WO2023210968A1 - 전력 시스템 - Google Patents

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charging
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이승운
김성현
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LS Electric Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a power system for a building equipped with electric vehicle charging facilities.
  • the technology behind the present invention relates to a power system for charging electric vehicles, and specifically to a system for charging electric vehicles in buildings containing various energy sources.
  • the electric vehicle charging load is increasing very quickly, but it is not connected to higher power facilities and therefore operates only as a load.
  • problems such as power outages and fire accidents due to overload may occur, or the peak rate increases significantly, causing an increase in electricity bills.
  • Figure 1 shows the configuration of a conventional power system that supports electric vehicle charging and hydrogen vehicle charging by mutually exchanging electricity between ESS and fuel cells for electric charging and hydrogen charging.
  • the method of producing and storing hydrogen by receiving power from the ESS of this conventional system has uneconomical limitations.
  • charging stations are required to be installed in large residential areas such as apartment complexes and parking buildings, so it is necessary to link them with building energy systems, but no technology has been proposed to enable efficient linkage with building energy systems.
  • system configuration becomes more complex due to the inclusion of various energy sources, there are limitations that reduce the stability of system operation.
  • various fluctuations occur due to the increase in various energy sources and various loads, and appropriate technology to respond to these fluctuations has not been proposed, leading to difficulties in system operation.
  • the present invention aims to solve the problems described above.
  • the goal of the present invention is to ensure stable charging of electric vehicles within a specific area containing various energy sources, including buildings.
  • the present specification is intended to provide an embodiment of a power system that can stably supply power to loads and charge electric vehicles within a specific area containing various energy sources.
  • the power system of the present specification for solving the problems described above includes a power unit that supplies power to a load within a specific area, an electric vehicle charging unit that receives power from the power unit and charges the electric vehicle to be charged, and the load.
  • a control unit that monitors consumption and charging of the electric vehicle to control operation of the power unit and the electric vehicle charging unit, wherein the power unit includes a first supply unit that receives commercial power from a system to which the specific area is connected and the specific area. and one or more second supply units installed in and supplying their own power, wherein the control unit predicts power consumption of the load and predicted power of the electric vehicle based on the power consumption history of the load and the power charging history of the electric vehicle.
  • the charging level is determined, and operation of the one or more second supply units is controlled according to the predicted power consumption and the predicted power charging level to control power supply to the load and power charging of the electric vehicle.
  • the one or more second supply units may include one or more of a fuel cell unit, a battery unit, and a new and renewable energy unit.
  • control unit distributes the supply value to the load and the charging value of the electric vehicle at a certain ratio when the sum of the predicted power consumption value and the predicted power charge value exceeds a certain standard value. Accordingly, the power supply and power charging can be controlled.
  • the control unit determines at least one of the degree to which the sum exceeds the certain reference value and the ratio of the predicted power consumption value and the predicted power charging value.
  • the supply value and the charge value can be distributed accordingly.
  • the control unit determines the status level based on the real-time power consumption of the load and the real-time power charging value of the electric vehicle, and determines the status grade
  • the supply value and the charge value can be distributed according to the corresponding standard ratio.
  • the second supply unit may be plural, each including at least two of the fuel cell unit, the battery unit, and the new and renewable energy unit.
  • control unit may control the operation of one or more of the plurality of second supply units.
  • control unit may control power to be supplied between the plurality of second supply units.
  • the control unit determines the virtual inertia according to the operation of the target supply unit based on the results of information on the status of the system, the electric vehicle charging unit, and the power unit. By calculating and reflecting the virtual inertia, the operating target supply unit can be operated for the power supply and the power charging.
  • control unit may calculate the virtual inertia based on information about one or more of voltage, current, power, frequency, power factor, and load of each of the system and the power unit.
  • control unit may calculate the virtual inertia as a value in which the power supplied by the operating target supply unit is synchronized with the power supplied by the first supply unit.
