발전 시스템의 효율을 이용하여 단위 시간당 PV 예측 발전량을 계산할 수 있다.
발전량 예측부(550)는 예측 발전량을 데이터베이스 연동부(250)로 출력하여 데이터베이스에 저장할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 예측 발전량, 실제 발전량, ESS 출력량, 입찰량, SOC 정보, 발전 신뢰도 값 등에 기초하여 신재생 에너지 발전 장치(311)와 ESS(315)의 동작 상태를 결정할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 별도로 정의된 주기에 따라 발전 단지 시스템(310)의 상태 확인을 위해 시간당 예측 발전량, 시간당 발전량, 발전 신뢰도, 발전 신뢰도 하한값, 발전신뢰도 상한값 및 SOC 정보를 읽어올 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 시간당 예측 발전량으로부터 시간당 최저 예측 발전량을 계산할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 발전 신뢰도가 신뢰도 하한 값보다 낮으면, 시간당 발전량이 시간당 최저 예측 발전량보다 큰지를 판단하여 신재생 에너지 발전 장치(311)의 장애 여부를 판단할 수 있다.
즉, 발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 발전 사업자의 발전량이 입찰량보다 낮은 상황에서 신재생 에너지 발전 장치(311)의 발전량이 정상이라면 신재생 에너지 발전 장치(311)은 정상으로 판단할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 신재생 에너지 발전 장치(311)의 발전량이 최저 예측 발전량보다 낮다면 신재생 에너지 발전 장치(311)에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 만일 신재생 에너지 발전 장치(311)가 정상 상태이면, SOC 값이 시간당 전력 입찰량 보다 큰지를 비교하여 ESS(315)의 장애 여부를 판단할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 SOC 값이 시간당 입찰량보다 크다는 의미는 입찰량을 만족시킬 만한 충분한 에너지가 배터리에 남아있는 상태임에도 불구하고 그리드로의 송전량이 입찰량에 미치지 못했음을 의미하므로 ESS(315) 제어 기능에 문제가 있는 것으로 판단할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 SOC 값이 입찰량보다 낮은 상태였다면, 이는 정상적인 제어 정책으로 판단하여 신재생 에너지 발전 장치(311)의 상태를 그대로 유지 및 저장할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 웹 서비스, 문자, 시스템 알람과 같은 다양한 방법으로 신재생 에너지 발전 장치(311) 및 ESS(315)의 최신 상태 정보를 발전 사업자 또는 시스템 관리자에게 전달할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 ESS(315)에 대한 충방전 제어 명령을 발전 단지에 위치한 ESS(315)의 IMS로 전달할 수 있다. 예를 들면, 발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 매시간 단위로 배터리 충전 및 방전 명령과 함께 그 전력양을 전달할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 충방전 명령 생성 주기가 도래하면 충방전 사용자가 설계한 충방전 발전 스케쥴을 확인할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 스케쥴 확인 결과 현재 시각 충방전 운전 모드가 충전이라면, 현재 SOC값이 배터리에 적용된 목표 SOC 상한값보다 작은 지를 확인할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 현재 SOC값이 배터리에 적용된 목표 SOC 상한값보다 작으면 ESS(315) 충전 속도를 지정하고 충전 명령을 전송할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 현재 SOC 값이 목표 SOC 상한값 보다 크다면 충방전 대기 명령을 출력할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 ESS(315) 운전 모드가 방전이라면, 현재 SOC 값이 목표 SOC 하한 값보다 큰 지를 판단할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 현재 SOC 값이 목표 SOC 하한 값보다 크다면 ESS(315) 방전 속도를 지정하고 방전 명령을 출력할 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 현재 SOC 값이 목표 SOC 하한 값보다 작다면 충방전 대기 명령을 출력할 수 있다.
예를 들어, 발전 단지 시스템 상태 제어부(570)가 출력하는 충방전 명령과 충전 속도 관련 제어 정보는 외부데이터 연동부(510)에서 미리 약속된 메시지 형식의 패킷으로 만들어져 ESS(315) IMS로 전달될 수 있다.
도 7은 도 5에 도시된 미터링 정보 분석부가 발전 신뢰도를 계산하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
미터링 정보 분석부(530)는 일정 주기인지 판단할 수 있다(710).
미터링 정보 분석부(530)는 일정 주기인 경우 미터링 정보를 수신할 수 있다(720)
미터링 정보 분석부(530)는 미터링 정보에 기초하여 시간당 발전량 정보를 계산할 수 있다(730).
