KR20230075756A - 전력망 운영 시스템 - Google Patents

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KR20230075756A
KR20230075756A KR1020210162254A KR20210162254A KR20230075756A KR 20230075756 A KR20230075756 A KR 20230075756A KR 1020210162254 A KR1020210162254 A KR 1020210162254A KR 20210162254 A KR20210162254 A KR 20210162254A KR 20230075756 A KR20230075756 A KR 20230075756A
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distributed
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김승민
지형근
안종보
박종국
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두산에너빌리티 주식회사
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Abstract

본 발명은 전력망 운영 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 배전망을 관리하며, 배전망에 대한 전압과 전류, 고장 정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 배전망 운영 정보를 실시간으로 획득하여 감시 및 제어하는 배전망관리시스템, 복수의 마이크로 그리드를 관리하여 발전원이나 수용가의 동작을 제어하는 분산자원관리시스템, 그리고 배전망관리시스템로부터 수신된 배전망 운영 정보와 분산자원관리시스템으로부터 수신된 마이크로 그리드 정보를 수신하여 배전망과 분산 자원의 통합적으로 모니터링 및 제어하는 통합관리서버를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 배전망관리시스템(ADMS)와 분산자원관리시스템(DERMS)의 통합으로 기존 설치 되어있는 배전자산과 이미 설치되었거나 앞으로도 대량의 설치가 예상되는 분산자산들(PV, ESS, DR, EVSE 등)을 통합적으로 관리, 제어함으로써 운영자가 이들 자산 효용을 최대화할 수 있는 최적제어 기능을 구현할 수 있다.

Description

전력망 운영 시스템{power grid operating system}
본 발명은 전력망 운영 시스템에 관한 것으로, 이를 더욱 상세하게 설명하면 배전자산과 분산자산을 통합적으로 관리 제어하는 전력망 운영 시스템에 관한 것이다.
최근 기후변화에 대응하기 위한 탄소중립(Net Zero)이 전세계적으로 화두 및 정책목표가 되고 있는 가운데 대부분의 선진국들은 탄소중립을 달성하기 위한 수단으로 분산에너지를 확대하고 있다.
분산에너지는 규모가 작고 에너지 사용 지역이 인근에 위치한다는 특징을 가지고 있다. 따라서, 분산에너지 자원들은 대규모 발전소와 장거리 송전망을 필요로 하지 않고, 대규모 설비가 필요치 않으므로 신규 건설에 투입되는 인프라 건축비용 및 운영 비용을 절감할 수 있다. 그리고, 분산에너지는 전원이 소규모로 분산되어 있어 중앙집중적인 전원시스템보다 더욱 안정적인 전력 공급이 가능하다.
다만, 분산에너지는 중소사업자 및 소규모 개별 보급에 대해서 유틸리티 단위의 관리가 쉽지 않은 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허 제10-2020-0069122호(2020.06.16. 공개)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 배전자산과 분산자산을 통합적으로 관리 제어하는 전력망 운영 시스템을 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시 예에 따르면, 전력망 운영 시스템은 배전망을 관리하며, 배전망에 대한 전압과 전류, 고장 정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 배전망 운영 정보를 실시간으로 획득하여 감시 및 제어하는 배전망관리시스템, 복수의 마이크로 그리드를 관리하여 발전원이나 수용가의 동작을 제어하는 분산자원관리시스템, 그리고 상기 배전망관리시스템로부터 수신된 배전망 운영 정보와 상기 분산자원관리시스템으로부터 수신된 마이크로 그리드 정보를 수신하여 상기 배전망과 분산 자원의 통합적으로 모니터링 및 제어하는 통합관리서버를 포함한다.
상기 마이크로 그리드는, 수요 관리 장치(Demand Response), 태양광(PV), 에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS), 풍력, 전기차(EV), 발전기 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 통합관리서버는, 상기 배전망관리시스템으로부터 배전망 운영 정보를 수신하고, 상기 분산자원관리시스템으로부터 분산자원 운영 정보를 수신하는 통신부, 상기 기존의 배전망을 통해 공급되는 총 공급 전력량과 소비 전력량을 획득하고, 총 공급 전력량과 소비 전력량을 비교하여 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생되는 시점을 분석하는 분석부, 날씨 정보를 이용하여 분산 자원의 생산 전력량을 예측하는 예측부, 상기 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생된 배전망의 위치 정보를 추출하고, 추출된 위치 정보에 해당하는 분산 자원에 대한 정보를 추출하는 분산자원 정보 추출부, 그리고 해당되는 분산 자원에 잉여 전력량이 존재하는지 여부를 판단하고, 전력량이 존재할 경우에는 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생된 지역에 전력을 공급할 수 있도록 하는 해당되는 분산 자원에 제어 신호를 전달하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 통합관리서버는, 기존의 배전망과 분산 자원에 대한 각각의 위치정보를 획득하고, 획득한 위치 정보를 이용하여 배전망과 분산 자원을 매칭하여 저장하는 위치정보 획득부, 그리고 분산 자원의 예측 생산 전력량과 이전의 충방전 스케줄을 이용하여 가용 전력량을 추출하고, 추출된 가용 전력량과 수용가에서 요구하는 전력량을 매칭하여 분산 자원에 대한 전력 가격을 산정하는 가격 산정부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 분산 자원의 예측 생산 전력량과 전력계통 정보를 이용하여 일정 시간내에 피크 부하 또는 망 혼잡도의 발생 여부를 판단하고, 피크 부하 또는 망 혼잡도가 발생될 것으로 판단하면, 해당되는 분산 자원의 관리자에 알림 신호를 송신할 수 있다.
