KR20230077159A - 복수의 전기충전설비 운용제어시스템 및 운용제어방법 - Google Patents

복수의 전기충전설비 운용제어시스템 및 운용제어방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예는, 복수의 전기충전설비; 계통과 DC링크 사이의 전력변환을 제어하는 인버터; 상기 DC링크와 각 전기충전설비 사이의 전력변환을 제어하는 복수의 컨버터; 및 VPP(Virtual Power Plant)지령에 따른 VPP전력을 확인하고 상기 복수의 전기충전설비 중 상기 VPP지령을 수행할 수 있는 가용전기충전설비들을 결정하고, 상기 가용전기충전설비들의 충전상태에 따라 상기 VPP전력이 각 가용전기충전설비로 분배되도록 상기 복수의 컨버터의 충방전을 제어하는 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)를 포함하는 운용제어시스템을 제공한다.

Description

복수의 전기충전설비 운용제어시스템 및 운용제어방법{OPERATIONAL CONTROL SYSTEM AND OPERATION CONTROL METHOD FOR A PLURALITY OF ELECTRIC CHARGING FACILITIES}
본 실시예는 전기충전설비의 운용제어에 관한 것이다.
가상발전소(VPP : Virtual Power Plant)는 분산되어 있는 자원들을 활용하여 하나의 발전소와 같은 효과를 창출하는 시스템을 의미할 수 있다. 일 예로서, 가상발전소는 분산되어 있는 에너지저장시스템을 이용하여 필요한 시간대에 전력을 공급할 수 있다. 다른 예로서, 가상발전소는 분산되어 있는 태양광패널들의 발전전력을 필요한 시간대에 전력망으로 공급할 수 있다. 가상발전소는 분산되어 있는 자원들을 이용하여 마치 하나의 거대한 발전소가 발전량을 조절하면서 출력하는 효과를 창출할 수 있다.
가상발전소가 형성되면 설비비용이 많이 소요되는 발전소를 건설하지 않아도 되기 때문에 건설 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
또한, 가상발전소가 형성되면 신재생에너지 발전의 불안정성을 완화시킬 수 있다. 태양광발전이나 풍력발전은 계절이나 날씨, 시간의 영향을 많이 받을 수 있고, 이러한 영향에 따라 발전량의 변동폭이 클 수 있다. 그리고, 이러한 발전량의 큰 변동폭은 전력망에 부담으로 작용할 수 있다.
그런데, 태양광발전이나 풍력발전과 같은 불안정성을 가지는 분산자원들을 하나의 가상발전소로 묶게 되면, 서로 간의 상쇄효과에 따라 발전량의 변동폭을 줄일 수 있게 되고, 원거리에 배치되는 분산자원들-예를 들어, 태양광발전과 에너지저장시스템-을 함께 활용할 수 있게 되어 전술한 전력망의 부담을 완화시킬 수 있게 된다.
한편, 이러한 가상발전소를 형성하기 위해서는 분산자원들이 VPP지령을 잘 처리할 수 있도록 설계되어야 하는데, 종래의 분산자원들 중에는 VPP지령을 제대로 처리할 수 없게 되어 있는 경우가 많고, 이에 따라, 가상발전소에 참여하는 분산자원의 용량이 적고, 가상발전소가 활성화되지 못하는 문제가 있었다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 복수의 전기충전설비를 포함하는 시스템이 가상발전소에 적절하게 참여할 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것이다. 다른 측면에서, 본 실시예의 목적은, 복수의 전기충전설비의 사용량을 고르게 분배시켜 특정 전기충전설비가 가상발전소에 참여할 수 없게 되는 문제를 개선하는 기술을 제공하는 것이다. 또 다른 측면에서, 본 실시예의 목적은, 복수의 전기충전설비의 사용량을 고르게 분배시켜 특정 전기충전설비가 쉽게 노화되는 문제를 개선하는 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, 복수의 전기충전설비; 계통과 DC링크 사이의 전력변환을 제어하는 인버터; 상기 DC링크와 각 전기충전설비 사이의 전력변환을 제어하는 복수의 컨버터; 및 VPP(Virtual Power Plant)지령에 따른 VPP전력을 확인하고 상기 복수의 전기충전설비 중 상기 VPP지령을 수행할 수 있는 가용전기충전설비들을 결정하고, 상기 가용전기충전설비들의 충전상태에 따라 상기 VPP전력이 각 가용전기충전설비로 분배되도록 상기 복수의 컨버터의 충방전을 제어하는 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)를 포함하는 운용제어시스템을 제공한다.
