KR20230092642A - Ess 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 관리 장치는 복수의 배터리 랙을 포함하는 에너지 저장 장치에 대한 ESS 관리 장치로서, 상기 에너지 저장 장치로 전력을 공급할 수 있는 태양광 발전 장치의 과거 발전량 데이터에 기반하여, 소정의 기간 동안 태양광 발전 장치에 의해 생성될 것으로 예측되는 태양광 발전량을 산출하도록 구성된 태양광 발전량 산출부; 상기 에너지 저장 장치로부터 전력을 공급받을 수 있는 부하의 과거 전력 소모량 데이터에 기반하여, 상기 소정의 기간 동안 부하에 의해 소모될 것으로 예측되는 전력 소모량을 산출하도록 구성된 소비 전력량 산출부; 및 상기 에너지 저장 장치의 충전 예상량 및 방전 예상량을 산출하고, 상기 태양광 발전량, 상기 전력 소모량, 상기 충전 예상량 및 방전 예상량에 기반하여 전력 계통으로부터의 공급받을 수 있는 계통 전력량을 산출하도록 구성된 계통 전력량 산출부를 포함한다.

Description

ESS 관리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANAGING ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 ESS 관리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 에너지 저장 장치(ESS, Energy storage system)를 효율적으로 관리할 수 있는 ESS 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 배터리가 이용되는 에너지 저장 장치는 대규모의 전력을 저장하고, 복수의 부하 설비에 저장된 전력을 제공하는 장치일 수 있다. 예컨대, 에너지 저장 장치는 산업용, 빌딩용 또는 가정용 에너지 관리 시스템과 같은 형태로 사용되고 있으며, 각각의 사용처에서 저장된 전력을 부하 설비에 제공하여 상시 전력망 및/또는 비상 전력망으로 이용되고 있다.
다만, 이러한 에너지 저장 장치는 단가가 높고, 전력 계통(Power grid)의 전력 단가가 높기 때문에, 공공주택 등에서 사용하기에는 투자 대비 효율이 낮은 것으로 인식되고 있다.
따라서, 에너지 저장 장치의 보급률을 향상시키기 위하여, 에너지 저장 장치의 단가를 낮추고, 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄을 효율적인 운영하여 에너지 비용을 절감할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 에너지 저장 장치의 충전 및 방전을 효율적으로 제어하여 에너지 비용을 절감할 수 있는 ESS 관리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 ESS 관리 장치는 복수의 배터리 랙을 포함하는 에너지 저장 장치에 대한 관리 장치로서, 상기 에너지 저장 장치로 전력을 공급할 수 있는 태양광 발전 장치의 과거 발전량 데이터에 기반하여, 소정의 기간 동안 상기 태양광 발전 장치에 의해 생성될 것으로 예측되는 태양광 발전량을 산출하도록 구성된 태양광 발전량 산출부; 상기 에너지 저장 장치로부터 전력을 공급받을 수 있는 부하의 과거 전력 소모량 데이터에 기반하여, 상기 소정의 기간 동안 상기 부하에 의해 소모될 것으로 예측되는 전력 소모량을 산출하도록 구성된 소비 전력량 산출부; 및 상기 에너지 저장 장치의 충전 예상량 및 방전 예상량을 산출하고, 상기 태양광 발전량, 상기 전력 소모량, 상기 충전 예상량 및 방전 예상량에 기반하여 전력 계통으로부터의 공급받을 수 있는 계통 전력량을 산출하도록 구성된 계통 전력량 산출부를 포함할 수 있다.
상기 계통 전력량 산출부는, 상기 전력 계통에 대한 시간대별 전력 구매 비용 정보에 기반하여, 상기 소정의 기간 동안 상기 전력 계통으로부터 공급받는 상기 계통 전력량에 대한 전력 구매 비용이 최소가 되도록 상기 계통 전력량을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 계통 전력량 산출부는, 하기의 수학식 1에 기반하여 상기 계통 전력량을 산출하도록 구성될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, PGRID(t)는 상기 계통 전력량이고, PDCH(t)는 상기 방전 예상량이며, PPV(t)는 상기 태양광 발전량이고, PLOAD(t)는 상기 전력 소모량이며, PCH(t)는 상기 충전 예상량이고, t는 시점을 나타내는 변수일 수 있다.
