KR20210063709A - 에너지 저장장치(ess)의 충방전량 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

에너지 저장장치(ess)의 충방전량 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

발전기인 태양광 발전 단지의 발전량을 예측하여 ESS의 충방전량을 제어함으로써, 전력계통이 안정적으로 태양광 발전 전력을 공급받을 수 있는 ESS의 충방전량 제어 방법 및 제어 장치에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 ESS의 충방전량 제어 장치는 발전기로부터 출력된 전력을 저장하고, 저장된 전력을 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 에너지 저장장치(ESS); 및 상기 에너지 저장장치(ESS)의 전력의 충방전량을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 ESS의 충방전량 제어 장치는 상기 발전기의 발전량을 예측하는 예측부와, 상기 예측부에서 예측된 값과 미리 설정된 기준값을 비교하여, 상기 예측된 값이 기준값 보다 크면 에너지 저장장치(ESS)를 충전하고, 상기 예측된 값이 기준값 보다 작으면 에너지 저장장치(ESS)를 방전하는 조절부를 포함할 수 있다.

Description

에너지 저장장치(ESS)의 충방전량 제어 장치 및 제어 방법{CHARGE-DISCHARGE AMOUNT CONTROL DEVICE OF ENERGY STORAGE SYSTEM AND CONTROL METHOD}
본 발명은 전력계통이 안정적으로 전력을 공급받기 위한 에너지 저장장치(ESS)의 충방전량 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
전력계통은 전기 수요에 대응하여 발전소, 변전소 및 부하를 송전선으로 연결하여 전력의 발생부터 소비까지 이루어지는 하나의 시스템을 말한다. 이러한 전력계통은 전력의 발생과 소비가 동시에 일어나기 때문에 수요와 공급의 평형을 이루어져야 한다. 이에, 전력계통은 수요와 공급의 평형에 대한 지속적인 감시가 요구된다.
그런데 전력계통은 소규모일 때 감시가 용이하였으나, 점차 산업의 고도화, 정보화로 인해 전력수요가 증가됨에 따라 전력설비도 대규모화, 복잡화되었기 때문에, 지금까지 인위적으로 수행하던 방법을 통해 효과적으로 운용하기 어려운 한계에 도달하였다.
전력 저장 시스템(Energy Storage System, 이하 "ESS"라 함)은 하이브리드 전기차(HEV), 전기차(EV) 등의 수송용 에너지 분야를 중심으로 리튬이온전지의 대용량화와 장기 수명화에 대한 연구가 진행되면서 대형 리튬이온전지의 상용화를 위해 필요한 기술이다.
최근 들어, ESS 관련하여 국내 전력망 투입의 사업화가 활발히 진행되고 있으며, 시장 활성화를 위한 제도가 마련되고 있다. 이 중 하나로 신재생 에너지, 특히 태양광 발전 설비가 빠르게 보급되고 있다.
전력계통의 신재생 발전 전력의 수용성은 한정되어 있지만 신재생에너지 발전설비에서는 전력계통의 수용성을 고려하지 않고 일방적으로 전력계통에 전력을 공급하고 있다. 대규모 신재생 발전 설비를 구축하고 있는 상황에서 이는 전력계통에 심각한 문제를 초래할 수 있다. 또한 태양광 발전 설비가 대규모로 구축되어 있는 환경에서 낮 동안에 전력계통에 전력을 공급하다가 저녁이나 구름 등에 의한 음영 동안에는 태양광이 발전을 못하게 되어 전력계통에 큰 영향을 미치게 된다.
이에 따라 전력계통에 미치는 악영향을 최소화하기 위해, 태양광 발전량 예측을 통해 발전량을 예측하고, ESS의 충방전량을 제어하여 전력계통에 전력을 안정적으로 공급하는 기술이 필요하다.
본 발명의 목적은 전력계통이 안정적으로 전력을 공급받을 수 있는 에너지 저장장치(ESS)의 충방전량 제어 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 에너지 저장장치(ESS)의 충방전량 제어 장치를 이용한 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 ESS의 충방전량 제어 장치는 발전기로부터 출력된 전력을 저장하고, 저장된 전력을 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 에너지 저장장치(ESS); 및 상기 에너지 저장장치(ESS)의 전력의 충방전량을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 ESS의 충방전량 제어 장치는 상기 발전기의 발전량을 예측하는 예측부와, 상기 예측부에서 예측된 값과 미리 설정된 기준값을 비교하여, 상기 예측된 값이 기준값 보다 크면 에너지 저장장치(ESS)를 충전하고, 상기 예측된 값이 기준값 보다 작으면 에너지 저장장치(ESS)를 방전하는 조절부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 ESS의 충방전량 제어 방법은 (a) 발전기에서 출력된 전력을 에너지 저장장치(ESS)에 저장하고, 저장된 전력을 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 단계; 및 (b) 상기 에너지 저장장치(ESS)의 전력의 충방전량을 제어부에서 제어하는 단계;를 포함하고, 상기 제어부에서 상기 발전기의 발전량을 예측하고, 예측된 값과 미리 설정된 기준값을 비교하여, 상기 예측된 값이 기준값 보다 크면 에너지 저장장치(ESS)를 충전하고, 상기 예측된 값이 기준값 보다 작으면 에너지 저장장치(ESS)를 방전할 수 있다.
본 발명에 따른 ESS의 충방전량 제어 기술은 발전기인 태양광 발전 단지의 발전량을 예측하여 ESS의 충방전량을 제어함으로써, 전력계통이 안정적으로 태양광 발전 전력을 공급받을 수 있다.
또한 본 발명의 ESS의 충방전량 제어 기술은 태양광 발전량에 따라 ESS 충전 여부를 실시간으로 확인할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 ESS의 충방전량 제어 장치의 개략도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 ESS의 충방전량 제어 장치 및 제어 방법을 설명하도록 한다.
본 발명에서 발전기는 태양광에 의해 발전되는 태양광 발전 모듈 또는 태양열에 의해 발전되는 태양열 발전 모듈일 수 있다. 에너지를 생산하는 발전기는 일반적으로 직류 전력을 생산하는 경우가 대부분이다.
