KR20210030243A - 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템 및 방법 - Google Patents

풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210030243A
KR20210030243A KR1020200125778A KR20200125778A KR20210030243A KR 20210030243 A KR20210030243 A KR 20210030243A KR 1020200125778 A KR1020200125778 A KR 1020200125778A KR 20200125778 A KR20200125778 A KR 20200125778A KR 20210030243 A KR20210030243 A KR 20210030243A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
ess
power generation
charging
compensation
Prior art date
Application number
KR1020200125778A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102358178B1 (ko
Inventor
김병기
김대진
유경상
이진재
이광세
김찬수
남양현
강민상
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020200125778A priority Critical patent/KR102358178B1/ko
Publication of KR20210030243A publication Critical patent/KR20210030243A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102358178B1 publication Critical patent/KR102358178B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/123—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving renewable energy sources

Abstract

본 발명은 EV(Electric Vehicle)의 충전량과 부하량 및 신재생에너지의 발전량에 따라 변동되는 계통의 전력을 ESS(Energy Storage System)의 전압 제어를 통해 안정화하는 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템은 EVC(Electric Vehicle Charging)의 충전량과 부하량 및 신재생에너지전원의 발전량에 따라 변동되는 계통의 전압값과 전류값을 측정하는 전압전류 측정부와, 측정된 상기 계통의 전압값과 전류값을 이용하여 계통의 선로임피던스를 산출하고, 산출된 선로임피던스를 토대로 전압전류 측정부에서 실시간으로 측정되는 계통의 전압을 이용하여 계통의 전압을 안정화하기 위한 ESS(Energy Storage System)의 보상 전압을 산출하는 연산부를 포함한다. 또한, 상기 전압전류 측정부에서 측정된 계통의 전압을 실시간으로 모니터링하여 계통의 전압이 전압 기준 범위(상한 전압과 하한 전압 사이) 이내인지를 판단하는 판단부와, 상기 판단부의 판단 결과에 따라 계통의 전압이 상기 전압 기준 범위 이내가 아닌 경우, 계통의 전압을 안정화하기 위해 상기 ESS를 제어하여 계통에 보상 전압을 제공하는 충방전 제어부를 포함한다.

Description

풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템 및 방법{Electric charging system and method linking wind power generation and solar power generation}
본 발명은 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템 및 방법에 관한 것으로서, EV(Electric Vehicle)의 충전량과 부하량 및 신재생에너지의 발전량에 따라 변동되는 계통의 전력을 ESS(Energy Storage System)의 전압 제어를 통해 안정화하는 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 ESS(에너지 저장 시스템, Energy Storage System)는 생산된 전기를 배터리와 같은 저장 장치에 저장하였다가 전력이 필요할 때 공급하여 전력 사용의 효율성을 향상시키는 장치이다.
이와 같은 ESS는 풍력발전 또는 태양광발전 등과 같은 신재생에너지를 통해 발전된 전기를 저장하거나, 발전소로부터 송전받은 전기를 전력소모량이 적은 야간에 배터리에 저장해 두었다가 전력소모량이 상대적으로 많은 주간에 전력을 사용할 수 있도록 제공한다.
이때, ESS를 효율적으로 운영하기 위해서는 배터리의 충전상태 또는 충전비율인 SOC(State of Charge)를 반영하여 ESS를 제어해야 한다. 배터리의 정격용량을 고려할 때 배터리는 SOC가 0%인 완전방전 또는 SOC가 100%인 완전충전이 되도록 운영을 할 경우 배터리의 수명이 줄어들게 된다. 또한, 배터리가 과충전되는 경우 화재의 위험이 있기 때문에 SOC가 0~100% 범위로 운전하지 않고 특정범위에서 운용한다.
한편, 계통의 저압배전선로에 신재생에너지전원을 포함하여 운용되는 경우 EV(Electric Vehicle)의 충전량과 신재생에너지전원의 발전량에 따라 계통의 전압은 강하하거나 상승하게 된다.
예를 들어, 신재생에너지가 발전을 하게 되면 역전류에 의하여 계통의 전압은 상승하게 되고, EV(Electric Vehicle)의 충전량과 부하 사용량이 많아지게 되면 계통의 전압은 강하하게 된다.
따라서, 계통의 전압을 안정적으로 사용하기 위해서는 EV(Electric Vehicle)의 충전량과 부하량 및 신재생에너지의 발전량에 따라 변동되는 계통의 전력을 안정화할 필요가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1956232호(2019년 03월 08일 공고)
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 단점을 해결한 것으로서, EV(Electric Vehicle)의 충전량과 부하량 및 신재생에너지의 발전량에 따라 변동되는 계통의 전력을 안정화하고자 하는데 그 목적이 있다. 또한, ESS(Energy Storage System)를 효율적으로 운영하고자 하는데 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템은 전압전류 측정부, 연산부, 판단부, 충방전 제어부 및 저장부를 포함한다. 상기 전압전류 측정부는 EVC(Electric Vehicle Charging)의 충전량과 부하량 및 신재생에너지전원의 발전량에 따라 변동되는 계통의 전압값과 전류값을 측정한다.
또한, 상기 연산부는 측정된 상기 계통의 전압값과 전류값을 이용하여 계통의 선로임피던스를 산출하고, 산출된 선로임피던스를 토대로 전압전류 측정부에서 실시간으로 측정되는 계통의 전압을 이용하여 계통의 전압을 안정화하기 위한 ESS(Energy Storage System)의 보상 전압을 산출한다.
또한, 상기 판단부는 전압전류 측정부에서 측정된 계통의 전압을 실시간으로 모니터링하여 계통의 전압이 전압 기준 범위(상한 전압과 하한 전압 사이) 이내인지를 판단한다. 상기 충방전 제어부는 판단부의 판단 결과에 따라 계통의 전압이 상기 전압 기준 범위 이내가 아닌 경우, 계통의 전압을 안정화하기 위해 상기 ESS를 제어하여 계통에 보상 전압을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 방법은 전압전류 측정부가 EVC(전기 자동차 충전기, Electric Vehicle Charging)의 충전량과 부하량 및 신재생에너지전원의 발전량에 따라 변동되는 계통의 전압 및 전류를 실시간으로 측정하는 단계(S10)와, 연산부가 측정된 계통의 전압값 및 전류값을 토대로 계통의 각 구간에서의 최대허용전류와 해당구간까지의 선로임피던스를 추출하는 단계(S20)를 포함한다.
