KR20210043083A - 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법 및 그 프로그램 - Google Patents

듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법 및 그 프로그램 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로그리드 운영 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는, 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법 및 프로그램에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법은 EMS가 ESS의 SoC가 속하는 구간을 판단하는 단계; 및 상기 ESS의 SoC가 제 1 하한 SoC 초과 및 제 1 상한 SoC 미만인 것으로 판단되면, EMS가 다음 수학식에 따라 PCS의 출력량을 결정하는 단계;
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
를 포함한다.

Description

듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법 및 그 프로그램{METHOD FOR OPERATING INDUSTRIAL COMPLEX MICROGRID BASED ON DC USING DUAL SOC SECTION, PROGRAM FOR THE SAME}
본 발명은 마이크로그리드 운영 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는, 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
마이크로그리드(Micro Grid)는 전력망에 정보 기술이 접목되어 발전량 조절을 위한 제어가 수행되며, 발전·소비량 예측 등의 기능을 필요로 한다는 점에서 스마트그리드와 유사하지만, 그 적용 규모가 스마트그리드에 비하여 상대적으로 작고, 발전원과 수용가(전력소비 주체)의 위치가 가깝기 때문에 대규모 송전 설비가 필요하지 않다는 차이점이 있다.
미국의 에너지국(Department Of Energy, DOE)은 마이크로그리드(Micro Grid)를 다음과 같이 정의하고 있다.
명확히 정의된 전기적 범위 안에서 상호 연결된 수용가와 분산 에너지 자원(Distributed Energy Resource, DER)의 그룹으로 계통에 대하여 하나의 제어 가능한 개체(entity)이며, 계통으로부터 연결 및 독립이 가능하다.
다시 말해, 마이크로그리드는 지역화된 전력망으로 수용가와 풍력, 태양광 등의 분산 에너지 자원(DER)을 연결한 것으로써, 전체 전력 계통과 독립적(off-grid)으로 동작하여 전력의 자급자족(自給自足)이 가능하며, 필요에 따라 계통과 연계(on-grid)되어 동작할 수도 있는 전력망이다.
그러나 단순히 수용가와 DER을 연결하는 것만으로는 마이크로그리드를 구성 및 운영하기에 충분하지 않다. 풍력 발전이나 태양광 발전의 경우, 풍속이나 일조량에 따른 발전량의 변화가 발생하기 때문인데, 이러한 풍력이나 태양광 발전 설비를 별다른 제어 없이 계통으로 전력을 공급하도록 연결할 경우, 전력 계통의 전력 품질은 예측과 관리가 매우 어려워진다.
특히 마이크로그리드는 구성되는 전력망의 범위가 작기 때문에 신재생 발전원의 전력 품질 불안정에 더욱 큰 영향을 받게 되므로 마이크로그리드를 구성할 때는 이러한 문제들을 방지하기 위한 기술들이 적용되어야 한다. 또한 전력 품질 및 공급의 안정성을 확보하기 위하여 대부분의 마이크로그리드는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)을 포함하여 구성된다.
이때, ESS는 전력 공급 과잉 시점에는 전력을 저장하고, 수요가 많아지는 시점에는 저장해 둔 전력을 수용가로 공급하는 역할을 수행함으로써 마이크로그리드의 전력 품질 및 공급의 안정성에 기여한다.
1. 한국등록특허공보 제10-1212343호(공고일: 2012.12.13.) 2. 한국공개특허공보 제10-2018-0046174호(공개일: 2018.05.08.)
본 발명은 마이크로그리드 내에서의 전력 수급에 안정성을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법은 EMS가 ESS의 SoC가 속하는 구간을 판단하는 단계; 및 상기 ESS의 SoC가 제 1 하한 SoC 초과 및 제 1 상한 SoC 미만인 것으로 판단되면, EMS가 다음 수학식에 따라 PCS의 출력량을 결정하는 단계;
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
를 포함한다.
여기서, 상기 보정된 PCS의 출력량이 상기 PCS의 정격용량을 초과하면, 상기 PCS의 정격용량을 상기 보정된 PCS의 출력량으로 간주할 수 있다.
그리고, PV 컨버터의 현재 출력량이 PV 컨버터의 정력출력을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터의 현재 출력량을 PV 컨버터의 정력출력으로 제한하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 ESS의 SoC가 제 1 하한값 미만인 것으로 판단되면, EMS가 다음 수학식에 따라 PCS의 출력량을 결정하는 단계;
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보정된 PCS의 출력량이 상기 PCS의 정격용량을 초과하면, 상기 PCS의 정격용량을 상기 보정된 PCS의 출력량으로 간주할 수 있다.
또한, PV 컨버터의 현재 출력량이 PV 컨버터의 정력출력을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터의 현재 출력량을 PV 컨버터의 정력출력으로 제한하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 EMS는 PV 컨버터의 출력 전부를 이용해 ESS를 충전할 수 있다.
또한, 상기 EMS는 상기 ESS의 SoC가 ESS의 제 2 하한 SoC에 도달할 때까지 상기 ESS를 충전할 수 있다.
또한, 상기 ESS의 SoC가 제 1 상한 SoC 초과인 것으로 판단되면, EMS가 다음 수학식에 따라 PCS의 출력량을 결정하는 단계;
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보정된 PCS의 출력량이 상기 PCS의 정격용량을 초과하면, 상기 PCS의 정격용량을 상기 보정된 PCS의 출력량으로 간주할 수 있다.
또한, PV 컨버터의 현재 출력량이 PV 컨버터의 정력출력을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터의 현재 출력량을 PV 컨버터의 정력출력으로 제한하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 EMS는 상기 ESS의 출력 전부를 부하에 공급할 수 있다.
또한, 상기 EMS는 상기 ESS의 SoC가 제 2 상한 SoC에 도달할 때까지 상기 ESS를 방전할 수 있다.
또한, 상기 제 2 하한 SoC는 다음의 조건
" ESS의 제 1 하한 SoC < ESS의 제 2 하한 SoC < ESS의 제 1 하한 SoC와 ESS의 제 1 상한 SoC의 중간값 "
을 만족할 수 있다.
또한, 상기 상한 SoC는 다음의 조건
" ESS의 제 1 하한 SoC와 ESS의 제 1 상한 SoC의 중간값 < ESS의 제 2 상한 SoC < ESS의 제 1 상한 SoC "
을 만족할 수 있다.
이와 더불어, 본 발명은 상기 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법을 수행하기 위한 매체에 저장된 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램을 더 제공할 수 있다.
그리고, 본 발명은 상기 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램이 저장되고 통신망을 통해 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램을 전송할 수 있는 서버 시스템을 더 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램을 저장하고, 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램에 의해 실시간 마이크로그리드는 운영하는 EMS 시스템을 더 제공할 수 있다.
본 발명은 ESS의 SoC에 따라 마이크로그리드 내의 전력 공급을 조정하는 것에 의해 마이크로그리드의 자원을 이용하여 안정적으로 부하에 전력 공급을 할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 산업단지 마이크로그리드 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 마이크로그리드 EMS에서의 마이크로그리드 운영 방법에 대한 플로우차트이다.
도 3은 도 2의 알고리즘을 실증 사이트에 적용한 결과에 대한 그래프이다.
도 4는 도 3의 결과를 수치적으로 정리한 표이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단일 마이크로그리드 EMS에서의 마이크로그리드 운영 방법에 대한 플로우차트이다.
도 6은 도 5의 알고리즘을 실증 사이트에 적용한 결과에 대한 그래프이다.
도 7은 도 5의 결과를 수치적으로 정리한 표이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
따라서, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예들을 가질 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소는 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 방법에 대하여 설명한다. 이하, 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 종래 주지된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 1을 참조하면, 산업단지 마이크로그리드는 복수의 마이크로그리드를 포함할 수 있다. 복수의 마이크로그리드 중 적어도 하나는 메인 마이크로그리드일 수 있고, 그 나머지는 서브 마이크로그리드일 수 있다. 도 1은 도면부호 "10"이 메인 마이크로그리드, 도면부호 (20-1, 20-2, 20-3, 20-4, 20-5, 이하, "20"으로 통칭함)가 서브 마이크로그리드인 경우를 예시한다.
