WO2016208974A1

WO2016208974A1 - 전력 계통의 주파수 조정용 대용량 배터리 시스템 및 대용량 배터리 운영 방법

Info

Publication number: WO2016208974A1
Application number: PCT/KR2016/006657
Authority: WO
Inventors: 안건호; 최인선; 김명회; 원동준; 최진영; 양진선
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2016-12-29
Also published as: KR101716259B1; US10411470B2; EP3316209A1; EP3316209A4; KR20170000238A; US20180191161A1

Abstract

본 발명은 전력 계통의 주파수 조정에 사용되는 대용량 배터리를 관리하는 대용량 배터리 시스템 및 대용량 배터리 운영 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 전력 계통의 주파수 조정(Frequency Regulation)에 사용되는 대용량 배터리를 관리하는 대용량 배터리 시스템에서의 대용량 배터리 운영 방법에서, 과거 주파수 조정 신호의 이력 정보를 사용하여 다음날의 예상 주파수 조정 신호를 산출하는 단계, 상기 예상 주파수 조정 신호에 맞는 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 계산하는 단계, 계산된 입찰 용량과 기본값을 이용하여 운영 계획을 결정하는 단계, 주파수 조정의 전일 시장에서 상기 운영 계획에 따라 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 입찰하는 단계 및 주파수 조정의 전일 시장에서 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값이 낙찰되면, 주파수 조정의 실시간 시장에서 주파수 조정 신호를 수신하여 저장하고, 수신한 주파수 조정 신호에 따라 대용량 배터리를 운영하는 단계를 포함한다.

Description

전력 계통의 주파수 조정용 대용량 배터리 시스템 및 대용량 배터리 운영 방법

본 발명은 전력 계통의 주파수 조정에 사용되는 대용량 배터리를 관리하는 대용량 배터리 시스템 및 대용량 배터리 운영 방법에 관한 것이다.

환경 파괴, 자원 고갈 등이 문제되면서, 전력을 저장하고, 저장된 전력을 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한 태양광 발전 등 신재생 에너지의 중요성이 증대되고 있다. 특히 신재생 에너지는 태양광, 풍력, 조력 등 무한히 공급되는 천연 자원을 이용하고, 발전 과정에서 공해를 유발하지 않아, 그 활용 방안에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.

일반적으로 신재생 에너지 시스템은, 에너지 부족과 환경 오염 등의 문제를 해결하고자 새로운 에너지원을 연구, 개발하는 시스템으로 기존 화석 에너지를 변환시켜 이용하거나, 햇빛, 물, 지열, 생물유기체 등을 포함하는 재생가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지, 지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래에너지원을 그 특성으로 한다. 이러한 신재생 에너지 시스템에는 풍력 발전 시스템, 태양광 발전 시스템 등이 있다.

우리나라 전력계통은 신뢰도 고시에 따라 주파수를 60±0.2Hz 이내로 유지해야 한다. 이러한 전력계통은 신뢰도 고시에 따른 주파수 제어를 위해 주파수 제어 보조 서비스를 시행하고 있으며, 주파수 제어 보조 서비스는 주파수 응답 보조서비스와 주파수 조정 보조서비스로 구성되고, 각각의 시장이 존재한다. 이에 발전 자원들은 주파수응답 시장이나 주파수조정 시장에 참여하여 주파수 제어 보조 서비스를 제공하게 된다.

이러한 시장은 전일 시장과 실시간 시장으로 이루어지며, 전일 시장은 운영 하루 전일에 열리는 시장을 의미하고, 실시간 시장은 운영 당일 계통 상황 등의 이유로 추가적으로 열리는 시장을 의미한다. 주파수 조정 시장에 대용량 배터리가 입찰하여 주파수 조정을 수행하게 된다면 빠른 응답속도로 높은 신뢰도를 보장할 수 있고, 계통에 병입되어 증감발 운전하던 기존 발전기에 대한 고정 출력 및 최대 출력이 가능하게 된다. 하지만 대용량 배터리의 용량 제한으로 대용량 배터리의 주파수 조정 시장 참여에 제약이 따른다.

종래 배터리 충방전 기술에 있어서, 전력 거래 시장의 낙찰가를 예상하는 기술이 개시되어 있다. 즉, 종래에는 배터리 충방전시, 전력 거래 시장의 예비율이나 낙찰가 이력을 확인하여 낙찰 가능한 가격을 예측하고, 이를 이용하여 입찰을 시행함으로써, 낙찰률을 높일 수 있도록 하는 것이다.