또한, 상기 연산부가 ESS 또는 EVC 설치단을 안정적으로 유지하는 평균 유지전압과 계통의 수용용량을 기반으로 ESS의 전압변동폭을 추출하는 단계(S30)와, 상기 연산부가 전압 변동폭을 이용하여 계통 전압의 유지범위인 상한 전압과 하한 전압을 추출하는 단계(S40)를 포함한다.
또한, 판단부가 상기 전압전류 측정부에서 측정된 계통의 전압을 실시간으로 모니터링하여 계통의 전압이 상기 상한 전압과 하한 전압 사이의 전압 기준 범위 이내인지를 판단하는 단계(S50)와, 계통의 전압이 상기 전압 기준 범위 이내가 아닌 경우 연산부가 계통의 전압을 안정화하기 위한 ESS의 보상 전압을 산출하는 단계(S60) 및 충방전 제어부가 ESS를 제어하여 연산부에서 산출된 보상 전압을 계통에 보상하는 단계(S70)를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템 및 방법은 EV(Electric Vehicle)의 충전량과 부하량 및 신재생에너지의 발전량에 따라 변동되는 계통의 전력을 ESS(Energy Storage System)의 전압 제어를 통해 안정화할 수 있는 효과가 있다. 또한, SOC(State of Charge)를 기반으로 ESS의 전압을 제어함으로써 ESS를 효율적으로 운영할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 계통의 전압 및 전류 변화에 따른 선로임피던스의 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 ESS 제어에 따른 계통의 전압 상태를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 ESS 제어에 따른 계통의 부하전류를 나타내는 도면이다.
도 6은 ESS의 충전 및 방전에 따른 계통의 전압을 세부적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 전압 보상범위 여유도를 적용하여 ESS를 충전하는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 계통의 전압 상태에 따른 ESS의 충전 및 방전 운용 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 ESS의 운용을 위한 SOC(State of Charge)를 나타내는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 계통의 각 구간별 전압 상태에 따른 ESS의 운용을 나타내는 도면이다.
도 11은 ESS의 SOC가 적정 유지범위(SOR)을 벗어나는 경우를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 방법을 나타내는 순서도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 ESS의 운용 절차를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 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 또는 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템(10)을 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템(10)을 나타내는 블록도이다.
일반적으로 계통(20)의 전압은 변동값을 가지는 전류 크기와 고정값을 가지는 선로저항에 의하여 변동하게 되는데 전류가 많이 흐르는 경우에는 전압이 강하되고, 전류의 흐름이 적거나 신재생에너지전원(30)에 의하여 계통(20) 측으로 역전류가 흐르게 되면 전압이 상승하게 된다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템(10) 및 방법은 ESS(40)의 제어를 통해 EVC(전기 자동차 충전기, Electric Vehicle Charging)(50)의 충전량과 부하량 및 신재생에너지(30)의 발전량에 따라 변동되는 계통(20)의 전압을 일정범위 이내로 유지시켜 전력을 안정화한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템(10) 및 방법은 계통(20)의 전압이 일정치 미만이거나 이상이 되는 경우에 저압배전 계통(20)의 전력을 안정화하기 위하여 ESS(40)가 충전 또는 방전 동작을 수행한다.
도 1에서 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템(10)은 ESS(40)를 계통(20)에 설치하여 ESS(40)의 제어를 통해 계통(20)의 전압을 안정화할 수 있다.
이때, 계통(20)에는 도 1과 같이 신재생에너지전원(30) 또는 EVC(전기 자동차 충전기, Electric Vehicle Charging)(50)가 연계되어 운용될 수 있다. 또한, 신재생에너지전원(30)에는 풍력발전(31)과 태양광발전(32)이 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템(10)은 EVC(전기 자동차 충전기, Electric Vehicle Charging)(50)의 충전량과 부하량 또는 신재생에너지(30)의 발전량에 의해 계통(20)의 전압이 변동되는 경우 계통(20)의 한계용량을 벗어난 전압 크기만큼 ESS(40)를 통해 전압을 충전 또는 방전하여 계통(20)의 전압을 일정범위 이내로 유지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템(10)은 전압전류 측정부(110), 연산부(120), 판단부(130), 충방전 제어부(140) 및 저장부(150)를 포함할 수 있다.
전압전류 측정부(110)는 계통(20)의 전압값 및 전류값을 측정한다. 즉, 전압전류 측정부(110)는 EVC(전기 자동차 충전기, Electric Vehicle Charging)(50)의 충전량과 부하량 및 신재생에너지전원(30)의 발전량에 따라 변동되는 계통(20)의 전압값과 전류값을 측정한다.
또한, 연산부(120)는 계통(20)의 전압을 안정화하기 위해 ESS(40)의 충방전 전압을 결정하기 위한 선로임피던스를 산출한다. 또한, 연산부(120)는 계통(20)의 주상변압기(21)로부터 ESS(40)가 설치되는 말단 구간까지에 대하여 중부하시의 전압특성과 신재생에너지전원(30)의 최대 발전량에 따른 전압특성을 분석한 후 계통(20)의 최대허용전류를 추출한다.
도 3은 계통(20)의 전압 및 전류 변화에 따른 선로임피던스의 특성을 나타내는 도면이다.
일반적으로 계통(20)의 전압은 변동값을 가지는 전류크기와 고정값을 가지는 선로저항에 의하여 변화하게 된다. 이때, 전압은 부하의 전류가 많이 흐를 경우에는 강하되고, 전류의 흐름이 적거나 신재생에너지전원(30)에 의하여 계통(20)으로 역전류가 흐르는 경우에는 상승하게 된다.