서브 마이크로그리드는 운영되는 타입에 따라 단위 그룹(예를 들어, 피크 컷 타입 그룹, 베이스 부하 절감 그룹 등)으로 나뉠 수 있다. 피크 컷 그룹은 서브 마이크로그리드 운영에 있어, 피크 컷 운영 방식을 채택한 그룹이고, 베이스 부하 절감 그룹은 부하 제어 방식을 채택한 그룹일 수 있다. 피크 컷 운영 방식은 피크 시간대에 서브 마이크로그리드 내에서 생산된 전력을 피크 컷에 집중하여 사용하는 방식일 수 있다. 부하 제어 방식은 전기 요금 및 부하 상황을 고려하여 중요도가 낮은 부하의 제어를 통해 서브 마이크로그리드 내의 부하를 줄이는 방식일 수 있다.
메인 마이크로그리드 및 서브 마이크로그리드 내부는 하위 DC 망(2)으로 배전망이 형성될 수 있다.
그리고, 서브 마이크로그리드의 단위 그룹 간은 중간 DC 망(3)으로 배전망을 형성될 수 있다.
그리고, 메인 마이크로그리드와 서브 마이크로그리드 단위 그룹 간은 상위 DC망(4)으로 배전망이 형성될 수 있다.
메인 및 서브 마이크로그리드 각각은 AC 망(1)을 통해 유틸리티 그리드(예를 들어, 한국의 한국전력공사가 운영하는 배전망, UG)에 연계될 수 있다. 메인 및 서브 마이크로그리드는 계통 연계형일 수 있다. 즉, 메인 및 서브 마이크로그리드는 내부에서 생산한 전력 및 유틸리티그리드가 제공하는 전력을 선택적으로 사용할 수 있다. 상위, 중간, 하위 DC 망(2, 3, 4) 망 사이에는 마이크로그리드 간에 전력을 직거래할 때, DC 전력의 흐름 경로를 가변적으로 생성하기 위한 차단기가 설치될 수 있다. 차단기의 온/오프 조작을 통해 전력거래 당사자인 마이크로그리드의 ESS간 전기적인 폐루프가 형성되고, ESS 간의 전위차에 의해 전력을 판매하는 측에서 전력을 구매하는 측으로 송전될 수 있다. 이때, 전력을 판매하는 측의 ESS는 전력을 구매하는 측의 ESS 대비 높은 전위일 수 있다. 즉, DC 전력을 이용해 전력 거래를 수행하므로, 단방향으로 용이하게 전력 거래를 수행할 수 있다. 이때, 서브 마이크로그리드 간의 전력 거래는 메인 ESS의 중개로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 전력을 판매하고자 하는 마이크로그리드는 메인 ESS에 판매하고자 하는 전력을 충전하고, 전력을 구매하는 마이크로그리는 메인 ESS로부터 전력을 송전 받을 수 있다. 전력 거래시 서브 마이크로그리드의 송전과 수전이 동시에 이루어지는 경우, 판매자 측 서브 ESS, 메인 ESS, 구매자 측 ESS를 경유하는 폐루트를 통해 전력이 송전 및 수전될 수 있다. 안정적인 전력 거래를 위해 메인 ESS의 예비력은 중요한 요소일 수 있다.
서브 마이크로그리드(20)는 태양광 발전(21), PV 컨버터(22, PV Converter), 서브 ESS(23, Sub Energy Storage System), ESS 컨버터(24, ESS Converter), 부하(25, Load), PCS(26, Power Conditioning System), 서브 EMS(27, Energy Management System)을 포함할 수 있다.
PV 컨버터(22)는 태양광 발전이 출력하는 전력을 DC/DC 변환을 하여 하위 DC 망(2)으로 기준 DC 전압 레벨로 공급할 수 있다. 기준 DC 전압 레벨은 예를 들어, 830 [Vdc]일 수 있다. 기준 DC 전압 레벨은 상위, 중위, 하위 DC 망에서 모두 동일하다. 다만, 후술하는 바와 같이 기준 DC 전압 레벨을 생성하는 주체가 운영 모드에 따라 상이할 수 있다. 독립 모드에서, 메인 마이크로그리드의 메인 ESS 및 서브 마이크로그리드의 서브 ESS가 각각의 마이크로그리드 내의 하위 DC 망(2)의 기준 DC 전압을 생성할 수 있다. 이와 달리, 연계 모드에서 메인 마이크로그리드의 메인 ESS 만이 상위, 중간, 상위 DC 망(2, 3, 4)의 기준 DC 전압을 모두 생성할 수 있다.
ESS 컨버터(24)는 PV 컨버터(22)가 하위 DC 망(2)에 공급하는 DC 전력을 DC/DC 변환하여 서브 ESS(23)를 충전할 수 있다. 이와 반대로, ESS 컨버터(24)는 ESS(23)에 충전된 전력을 DC/DC 전환하여 기준 DC 전압 레벨로 하위 DC 망(2)으로 방전할 수 있다.
PCS(26)는 하위 DC 망(2)를 통해 공급되는 전력을 DC/AC 변환하여 부하(25)에 공급할 수 있다.
부하(25)는 산업단지 내에서 사용되는 기계일 수 있다.
서브 마이크로그리드(20) 내부에서 하위 DC 망(2)에 설치된 AMI(Adavanced Meter Infrastructure)는 하위 DC 망(2)을 통한 수전량 및 송전량을 계측할 수 있다. 여기서, 송전량은 서브 마이크로그리드가 DC 망을 통해 다른 서브 마이크로그리드 또는 메인 마이크로그리드에 판매한 전력량일 수 있고, 수전량은 서브 마이크로그리드가 DC 망을 통해 다른 서브 마이크로그리드 또는 메인 마이크로그리드로부터 구매한 전력량일 수 있다. 서브 마이크로그리드(20) 내부에서 AC 망(1)에 설치된 AMI(Adavanced Meter Infrastructure)는 유틸리티 그리드로부터 서브 마이크로그리드가 수전한 양을 계측할 수 있다.
서브 EMS(27)는 서브 마이크로그리드의 전반적인 운영을 담당할 수 있다. 이때, 서브 마이크로그리드는 실측값 또는 예측값에 기반하여 서브 마이크로그리드를 운영할 수 있다. 서브 EMS(27)는 PV 컨버터(22), 서브 ESS(23), PCS(26)의 동작을 제어할 수 있다.
이하, 서브 EMS(27)가 서브 마이크로그리드를 운영하는 방식에 대하여 설명한다. 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해, 서브 EMS(27)의 다양한 운영 방식 중 서브 ESS(23)의 SoC(State of Charge)에 기반한 운영 동작에 대하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 먼저, 서브 EMS(27)는 독립 모드에서 서브 마이크로그리드를 운영할 수 있다(S1). 이때, 서브 마이크로그리드(20)는 유틸리티그리드(UG)에만 연계될 수 있고 다른 서브 마이크로그리드 및 메인 마이크로그리드와는 연계 동작을 수행하지 않을 수 있다.
그리고, 서브 EMS(27)는 초기 동작 시퀀스를 수행할 수 있다(S2). 이때, 서브 EMS(27)는 기 설정된 순서로, PV 컨버터(22), 서브 ESS(23), ESS 컨버터(24), PCS(26)을 구동시킬 수 있다.
그리고, 서브 EMS(27)는 서브 ESS(23)의 SoC를 확인할 수 있다(S3).
그리고, 서브 EMS(27)는 서브 ESS(23)의 SoC가 30%를 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S4).
S4에서 서브 ESS(23)의 SoC가 30%를 초과하는 것으로 판단되면, 서브 EMS(27)는 서브 ESS(23)의 SoC가 30% < SoC < 70% 인지 여부를 판단할 수 있다(S5).
S5에서 서브 ESS(23)의 SoC가 30% < SoC < 70% 인 것으로 판단되면, 서브 EMS(27)는 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 연산할 수 있다(S6). 이때, 다음의 수학식에 따라 보정된 PCS의 출력량이 산출될 수 있다.
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
부하 변동이 매우 심한 경우, PCS가 부하 추종 운전을 하게 되면 PCS에 과부하가 발생할 수 있고, 급격하 부하 감소는 PCS가 의도치 않은 역송전을 하게 할 수 있다. 그리고, 과부하가 발생한 것 또는 의도치 않은 역송전에 대응하여 서브 EMS(27)는 PSC(26)의 운행을 정지시킬 수 있다. 즉, 부하 변동이 심한 마이크로그리드는 PCS의 전력 공급이 안정적이지 않을 수 있다.