상기 계통 전력량 산출부는, 상기 에너지 저장 장치의 SOC 및 용량과 상기 에너지 저장 장치에 대해 미리 설정된 SOC 임계값에 기반하여 상기 충전 예상량 및 상기 방전 예상량을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 계통 전력량 산출부는, 상기 에너지 저장 장치의 SOC가 미리 설정된 하한 SOC 임계값보다 크고, 상한 SOC 임계값보다 작도록 상기 충전 예상량 및 상기 방전 예상량을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 계통 전력량 산출부는, 하기의 수학식 2 및 수학식 3에 기반하여 상기 충전 예상량 및 상기 방전 예상량을 산출하도록 구성될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
[수학식 3]
Figure pat00003
여기서, t는 시점을 나타내는 변수이고, △t는 상기 소정의 기간이며, SOCESS(t)는 상기 에너지 저장 장치의 현재 SOC이고, SOCESS(t+1)은 상기 소정의 기간이 경과된 후의 상기 에너지 저장 장치의 예상 SOC이며, EESS는 상기 에너지 저장 장치의 현재 용량이고, PCH(t)는 상기 충전 예상량이고, PDCH(t)는 상기 방전 예상량이며, SOCMIN은 상기 하한 임계값이고, SOCMAX는 상기 상한 임계값일 수 있다.
상기 계통 전력량 산출부는, 하기의 수학식 4에 기반하여 상기 에너지 저장 장치의 현재 용량을 산출하도록 구성될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00004
여기서, n은 상기 배터리 랙의 식별 번호이고, ERACK_n은 제n 배터리 랙의 현재 용량일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 ESS 관리 장치는 상기 충전 예상량 및 방전 예상량에 기반하여, 상기 복수의 배터리 랙 각각의 충전량 및 방전량을 산출하고, 산출된 충전량 및 방전량에 따라 상기 복수의 배터리 랙의 충전 및 방전을 제어하도록 구성된 충방전 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 충방전 제어부는, 상기 에너지 저장 장치의 현재 용량에 대한 상기 복수의 배터리 랙 각각의 용량의 비율에 기반하여, 상기 충전 예상량으로부터 상기 복수의 배터리 랙 각각의 충전량을 산출하고, 상기 방전 예상량으로부터 상기 복수의 배터리 랙 각각의 방전량을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 충방전 제어부는, 하기의 수학식 5에 기반하여 상기 복수의 배터리 랙 각각의 상기 충전량을 산출하도록 구성될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00005
여기서, t는 시점을 나타내는 변수이고, n은 상기 배터리 랙의 식별 번호이며, PRACK_n_CH(t)는 제n 배터리 랙에 대한 상기 충전량이고, PCH(t)는 상기 충전 예상량이며, SOHRACK_n(t)는 상기 제n 배터리 랙의 SOH이고, ERACK_n(t)는 상기 제n 배터리 랙의 현재 용량이며, SOCRACK_n(t)는 상기 제n 배터리 랙의 현재 SOC일 수 있다.
상기 충방전 제어부는, 하기의 수학식 6에 기반하여 상기 복수의 배터리 랙 각각의 상기 방전량을 산출하도록 구성될 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00006
여기서, t는 시점을 나타내는 변수이고, n은 상기 배터리 랙의 식별 번호이며, PRACK_n_DCH(t)는 제n 배터리 랙에 대한 상기 방전량이고, PDCH(t)는 상기 방전 예상량이며, SOHRACK_n(t)는 상기 제n 배터리 랙의 SOH이고, ERACK_n(t)는 상기 제n 배터리 랙의 현재 용량이며, SOCRACK_n(t)는 상기 제n 배터리 랙의 현재 SOC일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 에너지 저장 시스템은 본 발명의 일 측면에 따른 ESS 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 ESS 관리 방법은 복수의 배터리 랙을 포함하는 에너지 저장 장치에 대한 관리 방법으로서, 상기 에너지 저장 장치로 전력을 공급할 수 있는 태양광 발전 장치의 과거 발전량 데이터에 기반하여, 소정의 기간 동안 상기 태양광 발전 장치에 의해 생성될 것으로 예측되는 태양광 발전량을 산출하는 태양광 발전량 산출 단계; 상기 에너지 저장 장치로부터 전력을 공급받을 수 있는 부하의 과거 전력 소모량 데이터에 기반하여, 상기 소정의 기간 동안 상기 부하에 의해 소모될 것으로 예측되는 전력 소모량을 산출하는 소비 전력량 산출 단계; 및 상기 에너지 저장 장치의 충전 예상량 및 방전 예상량을 산출하고, 상기 태양광 발전량, 상기 전력 소모량, 상기 충전 예상량 및 방전 예상량에 기반하여 전력 계통으로부터의 공급받을 수 있는 계통 전력량을 산출하는 계통 전력량 산출 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 ESS 관리 방법은 상기 계통 전력량 산출 단계 이후, 상기 충전 예상량 및 방전 예상량에 기반하여, 상기 복수의 배터리 랙 각각의 충전량 및 방전량을 산출하는 충방전량 산출 단계; 및 산출된 충전량 및 방전량에 따라 상기 복수의 배터리 랙의 충전 및 방전을 제어하는 충방전 제어 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전력 계통으로부터 공급받는 계통 전력량에 대한 구매 비용이 최소화될 수 있다. 또한, 에너지 저장 장치에 포함된 배터리 랙의 충방전이 효율적으로 제어될 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 관리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ESS 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
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 있다는 것을 의미한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 관리 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 에너지 저장 시스템은 ESS 관리 장치(100), 에너지 저장 장치(200), 태양광 발전 장치(300), 전력 계통(400) 및 부하(500)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 에너지 저장 장치(200)는 복수의 배터리 랙(RACK_1 내지 RACK_n)을 포함할 수 있다. 배터리 랙은 복수의 배터리 모듈로 구성되고, 각각의 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀로 구성될 수 있다. 여기서, 배터리는 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지가 배터리로 간주될 수 있다.