상기 제어부는, 피크 부하 또는 망 혼잡도에 따라 에너지 저장장치(ESS)의 충전 스케줄을 재정립할 수 있다.
상기 배전망관리시스템과 분산자원관리시스템은 MESA (Modular Energy Storage Architecture) 프로토콜을 이용하여 상호간 통신이 가능할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 배전망관리시스템(ADMS)와 분산자원관리시스템(DERMS)의 통합으로 기존 설치 되어있는 배전자산과 이미 설치되었거나 앞으로도 대량의 설치가 예상되는 분산자산들(PV, ESS, DR, EVSE 등)을 통합적으로 관리, 제어함으로써 운영자가 이들 자산 효용을 최대화할 수 있는 최적제어 기능을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력망 운영 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 통합관리서버를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력망 운영 시스템을 이용한 전력망 운영 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 전력망 운영 시스템에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력망 운영 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전력망 운영 시스템은 배전망관리시스템(100), 분산자원관리시스템(200) 및 통합관리서버(300)를 포함한다.
먼저, 배전망관리시스템(100)은 대규모의 발전소에서 생산된 전기를 공급하는 배전망을 관리하는 시스템이다. 부연하자면, 배전망관리시스템(100)은 전망에 대한 전압과 전류, 고장 정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 배전망 운영 정보를 실시간으로 획득하여 감시 및 제어한다.
그리고, 분산자원관리시스템(200)은 수요자 인근 지역에 설치된 소규모의 발전 설비를 이용하여 생산된 분산 에너지 자원을 관리하는 시스템을 나타낸다. 분산자원관리시스템(200)은 마이크로 그리드(Micro Grid)를 구성하여 운영하며, 마이크로 그리드(Micro Grid)는 수요 관리 장치(Demand Response), 태양광(PV), 에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS), 풍력, 전기차(EV), 발전기 중에서 적어도 하나를 포함한다.
한편, 배전망관리시스템(100)과 분산자원관리시스템(200)은 MESA (Modular Energy Storage Architecture) 프로토콜을 이용하여 상호간 통신이 가능하며, 분산네트워크 프로토콜, 필드버스, 유틸리티 및 EMS 사이 정보교환 표준은 DNP, Modbus, TCP/IP, OpenADR을 사용한다.
그 다음, 통합관리서버(300)는 배전망관리시스템(100) 및 분산자원관리시스템(200)로부터 수신된 정보를 이용하여 통합적으로 관리한다. 부연하자면, 통합관리서버(300)는 배전망관리시스템(100)으로부터 수신된 배전망 운영 정보를 이용하여 배전망에 피크부하 또는 망 혼잡도가 발생되는지 여부를 판단한다.
그리고, 통합관리서버(300)는 분산자원관리시스템(200)으로부터 마이크로 그리드 정보를 수신하고, 분산 자원에 대한 충방전 스케줄링을 수행한다.
그 다음, 통합관리서버(300)는 배전망에서 피크부하 또는 망 혼잡도가 발생되면 분산 자원의 잉여 전력량이 존재하는지 여부를 판단하고, 잉여 전력량이 존재할 경우에는 매칭하여 배전망의 피크부하 또는 망 혼잡도를 완화시킨다.
도 2는 도 1에 도시된 통합관리서버를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 통합관리서버(300)는 통신부(310), 위치정보 획득부(320), 분석부(330), 예측부(340), 가격 산청부(350), 분산자원 정보 추출부(360) 및 제어부(370)를 포함한다.
먼저, 통신부(310)는 배전망관리시스템(100) 및 분산자원관리시스템(200)와 통신을 수행한다. 즉, 통신부(310)는 배정망관리시스템(100)으로부터 배전망 운영 정보를 수신하고, 분산자원관리시스템으로부터 분산자원 운영 정보를 수신한다.