  • control unit may determine the operating target supply unit according to the real-time power consumption value of the load and the real-time power charging value of the electric vehicle, and operate the operating target supply unit for the power supply and the power charging. there is.
  • control unit may monitor changes in the virtual inertia and control the operation of the power supply and power charging in response to the changes in the virtual inertia.
  • control unit may generate notification information corresponding to the reference range of the virtual inertia and control the notification information to be displayed externally.
  • the one or more second supply units may include at least a fuel cell unit, and may further include a hydrogen vehicle charging unit that receives hydrogen from the fuel cell unit and charges the hydrogen vehicle to be charged with hydrogen.
  • control unit determines the predicted power consumption, the predicted power charge, and the predicted hydrogen charge of the hydrogen car based on the power consumption history, the power charge history, and the hydrogen charge history of the hydrogen car. And, according to the predicted power consumption, the predicted power charge, and the predicted hydrogen charge, the operation of the one or more second supply units is controlled to supply power to the load, charge power of the electric vehicle, and supply hydrogen to the hydrogen vehicle. Charging can be controlled.
  • the operation of the power supply source is controlled according to the predicted consumption value of the load and the predicted charging value of the electric vehicle, thereby enabling appropriate power supply and power charging according to the load status within the building.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a power system in which conventional electric and hydrogen vehicle charging is performed.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a power system according to an embodiment.
  • Figure 3 is a configuration diagram of a plurality of second supply units according to a specific embodiment.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of a control unit according to a specific embodiment.
  • FIG. 5 is a control flowchart of a power system according to a specific embodiment.
  • Figure 6 is an example diagram to which the embodiment is applied.
  • the power system 1000 includes a power unit 100, an electric vehicle charging unit 200, and a control unit 300.
  • the power system 1000 which includes the power unit 100, the electric vehicle charging unit 200, and the control unit 300, refers to a power system in which power is consumed by receiving power from a plurality of power sources.
  • the power system may be a power system applied to a building area including one or more buildings or a specific area outdoors.
  • it may be the power system of a building that includes one or more of an indoor parking area and an outdoor parking area.
  • the building may be a building equipped with charging facilities for electric vehicles (EV), and the charging facilities may correspond to the electric vehicle charging unit 200.
  • EV electric vehicles
  • the power unit 100 supplies power to the load L within the specific area.
  • the load (L) may be a facility installed in the specific area and consuming power.
  • the load (L) may be plural, and may include all equipment that consumes power, including lighting equipment, electric equipment, communication equipment, and air conditioning equipment installed in the specific area.
  • the power unit 100 includes a first supply unit 110 that receives commercial power from a system (G) to which the specific area is connected, and a second supply unit 120 that is installed in the specific area and supplies its own power. do.
  • the system (G) may mean a power grid through which a power supply business supplies generated power.
  • the system (G) may be an infinite wireless system including one or more power generation, transmission, substation, distribution, power reception, and load.
  • the system G may be connected to the specific area and one or more power supply targets other than the specific area, and may supply commercial power to the connected power supply targets.
  • a plurality of power facilities, power systems, and loads, including the specific area are connected to supply various types of power, so that the commercial power supplied to the power supply target may vary.
  • the commercial power may be power in which one or more of voltage, current, power factor, and frequency correspond to specific supply standards.
  • it may be power at a frequency of 60 ⁇ x[HZ].
  • the first supply unit 110 may receive the commercial power from the system G and supply power to the load L.
  • the first supply unit 110 may be a device that receives the commercial power and supplies power to the load (L).
  • the first supply unit 110 may convert the commercial power into a form that can be supplied to the load (L) and supply the converted power to the load (L).
  • the first supply unit 110 may include one or more power conversion devices and a power supply device to supply power to the load L.
  • the first supply unit 110 may also supply power to the electric vehicle charging unit 200.
  • the electric vehicle charging unit 200 may charge the electric vehicle (EV) to be charged.
  • the second supply unit 120 may be installed in the specific area and supply its own generated power to the load L.