에너지 저장 장치(200)는 태양광 발전 장치(300) 및 전력 계통(400)으로부터 전력을 공급받아 충전되고, 부하(500)로 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, 에너지 저장 장치(200)에 연결된 실선은 전력 라인이고, ESS 관리 장치(100)에 연결된 점선은 센싱 라인 및/또는 제어 라인일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 관리 장치(100)는 에너지 저장 장치(200), 태양광 발전 장치(300), 전력 계통(400) 및 부하(500)와 연결되고, 복수의 배터리 랙을 포함하는 에너지 저장 장치(200)를 관리할 수 있다.
도 1을 참조하면, ESS 관리 장치(100)는 태양광 발전량 산출부(110), 소비 전력량 산출부(120) 및 계통 전력량 산출부(130)를 포함할 수 있다.
태양광 발전량 산출부(110)는 에너지 저장 장치(200)로 전력을 공급할 수 있는 태양광 발전 장치(300)의 과거 발전량 데이터에 기반하여, 소정의 기간 동안 태양광 발전 장치(300)에 의해 생성될 것으로 예측되는 태양광 발전량을 산출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 소정의 기간은 미리 설정될 수 있으며, 예컨대 미리 설정된 제1 시점부터 제2 시점까지의 시간을 의미할 수 있다. 예컨대, 소정의 기간은 24시간일 수 있다. 바람직하게, 소정의 기간은 다음 날의 0시부터 24시까지일 수 있다. 보다 구체적으로, 소정의 기간은 현재 시각을 기준으로 내일의 0시부터 24시까지를 의미할 수 있다.
구체적으로, 과거 발전량 데이터는 하루 주기로 태양광 발전 장치(300)에 의해 발전된 태양광 발전량을 기록한 데이터일 수 있다.
예컨대, 태양광 발전량 산출부(110)는 과거 발전량 데이터로부터 직전 며칠동안의 태양광 발전량의 평균을 산출하여, 다음 날의 태양광 발전량을 예측할 수 있다.
다른 예로, 과거 발전량 데이터는 매일의 태양광 발전량과 날씨, 온도, 습도 및 구름양 등의 기상 정보와 태양광 발전량이 매칭된 데이터일 수 있다. 태양광 발전량 산출부(110)는 다음 날의 기상 정보를 확인하고, 확인된 기상 정보와 과거 발전량 데이터에 기반하여 다음 날의 태양광 발전량을 예측할 수 있다.
소비 전력량 산출부(120)는 에너지 저장 장치(200)로부터 전력을 공급받을 수 있는 부하(500)의 과거 전력 소모량 데이터에 기반하여, 소정의 기간 동안 부하(500)에 의해 소모될 것으로 예측되는 전력 소모량을 산출하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 과거 전력 소모량 데이터는 하루 주기로 부하(500)에 의해 소모된 전력량을 기록한 데이터일 수 있다.
예컨대, 소비 전력량 산출부(120)는 과거 전력 소모량 데이터로부터 직전 며칠동안의 전력 소모량의 평균을 산출하여, 다음 날의 전력 소모량을 예측할 수 있다.
계통 전력량 산출부(130)는 에너지 저장 장치(200)의 충전 예상량 및 방전 예상량을 산출하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 계통 전력량 산출부(130)는, 에너지 저장 장치(200)의 SOC(State of charge) 및 용량과 에너지 저장 장치(200)에 대해 미리 설정된 SOC 임계값에 기반하여 충전 예상량 및 방전 예상량을 산출하도록 구성될 수 있다.
즉, 계통 전력량 산출부(130)에 의해 산출되는 충전 예상량 및 방전 예상량은 소정의 기간 동안 요구되는 에너지 저장 장치(200)의 충전 예상량과 방전 예상량일 수 있다. 여기서, 에너지 저장 장치(200)의 충전 예상량과 방전 예상량은, 각각의 배터리 랙에 대한 것이 아니고, 에너지 저장 장치(200)에 대한 예상량일 수 있다.
