KR20210142547A - 에너지 제어 방법과 발전 및 에너지 스토리지 시스템 - Google Patents

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Abstract

에너지 제어 방법과 발전 및 에너지 스토리지 시스템이 제공된다. 이 방법에서, 에너지 스토리지 시스템이 충전 기간 내에 있는 경우, 발전 시스템은 우선 발전 전력의 미리 설정된 부분으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급하도록 제어되고, 에너지 스토리지 시스템은 잉여 전력이 있는지 여부에 기초하여, 충전되지 않도록 또는 잉여 전력을 충전용 충전 전력으로서 사용하도록 제어되므로, 에너지 스토리지 시스템은 전체 발전 전력을 기준으로 충전되는 것이 아니라 잉여 전력을 기준으로 충전된다. 그러므로 발전 전력이 급격히 떨어지는 경우, 에너지 스토리지 시스템은 그리드로부터 단지 적은 양의 전기만을 인출할 수 있거나, 심지어 그리드로부터 전기를 인출할 수 없다. 따라서, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 경제적 이익들이 향상된다.

Description

에너지 제어 방법과 발전 및 에너지 스토리지 시스템{ENERGY CONTROL METHOD AND POWER GENERATION AND ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 개시내용은 발전 및 에너지 스토리지 시스템들의 기술 분야에 관한 것으로, 특히 에너지 제어 방법과 발전 및 에너지 스토리지 시스템에 관한 것이다.
본 출원은 "ENERGY CONTROL METHOD AND POWER GENERATION AND ENERGY STORAGE SYSTEM"이라는 명칭으로 중국 국가지식산권국에 2020년 5월 18일자 출원된 중국 특허출원 제202010419136.1호에 대한 우선권을 주장하며, 이 특허출원은 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
현재, 광전지(photovoltaic) 에너지 스토리지 시스템의 중요한 연구 관심사는 광전지 에너지 스토리지 시스템의 고효율적이고 안정적인 동작을 달성하는 방법이다. 광전지 에너지 스토리지 시스템에서는, 광전지 출력의 변동 안정화, 광전지 에너지 스토리지 시스템의 광전지 자가 발전 및 자가 소비율 향상, 광전지 에너지 스토리지 시스템의 에너지 스토리지 시스템과 협력하여 광전지 발전 시스템의 동작 제어, 및 광전지 에너지 스토리지 시스템의 전반적인 이점들의 개선과 같은 기술적인 면들을 고려할 필요가 있다. 추가로, 광전지 에너지 스토리지 시스템의 특정 제어 프로세스 및 동작은 실제 적용 시나리오의 요건들에 좌우된다. 예를 들어, 에너지 스토리지 보조금이 큰 지역들에서, 광전지 에너지 스토리지 시스템은 충전 및 방전 기간들을 규정하고, 서로 다른 기간들에 전기 가격을 조정하여, 광전지 에너지 스토리지 시스템의 경제성을 향상시킨다.
종래 기술에서, 광전지 에너지 스토리지 시스템은 전기 가격, 비용 및 발전 파라미터들을 기반으로 시스템 투자 수익 추정 모델을 설정하며, 시스템 투자 수익 추정 모델은 프로젝트 개발 단계에서의 경제성 평가/용량 구성 및 광전지 에너지 스토리지 시스템의 에너지 관리 제어를 위한 기반을 제공하는 데 사용된다. 그러나 종래 기술에서, 광전지 발전 시스템의 발전 전력이 크게 떨어질 때 광전지 에너지 스토리지 시스템의 에너지 스토리지 시스템은 종종 그리드로부터 전기를 회수하며, 이는 그리드로부터 초과 전기가 인출되는 것으로 이어지고 벌금들을 증가시킴으로써, 광전지 에너지 스토리지 시스템을 덜 경제적으로 만들게 된다.
위의 내용을 고려하여, 본 개시내용에 따른 에너지 제어 방법과 발전 및 에너지 스토리지 시스템이 제공되며, 이는 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 발전 전력이 크게 떨어지는 경우에 에너지 스토리지 모듈에 의해 그리드(grid)로부터 인출(draw)되는 전기를 감소시켜, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 경제성을 향상시키는 데 사용된다.
본 개시내용의 제1 양상은 에너지를 제어하기 위한 방법을 제공하는데, 이 방법은 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 에너지 관리 시스템(EMS: energy management system)에 적용되며, 발전 및 에너지 스토리지 시스템은 모두 EMS에 연결되는 에너지 스토리지 시스템, 발전 시스템 및 자가 소비 시스템을 더 포함하고, 에너지를 제어하기 위한 방법은:
에너지 스토리지 시스템이 충전 기간 내에 있는 경우, 우선 발전 시스템의 발전 전력의 미리 설정된 전력으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급하도록 발전 시스템을 제어하는 단계;
발전 시스템이 미리 설정된 전력으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급할 때, 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 있는지 여부를 결정하는 단계;
발전 시스템이 미리 설정된 전력으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급할 때, 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 있는 경우, 충전용 충전 전력으로서 잉여 전력을 사용하도록 에너지 스토리지 시스템을 제어하는 단계; 및
발전 시스템이 미리 설정된 전력으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급할 때, 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 없는 경우, 충전되지 않도록 에너지 스토리지 시스템을 제어하는 단계를 포함한다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 발전 시스템이 미리 설정된 전력으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급하는 경우, 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 있는지 여부를 결정하는 단계는:
전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율과 발전 전력의 곱이 자가 소비 시스템의 자가 소비 고정 전력보다 큰지 여부를 결정하는 단계;
상기 곱이 자가 소비 고정 전력보다 큰 경우, 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 있다고 결정하는 단계; 및
상기 곱이 자가 소비 고정 전력 이하인 경우, 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 없다고 결정하는 단계를 포함한다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 없는 경우, 이 방법은:
발전 전력이 자가 소비 시스템의 자가 소비 고정 전력 이상인지 여부를 결정하는 단계;
발전 전력이 자가 소비 고정 전력 이상인 경우, 발전 시스템에서만 전기를 인출하도록 자가 소비 시스템을 제어하는 단계; 및
발전 전력이 자가 소비 고정 전력 미만인 경우, 발전 전력으로 발전 시스템으로부터 전기를 인출하도록, 그리고 추가로, 자가 소비 고정 전력과 발전 전력 간의 차이인 전력으로 그리드로부터 전기를 인출하도록 자가 소비 시스템을 제어하는 단계를 더 포함한다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 있는 경우, 이 방법은:
에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 전기를 회수(draw back)하는 데 필요한 전력을 발전 시스템의 미리 설정된 전력에 추가한 발전 전력으로 우선 완전히 또는 부분적으로 상쇄(offset)시키도록 발전 시스템을 제어하는 단계를 더 포함하며;
여기서 미리 설정된 전력에 추가한 발전 전력은 P*(1-u)를 나타내고, P는 발전 전력을 나타내며, u는 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율을 나타낸다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 있는 경우, 이 방법은:
에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 전기를 회수하는 데 필요한 전력을 상쇄시킨 후, 미리 설정된 전력에 추가한 발전 전력의 마진을 피드-인(feed-in) 전력으로서 사용하여 그리드에 전력을 공급하도록 발전 시스템을 제어하는 단계를 더 포함한다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 우선 발전 시스템의 발전 전력의 미리 설정된 전력으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급하도록 발전 시스템을 제어하기 전에, 이 방법은:
전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율을 결정하는 단계를 더 포함한다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율을 결정하는 단계는:
전력 충전 및 발전의 추적 백분율 및 에너지 스토리지 시스템의 전력 제어 시스템(PCS: power control system)의 응답 시간을 독립 변수들로서 그리고 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 순수익을 종속 변수로서 사용하는 수익 모델을 설정하는 단계; 및
수익 모델의 최적 솔루션에 대응하는 전력 충전 및 발전의 추적 백분율을 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율로서 결정하는 단계를 포함한다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 수익 모델의 최적 솔루션은 엑셀(Excel) 데이터 분석 소프트웨어 또는 매트랩(Matlab) 프로그래밍 소프트웨어를 사용함으로써 획득된다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 수익 모델을 설정하기 전에, 이 방법은:
발전 및 에너지 스토리지 시스템의 피드-인 전기량, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 그리드로부터 인출된 전기량, 그리고 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 에너지 스토리지 시스템의 충전 전기량을 결정하는 단계;
피드-인 전기량 및 충전 전기량에 기초하여 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 피드-인 수익을 결정하는 단계;
그리드로부터 인출된 전기량에 기초하여 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 인출 전기 요금을 결정하는 단계; 및
발전 및 에너지 스토리지 시스템의 순수익으로서 피드-인 수익과 인출 전기 요금 간의 차이를 계산하는 단계를 더 포함한다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 피드-인 전기량은 다음 계산식에 의해 결정되고:
Figure pat00001
;
충전 전기량은 다음 계산식에 의해 결정되며:
Figure pat00002
; 그리고
그리드로부터 인출된 전기량은 다음 계산식에 의해 결정되고:
Figure pat00003
여기서 Q 1 은 피드-인 전기량을 나타내고, Q 2 는 충전 전기량을 나타내고, Q 3 은 그리드로부터 인출된 전기량, P 3 은 에너지 스토리지 시스템의 충전 전력을 나타내고, P 4 는 발전 시스템의 피드-인 전력을 나타내고, P 5 는 자가 소비 시스템에 의해 그리드로부터 인출된 전력을 나타내고, P 6 은 에너지 스토리지 시스템에 의해 그리드로부터 회수된 전력을 나타내고, k 1 은 에너지 스토리지 시스템의 충전 효율을 나타내고, t 1 은 발전 시스템의 발전 전력의 이력 데이터의 시간 세분도(granularity)를 나타내고, l은 발전 시스템의 발전 전력의 이력 데이터의 수를 나타내고, t는 PCS의 응답 시간을 나타낸다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 그리드로부터 인출된 전기량이 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 신고된 전기량 이하인 경우, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 인출 전기 요금은 다음 계산식에 의해 결정되고:
Figure pat00004
; 그리고
그리드로부터 인출된 전기량이 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 신고된 전기량보다 많은 경우, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 인출 전기 요금은 다음 계산식에 의해 결정되며:
Figure pat00005
, 그리고
Figure pat00006
여기서 I 2 는 인출 전기 요금을 나타내고, P 5 는 자가 소비 시스템에 의해 그리드로부터 인출된 전력을 나타내고, P 6 은 에너지 스토리지 시스템에 의해 그리드로부터 회수된 전력을 나타내고, m 2 는 그리드의 전기 가격의 이력 데이터를 나타내고, t는 PCS의 응답 시간을 나타내고, t 1 은 발전 시스템의 발전 전력의 이력 데이터의 시간 세분도를 나타내고, l 1 은 발전 및 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 인출하며, 신고된 전기량과 같은 전기량의 이력 데이터의 수를 나타내고, l은 발전 시스템의 발전 전력의 이력 데이터의 수를 나타내고, b는 초과 전기량의 가격의 벌점 계수를 나타내고, Q 0 은 신고된 전기량을 나타낸다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 피드-인 수익은 다음 계산식에 의해 결정되며:
Figure pat00007
여기서 I 1 은 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 피드-인 수익을 나타내고, P 4 는 발전 시스템의 피드-인 전력을 나타내고, P 3 은 발전 시스템에서 에너지 스토리지 시스템으로의 충전 전력을 나타내고, P 6 은 에너지 스토리지 시스템에 의해 그리드로부터 회수된 전력을 나타내고, m 1 은 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 발전 차액지원제도(feed-in tariff)의 이력 데이터를 나타내고, m 3 은 발전에 사용된 전기 단위당 발전 보조금(feed-in subsidy)의 이력 데이터를 나타내고, m 4 는 에너지 스토리지에 사용된 전기 단위당 발전 보조금의 이력 데이터를 나타내고, k 1 은 에너지 스토리지 시스템의 충전 효율을 나타내고, k 2 는 에너지 스토리지 시스템의 방전 효율을 나타내고, t는 PCS의 응답 시간을 나타내고, t 1 은 발전 시스템의 발전 전력의 이력 데이터의 시간 세분도를 나타내고, l은 발전 시스템의 발전 전력의 이력 데이터의 수를 나타낸다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 이 방법은:
사전에 설정된 에너지 스토리지 모듈의 방전 수익 모델의 최적 솔루션에 따라, 발전 및 에너지 스토리지 시스템이 최적의 방전 수익을 달성하도록 에너지 스토리지 시스템의 방전 기간 및 방전 기간에 대응하는 방전 전력을 결정하는 단계를 더 포함한다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 에너지 스토리지 모듈의 방전 수익 모델은 다음 계산식에 의해 사전에 설정되며:
Figure pat00008
; 그리고
Figure pat00009
여기서 I 4 는 방전 수익을 나타내고, l 2 는 그리드의 전기 가격에 대한 데이터의 수를 나타내고, t 2 는 그리드의 전기 가격에 대한 데이터의 시간 세분도를 나타내며 발전 전력의 이력 데이터의 시간 세분도보다 크고, P 7 은 에너지 스토리지 시스템의 실제 방전 전력을 나타내고, P 8 은 에너지 스토리지 시스템의 정격 방전 전력을 나타내고, r은 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 시스템 효율을 나타내고, m 5 는 발전 차액지원제도에 대한 실시간 데이터를 나타내고, m 6 은 에너지 스토리지에 사용된 전기 단위당 발전 보조금에 대한 실시간 데이터를 나타내고, Q 2 는 마지막 충전 기간 내의 에너지 스토리지 시스템의 충전 전기량을 나타낸다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 방전 수익 모델의 최적 솔루션은 엑셀 데이터 분석 소프트웨어 또는 매트랩 프로그래밍 소프트웨어를 사용함으로써 획득된다.
본 개시내용의 제2 양상은 발전 및 에너지 스토리지를 위한 시스템을 제공하며, 이 시스템은:
발전 모듈, 발전 변환기 모듈 및 발전 계량기를 포함하는 발전 시스템;
에너지 스토리지 모듈, 에너지 스토리지 융합 캐비닛, 전력 변환 시스템(PCS: power conversion system) 및 에너지 스토리지 계량기를 포함하는 에너지 스토리지 시스템;
자가 소비 시스템;
그리드 계량기; 및
에너지 관리 시스템(EMS)을 포함하며;
여기서 발전 모듈은 순차적으로 발전 변환기 모듈 및 발전 계량기를 통해 그리드 계량기의 제1 단부에 연결되고, 에너지 스토리지 모듈은 순차적으로 에너지 스토리지 융합 캐비닛, PCS 및 에너지 스토리지 계량기를 통해 그리드 계량기의 제1 단부에 연결되고, 자가 소비 시스템은 그리드 계량기의 제1 단부에 연결되고, 그리드 계량기의 제2 단부는 그리드 연결 지점에 연결되고, EMS는 발전 변환기 모듈, 발전 계량기, PCS, 에너지 스토리지 계량기 및 자가 소비 시스템과 각각 통신 가능하게 연결되며;
EMS는 상기 실시예들 중 어느 하나에 따른 방법을 구현하도록 구성된다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 이 시스템은:
제1 프로토콜 변환기; 및
제2 프로토콜 변환기를 더 포함하며;
여기서 자가 소비 시스템은 화재 제어 유닛, 조명 유닛 및 공기 조화 유닛을 포함하고;
EMS는 제1 프로토콜 변환기를 통해 화재 제어 유닛과 통신 가능하게 연결되고, 제2 프로토콜 변환기를 통해 공기 조화 유닛, 그리드 계량기, 발전 계량기 및 에너지 스토리지 계량기와 각각 통신 가능하게 연결되며, 미리 설정된 프로토콜을 통해 PCS, 발전 변환기 모듈 및 에너지 스토리지 시스템의 배터리 관리 시스템(BMS)에 통신 가능하게 연결된다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 제1 프로토콜 변환기는 모드버스(Modbus)-I/O 프로토콜 변환기이고, 제2 프로토콜 변환기는 모드버스-RS485 프로토콜 변환기이며, 미리 설정된 프로토콜은 모드버스 TCP/IP 프로토콜이다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 발전 모듈은 광전지 발전 모듈, 풍력 발전 모듈 및 디젤 발전 모듈 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서
발전 모듈이 광전지 발전 모듈을 포함하는 경우, 발전 변환기 모듈은 광전지 발전 모듈에 연결된 광전지 인버터를 포함하고;
발전 모듈이 풍력 발전 모듈을 포함하는 경우, 발전 변환기 모듈은 풍력 발전 모듈에 연결된 풍력 변환기를 포함하고; 그리고
발전 모듈이 디젤 발전 모듈을 포함하는 경우, 발전 변환기 모듈은 디젤 발전 모듈에 연결된 디젤 변환기를 포함한다.
위의 솔루션들로부터, 본 개시내용에 따라 제공되는 에너지를 제어하기 위한 방법에서는, 에너지 스토리지 시스템이 충전 기간 내에 있는 경우, 발전 시스템은 우선 발전 시스템의 발전 전력의 미리 설정된 전력으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급하도록 제어되고, 그런 다음, 발전 시스템이 미리 설정된 전력으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급할 때, 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 있는지 여부가 결정된다고 확인될 수 있다. 에너지 스토리지 시스템은 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 있는 경우에는 잉여 전력을 충전용 충전 전력으로서 사용하도록 제어되고, 에너지 스토리지 시스템은 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 없는 경우에는 충전되지 않도록 제어된다. 그러므로 에너지 스토리지 시스템이 충전될 때, 에너지 스토리지 시스템은 전체 발전 전력을 기준으로 충전되는 것이 아니라 잉여 전력을 기준으로 충전된다. 따라서 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 발전 전력이 급격히 떨어지는 경우, 미리 설정된 전력에 추가한 발전 전력이 유보금(buffer)으로서 사용될 수 있어, 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 단지 적은 양의 전기만을 인출할 수 있거나, 심지어 그리드로부터 전기를 인출하지 않을 수 있다. 따라서 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 초과 전기가 감소되고, 발전 및 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 초과 전기를 인출하는 위험이 감소하며, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 경제적 이익들이 향상된다.
종래 기술 또는 본 개시내용의 실시예들에 따른 기술적 솔루션들의 보다 명확한 예시를 위해, 이하 종래 기술 또는 본 개시내용의 실시예들에 적용될 도면들이 간략히 설명된다. 명백하게, 다음의 설명들에서의 도면들은 단지 본 개시내용의 일부 실시예들일 뿐이며, 제공된 도면들에 기초하여 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 창의적인 노력들 없이 다른 도면들이 획득될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 에너지를 제어하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른, 에너지를 제어하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른, 에너지를 제어하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른, 에너지를 제어하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 발전 및 에너지 스토리지를 위한 시스템의 개략도이다.
도 6은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 발전 및 에너지 스토리지를 위한 시스템의 개략도이다.
본 개시내용의 실시예의 목적들, 기술적 솔루션들 및 이점들을 보다 명확하게 하기 위해, 이하 본 개시내용의 실시예들의 기술적 솔루션들이 본 개시내용의 실시예들의 도면들과 함께 명확하고 완전하게 설명된다. 명백하게, 설명되는 실시예들은 본 개시내용의 모든 실시예들이 아닌 일부일 뿐이다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 어떠한 창의적인 노력도 없이 본 개시내용의 실시예들에 기초하여 획득되는 임의의 다른 실시예들이 본 개시내용의 보호 범위 내에 있다.
본 개시내용에서, "포함시키다", "포함하다" 또는 이들의 임의의 다른 변형들과 같은 용어들은 배타적이지 않은 것을 의미한다. 따라서 일련의 엘리먼트들을 포함하는 프로세스, 방법, 물품 또는 디바이스는 개시된 엘리먼트들뿐만 아니라, 명확하게 열거되지 않은 다른 엘리먼트들도 포함하거나, 프로세스, 방법, 물품 또는 디바이스의 고유 엘리먼트들을 더 포함한다. 의미 있게 제한되지 않는 한, "…을 포함하는"이라는 서술은 열거된 엘리먼트들 이외에 다른 유사한 엘리먼트들이 프로세스, 방법, 물품 또는 디바이스에 존재할 수 있는 경우를 배제하지 않는다.
에너지 스토리지 보조금이 상대적으로 큰 지역들에서는, 더 높은 에너지 스토리지 보조금 수익을 얻기 위해 광전지 에너지 스토리지 시스템에 저장된 모든 전기가 그리드에 피드-인하는 데 사용된다는 점이 주목되어야 한다. 또한, 조도(irradiance)가 충분한 경우에는, 에너지 스토리지 보조금 수익만큼 크지는 않은 광전지 발전 보조금 수익을 얻기 위해 광전지 발전 시스템의 전기 잉여가 그리드에 피드-인하는 데 또한 사용된다. 추가로, 그리드 전기 가격은 고정된 간격들의 변동과 같은 시간의 영향을 받는다. 따라서 광전지 에너지 스토리지 시스템은 서로 다른 기간들의 방전에 대해 서로 다른 이익들을 갖는다.
