KR20230125448A - 수요 반응 자원의 최적 운영을 위한 에너지 저장 시스템 및 이의 운영 방법 - Google Patents

수요 반응 자원의 최적 운영을 위한 에너지 저장 시스템 및 이의 운영 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 가상 발전소 시스템과 연계된 수요 반응 자원에 구성될 수 있다. 여기서, 상기 에너지 저장 시스템은, 전력을 생산하는 발전 장치; 전력을 저장하는 배터리; 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태를 모니터링하고, 상기 배터리에 관한 운영 스케줄을 수립하는 에너지 관리 장치; 및 상기 수립된 운영 스케줄에 따라 상기 배터리의 충방전 동작을 제어하는 전력 변환 장치;를 포함할 수 있다.

Description

수요 반응 자원의 최적 운영을 위한 에너지 저장 시스템 및 이의 운영 방법 {ENERGY STORAGE SYSTEM FOR OPTIMUM OPERATION OF DEMAND RESPONSE RESOURCE AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 에너지 저장 시스템 및 이의 운영 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수요 반응 자원의 최적 운영을 위한 에너지 저장 시스템 및 이의 운영 방법, 그리고 에너지 저장 시스템의 에너지 관리 장치에 관한 것이다.
분산 자원(DER; Distributed Energy Resources)은 배전망에 연계되어 전력을 제공하거나 전력 피크 발생시 지원 가능한 전력 자원 등을 의미한다. 분산형 전원, 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System), 수요 자원을 분산 자원의 예로 들 수 있다.
분산형 전원과 소규모 ESS의 보급이 확산되는 추세이나, 주택, 빌딩 등 다양한 시설에 산재되어 있어 통합 운영 측면에서 한계가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, ICT 기술을 이용해 다양한 분산 자원을 하나의 발전소처럼 통합 운영하는 가상 발전소(VPP; Virtual Power Plant)가 제안되었다. 가상 발전소는 개별적으로만 관리가 가능했던 분산 자원을 통합 운영할 수 있으며, 분산 자원별 합산 예측을 통해 발전 예측 정확성을 향상시킬 수 있어, 전력 계통의 안정성을 향상시킬 수 있다.
가상 발전소는 자원 모집 형태에 따라, 공급형, 수요형 및 융합형으로 분류될 수 있다. 이 중 수요형 가상 발전소는 모집된 수요 반응 자원을 활용해 전력 피크 발생시 전력 감축을 수행하여 전력 계통을 안정화하는 서비스를 제공한다. 주로 주택, 빌딩, 공장 등의 소규모 시설이 수요 반응 자원으로서 가상 발전소에 참여한다. 수요 반응 자원이 가상 발전소 또는 중개 사업자(VPP Provider) 시스템의 요청에 따라 사용 전력을 감축하는 경우, 전력 감축량에 상응하는 정산금을 지급받는 등의 방식으로 보상을 제공받을 수 있다.
일반적으로, 소규모 시설에 구비되는 에너지 저장 시스템(ESS)은 태양광 조건 및 부하 조건에 따라 배터리의 충방전을 제어한다. 이러한 종래의 에너지 저장 시스템은 가상 발전소의 수요 반응 요청에 대한 적절한 대응이 어려우며, 이에 가상 발전소와의 연동시 운영 측면에서 문제점이 나타날 수 있다. 또한, 종래의 에너지 저장 시스템은 내부 발전량의 최대화 또는 외부 전력 사용량의 최소화를 목표로 동작하나, 전력 구매 비용 측면에서는 최적화되어 있지 않다.
따라서, 수요 반응 요청에 대한 최적 대응을 통해 수요 반응에 따른 수익을 극대화할 수 있으며, 동시에 계통 전력 사용에 따른 전력 구매 비용을 최소화할 수 있는, 수요 반응 자원의 최적 운영 기술이 필요하다 할 것이다.
한국 공개특허 10-2015-0064771호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 수요 반응 자원의 최적 운영을 위한 에너지 저장 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 이러한 에너지 저장 시스템을 운영하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은, 이러한 에너지 저장 시스템의 동작을 제어하는 에너지 관리 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 가상 발전소(VPP; Virtual Power Plant) 시스템과 연계된 수요 반응 자원(demand response resource)에 구성될 수 있다. 여기서, 상기 에너지 저장 시스템은, 전력을 생산하는 발전 장치; 전력을 저장하는 배터리; 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태를 모니터링하고, 상기 배터리에 관한 운영 스케줄을 수립하는 에너지 관리 장치; 및 상기 수립된 운영 스케줄에 따라 상기 배터리의 충방전 동작을 제어하는 전력 변환 장치;를 포함할 수 있다.
상기 에너지 관리 장치는, 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와 계통 전력 비용 정보를 포함한 기초 정보를 수집하고, 수집된 기초 정보를 이용하여 배터리의 충방전 동작을 제어하기 위한 운영 스케줄을 수립하며, 상기 운영 스케줄에 따른 배터리의 충방전 제어 과정에서 수요 반응(DR; Demand Response) 신호가 수신되면, 상기 수요 반응(DR) 신호에 대응하여 상기 운영 스케줄을 조정할 수 있다.
상기 에너지 관리 장치는, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는 단위 시간별 배터리의 충방전량을 도출하여 상기 운영 스케줄에 반영할 수 있다.
상기 에너지 관리 장치는, 계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 단위 시간별 배터리의 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출할 수 있다.
상기 목적 함수는, 전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, 배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 전력 변환 장치의 한계 출력에 관한 제4조건, 및 충전 상태 및 방전 상태의 이진화에 관한 제5조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의될 수 있다.
상기 에너지 관리 장치는, 배터리 관련 파라미터, 계통 전력 비용 정보, 및 사전 정의된 제1 기간에 대한 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보를 포함하는 기초 정보를 수집하고, 수집된 기초 정보를 이용하여, 상기 제1 기간 이후의 기간으로 사전 정의된 제2 기간에 대한 전력 생산 예측 정보 및 전력 소비 예측 정보를 생성하고, 생성된 예측 정보를 기초로 상기 제2 기간에 대한 운영 스케줄을 생성할 수 있다.
