KR20220001426A - 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법 및 에너지 관리 시스템 - Google Patents
광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법 및 에너지 관리 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
그리드-연결 포인트에서의 교환 전력의 포지티브 및 네거티브 값이 항상 요구사항들을 충족하게 구현하기 위하여, 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법 및 에너지 관리 시스템이 제공된다. 상기 방법은: 현재 시간에서의 광발전 전력으로서, 종료 시간으로서 상기 현재 시간을 갖는 미리 설정된 시간 기간 내에 광발전 전력을 획득하고, 상기 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하는 단계; 및 예측 결과에 기초하여 상기 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력을 계산하고, 전력 변환 시스템에 의해, 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 상기 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력과 동일하도록 조정하는 단계를 포함한다.
Description
본 개시 내용은 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 기술 분야에 관한 것이며, 보다 상세하게는 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법 및 에너지 관리 시스템에 관한 것이다.
도 1은 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 도시하며, 여기에서 광발전 인버터의 DC 측은 광발전 패널들로 연결되고, 전력 변환 시스템(PCS)의 DC 측은 에너지 스토리지 배터리로 연결되고, 광발전 인버터의 AC 측 및 그에 병렬로 연결되는 PCS의 AC 측은 그리드로 연결된다. PCS는 에너지 스토리지 배터리의 충전 및 방전 프로세스를 제어할 수 있다. 정책에 의해 요구되는 시간 기간 동안, 광발전 패널들의 에너지는 광발전 인버터 및 PCS를 통하여 에너지 스토리지 배터리에 저장되고, 다른 시간 기간 동안, 에너지 스토리지 배터리의 에너지는 PCS를 통하여 그리드로 보내진다.
광발전 패널들의 에너지가 에너지 스토리지 배터리로 저장되는 시간 기간 동안, 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템 및 그리드 사이의 전력 플로우가 항상 요구사항들을 충족하도록, PCS는 적시에 에너지 스토리지 충전 전력을 조정하기 위해 실시간으로 광발전 전력을 트래킹할 필요가 있다. 일반적으로, 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템 및 그리드 사이의 전력 플로우는 그리드-연결 포인트에서 교환 전력의 포지티브 및 네거티브 값에 의해 표현될 수 있으며, 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템이 그리드로부터 전기를 얻고 있을 때 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력은 포지티브하다. 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 몇몇 그리드-연결 발전 시스템은 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력이 포지티브일 수 없도록 요구하며, 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 몇몇 그리드-연결 발전 시스템은 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력이 네거티브일 수 없도록 요구한다. 그러나, PCS는 전력 조정을 하는데 있어 일정한 지연을 가질 수 있으며, 그리하여 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력의 포지티브 및 네거티브 값이 지연 시간 내에 요구사항들을 충족하지 않을 가능성이 있다.
이러한 내용에 비추어볼 때, 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력의 포지티브 및 네거티브 값이 항상 요구사항들을 충족하게 구현하기 위하여, 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법 및 에너지 관리 시스템이 제공된다.
광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법은,
현재 시간에서의 광발전 전력(photovoltaic power)으로서, 종료 시간으로서 상기 현재 시간을 갖는 미리 설정된 시간 기간 내에 광발전 전력을 획득하고, 상기 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하는 단계; 및
예측 결과에 기초하여 상기 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력을 계산하고, 전력 변환 시스템에 의해, 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 상기 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력과 동일하도록 조정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하는 것은,
상기 다음 시간에서의 광발전 전력을 직접 예측하는 것; 또는
상기 다음 시간에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지 또는 도함수를 예측하고, 상기 다음 시간에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지 또는 도함수에 기초하여 상기 다음 시간에서의 광발전 전력을 계산하는 것을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 예측 결과에 기초하여 상기 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력을 계산하고, 전력 변환 시스템에 의해, 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 상기 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력과 동일하도록 조정하는 단계는,
상기 전력 변환 시스템에 의해, 공식 
에 따라 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 조정하는 단계를 포함하고, Ppcs(n)은 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력이고, Ppv(n)은 상기 현재 시간에서의 광발전 전력이고, Pself는 상기 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템의 자기-소비 전력이고, C는 상기 다음 시간에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지이다.
일 실시예에서, 상기 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템이 그리드로부터 전기를 얻도록 허용되지 않는 경우에, 상기 공식 
는 하기의 공식으로 교체되며:
k는 미리 설정된 상수이고 0<k<1이다.