예컨대, 계통 전력량 산출부(130)는 에너지 저장 장치(200)의 SOC가 미리 설정된 SOC 범위에 속할 수 있도록 에너지 저장 장치(200)의 현재 SOC 및 용량에 기반하여 충전 예상량과 방전 예상량을 산출할 수 있다.
또한, 계통 전력량 산출부(130)는 태양광 발전량, 전력 소모량, 충전 예상량 및 방전 예상량에 기반하여 전력 계통(400)으로부터의 공급받을 수 있는 계통 전력량을 산출하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 에너지 저장 장치(200)는 태양광 발전 장치(300)뿐만 아니라 전력 계통(400)을 통해서도 전력을 공급받을 수 있다. 따라서, 계통 전력량 산출부(130)는 예상되는 태양광 발전 장치(300)의 태양광 발전량, 예상되는 부하(500)의 전력 소모량 및 에너지 저장 장치(200)의 충전 예상량 및 방전 예상량에 기반하여 전력 계통(400)으로부터 공급받아야 하는 계통 전력량을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 관리 장치(100)는 태양광 발전 장치(300)의 발전량, 부하(500)의 전력 소모량 및 에너지 저장 장치(200)의 충전 예상량 및 방전 예상량을 고려함으로써, 요구되는 계통 전력량을 최적화할 수 있는 장점이 있다.
일반적으로, 전력 계통(400)으로 공급받는 계통 전력의 비용은 태양광 발전 비용보다 비싸기 때문에, 최적화된 계통 전력량을 통해 계통 전력 요금이 절감될 수 있다.
또한, ESS 관리 장치(100)는 저장부(150)를 더 포함할 수 있다. 저장부(150)는 ESS 관리 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(150)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(150)는 ESS 관리 장치(100)의 각 구성요소에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 저장부(150)에는 태양광 발전 장치(300)에 대한 하루 주기의 과거 발전량 데이터가 저장될 수 있다. 또한, 저장부(150)에는 부하(500)에 대한 하루 주기의 과거 전력 소모량 데이터가 저장될 수 있다. 또한, 저장부(150)에는 에너지 저장 장치(200) 및 각각의 배터리 랙의 SOC 및 SOH 등에 대한 정보들이 저장될 수 있다. 태양광 발전량 산출부(110), 소비 전력량 산출부(120) 및 계통 전력량 산출부(130)는 저장부(150)에 접근하여 필요한 정보들을 획득할 수 있다.
계통 전력량 산출부(130)는, 전력 계통(400)에 대한 시간대별 전력 구매 비용 정보에 기반하여, 소정의 기간 동안 전력 계통(400)으로부터 공급받는 계통 전력량에 대한 전력 구매 비용이 최소가 되도록 계통 전력량을 산출하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 계통 전력에 대한 구매 비용은 구매 시간에 따라 미리 설정될 수 있다. 그리고, 시간대별 전력 구매 비용 정보는 저장부(150)에 미리 저장될 수 있다.
예컨대, 단위 계통 전력에 대한 구매 비용이 미리 설정되고, 계통 전력량 산출부(130)에 의해 산출된 계통 전력량과 단위 계통 전력에 대한 구매 비용이 곱해져서, 산출된 계통 전력량에 대한 구매 비용이 산출될 수 있다. 따라서, 계통 전력량 산출부(130)는 예상되는 태양광 발전량, 예상되는 전력 소모량 및 에너지 저장 장치(200)의 충전 예상량 및 방전 예상량을 고려하여 에너지 저장 장치(200)에 요구되는 계통 전력량을 최소화함으로써, 전력 구매 비용이 최소화되도록 할 수 있다.
보다 구체적으로, 계통 전력량 산출부(130)는, 하기의 수학식 1에 기반하여 계통 전력량을 산출하도록 구성될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00007
여기서, PGRID(t)는 계통 전력량이고, PDCH(t)는 방전 예상량이며, PPV(t)는 태양광 발전량이고, PLOAD(t)는 전력 소모량이며, PCH(t)는 충전 예상량이고, t는 시점을 나타내는 변수이다.
수학식 1을 참고하면, 태양광 발전량(PPV(t))은 태양광 발전량 산출부(110)에 의해 산출되고, 전력 소모량(PLOAD(t))은 소비 전력량 산출부(120)에 의해 산출될 수 있다. 계통 전력량 산출부(130)는 최적의 계통 전력량(PGRID(t))을 산출하기 위하여, 먼저 충전 예상량(PCH(t))과 방전 예상량(PDCH(t))을 산출할 수 있다.