광전지 에너지 스토리지 시스템의 자가 소비 디바이스를 통해 그리드로부터 인출된 전력/전기는 규정들에 따라 사전에 그리드 회사에 신고되어야 한다. 예를 들어, 1㎿/3㎿h 시스템은 일반적으로 자가 소비를 위한 10㎾의 고정 전력 및 4500㎾h의 월별 가용 전력을 신고한다. 자가 소비 전기의 경우, 월별 청구 규칙은 다음과 같다: 월별 요금은 일괄 수수료와 단위당 요금의 합과 같다. 일괄 수수료는 신고된 자가 소비 전력에 따라 청구되며, 단위당 요금은 그리드로부터 인출된 전력에 따라 청구된다. 산업용 사용자가 그리드로부터 대규모 전기를 인출한 다음 이를 그리드에 판매하여 보조금들을 버는 것을 방지할 목적으로 그리고 다른 목적들로, 광전지 에너지 스토리지 시스템에 의해 그리드로부터 인출된 초과 전기에 벌금이 부과된다. 추가로, 광전지 전력 변동에 대한 전력 제어 시스템(PCS)의 응답 시간은 일반적으로 5초이다. 그러므로 PCS가 제시간에 응답하지 않고 게다가 그리드로부터 전기를 인출하여, 결국 그리드로부터 초과 전기가 인출되는 경우도 또한 발생할 수 있다. 즉, 광전지 발전 시스템의 발전 전력이 크게 떨어져, 그리드로부터 초과 전기가 인출되는 것으로 이어지고 벌금들을 증가시킴으로써, 광전지 에너지 스토리지 시스템을 덜 경제적으로 만드는 경우에 광전지 에너지 스토리지 시스템의 에너지 스토리지 시스템은 종종 그리드로부터 전기를 회수한다.
벌금 규칙들은 신고된 전력/전기에 기초하여 달라진다. 위에서 언급한 1㎿/3㎿h 시스템을 예로 들면, 그리드로부터 인출된 초과 전기에 대한 벌금들은 표 1에 도시된다:
표 1 초과 전기에 대한 요금 기준들
㎾당 초과 전기 전기 초과 시간들 전기 초과량에 대한 요금 기준들
월 451㎾h 내지 720㎾h 2회 내지 3회 초과 전기* ㎾h당 전기 기본 청구 가격 *150%
4회 내지 5회 초과 전기* ㎾h당 전기 기본 청구 가격 *200%
6회 이상 초과 전기* ㎾h당 전기 기본 청구 가격 *250%
월 720㎾h 초과 초과 전기* ㎾h당 전기 기본 청구 가격 *350%
이를 고려하여, 본 개시내용의 일 실시예에 따라 에너지를 제어하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 에너지 관리 시스템(EMS)에 적용된다. 이 방법은 광전지 발전 시스템의 발전 전력이 크게 떨어질 때 에너지 스토리지 시스템이 종종 그리드로부터 전기를 회수하며, 그리드로부터 초과 전기가 인출되어 벌금들이 증가되며, 시스템이 덜 경제적이 되는 종래 기술에서의 문제들을 해결하도록 구성된다.
도 5를 참조하면, 발전 및 에너지 스토리지 시스템은 EMS, 에너지 스토리지 시스템(20), 발전 시스템(10) 및 자가 소비 시스템(30)을 포함한다. EMS는 에너지 스토리지 시스템(20), 발전 시스템(10) 및 자가 소비 시스템(30)에 각각 연결된다(연결 관계들은 도 5에 도시되지 않음).
도 1을 참조하면, 에너지를 제어하기 위한 방법은 단계들(S101 내지 S103)을 포함한다.
단계(S101)에서, 에너지 스토리지 시스템이 충전 기간 내에 있는 경우, 발전 시스템은 우선 발전 시스템의 발전 전력의 미리 설정된 부분으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급하도록 구성되고, 발전 시스템이 미리 설정된 부분으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급할 때, 미리 설정된 부분에 잉여 전력이 있는지 여부가 결정된다.
발전 시스템의 잉여 전기가 그리드에 피드-인하는 데 사용되는 경우, 그리드는 전기 장비로 간주될 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 따라서 일반적으로, 전기 소비의 우선순위는 사전에 설정될 수 있다. 예를 들어, 자가 소비 시스템의 전기 소비 우선순위가 가장 높고, 에너지 스토리지 시스템이 두 번째 전기 소비 우선순위를 가지며, 그리드의 전기 소비 우선순위가 가장 낮다. 이 경우, 발전 시스템의 발전 전력에 자가 소비 시스템보다 우선순위가 부여된다. 자가 소비 시스템에 인가된 후 잉여 전력이 있다면, 잉여 전력의 일부는 에너지 스토리지 시스템에 공급되고, 잉여 전력의 다른 부분은 그리드에 피드-인하는 데 사용된다.
에너지 스토리지 시스템이 충전 기간 내에 있는 경우, 에너지 스토리지 시스템은 그리드로부터 전기를 인출할 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 따라서 에너지 스토리지 시스템이 충전 기간 내에 있는 경우, 발전 시스템이 미리 설정된 부분으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급할 때, 미리 설정된 부분에 잉여 전력이 있는지 여부의 결정 결과에 따라 에너지 스토리지 시스템의 충전 여부를 제어할 필요가 있다.
구체적으로, 우선 발전 시스템의 발전 전력의 미리 설정된 부분으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급하도록 발전 시스템을 제어하고, 발전 시스템이 미리 설정된 부분으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급할 때, 미리 설정된 부분에 잉여 전력이 있는지 여부를 결정하기 전에, 실시간으로 발전 전력을 획득하여, 제어 및 결정의 기반을 얻는 것도 또한 필요하다.
잉여 전력이 있다면, 이는 발전 전력의 미리 설정된 부분이 자가 소비 시스템의 전기 수요를 충족시킬 수 있음을 의미하고, 단계(S102)가 실행된다는 점이 주목되어야 한다. 잉여 전력이 없다면, 이는 발전 전력의 미리 설정된 부분이 자가 소비 시스템의 전기 수요를 충족시킬 수 없음을 의미하고, 단계(S103)가 실행된다.
단계(S102)에서, 에너지 스토리지 시스템은 잉여 전력을 충전용 충전 전력으로서 사용하도록 제어된다.
단계(S103)에서, 에너지 스토리지 시스템은 충전되지 않도록 제어된다.
에너지 스토리지 시스템은 충전되지 않도록 제어되는데, 즉 에너지 스토리지 시스템의 충전 전력은 0이다.
본 개시내용의 이 실시예에서, 에너지 스토리지 시스템이 충전 기간 내에 있는 경우, 발전 시스템은 우선 발전 시스템의 발전 전력의 미리 설정된 부분으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급하도록 제어되고, 발전 시스템이 미리 설정된 부분으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급할 때, 미리 설정된 부분에 잉여 전력이 있는지 여부가 결정된다. 또한, 에너지 스토리지 시스템은 미리 설정된 부분에 잉여 전력이 있는 경우에는 잉여 전력을 충전용 충전 전력으로서 사용하도록 제어되고, 에너지 스토리지 시스템은 미리 설정된 부분에 잉여 전력이 없는 경우에는 충전되지 않도록 제어된다. 따라서 에너지 스토리지 시스템이 충전될 때, 에너지 스토리지 시스템은 전체 발전 전력을 기준으로 충전되는 것이 아니라 잉여 전력을 기준으로 충전된다. 그러므로 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 발전 전력이 급격히 떨어지는 경우, 미리 설정된 부분에 추가한 발전 전력이 유보금으로서 사용될 수 있어, 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 단지 적은 양의 전기만을 인출할 수 있거나, 심지어 그리드로부터 전기를 인출하지 않을 수 있다. 따라서 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 초과 전기가 감소되고, 발전 및 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 초과 전기를 인출하는 위험이 감소하며, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 경제적 이익들이 향상된다.
도 2를 참조하면, 본 개시내용의 다른 실시예에서, 이 방법은 단계들(S201 내지 S206)을 더 포함한다.
단계(S201)에서, 에너지 스토리지 시스템이 충전 기간 내에 있는 경우, 발전 시스템은 우선 발전 시스템의 발전 전력의 미리 설정된 부분으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급하도록 제어되고, 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율과 발전 전력의 곱이 자가 소비 전력 시스템의 자가 소비 고정 전력보다 큰지 여부가 결정된다.
전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율과 발전 전력의 곱은 앞서 언급한 발전 시스템의 발전 전력의 미리 설정된 부분이라는 점이 주목되어야 한다. 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율은 사전에 설정되는데, 즉 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율은 단계(S201)에서, 우선 발전 시스템의 발전 전력의 미리 설정된 부분으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급하도록 발전 시스템을 제어하고, 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율과 발전 전력의 곱이 자가 소비 전력 시스템의 자가 소비 고정 전력보다 큰지 여부를 결정하기 전에 설정된다. 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율은 발전 전력에 대한 충전 전력과 자가 소비 고정 전력의 합의 백분율을 의미한다.
단계(S201)의 실행 프로세스 및 원리는 전술한 단계(S101)와 유사하다. 세부사항들에 대해서는 전술한 단계(S101)를 참조할 수 있으며, 이는 여기서 반복되지 않는다.
전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율과 발전 전력의 곱이 자가 소비 전력 시스템의 자가 소비 고정 전력보다 크다면, 즉 잉여 전력이 있다면, 이는 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율이 자가 소비 시스템의 전기 수요를 충족시킬 수 있음을 의미하며, 이후 단계들(S202, S203)이 실행된다. 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율과 발전 전력의 곱이 자가 소비 전력 시스템의 자가 소비 고정 전력 이하라면, 즉 잉여 전력이 없다면, 이는 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율이 자가 소비 시스템의 전기 수요를 충족시킬 수 없음을 의미하며, 단계(S204)가 실행된다.