따라서, 계통(20)의 전압을 일정범위 이내로 유지시킬 수 있는 전압안정화를 구현하기 위해서는 고정값을 가지는 선로임피던스를 산출하는 것이 중요하다. 이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템(10)은 기설된 선로상에서 전압(U)과 통과 전류(Ici)에 의하여 선로임피던스(Zn)를 결정하는 방안을 제시한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 연산부(120)는 아래의 [수학식 1]을 이용하여 계통(20)의 주상변압기(21)와 ESS(40) 또는 EVC(50) 설치점의 선로임피던스(Zn)를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기에서, Zn은 계통(20)의 주상변압기(21)부터 ESS(40) 설치 위치까지의 저압 계통(20) 선로임피던스이고, lR은 선형회귀분석(Linear Regression method)을 나타낸다. 또한,
Figure pat00002
는 계통(20)의 주상변압기(21) 2차측 전압이고,
Figure pat00003
는 ESS(40)의 운용 전 ESS(40) 또는 EVC(50) 설치 위치의 계통(20) 전압이며,
Figure pat00004
는 ESS(40) 또는 EVC(50) 설치 위치까지의 계통(20) 전류를 나타낸다.
또한,
Figure pat00005
는 ESS(40) 또는 EVC(50) 설치 위치에서의 계통(20) 역률이고, m은 측정시간대이며, n은 저압 계통(20)의 ESS(40) 설치 구간을 나타낸다. 이때, 저압선로에서의 ESS(40)에 의한 전력안정화는 유효전력에 의해서 보상되므로 상기 선로임피던스는 유효분에 대해서만 계산된다.
또한, ESS(40)에 의한 전압조정 요소인 선로임피던스는 한번 정해지면 고정적인 값으로 운용된다. 따라서, ESS(40)에 의하여 전압을 조정하기 위해서는 설치시 임피던스값이 아닌 전류변화에 따른 이상적인 임피던스값의 편차를 최소화하도록 값을 산정해야 하기 때문에 상기 [수학식 1]을 토대로 임피던스 계수를 최소자승법에 의해 아래의 [수학식 2]와 같이 정식화할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00006
여기에서, q는 에러 함수(error function)이고,
Figure pat00007
이며, T는 전체시간대(Total number of time interval)를 나타낸다. 또한, 임피던스는 도 3과 같이 전체시간대(T)에 대하여 계통(20) 전압과 부하전류로 도출된 직선들의 선형회귀 분석을 통해 최적 기울기 값을 구하고, 이를 통해 최적 임피던스를 결정할 수 있다.
상기 [수학식 2]를 이용하여 전체 고찰 기간(T)의 최적 임피던스(Zn)를 구하면 아래의 [수학식 3]과 같다.
[수학식 3]
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
여기에서, ESS(40) 설치위치까지의 전압강하(Vdrop(t))는 주상변압기측(21)의 전압과 ESS(40) 설치구간 사이의 전압 차를 의미한다.
도 4는 본 발명의 ESS(40) 제어에 따른 계통(20)의 전압 상태를 나타내는 도면이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 ESS(40) 제어에 따른 계통(20)의 부하전류를 나타내는 도면이다. 즉, 도 5a는 ESS(40)의 충전시 계통(20)의 부하전류 특성을 나타내는 도면이고, 도 5b는 ESS(40)의 방전시 계통(20)의 부하전류 특성을 나타내는 도면이다.
연산부(120)는 산출된 선로임피던스를 토대로 전압전류 측정부(110)에서 측정된 계통(20)의 전압을 이용하여 계통(20)의 전압을 안정화하기 위한 ESS(40)의 보상 전압을 산출할 수 있다.
도 4에서 도시된 바와 같이 신재생에너지전원(30)의 발전량이 상승하여 계통(20)의 전압이 상승하는 경우 ESS(40)를 충전 상태로 제어함으로써 ESS(40)의 보상 전압만큼 계통(40) 전압을 감소시킬 수 있다.
따라서, 도 4의 구간 (A)와 같이 상한 전압(Upper limit)을 벗어난 실선의 계통(20) 전압(Without ESS)이 ESS(40)의 충전을 통해 점선으로 나타나는 계통(20) 전압(by ESS charging)으로 조정되어 기준범위 이내(상한 전압값 이내)를 유지할 수 있다.
또한, EVC(전기 자동차 충전기, Electric Vehicle Charging)(50)의 충전량 및 부하량이 상승하여 계통(20)의 전압이 강하하는 경우에는 ESS(40)를 방전 상태로 제어함으로써 ESS(40)의 보상 전압만큼 계통(40) 전압을 상승시킬 수 있다.
따라서, 도 4의 구간 (B)와 같이 하한 전압(Lower limit)을 벗어난 실선의 계통(20) 전압(Without ESS)이 ESS(40)의 방전을 통해 점선으로 나타나는 계통(20) 전압(by ESS charging)으로 보강되어 기준범위 이내(하한 전압값 이내)를 유지할 수 있다.
도 6은 ESS(40)의 충전 및 방전에 따른 계통(20)의 전압을 세부적으로 나타내는 도면이고, 도 7은 전압 보상범위 여유도를 적용하여 ESS(40)를 충전하는 것을 나타내는 도면이며, 도 8은 계통(20)의 전압 상태에 따른 ESS(40)의 충전 및 방전 운용 상태를 나타내는 도면이다.
즉, 도 7은 계통(20)의 전압이 상한 전압 경계를 벗어나는 경우에 전압 보상범위 여유도를 적용하여 ESS(40)를 충전하는 것을 나타내는 도면이다.
판단부(130)는 전압전류 측정부(110)에서 측정된 계통(20)의 전압을 실시간으로 모니터링하여 계통(20)의 전압이 상한 전압과 하한 전압 사이의 전압 기준 범위 이내인지를 판단한다. 또한, 충방전 제어부(140)는 판단부(130)의 판단 결과에 따라 계통(20)의 전압이 상기 전압 기준 범위(상한 전압 또는 하한 전압)를 벗어나는 경우, 전압 기준 범위를 벗어난 크기만큼 ESS(40)를 제어하여 계통(20)의 전압을 보상한다. 즉, 계통(20)의 전압을 보상하기 위한 전압 보상범위 만큼 ESS(40)를 제어하여 계통(20)을 안정화시키게 된다.