구체적으로, 계통 전력량 산출부(130)는, 에너지 저장 장치(200)의 SOC가 미리 설정된 하한 SOC 임계값보다 크고, 상한 SOC 임계값보다 작도록 충전 예상량 및 방전 예상량을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 에너지 저장 장치(200)에 대한 SOC 범위는 에너지 저장 장치(200)의 가용 SOC 범위를 나타내는 것으로서, 하한 SOC 임계값 이상 상한 SOC 임계값 이하의 범위로 미리 설정될 수 있다. 계통 전력량 산출부(130)는 에너지 저장 장치(200)의 SOC가 미리 설정된 SOC 범위 내에 속할 수 있도록 에너지 저장 장치(200)에 대한 충전 예상량과 방전 예상량을 산출할 수 있다.
보다 구체적으로, 계통 전력량 산출부(130)는, 하기의 수학식 2 및 수학식 3에 기반하여 충전 예상량 및 방전 예상량을 산출하도록 구성될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00008
[수학식 3]
Figure pat00009
여기서, t는 시점을 나타내는 변수이고, △t는 소정의 기간이며, SOCESS(t)는 에너지 저장 장치(200)의 현재 SOC이고, SOCESS(t+1)은 소정의 기간이 경과된 후의 에너지 저장 장치(200)의 예상 SOC이며, EESS는 에너지 저장 장치(200)의 현재 용량이고, PCH(t)는 충전 예상량이고, PDCH(t)는 방전 예상량이며, SOCMIN은 하한 임계값이고, SOCMAX는 상한 임계값이다.
계통 전력량 산출부(130)는, 하기의 수학식 4에 기반하여 에너지 저장 장치(200)의 현재 용량을 산출하도록 구성될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00010
여기서, n은 배터리 랙의 식별 번호이고, ERACK_n은 제n 배터리 랙의 현재 용량이다.
수학식 4를 참조하면, 계통 전력량 산출부(130)는 에너지 저장 장치(200)에 포함된 복수의 배터리 랙이 현재 용량(ERACK_n)을 모두 합하여 에너지 저장 장치(200)의 현재 용량(EESS)을 산출할 수 있다.
그리고, 수학식 3을 참조하면, 계통 전력량 산출부(130)는 미리 알고 있는 t 시점의 에너지 저장 장치(200)의 SOC(SOCESS(t))와 수학식 4를 통해 산출한 에너지 저장 장치(200)의 현재 용량(EESS)에 기반하여, t+1 시점의 에너지 저장 장치(200)의 SOC(SOCESS(t+1))를 하한 임계값(SOCMIN)보다 크고 상한 임계값(SOCMAX)보다 작도록 충전 예상량(PCH(t)) 및 방전 예상량(PDCH(t))을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 관리 장치(100)는 필요한 최적의 계통 전력량을 산출함으로써, 전력 구매 비용을 최소화할 수 있다. 따라서, 소비자에게 부과되는 비용이 절감될 수 있다.
도 1을 참조하면, ESS 관리 장치(100)는 충방전 제어부(140)를 더 포함할 수 있다.
충방전 제어부(140)는 충전 예상량 및 방전 예상량에 기반하여, 복수의 배터리 랙 각각의 충전량 및 방전량을 산출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 충전량 및 방전량은 배터리 랙 각각에 대해 예상되는 값일 수 있다.
구체적으로, 충방전 제어부(140)는, 에너지 저장 장치(200)의 현재 용량에 대한 복수의 배터리 랙 각각의 용량의 비율에 기반하여, 충전 예상량으로부터 복수의 배터리 랙 각각의 충전량을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 충방전 제어부(140)는 에너지 저장 장치(200)의 현재 용량과 배터리 랙 각각의 용량의 비율을 산출하고, 충전 예상량에 산출된 비율을 곱하여 각각의 배터리 랙에 대한 충전량을 산출할 수 있다.
보다 구체적으로, 충방전 제어부(140)는, 하기의 수학식 5에 기반하여 복수의 배터리 랙 각각의 충전량을 산출하도록 구성될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00011
여기서, t는 시점을 나타내는 변수이고, n은 배터리 랙의 식별 번호이며, PRACK_n_CH(t)는 제n 배터리 랙에 대한 충전량이고, PCH(t)는 충전 예상량이며, SOHRACK_n(t)는 제n 배터리 랙의 SOH이고, ERACK_n(t)는 제n 배터리 랙의 현재 용량이며, SOCRACK_n(t)는 제n 배터리 랙의 현재 SOC인 것을 특징으로 하는 ESS 관리 장치(100).