단계(S202)에서, 에너지 스토리지 시스템은 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율과 발전 전력의 곱과 자가 소비 고정 전력 간의 차이를 충전용 충전 전력으로서 사용하도록 제어되고, 발전 시스템은 발전 전력이 떨어질 때 감소되어야 하는 충전 전력의 감소된 부분을 충족시키는 데 우선순위를 부여하여, 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 회수할 필요가 있는 전력을 미리 설정된 부분을 제외한 발전 전력의 다른 부분들로 완전히 또는 부분적으로 상쇄시키도록 제어된다.
PCS가 발전 전력의 변동들에 대응하는 데는 시간이 걸리며, 이는 발전 전력에 뒤처지게 함을 주목하도록 한다. 따라서 발전 전력이 크게 떨어지면, 충전 전력은 발전 전력의 변동들을 제시간에 추적할 수 없다. 따라서 종래 기술에서는, 발전 전력과 자가 소비 고정 전력 간의 차이보다 전력 스토리지 시스템의 실제 충전 전력이 더 큰 상황이 종종 발생한다.
본 개시내용의 실시예들에서, 발전 전력이 떨어질 때, (1-전력 충전 및 발전의 추적 백분율)*발전 전력, 즉 미리 설정된 부분을 제외한 발전 전력의 다른 부분들은 발전 전력이 떨어질 때 감소되어야 하는 충전 전력의 감소된 부분, 즉 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 인출할 필요가 있는 전력(그리드로부터 회수될 전력으로 기록됨)을 완전히 또는 부분적으로 상쇄시키도록 구성된다. 에너지 스토리지 시스템의 그리드로부터 회수될 전력이 1과 전력 충전 및 발전의 추적 백분율 간의 차와 발전 전력의 곱보다 작은 경우, 에너지 스토리지 시스템의 그리드로부터 회수될 전력이 완전히 상쇄된다. 에너지 스토리지 시스템의 그리드로부터 회수될 전력이 1과 전력 충전 및 발전의 추적 백분율 간의 차와 발전 전력의 곱보다 큰 경우, 에너지 스토리지 시스템의 그리드로부터 회수될 전력은 부분적으로 상쇄되며, 상쇄된 후 그리드로부터 인출되는 실제 전력은: 그리드로부터 회수될 전력 - (1-전력 충전 및 발전의 추적 백분율)*발전 전력이다.
따라서 발전 전력이 크게 떨어지는 경우, 미리 설정된 부분을 제외한 발전 전력의 다른 부분들은 에너지 스토리지 시스템에 대한 전력 공급을 보완하여, 에너지 스토리지 시스템의 그리드로부터 회수될 전력을 완전히 또는 부분적으로 상쇄시키도록 구성된다. 따라서 에너지 스토리지 시스템은 그리드로부터 단지 적은 양의 전기만을 인출할 수 있거나, 심지어 그리드로부터 전기를 인출할 수 없다.
단계(S203)에서, 발전 시스템은 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 회수할 필요가 있는 전력을 상쇄시킨 후 미리 설정된 부분을 제외한 발전 전력의 다른 부분들의 마진을 피드-인 전력으로서 사용하여 그리드에 전력을 공급하도록 제어된다.
마진 = 다른 부분들 - 그리드로부터 회수될 전력이고, 다른 부분들 = (1-전력 충전 및 발전의 추적 백분율)*발전 전력, 즉 마진 = (1-전력 충전 및 발전의 추적 백분율)*발전 전력 - 그리드로부터 회수될 전력이라는 점이 주목되어야 한다.
구체적으로, 발전 전력이 감소하는 경우, 에너지 스토리지 시스템의 그리드로부터 회수될 전력이 (1-전력 충전 및 발전의 추적 백분율)*발전 전력 미만이라면, 즉, 마진이 0보다 크다면, 피드-인 전력은 (1-전력 충전 및 발전의 추적 백분율)*발전 전력 - 그리드로부터 회수될 전력과 같고, 이 경우, 미리 설정된 부분을 제외한 발전 전력의 다른 부분들이 에너지 스토리지 시스템의 그리드로부터 회수될 전력을 완전히 상쇄시켜, 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 전기를 인출할 필요가 없으며 그리드에 피드-인할 마진이 있다. 에너지 스토리지 시스템의 그리드로부터 회수될 전력이 (1-전력 충전 및 발전의 추적 백분율)*발전 전력과 같다면, 즉 마진이 0이라면, 이 경우, 미리 설정된 부분을 제외한 발전 전력의 다른 부분들이 에너지 스토리지 시스템의 그리드로부터 회수될 전력을 완전히 상쇄시키고 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 전기를 인출할 필요가 없더라도, 피드-인 전력은 0이고 발전 전력 시스템은 그리드에 피드-인하지 않는다. 에너지 스토리지 시스템의 그리드로부터 회수될 전력이 (1-전력 충전 및 발전의 추적 백분율)*발전 전력보다 크다면, 즉 마진이 없고 피드-인 전력이 0이라면, 이 경우, 미리 설정된 부분을 제외한 발전 전력의 다른 부분들이 에너지 스토리지 시스템의 그리드로부터 회수될 전력을 부분적으로 상쇄시켜, 그리드로부터 회수될 전력이 감소된다. 추가로, 발전 전력이 감소하지 않는 경우, 그리드로부터 회수될 전력은 0이고, 피드-인 전력은 (1-전력 충전 및 발전의 추적 백분율)*발전 전력과 같다.
단계(S204)에서, 발전 전력이 자가 소비 고정 전력 이상인지 여부가 결정된다.
발전 전력이 자가 소비 고정 전력 이상이라면, 이는 발전 전력이 자가 소비 시스템의 요구들을 충족시킬 수 있음을 의미하는데, 즉 단계(S205)가 실행된다.
단계(S205)에서, 에너지 스토리지 시스템은 충전되지 않도록 제어되고, 자가 소비 시스템은 발전 시스템에서만 전기를 인출하도록 제어된다.
발전 전력이 자가 소비 고정 전력 미만이라면, 이는 발전 전력이 자가 소비 시스템의 요구들을 충족시킬 수 없음을 의미하는데, 즉 단계(S206)가 실행된다.
단계(S206)에서, 에너지 스토리지 시스템은 충전되지 않도록 제어되고, 자가 소비 시스템은 발전 전력으로 발전 시스템으로부터 전기를 인출하도록, 그리고 추가로, 자가 소비 고정 전력과 발전 전력 간의 차이인 전력으로 그리드로부터 전기를 인출하도록 제어된다.
본 개시내용의 상기 실시예들에서, 각각의 자가 소비 시스템은 자가 소비 고정 전력으로 동작한다는 점이 주목되어야 한다. 또한, 발전 전력이 자가 소비 시스템의 요구들을 충족시킬 수 있는 경우, 즉 발전 전력이 자가 소비 고정 전력 이상인 경우, 자가 소비 시스템은 발전 시스템에서만 전기를 인출하도록 제어된다. 발전 전력이 자가 소비 시스템의 요구들을 충족시킬 수 없는 경우, 즉 발전 전력이 자가 소비 고정 전력 미만인 경우, 자가 소비 시스템은 발전 시스템 및 그리드로부터 전기를 인출하여 자가 소비 시스템의 요구들이 항상 충족됨을 보장하도록 제어된다.
단계(S205) 및 단계(S206)에서 충전되지 않도록 에너지 스토리지 시스템을 제어하는 것은 또한 단계(S204) 이전에 또는 단계(S204)와 동시에 실행될 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 실행 순서는 여기서 구체적으로 제한되지 않으며, 이는 실제 상황에 좌우되고 모두 본 개시내용의 보호 범위 내에 속한다.
발전 전력의 일부를 발전 전력이 크게 떨어질 때 그리드로부터 회수될 전력에 대한 유보금으로서 확보하여, 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 적은 양의 전력을 인출할 수 있게 하거나, 심지어 그리드로부터 전기를 인출할 수 없게 하기 위해, 본 개시내용의 실시예들에 따라 발전 시스템의 발전 전력은 미리 설정된 부분과 다른 부분으로 구분된다. 발전 전력의 미리 설정된 부분이 자가 소비 시스템의 전기 수요를 충족시킬 수 있는 경우, 발전 시스템은 우선 발전 전력의 미리 설정된 부분으로 자가 소비 시스템에 전력을 공급하고, 에너지 스토리지 시스템은 자가 소비 시스템에 공급되는 전력을 제외한 미리 설정된 부분의 잉여 전력을 충전용 충전 전력으로서 사용한다. 이 경우, 발전 전력이 크게 떨어진다면, 발전 전력의 미리 설정된 부분 이외의 다른 부분들이 에너지 스토리지 시스템의 그리드로부터 회수될 전력에 대한 유보금으로서 사용될 수 있다. 발전 전력의 미리 설정된 부분이 자가 소비 시스템의 전기 수요를 충족할 수 없는 경우, 에너지 시스템은 충전되지 않으며, 발전 전력의 미리 설정된 부분뿐만 아니라 발전 전력의 미리 설정된 부분 이외의 다른 부분들도 자가 소비 시스템을 위한 전력을 공급한다. 모든 발전 전력이 자가 소비 시스템에 충분하지 않을 경우에만, 자가 소비 시스템이 그리드로부터 전기를 인출한다. 따라서 자가 소비 시스템의 우선순위가 가장 높은 것으로 보장되는데, 즉 발전 전력에 자가 소비 시스템을 위한 전력을 공급할 우선순위가 주어진다.
본 개시내용의 실시예들에 따라 에너지 스토리지 시스템의 전력 소비량, 자가 소비 시스템의 전기 소비량, 및 서로 다른 상황들에서의 피드-인 전력의 값들이 제공된다. 즉, 자가 소비 시스템에 우선 전력이 공급되고, 발전 전력의 미리 설정된 부분 이외의 다른 부분들을 유보금으로서 사용하도록 에너지 스토리지 시스템으로의 전력 공급을 위한 마진이 있을 때 그리드에도 또한 전력이 공급되어, 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 적은 양의 전기를 인출하거나, 그리드로부터 전기를 인출하지 않음으로써, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 초과 전기를 감소시키고, 발전 및 스토리지 시스템에 의해 그리드로부터 초과 전기가 인출된 위험을 감소시키며, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 경제적 이익들을 향상시킨다.
도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 단계(S101)에서의 또는 도 2에 도시된 단계(S201)에서의 제어 및 결정 전에, 이 방법은 단계(S301)를 더 포함한다.
단계(S301)에서, 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율이 결정된다.