이때, 상기 전압 보상범위를 계통(20)의 상하한 전압 경계까지만 한정하는 경우 충방전 제어부(140)에 의한 ESS(40)의 동작이 빈번하게 발생할 수 있다. 이러한 ESS(40)의 빈번한 동작은 계통(20)의 전압이 계측 오차 등에 의하여 규정범위 이내로 유지되지 못하는 문제점이 야기될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템(10)은 도 7과 같이 전압 보상범위에 여유도가 적용된 전압 보상범위 여유도(VCR, Voltage Compensation Rate)를 이용하여 ESS(40)의 충전 또는 방전을 제어한다. 즉, 충방전 제어부(140)는 계통(20) 전압의 상하한 전압에 여유도를 적용하고, 여유도가 적용된 전압값까지 ESS(40)를 제어한다.
이를 통해, 계통(20)의 전압을 과보상시켜 ESS(40)의 빈번한 동작을 방지하고, 계통(20)의 전압을 최대한 안정적으로 유지할 수 있다.
도 9는 ESS(40)의 운용을 위한 SOC(State of Charge)를 나타내는 도면이다.
일반적으로 ESS(40)를 계통(20)에 적용하여 운영하는 경우 50%의 SOC(State of Charge)를 기준으로 ESS(40)의 충전 또는 방전 운용을 지속적으로 수행하게 된다. 하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템(10)은 시간에 따른 충전과 방전의 횟수가 다르기 때문에 50%의 SOC를 적용하는데 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템(10)은 연산부(120)를 통해 도 9와 같이 ESS(40)의 충전 또는 방전을 고려하여 SOC(State of Charge)의 운용점(SOR, State of Reference)을 산정한다.
즉, 초기 ESS(40)의 설치시 SOC를 50%로 기준하여 적용하고, 이후 ESS(40)의 충전 또는 방전 동작 특성에 따른 ESS(40)의 적정운용점을 산출하여 운용점(SOR, State of Reference)을 결정한다.
상기 운용점(SOR)은 도 9와 같이 SOC 50%와 각 시간대에 대한 ESS(40)의 충방전 용량 변화율[%]의 합으로 산출될 수 있다. 여기에서, ESS(40)의 적정 SOC는 시간대별 ESS(40)의 운용에 의하여 결정되기 때문에 각 시간대별 ESS(40)의 적정 SOC값은 달라지게 된다.
따라서, 상기 SOC의 적정 운용점(SOR)은 아래의 [수학식 4]와 같이 ESS(40)의 충방전 운용 데이터에 의하여 대상 시간대에서 ESS(40)의 충전 운용 용량(kW) 및 방전 운용 용량(kW)의 차를 충전 운용 용량 및 방전 운용 용량(kW)의 합으로 나누고, 이 값에 SOC 50%를 적용하여 산출한다.
[수학식 4]
Figure pat00011
여기에서,
Figure pat00012
는 ESS(40)의 시간대별 SOC 기준 운용점이고, PESS-Charge(t)는 ESS(40)의 충전용량(kW)이며, PESS - dicharge(t)는 ESS(40)의 방전용량(kW)이다. 또한, th는 SOR 적용 시간대(hour)를 나타낸다.
이때, 시간대별 ESS(40)의 운용은 미리 결정된 운용시간을 통해 산출할 수 있다. 예를 들어, 도 9와 같이 운용시간을 24시간으로 설정하는 경우 시간대별 적정 SOC 범위는 전날 데이터를 이용하여 24시간마다 변화한다.
한편, ESS(40)의 적정운용범위를 유지하기 위하여 운전하는 경우 적정운용범위의 설정폭이 작다면 ESS(40)는 빈번한 동작을 수행하게 된다. 따라서, 이러한 단점을 보완하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템(10)은 시간대별 적정 SOC 범위에 ±DB% 만큼의 여유율을 설정한다.
또한, 상기 적정 SOC 기준 운용점(SOR)의 여유율은 아래의 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00013
Figure pat00014
여기에서, DB는 적정 SOC 기준 운용점(SOR)의 여유율을 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 계통(20)의 각 구간별 전압 상태에 따른 ESS(40)의 운용을 나타내는 도면이다. 즉, 도 10a는 계통(20)의 한 구간에서만 전압이 상하한 경계 범위(상한 전압 또는 하한 전압)를 벗어나는 경우를 나타내는 도면이고, 도 10b는 계통(20)의 복수 구간에서 전압이 상하한 경계 범위(상한 전압 또는 하한 전압)를 벗어나는 경우를 나타내는 도면이다.
저압 계통(20) 상에서 전압이 상한 전압 또는 하한 전압을 벗어나는 경우와 ESS(40)를 통해 상시적으로 적정 SOC 동작을 수행하는 경우의 ESS(40) 운용은 각 구간마다 계측되는 계통(20) 전압을 대상으로 한다.
예를 들어, 도 10a와 같이 계통(20) 전압의 어느 한 구간에서 상하한 전압을 벗어나는 경우 ESS(40)는 보상되는 전압크기만큼 용량을 결정한 후 충전 또는 방전 동작을 수행한다.
또한, 도 10b와 같이 계통(20) 전압의 복수 구간에서 상하한 전압을 벗어나는 경우 ESS(40)는 상하한 전압을 가장 크게 벗어난 구간의 전압을 기준으로 보상되는 전압만큼 운용 용량을 결정한 후 충전 또는 방전 동작을 수행한다.
도 11은 ESS(40)의 SOC가 적정 유지범위(SOR)을 벗어나는 경우를 나타내는 도면이다. 도 11에서 도시된 바와 같이 전압 안정화를 위한 ESS(40)가 충방전 동작을 수행하지 않는 상태에서 계통(20)의 모든 구간 전압이 기준전압범위 이내로 유지하면서 ESS(40)의 SOC가 적정 유지범위(SOR)를 벗어나는 경우에 ESS(40)는 충방전 제어부(140)의 제어에 따라 적정용운범위까지 SOC 운용을 수행한다.