일 실시예에서,
상기 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템이 그리드로 전기를 보내도록 허용되지 않는 경우에, 상기 공식 
는 하기의 공식으로 교체되며:
k는 미리 설정된 상수이고 0<k<1이다.
일 실시예에서, 상기 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하기 위한 알고리즘은 결정 트리 알고리즘, 딥 러닝 알고리즘, 신경망 알고리즘, 랜덤 포레스트 알고리즘 및 서포트 벡터 회귀 알고리즘 중 하나이다.
광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 관리 시스템은,
현재 시간에서의 광발전 전력으로서, 종료 시간으로서 상기 현재 시간을 갖는 미리 설정된 시간 기간 내에 광발전 전력을 획득하도록 구성되는 데이터 획득 유닛; 및
상기 데이터 획득 유닛으로부터 수집된 상기 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하고, 예측 결과에 기초하여 상기 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력을 계산하고, 전력 변환 시스템이 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 상기 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력과 동일하도록 조정하게 지시하도록 구성되는 모니터링 유닛을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 모니터링 유닛은 상기 데이터 획득 유닛으로부터 수집된 상기 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 상기 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하고 상기 전력 변환 시스템이 공식 
에 따라 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 조정하게 지시하도록 구성되고, Ppcs(n)은 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력이고, Ppv(n)은 상기 현재 시간에서의 광발전 전력이고, Pself는 상기 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템의 자기-소비 전력이고, C는 상기 다음 시간에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지이다.
일 실시예에서, 상기 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템이 그리드로부터 전기를 얻도록 허용되지 않는 경우에, 상기 모니터링 유닛은 상기 데이터 획득 유닛으로부터 수집된 상기 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 상기 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하고 상기 전력 변환 시스템이 하기의 공식에 따라 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력 Ppcs(n)을 조정하게 지시하도록 구성되고:
k는 미리 설정된 상수이고 0<k<1이다.
일 실시예에서, 상기 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템이 그리드로 전기를 보내도록 허용되지 않는 경우에, 상기 모니터링 유닛은 상기 데이터 획득 유닛으로부터 수집된 상기 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 상기 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하고 상기 전력 변환 시스템이 하기의 공식에 따라 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력 Ppcs(n)을 조정하게 지시하도록 구성되고:
k는 미리 설정된 상수이고 0<k<1이다.
PCS에 대하여 충분한 반응 시간을 남겨주고 그리하여 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력의 포지티브 및 네거티브 값이 요구사항들을 충족할 수 없는 상황들을 피하기 위해, 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측함으로써, PCS가 미리 에너지 스토리지 충전 전력에 대한 조정을 수행할 수 있음이 본 개시 내용의 위의 기술적 해결책으로부터 보여질 수 있다.
종래 기술의 또는 본 개시 내용의 실시예들에서의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 아래에서는, 실시예들 또는 종래 기술의 설명에 필요한 도면들이 간략하게 소개될 것이다. 명확하게, 다음의 설명에 있는 도면들은 단지 본 개시 내용의 몇몇 실시예들이다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 다른 도면들이 또한 임의의 창조적인 작업없이도 이러한 도면들에 따라 획득될 수 있다.
도 1은 종래 기술에서의 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템의 도식적인 구조 다이어그램이다.
도 2는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법의 플로우차트이다.
도 3은 본 개시 내용의 다른 실시예에 따른 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법의 플로우차트이다.
도 4는 본 개시 내용의 다른 실시예에 따른 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법의 플로우차트이다.
도 5는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 관리 시스템의 도식적인 구조 다이어그램이다.
도 1은 종래 기술에서의 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템의 도식적인 구조 다이어그램이다.
도 2는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법의 플로우차트이다.
도 3은 본 개시 내용의 다른 실시예에 따른 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법의 플로우차트이다.
도 4는 본 개시 내용의 다른 실시예에 따른 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법의 플로우차트이다.
도 5는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 관리 시스템의 도식적인 구조 다이어그램이다.