전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율의 값이 상이하여, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 상이한 수익성을 야기한다는 점이 주목되어야 한다. 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 수익성을 최대화하기 위해, 전력 충전 및 발전의 최적 추적 백분율이 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율로서 사용될 필요가 있다. 명백하게, 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율은 또한 최적이 아닌 다른 값들일 수 있으며, 이는 실제 요건들에 좌우되며 모두 본 개시내용의 보호 범위 내에 속한다.
단계(S301)는 에너지 스토리지 시스템의 충전 기간 동안 실행될 필요는 없다는 점이 주목되어야 한다. 구체적으로, 단계(S301)는 미리 실행될 수 있다. 예를 들어, 시스템이 초기화될 때 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율이 설정될 수 있다. 추가로, 단계(S301)는 한 번만 실행되거나 여러 번 실행될 수 있다. 구체적인 실행 순서 및 실행들의 횟수는 본 명세서에서 구체적으로 제한되지 않으며, 이는 실제 요건들에 좌우되고 모두 본 개시내용의 보호 범위 내에 속한다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 전력 충전 및 발전의 최적 추적 백분율이 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율로서 사용되는 경우, 단계(S301)의 구체적인 프로세스는 다음과 같다:
(1) 피드-인 전기량, 그리드로부터 인출된 전기량 및 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 충전 전기량이 결정된다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 피드-인 전기량은 다음 계산식에 의해 결정되고:
Figure pat00010
;
충전 전기량은 다음 계산식에 의해 결정되며:
Figure pat00011
; 그리고
그리드로부터 인출된 전기량은 다음 계산식에 의해 결정되고:
Figure pat00012
여기서 Q 1 은 피드-인 전기량을 나타내고, Q 2 는 충전 전기량을 나타내고, Q 3 은 그리드로부터 인출된 전기량을 나타내고, P 3 은 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 충전 전력을 나타내고, P 4 는 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 발전 시스템의 피드-인 전력을 나타내고, P 5 는 자가 소비 시스템에 의해 그리드로부터 인출된 전력을 나타내고, P 6 은 에너지 스토리지 시스템에 의해 그리드로부터 회수된 전력을 나타내고, k 1 은 에너지 스토리지 시스템의 충전 효율을 나타내고, t 1 은 발전 시스템의 발전 전력의 이력 데이터의 시간 세분도를 나타내고, l은 발전 시스템의 발전 전력의 이력 데이터의 수를 나타내고, t는 PCS의 응답 시간을 나타낸다.
(2) 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 피드-인 수익은 피드-인 전기량과 충전 전기량에 기초하여 결정되고, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 인출 전기 요금은 그리드로부터 인출된 전기량을 기초로 결정된다.
그리드로부터 인출된 전기량과 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 신고된 전기량 간의 관계가 상이한 경우, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 인출 전기 요금을 결정하는 데 사용되는 계산식이 상이한데, 즉 특정 계산 프로세스가 상이하다는 점이 주목되어야 한다.
구체적으로, 그리드로부터 인출된 전기량이 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 신고된 전기량 이하인 경우, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 인출 전기 요금은 다음 계산식에 의해 결정되고:
Figure pat00013
; 그리고
그리드로부터 인출된 전기량이 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 신고된 전기량보다 많은 경우, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 인출 전기 요금은 다음 계산식에 의해 결정되며:
Figure pat00014
; 그리고
Figure pat00015
따라서 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 피드-인 수익은 다음 계산식에 의해 결정되며:
Figure pat00016
여기서 I 2 는 인출 전기 요금을 나타내고, m 2 는 그리드의 전기 가격의 이력 데이터를 나타내고, l 1 은 발전 및 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 인출하며, 신고된 전기량과 같은 전기량의 이력 데이터의 수를 나타내고, l은 발전 시스템의 발전 전력의 이력 데이터의 수를 나타내고, b는 초과 전기량의 가격의 벌점 계수를 나타내고, Q 0 은 신고된 전기량을 나타내고, I 1 은 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 피드-인 수익을 나타내고, P 4 는 발전 시스템의 피드-인 전력을 나타내고, P 3 은 발전 시스템에서 에너지 스토리지 시스템으로의 충전 전력을 나타내고, m 1 은 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 발전 차액지원제도의 이력 데이터를 나타내고, m 3 은 발전에 사용된 전기 단위당 발전 보조금의 이력 데이터를 나타내고, m 4 는 에너지 스토리지에 사용된 전기 단위당 발전 보조금의 이력 데이터를 나타내고, k 1 은 에너지 스토리지 시스템의 충전 효율을 나타내고, k 2 는 에너지 스토리지 시스템의 방전 효율을 나타낸다.
발전 및 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 인출하는 전기량의 이력 데이터의 수와 발전 전력의 이력 데이터의 수는 동일하거나 서로 다를 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 본 개시내용의 선택적인 실시예에서, 발전 및 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 인출하는 전기량의 이력 데이터의 수는 발전 전력의 이력 데이터의 수와 동일하다.
상기 계산 프로세스에서 사용된 전기 가격 및 보조금에 대한 데이터는 실시간으로 수집된 데이터 정보를 기반으로 하며, 전기 가격 보조금에 대한 데이터는 대응하는 규칙들에 따라 관련 시스템에 의해 결정된 특정 값들이며, 이 값들은 일반적으로 일관성이 없으며 본 명세서에서는 제한되지 않는다는 점이 주목되어야 한다.
(3) 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 순수익으로서 결정된 피드-인 수익과 인출 전기 요금 간의 차이, 즉 순수익 I 3 =I 1 - I 2 이다.
(4) 전력 충전 및 발전의 추적 백분율 및 에너지 스토리지 시스템의 전력 제어 시스템(PCS)의 응답 시간을 독립 변수들로서 그리고 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 순수익을 종속 변수로서 사용하는 수익 모델이 설정된다. 구체적으로, 수익 모델은 다음과 같다:
Figure pat00017
(5) 수익 모델의 최적 솔루션이 계산되고, 수익 모델의 최적 솔루션에 대응하는 전력 충전 및 발전의 추적 백분율이 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율로서 결정된다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 수익 모델
Figure pat00018
의 최적 솔루션은 엑셀 시뮬레이션 분석 도구-시뮬레이션 연산표를 사용함으로써 결정될 수 있으며, 최적 솔루션에 대응하는 u의 값은 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율로서 결정된다.
구체적으로, 앞서 언급한 I 1 , I 2 및 I 3 의 계산식들에 따라, 엑셀 시뮬레이션 분석 도구-시뮬레이션 연산표를 사용함으로써 수익 모델
Figure pat00019
의 최적 솔루션이 얻어진다. 보다 상세하게는, 전력 충전 및 발전의 추적 백분율(u)과 PCS의 응답 시간(t)의 값 범위 및 정확도 요건들에 따라 두 독립 변수들의 값들이 워크시트의 대응 행들 및 열들로 불러진다. 순수익(I 3 )이 위치되는 워크시트의 셀이 수익 모델의 종속 변수로서 선택된다. 전력 충전 및 발전의 추적 백분율(u) 및 PCS의 응답 시간(t)이 위치되는 워크시트의 셀들이 수익 모델의 독립 변수들로서 선택된다. max 함수를 사용함으로써 순수익 최대치를 결정하기 위해 워크시트의 순수익(I 3 )의 모든 출력 값들이 선택되고, 순수익 최대치는 순수익 최대치의 행과 열의 위치를 찾기 위한 조건부 형식의 조건으로서 취해지며, 상기 대응 행과 열의 값들은 전력 충전 및 발전의 추적 백분율과 PCS의 응답 시간이다. 특정 PCS 모델의 경우, 응답 시간이 결정되며, 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율로서 전력 충전 및 발전의 최적 추적 백분율 값을 결정하는 것만이 요구된다. 예를 들어, 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율은 95% 또는 다른 값들일 수 있으며, 이들은 본 명세서에서 구체적으로 제한되지 않고 모두 본 개시내용의 보호 범위 내에 속한다.
상기 단계들은 단지 일례일 뿐이며, 전력 충전 및 발전의 최적 추적 백분율을 결정할 수 있는 다른 특정 프로세스들은 여기서 반복되지 않을 것이며, 이들은 모두 본 개시내용의 보호 범위 내에 속한다는 점이 주목되어야 한다. 전력 충전 및 발전의 최적 추적 백분율이 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율로서 사용되지 않는 경우, 대응하는 결정 프로세스는 여기서 반복되지 않을 것이며, 이들은 모두 본 개시내용의 보호 범위 내에 속한다.
(도 1에 기초하여 도시된) 도 4를 참조하면, 본 개시내용의 일 실시예에서, 전술한 실시예들 중 임의의 실시예에 따르면, 이 방법은 단계(S401)를 더 포함한다.
단계(S401)에서는, 발전 및 에너지 스토리지 시스템이 최적의 방전 수익을 달성하도록, 사전에 설정된 에너지 스토리지 모듈의 방전 수익 모델의 최적 솔루션에 따라 에너지 스토리지 시스템의 방전 기간 및 방전 기간에 대응하는 방전 전력이 결정된다.
에너지 스토리지 시스템이 방전 기간 내에 있는 경우, 방전 전력은 주로 PCS와 그리드 측 변압기를 통해 그리드로 흐른다는 점이 주목되어야 한다. 선로 손실을 무시하는 것을 전제로, 방전 중 에너지 스토리지 시스템의 시스템 효율은 배터리 방전 효율과 PCS 효율 및 그리드 측 변압기의 효율의 곱과 같으며, 시스템 효율이 가장 높을 때 PCS가 그리드에 최대 전력을 출력한다. 에너지 스토리지 시스템의 효율과 PCS 방전 전력 간의 관계표가 엑셀에서 배터리 방전 효율 곡선, PCS 효율 곡선 및 그리드 측 변압기의 효율 곡선을 통해 설정된다. 에너지 스토리지 모듈의 방전 수익 모델은 에너지 스토리지 시스템의 효율과 PCS 방전 전력 간의 관계표를 실시간 전기 가격과 결합함으로써 설정된다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 에너지 스토리지 모듈의 방전 수익 모델은 다음 계산식에 의해 사전에 설정되며:
Figure pat00020
, 그리고
Figure pat00021
여기서 I 4 는 방전 수익을 나타내고, l 2 는 그리드의 전기 가격에 대한 데이터의 수를 나타내고, t 2 는 그리드의 전기 가격에 대한 데이터의 시간 세분도를 나타내며 발전 전력의 이력 데이터의 시간 세분도보다 크고, P 7 은 에너지 스토리지 시스템의 실제 방전 전력을 나타내고, P 8 은 에너지 스토리지 시스템의 정격 방전 전력을 나타내고, r은 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 시스템 효율을 나타내고, m 5 는 발전 차액지원제도에 대한 실시간 데이터를 나타내고, m 6 은 에너지 스토리지에 사용된 전기 단위당 발전 보조금에 대한 실시간 데이터를 나타내고, Q 2 는 마지막 충전 기간 내의 에너지 스토리지 시스템의 충전 전기량을 나타낸다.