상기 에너지 관리 장치는, 상기 수요 반응(DR) 신호가 수신되면, 상기 수립된 운영 스케줄과 무관하게, 상기 수요 반응(DR) 신호에 포함된 DR지속 시간 및 DR 전력량을 만족하도록 배터리의 충방전 동작을 제어하여 수요 반응을 이행하고, 수요 반응 이행 이후 남은 기간에 대한 운영 스케줄을 재수립할 수 있다.
상기 에너지 관리 장치는, 상기 운영 스케줄에 따른 배터리의 제어 과정에서 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 실측 정보를 수집하고, 상기 기초 정보에 포함된 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와, 상기 수집된 실측 정보의 오차를 도출하고, 도출된 오차를 이용해 상기 운영 스케줄을 조정할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 관리 장치는, 가상 발전소(VPP; Virtual Power Plant) 시스템과 연계된 수요 반응 자원(demand response resource)에 구성될 수 있다. 여기서, 상기 에너지 관리 장치는, 적어도 하나의 프로세서; 상기 적어도 하나의 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와 계통 전력 비용 정보를 포함한 기초 정보를 수집하는 명령; 수집된 기초 정보를 이용하여 배터리의 충방전 동작을 제어하기 위한 운영 스케줄을 수립하는 명령; 수립된 운영 스케줄에 따라 상기 배터리의 충방전 동작을 제어하는 명령; 및 상기 배터리의 충방전 제어 과정에서 수요 반응(DR; Demand Response) 신호가 수신되면, 상기 수요 반응(DR) 신호에 대응하여 상기 운영 스케줄을 조정하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 운영 스케줄을 수립하는 명령은, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는 단위 시간별 배터리의 충방전량을 도출하여 상기 운영 스케줄에 반영하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 운영 스케줄을 수립하는 명령은, 계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 단위 시간별 배터리의 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 목적 함수는, 전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, 배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 전력 변환 장치의 한계 출력에 관한 제4조건, 및 충전 상태 및 방전 상태의 이진화에 관한 제5조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의될 수 있다.
상기 기초 정보를 수집하는 명령은, 배터리 관련 파라미터, 계통 전력 비용 정보, 및 사전 정의된 제1 기간에 대한 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보를 포함하는 기초 정보를 수집하는 명령을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 운영 스케줄을 수립하는 명령은, 수집된 기초 정보를 이용하여, 상기 제1 기간 이후의 기간으로 사전 정의된 제2 기간에 대한 전력 생산 예측 정보 및 전력 소비 예측 정보를 생성하는 명령; 및 생성된 예측 정보를 기초로 상기 제2 기간에 대한 운영 스케줄을 생성하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 수요 반응(DR) 신호가 수신되면, 상기 수립된 운영 스케줄과 무관하게, 상기 수요 반응(DR) 신호에 포함된 DR지속 시간 및 DR전력량을 만족하도록 배터리의 충방전 동작을 제어하여 수요 반응을 이행하는 명령; 및 수요 반응 이행 이후 남은 기간에 대한 운영 스케줄을 재수립하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 수립된 운영 스케줄에 따라 상기 배터리의 충방전 동작을 제어하는 명령 이후, 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 실측 정보를 수집하는 명령; 상기 기초 정보에 포함된 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와, 상기 수집된 실측 정보의 오차를 도출하는 명령; 및 도출된 오차를 이용해 상기 운영 스케줄을 조정하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 방법은, 가상 발전소(VPP; Virtual Power Plant) 시스템과 연계된 수요 반응 자원(demand response resource)에 구성되는 에너지 저장 시스템의 운영 방법으로서, 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와 계통 전력 비용 정보를 포함한 기초 정보를 수집하는 단계; 수집된 기초 정보를 이용하여 배터리의 충방전 동작을 제어하기 위한 운영 스케줄을 수립하는 단계; 수립된 운영 스케줄에 따라 상기 배터리의 충방전 동작을 제어하는 단계; 및 상기 배터리의 충방전 제어 과정에서 수요 반응(DR; Demand Response) 신호가 수신되면, 상기 수요 반응(DR) 신호에 대응하여 상기 운영 스케줄을 조정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 운영 스케줄을 수립하는 단계는, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는 단위 시간별 배터리의 충방전량을 도출하여 상기 운영 스케줄에 반영하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 운영 스케줄을 수립하는 단계는, 계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 단위 시간별 배터리의 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 목적 함수는, 전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, 배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 전력 변환 장치의 한계 출력에 관한 제4조건, 및 충전 상태 및 방전 상태의 이진화에 관한 제5조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의될 수 있다.
상기 기초 정보를 수집하는 단계는, 배터리 관련 파라미터, 계통 전력 비용 정보, 및 사전 정의된 제1 기간에 대한 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보를 포함하는 기초 정보를 수집하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 운영 스케줄을 수립하는 단계는, 수집된 기초 정보를 이용하여, 상기 제1 기간 이후의 기간으로 사전 정의된 제2 기간에 대한 전력 생산 예측 정보 및 전력 소비 예측 정보를 생성하는 단계; 및 생성된 예측 정보를 기초로 상기 제2 기간에 대한 운영 스케줄을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 운영 스케줄을 조정하는 단계는, 상기 수요 반응(DR) 신호가 수신되면, 상기 수립된 운영 스케줄과 무관하게, 상기 수요 반응(DR) 신호에 포함된 DR지속 시간 및 DR전력량을 만족하도록 배터리의 충방전 동작을 제어하여 수요 반응을 이행하는 단계; 및 수요 반응 이행 이후 남은 기간에 대한 운영 스케줄을 재수립하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 수립된 운영 스케줄에 따라 상기 배터리의 충방전 동작을 제어하는 단계 이후, 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 실측 정보를 수집하는 단계; 상기 기초 정보에 포함된 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와, 상기 수집된 실측 정보의 오차를 도출하는 단계; 및 도출된 오차를 이용해 상기 운영 스케줄을 조정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 수요 반응 요청에 대한 최적 대응을 통해 수요 반응에 따른 수익을 극대화할 수 있으며, 동시에 계통 전력 사용에 따른 전력 구매 비용을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구현 예를 도시한 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 운영 방법을 나타내는 동작 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 운영 스케줄 수립 방법을 나타내는 동작 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수요 반응 대응을 위한 운영 스케줄 조정 방법을 나타내는 동작 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 오차 대응을 위한 운영 스케줄 조정 방법을 나타내는 동작 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 관리 장치의 블록 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에 사용되는 일부 용어를 정의하면 다음과 같다.