다음에서, 본 개시 내용의 실시예들에서의 기술적 해결책은 본 개시 내용의 실시예들에 있는 첨부되는 도면들과 관련하여 명확하고 완전하게 설명될 것이다. 명확하게, 설명된 실시예들은 모든 실시예들이 아니라 단지 본 개시 내용의 실시예들의 일부이다. 본 개시 내용의 실시예들에 기초하여 임의의 창조적인 작업없이도 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 획득되는 모든 다른 실시예들은 본 개시 내용의 보호 범위 내에 있어야 한다.
광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법이 본 개시 내용에서 제공된다. 도 2를 참조하면, 상기 방법은 단계들 S01-S03을 포함한다.
단계 S01에서, 현재 시간에서의 광발전 전력으로서, 종료 시간으로서 현재 시간을 갖는 미리 설정된 시간 기간 내에 광발전 전력이 획득되고, 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 다음 시간에서의 광발전 전력이 예측된다.
구체적으로, 광발전 전력은 또한 광발전 인버터의 출력 전력이다. "종료 시간으로서 현재 시간을 갖는 미리 설정된 시간 기간 내에 광발전 전력"에 따라, 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측할 수 있다. 전력 예측 알고리즘은 결정 트리 알고리즘, 딥 러닝 알고리즘, 신경망 알고리즘, 랜덤 포레스트 알고리즘 또는 서포트 벡터 회귀 알고리즘일 수 있다. 미리 설정된 시간 기간이 더 길게 설명될수록, 전력 예측의 정확성이 더 높아질 것이지만, 계산 및 스토리지의 양이 그에 따라 증가할 것이다. 실제적으로, 미리 설정된 시간 기간을 설정하는데 있어 타협이 고려될 필요가 있다. 예를 들어, 미리 설정된 시간 기간은 24시간으로 설정될 수 있다. 이때에, 종료 시간으로서 현재 시간을 갖는 미리 설정된 시간 기간 내의 광발전 전력은 마지막 24시간에서의 광발전 전력이다. 전력 예측 알고리즘에 의해 사용되는 시간 분해능(time resolution)은, 이에 한정되지는 않으나, 분 또는 초일 수 있다. 여기에서 시간 분해능은 (시간 n으로서 표시되는) 현재 시간 및 (시간 n+1로서 표시되는) 다음 시간 사이의 간격 시간을 지칭한다.
다음 시간에서의 광발전 전력 예측과 관련하여, 하나의 접근법은 직접 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하는 것이고, 다른 접근법은 다음 시간에서의 광발전 전력의 도함수 또는 다음 시간에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지를 예측하고 그 다음에 다음 시간에서의 광발전 전력의 도함수 또는 다음 시간에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지에 기초하여 다음 시간에서의 광발전 전력을 계산하는 것이다. 설명을 위해, 다음 시간에서의 광발전 전력은 Ppv(n+1)로 표시되고, 그 다음에 다음 시간에서의 광발전 전력의 도함수는 dPpv(n+1)/dt(n+1)이다. dPpv(n+1)/dt(n+1)가 포지티브이면, 이는 다음 시간에서의 광발전 전력이 증가함을 나타내며, dPpv(n+1)/dt(n+1)가 네거티브이면, 이는 다음 시간에서의 광발전 전력이 감소함을 나타낸다. 다음 시간에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지는 C로 표시되며, C는 -100%로부터 100%의 범위를 가지며, 즉, -100%≤C≤100%이다. 광발전 전력의 감소 퍼센테이지 C가 포지티브이면, 이는 다음 시간에서의 광발전 전력이 감소함을 나타내고, 광발전 전력의 감소 퍼센테이지가 네거티브이면, 이는 다음 시간에서의 광발전 전력이 증가함을 나타낸다.
단계 S02에서, 예측 결과에 기초하여 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력이 계산된다.
구체적으로, 다음 시간에 도달될 에너지 스토리지 충전 전력은 Ppcs(n+1)로 표시되며, 다음의 수식으로 표현된다:
여기에서, Pself는 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템의 자기-소비 전력이다. 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템의 자기-소비 전력의 동적 범위는 매우 작으며 무시될 수 있다. 일반적으로, 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템의 자기-소비 전력은 고정된 값으로 간주된다. Ppv(n)은 현재 시간에서의 광발전 전력이다.
단계 S03에서, 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력은 PCS에 의해 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력과 동일하게 조정된다.