구체적으로, 에너지 스토리지 시스템의 방전 기간 및 대응하는 방전 전력은 방전 수익 모델의 최적 솔루션을 계산함으로써 동적으로 조정된다. m 5 +m 6 은 시간에 관련되므로, 이는 단일 변수(X)로 간주될 수 있다. r은 P 7 에 관련되므로, 이는 단일 변수(Y)로 간주될 수 있다. 추가로, t 2 는 고정 값이다. 따라서 앞서 언급한 방전 수익 모델은 I 4 =f 1 (X,Y)로 단순화될 수 있으며, 방전 수익 모델의 최적 솔루션은 엑셀 시뮬레이션 분석 도구-시뮬레이션 연산표를 사용함으로써 결정될 수 있다. 예를 들어, 시간 및 전력의 값 범위 및 정확도 요건들에 따라 두 독립 변수들의 값들이 워크시트의 대응 행들 및 열들로 불러지며, 여기서 m 5 +m 6 이 하나의 셀로 병합된 다음, 대응하는 타깃 행으로 불러져 타깃 행의 이전 행의 에너지 스토리지 시스템의 대응하는 방전 기간과 일치할 수 있다. P 7 *r은 전체로 간주되고 대응하는 타깃 열로 불러져 타깃 열의 왼쪽 열의 대응하는 PCS 방전 전력과 일치할 수 있다. 단일 기간에 에너지 스토리지 모듈의 방전 수익 모델을 계산하기 위한 앞서 언급한 식
Figure pat00022
가 방전 수익 모델의 종속 변수가 위치된 셀에 입력된다. max 함수를 사용함으로써 각각의 행의 최대 값이 필터링된다. 첫 번째 l 2 데이터에서 최대 값의 포지션은 조건부 형식을 사용함으로써 위치가 정해지고, 첫 번째 l 2 데이터에서의 최대 값이 위치되는 셀의 행은 방전 기간에 대응하며, 첫 번째 l 2 데이터에서의 최대 값이 위치되는 셀의 열은 방전 기간에 대응하는 방전 전력에 대응한다.
앞서 언급한 수익 모델과 충전 수익 모델의 최적 솔루션은 엑셀 데이터 분석 소프트웨어, 즉 엑셀 시뮬레이션 분석 도구-시뮬레이션 연산표를 사용함으로써 얻어지거나, 매트랩 프로그래밍 소프트웨어를 사용함으로써 얻어질 수 있으며, 그 특정 프로세스들은 여기서 반복되지 않을 것이고 모두 본 개시내용의 보호 범위에 속한다는 점이 주목되어야 한다. 추가로, 엑셀 데이터 분석 소프트웨어는 시스템 수익 계산 문제, 특히 이변량(bivariate) 함수의 최적 값을 구하는 문제를 해결하는 데 더 적합하다. 따라서 본 개시내용의 일 실시예에서는 엑셀 데이터 분석 소프트웨어가 선호된다.
본 개시내용의 앞서 언급한 실시예에서, 에너지 스토리지 시스템의 방전 기간 및 대응하는 방전 전력은 발전 및 스토리지 시스템이 최적의 방전 수익을 달성하도록, 사전에 설정된 방전 수익 모델의 최적 솔루션을 계산함으로써 동적으로 조정된다. 따라서 에너지 스토리지 시스템의 방전 전략이 최적화되고, 에너지 스토리지 시스템의 방전 수익이 최대화되며, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 경제성이 향상된다.
종래 기술에서는, 온도와 전력을 검출하고, 과열(over-temperature) 전력이 정격감소(derating)를 수반할 때 더 높은 충전 및 방전 전력을 유지하도록 정격감소를 결정함으로써 전력 효율 곡선이 결정된다는 점이 주목되어야 한다. 그러나 종래 기술의 솔루션에서는 동적 계산 기능이 부족하고 전기 요금이 시스템 경제에 대한 전기 가격의 영향이 무시된다. 본 개시내용의 실시예들에서, 에너지 스토리지 모듈의 방전 수익 모델은 에너지 스토리지 시스템의 효율과 PCS 방전 전력 간의 관계표를 실시간 전기 가격과 결합함으로써 설정되고, PCS의 방전 기간 및 방전 전력은 방전 수익 모델의 최적 솔루션을 사용함으로써 동적으로 조정되어, 에너지 스토리지 시스템이 최상의 효율 지점에서 방전되고, 충전 및 방전 전력의 정확도가 높으며, 이는 시스템 수익을 향상시킨다.
도 5를 참조하면, 본 개시내용의 일 실시예에서 발전 및 에너지 스토리지를 위한 시스템이 제공되며, 이 시스템은: 발전 시스템(10), 에너지 스토리지 시스템(20), 자가 소비 시스템(30), 그리드 계량기(40) 및 에너지 관리 시스템(EMS)을 포함한다. 발전 시스템(10)은 발전 모듈(101), 발전 변환기 모듈(102) 및 발전 계량기(103)를 포함한다. 에너지 시스템(20)은 에너지 스토리지 모듈(201), 에너지 스토리지 융합 캐비닛(202), 전력 변환 시스템(PCS) 및 에너지 스토리지 계량기(203)를 포함한다. 자가 소비 시스템은 화재 제어 유닛(302), 조명 유닛(303) 및 공기 조화 유닛(301)을 포함한다.
발전 모듈(101)은 순차적으로 발전 변환기 모듈(102) 및 발전 계량기(103)를 통해 그리드 계량기(40)의 제1 단부에 연결된다. 즉, 발전 모듈(101)의 출력단은 발전 변환기 모듈(102)의 제1 단부에 연결되고, 발전 변환기 모듈(102)의 제2 단부는 발전 계량기(103)의 제1 단부에 연결되며, 발전 계량기(103)의 제2 단부는 그리드 계량기(40)의 제1 단부에 연결된다.
에너지 스토리지 모듈(201)은 에너지 스토리지 융합 캐비닛(202), PCS 및 에너지 스토리지 계량기(203)를 통해 그리드 계량기(40)의 제1 단부에 연결된다. 즉, 에너지 스토리지 모듈(201)의 제1 단부는 에너지 스토리지 융합 캐비닛(202)의 제1 단부에 연결되고, 에너지 스토리지 융합 캐비닛(202)의 제2 단부는 PCS의 제1 단부에 연결되고, PCS의 제2 단부는 에너지 스토리지 계량기(203)의 제1 단부에 연결되며, 에너지 스토리지 계량기(203)의 제2 단부는 그리드 계량기(40)의 제1 단부에 연결된다.
자가 소비 시스템(30)은 그리드 계량기(40)의 제1 단부에 연결된다. 그리드 계량기(40)의 제2 단부는 그리드 연결 지점에 연결되고, 그리드 연결 지점은 그리드 측 변압기를 통해 그리드에 추가로 연결된다.
EMS는 발전 변환기 모듈(102), 발전 계량기(103), PCS, 에너지 스토리지 계량기(203) 및 자가 소비 시스템(30)과 각각 통신 가능하게 연결된다. 구조를 명확하게 하기 위해, EMS와 발전 변환기 모듈(102), 발전 계량기(103), PCS, 에너지 스토리지 계량기(203) 및 자가 소비 시스템(30) 간의 통신 연결선들은 도 5에 도시되지 않는다. EMS의 상세한 통신 연결 관계는 도 6에서 확인될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 개시내용의 일 실시예에서, 시스템은 제1 프로토콜 변환기(50) 및 제2 프로토콜 변환기(60)를 더 포함한다.
구체적으로, 자가 소비 시스템(30)에서는, 화재 제어 유닛(302)의 전원 단자, 조명 유닛(303)의 전원 단자 및 공기 조화 유닛(301)의 전원 단자가 모두 전력 계량기(40)의 제1 단부에 연결된다. 에너지 스토리지 시스템(20)에서, 다수의 배터리 팩들의 제1 단부들 간의 연결 지점이 에너지 스토리지 모듈(201)의 제1 단부로서 사용되며, 이는 에너지 스토리지 융합 캐비닛(202), PCS 및 에너지 스토리지 계량기(203)를 통해 그리드 계량기의 제1 단부에 연결된다.
EMS는 모드버스-I/O 프로토콜 변환기와 같은 제1 프로토콜 변환기(50)를 통해 화재 제어 유닛(302)과 통신 가능하게 연결된다. EMS는 모드버스-RS485 프로토콜 변환기와 같은 제2 프로토콜 변환기(60)를 통해 공기 조화 유닛(301), 그리드 계량기(40), 발전 계량기(103) 및 에너지 스토리지 계량기(203)와 통신 가능하게 연결된다. EMS는 모드버스 TCP/IP 프로토콜과 같은 미리 설정된 프로토콜을 통해 PCS, 발전 변환기 모듈(102) 및 에너지 스토리지 시스템의 배터리 관리 시스템(BMS)과 추가로 통신 가능하게 연결된다. BMS는 CAN BUS를 통해 각각의 배터리 팩에 설치된 다수의 모놀리식 모니터링 유닛(CMU: Monolithic Monitoring Unit)들과 통신 가능하게 연결된다. BMS와 CMU들 간의 통신이 실현될 수 있는 한, CAN 2.0B 통신 프로토콜 또는 다른 통신 프로토콜들이 사용될 수 있으며, 이는 여기서 반복되지 않고 모두 본 개시내용의 보호 범위 내에 속한다.
본 개시내용의 앞서 언급한 실시예에서는, 발전 및 에너지 스토리지 시스템에서, EMS가 PCS, 발전 인버터 모듈, 공기 조화 장치 및 화재 제어 유닛 등에 직접 연결되며, 이는 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 통신 속도와 정확도를 향상시키고, PCS가 EMS 명령들에 응답하는 데 사용하는 시간을 줄임으로써, 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 안전 성능을 향상시킬 수 있다.