정격 용량(Nominal Capacity; Nominal Capa.)는 배터리 제조사에서 개발 시 설정한 배터리의 설정 용량[Ah]을 의미한다.
SOC(State of Charge; 충전율)은 배터리의 현재 충전된 상태를 비율[%]로 표현한 것이고, SOH(State of Health; 배터리 수명 상태)은 배터리의 현재 퇴화 상태를 비율[%]로 표현한 것이다.
배터리 랙(Rack)은 배터리 제조사에서 설정한 팩 단위를 직/병렬 연결하여 BMS를 통해 모니터링과 제어가 가능한 최소 단일 구조의 시스템을 의미하며, 여러 개의 배터리 모듈과 1개의 BPU 또는 보호장치를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 뱅크(Bank)는 여러 랙을 병렬 연결하여 구성되는 큰 규모의 배터리 랙 시스템의 집합 군을 의미할 수 있다. 배터리 뱅크 단위의 BMS를 통해 배터리 랙 단위의 랙 BMS(RBMS)에 대한 모니터링과 제어를 수행할 수 있다.
BSC(Battery System Controller)는 Bank 단위 배터리 시스템을 포함한 배터리 시스템에 대한 최상단 제어를 수행하는 장치로, 여러 개의 Bank Level 구조의 배터리 시스템에서 제어장치로 사용되기도 한다.
출력 한계(Power Limit)는 배터리 제조사가 배터리 상태에 따라 사전에 설정한 출력 한계를 나타내다. 랙 출력 한계(Rack Power limit)는 Rack 단위 (Rack Level)에서 설정된 출력 한계([kW] 단위)를 의미하며, 배터리의 SOC, 온도를 바탕으로 설정될 수 있다.
출력 한계는 충전인지 방전인지에 따라 충전 출력 한계와 방전 출력 한계로 구분될 수 있다. 또한, 배터리 시스템 구조에 따라 Rack 단위의 랙 출력 한계(Rack Power limit)와 Bank 단위의 뱅크 출력 한계(Bank Power limit)를 정의할 수 있다.
가상 발전소 시스템은 가상 발전소(VPP)의 동작을 위한 하드웨어와 소프트웨어의 집합체를 의미한다. 하나의 물리적 장치에 포함되어 구현되거나, 복수의 물리적 장치로 분산되어 구현될 수 있다.
수요 반응 자원(demand response resource)은 가상 발전소(VPP) 시스템과 연계되어, 가상 발전소(VPP) 또는 중개 사업자(VPP Provider) 시스템의 수요 반응 요청에 대응하여 전력 자원을 제어하는 시설을 의미한다. 수요 반응 자원은 주택, 빌딩, 공장 등 다양한 시설에 해당할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이들 개체에 한정되는 것은 아니다.
수요 반응(DR; Demand Response)은 수요 반응 요청에 부합하도록 전력 자원을 제어하여 계통 전력 사용량을 변화시키는 것을 의미한다.
수요 반응 요청은 수요 반응 자원에 대한 전력 자원의 제어 요청 또는 전력 사용량의 변화 요청을 의미한다. 여기서, 수요 반응 요청은 수요 반응 기간 및 수요 반응 전력량(예를 들어, 감축 전력량) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 부하(200)를 포함하는 수요 반응 자원의 내부에 구성될 수 있다. 여기서, 에너지 저장 시스템(100)은 전력 계통(300)으로부터 전력을 공급받고, 공급받은 계통 전력 또는 내부에 저장된 전력을 부하(200)에 공급할 수 있다.
에너지 저장 시스템(100)은 VPP 연계 장치(400)와 네트워크를 통해 연결되어 상호 데이터를 송수신하도록 구성된다. 에너지 저장 시스템(100)은 VPP 연계 장치(400)로부터 수요 반응 요청에 관한 신호인 수요 반응(DR) 신호를 수신할 수 있다.
VPP 연계 장치(400)는 VPP 시스템에 포함되거나, 또는 중개 사업자(VPP Provider) 시스템에 포함되어 구성될 수 있다. VPP 연계 장치(400)는, VPP 서비스의 참여자 및 수요 반응 자원을 모집하고 VPP 서비스를 제공하는 중개 사업자에 의해 관리될 수 있다. VPP 연계 장치(400)는 전력 계통에 전력 피크 발생시 수요 반응(DR) 신호를 생성하여 수요 반응 자원에 구성되는 에너지 저장 시스템(100)에 전송할 수 있다.
에너지 저장 시스템(100)은 내부 전력 자원의 상태를 모니터링하고, 사전 수립된 운영 스케줄에 따라 내부 전력 자원을 운영할 수 있다. 전력 자원의 운영 과정에서 VPP 연계 장치(400)로부터 수요 반응(DR) 신호가 수신되면, 수요 반응 신호에 대응하여 운영 스케줄을 조정할 수 있다. 한편, 운영 스케줄의 수립 및 조정에 관한 구체적인 설명은 후술한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(100)의 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(100)은, 전력을 생산하는 발전 장치(110); 전력을 저장하는 배터리(120); 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태를 모니터링하고, 배터리(120)에 관한 운영 스케줄을 수립하는 에너지 관리 장치(140); 및 수립된 운영 스케줄에 따라 배터리(120)의 충방전 동작을 제어하는 전력 변환 장치(130);를 포함할 수 있다.
발전 장치(110)는 수요 반응 자원에 구성되어 전력을 생산하는 장치로, 태양광, 태양열, 풍력 및 지열을 이용한 발전 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 발전 장치(110)의 종류는 본 발명의 본질적 구성요소가 아니므로 본 발명의 범위가 이들 개체에 한정되는 것은 아니다.