상기 VPP전력이 상기 계통으로 공급되는 전력인 경우, 상기 SCADA는 각 가용전기충전설비의 SOC(State-Of-Charge)설정값과 SOC측정값의 차이에 비례하도록 상기 VPP전력을 분배할 수 있다.
상기 VPP전력이 상기 계통으로부터 수급하는 전력인 경우, 상기 SCADA는 각 가용전기충전설비의 SOC(State-Of-Charge)측정값에 비례하도록 상기 VPP전력을 분배할 수 있다.
상기 VPP전력이 상기 계통으로 공급되는 전력인 경우, 상기 SCADA는 [식1]에 따라 상기 VPP전력을 각 가용전기충전설비로 분배할 수 있다.
[식1]
Ivpp(i) = (SOCset(i) - SOC(i)) / ∑(SOCset(i) - SOC(i)) x (Pref / Vo(i))
Ivpp(i) : i(i는 자연수)번째 가용전기충전설비에 분배된 VPP전력에 대응되는 VPP전류
SOCset(i) : i번째 가용전기충전설비의 SOC(State-Of-Charge)설정값
SOC(i) : i번째 가용전기충전설비의 SOC측정값
Pref : VPP전력
Vo(i) : i번째 가용전기충전설비의 단자전압
상기 VPP전력이 상기 계통으로부터 수급하는 전력인 경우, 상기 SCADA는 [식2]에 따라 상기 VPP전력을 각 가용전기충전설비로 분배할 수 있다.
[식2]
Ivpp(i) = SOC(i) / ∑SOC(i) x (Pref / Vo(i))
Ivpp(i) : i(i는 자연수)번째 가용전기충전설비에 분배된 VPP전력에 대응되는 VPP전류
SOC(i) : i번째 가용전기충전설비의 SOC측정값
Pref : VPP전력
Vo(i) : i번째 가용전기충전설비의 단자전압
상기 SCADA는 상기 복수의 전기충전설비 중 전류제어모드로 충방전되는 전기충전설비를 상기 가용전기충전설비로 결정할 수 있다.
상기 SCADA는 SOC(State-Of-Charge)측정값이 SOC설정값보다 작은 전기충전설비는 전류제어모드로 제어할 수 있다.
각 컨버터는, 인덕터전류와 전류참조값의 차이에 따라 게이트신호를 생성하는 제1제어기; 및 출력전압이 전압설정값보다 작은 경우, 상기 VPP전력의 분배값에 따라 결정되는 VPP전류와 현재의 충방전전류를 합산한 전류에 따라 상기 전류참조값을 결정하는 제2제어기를 포함할 수 있다.
상기 제2제어기는, 상기 출력전압이 상기 전압설정값보다 큰 경우, 상기 전압설정값과 상기 출력전압의 차이를 PI(Proportional-Integral)제어기에 입력시켜 얻은 값에 따라 상기 전류참조값을 결정할 수 있다.
상기 제2제어기는, 상기 출력전압이 전압설정값보다 작은 경우, 상기 PI제어기에 대한 입력을 0으로 설정할 수 있다.
다른 실시예는, VPP(Virtual Power Plant)지령에 따른 VPP전력을 확인하는 단계; 복수의 전기충전설비 중 상기 VPP지령을 수행할 수 있는 가용전기충전설비들을 결정하는 단계; 상기 가용전기충전설비들의 충전상태에 따라 상기 VPP전력을 각 가용전기충전설비로 분배하는 단계; 및 상기 VPP전력의 분배값에 따라, DC링크와 각 전기충전설비 사이의 전력을 변환하는 복수의 컨버터의 충방전을 제어하는 단계를 포함하는 운용제어방법을 제공한다.
상기 운용제어방법은, 계통과 상기 DC링크 사이의 전력변환을 제어하는 인버터가 상기 DC링크를 전압제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 운용제어방법은, 상기 VPP전력을 분배하는 단계에서, 상기 VPP전력이 상기 계통으로 공급되는 전력인 경우, 각 가용전기충전설비의 SOC(State-Of-Charge)설정값과 SOC측정값의 차이에 비례하도록 상기 VPP전력을 분배할 수 있다.
상기 운용제어방법은, 상기 VPP전력을 분배하는 단계에서, 상기 VPP전력이 상기 계통으로부터 수급하는 전력인 경우, 각 가용전기충전설비의 SOC(State-Of-Charge)측정값에 비례하도록 상기 VPP전력을 분배할 수 있다.