이에, 본 발명은 현재 부하량에 1 미만의 상수를 곱하는 것에 의해 부하 변동을 완화시킬 수 있다. 이에 의해, 급격한 부하 변동이 있음에도 불구하고, PCS(26)의 안정적인 전력 공급이 가능할 수 있다. Gain은 마이크로그리드 사이트의 부하 변동을 고려하여 설계자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
S6 단계에서 산출된 보정된 PCS의 출력량(PCS*)를 이용해, 서브 EMS(27)는 PCS(26)가 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 출력하도록 PCS(26)를 제어할 수 있다.
이때, 보정된 PCS의 출력량(PCS*)이 PCS의 정격용량(PCS_cap)을 초과하면, PCS_cap이 보정된 PCS의 출력량(PCS*)인 것으로 간주될 수 있다(S7).
이와 더불어, 서브 ESM(27)는 PV 컨버터(22)의 현재 출력량(PV)이 PV 컨버터(22)의 정력출력(Conv_cap)을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터(22)의 현재 출력(PV)을 PV 컨버터(22)의 정력출력(Conv_cap)으로 제한할 수 있다(S8). 이를 통해, PV 컨버터(22)의 과부하를 방지함에 동시에 PV 컨버터(22)가 안정적으로 출력하게 할 수 있다.
S4에서 서브 EMS(27)의 SoC가 30 % 미만인 것으로 판단되면, 서브 EMS(27)는 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 연산할 수 있다(S9). 이때, 다음의 수학식에 따라 보정된 PCS의 출력량이 산출될 수 있다. Gain은 마이크로그리드 사이트의 부하 변동을 고려하여 설계자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
S9 단계에서 산출된 보정된 PCS의 출력량(PCS*)를 이용해, 서브 EMS(27)는 PCS(26)가 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 출력하도록 PCS(26)를 제어할 수 있다.
이때, 보정된 PCS의 출력량(PCS*)이 PCS의 정격용량(PCS_cap)을 초과하면, PCS_cap이 보정된 PCS의 출력량(PCS*)인 것으로 간주될 수 있다(S10).
이와 더불어, 서브 EMS(27)는 PV 컨버터(22)의 현재 출력량(PV)이 PV 컨버터(22)의 정력출력(Conv_cap)을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터(22)의 현재 출력(PV)을 PV 컨버터(22)의 정력출력(Conv_cap)으로 제한할 수 있다(S11).
그리고, 서브 EMS(27)는 PV 컨버터(22)의 출력 전부를 이용해 서브 ESS(23)를 충전할 수 있다(S12). S12에서 Conv*는 ESS 컨버터(24)의 하위 DC 망(2)으로의 출력량일 수 있다. Conv*가 양수이면 서브 ESS(23)의 방전을 의미하고 음수이면 서브 ESS(23)의 충전을 의미한다. 따라서, 충전시 Conv*의 산출식에서 PCS*(보정된 PCS 출력량)을 "0"으로 하는 것에 의해, PV 컨버터(22)의 출력 전부(PV)가 서브 ESS(23)의 충전 전력으로 사용될 수 있다.
서브 EMS(27)는 서브 ESS(23)의 SoC가 50%를 초과할 때까지 S9 ~ S12를 반복할 수 있다(S13).
서브 ESS(23)의 SoC가 70%를 초과하는 것으로 판단되면(S14), 서브 EMS(27)는 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 연산할 수 있다(S15). 이때, 다음의 수학식에 따라 보정된 PCS의 출력량이 산출될 수 있다. Gain은 마이크로그리드 사이트의 부하 변동을 고려하여 설계자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
S15 단계에서 산출된 보정된 PCS의 출력량(PCS*)를 이용해, 서브 EMS(27)는 PCS(26)가 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 출력하도록 PCS(26)를 제어할 수 있다.
이때, 보정된 PCS의 출력량(PCS*)이 PCS의 정격용량(PCS_cap)을 초과하면, PCS_cap이 보정된 PCS의 출력량(PCS*)인 것으로 간주될 수 있다(S16).
이와 더불어, 서브 EMS(27)는 PV 컨버터(22)의 현재 출력량(PV)이 PV 컨버터(22)의 정력출력(Conv_cap)을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터(22)의 현재 출력(PV)을 PV 컨버터(22)의 정력출력(Conv_cap)으로 제한할 수 있다(S17).
그리고, 서브 EMS(27)는 ESS 컨버터(24)의 출력 전부를 부하에 공급하는 것에 의해 서브 ESS(23)를 방전시킬 수 있다(S18). S18에서 Conv*는 ESS 컨버터(24)의 하위 DC 망(2)으로의 출력량일 수 있다. Conv*가 양수이면 서브 ESS(23)의 방전을 의미하고 음수이면 서브 ESS(23)의 충전을 의미한다. 따라서, 방전시 Conv*의 산출식에서 PV(PV 컨버터(22)의 현재 출력량)을 "0"으로 하는 것에 의해, 보정된 PCS 출력(PCS*) 전부를 PV 컨버터의 출력(Conv*)으로 할 수 있다.
서브 EMS(27)는 서브 ESS(23)의 SoC가 50% 미만이 될 때까지 S15 ~ S18을 반복할 수 있다(S19).
위와 같이, 서브 ESS(23)가 최대한 30 ~ 70 % 사이가 되도록 서브 ESS(23)의 SoC를 제어하는 것에 의해 서브 ESS의 과방전/과충전/잦은 충방전으로 인한 서브 ESS의 과열 사고가 방지될 수 있고, 서브 ESS의 수명이 연장될 수 있다.
위에서, 30%는 예시에 불과하며, 서브 ESS의 하한 SoC는 설계자에 의해 사이트에 맞게 최적으로 선택될 수 있다. 그리고, 70%는 예시에 불과하며, 서브 ESS의 상한 SoC는 설계자에 의해 사이트에 맞게 최적으로 선택될 수 있다. 상기 50%는 예시에 불과하며, 설계자에 의해 서브 ESS의 상한 SoC와 하한 SoC의 중간값으로 선택될 수 있다.
메인 마이크로그리드(10)는 태양광 발전(11), PV 컨버터(12, PV Converter), 메인 ESS(13, Sub Energy Storage System), ESS 컨버터(14, ESS Converter), 부하(15, Load), PCS(16, Power Conditioning System), 메인 EMS(17, Energy Management System), 열병합발전기(18, CHP)을 포함할 수 있다.
PV 컨버터(12)는 태양광 발전이 출력하는 전력을 DC/DC 변환을 하여 하위 DC 망(2)으로 기준 DC 전압 레벨로 공급할 수 있다. 기준 DC 전압 레벨은 예를 들어, 830 [Vdc]일 수 있다. 기준 DC 전압 레벨은 상위, 중위, 하위 DC 망에서 모두 동일하다. 다만, 후술하는 바와 같이 기준 DC 전압 레벨을 생성하는 주체가 운영 모드에 따라 상이할 수 있다.
ESS 컨버터(14)는 PV 컨버터(12)가 하위 DC 망(2)에 공급하는 DC 전력을 DC/DC 변환하여 메인 ESS(13)를 충전할 수 있다. 이와 반대로, ESS 컨버터(14)는 메인 ESS(13)에 충전된 전력을 DC/DC 전환하여 기준 DC 전압 레벨로 하위 DC 망(2)으로 방전할 수 있다.
PCS(16)는 하위 DC 망(2)를 통해 공급되는 전력을 DC/AC 변환하여 부하(15)에 공급할 수 있다.
부하(15)는 산업단지 내에서 사용되는 기계일 수 있다.
메인 마이크로그리드(10) 내부에서 AC 망(1)에 설치된 AMI(Adavanced Meter Infrastructure)는 유틸리티 그리드로부터 메인 마이크로그리드가 수전한 양을 계측할 수 있다.
메인 EMS(17)는 메인 마이크로그리드의 전반적인 운영을 담당할 수 있다. 이때, 메인 마이크로그리드는 실측값 또는 예측값에 기반하여 메인 마이크로그리드를 운영할 수 있다. 메인 EMS(17)는 PV 컨버터(12), 메인 ESS(13), PCS(16)의 동작을 제어할 수 있다.