제1 프로토콜 변환기(50) 및 제2 프로토콜 변환기(60)의 특정 타입들은 제1 프로토콜 변환기(50) 및 제2 프로토콜 변환기(60)에 연결된 디바이스들의 타입들과 관련되는데, 이들은 본 명세서에서 제한되지 않으며 실제 요건들에 좌우되고, 모두 본 개시내용의 보호 범위 내에 속한다는 점이 주목되어야 한다. 앞서 언급한 미리 설정된 프로토콜은 또한, EMS와 대응 디바이스 간의 통신이 실현될 수 있는 한 다른 프로토콜들일 수 있으며, 이는 본 명세서에서 반복되지 않을 것이고 모두 본 개시내용의 보호 범위 내에 속한다.
본 개시내용의 설명과 청구항들 및 도면들에서 "제1", "제2" 등의 용어들은 유사한 객체들과 상이한 객체들을 구별하는 데 사용되며, 반드시 특정 순서 또는 시퀀스를 설명하는 데 사용되는 것은 아니다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 발전 모듈(101)은 광전지 발전 모듈, 풍력 발전 모듈 및 디젤 발전 모듈 중 적어도 하나를 포함한다. 즉, 발전 시스템(10)은 광전지 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 디젤 발전 시스템, 풍력과 광전지의 보완 발전 시스템, 풍력과 디젤의 보완 발전 시스템, 광전지와 디젤의 보완 발전 시스템, 및 풍력과 광전지와 디젤의 보완 발전 시스템 등일 수 있다.
구체적으로, 발전 모듈(101)이 광전지 발전 모듈을 포함하는 경우, 발전 변환기 모듈(102)은 광전지 발전 모듈에 연결된 광전지 인버터를 포함한다. 즉, 광전지 인버터의 DC 측은 광전지 발전 모듈의 출력 단자에 연결되고, 광전지 인버터의 AC 측은 광전지 계량기와 같은 발전 계량기(103)에 연결된다.
발전 모듈(101)이 풍력 발전 모듈을 포함하는 경우, 발전 변환기 모듈(102)은 풍력 발전 모듈에 연결된 풍력 인버터를 포함한다. 즉, 풍력 인버터의 제1 측은 풍력 발전 모듈의 출력 단자에 연결되고, 풍력 인버터의 제2 측은 풍력계와 같은 발전 계량기(103)에 연결된다.
발전 모듈(101)이 디젤 발전 모듈을 포함하는 경우, 발전 변환기 모듈(102)은 디젤 발전 모듈에 연결된 디젤 인버터를 포함한다. 즉, 디젤 인버터의 제1 측은 디젤 발전 모듈의 출력 단자에 연결되고, 디젤 인버터의 제2 측은 디젤 계량기와 같은 발전 계량기(103)에 연결된다.
발전 모듈(101)이 광전지 발전 모듈, 풍력 발전 모듈 및 디젤 발전 모듈 중 적어도 2개를 포함하는 경우, 발전 계량기(103)의 수는 1개보다 많을 수 있으므로, 서로 다른 모듈들의 발전 전력이 얻어질 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 예를 들어, 발전 모듈(101)이 광전지 발전 모듈, 풍력 발전 모듈 및 디젤 발전 모듈을 포함하는 경우, 발전 계량기(103)의 수는 광전지 계량기, 풍력계 및 디젤 계량기와 같이 3개일 수 있고, 여기서는 광전지 계량기가 광전지 발전 모듈의 발전 전력을 검출하고, 풍력계가 풍력 발전 모듈의 발전 전력을 검출하고, 디젤 계량기가 디젤 발전 모듈의 발전 전력을 검출한다. 발전 계량기의 수와 타입들은 본 명세서에서 제한되지 않으며, 이는 실제 요건들에 좌우되고 모두 본 개시내용의 보호 범위 내에 속한다.
EMS는 상기 실시예들 중 어느 하나에 따라 에너지를 제어하기 위한 방법을 구현하도록 구성되며, 방법의 동작 프로세스들 및 원리들은 상기 실시예들이 참조되고, 이는 여기서 반복되지 않는다.
본 개시내용의 각각의 실시예에서 설명된 특징들은 서로 대체 또는 조합될 수 있으며, 실시예들 간에 유사한 부분들이 참조될 수 있고, 각각의 실시예는 주로 다른 실시예들과는 다른 양상에 초점을 맞춘다. 시스템들 또는 실시예에 개시된 시스템들은 실시예에 개시된 방법에 대응하고, 비교적 간단하게 설명된다. 시스템의 상세한 설명에 대해서는, 방법의 관련 설명이 참조될 수 있다. 시스템들 또는 설명된 실시예에 개시된 시스템들은 단지 개략적이며, 여기서 개별 컴포넌트들로서 설명된 유닛들은 물리적으로 분리될 수도 또는 분리되지 않을 수도 있고, 유닛들로서 디스플레이된 컴포넌트들은 물리적 유닛일 수도 또는 아닐 수도 있는데, 즉 이들은 한곳에 위치될 수 있거나 다수의 네트워크 유닛들에 걸쳐 분산될 수 있다. 일부 또는 모든 모듈들은 실시예의 목적을 실현하기 위해 실제 요건들에 따라 선택될 수 있다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 어떠한 창의적인 작업 없이도 이해하고 구현할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들과 함께 설명된 각각의 방법의 유닛들 및 단계들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 실현될 수 있다고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 인식될 수 있다. 하드웨어와 소프트웨어의 호환성을 명확하게 예시하기 위해, 각각의 실시예의 단계들 및 구성은 상기 명세서의 기능들을 고려하여 일반적으로 설명되었다. 기능이 하드웨어 방식으로 실행되는지 또는 소프트웨어 방식으로 실행되는지는 기술적 솔루션의 적용 및 설계 제약 조건에 좌우된다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 설명된 기능을 실현하기 위해 각각의 애플리케이션에 대해 상이한 방법을 사용할 수 있으며, 이는 본 출원의 범위를 벗어나는 것으로 간주되지 않는다.
개시된 실시예들의 상기 예시는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들이 본 개시내용을 구현 또는 실시할 수 있게 한다. 이러한 실시예들에 대한 많은 변경들이 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백하며, 본 명세서에 정의된 일반 원리들은 본 개시내용의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예들에서 구현될 수 있다. 그러므로 본 개시내용은 본 명세서에 개시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 본 명세서에 개시된 원리들 및 신규한 특징들에 부합하는 가장 넓은 범위에 따르는 것이다.

Claims (17)

  1. 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 에너지 관리 시스템(EMS: energy management system)에 적용되는, 에너지를 제어하기 위한 방법으로서,
    상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템은 모두 상기 EMS에 연결되는 에너지 스토리지 시스템, 발전 시스템 및 자가 소비 시스템을 더 포함하고,
    상기 방법은:
    상기 에너지 스토리지 시스템이 충전 기간 내에 있는 경우, 우선 상기 발전 시스템의 발전 전력의 미리 설정된 전력으로 상기 자가 소비 시스템에 전력을 공급하도록 상기 발전 시스템을 제어하는 단계;
    상기 발전 시스템이 상기 미리 설정된 전력으로 상기 자가 소비 시스템에 전력을 공급하는 경우, 상기 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 있는지 여부를 결정하는 단계;
    상기 발전 시스템이 상기 미리 설정된 전력으로 상기 자가 소비 시스템에 전력을 공급할 때, 상기 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 있는 경우, 충전용 충전 전력으로서 상기 잉여 전력을 사용하도록 상기 에너지 스토리지 시스템을 제어하는 단계; 및
    상기 발전 시스템이 상기 미리 설정된 전력으로 상기 자가 소비 시스템에 전력을 공급할 때, 상기 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 없는 경우, 충전되지 않도록 상기 에너지 스토리지 시스템을 제어하는 단계를 포함하는,
    에너지를 제어하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전 시스템이 상기 미리 설정된 전력으로 상기 자가 소비 시스템에 전력을 공급하는 경우, 상기 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 있는지 여부를 결정하는 단계는:
    전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율과 상기 발전 전력의 곱이 상기 자가 소비 시스템의 자가 소비 고정 전력보다 큰지 여부를 결정하는 단계;
    상기 곱이 자가 소비 고정 전력보다 큰 경우, 상기 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 있다고 결정하는 단계; 및
    상기 곱이 상기 자가 소비 고정 전력 이하인 경우, 상기 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 없다고 결정하는 단계를 포함하는,
    에너지를 제어하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 없는 경우, 상기 방법은:
    상기 발전 전력이 상기 자가 소비 시스템의 자가 소비 고정 전력 이상인지 여부를 결정하는 단계;
    상기 발전 전력이 상기 자가 소비 고정 전력 이상인 경우, 상기 발전 시스템에서만 전기를 인출(draw)하도록 상기 자가 소비 시스템을 제어하는 단계; 및
    상기 발전 전력이 상기 자가 소비 고정 전력 미만인 경우, 상기 발전 전력으로 상기 발전 시스템으로부터 전기를 인출하도록, 그리고 추가로, 상기 자가 소비 고정 전력과 상기 발전 전력 간의 차이인 전력으로 그리드(grid)로부터 전기를 인출하도록 상기 자가 소비 시스템을 제어하는 단계를 더 포함하는,
    에너지를 제어하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 설정된 전력에 잉여 전력이 있는 경우, 상기 방법은:
    상기 에너지 스토리지 시스템이 그리드로부터 전기를 회수(draw back)하는데 필요한 전력을 상기 발전 시스템의 미리 설정된 전력에 추가한 발전 전력으로 우선 완전히 또는 부분적으로 상쇄(offset)시키도록 상기 발전 시스템을 제어하는 단계를 더 포함하며;
    상기 미리 설정된 전력에 추가한 발전 전력은 P*(1-u)를 나타내고, P는 상기 발전 전력을 나타내며, u는 상기 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율을 나타내는,
    에너지를 제어하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 방법은:
    상기 에너지 스토리지 시스템이 상기 그리드로부터 전기를 인출하는 데 필요한 전력을 상쇄시킨 후, 상기 미리 설정된 전력에 추가한 상기 발전 전력의 마진을 피드-인(feed-in) 전력으로서 사용하여 상기 그리드에 전력을 공급하도록 상기 발전 시스템을 제어하는 단계를 더 포함하는,
    에너지를 제어하기 위한 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    우선 상기 발전 시스템의 발전 전력의 미리 설정된 전력으로 상기 자가 소비 시스템에 전력을 공급하도록 상기 발전 시스템을 제어하는 단계 전에, 상기 방법은:
    상기 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율을 결정하는 단계를 더 포함하는,
    에너지를 제어하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율을 결정하는 단계는:
    전력 충전 및 발전의 추적 백분율 및 상기 에너지 스토리지 시스템의 전력 제어 시스템(PCS: power control system)의 응답 시간을 독립 변수들로서 그리고 상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 순수익을 종속 변수로서 사용하는 수익 모델을 설정하는 단계; 및
    상기 수익 모델의 최적 솔루션에 대응하는 전력 충전 및 발전의 추적 백분율을 상기 전력 충전 및 발전의 미리 설정된 추적 백분율로서 결정하는 단계를 포함하는,
    에너지를 제어하기 위한 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 수익 모델을 설정하는 단계 전에, 상기 방법은:
    상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 피드-인 전기량, 상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 그리드로부터 인출된 전기량, 그리고 상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 에너지 스토리지 시스템의 충전 전기량을 결정하는 단계;
    상기 피드-인 전기량 및 상기 충전 전기량에 기초하여 상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 피드-인 수익을 결정하는 단계;
    상기 그리드로부터 인출된 전기량에 기초하여 상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 인출 전기 요금을 결정하는 단계; 및
    상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 순수익으로서 상기 피드-인 수익과 상기 인출 전기 요금 간의 차이를 계산하는 단계를 더 포함하는,
    에너지를 제어하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 피드-인 전기량은 다음 계산식에 의해 결정되고:
    Figure pat00023
    ;
    상기 충전 전기량은 다음 계산식에 의해 결정되며:
    Figure pat00024
    ; 그리고
    상기 그리드로부터 인출된 전기량은 다음 계산식에 의해 결정되고:
    Figure pat00025

    Q 1 은 상기 피드-인 전기량을 나타내고, Q 2 는 상기 충전 전기량을 나타내고, Q 3 은 상기 그리드로부터 인출된 전기량을 나타내고, P 3 은 상기 에너지 스토리지 시스템의 충전 전력을 나타내고, P 4 는 상기 발전 시스템의 피드-인 전력을 나타내고, P 5 는 상기 자가 소비 시스템에 의해 상기 그리드로부터 인출된 전력을 나타내고, P 6 은 상기 에너지 스토리지 시스템에 의해 상기 그리드로부터 회수된 전력을 나타내고, k 1 은 상기 에너지 스토리지 시스템의 충전 효율을 나타내고, t 1 은 상기 발전 시스템의 발전 전력의 이력 데이터의 시간 세분도(granularity)를 나타내고, l은 상기 발전 시스템의 발전 전력의 이력 데이터의 수를 나타내고, t는 상기 PCS의 응답 시간을 나타내는,
    에너지를 제어하기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 그리드로부터 인출된 전기량이 상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 신고된 전기량 이하인 경우, 상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 인출 전기 요금은 다음 계산식에 의해 결정되고:
    Figure pat00026
    ; 그리고
    상기 그리드로부터 인출된 전기량이 상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 신고된 전기량보다 많은 경우, 상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 인출 전기 요금은 다음 계산식에 의해 결정되며:
    Figure pat00027
    , 그리고
    Figure pat00028

    I 2 는 상기 인출 전기 요금을 나타내고, P 5 는 상기 자가 소비 시스템에 의해 상기 그리드로부터 인출된 전력을 나타내고, P 6 은 상기 에너지 스토리지 시스템에 의해 상기 그리드로부터 회수된 전력을 나타내고, m 2 는 상기 그리드의 전기 가격의 이력 데이터를 나타내고, t는 상기 PCS의 응답 시간을 나타내고, t 1 은 상기 발전 시스템의 발전 전력의 이력 데이터의 시간 세분도를 나타내고, l 1 은 상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템이 상기 그리드로부터 인출하며, 상기 신고된 전기량과 같은 전기량의 이력 데이터의 수를 나타내고, l은 상기 발전 시스템의 발전 전력의 이력 데이터의 수를 나타내고, b는 초과 전기량의 가격의 벌점 계수를 나타내고, Q 0 은 상기 신고된 전기량을 나타내는,
    에너지를 제어하기 위한 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 피드-인 수익은 다음 계산식에 의해 결정되며:
    Figure pat00029

    I 1 은 상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 피드-인 수익을 나타내고, P 4 는 상기 발전 시스템의 피드-인 전력을 나타내고, P 3 은 상기 발전 시스템에서 상기 에너지 스토리지 시스템으로의 충전 전력을 나타내고, P 6 은 상기 에너지 스토리지 시스템에 의해 상기 그리드로부터 회수된 전력을 나타내고, m 1 은 상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 발전 차액지원제도(feed-in tariff)의 이력 데이터를 나타내고, m 3 은 발전에 사용된 전기 단위당 발전 보조금(feed-in subsidy)의 이력 데이터를 나타내고, m 4 는 에너지 스토리지에 사용된 전기 단위당 발전 보조금의 이력 데이터를 나타내고, k 1 은 상기 에너지 스토리지 시스템의 충전 효율을 나타내고, k 2 는 상기 에너지 스토리지 시스템의 방전 효율을 나타내고, t는 상기 PCS의 응답 시간을 나타내고, t 1 은 상기 발전 시스템의 발전 전력의 이력 데이터의 시간 세분도를 나타내고, l은 상기 발전 시스템의 발전 전력의 이력 데이터의 수를 나타내는,
    에너지를 제어하기 위한 방법.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    사전에 설정된 상기 에너지 스토리지 모듈의 방전 수익 모델의 최적 솔루션에 따라, 상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템이 최적의 방전 수익을 달성하도록 상기 에너지 스토리지 시스템의 방전 기간 및 상기 방전 기간에 대응하는 방전 전력을 결정하는 단계를 더 포함하는,
    에너지를 제어하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 에너지 스토리지 모듈의 방전 수익 모델은 다음 계산식에 의해 사전에 설정되며:
    Figure pat00030
    , 그리고
    Figure pat00031

    I 4 는 상기 방전 수익을 나타내고, l 2 는 상기 그리드의 전기 가격에 대한 데이터의 수를 나타내고, t 2 는 상기 그리드의 전기 가격에 대한 데이터의 시간 세분도를 나타내며 상기 발전 전력의 이력 데이터의 시간 세분도보다 크고, P 7 은 상기 에너지 스토리지 시스템의 실제 방전 전력을 나타내고, P 8 은 상기 에너지 스토리지 시스템의 정격 방전 전력을 나타내고, r은 상기 발전 및 에너지 스토리지 시스템의 시스템 효율을 나타내고, m 5 는 발전 차액지원제도에 대한 실시간 데이터를 나타내고, m 6 은 에너지 스토리지에 사용된 전기 단위당 발전 보조금에 대한 실시간 데이터를 나타내고, Q 2 는 마지막 충전 기간 내의 상기 에너지 스토리지 시스템의 충전 전기량을 나타내는,
    에너지를 제어하기 위한 방법.
  14. 발전 및 에너지 스토리지를 위한 시스템으로서,
    발전 모듈, 발전 변환기 모듈 및 발전 계량기를 포함하는 발전 시스템;
    에너지 스토리지 모듈, 에너지 스토리지 융합 캐비닛, 전력 변환 시스템(PCS) 및 에너지 스토리지 계량기를 포함하는 에너지 스토리지 시스템;
    자가 소비 시스템;
    그리드 계량기; 및
    에너지 관리 시스템(EMS)을 포함하며;
    상기 발전 모듈은 순차적으로 상기 발전 변환기 모듈 및 상기 발전 계량기를 통해 상기 그리드 계량기의 제1 단부에 연결되고, 상기 에너지 스토리지 모듈은 순차적으로 상기 에너지 스토리지 융합 캐비닛, 상기 PCS 및 상기 에너지 스토리지 계량기를 통해 상기 그리드 계량기의 제1 단부에 연결되고, 상기 자가 소비 시스템은 상기 그리드 계량기의 제1 단부에 연결되고, 상기 그리드 계량기의 제2 단부는 그리드 연결 지점에 연결되고, 상기 EMS는 상기 발전 변환기 모듈, 상기 발전 계량기, 상기 PCS, 상기 에너지 스토리지 계량기 및 상기 자가 소비 시스템과 각각 통신 가능하게 연결되며;
    상기 EMS는 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하도록 구성되는,
    발전 및 에너지 스토리지를 위한 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    제1 프로토콜 변환기; 및
    제2 프로토콜 변환기를 더 포함하며;
    상기 자가 소비 시스템은 화재 제어 유닛, 조명 유닛 및 공기 조화 유닛을 포함하고;
    상기 EMS는 상기 제1 프로토콜 변환기를 통해 상기 화재 제어 유닛과 통신 가능하게 연결되고, 상기 제2 프로토콜 변환기를 통해 상기 공기 조화 유닛, 상기 그리드 계량기, 상기 발전 계량기 및 상기 에너지 스토리지 계량기와 각각 통신 가능하게 연결되며, 미리 설정된 프로토콜을 통해 상기 PCS, 상기 발전 변환기 모듈 및 상기 에너지 스토리지 시스템의 배터리 관리 시스템(BMS)에 통신 가능하게 연결되는,
    발전 및 에너지 스토리지를 위한 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 프로토콜 변환기는 모드버스(Modbus)-I/O 프로토콜 변환기이고, 상기 제2 프로토콜 변환기는 모드버스-RS485 프로토콜 변환기이며, 상기 미리 설정된 프로토콜은 모드버스 TCP/IP 프로토콜인,
    발전 및 에너지 스토리지를 위한 시스템.
  17. 제 14 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전 모듈은 광전지 발전 모듈, 풍력 발전 모듈 및 디젤 발전 모듈 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 발전 모듈이 상기 광전지 발전 모듈을 포함하는 경우, 상기 발전 변환기 모듈은 상기 광전지 발전 모듈에 연결된 광전지 인버터를 포함하고;
    상기 발전 모듈이 상기 풍력 발전 모듈을 포함하는 경우, 상기 발전 변환기 모듈은 상기 풍력 발전 모듈에 연결된 풍력 변환기를 포함하고; 그리고
    상기 발전 모듈이 상기 디젤 발전 모듈을 포함하는 경우, 상기 발전 변환기 모듈은 상기 디젤 발전 모듈에 연결된 디젤 변환기를 포함하는,
    발전 및 에너지 스토리지를 위한 시스템.
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