  • the second supply unit 120 may be its own power supply source installed in the specific area.
  • the second supply unit 120 may be comprised of one or more.
  • the second supply unit 120 may preferably be comprised of multiple units.
  • the second supply unit 120 supplies one or more of the fuel cell unit 120#1, the battery unit 120#2, and the renewable energy unit 120#3. It can be included.
  • the fuel cell unit 120#1 may be a hydrogen fuel cell that supplies power produced using the reverse reaction of electrolysis.
  • the battery unit 120#2 may be a battery that stores power and supplies the stored power.
  • the new and renewable energy unit 120#3 may be a photovoltaic or solar power generation facility that supplies power generated using solar energy.
  • each of the plurality of second supply units 120 converts its own power into a form that can be supplied to the load (L), and converts the converted power into a form that can be supplied to the load (L). ) can be supplied to.
  • the one or more second supply units 120 may include one or more power conversion devices and power supply devices to supply power to the load L.
  • the one or more second supply units 120 may also supply power to the electric vehicle charging unit 200.
  • the electric vehicle charging unit 200 may charge the electric vehicle (EV) to be charged.
  • the power unit 100 including the first supply unit 110 and the one or more second supply units 120 is controlled by the control unit 300 to control the load L and the electric vehicle charging unit 200. Power can be supplied to .
  • the power unit 100 may also supply driving power to the control unit 300, and provide the control unit 300 with information about the status and operation of the power unit 100, or It can also convey information about power supply.
  • the electric vehicle charging unit 200 receives power from the power unit 100 and charges the electric vehicle (EV) to be charged.
  • EV electric vehicle
  • the electric vehicle charging unit 200 may receive power from one or more of the first supply unit 110 and the plurality of second supply units 120 and charge the electric vehicle (EV) to be charged with the received power. .
  • the electric vehicle charging unit 200 may be controlled by the control unit 300 to supply power to the electric vehicle charging unit 200.
  • the control unit 300 controls the operation of the power unit 100 and the electric vehicle charging unit 200 by monitoring consumption of the load L and charging of the electric vehicle (EV).
  • the control unit 300 may also control the operation of the power unit 100 and the electric vehicle charging unit 200 by monitoring the status of the system G and the status of the power unit 100.
  • the control unit 300 may mean the central control device of the specific area.
  • it may be a control device for the building or an integrated control device.
  • control unit 300 may refer to a control system including one or more control devices that perform power control.
  • control unit 300 may include one or more of a power control unit 310 and a charging control unit 320.
  • the power control unit 310 may refer to a control device that monitors and controls the power unit 100.
  • the power control unit 310 may control power supply to the power unit 100 by applying a control signal to the power unit 100 .
  • the power control unit 310 applies a control signal to each of the first supply unit 110 and the one or more second supply units 120, so that the first supply unit 110 and the one or more second supply units 120 Each can be controlled.
  • the charging control unit 320 may refer to a control device that monitors and controls the electric vehicle charging unit 200.
  • the charging control unit 320 may control power charging of the electric vehicle charging unit 200 by applying a control signal to the electric vehicle charging unit 200.
  • the control unit 300 may further include one or more components for controlling the control unit 300 in addition to the power control unit 310 and the charging control unit 320.
  • it may further include a communication unit that performs communication with one or more communication targets, a central operation unit that transmits control commands to each of the power control unit 310 and the charging control unit 320, etc.
  • the control unit 300 may control the operation of each of the first supply unit 110 and the one or more second supply units 120 to control power supply to the load L and the electric vehicle charging unit 200. there is.
  • the amount of power supplied to the load L can be controlled from any one of the first supply unit 110 and the one or more second supply units 120.
  • the control unit 300 receives information about the status and operation from each of the first supply unit 110 and the one or more second supply units 120, and based on this, the first supply unit 110 and the one or more second supply units 120 The operation of each second supply unit 120 can be controlled.
  • first supply unit 110 and the one or more second supply units 120 may control the operation of each of the first supply unit 110 and the one or more second supply units 120 to supply power to the load L and the electric vehicle charging unit 200.