열병합발전기(18)는 메인 마이크로그리드의 예비력을 확보하기 위한 것이며, 메인 EMS(17)의 제어에 의해 운영될 수 있다.
이하, 메인 EMS(17)가 메인 마이크로그리드를 운영하는 방식에 대하여 설명한다. 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해, 메인 EMS(17)의 다양한 운영 방식 중 메인 ESS(13)의 SoC(State of Charge)에 기반한 운영 동작에 대하여 설명한다. 독립 모드에서 메인 EMS의 동작은 서브 EMS의 동작과 일치하므로, 다시 도 2를 참조하여 메인 EMS의 독립 모드에서의 동작에 대해 설명한다.
도 2를 참조하면, 먼저, 메인 EMS(17)는 독립 모드에서 메인 마이크로그리드를 운영할 수 있다(S1). 이때, 메인 마이크로그리드(10)는 유틸리티그리드(UG)에만 연계될 수 있고 서브 마이크로그리드와는 연계 동작을 수행하지 않을 수 있다.
그리고, 메인 EMS(17)는 초기 동작 시퀀스를 수행할 수 있다(S2). 이때, 메인 EMS(17)는 기 설정된 순서로, PV 컨버터(12), 서브 ESS(13), ESS 컨버터(14), PCS(16)를 구동시킬 수 있다.
그리고, 메인 EMS(17)는 메인 ESS(13)의 SoC를 확인할 수 있다(S3).
그리고, 메인 EMS(17)는 메인 ESS(13)의 SoC가 30%를 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S4).
S4에서 메인 ESS(13)의 SoC가 30%를 초과하는 것으로 판단되면, 메인 EMS(17)는 메인 ESS(13)의 SoC가 30% < SoC < 70% 인지 여부를 판단할 수 있다(S5).
S5에서 메인 ESS(13)의 SoC가 30% < SoC < 70% 인 것으로 판단되면, 메인 EMS(17)는 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 연산할 수 있다(S6). 이때, 다음의 수학식에 따라 보정된 PCS의 출력량이 산출될 수 있다. Gain은 마이크로그리드 사이트의 부하 변동을 고려하여 설계자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
부하 변동이 매우 심한 경우, PCS가 부하 추종 운전을 하게 되면 PCS에 과부하가 발생할 수 있고, 급격하 부하 감소는 PCS가 의도치 않은 역송전을 하게 할 수 있다. 그리고, 과부하가 발생한 것 또는 의도치 않은 역송전에 대응하여 메인 EMS(17)는 PSC(16)의 운행을 정지시킬 수 있다. 즉, 부하 변동이 심한 마이크로그리드는 PCS의 전력 공급이 안정적이지 않을 수 있다.
이에, 본 발명은 현재 부하량에 1 미만의 상수를 곱하는 것에 의해 부하 변동을 완화시킬 수 있다. 이에 의해, 급격한 부하 변동이 있음에도 불구하고, PCS(16)의 안정적인 전력 공급이 가능할 수 있다.
S6 단계에서 산출된 보정된 PCS의 출력량(PCS*)를 이용해, 메인 EMS(17)는 PCS(16)가 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 출력하도록 PCS(16)를 제어할 수 있다.
이때, 보정된 PCS의 출력량(PCS*)이 PCS의 정격용량(PCS_cap)을 초과하면, PCS_cap이 보정된 PCS의 출력량(PCS*)인 것으로 간주될 수 있다(S7).
이와 더불어, 메인 ESM(17)는 PV 컨버터(12)의 현재 출력량(PV)이 PV 컨버터(12)의 정력출력(Conv_cap)을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터(12)의 현재 출력량(PV)을 PV 컨버터(12)의 정력출력(Conv_cap)으로 제한할 수 있다(S8). 이를 통해, PV 컨버터(12)의 과부하를 방지함에 동시에 PV 컨버터(12)가 안정적으로 출력하게 할 수 있다.
S4에서 메인 EMS(17)의 SoC가 30 % 미만인 것으로 판단되면, 메인 EMS(17)는 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 연산할 수 있다(S9). 이때, 다음의 수학식에 따라 보정된 PCS의 출력량이 산출될 수 있다. Gain은 마이크로그리드 사이트의 부하 변동을 고려하여 설계자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
S9 단계에서 산출된 보정된 PCS의 출력량(PCS*)를 이용해, 메인 EMS(17)는 PCS(16)가 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 출력하도록 PCS(16)를 제어할 수 있다.
이때, 보정된 PCS의 출력량(PCS*)이 PCS의 정격용량(PCS_cap)을 초과하면, PCS_cap이 보정된 PCS의 출력량(PCS*)인 것으로 간주될 수 있다(S10).
이와 더불어, 메인 EMS(17)는 PV 컨버터(12)의 현재 출력량(PV)이 PV 컨버터(12)의 정력출력(Conv_cap)을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터(12)의 현재 출력(PV)을 PV 컨버터(12)의 정력출력(Conv_cap)으로 제한할 수 있다(S11).
그리고, 메인 EMS(17)는 PV 컨버터(12)의 출력 전부를 이용해 메인 ESS(13)를 충전할 수 있다(S12). S12에서 Conv*는 ESS 컨버터(14)의 하위 DC 망(2)으로의 출력량일 수 있다. Conv*가 양수이면 메인 ESS(13)의 방전을 의미하고 음수이면 메인 ESS(13)의 충전을 의미한다. 따라서, 충전시 Conv*의 산출식에서 PCS*(보정된 PCS 출력량)을 "0"으로 하는 것에 의해, PV 컨버터(12)의 출력 전부(PV)가 메인 ESS(13)의 충전 전력으로 사용될 수 있다.
메인 EMS(17)는 메인 ESS(13)의 SoC가 50%를 초과할 때까지 S9 ~ S12를 반복할 수 있다(S13).
메인 ESS(13)의 SoC가 70%를 초과하는 것으로 판단되면(S14), 메인 EMS(17)는 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 연산할 수 있다(S15). 이때, 다음의 수학식에 따라 보정된 PCS의 출력량이 산출될 수 있다. Gain은 마이크로그리드 사이트의 부하 변동을 고려하여 설계자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
S15 단계에서 산출된 보정된 PCS의 출력량(PCS*)를 이용해, 메인 EMS(17)는 PCS(16)가 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 출력하도록 PCS(16)를 제어할 수 있다.
이때, 보정된 PCS의 출력량(PCS*)이 PCS의 정격용량(PCS_cap)을 초과하면, PCS_cap이 보정된 PCS의 출력량(PCS*)인 것으로 간주될 수 있다(S16).
이와 더불어, 메인 EMS(17)는 PV 컨버터(12)의 현재 출력량(PV)이 PV 컨버터(12)의 정력출력(Conv_cap)을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터(12)의 현재 출력(PV)을 PV 컨버터(12)의 정력출력(Conv_cap)으로 제한할 수 있다(S17).
그리고, 서브 EMS(17)는 ESS 컨버터(14)의 출력 전부를 부하에 공급하는 것에 의해 메인 ESS(13)를 방전시킬 수 있다(S18). S18에서 Conv*는 ESS 컨버터(14)의 하위 DC 망(2)으로의 출력량일 수 있다. Conv*가 양수이면 메인 ESS(13)의 방전을 의미하고 음수이면 메인 ESS(13)의 충전을 의미한다. 따라서, 방전시 Conv*의 산출식에서 PV(PV 컨버터(12)의 현재 출력량)을 "0"으로 하는 것에 의해, 보정된 PCS 출력(PCS*) 전부를 PV 컨버터의 출력(Conv*)로 할 수 있다.
메인 EMS(17)는 메인 ESS(13)의 SoC가 50% 미만이 될 때까지 S15 ~ S18을 반복할 수 있다(S19).
위와 같이, 메인 ESS(13)가 최대한 30 ~ 70 % 사이가 되도록 메인 ESS(13)의 SoC를 제어하는 것에 의해 메인 ESS의 과방전/과충전/잦은 충방전으로 인한 서브 ESS의 과열 사고가 방지될 수 있고, 서브 ESS의 수명이 연장될 수 있다.