본 발명에서는 발전기의 발전량 이력과 기상정보 등을 이용하여 발전량을 예측함에 따라 ESS의 충전 또는 방전 여부를 결정하여, 전력계통이 안정적으로 전력을 공급받을 수 있는 제어 기술을 제공하고자 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 ESS의 충방전량 제어 장치는 에너지 저장장치(ESS)(10) 및 제어부(20)를 포함한다.
ESS(10)는 전력계통 중의 하나로, 각종 설비 및 산업단지에 허용 전력 또는 최대 전력 범위 내의 전력을 공급한다. ESS(10)는 발전기로부터 출력된 전력을 저장하고, 저장된 전력을 각종 설비 및 산업단지에 공급한다.
각종 설비 및 산업단지는 민간 호텔, 리조트, 양식장, 온실시설, 건물, 자가사용 신재생 에너지 산업단지, 가정이나 공장의 모터, 열교환기 등의 전력 생산이 가능한 발전원을 의미한다.
이러한 곳은 일반적으로 교류 전력의 형태로 에너지를 소비한다. 따라서 발전기에서 생산된 에너지를 각종 설비 및 산업단지에 전달하려면 교류 전력으로 변환하는 수단이 필요하다.
ESS(10)는 발전기로부터 출력된 전력 중 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 변환부(미도시)를 포함할 수 있다. 변환부를 거쳐 변환된 교류 전력을 ESS에 저장하고, 저장된 전력을 각종 설비 및 산업단지에 공급할 수 있게 된다.
전력계통은 정상상태로 운용되는 경우에 발전기, 선로 및 부하 등의 구성요소가 전기적으로 서로 평형을 유지한다. 하지만 발전력 상실, 선로고장, 부하변동 등과 같은 교란 또는 외란(disturbance) 이 발생하면 시스템이 동요될 수 있다. 이러한 동요는 교란의 정도나 시스템의 상태에 따라 곧 회복되어 새로운 정상상태로 유지되거나, 심해지면 각 구성요소의 연결이 연속적으로 끊어지면서 전력계통을 붕괴시킬 수도 있다. 즉, 전력계통의 교란 또는 외란은 전력계통의 불안정으로 이어져 대규모 정전을 유발할 수 있다.
이러한 문제점을 방지하기 위해, 본 발명에서는 전력계통의 안정적인 전력 공급을 유지하고자 ESS의 전력의 충방전량을 제어하는 제어부(20)를 포함한다. 제어부를 통해 ESS의 충전 여부를 실시간으로 제어할 수 있게 된다.
제어부(20)는 예측부(21)와 조절부(22)를 포함한다.
예측부(21)는 발전기의 발전량을 예측하는 역할을 한다. 이때, 태양광 발전기의 발전량 이력 정보, 기상정보, 일사량, 일조시간 등의 정보를 취합하여 발전기의 발전량을 예측할 수 있다.
조절부(22)는 예측부에서 예측된 값과 미리 설정된 기준값을 비교하여, 충전 또는 방전시키는 역할을 한다. 여기서 미리 설정된 기준값은 제어부에서 기 설정된 기준값으로 발전량의 평균값을 의미한다.
조절부(22)에서는 예측된 값이 기준값 보다 크면 에너지 저장장치(ESS)를 충전한다. 그리고 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 전력량을 감소시킨다.
즉, 발전기의 발전량이 증가할 것으로 예측되면 미리 ESS를 충전할 수 있다. 이는 전력을 판매하거나 소모하는 것보다 ESS에 에너지를 저장하고 필요할 때 저장된 에너지를 꺼내어 각종 설비 및 산업단지에 공급 및 전달하는 것이 더 효율적이기 때문이다.
반대로, 상기 예측된 값이 기준값 보다 작으면 에너지 저장장치(ESS)를 방전한다. 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 전력량을 증가시킨다. 즉, 발전기의 발전량이 감소할 것으로 예측되면 ESS를 방전할 수 있다.
예를 들어, 예측부(21)는 발전기의 발전량을 예측하여 예측된 값을 약 1000kW라고 저장할 수 있다. 미리 설정된 기준값이 800kW라고 할 때, 조절부에서는 예측된 값이 기준값 보다 크기 때문에 ESS를 충전하고, 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 전력량을 감소시킨다. 이때 전력량을 감소시키는 것은 실제 공급 중인 전력량보다 감소시키는 것을 의미한다.
예측된 값을 약 750kW라고 저장한 경우, 예측된 값이 기준값 보다 작기 때문에 ESS를 방전하고, 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 전력량을 증가시킨다. 이때 전력량을 증가시키는 것은 실제 공급 중인 전력량보다 증가시키는 것을 의미한다.
또한 ESS의 충방전량 제어 장치는 신호부(미도시)를 더 포함한다. 신호부는 ESS의 잔여 전력량이 기준치 미만일 때 사용자 또는 관리자가 인지할 수 있도록 색상 또는 소리로 신호를 나타낸다. 예를 들어, ESS에 수용되는 전력량의 기준치를 500kW라고 할 때, ESS의 잔여 전력량이 점점 소비되어 490kW에 도달한 경우 신호부에 신호가 표시된다. 신호부를 확인한 사용자는 ESS에 전력을 공급하도록 하여 충전이 이루어진다. 따라서 충전 또는 방전 중에 ESS의 수용된 전력량이 기준치 미달인 경우, 신호부의 알림으로 충전이 수행될 수 있다.
본 발명의 ESS의 충방전량 제어 장치를 이용한 제어 방법은 발전기에서 출력된 전력을 에너지 저장장치(ESS)에 저장하고, 저장된 전력을 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 단계, 및 상기 에너지 저장장치(ESS)의 전력의 충방전량을 제어부에서 제어하는 단계를 포함한다. ESS와 제어부에 대한 사항은 전술한 바와 같다.
상기 제어부에서 발전기의 발전량을 예측하고, 예측된 값과 미리 설정된 기준값을 비교하여, 상기 예측된 값이 기준값 보다 크면 ESS를 충전한다. 그리고 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 전력량을 감소시킨다.
반대로, 예측된 값이 기준값 보다 작으면 에너지 저장장치(ESS)를 방전한다. 그리고 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 전력량을 증가시킨다.
ESS는 발전기로부터 출력된 전력 중 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 변환부를 포함할 수 있다. 변환부에 대한 사항은 전술한 바와 같다.
이처럼, 본 발명에 따른 ESS의 충방전량 제어 기술은 발전기인 태양광 발전 단지의 발전량을 예측하여 ESS의 충방전량을 제어함으로써, 전력계통이 안정적으로 태양광 발전 전력을 공급받을 수 있다. 또한 본 발명의 ESS의 충방전량 제어 기술은 태양광 발전량에 따라 ESS 충전 여부를 실시간으로 확인하는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10 : ESS
20 : 제어부
21 : 예측부
22 : 조절부