  • control unit 300 may control power to be supplied between the plurality of second supply units 1200.
  • the fuel cell unit (120#1) supplies power to the battery unit (120#2) to store power in the battery unit (120#2)
  • the renewable energy unit (120#3) may be controlled to supply power to the battery unit 120#2 so that power is stored in the battery unit 120#2.
  • the control unit 300 may control the operation of the electric vehicle charging unit 200 to control power charging to the electric vehicle (EV).
  • the charging ON/OFF, charging point, charging capacity, charging time, charging cycle, etc. of the electric vehicle charging unit 200 can be controlled.
  • the control unit 300 may receive information on status and operation from the electric vehicle charging unit 200 and control the operation of the electric vehicle charging unit 200 based on this information.
  • information on the number and charging capacity of electric vehicles (EVs) to be charged may be received, and the operation of the electric vehicle charging unit 200 may be controlled to charge the electric vehicles (EVs) to be charged based on this information.
  • EVs electric vehicles
  • the control unit 300 also receives operation information from the load (L) and controls the operation of the load (L) based on this, or operates one or more of the power unit 100 and the electric vehicle charging unit 200. Operation can also be controlled.
  • the control unit 300 also communicates with an external server (ES) outside the building to control the operation of the load (L) based on information received from the external server (ES), or the power unit 100 ) and the operation of one or more of the electric vehicle charging unit 200 may be controlled.
  • ES external server
  • the external server (ES) is a server of another system linked to the system (G), a control server that communicates with the load (L) to control the load (L), and a control server that controls the building. There may be more than one.
  • the power system 1000 includes a hydrogen vehicle charging unit 400 that receives hydrogen from the fuel cell unit 120#1 and charges the hydrogen vehicle (HV) to be charged with hydrogen. may further include.
  • the hydrogen vehicle charging unit 400 can receive hydrogen from the fuel cell unit 120#1 under the control of the control unit 300 and charge the hydrogen vehicle HV to be charged with hydrogen.
  • the hydrogen vehicle charging unit 400 may also receive hydrogen from a gas source through a gas pipe in the specific area and charge the hydrogen vehicle (HV) to be charged with hydrogen.
  • HV hydrogen vehicle
  • control unit 300 controls hydrogen to be supplied from the gas source to the fuel cell unit 120#1, ) may be controlled to be filled with hydrogen.
  • the control unit 300 determines the predicted power consumption of the load L based on the power consumption history of the load L and the power charging history of the electric vehicle (EV). Determine the predicted power charge level of the electric vehicle (EV), and control the operation of the one or more second supply units 120 according to the predicted power consumption value and the predicted power charge level to supply power to the load (L) and the electric vehicle Controls the power charging of (EV).
  • one or more of the one or more second supply units 120 are additionally operated according to the predicted power consumption value and the predicted power charge value, or the one or more second supply units 120 are operated additionally.
  • the power supply and power charging can be controlled to be smoothly performed.
  • the predicted power consumption value may mean an expected consumption value according to the power consumption pattern of the load (L)
  • the predicted power charge value may mean an expected charge value according to the power charging pattern of the electric vehicle (EV).
  • the control unit 300 may determine the power consumption pattern of the load L based on the power consumption history and determine the predicted power consumption value based on the power consumption pattern.
  • the control unit 300 may determine the power charging pattern of the electric vehicle (EV) based on the power charging history and determine the predicted power charging value based on the power charging pattern.
  • EV electric vehicle
  • the control unit 300 may determine the predicted power consumption value and the predicted power charge value based on the power consumption history and the power charging history included in the pre-stored operation history.
  • control unit 300 receives the power consumption history from the load (L) or the external server (ES), and receives the power charging history from the electric vehicle (EV) or the electric vehicle charging unit 200, The predicted power consumption value and the predicted power charge value may be determined.