위에서, 30%는 예시에 불과하며, 메인 ESS의 하한 SoC는 설계자에 의해 사이트에 맞게 최적으로 선택될 수 있다. 그리고, 70%는 예시에 불과하며, 메인 ESS의 상한 SoC는 설계자에 의해 사이트에 맞게 최적으로 선택될 수 있다. 상기 50%는 예시에 불과하며, 설계자에 의해 메인 ESS의 상한 SoC와 하한 SoC의 중간값으로 선택될 수 있다. 메인 ESS와 서브 ESS의 상한 Soc/하한 SoC는 상이하거나 같을 수 있다. 복수의 마이크로그리드 각각의 ESS의 상한 Soc/하한 SoC는 상이하거나 같을 수 있다. 이때, ESS를 어떤 제품이나 타입으로 쓰는가에 따라 적절한 상한 Soc/하한 SoC가 결정될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법은 실질적으로 싱글 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램이 설치된 컴퓨터 시스템에 의해 수행된다.
즉, 본 발명은 상기 싱글 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램이 저장된 EMS 시스템의 형태로 제공될 수도 있다.
또한, 상기 싱글 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램은 서버 시스템에 저장되고, 상기 컴퓨터 시스템은 상기 서버 시스템으로부터 상기 싱글 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램을 다운로드받아 설치한 후, 마이크로그리드 운영을 수행할 수 있다.
또한, 상기 싱글 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램은 별도로 기록 매체에 저장되어 제공될 수 있으며, 상기 기록매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되어 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 지식을 가진자에서 공지되어 사용 가능할 것일 수 있으며, 예를 들면, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD, DVD와 같은 광 기록 매체, 자기 및 광 기록을 겸할 수 있는 자기-광 기록 매체, 롬, 램, 플래시메모리 등 단독 또는 조합에 의해 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치일 수 있다.
또한, 상기 싱글 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램은 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등이 단독 또는 조합으로 구성된 프로그램일 수 있고, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라, 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드로 짜여진 프로그램일 수 있다.
도 3을 참조하면, 총 4개의 공장을 대상으로 실증 사이트를 구성하였다. 즉, 4개의 마이크로그리드를 구성하였고, 각각의 마이크로그리드에 대하여 상기 도 5의 알로리즘에 따라 운영하였다. 도 3에서 녹색의 막대그래프는 당일 시간대별 유틸리티 그리드 전력의 사용량을 의미하고, 파란색 곡선은 시간대별 평균 유틸리티 그리드의 전력의 사용량을 의미한다. 이 같은 결과를 도 4의 표로 정리하면, 특히 부하량이 많은 Factory 2를 통해 유틸리티 그리드의 전력 사용량의 감소량(Reductions)이 매우 큼을 알 수 있다.
이하, 첨부된 도 1 및 도 5 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 방법에 대하여 설명한다. 이하, 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 종래 주지된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 방법이 적용되는 산업단지 마이크로그리드 시스템은 도 1과 동일하다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 방법을 수행하는 EMS의 동작을 중심으로 설명한다. 앞서의 실시예와의 차이점은 앞서의 실시예는 단일 SoC 구간을 사용하는 반면 후술하는 실시예는 2개의 SoC 구간을 사용한다는 점에서 차이점이 있다.
도 5를 참조하면, 먼저, 서브 EMS(27)는 독립 모드에서 서브 마이크로그리드를 운영할 수 있다(S11). 이때, 서브 마이크로그리드(20)는 유틸리티그리드(UG)에만 연계될 수 있고 다른 서브 마이크로그리드 및 메인 마이크로그리드와는 연계 동작을 수행하지 않을 수 있다.
그리고, 서브 EMS(27)는 초기 동작 시퀀스를 수행할 수 있다(S12). 이때, 서브 EMS(27)는 기 설정된 순서로, PV 컨버터(22), 서브 ESS(23), ESS 컨버터(24), PCS(26)을 구동시킬 수 있다.
그리고, 서브 EMS(27)는 서브 ESS(23)의 SoC를 확인할 수 있다(S13).
그리고, 서브 EMS(27)는 서브 ESS(23)의 SoC가 10%(SoC 하한값)를 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S14).
S14에서 서브 ESS(23)의 SoC가 10%를 초과하는 것으로 판단되면, 서브 EMS(27)는 서브 ESS(23)의 SoC가 10% < SoC < 90% 인지 여부를 판단할 수 있다(S15).
S15에서 서브 ESS(23)의 SoC가 10% < SoC < 90% 인 것으로 판단되면, 서브 EMS(27)는 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 연산할 수 있다(S16). 이때, 다음의 수학식에 따라 보정된 PCS의 출력량이 산출될 수 있다.
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
부하 변동이 매우 심한 경우, PCS가 부하 추종 운전을 하게 되면 PCS에 과부하가 발생할 수 있고, 급격하 부하 감소는 PCS가 의도치 않은 역송전을 하게 할 수 있다. 그리고, 과부하가 발생한 것 또는 의도치 않은 역송전에 대응하여 서브 EMS(27)는 PSC(26)의 운행을 정지시킬 수 있다. 즉, 부하 변동이 심한 마이크로그리드는 PCS의 전력 공급이 안정적이지 않을 수 있다.
이에, 본 발명은 현재 부하량에 1 미만의 상수를 곱하는 것에 의해 부하 변동을 완화시킬 수 있다. 이에 의해, 급격한 부하 변동이 있음에도 불구하고, PCS(26)의 안정적인 전력 공급이 가능할 수 있다. Gain은 마이크로그리드 사이트의 부하 변동을 고려하여 설계자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
S16 단계에서 산출된 보정된 PCS의 출력량(PCS*)를 이용해, 서브 EMS(27)는 PCS(26)가 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 출력하도록 PCS(26)를 제어할 수 있다.
이때, 보정된 PCS의 출력량(PCS*)이 PCS의 정격용량(PCS_cap)을 초과하면, PCS_cap이 보정된 PCS의 출력량(PCS*)인 것으로 간주될 수 있다(S17).
이와 더불어, 서브 ESM(27)는 PV 컨버터(22)의 현재 출력량(PV)이 PV 컨버터(22)의 정력출력(Conv_cap)을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터(22)의 현재 출력(PV)을 PV 컨버터(22)의 정력출력(Conv_cap)으로 제한할 수 있다(S18). 이를 통해, PV 컨버터(22)의 과부하를 방지함에 동시에 PV 컨버터(22)가 안정적으로 출력하게 할 수 있다. 이때, 서브 EMS(27)는 피크 타임인지 여부를 판단할 수 있다(S19). S19에서 피크 타임인 것으로 판단되면, 서브 EMS(27)는 피크 컨트롤 모드에서 서브 마이크로그리드를 운영할 수 있다(S20) 피크 컨트롤 모드에서 서브 EMS(27)는 서브 ESS(23)에 충전된 전력을 방전하도록 서브 ESS(23) 및 ESS 컨버터(24)를 제어할 수 있다. 이때, S16에서의 보정된 PCS 출력량을 무시하고, PCS의 출력은 PCS의 정격용량으로 할 수 있다. 즉, 피크 컨트롤 모드에서 PCS(26)는 서브 ESS(23)에 충전된 전력을 PCS 정격용량으로 출력할 수 있다.
S19에서 피크 타임이 아닌 것으로 판단되면, 서브 EMS(27)는 일반 컨트롤 모드에서 서브 마이크로그리드를 운영할 수 있다(S21). 이때, PCS(26)는 S16에서 산출된 보정된 PCS 출력량에 따라 PCS(26)의 출력을 제어할 수 있다.
S14에서 서브 EMS(27)의 SoC가 10 % 미만인 것으로 판단되면, 서브 EMS(27)는 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 연산할 수 있다(S22). 이때, 다음의 수학식에 따라 보정된 PCS의 출력량이 산출될 수 있다. Gain은 마이크로그리드 사이트의 부하 변동을 고려하여 설계자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
S22 단계에서 산출된 보정된 PCS의 출력량(PCS*)를 이용해, 서브 EMS(27)는 PCS(26)가 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 출력하도록 PCS(26)를 제어할 수 있다.
이때, 보정된 PCS의 출력량(PCS*)이 PCS의 정격용량(PCS_cap)을 초과하면, PCS_cap이 보정된 PCS의 출력량(PCS*)인 것으로 간주될 수 있다(S23).
이와 더불어, 서브 EMS(27)는 PV 컨버터(22)의 현재 출력량(PV)이 PV 컨버터(22)의 정력출력(Conv_cap)을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터(22)의 현재 출력(PV)을 PV 컨버터(22)의 정력출력(Conv_cap)으로 제한할 수 있다(S24).