전력을 저장하는 역할을 수행하는 배터리(120)는, 통상적으로 다수의 배터리 모듈(Battery Module)이 배터리 랙(Rack)을 구성하고, 다수 개의 배터리 랙이 배터리 뱅크(Battery Bank)를 구성하는 형태로 구현될 수 있다. 여기서, 배터리가 사용되는 장치 또는 시스템에 따라 배터리 랙은 배터리 팩(pack)으로 지칭될 수도 있다. 각 배터리에는 배터리 관리부(Battery Management System; BMS)가 설치될 수 있다. BMS는 자신이 관장하는 각 배터리 랙(또는 팩)의 전류, 전압 및 온도를 모니터링하고, 모니터링 결과에 근거하여 SOC(Status Of Charge)를 산출하고 충방전을 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
전력 변환 장치(130)는 발전 장치(110)에서 출력되는 전력, 배터리(120)의 충방전 전력, 부하(200)로 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 여기서, 전력 변환 장치(130)는 에너지 관리 장치(140)에 의해 수립된 운영 스케줄에 따라 배터리(120)의 충방전 동작을 제어할 수 있다. 전력 변환 장치(130)는 발전 장치(110) 및 배터리(120)의 DC 출력을 AC 출력으로 변환하여 부하(200)로 공급하는 AC/DC 인버터를 포함할 수 있다.
에너지 관리 장치(140)는 발전 장치(110), 배터리(120), 전력 변환 장치(130), 부하(200), 전력 계통(300)에 대한 상태 정보를 수집하여 각 구성들을 모니터링할 수 있다. 여기서, 상태 정보는 계통 전력 공급량, 전력 생산량, 전력 소비량, 배터리(120)의 동작 상태 및 배터리(120)의 충전 상태 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 에너지 관리 장치(140)는 전력 자원에 대한 상태 정보를 수집하기 위하여 특정 상태 정보를 센싱할 수 있는 센서 또는 특정 전력 자원의 관리 장치(예를 들어, BMS)와 연결될 수 있다.
에너지 관리 장치(140)는 배터리(120)의 충방전 동작을 제어하기 위한 운영 스케줄을 수립한다. 여기서, 운영 스케줄은 배터리(120)의 단위 시간별 충방전량에 대한 정보를 포함할 수 있다.
에너지 관리 장치(140)는 운영 스케줄에 따른 배터리(120)의 충방전 제어 과정에서 특정 이벤트가 발생되는 경우, 해당 이벤트에 대응하여 기 수립된 운영 스케줄을 조정할 수 있다. 예를 들어, 특정 이벤트는 수요 반응(DR) 신호의 수신, 또는 운영 스케줄의 기초 정보와 실측 정보의 오차 발생을 포함할 수 있다. 한편, 수요 반응 신호 및 오차에 대응한 운영 스케줄의 조정에 관한 구체적인 설명은 후술한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구현 예를 도시한 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(100')은 도 3에 도시된 바와 같이, 수요 반응 자원으로 기능하는 주택에 구성될 수 있다. 여기서, 발전 장치는 태양광 발전 시스템(PV; Photovoltaic, 110')에 해당할 수 있으며, 전력 변환 장치는 인버터(130')에 포함되어 구현될 수 있다. 에너지 관리 장치는 주택 내 최상위 제어 시스템인 HEMS(Home Energy Management System, 140')에 포함되어 구현될 수 있다. VPP 연계 장치는 VPP 서비스를 제공하는 중개 사업자에 의해 관리되는 VPP Provider 시스템(400')에 포함되어 구현될 수 있다.
에너지 저장 시스템(100')은 도 3에 도시된 바와 같이, 태양광 발전 시스템(110')과 배터리(120')가 DC 라인에 연계되는 DC Coupled 에너지 저장 시스템으로 구현될 수 있다. DC-Coupled 에너지 저장 시스템은 각 배터리 랙에 개별적으로 DC 전압/전류를 제어할 수 있는 DC/DC 컨버터가 포함된다. 이에, 태양광 발전 시스템(110')과의 연동에 사용되는 DC/AC컨버터가 더이상 필요 없어져 효율이 증대된다. 또한, 각 배터리 랙 간 SOC, SOH, 용량의 차이가 발생하여도 개별 배터리의 특성을 고려한 배터리 전력량 제어가 가능해진다. 또한, 출력대가 상이한 PV 모듈도 하나의 시스템으로 통합할 수 있으며, 태양광 발전 시스템(110')의 안정성 측면에서도 유리하다.
한편, 도 3에 도시된 에너지 저장 시스템(100')은 본 발명의 명확한 설명을 위한 예시로, 본 발명의 권리범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 도 3에 도시된 바와 다르게 빌딩, 공장 등 다양한 수요 반응 자원에 구성될 수 있으며, 필요에 따라 일부 구성이 추가 또는 치환되거나, 구성 간의 연결 관계가 변경될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 운영 방법을 나타내는 동작 흐름도이다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(100)의 운영 방법은 에너지 저장 시스템(100)에 구성되는 전력 변환 장치(130)와 에너지 관리 장치(140)에 의해 수행될 수 있다.
에너지 관리 장치(140)는, 운영 스케줄 수립을 위한 기초 정보를 수집한다(S410). 여기서, 기초 정보는 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와 계통 전력 비용 정보를 포함할 수 있다.
에너지 관리 장치(140)는, 수집된 기초 정보를 이용하여 배터리의 충방전 동작을 제어하기 위한 운영 스케줄을 수립한다(S420). 여기서, 운영 스케줄은 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는 단위 시간별 배터리(120)의 충방전량을 포함할 수 있다. 운영 스케줄에서 단위 시간은 필요에 따라 다양하게 정의될 수 있으며, 예를 들어 1시간, 10분, 또는 10초 단위로 정의될 수 있다. 운영 스케줄은 운영 기간에 대한 정보가 포함될 수 있으며, 예를 들어 운영 시작 시점은 특정 일의 0시로, 운영 종료 시점은 해당 일의 24시로 정의될 수 있다. 에너지 관리 장치(140)는, 목적함수를 이용한 최적화 기법을 이용하여 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는 운영 스케줄을 도출할 수 있다.