미터링 정보 분석부(530)는 미리 저장된 시간당 입찰량 정보를 추출할 수 있다(740)
미터링 정보 분석부(530)는 시간당 발전량을 시간당 입찰량 값으로 나누어 발전 신뢰도를 계산할 수 있다(750).
미터링 정보 분석부(530)는 발전 신뢰도를 저장할 수 있다(760).
미터링 정보 분석부(530)는 시간당 발전량 갱신 이벤트가 발생하면 단계 710 내지 760을 반복할 수 있다(770).
도 8은 도 5에 도시된 발전량 정산부가 정산가를 계산하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
발전량 정산부(540)는 정산 주기인지 판단할 수 있다(810).
발전량 정산부(540)는 정산 주기인 경우 미터링 정보 분석부(530)에서 생성한 시간당 발전량 정보와 발전 신뢰도 정보를 수신할 수 있다(820).
발전량 정산부(540)는 발전 신뢰도 값이 미리 지정한 신뢰도의 하한값과 상한값 사이에 위치하는지를 판단할 수 있다(830).
발전량 정산부(540)는 만일 발전 신뢰도가 신뢰도 하한값과 상한값의 사이에 위치한다면 시간당 발전량 수익을 [(발전량/시간x판매단가/시간)+인센티브/시간]을 통해 계산할 수 있다(850).
발전량 정산부(540)는 발전 신뢰도가 신뢰도 상한값보다 크다면 (발전량/시간x판매단가/시간)로 시간당 발전 수익량을 계산할 수 있다(860).
발전량 정산부(540)는 발전 신뢰도가 신뢰도 하한값보다 낮다면 [(발전량/시간x판매단가/시간)-페널티/시간]를 시간당 판매가격으로 결정할 수 있다(870).
발전량 정산부(540)는 시간당 판매 가격으로 결정된 발전 단지 시스템(310)의 전력 판매에 따른 전력 정산가를 생성하고, 데이터베이스에 저장할 수 있다(880).
도 9는 도 5에 도시된 발전량 예측부가 발전량을 예측하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
발전량 예측부(550)는 발전량 예측 계산 주기인지 판단할 수 있다(910).
발전량 예측부(550)는 예측 계산 주기인 경우 기온, 운량, 일사량 등의 기상 정보를 수신할 수 있다(920).
발전량 예측부(550)는 발전 단지 시스템(310)과 관련된 발전 단지 시스템 특성 정보를 수신할 수 있다(930).
발전량 예측부(550)는 발전 단지 시스템 특성 정보 등을 이용하여 발전 단지 시스템(310)에서 특정 시간에 발전된 예측 발전량을 계산할 수 있다. 예를 들어, 발전 단지 시스템(310)이 태양광 발전인 경우, 일사량 값은 측정 일자, 위도 경도 정보, 태양광 PV 패널의 설치 각도 정보, 기상 정보들을 태양 복사 모델(solar irradiation model)과 기후 모델에 적용하여 구할 수 있다(940).
발전량 예측부(550)는 계산한 예측 발전량 값을 이후에 발전 단지 시스템(310)의 이상 유무 판단에 이용할 수 있도록 저장할 수 있다(950).
도 10은 도 5에 도시된 발전 단지 시스템 상태 판단부가 신재생 에너지 발전 장치와 ESS의 상태를 결정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 발전 단지 시스템(310)의 상태 판단 주기인지 판단할 수 있다(1010).
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 상태 판단 주기인 경우 발전 단지 시스템(310)의 예측 발전량, 시간당 발전량, 발전 신뢰도, SOC 정보 등을 수신할 수 있다(1015).
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 (예측 발전량 x 조절계수)로 시간당 발전 단지 시스템(310)의 최저 예측 발전량을 계산할 수 있다(1020). 예를 들어, 조절 계수는 0 ~ 1 사이의 값을 가질 수 있다.
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 발전 신뢰도 값이 신뢰도 하한값보다 낮은지를 판단할 수 있다(1025).
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 발전 신뢰도 값이 신뢰도 하한값 보다 낮다면, 시간당 발전량이 시간당 최저 발전량 보다 높은 지를 판단할 수 있다(1030).
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 시간당 발전량이 시간당 최저 발전량 보다 높다면, SOC 값이 전력 입찰량 값보다 큰 지를 판단할 수 있다(1035).
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 SOC 값이 전력 입찰량 값보다 크다면, ESS(315)의 상태를 ESS 제어 기능 장애로 설정할 수 있다(1040).