구체적으로, 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력은 Ppcs(n)으로 표시되고, 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력 Ppcs(n+1)이 수학식 1에 따라 예측되는 경우에, PCS는 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력 Ppcs(n)을 다음 시간에 도달될 에너지 스토리지 충전 전력 Ppcs(n+1)과 동일하게 조정하며, 이는 PCS가 다음의 수식에 따라 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 조정하는 것과 동등하다:
광발전 패널들의 에너지가 에너지 스토리지 배터리로 저장되는 시간 기간 동안, 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력의 포지티브 및 네거티브 값이 항상 요구사항들을 충족하도록, PCS는 적시에 에너지 스토리지 배터리의 충전 전력을 조정하기 위해 실시간으로 광발전 전력을 트래킹할 필요가 있다. 때때로, 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력은 포지티브일 수 없게 요구되며, 이는 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템이 그리드로부터 전기를 얻도록 허용되지 않음을 의미하고; 때때로 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력은 네거티브일 수 없게 요구되며, 이는 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템이 그리드로 전기를 보내도록 허용되지 않음을 의미한다. 그러나, PCS에 의해 이루어지는 전력 조정에서 일정한 지연이 존재할 수 있으며, 다음 시간이 지연 시간 내에 오게 될 때 에너지 스토리지 충전 전력은 적시에 변경될 수 없다. 그리하여, 다음 시간이 올 때 PCS가 전력을 조정하는 경우에, 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력 Ppcc(n+1)는 적시에 Ppv(n+1)-Ppcs(n+1)-Pself로 변경될 수 없지만 Ppv(n+1)-Ppcs(n)-Pself과 동일하게 된다. 이때에, 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력의 포지티브 및 네거티브 값은 요구사항들을 충족하지 않을 가능성이 매우 높다. 이와 관련하여, 본 개시 내용의 실시예들에 따르면, PCS에 대하여 충분한 반응 시간을 남겨주고 그리하여 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력의 포지티브 및 네거티브 값이 요구사항들을 충족할 수 없는 상황들을 피하기 위해, 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측함으로써, PCS가 미리 에너지 스토리지 충전 전력에 대한 조정을 수행할 수 있다.
또한, 광발전 전력을 실시간으로 예측하는데 있어 상대적으로 큰 계산량을 고려하여, 본 개시 내용의 실시예에서, 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력의 포지티브 및 네거티브 값이 항상 요구사항들을 충족한다는 전제로, 현재 시간에서의 광발전 전력은 특정 상황들 하에서 전력 조정을 위해 직접 사용되도록 허용되며, 그리하여 계산량을 감소시킨다. 다시 말하면, 전력 조정은 특정 상황들 하에서 하기의 수학식 3에 따라 이루어지거나; 또는 전력 조정은 남아있는 시간에서 수학식 2에 따라 이루어진다.
여기에서, k는 퍼센테이지 마진이고, 0부터 1 사이의 범위에 있는 미리 설정된 상수이다(즉, 0<k<1). 예를 들어, k는 95%로서 설정될 수 있으며, 이는 광발전 전력의 감소를 다루기 위해 5%의 마진이 남아있음을 의미한다.
수학식 2는 다음 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 조정하는 것이며, 수학식 3은 퍼센테이지 마진이 설정되어 있는 경우에 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 조정하는 것이다. PCS가 단순하게 수학식 2에 따라 전력 조정을 수행하는 경우에, 시스템이 광발전 전력을 예측하고 있을때 수반되는 큰 계산량이 존재할 수 있으며; PCS가 단순하게 수학식 3에 따라 전력 조정을 수행하는 경우에, 때때로 이는 정책 요구사항들을 충족시킬 수 없다. 그러므로, 본 개시 내용의 실시예에서 타협이 이루어지며, 즉, 전력 조정은 특정 상황들 하에서 다음의 수학식 3에 따라 이루어지거나; 또는 전력 조정은 남아있는 시간에서 수학식 2에 따라 이루어진다. 각각의 수학식에 의해 점유되는 실행 시간 기간은 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력에 대한 특정한 요구사항들에 의존한다. 특정한 설명은 아래와 같다.
1. 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력이 포지티브일 수 없는 경우에, PCS는 다음의 수학식 4에 따라 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력 Ppcs(n)을 조정할 수 있다:
수학식 4에 대응하는 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법은 도 3에 도시되어 있으며, 상기 방법은 단계들 S11 및 S12를 포함한다.