전력 변환 장치(130)는 에너지 관리 장치(140)에 의해 수립된 운영 스케줄에 따라 배터리(120)의 충방전 동작을 제어한다(S430).
에너지 관리 장치(140)는 배터리(120)의 충방전 제어 과정에서 수요 반응(DR) 신호의 수신 여부를 체크한다(S440).
수요 반응(DR) 신호가 수신되지 않으면, 에너지 관리 장치(140)는 운영 스케줄에 정의된 운영 종료 시점의 경과 여부를 체크한다(S450). 운영 종료 시점이 경과되지 않은 경우, 전력 변환 장치(130)는 운영 스케줄에 따라 배터리(120)의 충방전 동작을 제어한다(S430). 운영 종료 시점이 경과되면, 전력 변환 장치(130)는 해당 운영 스케줄에 따른 제어 동작을 종료한다.
수요 반응(DR) 신호가 수신되면, 에너지 관리 장치(140)는 수요 반응(DR) 신호에 대응하여 운영 스케줄을 조정한다(S460). 여기서, 에너지 관리 장치(140)는 수요 반응(DR) 신호에 포함된 DR 조건을 만족하도록 하는 배터리(120)의 제어 정보(예를 들어, 배터리의 방전량 및 방전 시간)를 생성할 수 있다. 도출된 제어 정보에 따라 수요 반응의 이행이 완료되면, 에너지 관리 장치(140)는 수요 반응 이행 이후 남은 기간에 대한 운영 스케줄을 조정할 수 있다. 이 때, 운영 스케줄에 정의된 운영 종료 시점이 경과되지 않은 경우(S450), 전력 변환 장치(130)는 조정된 운영 스케줄에 따라 배터리(120)의 충방전 동작을 제어할 수 있다(S430).
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 운영 스케줄 수립 방법을 나타내는 동작 흐름도이다. 이하에서는, 도 5를 참조하여 도 4의 S410 내지 S420 단계의 구체적인 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
에너지 관리 장치(140)는 기초 정보를 수집한다(S510). 여기서, 수집되는 기초 정보는 배터리 관련 파라미터, 계통 전력 비용 정보, 및 사전 정의된 제1 기간에 대한 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보를 포함할 수 있다.
배터리 관련 파라미터는, 용량, SOC의 상한값, SOC의 하한값 및 SOC의 설정 하한값(VPP Provider와의 협의에 의해 결정되는 값으로, 수요 반응 이행시 최소로 남겨두어야 할 SOC를 의미할 수 있음)을 포함할 수 있다.
계통 전력 비용 정보는, 단위 시간별 계통 전력 공급량 및 단위 시간별 계통 전력 비용을 포함할 수 있다.
전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보는, 단위 시간별 발전 장치(110)의 발전량 및 단위 시간별 부하(200)의 전력 소비량을 포함할 수 있다.
제1 기간은 예측 정보의 예측 정확도를 고려하여 다양한 범위로 정의될 수 있으며, 예를 들어 특정 일(n일)의 1년 이전부터 해당 일(n일)의 1일 전(n-1일)까지로 정의될 수 있다.
에너지 관리 장치(140)는 수집된 기초 정보를 이용하여 제1 기간 이후의 기간으로 사전 정의된 제2 기간에 대한 예측 정보를 생성한다(S520).
예측 정보는 전력 생산 예측 정보 및 전력 소비 예측 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 전력 생산 예측 정보는 단위 시간별 발전 장치(110)의 예측 발전량을 포함하고, 전력 생산 예측 정보는 단위 시간별 부하(200)의 예측 소비량을 포함할 수 있다.
제2 기간은 운영 스케줄의 운영 기간으로 정의되며, 예를 들어 특정 일(n일)의 0시부터 24시까지로 정의될 수 있다.
에너지 관리 장치(140)는 기초 정보에 포함된 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보를 기초로 전력 생산 패턴 및 전력 소비 패턴을 포함한 패턴 정보를 도출하고, 도출된 패턴 정보를 이용하여 전력 생산 예측 정보 및 전력 소비 예측 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 1년 기간 동안의 단위 시간 별 발전량 및 전력 소비량에 대한 평균값을 계산하여, 특정 일에 대한 단위 시간별 예측 발전량 및 단위 시간별 소비량을 도출할 수 있다.
에너지 관리 장치(140)는, 생성된 예측 정보를 기초로 제2 기간에 대한 운영 스케줄을 생성한다(S530). 여기서, 에너지 관리 장치(140)는 MILP(Mixed-integer Linear Programming)에 기초하여 정의된 목적 함수를 이용해 운영 스케줄을 도출할 수 있다. 이하에서는, 이러한 운영 스케줄 생성 방법에 관한 구체적인 구현 예에 대해 상세하게 설명한다.
에너지 관리 장치(140)는 계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여 단위 시간별 배터리(120)의 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출할 수 있다. 여기서, 목적 함수는 아래 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
(여기서, 는 계통 전력 스케줄이고, 는 계통 전력 비용임)
수학식 1은 계통 전력 구매 비용을 최소화할 수 있는 단위 시간별 배터리(120)의 충전량 또는 방전량을 도출하기 위한 목적함수이다. 여기서, 수학식 1에 따른 목적 함수는, 전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, 배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 전력 변환 장치의 한계 출력에 관한 제4조건, 및 충전 상태 및 방전 상태의 이진화에 관한 제5조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의될 수 있다.
(여기서, 는 배터리의 충전 전력량, 는 배터리의 방전 전력량, 는 예측 발전량, 는 예측 전력 소비량임)
(여기서, 는 배터리의 SOC, 는 배터리의 용량, 는 전력 변환 장치의 충전 효율, 는 전력 변환 장치의 방전 효율임)
(여기서, 는 SOC의 설정 하한값, 는 SOC의 상한값임)
(여기서, 는 0 또는 1의 값을 갖는 충전 상태값(battery state for charging), 는 전력 변환 장치의 최대 출력임)
(여기서, 는 0 또는 1의 값을 갖는 방전 상태값(battery state for discharging)임)
제1조건은 수학식 2로 구현될 수 있으며, 결정 변수인 및 가 전력의 공급과 수요의 균형에 맞게 결정되도록 기능한다.