  • the control unit 300 is based on the power consumption history, the power charging history, and the hydrogen charging history of the hydrogen vehicle (HV). Determine the predicted power consumption value, the predicted power charge value, and the predicted hydrogen charge value of the hydrogen vehicle (HV), and determine the predicted power consumption value, the predicted power charge value, and the predicted hydrogen charge value.
  • control unit 300 distributes the supply to the load L and the charge of the electric vehicle (EV) at a certain ratio, The power supply and power charging can be controlled according to the distribution ratio.
  • the constant reference value may be a reference capacity value preset in the control unit 300.
  • the certain standard value may be set to the rated capacity of the building.
  • control unit 300 determines that the load (L) and the demand for the electric vehicle (EV) exceed the rated capacity value, and the supply value and the charging
  • the power supply and power charging can be controlled by distributing the power at a certain ratio.
  • the power unit 100 when the constant ratio is 3:1, 75 [%] of the total power supplied by the power unit 100 is distributed as the supply value, and the remaining 25 [%] is distributed as the charging value, and the power unit ( 75 [%] of the total power supplied by 100) may be supplied to the load (L), and the remaining 25 [%] may be charged to the electric vehicle (EV).
  • control unit 300 controls the charging value according to one or more of the degree to which the sum exceeds the certain reference value and the ratio of the predicted power consumption value and the predicted power charging value.
  • the supply and the charge can be distributed.
  • the sum exceeds the predetermined standard value by 10, it may be distributed 2:1, and if it exceeds the predetermined standard value by 20, it may be distributed 3:1, or may be distributed according to the ratio of the predicted power consumption value and the predicted power charge value.
  • the control unit 300 determines the status level based on the real-time power consumption value of the load (L) and the real-time power charging value of the electric vehicle (EV), The supply value and the charge value can be distributed according to a standard ratio corresponding to the status level.
  • the status is judged to be divided into spare/normal/critical/emergency levels, and the supply and charge are distributed according to the standard ratio corresponding to the judged level. It can be.
  • control unit 300 may control the operation of the one or more second supply units 120 according to criteria corresponding to the status level.
  • the one or more second supply units 120 when the operation control of the entire one or more second supply units 120 is set, if the sum of the real-time power consumption value and the real-time power charge value corresponds to the emergency level, the one or more second supply units ( 120) The entire system can be controlled to supply power.
  • control unit 300 When controlling the operation of the one or more second supply units 120, the control unit 300 provides information about the status of the system (G), the electric vehicle charging unit 200, and the power unit 100. Based on this, the virtual inertia according to the operation of the operating target supply unit may be calculated, and the operating target supply unit may be operated for the power supply and power charging by reflecting the virtual inertia.
  • the virtual inertia may mean a parameter or a control command value for suppressing fluctuations in existing power supply due to coupling between power sources.
  • the virtual inertia may mean a compensation parameter that compensates for fluctuations in supply power when coupling between power sources.
  • the control unit 300 controls one or more of the one or more second supply sources 120 that are different from the first supply source 110.
  • the operation of the one or more second supply units 120 may be controlled by reflecting the virtual inertia so that fluctuations in power supplied from the first supply source 110 due to operation are suppressed.
  • the new and renewable energy unit (120#3) among the one or more second supply units (120) is additionally operated, fluctuations in supplied power due to the additional operation of the new and renewable energy unit (120#3) are suppressed. As much as possible, additional operation of the renewable energy (120#3) can be controlled based on the virtual inertia.
  • the control unit 300 may calculate the virtual inertia based on information about one or more of voltage, current, power, frequency, power factor, and load of each of the system G and the power unit 100.
  • the control unit 300 may calculate the virtual inertia as a value in which the power supplied by the operating target supply unit is synchronized with the power supplied by the first supply unit 110.
  • the virtual inertia may be calculated so that the frequency of the power supplied by the operating target supply unit is synchronized with the frequency of the commercial power supplied by the first supply unit 110.