상기 운용제어방법은, 상기 가용전기충전설비들을 결정하는 단계에서, 상기 복수의 전기충전설비 중 전류제어모드로 충방전되는 전기충전설비를 상기 가용전기충전설비로 결정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 복수의 전기충전설비를 포함하는 시스템이 가상발전소에 적절하게 참여할 수 있게 한다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 복수의 전기충전설비의 사용량을 고르게 분배시켜 특정 전기충전설비가 가상발전소에 참여할 수 없게 되는 문제를 개선할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 복수의 전기충전설비의 사용량을 고르게 분배시켜 특정 전기충전설비가 쉽게 노화되는 문제를 개선할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 복수의 전기충전설비 운용제어시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 컨버터의 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 제2제어기의 구성도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 스카다의 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 복수의 전기충전설비 운용제어방법의 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 운용제어시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 제1도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 운용제어시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 제2도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 운용제어시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 제3도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 운용제어시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 제4도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 운용제어시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 제5도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 복수의 전기충전설비 운용제어시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 복수의 전기충전설비 운용제어시스템(100, 이하에서는 '운용제어시스템'이라 함)은 스카다(SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition, 110), 복수의 컨버터(120a ~ 120d), 인버터(130) 및 복수의 전기충전설비(140a ~ 140d) 등을 포함할 수 있다.
각 전기충전설비(140a ~ 140d)는 에너지저장시스템(ESS: Energy Storage System)일 수 있고, 전기자동차일 수 있고, 이외의 전기에너지를 저장할 수 있는 장치일 수 있다.
각 전기충전설비(140a ~ 140d)의 에너지잔량은 SOC(State-of-Charge)로 표현될 수 있다. SOC는 0에서 1 사이의 값을 가질 수 있고, 0%에서 100% 사이의 값을 가질 수 있다.
각 컨버터(120a ~ 120d)는 DC링크(DCL)와 각 전기충전설비(140a ~ 140d) 사이의 전력변환을 제어할 수 있다. DC링크(DCL)에 직류전압이 형성되고, 각 전기충전설비(140a ~ 140d)가 직류장치인 경우, 각 컨버터(120a ~ 120d)는 DC/DC컨버터의 형태를 가질 수 있다.
각 컨버터(120a ~ 120d)는 양방향컨버터로서 DC링크(DCL)에 형성되는 전력을 변환하여 각 전기충전설비(140a ~ 140d)로 공급할 수 있다. 이러한 과정을 충전이라고 부를 수 있다.
그리고, 각 컨버터(120a ~ 120d)는 각 전기충전설비(140a ~ 140d)에서 출력되는 전력을 변환하여 DC링크(DCL)로 전달할 수 있다. 이러한 과정을 방전이라고 부를 수 있다.
인버터(130)는 계통(110)과 DC링크(DCL) 사이의 전력변환을 제어할 수 있다.
인버터(130)는 계통(110)으로부터 전력을 공급받고 이러한 전력을 변환하여 DC링크(DCL)로 공급할 수 있다. 그리고, 인버터(130)는 DC링크(DCL)에 형성되는 전력을 변환하여 계통(110)으로 공급할 수 있다.
DC링크(DCL)에 형성되는 전력이 DC전력이고 계통(110)에 형성되는 전력이 AC전력일 때, 인버터(130)는 AC/DC인버터 혹은 DC/AC인버터의 형태를 가질 수 있다. 그리고, 인버터(130)는 계통(110)으로부터 DC링크(DCL) 방향으로 전력을 공급하거나 DC링크(DCL)에서 계통(110) 방향으로 전력을 공급하기 위해 양방향인버터의 형태를 가질 수 있다.
인버터(130)와 계통(110) 사이에는 제1필터(160)가 배치될 수 있다. 제1필터(160)는 계통(110)으로부터 인버터(130)로 유입되는 노이즈를 필터링할 수 있고, 인버터(130)에서 계통(110)으로 전달되는 노이즈를 필터링할 수 있다.
제1필터(160)와 계통(110) 사이에는 제1차단기(170)가 배치될 수 있다. 스카다(110)는 제1차단기(170)를 제어하여 계통(110) 전력이 인버터(130)로 공급되는 것을 차단하거나 계통(110)과 인버터(130)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
계통(110)과 제1차단기(170) 사이에는 PCC(Point of Common-Coupling)가 형성될 수 있다. 그리고, PCC에는 BOP(Balance of Plant, 150)가 연결되어 있을 수 있다. BOP(150)는 계통(110)으로부터 전력을 공급받을 수 있고, 인버터(130)로부터 전력을 공급받을 수 있다.