제2조건은 수학식 3으로 구현될 수 있으며, 다음 단위 시간에서의 SOC가 배터리 용량 및 충방전 효율에 기초하여 결정되도록 기능한다.
제3조건은 수학식 4로 구현될 수 있으며, SOC가 설정된 상한 및 하한 범위 내에서 결정되도록 기능한다.
제 4조건 및 제5조건은 수학식 5 내지 7로 구현될 수 있으며, 결정 변수인 및 가 전력 변환 장치(130)의 출력 용량을 초과하지 못하도록 하며, 동시에 충전 전력량과 방전 전력량이 동시에 결정될 수 없도록 기능한다.
에너지 관리 장치(140)는 상기 목적 함수 및 제한 조건을 만족하는 및 를 도출하고 이를 포함하는 운영 스케줄을 생성할 수 있다. 운영 스케줄 수립에 관한 목적 함수 및 제약 조건은 다양한 변형 예를 가질 수 있으며, 본 발명의 권리는 앞서 기술한 수학식에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수요 반응(DR) 대응을 위한 운영 스케줄 조정 방법을 나타내는 동작 흐름도이다. 이하에서는, 도6을 참조하여 도 4의 S460 단계의 구체적인 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
에너지 관리 장치(140)는 VPP 연계 장치(400)로부터 수요 반응(DR) 신호를 수신한다(S610). 수요 반응(DR) 신호는 DR지속 시간 및 DR전력량 중 적어도 하나로 구성된 DR 조건을 포함할 수 있다. 여기서, DR 지속 시간은 전력 피크에 따른 전력 감축 운영 시간을 나타내고, DR 전력량은 감축해야하는 계통 전력 사용량을 나타낼 수 있다.
에너지 관리 장치(140)는 기 수립된 운영 스케줄과 무관하게, 수요 반응(DR) 신호에 포함된 DR조건을 만족하도록 배터리의 충방전 동작을 제어하여 수요 반응을 이행한다(S620). 에너지 관리 장치(140)는 수요 반응(DR) 신호에 포함된 DR 조건을 만족하도록 하는 배터리(120)의 제어 정보를 도출할 수 있고, 도출된 제어 정보에 따라 배터리(120)가 DR지속 시간 동안 DR전력량만큼 배터리를 방전하도록 할 수 있다.
에너지 관리 장치(140)는 수요 반응 이행(S620) 이후 운영 스케줄의 남은 운영 기간에 대한 운영 스케줄을 재수립한다(S630). 에너지 관리 장치(140)는 아래 수학식 8에 따른 수정된 목적 함수를 이용하여 운영 스케줄을 재생성할 수 있다. 여기서, 수학식 8에 따른 목적 함수는 상기 수학식 2 내지 7에 따른 제약 조건이 설정될 수 있다.
(여기서, 는 수요 반응의 이행 완료 시간임)
에너지 관리 장치(140)는 재수립된 운영 스케줄을 전력 변환 장치(130)에 전달하여 조정된 운영 스케줄에 따라 배터리(120)의 충방전 동작이 제어되도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 오차 대응을 위한 운영 스케줄 조정 방법을 나타내는 동작 흐름도이다.
이하에서는, 도7을 참조하여 DR 신호의 수신(S440) 여부와 무관하게 도 4의 S430 단계 이후 수행될 수 있는 운영 스케줄의 실시간 조정 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
에너지 관리 장치(140)는, 운영 스케줄에 따른 배터리(120)의 충방전 제어 과정에서 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 실측 정보를 수집한다(S710). 여기서, 수집되는 실측 정보는, 단위 시간별 실제 발전량 및 실제 전력 소비량을 포함할 수 있다.
에너지 관리 장치(140)는, 기초 정보에 포함된 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와, 수집된 실측 정보의 오차를 도출한다(S720). 여기서, 에너지 관리 장치(140)는 아래 수학식 9와 같이, 운영 스케줄을 도출하는데 적용된 단위 시간별 예측 발전량 및 예측 전력 소비량과, 단위 시간별 실제 발전량 및 실제 전력 소비량의 차이를 계산하여 오차를 도출할 수 있다.
(여기서, 는 예측치와 실측치의 오차임)
에너지 관리 장치(140)는, 도출된 오차를 이용해 기 수립된 운영 스케줄을 조정한다(S730). 에너지 관리 장치(140)는 아래 수학식 10에 따라 실제 계통 전력 값을 도출하고, 도출된 실제 계통 전력 값을 수학식 1에 따른 목적 함수와 수학식 2 내지 7에 따른 제약 조건에 반영하여 운영 스케줄을 재생성할 수 있다.
(여기서, 는 실제 계통 전력량임)
에너지 관리 장치(140)는, 조정 시점 이후 남은 운영 기간에 대한 운영 스케줄을 재생성하거나, 또는 오차가 발생된 특정 단위 시간에 한정하여 배터리(120)의 충방전량을 도출하고, 해당 단위 시간에 대한 운영 스케줄만 수정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 관리 장치의 블록 구성도이다.
이하에서는, 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 운영 방법을 수행하는 에너지 관리 장치(140)의 주요 구성에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 관리 장치(140)는 수요 반응 자원에 구성되는 에너지 저장 시스템(100)의 제어 장치로서, 적어도 하나의 프로세서(141), 상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리(142) 및 에너지 저장 시스템(100) 내 다른 구성요소들과 통신을 수행하기 위한 송수신 장치(143)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 관리 장치(140)는 전력관리 시스템(Power Management System; PMS) 또는 에너지 관리 시스템(EMS; Energy Management System)일 수 있으나, 본 발명의 범위가 이들 개체에 한정되는 것은 아니다.