단계 S11에서, 현재 시간에서의 광발전 전력으로서, 종료 시간으로서 현재 시간을 갖는 미리 설정된 시간 기간 내에 광발전 전력이 획득되고, 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 다음 시간에서의 광발전 전력이 예측된다.
단계 S12에서, 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력은 수학식 4에 따라 PCS에 의해 조정된다.
수학식 4의 도출 프로세스는 다음과 같다:
PCS가 단순하게 수학식 3에 따라 전력을 조정하는 경우에, 광발전 전력의 감소 퍼센테이지 C가 퍼센테이지 마진 1-k를 초과할 때, 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력은 포지티브가 될 것이다. 설명을 위해 다음의 예를 취하도록 한다.
광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 1MW/3MWh 그리드-연결 발전 시스템에 있어서, 이러한 시스템의 자기-소비 전력은 10kW이다. 퍼센테이지 마진 k가 95%로 설정되고 시간 n에서의 광발전 전력 Ppv(n)이 800kW라고 가정하면, 시간 n에서의 에너지 스토리지 충전 전력 Ppcs(n)은 750kW와 동일하다(즉, Ppcs(n) = 800kW*95% - 10kW = 750kW). 시간 n+1에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지 C가 5%라고 가정하면, PCS는 즉시 응답할 수 없기 때문에, 시간 n+1에서의 에너지 스토리지 충전 전력 Ppcs(n+1)은 여전히 750kW이고, (시간 n+1에서의 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력) = (시간 n+1에서의 광발전 전력) - (시간 n+1에서의 에너지 스토리지 충전 전력) - (자기-소비 전력) = 800*(1-5%)-750kW-10kW = 0kW이며, 이는 요구사항들을 충족한다. 시간 n+1에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지 C가 5%보다 작은 경우, 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력은 네거티브이며, 이는 또한 요구사항들을 충족한다. 그러나, 시간 n+1에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지 C가 5%보다 큰 경우, 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력은 포지티브이며, 이는 요구사항들을 충족하지 않는다. 그러므로, 이러한 예에서, C>5%일 때 수학식 2가 실행되어야 하고, C≤5%일 때 수학식 3이 실행되어야 하며, 이는 수학식 4를 만족시킨다.
2. 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력이 네거티브일 수 없는 경우에, PCS는 다음의 수학식에 따라 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력 Ppcs(n)을 조정할 수 있다:
수학식 5에 대응하는 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법은 도 4에 도시되어 있으며, 상기 방법은 단계들 S21 및 S22를 포함한다.
단계 S21에서, 현재 시간에서의 광발전 전력으로서, 종료 시간으로서 현재 시간을 갖는 미리 설정된 시간 기간 내에 광발전 전력이 획득되고, 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 다음 시간에서의 광발전 전력이 예측된다.
단계 S22에서, 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력은 수학식 5에 따라 PCS에 의해 조정된다.
수학식 5의 도출 프로세스는 다음과 같다.
PCS가 단순하게 수학식 3에 따라 전력을 조정하는 경우에, 광발전 전력의 감소 퍼센테이지 C가 퍼센테이지 마진 1-k보다 작을 때, 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력은 네거티브가 될 것이다. 설명을 위해 다음의 예를 취하도록 한다.
광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 1MW/3MWh 그리드-연결 발전 시스템에 있어서, 이러한 시스템의 자기-소비 전력은 10kW이다. 퍼센테이지 마진 k가 95%로 설정되고 시간 n에서의 광발전 전력 Ppv(n)이 800kW라고 가정하면, 시간 n에서의 에너지 스토리지 충전 전력 Ppcs(n)은 750kW와 동일하다(즉, Ppcs(n) = 800kW*95% - 10kW = 750kW). 시간 n+1에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지 C가 5%라고 가정하면, PCS는 즉시 응답할 수 없기 때문에, 시간 n+1에서의 에너지 스토리지 충전 전력 Ppcs(n+1)은 여전히 750kW이고, (시간 n+1에서의 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력) = (시간 n+1에서의 광발전 전력) - (시간 n+1에서의 에너지 스토리지 충전 전력) - (자기-소비 전력) = 800*(1-5%)-750kW-10kW = 0kW이며, 이는 요구사항들을 충족한다. 그러나, 시간 n+1에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지 C가 5%보다 작은 경우, 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력은 네거티브이며, 이는 요구사항들을 충족하지 않는다. 시간 n+1에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지 C가 5%보다 큰 경우, 그리드-연결 포인트에서의 교환 전력은 포지티브이며, 이는 요구사항들을 충족한다. 그러므로, 이러한 예에서, C≥5%일 때 수학식 3이 실행되어야 하고, C<5%일 때 수학식 2가 실행되어야 하며, 이는 수학식 5를 만족시킨다.