DC링크(DCL)와 컨버터(120a ~ 120d) 사이에는 제2차단기(172a ~ 172d)가 배치될 수 있다. 스카다(110)는 제2차단기(172a ~ 172d)를 제어하여 DC링크(DCL)와 각 컨버터(120a ~ 120d)의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
각 컨버터(120a ~ 120d)와 전기충전설비(140a ~ 140d) 사이에는 제2필터(162a ~ 162d)가 배치될 수 있다. 제2필터(162a ~ 162d)는 각 컨버터(120a ~ 120d)의 출력전압이나 출력전류에서 노이즈를 필터링할 수 있다. 그리고, 제2필터(162a ~ 162d)는 각 컨버터(120a ~ 120d)의 출력전압이나 출력전류에서의 리플을 완화시킬 수 있다.
제2필터(162a ~ 162d)와 전기충전설비(140a ~ 140d) 사이에는 제3차단기(174a ~ 174d)가 배치될 수 있다. 스카다(110)는 제3차단기(174a ~ 174d)를 제어하여 각 컨버터(120a ~ 120d)와 전기충전설비(140a ~ 140d) 사이의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
한편, 스카다(110)는 VPP(Virtual Power Plant)지령에 따른 VPP전력을 확인하고 복수의 전기충전설비(140a ~ 140d) 중 VPP지령을 수행할 수 있는 가용전기충전설비들을 결정하고, 가용전기충전설비들의 충전상태에 따라 VPP전력이 각 가용전기충전설비로 분배되도록 복수의 컨버터(120a ~ 120d)의 충방전을 제어할 수 있다.
스카다(110)는 복수의 전기충전설비(140a ~ 140d) 중 전류제어모드로 충방전되는 전기충전설비를 가용전기충전설비로 결정할 수 있다. 전압이 일정 수준 이상으로 올라가는 경우, 전기충전설비(140a ~ 140d)는 전압제어모드로 충방전될 수 있다. 이러한 상태는 보통 SOC가 기준값보다 높은 상태에서 나타난다. 스카다(110)는 이러한 상태의 전기충전설비를 제외하고 나머지 전기충전설비를 이용하여 VPP전력을 처리할 수 있다.
스카다(110)는 SOC측정값이 SOC설정값보다 작은 전기충전설비가 전류제어모드로 제어되도록 할 수 있다. 이에 따라, 스카다(110)는 SOC측정값이 SOC설정값보다 작은 전기충전설비들을 이용하여 VPP전력을 처리할 수 있다.
VPP전력은 계통으로 전력을 공급하는 전력일 수 있고, 계통으로부터 전력을 수급하는 전력일 수 있다.
VPP전력이 계통으로 공급되는 전력인 경우, 스카다(110)는 각 가용전기충전설비의 SOC(State-Of-Charge)설정값과 SOC측정값의 차이에 비례하도록 VPP전력을 분배할 수 있다.
예를 들어, 스카다(110)는 [식1]에 따라 VPP전력을 각 가용전기충전설비로 분배할 수 있다.
[식1]
Ivpp(i) = (SOCset(i) - SOC(i)) / ∑(SOCset(i) - SOC(i)) x (Pref / Vo(i))
Ivpp(i) : i(i는 자연수)번째 가용전기충전설비에 분배된 VPP전력에 대응되는 VPP전류
SOCset(i) : i번째 가용전기충전설비의 SOC(State-Of-Charge)설정값
SOC(i) : i번째 가용전기충전설비의 SOC측정값
Pref : VPP전력
Vo(i) : i번째 가용전기충전설비의 단자전압
이렇게 VPP전력을 분배하게 되면, SOC가 높은 전기충전설비가 더 많은 전력을 VPP전력용으로 출력할 수 있고, SOC가 낮은 전기충전설비가 더 적은 전력을 VPP전력용으로 출력할 수 있게 되어, 전체적으로, SOC가 균형있게 유지될 수 있다.
VPP전력이 계통으로부터 수급하는 전력인 경우, 스카다(110)는 각 가용전기충전설비의 SOC측정값에 비례하도록 VPP전력을 분배할 수 있다.
예를 들어, 스카다(110)는 [식2]에 따라 VPP전력을 각 가용전기충전설비로 분배할 수 있다.
[식2]
Ivpp(i) = SOC(i) / ∑SOC(i) x (Pref / Vo(i))
Ivpp(i) : i(i는 자연수)번째 가용전기충전설비에 분배된 VPP전력에 대응되는 VPP전류
SOC(i) : i번째 가용전기충전설비의 SOC측정값
Pref : VPP전력
Vo(i) : i번째 가용전기충전설비의 단자전압
이렇게 VPP전력을 분배하게 되면, SOC가 낮은 전기충전설비가 더 많은 전력을 VPP전력용으로 수전할 수 있고, SOC가 높은 전기충전설비가 더 적은 전력을 VPP전력용으로 수전할 수 있게 되어, 전체적으로, SOC가 균형있게 유지될 수 있다.