또한, 충방전 제어부(140)는, 에너지 저장 장치(200)의 현재 용량에 대한 복수의 배터리 랙 각각의 용량의 비율에 기반하여, 방전 예상량으로부터 복수의 배터리 랙 각각의 방전량을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 충방전 제어부(140)는 에너지 저장 장치(200)의 현재 용량과 배터리 랙 각각의 용량의 비율을 산출하고, 방전 예상량에 산출된 비율을 곱하여 각각의 배터리 랙에 대한 방전량을 산출할 수 있다.
보다 구체적으로, 충방전 제어부(140)는, 하기의 수학식 6에 기반하여 복수의 배터리 랙 각각의 방전량을 산출하도록 구성될 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00012
여기서, t는 시점을 나타내는 변수이고, n은 배터리 랙의 식별 번호이며, PRACK_n_DCH(t)는 제n 배터리 랙에 대한 방전량이고, PDCH(t)는 방전 예상량이며, SOHRACK_n(t)는 제n 배터리 랙의 SOH이고, ERACK_n(t)는 제n 배터리 랙의 현재 용량이며, SOCRACK_n(t)는 제n 배터리 랙의 현재 SOC일 수 있다.
마지막으로, 충방전 제어부(140)는 산출된 충전량 및 방전량에 따라 복수의 배터리 랙의 충전 및 방전을 제어하도록 구성될 수 있다.
따라서, ESS 관리 장치(100)는 전력 계통(400)에 대한 전력 구매 비용을 최소화하면서, 에너지 저장 장치(200)에 포함된 복수의 배터리 랙의 충방전을 효율적으로 제어할 수 있는 장점이 있다. 즉, 에너지 저장 장치(200)의 용량에 대한 각각의 배터리 랙의 용량의 비율에 따라 각각의 배터리 랙의 충방전이 제어되기 때문에, 복수의 배터리 랙 간의 용량 편차가 감소될 수 있는 장점이 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ESS 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
ESS 관리 방법은 복수의 배터리 랙을 포함하는 에너지 저장 장치(200)에 대한 관리 방법으로서, ESS 관리 방법의 각 단계는 ESS 관리 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 3을 참조하면, ESS 관리 방법은 태양광 발전량 산출 단계(S100), 소비 전력량 산출 단계(S200) 및 계통 전력량 산출 단계(S300)를 포함할 수 있다.
태양광 발전량 산출 단계(S100)는 에너지 저장 장치(200)로 전력을 공급할 수 있는 태양광 발전 장치(300)의 과거 발전량 데이터에 기반하여, 소정의 기간 동안 태양광 발전 장치(300)에 의해 생성될 것으로 예측되는 태양광 발전량을 산출하는 단계로서, 태양광 발전량 산출부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 태양광 발전량 산출부(110)는 과거 발전량 데이터에 기반하여, 다음 주기(예컨대, 다음 24시간)에 태양광 발전 장치(300)의 발전량을 예측하여 산출할 수 있다.
소비 전력량 산출 단계(S200)는 에너지 저장 장치(200)로부터 전력을 공급받을 수 있는 부하(500)의 과거 전력 소모량 데이터에 기반하여, 소정의 기간 동안 부하(500)에 의해 소모될 것으로 예측되는 전력 소모량을 산출하는 단계로서, 소비 전력량 산출부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 소비 전력량 산출부(120)는 과거 전력 소모량 데이터에 기반하여, 다음 주기(예컨대, 다음 24시간)에 부하(500)의 소비 전력량을 예측하여 산출할 수 있다.
계통 전력량 산출 단계(S300)는 에너지 저장 장치(200)의 충전 예상량 및 방전 예상량을 산출하고, 태양광 발전량, 전력 소모량, 충전 예상량 및 방전 예상량에 기반하여 전력 계통(400)으로부터의 공급받을 수 있는 계통 전력량을 산출하는 단계로서, 계통 전력량 산출부(130)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 계통 전력량 산출부(130)는 에너지 저장 장치(200)의 SOC가 미리 설정된 SOC 범위에 속할 수 있도록 에너지 저장 장치(200)의 현재 SOC 및 용량에 기반하여 에너지 저장 장치(200)에 대한 충전 예상량과 방전 예상량을 산출할 수 있다.
그리고, 계통 전력량 산출부(130)는 예상되는 태양광 발전 장치(300)의 태양광 발전량, 예상되는 부하(500)의 전력 소모량 및 에너지 저장 장치(200)의 충전 예상량 및 방전 예상량에 기반하여 전력 계통(400)으로부터 공급받아야 하는 계통 전력량을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 관리 방법은 태양광 발전 장치(300)의 발전량, 부하(500)의 전력 소모량 및 에너지 저장 장치(200)의 충전 예상량 및 방전 예상량을 고려함으로써, 요구되는 계통 전력량을 최적화할 수 있는 장점이 있다. 또한, 요구되는 계통 전력량이 최적화되기 때문에, 계통 전력에 대한 전력 요금이 절감될 수 있다.