그리고, 서브 EMS(27)는 PV 컨버터(22)의 출력 전부를 이용해 서브 ESS(23)를 충전할 수 있다(S25). S25에서 Conv*는 ESS 컨버터(24)의 하위 DC 망(2)으로의 출력량일 수 있다. Conv*가 양수이면 서브 ESS(23)의 방전을 의미하고 음수이면 서브 ESS(23)의 충전을 의미한다. 따라서, 충전시 Conv*의 산출식에서 PCS*(보정된 PCS 출력량)을 "0"으로 하는 것에 의해, PV 컨버터(22)의 출력 전부(PV)가 서브 ESS(23)의 충전 전력으로 사용될 수 있다.
서브 EMS(27)는 서브 ESS(23)의 SoC가 30%를 초과할 때까지 S22 ~ S25를 반복할 수 있다(S26).
서브 ESS(23)의 SoC가 90%를 초과하는 것으로 판단되면(S27), 서브 EMS(27)는 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 연산할 수 있다(S28). 이때, 다음의 수학식에 따라 보정된 PCS의 출력량이 산출될 수 있다. Gain은 마이크로그리드 사이트의 부하 변동을 고려하여 설계자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
S28 단계에서 산출된 보정된 PCS의 출력량(PCS*)를 이용해, 서브 EMS(27)는 PCS(26)가 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 출력하도록 PCS(26)를 제어할 수 있다.
이때, 보정된 PCS의 출력량(PCS*)이 PCS의 정격용량(PCS_cap)을 초과하면, PCS_cap이 보정된 PCS의 출력량(PCS*)인 것으로 간주될 수 있다(S29).
이와 더불어, 서브 EMS(27)는 PV 컨버터(22)의 현재 출력량(PV)이 PV 컨버터(22)의 정력출력(Conv_cap)을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터(22)의 현재 출력(PV)을 PV 컨버터(22)의 정력출력(Conv_cap)으로 제한할 수 있다(S30).
그리고, 서브 EMS(27)는 ESS 컨버터(24)의 출력 전부를 부하에 공급하는 것에 의해 서브 ESS(23)를 방전시킬 수 있다(S31). S31에서 Conv*는 ESS 컨버터(24)의 하위 DC 망(2)으로의 출력량일 수 있다. Conv*가 양수이면 서브 ESS(23)의 방전을 의미하고 음수이면 서브 ESS(23)의 충전을 의미한다. 따라서, 방전시 Conv*의 산출식에서 PV(PV 컨버터(22)의 현재 출력량)을 "0"으로 하는 것에 의해, 보정된 PCS 출력(PCS*) 전부를 PV 컨버터의 출력(Conv*)으로 할 수 있다.
서브 EMS(27)는 서브 ESS(23)의 SoC가 70% 미만이 될 때까지 S28 ~ S31을 반복할 수 있다(S32).
위와 같이, 서브 ESS(23)가 최대한 10 ~ 90 % 사이가 되도록 서브 ESS(23)의 SoC를 제어하는 것에 의해 서브 ESS의 과방전/과충전/잦은 충방전으로 인한 서브 ESS의 과열 사고가 방지될 수 있고, 서브 ESS의 수명이 연장될 수 있다.
위에서, 10%는 예시에 불과하며, 서브 ESS의 제 1 하한 SoC는 설계자에 의해 사이트에 맞게 최적으로 선택될 수 있다. 그리고, 90%는 예시에 불과하며, 서브 ESS의 제 1 상한 SoC는 설계자에 의해 사이트에 맞게 최적으로 선택될 수 있다. 상기 30%는 예시에 불과하며, 제 2 하한 SoC는 설계자에 의해 다음의 값 중 적절한 값으로 선택될 수 있다.
* 서브 ESS의 제 1 하한 SoC < 서브 ESS의 제 2 하한 SoC < 서브 ESS의 제 1 하한 SoC와 서브 ESS의 제 1 상한 SoC의 중간값
상기 70%는 예시에 불과하며, 제 2 상한 SoC는 설계자에 의해 다음의 값 중 적절한 값으로 선택될 수 있다.
* 서브 ESS의 제 1 하한 SoC와 서브 ESS의 제 1 상한 SoC의 중간값 < 서브 ESS의 제 2 상한 SoC < 서브 ESS의 제 1 상한 SoC
도 2의 실시예와 달리 도 5의 실시예는 제 1 하한 SoC 및 제 1 상한 SoC 외에 제 2 하한 SoC 및 제 2 상한 SoC을 추가하였다. 이에 의해, 서브 ESS 자원을 이용해 좀 더 많은 전력을 서브 마이크로그리드에 공급할 수 있다. 아울러, 이 같은 이점에 의해, 여유 SoC로 피크 콘트롤이 가능할 수 있다. 그리고, 제 2 하한 SoC 및 제 2 상한 SoC가 담보하는 영역에서 서브 ESS는 SoC를 확보함과 동시에 안정적인 전력 공급이 가능하며, 제 1 하한 SoC와 제 2 하한 SoC 사이 영역 및 제 1 상한 SoC와 제 2 상한 SoC 사이 영역이 추가되는 것에 의해 보다 많은 전력을 서브 ESS가 충전하여 부하에 공급할 수 있다. 앞서 도 2 실시예에서, 도 5 실시예의 제 2 하한 SoC(30 %) 및 제 2 상한 SoC(70%)를 적용할 때, 서브 마이크로그리드는 안정적으로 운영됨을 확인한 바 있다.
메인 마이크로그리그 또한, 독립 모드에서 서브 마이크로그리드와 동일한 맥락으로 운영될 수 있다. 즉, 메인 EMS는 독립 모드에서 서브 EMS의 동작에 준하여 메인 ESS의 SoC에 따라 동작할 수 있다. 메인 EMS의 동작은 서브 EMS의 동작과 일치하므로, 다시 도 5를 참조하여 메인 EMS의 독립 모드에서의 동작에 대해 설명한다.
도 5를 참조하면, 먼저, 메인 EMS(17)는 독립 모드에서 메인 마이크로그리드를 운영할 수 있다(S11). 이때, 메인 마이크로그리드(20)는 유틸리티그리드(UG)에만 연계될 수 있고 다른 메인 마이크로그리드 및 메인 마이크로그리드와는 연계 동작을 수행하지 않을 수 있다.
그리고, 메인 EMS(17)는 초기 동작 시퀀스를 수행할 수 있다(S12). 이때, 메인 EMS(17)는 기 설정된 순서로, PV 컨버터(12), 메인 ESS(13), ESS 컨버터(14), PCS(16)을 구동시킬 수 있다.
그리고, 메인 EMS(17)는 메인 ESS(13)의 SoC를 확인할 수 있다(S13).
그리고, 메인 EMS(17)는 메인 ESS(13)의 SoC가 10%(SoC 하한값)를 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S14).
S14에서 메인 ESS(13)의 SoC가 10%를 초과하는 것으로 판단되면, 메인 EMS(17)는 메인 ESS(13)의 SoC가 10% < SoC < 90% 인지 여부를 판단할 수 있다(S15).
S15에서 메인 ESS(13)의 SoC가 10% < SoC < 90% 인 것으로 판단되면, 메인 EMS(17)는 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 연산할 수 있다(S16). 이때, 다음의 수학식에 따라 보정된 PCS의 출력량이 산출될 수 있다.
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
부하 변동이 매우 심한 경우, PCS가 부하 추종 운전을 하게 되면 PCS에 과부하가 발생할 수 있고, 급격하 부하 감소는 PCS가 의도치 않은 역송전을 하게 할 수 있다. 그리고, 과부하가 발생한 것 또는 의도치 않은 역송전에 대응하여 메인 EMS(17)는 PSC(16)의 운행을 정지시킬 수 있다. 즉, 부하 변동이 심한 마이크로그리드는 PCS의 전력 공급이 안정적이지 않을 수 있다.
이에, 본 발명은 현재 부하량에 1 미만의 상수를 곱하는 것에 의해 부하 변동을 완화시킬 수 있다. 이에 의해, 급격한 부하 변동이 있음에도 불구하고, PCS(16)의 안정적인 전력 공급이 가능할 수 있다. Gain은 마이크로그리드 사이트의 부하 변동을 고려하여 설계자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
S16 단계에서 산출된 보정된 PCS의 출력량(PCS*)를 이용해, 메인 EMS(17)는 PCS(16)가 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 출력하도록 PCS(16)를 제어할 수 있다.