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 SOC 값이 전력 입찰량 값보다 작다면, 신재생 에너지 발전 장치(311) 및 ESS(315)의 상태는 이전의 상태를 그대로 유지할 수 있다(1045).
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 발전 신뢰도 값이 신뢰도 하한값 보다 크다면 발전 신뢰도 값이 신뢰도 상한값 보다 높은지를 판단할 수 있다(1050).
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 발전 신뢰도 값이 신뢰도 상한값 보다 높다면 신재생 에너지 발전 장치(311)의 상태를 정상 상태로 설정 및 저장할 수 있다(1055).
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 발전 신뢰도 값이 신뢰도 상한값 보다 낮다면 현재 신재생 에너지 발전 장치(311) 및 ESS(315)의 상태를 그대로 저장할 수 있다(1060).
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 시간당 발전량이 시간당 최저 발전량 보다 낮다면, 신재생 에너지 발전 장치(311)의 상태를 장애로 설정 및 저장할 수 있다(1065).
발전 단지 시스템 상태 판단부(560)는 상태에 관하여 설정 및 저장한 정보를 사용자에게 송신할 수 있다(1070).
도 11은 도 5에 도시된 발전 단지 시스템 상태 제어부가 ESS를 제어하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 충방전 명령 발생 주기 여부를 확인할 수 있다(1110).
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 충방전 명령 발생 주기인 경우 새로운 충방전 명령의 전달이 필요하다고 판단되면 발전 사업자의 충방전 발전 스케쥴을 확인할 수 있다(1120).
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 운전 모드가 충전인지 방전인지 여부 판단할 수 있다(1130).
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 필요한 운전 동작이 충전 모드이고 현재 배터리의 SOC 값이 시스템에서 미리 지정된 목표 SOC의 상한값 이하인지 여부를 판단할 수 있다(1135).
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 현재 배터리의 SOC 값이 시스템에서 미리 지정된 목표 SOC의 상한값 이하이면 ESS(315) 충전 명령과 충전 속도를 지정할 수 있다(1140).
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 필요 동작이 충전 모드이지만 현재 배터리의 SOC 값이 목표 SOC 상한 값 보다 높다면, 충방전 대기 명령을 전달할 수 있다(1145).
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 만일 운전 모드가 방전 모드인 경우, 현재 SOC가 시스템에서 미리 정의된 목표 SOC의 하한값 이상인지 여부를 판단할 수 있다(1150).
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 현재 SOC가 시스템에서 미리 정의된 목표 SOC의 하한값 이상이면 ESS(315) 방전 명령 및 방전 속도를 지정할 수 있다(1150).
발전 단지 시스템 상태 제어부(570)는 현재 SOC가 시스템에서 미리 정의된 목표 SOC의 하한값 이하이면 ESS(315) 충방전 대기 명령을 지정할 수 있다(1160).
원격 관리 시스템(30)은 ESS를 갖춘 신재생 에너지 발전 사업자가 ESS(특히 PMS)의 유지 관리에 소요되는 장비와 인력 운용에 따른 비용 부담을 최소로 하면서도, ESS의 운용 효율을 최대로 유지하여 안정적인 발전 수익을 보장해 줄 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
원격 관리 시스템(30)은 신재생 에너지원을 통해 발전된 전력을 전기 에너지 저장 장치에 저장한 후 사전 입찰을 통해 전력망(그리드)으로 전력을 판매하는 다수의 신재생 에너지 발전 사업자와 전력망 운영자 간의 전력 거래 서비스에서 각 발전 단지의 발전량과 입찰량 정보를 실시간으로 수집하고, 발전 전력의 품질 정보를 실시간으로 수집 및 분석하며, 그에 따른 전력 판매 및 인센티브 수익을 실시간으로 정산하는 기술을 제공할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (1)

  1. 발전 단지 시스템으로부터 미터링 정보를 수신하는 단계;
    상기 미터링 정보에 기초하여 상기 발전 단지 시스템의 상태를 판단하는 단계; 및
    상기 상태에 따라 상기 발전 단지 시스템을 제어하는 단계
    를 포함하는 원격 관리 방법.
KR1020190050967A 2019-04-30 2019-04-30 Ess 연계형 신재생 에너지 발전 시스템 원격 관리 방법 및 장치 KR20200126816A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102503382B1 (ko) 2021-09-30 2023-02-28 에너지기술서비스(주) 신재생 에너지 발전설비와 연계된 에너지 저장시스템의 관리방법

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