각 컨버터(120a ~ 120d)는 분배된 VPP전력과 자체적으로 적용하고 있는 충방전전력이 모두 반영되도록 전력변환을 수행할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 컨버터의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 컨버터(120)는 전력단(210), 제1제어기(220) 및 제2제어기(230)를 포함할 수 있다.
전력단(210)은 벅-부스트컨버터의 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 전력단(210)은 인덕터, 캐패시터 및 두 개의 능동스위치를 포함하고 있으면서, 일 방향의 전력흐름에 대해 벅컨버터의 형태로 동작할 수 있고, 일 방향과 반대 방향의 전력흐름에 대해 부스트컨버터의 형태로 동작할 수 있다.
제1제어기(220)는 전력단(210)에 포함되어 있는 능동스위치의 온오프를 제어하는 기기일 수 있다.
제1제어기(220)는 PWM(Pulse Width Modulation)발생기와 게이트드라이버를 포함할 수 있다. PWM발생기는 인덕터전류(IL)와 전류참조값(Iref)의 차이에 따라 게이트신호를 생성할 수 있는데, 예를 들어, PWM발생기는 인덕터전류(IL)가 전류참조값(Iref)보다 크면 게이트신호가 하이레벨의 전압을 갖도록 하고, 인덕터전류(IL)가 전류참조값(Iref)이하이면 게이트신호가 로우레벨의 전압을 갖도록 할 수 있다. 그리고, 게이트드라이버는 게이트신호를 증폭시켜 게이트신호에 따라 능동스위치가 온오프되도록 할 수 있다.
제2제어기(230)는 출력전압(Vo)이 전압설정값(Vmax)보다 작은 경우, VPP전력의 분배값에 따라 결정되는 VPP전류(Ivpp)와 현재의 충방전전류(Ich)를 합산한 전류에 따라 전류참조값(Iref)을 결정할 수 있다.
출력전압(Vo)이 전압설정값(Vmax)보다 큰 경우, 제2제어기(230)는 전압설정값(Vmax)과 출력전압(Vo)의 차이를 PI(Proportional-Integral)제어기에 입력시켜 얻은 값에 따라 전류참조값(Iref)을 결정할 수 있다.
제2제어기(230)는 출력전압(Vo)이 전압설정값(Vmax)보다 작은 경우, PI제어기에 대한 입력을 0으로 설정할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 제2제어기의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 제2제어기(230)는 제1선택기(310), PI제어기(320), 제2선택기(330) 및 제3선택기(340) 등을 포함할 수 있다.
제1선택기(310)의 제1입력으로는 전압설정값(Vmax)과 출력전압(Vo)의 차이값이 입력될 수 있고, 제2입력으로는 출력전압(Vo)이 입력될 수 있고, 제3입력으로는 0이 입력될 수 있다.
제1선택기(310)는 제2입력에 따라 제1입력을 선택하거나 제3입력을 선택하여 출력할 수 있다.
제1선택기(310)는 제2입력으로 확인되는 출력전압(Vo)이 전압기준값(Vset)이상인 경우, 제1입력-전압설정값(Vmax)과 출력전압(Vo)의 차이값-을 선택하여 PI제어기(320)로 출력할 수 있다. 이때, 컨버터는 전압제어모드로 동작할 수 있다.
제1선택기(310)는 제2입력으로 확인되는 출력전압(Vo)이 전압기준값(Vset)미만인 경우, 제3입력-0-을 선택하여 PI제어기(320)로 출력할 수 있다. 이때, 컨버터는 전류제어모드로 동작할 수 있다. 그리고, PI제어기(320)에 포함된 적분기는 0으로 리셋될 수 있다.
제2선택기(330)의 제1입력으로는 PI제어기(320)의 출력이 입력될 수 있고, 제2입력으로는 출력전압(Vo)이 입력될 수 있고, 제3입력으로는 현재의 충방전전류(Ich)와 VPP전류(Ivpp)를 합산한 전류가 입력될 수 있다.
제2선택기(330)는 제2입력에 따라 제1입력을 선택하거나 제3입력을 선택하여 출력할 수 있다.
제2선택기(330)는 제2입력으로 확인되는 출력전압(Vo)이 전압기준값(Vset)이상인 경우, PI제어기(320)의 출력을 전달받아 출력할 수 있다. 이때, 컨버터는 전압제어모드로 동작할 수 있다.