그러나, 종래에는 낙찰가 이력에 따른 배터리의 낙찰에 관한 기술만 개시되어 있으며, 낙찰 후 배터리의 운영 방법에 대한 기술은 전무한 상태이며, 따라서 효율적이고 경제적인 배터리 운영이 어렵다고 하는 문제점이 있다.

또한, 배터리의 잔존 용량인 SOC(State of Charge) 관리에 있어서 수요측의 발전 입찰의 낙찰 결과에 따라 최적 충전 시간을 산출하기 때문에, 배터리를 실시간으로 신호가 변화하는 주파수 조정 예비력으로 사용 시, 배터리의 잔존 용량이 지속적으로 감소하거나 증가하여 배터리의 충방전 허용치를 초과하게 되는 문제점이 발생한다. 따라서 배터리를 주파수 조정 예비력으로 사용할 경우, 배터리를 보다 효율적이고 경제적으로 운영할 수 있고, 배터리의 잔존 용량을 안정적으로 관리할 수 있는 시스템이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 주파수 조정 시장에 참여하는 대용량 배터리의 입찰용량과 기본값을 전일 계획한 운영방법으로 입찰하여, 대용량 배터리를 경제적으로 운영하며, 대용량 배터리의 잔존 용량을 안정적인 범위에서 관리하는데 그 목적이 있다.

또한 당일 계통 상황에 따른 신호에 의해 대용량 배터리의 잔존 용량이 안정적인 범위에서 벗어날 경우, 입찰용량과 기본값을 재입찰하여 대용량 배터리의 잔존 용량을 회복시키는 것에 그 다른 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력 계통의 주파수 조정(Frequency Regulation)에 사용되는 대용량 배터리를 관리하는 대용량 배터리 시스템에서의 대용량 배터리 운영 방법에서, 과거 주파수 조정 신호의 이력 정보를 사용하여 다음날의 예상 주파수 조정 신호를 산출하는 단계, 상기 예상 주파수 조정 신호에 맞는 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 계산하는 단계, 계산된 입찰 용량과 기본값을 이용하여 운영 계획을 결정하는 단계, 주파수 조정의 전일 시장에서 상기 운영 계획에 따라 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 입찰하는 단계 및 주파수 조정의 전일 시장에서 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값이 낙찰되면, 주파수 조정의 실시간 시장에서 주파수 조정 신호를 수신하여 저장하고, 수신한 주파수 조정 신호에 따라 대용량 배터리를 운영하는 단계를 포함한다.

상기 대용량 배터리를 운영하는 단계에서, 대용량 배터리의 잔존 용량(State Of Charge, SOC)이 미리 설정된 하한 SOC와 상한 SOC 사이의 범위 내에 있으면, 전일 운영 계획에서 산출된 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영할 수 있다.

상기 대용량 배터리를 운영하는 단계에서, 상기 대용량 배터리의 잔존 용량(State Of Charge, SOC)이 미리 설정된 하한 SOC와 상한 SOC 사이의 범위 내에 있지 않으면, 상기 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰할 수 있다.

상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 하한 SOC 미만으로 하락하는 경우, 상기 대용량 배터리를 충전시키기 위한 충전 상태로 설정하고, 상기 대용량 배터리를 충전하기 위한 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰할 수 있다.

상기 충전 상태에서 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 미리 설정된 기본 SOC가 될 때까지 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하여 상기 대용량 배터리의 잔존 용량을 회복시키고, 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 기본 SOC를 초과하면 다시 정상 상태로 복귀하여, 전일 운영 계획에서 산출된 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영할 수 있다.

상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 상한 SOC 을 초과하여 상승하는 경우, 상기 대용량 배터리를 방전시키기 위한 방전 상태로 설정하고, 상기 대용량 배터리를 방전하기 위한 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰할 수 있다.

상기 방전 상태에서 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 기본 SOC가 될 때까지 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하여 상기 대용량 배터리의 잔존 용량을 회복시키고, 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 기본 SOC 미만이 되면, 다시 정상 상태로 복귀하여, 전일 운영 계획에서 산출된 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영할 수 있다.

상기 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰함에 있어서, 각 주파수 조정 시장에서 정해진 규칙에 따라 재입찰 사전 통보시간이 변경될 수 있다.