Claims (6)

  1. 발전기로부터 출력된 전력을 저장하고, 저장된 전력을 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 에너지 저장장치(ESS); 및
    상기 에너지 저장장치(ESS)의 전력의 충방전량을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 발전기의 발전량을 예측하는 예측부와,
    상기 예측부에서 예측된 값과 미리 설정된 기준값을 비교하여, 상기 예측된 값이 기준값 보다 크면 에너지 저장장치(ESS)를 충전하고, 상기 예측된 값이 기준값 보다 작으면 에너지 저장장치(ESS)를 방전하는 조절부를 포함하는 ESS의 충방전량 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 예측된 값이 기준값 보다 크면 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 전력량을 감소시키고, 상기 예측된 값이 기준값 보다 작으면 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 전력량을 증가시키는 ESS의 충방전량 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치(ESS)는 발전기로부터 출력된 전력 중 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 변환부를 포함하는 ESS의 충방전량 제어 장치.
  4. (a) 발전기에서 출력된 전력을 에너지 저장장치(ESS)에 저장하고, 저장된 전력을 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 단계; 및
    (b) 상기 에너지 저장장치(ESS)의 전력의 충방전량을 제어부에서 제어하는 단계;를 포함하고,
    상기 제어부에서
    상기 발전기의 발전량을 예측하고,
    예측된 값과 미리 설정된 기준값을 비교하여, 상기 예측된 값이 기준값 보다 크면 에너지 저장장치(ESS)를 충전하고, 상기 예측된 값이 기준값 보다 작으면 에너지 저장장치(ESS)를 방전하는 ESS의 충방전량 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 예측된 값이 기준값 보다 크면 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 전력량을 감소시키고, 상기 예측된 값이 기준값 보다 작으면 각종 설비 및 산업단지에 공급하는 전력량을 증가시키는 ESS의 충방전량 제어 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치(ESS)는 발전기로부터 출력된 전력 중 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 변환부를 포함하는 것을 ESS의 충방전량 제어 방법.


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