이때, 보정된 PCS의 출력량(PCS*)이 PCS의 정격용량(PCS_cap)을 초과하면, PCS_cap이 보정된 PCS의 출력량(PCS*)인 것으로 간주될 수 있다(S17).
이와 더불어, 메인 ESM(17)는 PV 컨버터(12)의 현재 출력량(PV)이 PV 컨버터(12)의 정력출력(Conv_cap)을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터(12)의 현재 출력(PV)을 PV 컨버터(12)의 정력출력(Conv_cap)으로 제한할 수 있다(S18). 이를 통해, PV 컨버터(12)의 과부하를 방지함에 동시에 PV 컨버터(12)가 안정적으로 출력하게 할 수 있다. 이때, 메인 EMS(17)는 피크 타임인지 여부를 판단할 수 있다(S19). S19에서 피크 타임인 것으로 판단되면, 메인 EMS(17)는 피크 컨트롤 모드에서 메인 마이크로그리드를 운영할 수 있다(S20) 피크 컨트롤 모드에서 메인 EMS(17)는 메인 ESS(13)에 충전된 전력을 방전하도록 메인 ESS(13) 및 ESS 컨버터(14)를 제어할 수 있다. 이때, S16에서의 보정된 PCS 출력량을 무시하고, PCS의 출력은 PCS의 정격용량으로 할 수 있다. 즉, 피크 컨트롤 모드에서 PCS(16)는 메인 ESS(13)에 충전된 전력을 PCS 정격용량으로 출력할 수 있다.
S19에서 피크 타임이 아닌 것으로 판단되면, 메인 EMS(17)는 일반 컨트롤 모드에서 메인 마이크로그리드를 운영할 수 있다(S21). 이때, PCS(16)는 S16에서 산출된 보정된 PCS 출력량에 따라 PCS(16)의 출력을 제어할 수 있다.
S14에서 메인 EMS(17)의 SoC가 10 % 미만인 것으로 판단되면, 메인 EMS(17)는 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 연산할 수 있다(S22). 이때, 다음의 수학식에 따라 보정된 PCS의 출력량이 산출될 수 있다. Gain은 마이크로그리드 사이트의 부하 변동을 고려하여 설계자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
S22 단계에서 산출된 보정된 PCS의 출력량(PCS*)를 이용해, 메인 EMS(17)는 PCS(16)가 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 출력하도록 PCS(16)를 제어할 수 있다.
이때, 보정된 PCS의 출력량(PCS*)이 PCS의 정격용량(PCS_cap)을 초과하면, PCS_cap이 보정된 PCS의 출력량(PCS*)인 것으로 간주될 수 있다(S23).
이와 더불어, 메인 EMS(17)는 PV 컨버터(12)의 현재 출력량(PV)이 PV 컨버터(12)의 정력출력(Conv_cap)을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터(12)의 현재 출력(PV)을 PV 컨버터(12)의 정력출력(Conv_cap)으로 제한할 수 있다(S24).
그리고, 메인 EMS(17)는 PV 컨버터(12)의 출력 전부를 이용해 메인 ESS(13)를 충전할 수 있다(S25). S25에서 Conv*는 ESS 컨버터(14)의 하위 DC 망(2)으로의 출력량일 수 있다. Conv*가 양수이면 메인 ESS(13)의 방전을 의미하고 음수이면 메인 ESS(13)의 충전을 의미한다. 따라서, 충전시 Conv*의 산출식에서 PCS*(보정된 PCS 출력량)을 "0"으로 하는 것에 의해, PV 컨버터(12)의 출력 전부(PV)가 메인 ESS(13)의 충전 전력으로 사용될 수 있다.
메인 EMS(17)는 메인 ESS(13)의 SoC가 30%를 초과할 때까지 S22 ~ S25를 반복할 수 있다(S26).
메인 ESS(13)의 SoC가 90%를 초과하는 것으로 판단되면(S27), 메인 EMS(17)는 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 연산할 수 있다(S28). 이때, 다음의 수학식에 따라 보정된 PCS의 출력량이 산출될 수 있다. Gain은 마이크로그리드 사이트의 부하 변동을 고려하여 설계자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
[수학식]
PCS*=Load*Gain
여기서,
PCS*: 보정된 PCS 출력량
Load: 현재 부하량
Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
S28 단계에서 산출된 보정된 PCS의 출력량(PCS*)를 이용해, 메인 EMS(17)는 PCS(16)가 보정된 PCS의 출력량(PCS*)을 출력하도록 PCS(16)를 제어할 수 있다.
이때, 보정된 PCS의 출력량(PCS*)이 PCS의 정격용량(PCS_cap)을 초과하면, PCS_cap이 보정된 PCS의 출력량(PCS*)인 것으로 간주될 수 있다(S29).
이와 더불어, 메인 EMS(17)는 PV 컨버터(12)의 현재 출력량(PV)이 PV 컨버터(12)의 정력출력(Conv_cap)을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터(12)의 현재 출력(PV)을 PV 컨버터(12)의 정력출력(Conv_cap)으로 제한할 수 있다(S30).
그리고, 메인 EMS(17)는 ESS 컨버터(14)의 출력 전부를 부하에 공급하는 것에 의해 메인 ESS(13)를 방전시킬 수 있다(S31). S31에서 Conv*는 ESS 컨버터(14)의 하위 DC 망(2)으로의 출력량일 수 있다. Conv*가 양수이면 메인 ESS(13)의 방전을 의미하고 음수이면 메인 ESS(13)의 충전을 의미한다. 따라서, 방전시 Conv*의 산출식에서 PV(PV 컨버터(12)의 현재 출력량)을 "0"으로 하는 것에 의해, 보정된 PCS 출력(PCS*) 전부를 PV 컨버터의 출력(Conv*)으로 할 수 있다.
메인 EMS(17)는 메인 ESS(13)의 SoC가 70% 미만이 될 때까지 S28 ~ S31을 반복할 수 있다(S32).
위와 같이, 메인 ESS(13)가 최대한 10 ~ 90 % 사이가 되도록 메인 ESS(13)의 SoC를 제어하는 것에 의해 메인 ESS의 과방전/과충전/잦은 충방전으로 인한 메인 ESS의 과열 사고가 방지될 수 있고, 메인 ESS의 수명이 연장될 수 있다.
위에서, 10%는 예시에 불과하며, 메인 ESS의 제 1 하한 SoC는 설계자에 의해 사이트에 맞게 최적으로 선택될 수 있다. 그리고, 90%는 예시에 불과하며, 메인 ESS의 제 1 상한 SoC는 설계자에 의해 사이트에 맞게 최적으로 선택될 수 있다. 상기 30%는 예시에 불과하며, 제 2 하한 SoC는 설계자에 의해 다음의 값 중 적절한 값으로 선택될 수 있다.
- 메인 ESS의 제 1 하한 SoC < 메인 ESS의 제 2 하한 SoC < 메인 ESS의 제 1 하한 SoC와 메인 ESS의 제 1 상한 SoC의 중간값
상기 70%는 예시에 불과하며, 제 2 상한 SoC는 설계자에 의해 다음의 값 중 적절한 값으로 선택될 수 있다.
- 메인 ESS의 제 1 하한 SoC와 메인 ESS의 제 1 상한 SoC의 중간값 < 메인 ESS의 제 2 상한 SoC < 메인 ESS의 제 1 상한 SoC
도 2의 실시예와 달리 도 5의 실시예는 제 1 하한 SoC 및 제 1 상한 SoC 외에 제 2 하한 SoC 및 제 2 상한 SoC을 추가하였다. 이에 의해, 메인 ESS 자원을 이용해 좀 더 많은 전력을 메인 마이크로그리드에 공급할 수 있다. 아울러, 이 같은 이점에 의해, 여유 SoC로 피크 콘트롤이 가능할 수 있다. 그리고, 제 2 하한 SoC 및 제 2 상한 SoC가 담보하는 영역에서 메인 ESS는 SoC를 확보함과 동시에 안정적인 전력 공급이 가능하며, 제 1 하한 SoC와 제 2 하한 SoC 사이 영역 및 제 1 상한 SoC와 제 2 상한 SoC 사이 영역이 추가되는 것에 의해 보다 많은 전력을 메인 ESS가 충전하여 부하에 공급할 수 있다. 앞서 도 2 실시예에서, 도 5 실시예의 제 2 하한 SoC(30 %) 및 제 2 상한 SoC(70%)를 적용할 때, 메인 마이크로그리드는 안정적으로 운영됨을 확인한 바 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법은 실질적으로 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램이 설치된 컴퓨터 시스템에 의해 수행된다.