상기 예상 주파수 조정 신호에 맞는 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 계산하는 단계에서, 최적화 기법을 이용하여 상기 입찰 용량과 기본값을 계산할 수 있다.

본 발명의 전력 계통의 주파수 조정(Frequency Regulation)에 사용되는 대용량 배터리를 관리하는 대용량 배터리 시스템에서, 적어도 하나 이상의 대용량 배터리(ESS, Energy Storage System)를 가지며, 상기 대용량 배터리의 출력을 관리하는 출력 제어 장치 및 적어도 하나 이상의 출력 제어 장치를 관리하며, 주파수 조정 시장으로부터 실제 주파수 조정 신호를 수신하여 그 이력을 저장하고, 과거 주파수 조정 신호의 이력 정보를 사용하여 다음날의 예상 주파수 조정 신호를 산출하고, 상기 예상 주파수 조정 신호에 맞는 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 계산하고, 계산된 입찰 용량과 기본값을 이용하여 운영 계획을 결정하고, 주파수 조정의 전일 시장에서 상기 운영 계획에 따라 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 입찰하고, 주파수 조정의 전일 시장에서 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값이 낙찰되면, 주파수 조정의 실시간 시장에서 주파수 조정 신호를 수신하여 저장하고, 수신한 주파수 조정 신호에 따라 대용량 배터리를 운영하는 통합 관리 장치를 포함한다.

상기 통합 관리 장치는 대용량 배터리의 잔존 용량(State Of Charge, SOC)이 미리 설정된 하한 SOC와 상한 SOC 사이의 범위 내에 있으면, 전일 운영 계획에서 산출된 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영할 수 있다.

상기 통합 관리 장치는 상기 대용량 배터리의 잔존 용량(State Of Charge, SOC)이 미리 설정된 하한 SOC와 상한 SOC 사이의 범위 내에 있지 않으면, 상기 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰할 수 있다.

상기 통합 관리 장치는 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 하한 SOC 미만으로 하락하는 경우, 상기 대용량 배터리를 충전시키기 위한 충전 상태로 설정하고, 상기 대용량 배터리를 충전하기 위한 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰할 수 있다.

상기 통합 관리 장치는 상기 충전 상태에서 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 미리 설정된 기본 SOC가 될 때까지 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하여 상기 대용량 배터리의 잔존 용량을 회복시키고, 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 기본 SOC를 초과하면 다시 정상 상태로 복귀하여, 전일 운영 계획에서 산출된 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영할 수 있다.

상기 통합 관리 장치는 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 상한 SOC 을 초과하여 상승하는 경우, 상기 대용량 배터리를 방전시키기 위한 방전 상태로 설정하고, 상기 대용량 배터리를 방전하기 위한 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰할 수 있다.

상기 통합 관리 장치는 상기 방전 상태에서 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 기본 SOC가 될 때까지 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하여 상기 대용량 배터리의 잔존 용량을 회복시키고, 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 기본 SOC 미만이 되면, 다시 정상 상태로 복귀하여, 전일 운영 계획에서 산출된 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영할 수 있다.

상기 통합 관리 장치는 최적화 기법을 이용하여 상기 입찰 용량과 기본값을 계산할 수 있다.

상기 통합 관리 장치는 상기 주파수 조정의 실시간 시장에서 수신한 주파수 조정 신호를 저장하기 위한 데이터베이스를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 대용량 배터리의 잔존 용량을 고려하여 입찰 용량과 기본값을 결정하여 전일 시장에 입찰하기 때문에 대용량 배터리의 잔존용량을 미리 설정한 잔존용량 범위 안에서 안정적으로 운영할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 잔존 용량 고려를 포함하여 통합 관리 장치의 최적화 방법을 통해, 최대의 수익을 얻을 수 있는 입찰 용량과 기본값을 산출하고 운영 계획을 결정하기 때문에, 사업자는 최대 수익을 얻을 수 있게 되는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면 당일 운영에 있어서 실제 주파수조정 신호와 예상 주파수조정 신호의 오차에 의해 잔존 용량이 제한범위를 벗어나는 것을 방지하여 대용량 배터리의 잔존 용량을 안정적으로 관리할 수 있고, 전일 운영 계획을 유지하여 사업자의 최대 수익을 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 통합 관리 장치에 실제 주파수 조정 신호 이력을 저장하여 향후 예상 주파수 조정 신호를 결정하는데 정확성을 높일 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 주파수 제어 보조 서비스에 의한 주파수 회복을 설명하기 위한 예시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 배터리 시스템의 구성을 보여주는 개념도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 배터리 시스템의 운영 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 배터리의 기본값과 입찰 요량을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 배터리 시스템에서 결정한 운영 계획의 예시도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 배터리 시스템에서 대용량 배터리의 충방전 방법을 설명하기 위한 예시도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 배터리 시스템에서 대용량 배터리의 충방전 방법을 보여주는 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.