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 수행되는 상기 적어도 하나의 명령은, 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와 계통 전력 비용 정보를 포함한 기초 정보를 수집하는 명령; 수집된 기초 정보를 이용하여 배터리의 충방전 동작을 제어하기 위한 운영 스케줄을 수립하는 명령; 수립된 운영 스케줄에 따라 상기 배터리의 충방전 동작을 제어하는 명령; 및 상기 배터리의 충방전 제어 과정에서 수요 반응(DR) 신호가 수신되면, 상기 수요 반응(DR) 신호에 대응하여 상기 운영 스케줄을 조정하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 운영 스케줄을 수립하는 명령은, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는 단위 시간별 배터리의 충방전량을 도출하여 상기 운영 스케줄에 반영하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 운영 스케줄을 수립하는 명령은, 계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 단위 시간별 배터리의 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 목적 함수는, 전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, 배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 전력 변환 장치의 한계 출력에 관한 제4조건, 및 충전 상태 및 방전 상태의 이진화에 관한 제5조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의될 수 있다.
상기 기초 정보를 수집하는 명령은, 배터리 관련 파라미터, 계통 전력 비용 정보, 및 사전 정의된 제1 기간에 대한 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보를 포함하는 기초 정보를 수집하는 명령을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 운영 스케줄을 수립하는 명령은, 수집된 기초 정보를 이용하여, 상기 제1 기간 이후의 기간으로 사전 정의된 제2 기간에 대한 전력 생산 예측 정보 및 전력 소비 예측 정보를 생성하는 명령; 및 생성된 예측 정보를 기초로 상기 제2 기간에 대한 운영 스케줄을 생성하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 수요 반응(DR) 신호가 수신되면, 상기 수립된 운영 스케줄과 무관하게, 상기 수요 반응(DR) 신호에 포함된 DR지속 시간 및 DR전력량을 만족하도록 배터리의 충방전 동작을 제어하여 수요 반응을 이행하는 명령; 및 수요 반응 이행 이후 남은 기간에 대한 운영 스케줄을 재수립하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 수립된 운영 스케줄에 따라 상기 배터리의 충방전 동작을 제어하는 명령 이후, 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 실측 정보를 수집하는 명령; 상기 기초 정보에 포함된 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와, 상기 수집된 실측 정보의 오차를 도출하는 명령; 및 도출된 오차를 이용해 상기 운영 스케줄을 조정하는 명령;을 포함할 수 있다.
에너지 관리 장치(140)는 또한, 입력 인터페이스 장치(144), 출력 인터페이스 장치(145), 저장 장치(146) 등을 더 포함할 수 있다. 에너지 관리 장치(140)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(147)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 프로세서(141)는 중앙처리장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(또는 저장 장치)는 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를들어, 메모리는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 에너지 저장 시스템 110: 발전 장치
120: 배터리 130: 전력 변환 장치
140: 에너지 관리 장치 200: 부하
300: 전력 계통 400: VPP 연계장치

Claims (21)

  1. 가상 발전소(VPP; Virtual Power Plant) 시스템과 연계된 수요 반응 자원(demand response resource)에 구성되는 에너지 저장 시스템으로서,
    전력을 생산하는 발전 장치;
    전력을 저장하는 배터리;
    전력 생산 상태 및 전력 소비 상태를 모니터링하고, 상기 배터리에 관한 운영 스케줄을 수립하는 에너지 관리 장치; 및
    상기 수립된 운영 스케줄에 따라 상기 배터리의 충방전 동작을 제어하는 전력 변환 장치;를 포함하고,
    상기 에너지 관리 장치는,
    전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와 계통 전력 비용 정보를 포함한 기초 정보를 수집하고, 수집된 기초 정보를 이용하여 배터리의 충방전 동작을 제어하기 위한 운영 스케줄을 수립하며, 상기 운영 스케줄에 따른 배터리의 충방전 제어 과정에서 수요 반응(DR; Demand Response) 신호가 수신되면, 상기 수요 반응(DR) 신호에 대응하여 상기 운영 스케줄을 조정하는, 에너지 저장 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 에너지 관리 장치는,
    계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는 단위 시간별 배터리의 충방전량을 도출하여 상기 운영 스케줄에 반영하는, 에너지 저장 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 에너지 관리 장치는,
    계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 단위 시간별 배터리의 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는, 에너지 저장 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 목적 함수는,
    전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, 배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 전력 변환 장치의 한계 출력에 관한 제4조건, 및 충전 상태 및 방전 상태의 이진화에 관한 제5조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의되는, 에너지 저장 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 에너지 관리 장치는,
    배터리 관련 파라미터, 계통 전력 비용 정보, 및 사전 정의된 제1 기간에 대한 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보를 포함하는 기초 정보를 수집하고,
    수집된 기초 정보를 이용하여, 상기 제1 기간 이후의 기간으로 사전 정의된 제2 기간에 대한 전력 생산 예측 정보 및 전력 소비 예측 정보를 생성하고,
    생성된 예측 정보를 기초로 상기 제2 기간에 대한 운영 스케줄을 생성하는, 에너지 저장 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 에너지 관리 장치는,
    상기 수요 반응(DR) 신호가 수신되면, 상기 수립된 운영 스케줄과 무관하게, 상기 수요 반응(DR) 신호에 포함된 DR지속 시간 및 DR전력량을 만족하도록 배터리의 충방전 동작을 제어하여 수요 반응을 이행하고,
    수요 반응 이행 이후 남은 기간에 대한 운영 스케줄을 재수립하는, 에너지 저장 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 에너지 관리 장치는,
    상기 운영 스케줄에 따른 배터리의 제어 과정에서 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 실측 정보를 수집하고,
    상기 기초 정보에 포함된 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와, 상기 수집된 실측 정보의 오차를 도출하고,
    도출된 오차를 이용해 상기 운영 스케줄을 조정하는, 에너지 저장 시스템의 에너지 저장 시스템.