또한, 저장부(150)는 전압전류 측정부(110)에서 측정된 계통(20)의 전압값 및 전류값과, 연산부(120)를 통해 산출된 선로임피던스 및 ESS(40)의 보상 전압값을 저장한다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템(10)은 ESS(40)의 제어를 통해 저압 배전 계통(20)의 전력을 안정화시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 방법을 나타내는 순서도이고, 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 ESS(40)의 운용 절차를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 방법은 전압전류 측정부(110)가 EVC(전기 자동차 충전기, Electric Vehicle Charging)(50)의 충전량과 부하량 및 신재생에너지전원(30)의 발전량에 따라 변동되는 계통(20)의 전압 및 전류를 실시간으로 측정하는 단계(S10)와, 연산부(120)가 측정된 계통(20)의 전압값 및 전류값을 토대로 저압 계통(20)의 각 구간에서의 최대허용전류와 해당구간까지의 선로임피던스를 추출하는 단계(S20)를 포함할 수 있다.
또한, 연산부(120)가 ESS(40) 또는 EVC(50) 설치단을 안정적으로 유지하는 평균 유지전압과 계통(20)의 수용용량을 기반으로 ESS(40)의 전압변동폭을 추출하는 단계(S30)와, 연산부(120)가 상기 전압 변동폭을 이용하여 계통(20) 전압의 유지범위인 상한 전압과 하한 전압을 추출하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 ESS(40)의 전압변동폭을 추출하는 단계(S30)에서 계통(20) 전압의 유지범위인 상한 전압과 하한 전압을 결정하기 위한 중요요소인 전압변동폭은 아래의 [수학식 6]과 같이 저압 계통(20)에서 각 구간의 최대허용전류와 상기 선로임피던스의 곱에 여유율을 나눈값으로 산출된다.
[수학식 6]
Figure pat00015
여기에서, Imax는 계통(20)의 최대허용전류이고, ±Uviolation은 ESS(40)의 상하한변동폭이며, MR은 여유율을 나타낸다. 이때, 상기 여유율은 계통(20)의 중부하시 부하율 0.8을 기준으로 하여 결정된 값(예를 들어, 1.2)일 수 있다. 또한, 여유율에 대한 각 구간의 변동폭은 전류크기에 따른 전압의 선형적인 특성 때문에 모두 동일한 값을 가진다.
또한, 상기 상한 전압과 하한 전압을 추출하는 단계(S40)는 아래의 [수학식 7]과 같이 ESS(40) 또는 EVC(50) 설치단이 안정적으로 유지되는 평균 유지전압(Un)과, 계통(20)의 수용용량을 고려한 전압 변동폭(±Uviolation)을 이용하여 계통(20) 전압의 유지범위인 상한 전압과 하한 전압을 추출한다.
[수학식 7]
Figure pat00016
여기에서, UUoper는 ESS(40)의 운용 상한 전압이고, ULoper는 ESS(40)의 운용 하한 전압이며, Un은 ESS(40) 설치단의 기준전압(예를 들어, 220V)이다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 방법은 판단부(130)가 전압전류 측정부(110)에서 측정된 계통(20)의 전압을 실시간으로 모니터링하여 계통(20)의 전압이 상기 상한 전압과 하한 전압 사이의 전압 기준 범위 이내인지를 판단하는 단계(S50)와, 계통(20)의 전압이 상기 전압 기준 범위 이내가 아닌 경우 연산부(120)가 산출된 선로임피던스와 전압전류 측정부(110)에서 측정된 계통(20)의 전압을 이용하여 계통(20)의 전압을 안정화하기 위한 ESS(40)의 보상 전압을 산출하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.
이때, 저압 계통(20)의 빈번한 전압변동에 따라 ESS(40)의 빈번한 동작이 발생할 수 있다. 통상적으로 ESS(40)의 PCS가 목표로 하는 전력값으로 동작할 때 램프 지속시간(lamp late time)이 존재한다.
또한, 일반적으로 전력 조정기능의 F/R 발전기는 10초 동안의 평균 전력값으로 운용된다. 이로 인해, ESS(40)용 PCS의 램프 타임(lamp time)과 기기의 수명을 고려할 때 순간값으로 ESS(40)가 동작하는 것은 문제가 된다.
따라서, 상기 ESS(40)의 보상 전압을 산출하는 단계(S60)는 ESS(40)의 동작시간 확보를 통해 ESS(40)의 안정성을 확보하기 위해 계통(20)의 실시간 구간전압을 일정시간 동안의 평균값으로 적용하여 보상 전압을 산출하는 단계(S61)를 더 포함할 수 있다.
이때, ESS(40)의 동작시간은 계통(20)의 평균값이 계산되는 시간동안 ESS(40)의 용량이 고정적으로 운용되도록 결정한다. 또한, 계통(20) 구간전압의 평균값은 아래의 [수학식 8]과 같이 산출될 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00017
여기에서,
Figure pat00018
는 tx 초 동안 계통(20) 구간전압의 평균값이고, tx는 ESS(40)의 동작지속시간이며,
Figure pat00019
는 실시간 계통(20) 구간전압을 나타낸다.
또한, 상기 ESS(40)의 보상 전압을 산출하는 단계(S60)는 상기 전압 기준 범위(상한 전압 또는 하한 전압)에 여유도가 적용되는 전압 보상범위 여유도(VCR, Voltage Compensation Rate)를 이용하여 보상 전압을 산출하는 단계(S62)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 방법은 판단부(130)의 판단 결과에 따라 계통(20)의 전압이 상기 전압 기준 범위 이내가 아닌 경우, 충방전 제어부(140)가 ESS(40)를 제어하여 연산부(120)에서 산출된 보상 전압을 계통(20)에 보상하는 단계(S70)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 보상 전압을 계통(20)에 보상하는 단계(S70)는 계통(20) 각 구간별 전압크기에 따라 ESS(40)의 동작 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 저압 계통(20)의 구간 전압 중 한 구간이라도 미리 설정된 기준 전압범위(상한 전압 범위(UUoper), 하한 전압 범위(ULoper))를 벗어나게 되면 전압 크기의 비교에 의하여 ESS(40)의 동작여부를 결정한다.