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 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1을 참조하면, 전력계통은 주파수 조정(104) 시장에 입찰한 주파수조정 예비력에 의한 AGC 제어와, 부동대를 벗어날 경우 주파수 응답(103) 시장에 입찰한 주파수응답 예비력에 의한 GFC 제어로 주파수를 제어한다.

주파수 응답(Frequency Response)(103) 구간은 1차 예비력에 의한 제어 구간으로서, 최소 20초 정도로 지속 가능 시간은 상대적으로 짧지만, 10초 이내의 빠른 응답이 가능한 발전원이 담당하고, 조속기의 P-f 드룹(Droop) 제어를 사용한다.

주파수 조정(104) 구간은 2차 예비력에 의한 제어 구간으로서, 응답 속도는 다소 느리지만 오랫동안 출력을 유지할 수 있는 발전원이 담당하고, 정격 출력 이하로 운전되는 발전기의 발전량을 조정하여 주파수를 회복하게 된다.

평상시(101)에 발전기 탈락 등의 사고가 발생(102)하게 되면, 주파수가 급격하게 하락하게 되고, 전력계통은 주파수 하락에 의해 주파수 응답 예비력을 사용한 GFC 제어를 수행한다(103). GFC 제어는 P-f 드룹(Droop) 제어를 사용하기 때문에 주파수를 신뢰도 고시에 따른 계통 주파수까지 회복시키지 못한다. 그래서 전력계통은 GPC 제어 후에, 주파수 조정 예비력을 사용한 AGC 제어로 주파수를 조정한다(104). AGC 제어에 의해 주파수가 회복되면(105), 전력계통은 다시 평상시(101) 상태로 동작하게 된다. 본 발명은 AGC 제어에 해당하는 주파수 조정의 시장과 운영에 대한 부분에 초점이 맞춰져 있다.

본 발명에서 제안하는 대용량 배터리 시스템은 주파수 조정 보조 서비스를 제공하기 위해, 주파수 조정 시장에 입찰하는 대용량 배터리의 입찰용량과 기본값을 전일 스케쥴링(scheduling)하여 경제적인 입찰을 계획하고, 안정적으로 잔존용량을 관리하며, 당일 계통 상황에 의한 실시간 잔존 용량 관리 방법으로 이루어져있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 대용량 배터리 시스템은 출력 제어 장치(200)과 통합 관리 장치(100)으로 이루어진다.

출력 제어 장치(200)은 적어도 하나 이상의 대용량 배터리(ESS, Energy Storage System)를 가지며 대용량 배터리의 출력을 관리한다.

통합 관리 장치(100)은 적어도 하나 이상의 출력 제어 장치(200)을 관리하며, 시장으로부터 실제 주파수 조정 신호를 받아 그 이력을 저장하고, 대용량 배터리의 잔존 용량을 고려한 전일 및 실시간 운영 계획을 결정한다.

본 발명에서 제안하는 주파수 조정 시장의 입찰은 전일 시장과 실시간 시장으로 나눌 수 있다. 전일 시장은 다음날 사용될 주파수조정 예비력을 시간대 별로 거래하는 시장을 말한다.

본 발명의 대용량 배터리 시스템은 입찰 용량과 기본값을 사용하여 전일 시장 입찰에 참여한다.

본 발명에서 통합 관리 장치(100)는 적어도 하나 이상의 출력 제어 장치를 관리하며, 주파수 조정 시장으로부터 실제 주파수 조정 신호를 수신하여 그 이력을 저장하고, 과거 주파수 조정 신호의 이력 정보를 사용하여 다음날의 예상 주파수 조정 신호를 산출한다. 그리고, 예상 주파수 조정 신호에 맞는 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 계산하고, 계산된 입찰 용량과 기본값을 이용하여 운영 계획을 결정한다. 그리고, 주파수 조정의 전일 시장에서 운영 계획에 따라 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 입찰하고, 주파수 조정의 전일 시장에서 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값이 낙찰되면, 주파수 조정의 실시간 시장에서 주파수 조정 신호를 수신하여 저장하고, 수신한 주파수 조정 신호에 따라 대용량 배터리를 운영한다.