그리고, 위치정보 획득부(320)는 배전망과 분산자원에 대한 각각의 위치 정보를 획득하고, 획득한 위치 정보를 이용하여 배전망과 분산자원을 분류한다.
분석부(330)는 배전망에서 생산하는 총 전력량과 소비 전력량을 획득하고, 총 전력량과 소비 전력량을 비교하여 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생되는 시점을 분석한다.
예측부(340)는 날씨 정보를 이용하여 분산 자원의 생산 전력량을 예측한다. 부연하자면, 태양광이나 풍력을 통해 생상되는 신재생 에너지는 날씨에 따라 생산할 수 있는 전력량이 상이해진다. 따라서, 예측부(340)는 기상청과 같은 공공기관에서 제공하는 날씨정보를 획득하고, 획득한 날씨정보를 이용하여 분산자원에 대한 생산 전력량을 예측한다.
가격 산정부(350)는 분산 자원의 예측 생산 전력량과 이전의 충방전 스케줄을 이용하여 가용 전력량을 추출하고, 추출된 가용 전력량과 수용가에서 요구하는 전력량을 매칭하여 분산 자원에 대한 전력 가격을 산정한다.
그리고 분산 자원 정보 추출부(360)는 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생된 배전망의 위치 정보를 추출하고, 추출된 위치 정보를 이용하여 배전망 인근에 위치하는 분산 자원을 추출한다.
마지막으로 제어부(370)는 분산 자원에 잉여 전력량이 존재하는지 여부를 판단하고, 잉여 전력이 존재하면 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생된 지역의 배전망에 전력을 공급한다. 따라서, 제어부(370)는 분산 자원의 관리자 단말(도시하지 않음)에 잉여 전력 제공에 따른 알림 신호를 전달한다.
이하에서는 도 3을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 전력망 운영 시스템을 이용하여 전력망 운영 방법에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력망 운영 시스템을 이용한 전력망 운영 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 통합관리서버(300)는 배전망관리시스템(100)으로부터 배전망 운영 정보를 수신하고, 분산자원관리시스템(200)으로부터 분산자원 운영 정보를 수신한다(S310).
여기서, 배전망 운영 정보는 배전망에 대한 전압과 전류, 고장 정보 중에서 적어도 하나를 포함하고, 분산자원 운영 정보는 분산 자원의 종류, 분산 자원의 전력량, 에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS)의 충방전 스케줄 중에서 적어도 하나를 포함한다.
그 다음, 통합관리서버(300)는 배전망과 분산 자원의 위치 정보를 추출한다(S320).
부연하자면, 통합관리서버(300)는 GIS 기능, Grid Mapping 및 구글맵 등을 이용하여 배전망과 분산 자원의 위치 정보를 추출한다. 그리고, 통합관리서버(300)는 추출된 위치 정보에 따라 배전망과 분산 자원을 매칭하여 분류한다.
S320가 완료된 상태에서 통합관리서버(300)는 배전망 운영 정보를 이용하여 배전망의 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생되는 시점을 분석한다(S330).
먼저, 분석부(330)는 배전망을 통해 공급되는 공급 전력량과 소비 전력량을 획득한다. 그리고, 분석부(330)는 계절별, 시간별, 지역별로 공급 전력량과 소비 전력량을 비교하고, 소비 전력량이 공급 전력량 보다 커짐으로써 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생되는 시점을 추출한다.
그리고, 통합관리서버(300)는 기 설정된 시간 내에 배전망에 피크 부하 및 망 혼잡도가 1시간 내에 발생되는지 여부를 판단한다(S340).
이를 다시 설명하면, 제어부(370)는 추출된 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생되는 시점을 이용하여 해당되는 배전망에서 1시간 이내에 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생되는지 여부를 판단한다.
그리고, 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생되는 것으로 판단되면, 제어부(370)는 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생된 배전망의 인근에 위치하는 분산 자원을 추출한다(S350).
이를 다시 설명하면, 분산자원 정보 추출부(360)는 S320단계에서 획득한 배전망의 위치 정보를 이용하여 위치하는 분산 자원을 추출한다.
그 다음, 제어부(370)는 추출된 분산 자원에 잉여 전력량이 존재하는지 여부를 판단한다(S360).
먼저, 예측부(340)는 날씨 정보를 이용하여 분산 자원의 생산 전력량을 예측한다. 그 다음, 제어부(370)는 예측 생산 전력량과 이전의 충방전 스케줄을 이용하여 가용 전력량을 추출한다. 그리고, 제어부(370)는 현재 시점에서 가용 전력량과 수용가에서 요구하는 전력량을 매칭하여 잉여되는 전력량이 있는지 여부를 판단한다.
S360 단계에서 해당되는 분산자원에 잉여 전력량이 존재하는 것으로 판단되면, 제어부(370)는 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생된 배전망이 위치하는 지역에 분산 자원의 잉여 전력을 제공하여 피크 부하 및 망 혼잡도를 완화시킨다(S370).