위에서의 방법 실시예에 대응하여, 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 관리 시스템이 본 개시 내용의 일 실시예에서 제공된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 에너지 관리 시스템은:
현재 시간에서의 광발전 전력으로서, 종료 시간으로서 현재 시간을 갖는 미리 설정된 시간 기간 내에 광발전 전력을 획득하도록 구성되는, 데이터 획득 유닛(100); 및
데이터 획득 유닛(100)으로부터 수집된 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하고, 예측 결과에 기초하여 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력을 계산하고, 전력 변환 시스템이 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력과 동일하도록 조정하게 지시하도록 구성되는, 모니터링 유닛(200)을 포함한다.
일 실시예에서, 구체적으로 모니터링 유닛(200)은 데이터 획득 유닛으로부터 수집된 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하고 전력 변환 시스템이 공식 
에 따라 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 조정하게 지시하도록 구성되며, 여기에서, Ppcs(n)은 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력이고, Ppv(n)은 현재 시간에서의 광발전 전력이고, Pself는 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템의 자기-소비 전력이고, C는 다음 시간에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지이다.
일 실시예에서, 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템이 그리드로부터 전기를 얻도록 허용되지 않는 경우에, 모니터링 유닛(200)은 구체적으로 데이터 획득 유닛으로부터 수집된 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하고 전력 변환 시스템이 하기의 공식에 따라 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력 Ppcs(n)을 조정하게 지시하도록 구성되고:
k는 미리 설정된 상수이고 0<k<1이다.
일 실시예에서, 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템이 그리드로 전기를 보내도록 허용되지 않는 경우에, 모니터링 유닛(200)은 구체적으로 데이터 획득 유닛으로부터 수집된 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하고 전력 변환 시스템이 하기의 공식에 따라 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력 Ppcs(n)을 조정하게 지시하도록 구성되고:
k는 미리 설정된 상수이고 0<k<1이다.
본 명세서에서의 다양한 실시예들은 점진적인 방식으로 설명되었다. 각각의 실시예는 다른 실시예들과의 차이점들에 초점을 맞추며, 다양한 실시예들 사이의 동일하거나 또는 유사한 부분들은 서로에 대하여 참조될 수 있다. 이러한 실시예에서 제시된 시스템에 대하여, 이러한 시스템은 실시예에서 제시된 방법에 대응하기 때문에, 이에 대한 설명은 상대적으로 간단하며, 관련 부분은 방법 부분의 설명으로 참조될 수 있다.
본 개시 내용의 명세서, 청구항들 및 위에서-언급된 도면들에서 "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어들은 유사하지만 상이한 객체들을 구별하는데 사용되며, 특정한 시퀀스 또는 순서를 설명하는데 반드시 필요한 것이 아니다. 또한, 일련의 엘리먼트들을 포함하는 프로세스, 방법, 프로덕트 또는 디바이스가 이러한 엘리먼트들뿐만 아니라 명시적으로 나열되지 않은 다른 엘리먼트들 또한 포함하거나, 또는 이러한 프로세스, 방법, 프로덕트 또는 디바이스에 고유한 엘리먼트들을 포함하도록, 용어들 "포함하다(include)", "포함하다(comprise)" 또는 이들의 임의의 다른 변형들은 비-배타적인 포함을 커버하도록 의도된다. 더 많은 제한들이 없는 경우에, 문장 "포함하는(including a)"에 의해 정의되는 엘리먼트는 이러한 엘리먼트들을 포함하는 프로세스, 방법, 프로덕트 또는 디바이스에 있는 다른 동일한 엘리먼트들의 존재를 배제하지 않는다.
제시된 실시예들의 위에서의 설명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 구현하거나 또는 이용할 수 있도록 한다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 수정들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에서 정의되는 일반적인 원리들은 본 개시 내용의 실시예들의 정신 또는 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들로 구현될 수 있다. 그러므로, 본 개시 내용의 실시예들은 여기에서 제공되는 실시예들로 한정되지 않으며, 여기에서 제시되는 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광위의 범위에 부합해야 할 것이다.