통합 관리 장치(100)는 대용량 배터리의 잔존 용량(State Of Charge, SOC)이 미리 설정된 하한 SOC인 SOC_lower _limit 와 상한 SOC인 SOC_upper _limit 사이의 범위 내에 있으면, 전일 운영 계획에서 산출된 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영한다.

통합 관리 장치(100)는 대용량 배터리의 잔존 용량(State Of Charge, SOC)이 미리 설정된 SOC_lower _limit와 SOC_upper _limit사이의 범위 내에 있지 않으면, 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰한다.

통합 관리 장치(100)는 대용량 배터리의 잔존 용량이 SOC_lower _limit 미만으로 하락하는 경우, 대용량 배터리를 충전시키기 위한 충전 상태로 설정하고, 대용량 배터리를 충전하기 위한 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰한다.

통합 관리 장치(100)는 충전 상태에서 대용량 배터리의 잔존 용량이 미리 설정된 기본 SOC인 SOC_base가 될 때까지 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하여 상기 대용량 배터리의 잔존 용량을 회복시키고, 대용량 배터리의 잔존 용량이 SOC_base를 초과하면 다시 정상 상태로 복귀하여, 전일 운영 계획에서 산출된 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영한다.

통합 관리 장치(100)는 대용량 배터리의 잔존 용량이 SOC_upper _limit 을 초과하여 상승하는 경우, 대용량 배터리를 방전시키기 위한 방전 상태로 설정하고, 대용량 배터리를 방전하기 위한 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰한다.

통합 관리 장치(100)는 방전 상태에서 대용량 배터리의 잔존 용량이 SOC_base가 될 때까지 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하여 대용량 배터리의 잔존 용량을 회복시키고, 대용량 배터리의 잔존 용량이 SOC_base 미만이 되면, 다시 정상 상태로 복귀하여, 전일 운영 계획에서 산출된 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영한다.

대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰함에 있어서, 각 주파수 조정 시장에서 정해진 규칙에 따라 재입찰 사전 통보시간이 변경될 수 있다.

통합 관리 장치(100)는 최적화 기법을 이용하여 입찰 용량과 기본값을 계산할 수 있다.

통합 관리 장치(100)는 주파수 조정의 실시간 시장에서 수신한 주파수 조정 신호를 저장하기 위한 데이터베이스를 포함하여 이루어질 수 있다.

도 4에서 입찰 용량(402)이란 대용량 배터리가 전일 시장에 입찰하는 용량을 말한다. 입찰한 용량이 낙찰되었을 경우, 대용량 배터리는 입찰 용량에 따라 통합 관리 장치에서 내려오는 급전 명령에 맞는 출력을 내게 된다.

또한, 기본값(401)은 대용량 배터리가 상시 운전하고 있는 출력 지점을 나타낸다. 기본적으로 초기 기본값은 0 을 기준으로 하고, 이는 충전이나 방전을 하고 있지 않은 상태를 나타내며, 대용량 배터리는 기본값을 기준으로 하여 급전 지시에 맞는 출력만을 내게 된다.

또한 기본값(401)을 변경하여 운전하게 되면 대용량 배터리는 상시 기본값만큼의 출력을 내고, 급전 지시가 내려올 경우 기본값을 기준으로 하여 추가로 급전 지시만큼의 출력을 내게 된다.

입찰 용량(402)과 기본값(401)은 실시간 시장에서도 같은 방식으로 적용된다.

도 3을 참조하면, 통합 관리 장치(100)은 통합 관리 장치(100) 내에 있는 데이터베이스에 저장되어 있는(S301), 과거 주파수 조정 신호 이력과 날씨정보를 사용하여 다음날 예상 주파수 조정 신호를 산출한다(S303).

그리고, 최적화 기법을 사용하여 산출한 예상 주파수 조정 신호에 맞는 입찰용량과 기본값을 계산하고 운영 계획을 설정한다(S305). 여기서 운영계획은 대용량 배터리 시스템은 배터리의 잔존 용량(State Of Charge, SOC)을 설정한 하한 SOC인 SOC_{lower limit}과 상한 SOC인 SOC_upper _limit의 범위 내에서 제어하며, 최대의 수익을 얻을 수 있는 입찰 용량과 기본값을 입찰하여 대용량 배터리 시스템을 운영하는 운영계획을 말한다.