제2선택기(330)는 제2입력으로 확인되는 출력전압(Vo)이 전압기준값(Vset)미만인 경우, 제3입력-현재의 충방전전류(Ich)와 VPP전류(Ivpp)를 합산한 전류-을 선택하여 출력할 수 있다. 이때, 컨버터는 전류제어모드로 동작할 수 있다.
제3선택기(340)의 제1입력으로는 0이 입력될 수 있고, 제2입력으로는 SOC측정값이 입력될 수 있고, 제3입력으로는 제2선택기(330)의 출력이 입력될 수 있다.
제3선택기(340)는 제2입력에 따라 제1입력을 선택하거나 제3입력을 선택하여 출력할 수 있다.
제3선택기(340)는 제2입력으로 확인되는 SOC측정값이 SOC설정값(SOCset)이상인 경우, 제1입력-0-을 전류참조값(Iref)으로 출력할 수 있다. 이때, 전류참조값(Iref)이 0이 되면서 컨버터는 전력을 변환하지 않을 수 있고, 입력측과 출력측을 전기적으로 차단시킬 수 있다.
제3선택기(340)는 제2입력으로 확인되는 SOC측정값이 SOC설정값(SOCset)미만인 경우, 제3입력-제2선택기(330)의 출력-을 전류참조값(Iref)으로 출력할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 스카다의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 스카다(110)는 데이터획득부(410)와 컨버터제어부(420)를 포함할 수 있다.
데이터획득부(410)는 운용제어시스템에 포함되어 있는 각 구성들의 상태정보데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 데이터획득부(410)는 각 전기충전설비의 SOC, 온도, SOH(state-of-health) 등에 대한 데이터를 획득할 수 있고, 각 컨버터의 이상상태에 대한 데이터를 획득할 수 있고, 각 컨버터의 제어모드, 충방전전류 등에 대한 데이터를 획득할 수 있다. 그리고, 데이터획득부(410)는 인버터의 입출력전류, 입출력전압, 그리고, DC링크의 전압에 대한 데이터를 획득할 수 있다.
그리고, 스카다(110)는 표시장치를 더 포함하고 있으면서, 데이터획득부(410)에서 획득한 데이터를 표시장치에 표시할 수 있다.
컨버터제어부(420)는 각 컨버터의 제어모드를 결정할 수 있고, 각 컨버터로 VPP전류를 분배시킬 수 있다. 예를 들어, 컨버터제어부(420)는 각 컨버터를 전류제어모드로 동작시킬 수 있고, 전압제어모드로 동작시킬 수 있다. 그리고, 컨버터제어부(420)는 VPP전력을 가용전기충전설비들로 분배하고 각 분배된 VPP전력량에 따라 결정되는 VPP전류값을 각 컨버터로 전달할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 복수의 전기충전설비 운용제어방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 스카다는 운용제어시스템에 포함되어 있는 각 구성들의 상태정보데이터를 획득할 수 있다(S502).
그리고, 스카다는 VPP지령에 따른 VPP전력을 확인할 수 있다(S504).
VPP지령이 없는 경우(S504에서 No), 스카다는 각 컨버터로 분배시키는 VPP전류(Ivpp)를 0으로 설정하여 각 컨버터로 전달할 수 있다(S506).
VPP지령이 있는 경우(S504에서 Yes), 스카다는 VPP지령이 계통으로부터 전력을 수급받는 것인지 VPP지령이 계통으로 전력을 공급하는 것인지 확인할 수 있다(S508).
VPP지령이 계통으로부터 전력을 수급받는 것인 경우(S508에서 Yes), 스카다는 [식1]에 따라 VPP전류를 각 가용전기충전설비들로 분배시킬 수 있다(S510).
이때, 가용전기충전설비들 중에서 SOC측정값이 SOC설정값(SOCset)보다 크거나 출력전압(Vo)이 전압설정값(Vmax)보다 큰 가용전기충전설비는 다시 VPP전류를 0으로 처리할 수 있다(S512에서 Yes, 그리고, S516).
그렇지 않은 가용전기충전설비들의 경우(S512에서 No), 스카다는 [식1]에 따라 분배된 VPP전류값을 해당 컨버터로 전달할 수 있다.
VPP지령이 계통으로 전력을 공급하는 것인 경우(S508에서 No), 스카다는 [식2]에 따라 VPP전류를 각 가용전기충전설비들로 분배시킬 수 있다(S518).