도 4를 참조하면, ESS 관리 방법은 충방전량 산출 단계(S400) 및 충방전 제어 단계(S500)를 더 포함할 수 있다.
충방전량 산출 단계(S400)는 계통 전력량 산출 단계(S300) 이후, 충전 예상량 및 방전 예상량에 기반하여, 복수의 배터리 랙 각각의 충전량 및 방전량을 산출하는 단계로서, 충방전 제어부(140)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 충방전 제어부(140)는 에너지 저장 장치(200)의 현재 용량과 배터리 랙 각각의 용량의 비율을 산출하고, 충전 예상량에 산출된 비율을 곱하여 각각의 배터리 랙에 대한 충전량을 산출할 수 있다. 또한, 충방전 제어부(140)는 에너지 저장 장치(200)의 현재 용량과 배터리 랙 각각의 용량의 비율을 산출하고, 방전 예상량에 산출된 비율을 곱하여 각각의 배터리 랙에 대한 방전량을 산출할 수 있다.
충방전 제어 단계(S500)는 산출된 충전량 및 방전량에 따라 복수의 배터리 랙의 충전 및 방전을 제어하는 단계로서, 충방전 제어부(140)에 의해 수행될 수 있다.
따라서, ESS 관리 방법은 전력 계통(400)에 대한 전력 구매 비용을 최소화하면서, 에너지 저장 장치(200)에 포함된 복수의 배터리 랙의 충방전을 효율적으로 제어할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
100: ESS 관리 장치
110: 태양광 발전량 산출부
120: 소비 전력량 산출부
130: 계통 전력량 산출부
140: 충방전 제어부
150: 저장부
200: 에너지 저장 장치
300: 태양광 발전 장치
400: 전력 계통
500: 부하

Claims (14)

  1. 복수의 배터리 랙을 포함하는 에너지 저장 장치에 대한 ESS 관리 장치에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치로 전력을 공급할 수 있는 태양광 발전 장치의 과거 발전량 데이터에 기반하여, 소정의 기간 동안 상기 태양광 발전 장치에 의해 생성될 것으로 예측되는 태양광 발전량을 산출하도록 구성된 태양광 발전량 산출부;
    상기 에너지 저장 장치로부터 전력을 공급받을 수 있는 부하의 과거 전력 소모량 데이터에 기반하여, 상기 소정의 기간 동안 상기 부하에 의해 소모될 것으로 예측되는 전력 소모량을 산출하도록 구성된 소비 전력량 산출부; 및
    상기 에너지 저장 장치의 충전 예상량 및 방전 예상량을 산출하고, 상기 태양광 발전량, 상기 전력 소모량, 상기 충전 예상량 및 방전 예상량에 기반하여 전력 계통으로부터의 공급받을 수 있는 계통 전력량을 산출하도록 구성된 계통 전력량 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계통 전력량 산출부는,
    상기 전력 계통에 대한 시간대별 전력 구매 비용 정보에 기반하여, 상기 소정의 기간 동안 상기 전력 계통으로부터 공급받는 상기 계통 전력량에 대한 전력 구매 비용이 최소가 되도록 상기 계통 전력량을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 ESS 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 계통 전력량 산출부는,
    하기의 수학식 1에 기반하여 상기 계통 전력량을 산출하도록 구성되고,
    [수학식 1]
    Figure pat00013

    여기서, PGRID(t)는 상기 계통 전력량이고, PDCH(t)는 상기 방전 예상량이며, PPV(t)는 상기 태양광 발전량이고, PLOAD(t)는 상기 전력 소모량이며, PCH(t)는 상기 충전 예상량이고, t는 시점을 나타내는 변수인 것을 특징으로 하는 ESS 관리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 계통 전력량 산출부는,
    상기 에너지 저장 장치의 SOC 및 용량과 상기 에너지 저장 장치에 대해 미리 설정된 SOC 임계값에 기반하여 상기 충전 예상량 및 상기 방전 예상량을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 ESS 관리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 계통 전력량 산출부는,
    상기 에너지 저장 장치의 SOC가 미리 설정된 하한 SOC 임계값보다 크고, 상한 SOC 임계값보다 작도록 상기 충전 예상량 및 상기 방전 예상량을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 ESS 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 계통 전력량 산출부는,
    하기의 수학식 2 및 수학식 3에 기반하여 상기 충전 예상량 및 상기 방전 예상량을 산출하도록 구성되고,
    [수학식 2]
    Figure pat00014

    [수학식 3]
    Figure pat00015