다음, 통합 관리 장치(100)은 운영 계획에 따른 입찰 용량과 기본값을 전일 시장에 입찰한다(S307).

대용량 배터리 시스템은 전일 시장에서 낙찰받게 되면(S309), 당일 운영에서 실제 주파수조정 신호를 수신하여 대용량 배터리를 운영하게 되는데(S311, S313), 통합 관리 장치(100)의 데이터베이스로 저장하고, 실제 주파수 조정 신호에 따라서 입찰용량과 기본값을 고려한 출력을 낸다.

대용량 배터리의 잔존 용량인 SOC가 SOC_lower _limit과 SOC_upper _limit의 범위 안에 있으면, 전일 운영계획에서 산출된 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영한다(S317).

그러나, SOC가 SOC_lower _limit과 SOC_upper _limit의 범위 안에 있지 않으면, 입찰 용량과 기본값을 재산출하고 재입찰한다(S319).

도 5를 참조하면, 501은 대용량 배터리 시스템 운영계획에서 예상하는 시간대별 잔존 용량이며, 502는 시간대별 기본값을 나타낸다.

대용량 배터리 시스템은 당일 운영에 있어 대용량 배터리의 잔존 용량 관리를 위하여 대용량 배터리의 잔존용량(SOC)이 설정한 SOC_lower _limit 미만이거나, 상기 SOC_{upper limit}을 초과하게 되면, 대용량 배터리의 잔존 용량을 설정한 SOC_lower _limit 와 SOC_{upper limit} 사이로 회복시키기 위해, 입찰용량과 기본값을 재산출하고, 실시간 시장에 재입찰하게 된다(S319).

입찰용량과 기본값을 변경하게 되면, 출력의 크기와 충방전 신호의 비율이 바뀌게 되고, 대용량 배터리의 잔존 용량을 충전시키거나 방전시킬 수 있어서, 대용량 배터리의 잔존 용량을 SOC_lower _limit 와 SOC_upper _limit 사이에서 관리할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 배터리 시스템에서 대용량 배터리의 충방전 방법을 설명하기 위한 예시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 배터리 시스템에서 대용량 배터리의 충방전 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 6과 도 7은 대용량 배터리 시스템의 당일 운영에 있어, 과거 주파수 조정 신호 이력을 사용하여 산출한 예상 주파수 조정 신호와, 실제 주파수 조정 신호와의 오차가 커져 대용량 배터리의 잔존 용량이 SOC_lower _limit 미만으로 하락하거나, SOC_upper _limit 을 초과하는 문제가 발생할 시, 대용량 배터리의 실시간 운영에서 잔존용량의 제한범위 이탈을 방지하기 위한 충방전 방법을 설명하기 위한 예시도이다.

도 6을 참조하면, 대용량 배터리의 실시간 운영에서 배터리의 잔존용량이 미리 설정한 SOC_lower _limit 와 SOC_upper _limit 내에서 운영 시(620), 대용량 배터리 시스템은 별도의 제어 없이 전일 시장에 입찰한 입찰용량과 기본값을 유지하여 정상 상태로 운영한다.

이때, 대용량 배터리의 잔존용량이 SOC_lower _limit 미만으로 하락할 경우(621), 대용량 배터리 시스템은 충전 상태로 설정하여, 충전을 위해 입찰용량과 기본값을 변경하여 실시간 시장에 재입찰하고 운영하게 된다(610).

그리고, 변경된 입찰용량과 기본값에 따라 대용량 배터리의 잔존용량이 대용량 배터리 시스템에서 설정한 SOC_base까지 충전이 되면(611), 다시 정상 상태로 설정하여, 전일 운영계획에서 결정한 입찰용량과 기본값으로 입찰하고 운영한다(620).

또한, 대용량 배터리의 잔존용량이 SOC_upper _limit 를 초과할 경우(622), 대용량 배터리 시스템은 방전 상태로 설정하여, 방전을 위해 입찰용량과 기본값을 변경하여 실시간 시장에 재입찰하고 운영하게 된다(630).

그리고, 변경된 입찰용량과 기본값에 따라 대용량 배터리의 잔존용량이 대용량 배터리 시스템에서 설정한 SOC_base까지 방전이 되면(631), 다시 정상 상태로 설정하여, 전일 운영계획에서 결정한 입찰용량과 기본값으로 입찰하고 운영한다(620).