Claims (10)
- 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법에 있어서,
현재 시간에서의 광발전 전력(photovoltaic power)으로서, 종료 시간으로서 상기 현재 시간을 갖는 미리 설정된 시간 기간 내에 광발전 전력을 획득하고, 상기 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하는 단계; 및
예측 결과에 기초하여 상기 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력을 계산하고, 전력 변환 시스템에 의해, 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 상기 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력과 동일하도록 조정하는 단계를 포함하는,
에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하는 것은,
상기 다음 시간에서의 광발전 전력을 직접 예측하는 것; 또는
상기 다음 시간에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지 또는 도함수를 예측하고, 상기 다음 시간에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지 또는 도함수에 기초하여 상기 다음 시간에서의 광발전 전력을 계산하는 것을 포함하는,
에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 예측 결과에 기초하여 상기 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력을 계산하고, 전력 변환 시스템에 의해, 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 상기 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력과 동일하도록 조정하는 단계는,
상기 전력 변환 시스템에 의해, 공식에 따라 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 조정하는 단계를 포함하고,
Ppcs(n)은 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력이고, Ppv(n)은 상기 현재 시간에서의 광발전 전력이고, Pself는 상기 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템의 자기-소비 전력이고, C는 상기 다음 시간에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지인,
에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템이 그리드로부터 전기를 얻도록 허용되지 않는 경우에, 상기 공식는 하기의 공식으로 교체되며:
k는 미리 설정된 상수이고 0<k<1인,
에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템이 그리드로 전기를 보내도록 허용되지 않는 경우에, 상기 공식는 하기의 공식으로 교체되며:
k는 미리 설정된 상수이고 0<k<1인,
에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하기 위한 알고리즘은 결정 트리 알고리즘, 딥 러닝 알고리즘, 신경망 알고리즘, 랜덤 포레스트 알고리즘 및 서포트 벡터 회귀 알고리즘 중 하나인,
에너지 스토리지 충전 전력 조절 방법. - 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템을 위한 에너지 관리 시스템으로서,
현재 시간에서의 광발전 전력으로서, 종료 시간으로서 상기 현재 시간을 갖는 미리 설정된 시간 기간 내에 광발전 전력을 획득하도록 구성되는 데이터 획득 유닛; 및
상기 데이터 획득 유닛으로부터 수집된 상기 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하고, 예측 결과에 기초하여 상기 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력을 계산하고, 전력 변환 시스템이 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 상기 다음 시간에서 도달될 에너지 스토리지 충전 전력과 동일하도록 조정하게 지시하도록 구성되는 모니터링 유닛을 포함하는,
에너지 관리 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 모니터링 유닛은 상기 데이터 획득 유닛으로부터 수집된 상기 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 상기 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하고 상기 전력 변환 시스템이 공식에 따라 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력을 조정하게 지시하도록 구성되고,
Ppcs(n)은 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력이고, Ppv(n)은 상기 현재 시간에서의 광발전 전력이고, Pself는 상기 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템의 자기-소비 전력이고, C는 상기 다음 시간에서의 광발전 전력의 감소 퍼센테이지인,
에너지 관리 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템이 그리드로부터 전기를 얻도록 허용되지 않는 경우에, 상기 모니터링 유닛은 상기 데이터 획득 유닛으로부터 수집된 상기 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 상기 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하고 상기 전력 변환 시스템이 하기의 공식에 따라 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력 Ppcs(n)을 조정하게 지시하도록 구성되고:
k는 미리 설정된 상수이고 0<k<1인,
에너지 관리 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 광발전 및 에너지 스토리지를 갖는 그리드-연결 발전 시스템이 그리드로 전기를 보내도록 허용되지 않는 경우에, 상기 모니터링 유닛은 상기 데이터 획득 유닛으로부터 수집된 상기 현재 시간에서의 광발전 전력에 기초하여 상기 다음 시간에서의 광발전 전력을 예측하고 상기 전력 변환 시스템이 하기의 공식에 따라 상기 현재 시간에서의 에너지 스토리지 충전 전력 Ppcs(n)을 조정하게 지시하도록 구성되고:
k는 미리 설정된 상수이고 0<k<1인,
에너지 관리 시스템.
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