이때, 가용전기충전설비들 중에서 SOC측정값이 SOC설정값(SOCset)보다 크거나 출력전압(Vo)이 전압설정값(Vmax)보다 큰 가용전기충전설비는 다시 VPP전류를 0으로 처리할 수 있다(S520에서 Yes, 그리고, S516).
그렇지 않은 가용전기충전설비들의 경우(S520에서 No), 스카다는 [식2]에 따라 분배된 VPP전류값을 해당 컨버터로 전달할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 운용제어시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 제1도면이다.
도 6을 참조하면, 제1전기충전설비(ESS1)는 VPP지령치가 있는 구간에서도 충전상태(SOC)가 95%(SOC설정값) 이상이어서 충전지령(VPP지령)에 대응하지 않는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 제1전기충전설비(ESS1)는 방전지령에 대해서는 대응하는 것을 확인할 수 있다.
이것은 충전지령은 [식1]을 따르고, 방전지령은 [식2]를 따르기 때문에 나타나는 현상이다.
도 7은 일 실시예에 따른 운용제어시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 제2도면이다.
도 7을 참조하면, 20기준시간(단위, 100초)까지 ESS에 대한 충전전류가 계단식으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 시뮬레이션을 위하여, 개발자는 20기준시간(단위, 100초)까지 전기충전설비의 충전전류 제어값을 계단식으로 증가시키다가 이후 유지시켰다. 그런데, 도 7을 참조하면, 20기준시간 이후에 전기충전설비의 충전전류가 특정 패턴을 형성하면서 변하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 특정 패턴은 도 7의 (a)에 도시된 VPP지령과 동일한 패턴이다. 이를 통해, 시뮬레이션에서 각 전기충전설비가 현재의 충방전전류와 VPP지령을 모두 반영하면서 충방전되는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 운용제어시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 제3도면이고, 도 9는 일 실시예에 따른 운용제어시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 제4도면이다.
도 8의 (a)는 인버터에서 계통으로 공급하는 전력량을 나타내고, 도 8의 (b)는 BOP에서 소모되는 전력량을 나타낸다.
도 8에서 알 수 있는 것과 같이, 일 실시예에 따른 운용제어시스템은 BOP로 공급되는 전력량을 그대로 유지시키면서 VPP지령을 충족시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 도 9의 (a)는 DC링크의 전압이고, 도 9의 (b)는 PCC의 전압인데, 일 실시예에 따른 운용제어시스템은 DC링크의 전압과 PCC의 전압을 변동시키지 않으면서 VPP지령을 충족시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 운용제어시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 제5도면이다.
도 10을 참조하면, 각 전기충전설비(WE1, WE2, WE3, WE4)별로 서로 다른 VPP지령치가 반영되는 것을 알 수 있다. 그리고, 도 10을 참조하면, 각 전기충전설비(WE1, WE2, WE3, WE4)에 대하여 충전상태가 낮은 순으로 더 많은 VPP전류가 공급되고, 충전상태가 높은 순으로 더 많은 VPP전류를 계통으로 공급한다는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 복수의 전기충전설비를 포함하는 시스템이 가상발전소에 적절하게 참여할 수 있게 한다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 복수의 전기충전설비의 사용량을 고르게 분배시켜 특정 전기충전설비가 가상발전소에 참여할 수 없게 되는 문제를 개선할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 복수의 전기충전설비의 사용량을 고르게 분배시켜 특정 전기충전설비가 쉽게 노화되는 문제를 개선할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 복수의 전기충전설비를 포함하는 시스템이 가상발전소에 적절하게 참여할 수 있게 한다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 복수의 전기충전설비의 사용량을 고르게 분배시켜 특정 전기충전설비가 가상발전소에 참여할 수 없게 되는 문제를 개선할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 복수의 전기충전설비의 사용량을 고르게 분배시켜 특정 전기충전설비가 쉽게 노화되는 문제를 개선할 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 복수의 전기충전설비;
    계통과 DC링크 사이의 전력변환을 제어하는 인버터;
    상기 DC링크와 각 전기충전설비 사이의 전력변환을 제어하는 복수의 컨버터; 및
    VPP(Virtual Power Plant)지령에 따른 VPP전력을 확인하고 상기 복수의 전기충전설비 중 상기 VPP지령을 수행할 수 있는 가용전기충전설비들을 결정하고, 상기 가용전기충전설비들의 충전상태에 따라 상기 VPP전력이 각 가용전기충전설비로 분배되도록 상기 복수의 컨버터의 충방전을 제어하는 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)
    를 포함하는 운용제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 VPP전력이 상기 계통으로 공급되는 전력인 경우,
    상기 SCADA는 각 가용전기충전설비의 SOC(State-Of-Charge)설정값과 SOC측정값의 차이에 비례하도록 상기 VPP전력을 분배하는 운용제어시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 VPP전력이 상기 계통으로부터 수급하는 전력인 경우,
    상기 SCADA는 각 가용전기충전설비의 SOC(State-Of-Charge)측정값에 비례하도록 상기 VPP전력을 분배하는 운용제어시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 VPP전력이 상기 계통으로 공급되는 전력인 경우,
    상기 SCADA는 [식1]에 따라 상기 VPP전력을 각 가용전기충전설비로 분배하는 운용제어시스템.