  8. 가상 발전소(VPP; Virtual Power Plant) 시스템과 연계된 수요 반응 자원(demand response resource)에 구성되는 에너지 관리 장치로서,
    적어도 하나의 프로세서;
    상기 적어도 하나의 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와 계통 전력 비용 정보를 포함한 기초 정보를 수집하는 명령;
    수집된 기초 정보를 이용하여 배터리의 충방전 동작을 제어하기 위한 운영 스케줄을 수립하는 명령;
    수립된 운영 스케줄에 따라 상기 배터리의 충방전 동작을 제어하는 명령; 및
    상기 배터리의 충방전 제어 과정에서 수요 반응(DR; Demand Response) 신호가 수신되면, 상기 수요 반응(DR) 신호에 대응하여 상기 운영 스케줄을 조정하는 명령;을 포함하는, 에너지 관리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 운영 스케줄을 수립하는 명령은,
    계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는 단위 시간별 배터리의 충방전량을 도출하여 상기 운영 스케줄에 반영하는 명령을 포함하는, 에너지 관리 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 운영 스케줄을 수립하는 명령은,
    계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 단위 시간별 배터리의 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는 명령을 포함하는, 에너지 관리 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 목적 함수는,
    전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, 배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 전력 변환 장치의 한계 출력에 관한 제4조건, 및 충전 상태 및 방전 상태의 이진화에 관한 제5조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의되는, 에너지 관리 장치.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 기초 정보를 수집하는 명령은,
    배터리 관련 파라미터, 계통 전력 비용 정보, 및 사전 정의된 제1 기간에 대한 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보를 포함하는 기초 정보를 수집하는 명령을 포함하고,
    상기 운영 스케줄을 수립하는 명령은,
    수집된 기초 정보를 이용하여, 상기 제1 기간 이후의 기간으로 사전 정의된 제2 기간에 대한 전력 생산 예측 정보 및 전력 소비 예측 정보를 생성하는 명령; 및
    생성된 예측 정보를 기초로 상기 제2 기간에 대한 운영 스케줄을 생성하는 명령;을 포함하는, 에너지 관리 장치.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 운영 스케줄을 조정하는 명령은,
    상기 수요 반응(DR) 신호가 수신되면, 상기 수립된 운영 스케줄과 무관하게, 상기 수요 반응(DR) 신호에 포함된 DR지속 시간 및 DR전력량을 만족하도록 배터리의 충방전 동작을 제어하여 수요 반응을 이행하는 명령; 및
    수요 반응 이행 이후 남은 기간에 대한 운영 스케줄을 재수립하는 명령;을 포함하는, 에너지 관리 장치.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 수립된 운영 스케줄에 따라 상기 배터리의 충방전 동작을 제어하는 명령 이후,
    전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 실측 정보를 수집하는 명령;
    상기 기초 정보에 포함된 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와, 상기 수집된 실측 정보의 오차를 도출하는 명령; 및
    도출된 오차를 이용해 상기 운영 스케줄을 조정하는 명령;을 포함하는, 에너지 관리 장치.
  15. 가상 발전소(VPP; Virtual Power Plant) 시스템과 연계된 수요 반응 자원(demand response resource)에 구성되는 에너지 저장 시스템의 운영 방법으로서,
    전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와 계통 전력 비용 정보를 포함한 기초 정보를 수집하는 단계;
    수집된 기초 정보를 이용하여 배터리의 충방전 동작을 제어하기 위한 운영 스케줄을 수립하는 단계;
    수립된 운영 스케줄에 따라 상기 배터리의 충방전 동작을 제어하는 단계; 및
    상기 배터리의 충방전 제어 과정에서 수요 반응(DR; Demand Response) 신호가 수신되면, 상기 수요 반응(DR) 신호에 대응하여 상기 운영 스케줄을 조정하는 단계;를 포함하는, 에너지 저장 시스템의 운영 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 운영 스케줄을 수립하는 단계는,
    계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는 단위 시간별 배터리의 충방전량을 도출하여 상기 운영 스케줄에 반영하는 단계를 포함하는, 에너지 저장 시스템의 운영 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 운영 스케줄을 수립하는 단계는,
    계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 단위 시간별 배터리의 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는 단계를 포함하는, 에너지 저장 시스템의 운영 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 목적 함수는,
    전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, 배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 전력 변환 장치의 한계 출력에 관한 제4조건, 및 충전 상태 및 방전 상태의 이진화에 관한 제5조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의되는, 에너지 저장 시스템의 운영 방법.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 기초 정보를 수집하는 단계는,
    배터리 관련 파라미터, 계통 전력 비용 정보, 및 사전 정의된 제1 기간에 대한 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보를 포함하는 기초 정보를 수집하는 단계를 포함하고,
    상기 운영 스케줄을 수립하는 단계는,
    수집된 기초 정보를 이용하여, 상기 제1 기간 이후의 기간으로 사전 정의된 제2 기간에 대한 전력 생산 예측 정보 및 전력 소비 예측 정보를 생성하는 단계; 및
    생성된 예측 정보를 기초로 상기 제2 기간에 대한 운영 스케줄을 생성하는 단계;를 포함하는, 에너지 저장 시스템의 운영 방법.
  20. 청구항 15에 있어서,
    상기 운영 스케줄을 조정하는 단계는,
    상기 수요 반응(DR) 신호가 수신되면, 상기 수립된 운영 스케줄과 무관하게, 상기 수요 반응(DR) 신호에 포함된 DR지속 시간 및 DR전력량을 만족하도록 배터리의 충방전 동작을 제어하여 수요 반응을 이행하는 단계; 및
    수요 반응 이행 이후 남은 기간에 대한 운영 스케줄을 재수립하는 단계;를 포함하는, 에너지 저장 시스템의 운영 방법.
  21. 청구항 15에 있어서,
    상기 수립된 운영 스케줄에 따라 상기 배터리의 충방전 동작을 제어하는 단계 이후,
    전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 실측 정보를 수집하는 단계;
    상기 기초 정보에 포함된 전력 생산 상태 및 전력 소비 상태에 관한 정보와, 상기 수집된 실측 정보의 오차를 도출하는 단계; 및
    도출된 오차를 이용해 상기 운영 스케줄을 조정하는 단계;를 포함하는, 에너지 저장 시스템의 운영 방법.
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