즉, 본 발명은 상기 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램이 저장된 EMS 시스템의 형태로 제공될 수도 있다.
또한, 상기 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램은 서버 시스템에 저장되고, 상기 컴퓨터 시스템은 상기 서버 시스템으로부터 상기 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램을 다운로드받아 설치한 후, 마이크로그리드 운영을 수행할 수 있다.
또한, 상기 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램은 별도로 기록 매체에 저장되어 제공될 수 있으며, 상기 기록매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되어 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 지식을 가진자에서 공지되어 사용 가능할 것일 수 있으며, 예를 들면, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD, DVD와 같은 광 기록 매체, 자기 및 광 기록을 겸할 수 있는 자기-광 기록 매체, 롬, 램, 플래시메모리 등 단독 또는 조합에 의해 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치일 수 있다.
또한, 상기 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램은 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등이 단독 또는 조합으로 구성된 프로그램일 수 있고, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라, 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드로 짜여진 프로그램일 수 있다.
도 6을 참조하면, 총 4개의 공장을 대상으로 실증 사이트를 구성하였다. 즉, 4개의 마이크로그리드를 구성하였고, 각각의 마이크로그리드에 대하여 상기 도 5의 알로리즘에 따라 운영하였다. 도 6에서 녹색의 막대그래프는 당일 시간대별 유틸리티 그리드 전력의 사용량을 의미하고, 파란색 곡선은 시간대별 평균 유틸리티 그리드의 전력의 사용량을 의미한다. 이 같은 결과를 도 7의 표로 정리하면, 특히 부하량이 많은 Factory 2를 통해 유틸리티 그리드의 전력 사용량의 감소량(Reductions)이 매우 큼을 알 수 있다.
아울러, 도 7과 도 4를 대비하면, 도 5의 방식(Dual SoC 구간 방식)으로 통해 도 2의 방식(Single Soc 구간 방식)에 의할 때 대비 Factory 1, Factory 3, Factory 4의 유틸리티 그리드의 전력 사용량의 감소량(Reductions)은 증가함을 확인할 수 있다.
UG: 유틸리티그리드
1: AC 망
2: 하위 DC 망
3: 중간 DC 망
4: 상위 DC 망
10: 메인 마이크로그리드
11: 태양광 발전
12: PV 컨버터
13: 메인 ESS
14: ESS 컨버터
15: 부하
16: PCS
17: 메인 EMS
18: 열병합 발전기
20: 서브 마이크로그리드
21: 태양광 발전
22: PV 컨버터
23: 서브 ESS
24: ESS 컨버터
25: 부하
26: PCS
27: 서브 EMS

Claims (18)

  1. EMS가 ESS의 SoC가 속하는 구간을 판단하는 단계; 및
    상기 ESS의 SoC가 제 1 하한 SoC 초과 및 제 1 상한 SoC 미만인 것으로 판단되면, EMS가 다음 수학식에 따라 PCS의 출력량을 결정하는 단계;
    [수학식]
    PCS*=Load*Gain
    여기서,
    PCS*: 보정된 PCS 출력량
    Load: 현재 부하량
    Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정된 PCS의 출력량이 상기 PCS의 정격용량을 초과하면, 상기 PCS의 정격용량을 상기 보정된 PCS의 출력량으로 간주하는 것을 특징으로 하는 싱글 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    PV 컨버터의 현재 출력량이 PV 컨버터의 정력출력을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터의 현재 출력량을 PV 컨버터의 정력출력으로 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 ESS의 SoC가 제 1 하한값 미만인 것으로 판단되면, EMS가 다음 수학식에 따라 PCS의 출력량을 결정하는 단계;
    [수학식]
    PCS*=Load*Gain
    여기서,
    PCS*: 보정된 PCS 출력량
    Load: 현재 부하량
    Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 보정된 PCS의 출력량이 상기 PCS의 정격용량을 초과하면, 상기 PCS의 정격용량을 상기 보정된 PCS의 출력량으로 간주하는 것을 특징으로 하는 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    PV 컨버터의 현재 출력량이 PV 컨버터의 정력출력을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터의 현재 출력량을 PV 컨버터의 정력출력으로 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 EMS는 PV 컨버터의 출력 전부를 이용해 ESS를 충전하는 것을 특징으로 하는 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 EMS는 상기 ESS의 SoC가 ESS의 제 2 하한 SoC에 도달할 때까지 상기 ESS를 충전하는 것을 특징으로 하는 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 ESS의 SoC가 제 1 상한 SoC 초과인 것으로 판단되면, EMS가 다음 수학식에 따라 PCS의 출력량을 결정하는 단계;
    [수학식]
    PCS*=Load*Gain
    여기서,
    PCS*: 보정된 PCS 출력량
    Load: 현재 부하량
    Gain: 0.1 ~ 1 사이의 값 중 설계자에 의해 선정된 값
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 보정된 PCS의 출력량이 상기 PCS의 정격용량을 초과하면, 상기 PCS의 정격용량을 상기 보정된 PCS의 출력량으로 간주하는 것을 특징으로 하는 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    PV 컨버터의 현재 출력량이 PV 컨버터의 정력출력을 초과하는 것으로 판단되면, PV 컨버터의 현재 출력량을 PV 컨버터의 정력출력으로 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 EMS는 상기 ESS의 출력 전부를 부하에 공급하는 것을 특징으로 하는 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 EMS는 상기 ESS의 SoC가 제 2 상한 SoC에 도달할 때까지 상기 ESS를 방전하는 것을 특징으로 하는 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법.

  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 하한 SoC는 다음의 조건
    " ESS의 제 1 하한 SoC < ESS의 제 2 하한 SoC < ESS의 제 1 하한 SoC와 ESS의 제 1 상한 SoC의 중간값 "
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 상한 SoC는 다음의 조건
    " ESS의 제 1 하한 SoC와 ESS의 제 1 상한 SoC의 중간값 < ESS의 제 2 상한 SoC < ESS의 제 1 상한 SoC "
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법.
  16. 컴퓨터와 결합하여 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항의 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 방법을 수행하기 위한 매체에 저장된 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램.
  17. 제 16 항의 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램이 저장되고 통신망을 통해 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램을 전송할 수 있는 서버 시스템.
  18. 제 16 항의 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램을 저장하고, 듀얼 SoC 구간을 이용한 DC 기반 산업단지 마이크로그리드 운영 프로그램에 의해 실시간 마이크로그리드는 운영하는 EMS 시스템.






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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114268141A (zh) * 2021-09-27 2022-04-01 浙江华云电力工程设计咨询有限公司 一种储能系统soc校正调节方法与系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101212343B1 (ko) 2010-11-25 2012-12-13 중앙대학교 산학협력단 마이크로그리드 운영 시스템 및 방법
KR101795301B1 (ko) * 2016-09-13 2017-11-08 한국전력공사 Pcs 효율을 고려한 마이크로그리드 운영장치 및 운영방법
KR20180046174A (ko) 2016-10-27 2018-05-08 한국전기연구원 신재생기반 독립형 마이크로그리드의 최적 운전을 위한 운영 시스템 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101212343B1 (ko) 2010-11-25 2012-12-13 중앙대학교 산학협력단 마이크로그리드 운영 시스템 및 방법
KR101795301B1 (ko) * 2016-09-13 2017-11-08 한국전력공사 Pcs 효율을 고려한 마이크로그리드 운영장치 및 운영방법
KR20180046174A (ko) 2016-10-27 2018-05-08 한국전기연구원 신재생기반 독립형 마이크로그리드의 최적 운전을 위한 운영 시스템 및 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114268141A (zh) * 2021-09-27 2022-04-01 浙江华云电力工程设计咨询有限公司 一种储能系统soc校正调节方法与系统
CN114268141B (zh) * 2021-09-27 2023-11-03 浙江华云电力工程设计咨询有限公司 储能系统soc校正调节方法与系统

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