즉, 계통(20)의 구간 전압이 상한동작 범위를 벗어나면 충방전 제어부(140)의 제어에 따라 ESS(40)는 충전동작을 수행하고, 계통(20)의 구간 전압이 하한동작 범위 미만이면 충방전 제어부(140)는 ESS(40)를 제어하여 방전동작을 수행한다.
아래의 [수학식 9]는 전압크기의 비교에 따라 ESS(40)의 충전 또는 방전 동작 여부를 결정하기 위한 수식을 나타낸다.
[수학식 9]
Figure pat00020
여기에서,
Figure pat00021
는 ESS(40)의 전압 안정화를 위한 방전동작 신호를 나타내고,
Figure pat00022
는 ESS(40)의 전압 안정화를 위한 충전동작 신호를 나타낸다. 또한,
Figure pat00023
는 ESS(40)의 운용 전 ESS(40) 또는 EVC(50) 설치 위치의 계통(20) 전압이고, △UESS는 ESS(40)에 의한 전압 보상범위를 나타낸다. 또한, UUoper는 ESS(40)의 운용 상한 전압이고, ULoper는 ESS(40)의 운용 하한 전압이다.
상기 [수학식 9]에서 첫 번째 조건과 두 번째 조건의 우변항에는 이전시간대에 결정된 전압 보상범위(
Figure pat00024
)가 고려된다. 이때, ESS(40)의 최초 동작시 이전시간대의 전압 보상범위는 0으로 가정할 수 있다.
또한, ESS(40)가 계통(20) 전압의 안정을 위해 동작하지 않는 경우, SOR(State of Reference)을 결정하여 ESS(40)의 충전 또는 방전을 수행할 수 있다.
상기 [수학식 9]에서 계통(20)의 모든 구간 전압이 기준 전압범위를 만족하는 경우 ESS(40)의 충방전 신호는 α=0, β=0로 결정되어야 한다. 또한, 계통(20)의 모든 구간전압이 기준전압과 ESS(40)의 상한 동작전압 범위안에서 기준전압을 기준으로 하는 마진 이내 유지여부를 판단한다.
예를 들어, 상기 마진을 50%로 하여 50% 이내 유지여부를 판단하는 식은 아래의 [수학식 10]과 같다.
[수학식 10]
Figure pat00025
여기에서,
Figure pat00026
는 SOR 연산을 위한 초기 상태 신호를 나타낸다.
이때, SOC 동작이 이루어지게 되면 계통(20)의 전압은 상하한 동작범위를 벗어나지 않는 특성을 가지게 되지만, 전압의 변동성을 적게 하기 위하여 SOC 동작이 되는 설정전압을 기준전압의 50% 이내로 산정한다.
또한, 상기의 조건을 모두 만족한 상태에서 현재 ESS(40)의 SOC 상태가 SOR의 범위를 벗어나게 된다면 SOC 충방전 동작으로 결정된다. 즉, ESS(40)의 현재 SOC가 SOR 범위 미만이면 충방전 제어부(140)는 ESS(40)에 충전 동작 신호를 인가하고, SOR 범위 이상이면 충방전 제어부(140)는 ESS(40)에 방전 동작 신호를 인가한다.
이러한 충전 또는 방전 동작 신호는 아래의 [수학식 11]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 11]
Figure pat00027
여기에서,
Figure pat00028
는 SOR의 동작을 위한 충전 신호를 나타내고,
Figure pat00029
는 SOR의 동작을 위한 방전 신호를 나타낸다.
따라서, 계통(20) 전압의 안정화용으로 동작하게 되는 ESS(40)의 충방전 신호와 SOC로 운용하게 되는 충방전 신호에 대하여 조건을 분류하면 아래와 같이 나타낼 수 있다.
[표 1] ESS(40)의 동작 신호 분류
Figure pat00030
또한, 계통(20) 전압의 안전화를 위한 ESS(40)의 충방전 동작이 결정되는 경우, 연산부(120)는 아래의 [수학식 12]와 같이 ESS(40)의 운용 상한 전압(UUoper) 및 ESS(40)의 운용 하한 전압(ULoper)과, 전압 보상범위 여유도와, 이전 시간대의 전압 보상범위(△UESS(t-1))와, 충방전 동작 신호를 토대로 ESS(40)의 전압 보상범위를 결정한다.
[수학식 12]
Figure pat00031
이때,
Figure pat00032
여기에서, △UESS는 ESS(40)에 의한 전압 보상범위이고,
Figure pat00033
는 전압 보상범위 여유도를 나타낸다.
이때, ESS(40)의 초기 동작시와 이전 시간대에 ESS(40)가 운용되지 않았을 경우에는 이전 시간대의 전압 보상범위는 0으로 가정한다. 또한, 여유도는 ESS(40) 동작에 의한 오차를 고려하여 0.95~0.85 사이의 값으로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, △UESS가 -값인 경우에는 ESS(40)의 방전에 의한 전압 보상범위를 의미하며, +값인 경우에는 ESS(40)의 충전에 의한 전압 보상범위를 나타낸다.
또한, ESS(40)가 전압 안정화 동작을 수행하지 않는 경우, 아래의 [수학식 13]과 같이 상기 [수학식 9]의 ESS(40) 충방전 신호인 α=0, β=0와, 상기 [수학식 10] 및 [수학식 11]의 ESS(40) SOC 운용 신호와 충방전 동작신호인
Figure pat00034
에 의하여 ESS(40)의 SOC 운용이 결정된다.
[수학식 13]
Figure pat00035
여기에서,
Figure pat00036
는 ESS(40)의 충방전 전력을 나타낸다.
이때, 상기 [수학식 13]과 같이 ESS(40)의 충방전 용량(
Figure pat00037
)은 자기 용량의 1/4 이내로 산정하는 것이 바람직하다.
또한, ESS(40)는 효율 시험시 0.2C로 충방전을 실시하는 특성에 따라 ESS(40)의 동작 용량을 결정하고, ESS(40)의 설치 환경과 조건에 따라 동작 용량을 재결정할 수 있다.
또한, ESS(40)의 전압 안정화 동작시의 충방전 전력(
Figure pat00038
)은 아래의 [수학식 14]와 같이 상기 [수학식 12]의 전압 보상범위(△UESS)와 상기 선로임피던스의 크기에 의하여 결정될 수 있다.