    [식1]
    Ivpp(i) = (SOCset(i) - SOC(i)) / ∑(SOCset(i) - SOC(i)) x (Pref / Vo(i))
    Ivpp(i) : i(i는 자연수)번째 가용전기충전설비에 분배된 VPP전력에 대응되는 VPP전류
    SOCset(i) : i번째 가용전기충전설비의 SOC(State-Of-Charge)설정값
    SOC(i) : i번째 가용전기충전설비의 SOC측정값
    Pref : VPP전력
    Vo(i) : i번째 가용전기충전설비의 단자전압
  5. 제1항에 있어서,
    상기 VPP전력이 상기 계통으로부터 수급하는 전력인 경우,
    상기 SCADA는 [식2]에 따라 상기 VPP전력을 각 가용전기충전설비로 분배하는 운용제어시스템.
    [식2]
    Ivpp(i) = SOC(i) / ∑SOC(i) x (Pref / Vo(i))
    Ivpp(i) : i(i는 자연수)번째 가용전기충전설비에 분배된 VPP전력에 대응되는 VPP전류
    SOC(i) : i번째 가용전기충전설비의 SOC측정값
    Pref : VPP전력
    Vo(i) : i번째 가용전기충전설비의 단자전압
  6. 제1항에 있어서,
    상기 SCADA는 상기 복수의 전기충전설비 중 전류제어모드로 충방전되는 전기충전설비를 상기 가용전기충전설비로 결정하는 운용제어시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 SCADA는 SOC(State-Of-Charge)측정값이 SOC설정값보다 작은 전기충전설비는 전류제어모드로 제어하는 운용제어시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    각 컨버터는,
    인덕터전류와 전류참조값의 차이에 따라 게이트신호를 생성하는 제1제어기; 및
    출력전압이 전압설정값보다 작은 경우, 상기 VPP전력의 분배값에 따라 결정되는 VPP전류와 현재의 충방전전류를 합산한 전류에 따라 상기 전류참조값을 결정하는 제2제어기를 포함하는 운용제어시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2제어기는,
    상기 출력전압이 상기 전압설정값보다 큰 경우, 상기 전압설정값과 상기 출력전압의 차이를 PI(Proportional-Integral)제어기에 입력시켜 얻은 값에 따라 상기 전류참조값을 결정하는 운용제어시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2제어기는,
    상기 출력전압이 전압설정값보다 작은 경우, 상기 PI제어기에 대한 입력을 0으로 설정하는 운용제어시스템.
  11. VPP(Virtual Power Plant)지령에 따른 VPP전력을 확인하는 단계;
    복수의 전기충전설비 중 상기 VPP지령을 수행할 수 있는 가용전기충전설비들을 결정하는 단계;
    상기 가용전기충전설비들의 충전상태에 따라 상기 VPP전력을 각 가용전기충전설비로 분배하는 단계; 및
    상기 VPP전력의 분배값에 따라, DC링크와 각 전기충전설비 사이의 전력을 변환하는 복수의 컨버터의 충방전을 제어하는 단계
    를 포함하는 운용제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    계통과 상기 DC링크 사이의 전력변환을 제어하는 인버터가 상기 DC링크를 전압제어하는 단계를 더 포함하는 운용제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 VPP전력을 분배하는 단계에서,
    상기 VPP전력이 상기 계통으로 공급되는 전력인 경우, 각 가용전기충전설비의 SOC(State-Of-Charge)설정값과 SOC측정값의 차이에 비례하도록 상기 VPP전력을 분배하는 운용제어방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 VPP전력을 분배하는 단계에서,
    상기 VPP전력이 상기 계통으로부터 수급하는 전력인 경우, 각 가용전기충전설비의 SOC(State-Of-Charge)측정값에 비례하도록 상기 VPP전력을 분배하는 운용제어방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 가용전기충전설비들을 결정하는 단계에서,
    상기 복수의 전기충전설비 중 전류제어모드로 충방전되는 전기충전설비를 상기 가용전기충전설비로 결정하는 운용제어방법.
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