여기서, 기본값 재입찰에 있어 재입찰 사전 통보 시간은 각각의 주파수 조정 시장에 규칙에 따라 변경한다.

도 7을 참조하면, 대용량 배터리 시스템은 대용량 배터리를 운영함에 있어서(S701), 대용량 배터리의 상태를 판단한다(S703).

대용량 배터리의 현재 상태가 정상 상태이면 SOC_lower _limit < SOC < SOC_upper _limit 를 유지하는 동안에는(S715), 정상 상태를 유지하여(S719), 전일 운영계획에서 산출된 기본값 및 입찰용량으로 대용량 배터리를 운영한다(S721).

그러나, S715 단계에서 SOC_lower _limit < SOC < SOC_upper _limit 의 범위를 벗어나는 경우, 잔존용량 SOC < SOC_lower _limit 이면 충전 상태로 설정하여(S723), 기본값 및 입찰용량을 재산출하여 재입찰하고(S725), SOC_upper _limit < SOC 이면 방전 상태로 설정하여(S727), 기본값 및 입찰용량을 재산출하여 재입찰한다(S729).

S703 단계에서 대용량 배터리의 현재 상태가 충전 상태인 경우, SOC < SOC_base 이면(S705), 충전 상태에서의 기본값 및 입찰용량을 재산출하고 재입출한다(S707, S711).

S705 단계에서 SOC가 SOC_base 까지 충전이 되면, 정상 상태로 설정하여(S709), 전일 운영계획에서 산출된 기본값 및 입찰용량으로 대용량 배터리를 운영한다(S713).

S703 단계에서 대용량 배터리의 현재 상태가 방전 상태인 경우, SOC_base < SOC이면(S731), 방전 상태에서의 기본값 및 입찰용량을 재산출하고 재입출한다(S733, S735).

S731 단계에서 SOC가 SOC_base 까지 방전이 되면, 정상 상태로 설정하여(S737), 전일 운영계획에서 산출된 기본값 및 입찰용량으로 대용량 배터리를 운영한다(S739).

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

[부호의 설명]

100 통합 관리 장치

200 출력 제어 장치

본 발명은 대용량 배터리 시스템 및 대용량 배터리 운영 방법에 관한 것으로서, 대용량 배터리 분야에 이용 가능하다.

Claims

전력 계통의 주파수 조정(Frequency Regulation)에 사용되는 대용량 배터리를 관리하는 대용량 배터리 시스템에서의 대용량 배터리 운영 방법에서,

과거 주파수 조정 신호의 이력 정보를 사용하여 다음날의 예상 주파수 조정 신호를 산출하는 단계;

상기 예상 주파수 조정 신호에 맞는 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 계산하는 단계;

계산된 입찰 용량과 기본값을 이용하여 운영 계획을 결정하는 단계;

주파수 조정의 전일 시장에서 상기 운영 계획에 따라 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 입찰하는 단계; 및

주파수 조정의 전일 시장에서 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값이 낙찰되면, 주파수 조정의 실시간 시장에서 주파수 조정 신호를 수신하여 저장하고, 수신한 주파수 조정 신호에 따라 대용량 배터리를 운영하는 단계를 포함하는 대용량 배터리 운영 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 대용량 배터리를 운영하는 단계에서,

대용량 배터리의 잔존 용량(State Of Charge, SOC)이 미리 설정된 하한 SOC와 상한 SOC 사이의 범위 내에 있으면, 전일 운영 계획에서 산출된 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영하는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 방법.
청구항 2에 있어서,

상기 대용량 배터리를 운영하는 단계에서,

상기 대용량 배터리의 잔존 용량(State Of Charge, SOC)이 미리 설정된 하한 SOC와 상한 SOC 사이의 범위 내에 있지 않으면, 상기 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 방법.
청구항 3에 있어서,

상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 하한 SOC 미만으로 하락하는 경우, 상기 대용량 배터리를 충전시키기 위한 충전 상태로 설정하고, 상기 대용량 배터리를 충전하기 위한 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 방법.
청구항 4에 있어서,

상기 충전 상태에서 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 미리 설정된 기본 SOC가 될 때까지 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하여 상기 대용량 배터리의 잔존 용량을 회복시키고,

상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 기본 SOC를 초과하면 다시 정상 상태로 복귀하여, 전일 운영 계획에서 산출된 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영하는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 방법.
청구항 5에 있어서,