[수학식 14]
Figure pat00039
여기에서, ESS(40)의 SOC가 운용될 경우에는 상기 [수학식 13]과 같이 ESS(40)의 용량으로 충방전 동작을 수행할 수 있다. 또한, 이후에는 미리 설정된 반복시간(t=t+1) 후에 상기 상한 전압과 하한 전압을 추출하는 단계(S40)로부터 반복 수행하여 ESS(40)의 운용 여부를 다시 결정할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템(10) 및 방법은 EVC(전기 자동차 충전기, Electric Vehicle Charging)(50)의 충전량과 부하량 및 신재생에너지전원(RES, Renewable Energy Resource)(30)의 발전량에 따라 변동되는 계통(20)의 전력을 ESS(Energy Storage System)(40)의 전압을 제어하여 안정화할 수 있다.
즉, 저압 계통(20)에서 EVC(전기 자동차 충전기, Electric Vehicle Charging)(50)의 충전량 및 부하량이 많을 경우에는 ESS(40)의 방전을 통해 계통(20)의 한계용량을 유지하고, 신재생에너지전원(30)의 발전량이 많은 경우에는 ESS(40)를 충전시켜 계통(20)의 전압을 기준범위 이내로 유지함으로써 계통(20)의 전력을 안정화한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10 : 전기충전 시스템 20 : 계통
21 : 주상변압기 30 : 신재생에너지전원
31 : 풍력발전 32 : 태양광발전
40 : ESS(Energy Storage System)
50 : EVC(전기 자동차 충전기, Electric Vehicle Charging)
51 : EV(전기 자동차, Electric Vehicle)
60 : 부하 110 : 전압전류 측정부
120 : 연산부 130 : 판단부
140 : 충방전 제어부 150 : 저장부

Claims (10)

  1. EVC(Electric Vehicle Charging)의 충전량과 부하량 및 신재생에너지전원의 발전량에 따라 변동되는 계통의 전압값과 전류값을 측정하는 전압전류 측정부;
    측정된 상기 계통의 전압값과 전류값을 이용하여 계통의 선로임피던스를 산출하고, 산출된 선로임피던스를 토대로 전압전류 측정부에서 실시간으로 측정되는 계통의 전압을 이용하여 계통의 전압을 안정화하기 위한 ESS(Energy Storage System)의 보상 전압을 산출하는 연산부;
    상기 전압전류 측정부에서 측정된 계통의 전압을 실시간으로 모니터링하여 계통의 전압이 전압 기준 범위(상한 전압과 하한 전압 사이) 이내인지를 판단하는 판단부; 및
    상기 판단부의 판단 결과에 따라 계통의 전압이 상기 전압 기준 범위 이내가 아닌 경우, 계통의 전압을 안정화하기 위해 상기 ESS를 제어하여 계통에 보상 전압을 제공하는 충방전 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연산부는 계통의 주상변압기에서 측정된 전압과, ESS의 운용 전 ESS 또는 EVC 설치 위치에서 측정된 계통의 전압 및 전류와, ESS 또는 EVC 설치 위치에서의 계통 역률에 대한 선형회귀분석(Linear Regression method)을 이용하여 선로임피던스를 산출하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연산부는 계통의 전압이 상기 전압 기준 범위 이내가 아닌 경우, 계통의 전압을 안정화하기 위해 산출된 ESS의 충전 전압 또는 방전 전압에 여유도가 적용된 전압 보상범위 여유도(VCR, Voltage Compensation Rate)를 이용하여 ESS의 보상 전압을 산출하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연산부는 계통의 주상변압기로부터 ESS가 설치되는 말단 구간까지에 대하여 중부하시의 전압특성과 신재생에너지전원의 최대 발전량에 따른 전압특성을 이용하여 계통의 최대허용전류를 추출하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연산부는 ESS의 SOC(State of Charge) 50%를 기준으로 이전에 수행되는 ESS의 충전 또는 방전 동작 특성을 반영하여 ESS에 대한 SOC의 적정 운용점(SOR, State of Reference)을 산출하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 SOC의 적정 운용점(SOR, State of Reference)은 ESS의 충전 또는 방전이 수행되는 대상 시간대에서 ESS의 충전 운용 용량 및 방전 운용 용량의 차를 충전 운용 용량 및 방전 운용 용량의 합으로 나누고, 나눈 값에 SOC 50%를 적용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템.
  7. 전압전류 측정부가 EVC(전기 자동차 충전기, Electric Vehicle Charging)의 충전량과 부하량 및 신재생에너지전원의 발전량에 따라 변동되는 계통의 전압 및 전류를 실시간으로 측정하는 단계(S10);
    연산부가 측정된 계통의 전압값 및 전류값을 토대로 계통의 각 구간에서의 최대허용전류와 해당구간까지의 선로임피던스를 추출하는 단계(S20);
    상기 연산부가 ESS 또는 EVC 설치단을 안정적으로 유지하는 평균 유지전압과 계통의 수용용량을 기반으로 ESS의 전압변동폭을 추출하는 단계(S30);
    상기 연산부가 전압 변동폭을 이용하여 계통 전압의 유지범위인 상한 전압과 하한 전압을 추출하는 단계(S40);
    판단부가 상기 전압전류 측정부에서 측정된 계통의 전압을 실시간으로 모니터링하여 계통의 전압이 상기 상한 전압과 하한 전압 사이의 전압 기준 범위 이내인지를 판단하는 단계(S50);
    계통의 전압이 상기 전압 기준 범위 이내가 아닌 경우 연산부가 계통의 전압을 안정화하기 위한 ESS의 보상 전압을 산출하는 단계(S60); 및
    충방전 제어부가 ESS를 제어하여 연산부에서 산출된 보상 전압을 계통에 보상하는 단계(S70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 ESS의 전압변동폭을 추출하는 단계(S30)에서 전압변동폭은 계통에서 추출된 각 구간의 최대허용전류와 선로임피던스의 곱에 미리 설정된 여유율을 나눈값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 ESS의 보상 전압을 산출하는 단계(S60)는 ESS의 동작시간 확보를 통해 ESS의 안정성을 확보하기 위해 계통의 실시간 구간전압을 일정시간 동안의 평균값으로 적용하여 보상 전압을 산출하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 ESS의 보상 전압을 산출하는 단계(S60)는 상기 전압 기준 범위에 여유도가 적용되는 전압 보상범위 여유도(VCR, Voltage Compensation Rate)를 이용하여 보상 전압을 산출하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 방법.