반면에 S360단계에서 분산자원에 잉여 전력량이 존재하지 않으면, 제어부(370)는 다른 분산 자원을 추출하고, 추출된 다른 분산 자원에 잉여 전력량이 존재하는지 여부를 재판단한다.
한편, 분산자원의 잉여 전력량을 소비할 경우, 제어부(370)는 해당되는 분산 자원의 관리자 단말(도시하지 않음)에 알림 신호를 송신한다. 그리고, 분산 자원의 관리자 단말로부터 사용 허가 신호를 수신하면, 제어부(370)는 분산 자원에 제어신호를 송신하여 해당되는 지역에 분산 자원에서 생산된 전력을 제공한다.
이와 같이 본 발명에 따른 전력망 운영 시스템은 배전망관리시스템(ADMS)와 분산자원관리시스템(DERMS)의 통합으로 기존 설치 되어있는 배전자산과 이미 설치되었거나 앞으로도 대량의 설치가 예상되는 분산자산들(PV, ESS, DR, EVSE 등)을 통합적으로 관리, 제어함으로써 운영자가 이들 자산 효용을 최대화할 수 있는 최적제어 기능을 구현할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것이 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 배전망관리시스템
200 : 분산자원관리시스템
300 : 통합관리서버
310 : 통신부
320 : 위치정보 획득부
330 : 분석부
340 : 예측부
350 : 가격 산청부
360 : 분산자원 정보 추출부
370 : 제어부

Claims (7)

  1. 배전망을 관리하며, 배전망에 대한 전압과 전류, 고장 정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 배전망 운영 정보를 실시간으로 획득하여 감시 및 제어하는 배전망관리시스템,
    복수의 마이크로 그리드를 관리하여 발전원이나 수용가의 동작을 제어하는 분산자원관리시스템, 그리고
    상기 배전망관리시스템로부터 수신된 배전망 운영 정보와 상기 분산자원관리시스템으로부터 수신된 마이크로 그리드 정보를 수신하여 상기 배전망과 분산 자원을 통합적으로 모니터링 및 제어하는 통합관리서버를 포함하는 전력망 운영 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 그리드는,
    수요 관리 장치(Demand Response), 태양광(PV), 에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS), 풍력, 전기차(EV), 발전기 중에서 적어도 하나를 포함하는 전력망 운영 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 통합관리서버는,
    상기 배전망관리시스템으로부터 배전망 운영 정보를 수신하고, 상기 분산자원관리시스템으로부터 분산자원 운영 정보를 수신하는 통신부,
    상기 기존의 배전망을 통해 공급되는 총 공급 전력량과 소비 전력량을 획득하고, 총 공급 전력량과 소비 전력량을 비교하여 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생되는 시점을 분석하는 분석부,
    날씨 정보를 이용하여 분산 자원의 생산 전력량을 예측하는 예측부,
    상기 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생된 배전망의 위치 정보를 추출하고, 추출된 위치 정보에 해당하는 분산 자원에 대한 정보를 추출하는 분산자원 정보 추출부,
    해당되는 분산 자원에 잉여 전력량이 존재하는지 여부를 판단하고, 전력량이 존재할 경우에는 피크 부하 및 망 혼잡도가 발생된 지역에 전력을 공급할 수 있도록 하는 해당되는 분산 자원에 제어 신호를 전달하는 제어부를 포함하는 전력망 운영 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 통합관리서버는,
    기존의 배전망과 분산 자원에 대한 각각의 위치정보를 획득하고, 획득한 위치 정보를 이용하여 배전망과 분산 자원을 매칭하여 저장하는 위치정보 획득부, 그리고
    분산 자원의 예측 생산 전력량과 이전의 충방전 스케줄을 이용하여 가용 전력량을 추출하고, 추출된 가용 전력량과 수용가에서 요구하는 전력량을 매칭하여 분산 자원에 대한 전력 가격을 산정하는 가격 산정부를 더 포함하는 전력망 운영 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 분산 자원의 예측 생산 전력량과 전력계통 정보를 이용하여 일정 시간내에 피크 부하 또는 망 혼잡도의 발생 여부를 판단하고, 피크 부하 또는 망 혼잡도가 발생될 것으로 판단하면, 해당되는 분산 자원의 관리자에 알림 신호를 송신하는 전력망 운영 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    피크 부하 또는 망 혼잡도에 따라 에너지 저장장치(ESS)의 충전 스케줄을 재정립하는 전력망 운영 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배전망관리시스템과 분산자원관리시스템은 MESA (Modular Energy Storage Architecture) 프로토콜을 이용하여 상호간 통신이 가능한 전력망 운영 시스템.
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