    여기서, t는 시점을 나타내는 변수이고, △t는 상기 소정의 기간이며, SOCESS(t)는 상기 에너지 저장 장치의 현재 SOC이고, SOCESS(t+1)은 상기 소정의 기간이 경과된 후의 상기 에너지 저장 장치의 예상 SOC이며, EESS는 상기 에너지 저장 장치의 현재 용량이고, PCH(t)는 상기 충전 예상량이고, PDCH(t)는 상기 방전 예상량이며, SOCMIN은 상기 하한 임계값이고, SOCMAX는 상기 상한 임계값인 것을 특징으로 하는 ESS 관리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 계통 전력량 산출부는,
    하기의 수학식 4에 기반하여 상기 에너지 저장 장치의 현재 용량을 산출하도록 구성되고,
    [수학식 4]
    Figure pat00016

    여기서, n은 상기 배터리 랙의 식별 번호이고, ERACK_n은 제n 배터리 랙의 현재 용량인 것을 특징으로 하는 ESS 관리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 충전 예상량 및 방전 예상량에 기반하여, 상기 복수의 배터리 랙 각각의 충전량 및 방전량을 산출하고, 산출된 충전량 및 방전량에 따라 상기 복수의 배터리 랙의 충전 및 방전을 제어하도록 구성된 충방전 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 관리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 충방전 제어부는,
    상기 에너지 저장 장치의 현재 용량에 대한 상기 복수의 배터리 랙 각각의 용량의 비율에 기반하여, 상기 충전 예상량으로부터 상기 복수의 배터리 랙 각각의 충전량을 산출하고, 상기 방전 예상량으로부터 상기 복수의 배터리 랙 각각의 방전량을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 ESS 관리 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 충방전 제어부는,
    하기의 수학식 5에 기반하여 상기 복수의 배터리 랙 각각의 상기 충전량을 산출하도록 구성되고,
    [수학식 5]
    Figure pat00017

    여기서, t는 시점을 나타내는 변수이고, n은 상기 배터리 랙의 식별 번호이며, PRACK_n_CH(t)는 제n 배터리 랙에 대한 상기 충전량이고, PCH(t)는 상기 충전 예상량이며, SOHRACK_n(t)는 상기 제n 배터리 랙의 SOH이고, ERACK_n(t)는 상기 제n 배터리 랙의 현재 용량이며, SOCRACK_n(t)는 상기 제n 배터리 랙의 현재 SOC인 것을 특징으로 하는 ESS 관리 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 충방전 제어부는,
    하기의 수학식 6에 기반하여 상기 복수의 배터리 랙 각각의 상기 방전량을 산출하도록 구성되고,
    [수학식 6]
    Figure pat00018

    여기서, t는 시점을 나타내는 변수이고, n은 상기 배터리 랙의 식별 번호이며, PRACK_n_DCH(t)는 제n 배터리 랙에 대한 상기 방전량이고, PDCH(t)는 상기 방전 예상량이며, SOHRACK_n(t)는 상기 제n 배터리 랙의 SOH이고, ERACK_n(t)는 상기 제n 배터리 랙의 현재 용량이며, SOCRACK_n(t)는 상기 제n 배터리 랙의 현재 SOC인 것을 특징으로 하는 ESS 관리 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 ESS 관리 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템.
  13. 복수의 배터리 랙을 포함하는 에너지 저장 장치에 대한 ESS 관리 방법에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치로 전력을 공급할 수 있는 태양광 발전 장치의 과거 발전량 데이터에 기반하여, 소정의 기간 동안 상기 태양광 발전 장치에 의해 생성될 것으로 예측되는 태양광 발전량을 산출하는 태양광 발전량 산출 단계;
    상기 에너지 저장 장치로부터 전력을 공급받을 수 있는 부하의 과거 전력 소모량 데이터에 기반하여, 상기 소정의 기간 동안 상기 부하에 의해 소모될 것으로 예측되는 전력 소모량을 산출하는 소비 전력량 산출 단계; 및
    상기 에너지 저장 장치의 충전 예상량 및 방전 예상량을 산출하고, 상기 태양광 발전량, 상기 전력 소모량, 상기 충전 예상량 및 방전 예상량에 기반하여 전력 계통으로부터의 공급받을 수 있는 계통 전력량을 산출하는 계통 전력량 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 관리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 계통 전력량 산출 단계 이후, 상기 충전 예상량 및 방전 예상량에 기반하여, 상기 복수의 배터리 랙 각각의 충전량 및 방전량을 산출하는 충방전량 산출 단계; 및
    산출된 충전량 및 방전량에 따라 상기 복수의 배터리 랙의 충전 및 방전을 제어하는 충방전 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 관리 방법.
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