KR1020200125778A 2020-09-28 2020-09-28 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템 및 방법 KR102358178B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200125778A KR102358178B1 (ko) 2020-09-28 2020-09-28 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200125778A KR102358178B1 (ko) 2020-09-28 2020-09-28 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210030243A true KR20210030243A (ko) 2021-03-17
KR102358178B1 KR102358178B1 (ko) 2022-02-11

Family

ID=75243424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200125778A KR102358178B1 (ko) 2020-09-28 2020-09-28 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102358178B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114156971A (zh) * 2021-11-10 2022-03-08 珠海格力电器股份有限公司 储能充放电控制的方法、装置及设备、储能系统
KR20230007084A (ko) 2021-07-05 2023-01-12 주식회사 자연공간산업 공기 중 수분을 이용한 수소 자가발전 장치 및 그 방법
CN117613981A (zh) * 2023-12-11 2024-02-27 国网青海省电力公司清洁能源发展研究院 一种新能源储能系统的电压稳定性控制方法
CN117613981B (zh) * 2023-12-11 2024-04-26 国网青海省电力公司清洁能源发展研究院 一种新能源储能系统的电压稳定性控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101764651B1 (ko) * 2011-11-10 2017-08-03 엘지전자 주식회사 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법
KR101956232B1 (ko) 2018-05-29 2019-03-08 주식회사 대경산전 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ess)의 에너지 관리 시스템 및 방법
KR101972778B1 (ko) * 2017-07-24 2019-04-26 김성두 Ess 모듈이 구비된 충전 장치
KR101973526B1 (ko) * 2018-09-20 2019-04-30 주식회사 케이디티 태양광 및 ess 조합형 전기 자동차의 충전 시스템
KR20190055855A (ko) * 2017-11-13 2019-05-24 김동완 태양광발전 및 ess 기반 전기차 충전인프라용 블랙박스

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101764651B1 (ko) * 2011-11-10 2017-08-03 엘지전자 주식회사 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법
KR101972778B1 (ko) * 2017-07-24 2019-04-26 김성두 Ess 모듈이 구비된 충전 장치
KR20190055855A (ko) * 2017-11-13 2019-05-24 김동완 태양광발전 및 ess 기반 전기차 충전인프라용 블랙박스
KR101956232B1 (ko) 2018-05-29 2019-03-08 주식회사 대경산전 최대 운전 효율 관리가 가능한 에너지저장장치(ess)의 에너지 관리 시스템 및 방법
KR101973526B1 (ko) * 2018-09-20 2019-04-30 주식회사 케이디티 태양광 및 ess 조합형 전기 자동차의 충전 시스템

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
선로전압조정장치가 설치된 고압배전선로에서 전기저장장치의 최적운용 및 적정용량 산정방안(2018.6.30)* *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230007084A (ko) 2021-07-05 2023-01-12 주식회사 자연공간산업 공기 중 수분을 이용한 수소 자가발전 장치 및 그 방법
CN114156971A (zh) * 2021-11-10 2022-03-08 珠海格力电器股份有限公司 储能充放电控制的方法、装置及设备、储能系统
CN117613981A (zh) * 2023-12-11 2024-02-27 国网青海省电力公司清洁能源发展研究院 一种新能源储能系统的电压稳定性控制方法
CN117613981B (zh) * 2023-12-11 2024-04-26 国网青海省电力公司清洁能源发展研究院 一种新能源储能系统的电压稳定性控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102358178B1 (ko) 2022-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10355487B2 (en) Photovoltaic system
US9997922B2 (en) Method for feeding electrical power into an electrical supply network
JP6765005B2 (ja) 独立型マイクログリッドの周波数制御方法およびそれを制御するエネルギー貯蔵装置用電力変換装置
JP4170565B2 (ja) 電力変動平滑化装置及びそれを備えた分散電源システムの制御方法
US8624558B2 (en) Electricity supply apparatus of an industrial site
JP5076157B2 (ja) 分散型電源システム及びこのシステムを用いた系統電圧安定化方法
JP5520365B2 (ja) 系統安定化システム、電力供給システム、集中管理装置の制御方法および集中管理装置のプログラム
JP2008178215A (ja) 周波数調整システムおよび周波数調整方法
JP2001327080A (ja) 電力貯蔵装置及びそれを備えた分散電源システムの制御方法
US11309807B2 (en) Power conversion system and power conversion device
KR20210030243A (ko) 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템 및 방법
US9825465B2 (en) Voltage monitoring control device and voltage control device
CA2963441A1 (en) Methods for operating a separate power supply system
KR102264862B1 (ko) 에너지 저장장치의 관성제어를 위한 장치 및 방법
WO2014071459A1 (en) Grid stability control system and method
KR20150115063A (ko) 기준 전력을 조절하기 위한 에너지 운영 장치 및 그 방법
KR20180127089A (ko) 하이브리드 에너지 저장 시스템
US20120253537A1 (en) Power supply method, recording medium which is computer readable and power generation system
CN109075572B (zh) 抑制电力网频率偏差的系统和方法
JP2018137845A (ja) 電圧調整機器の電圧制御装置およびその電圧制御方法
US9929562B2 (en) Method and apparatus for preventing voltage flicker in a power system
CN116526524A (zh) 一种基于可再生能源发电的储能方法及其系统
CN108616130B (zh) 改进的基于下垂法控制的微电网内部电压分区控制方法
KR101978245B1 (ko) 배전 계통 안정화 시스템
KR102234526B1 (ko) 발전 연계형 ＥＳＳ의 주파수 추종 제어 및 적응제어를 이용하는 ＳｏＣ 관리 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A302 Request for accelerated examination
G15R Request for early publication
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right