상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 상한 SOC 을 초과하여 상승하는 경우, 상기 대용량 배터리를 방전시키기 위한 방전 상태로 설정하고, 상기 대용량 배터리를 방전하기 위한 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 방법.
청구항 6에 있어서,

상기 방전 상태에서 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 기본 SOC가 될 때까지 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하여 상기 대용량 배터리의 잔존 용량을 회복시키고,

상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 기본 SOC 미만이 되면, 다시 정상 상태로 복귀하여, 전일 운영 계획에서 산출된 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영하는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 방법.
청구항 3에 있어서,

상기 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰함에 있어서, 각 주파수 조정 시장에서 정해진 규칙에 따라 재입찰 사전 통보시간이 변경되는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 예상 주파수 조정 신호에 맞는 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 계산하는 단계에서, 최적화 기법을 이용하여 상기 입찰 용량과 기본값을 계산하는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 방법.
전력 계통의 주파수 조정(Frequency Regulation)에 사용되는 대용량 배터리를 관리하는 대용량 배터리 시스템에서,

적어도 하나 이상의 대용량 배터리(ESS, Energy Storage System)를 가지며, 상기 대용량 배터리의 출력을 관리하는 출력 제어 장치; 및

적어도 하나 이상의 출력 제어 장치를 관리하며, 주파수 조정 시장으로부터 실제 주파수 조정 신호를 수신하여 그 이력을 저장하고, 과거 주파수 조정 신호의 이력 정보를 사용하여 다음날의 예상 주파수 조정 신호를 산출하고, 상기 예상 주파수 조정 신호에 맞는 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 계산하고, 계산된 입찰 용량과 기본값을 이용하여 운영 계획을 결정하고, 주파수 조정의 전일 시장에서 상기 운영 계획에 따라 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 입찰하고, 주파수 조정의 전일 시장에서 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값이 낙찰되면, 주파수 조정의 실시간 시장에서 주파수 조정 신호를 수신하여 저장하고, 수신한 주파수 조정 신호에 따라 대용량 배터리를 운영하는 통합 관리 장치를 포함하는 대용량 배터리 시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 통합 관리 장치는 대용량 배터리의 잔존 용량(State Of Charge, SOC)이 미리 설정된 하한 SOC와 상한 SOC 사이의 범위 내에 있으면, 전일 운영 계획에서 산출된 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영하는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 시스템.
청구항 11에 있어서,

상기 통합 관리 장치는 상기 대용량 배터리의 잔존 용량(State Of Charge, SOC)이 미리 설정된 하한 SOC와 상한 SOC 사이의 범위 내에 있지 않으면, 상기 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 시스템.
청구항 12에 있어서,

상기 통합 관리 장치는 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 하한 SOC 미만으로 하락하는 경우, 상기 대용량 배터리를 충전시키기 위한 충전 상태로 설정하고, 상기 대용량 배터리를 충전하기 위한 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 시스템.
청구항 13에 있어서,

상기 통합 관리 장치는 상기 충전 상태에서 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 미리 설정된 기본 SOC가 될 때까지 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하여 상기 대용량 배터리의 잔존 용량을 회복시키고,

상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 기본 SOC를 초과하면 다시 정상 상태로 복귀하여, 전일 운영 계획에서 산출된 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영하는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 시스템.
청구항 14에 있어서,

상기 통합 관리 장치는 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 상한 SOC 을 초과하여 상승하는 경우, 상기 대용량 배터리를 방전시키기 위한 방전 상태로 설정하고, 상기 대용량 배터리를 방전하기 위한 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 시스템.
청구항 15에 있어서,

상기 통합 관리 장치는 상기 방전 상태에서 상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 기본 SOC가 될 때까지 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰하여 상기 대용량 배터리의 잔존 용량을 회복시키고,

상기 대용량 배터리의 잔존 용량이 상기 기본 SOC 미만이 되면, 다시 정상 상태로 복귀하여, 전일 운영 계획에서 산출된 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값으로 대용량 배터리를 운영하는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 대용량 배터리의 입찰 용량과 기본값을 재산출하여 실시간 시장에 재입찰함에 있어서, 각 주파수 조정 시장에서 정해진 규칙에 따라 재입찰 사전 통보시간이 변경되는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 통합 관리 장치는 최적화 기법을 이용하여 상기 입찰 용량과 기본값을 계산하는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 통합 관리 장치는 상기 주파수 조정의 실시간 시장에서 수신한 주파수 조정 신호를 저장하기 위한 데이터베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 배터리 운영 시스템.