  • control unit 300 which calculates the virtual inertia and reflects it in the operation of one or more of the plurality of second supply units 120, calculates the real-time power consumption of the load L and real-time power charging of the electric vehicle (EV). By determining the operation target supply unit according to the value, the operation target supply unit can be operated for the power supply and power charging.
  • one or more of the one or more second supply units 120 is determined as the operation target supply unit according to the real-time power consumption value and the real-time power charge value, and the operation target supply unit is operated for the power supply and the power charging. It can be done.
  • the supply unit with the least operating burden among the one or more second supply units 120 is determined as the operation target supply unit, or the real-time power consumption value is determined as the supply unit to be operated.
  • the supply unit with the largest output power may be determined as the operation target supply unit.
  • control unit 300 determines the operation target supply unit
  • the control unit 300 calculates the virtual inertia according to the operation target supply unit and controls the power supply and power charging by reflecting the virtual inertia in the operation of the operation target supply unit. can do.
  • control unit 300 may monitor changes in the virtual inertia and control the operation of the power supply and power charging in response to the changes in the virtual inertia.
  • the supply value and charging value of the operating target supply unit may be reduced, and when the virtual inertia decreases, the supply value and charging value of the operating target supply unit may be increased.
  • the control unit 300 may adjust the reflection of the virtual inertia when the virtual inertia falls within a certain reference range.
  • the reference range may be a range including a limit value of the virtual inertia, or a range including an allowable value.
  • control unit 300 may reduce the reflected value of the virtual inertia and reflect it in the operation of the operating target supply unit.
  • control unit 300 determines that the virtual inertia has reached the limit or allowable value, and sets the reflected value of the virtual inertia to be reflected in the operation of the operating target supply unit. It can be reflected by reducing it.
  • control unit 300 may generate notification information about whether the virtual inertia corresponds to the reference range.
  • control unit 300 may determine that the virtual inertia has reached a limit or allowable value and generate the notification information.
  • the control unit 300 can control the notification information to be displayed externally.
  • the notification information may be controlled to be displayed on a screen through a display means or output as a voice through an audio output means.
  • control unit 300 performs control in the power system 1000 as described above may be performed in the order shown in FIG. 5.
  • control unit 300 determines the predicted power consumption value and the predicted power charging value based on the power consumption history and the power charging history (S1), and determines the predicted power consumption value and the predicted power charge value.
  • the sum of the predicted power charge values can be compared with the certain reference value (S2).
  • control unit 300 determines the distribution ratio of the supply value and the charge value (S3), and the sum If the value does not exceed the above certain standard value, the existing control can be maintained.
  • the control unit 300 After determining the distribution ratio of the supply value and the charge value (S3), the control unit 300 determines the first supply value to be supplied from the first supply unit 110 and the first supply value to be supplied from the plurality of second supply units 120. 2 Each supply value can be judged (S4).
  • the control unit 300 After determining the first supply value and the second supply value (S4), the control unit 300 determines a supply unit to be operated among the plurality of second supply units 120 according to the second supply value, and The virtual inertia can be calculated (S5) according to the operating target supply unit.
  • control unit 300 may operate the operation target supply unit (S6) by reflecting the virtual inertia.
  • the first supply unit 110 supplies the first supply value, and the plurality of supplies including the target supply unit are operated.
  • One or more of the two supply units 120 may supply the second supply value, so that the power supply and the power charging may be performed.
  • the embodiment of the power system 1000 described above may be applied to the system shown in FIG. 6 or may be implemented as the system shown in FIG. 6.
  • the power system 1000 includes electric vehicle/hydrogen vehicle charging facilities while general loads coexist, receives power from the system, and includes a plurality of heterogeneous power supply sources to receive power from the power supply source. It can be applied to buildings where electrical power is supplied, or implemented in the power system of such buildings. It can be applied to buildings containing electric vehicle/hydrogen vehicle charging facilities where general loads coexist, or can be implemented as the power system of such buildings.
  • the integrated control unit monitors the grid busbars and the power equipment of the charging building containing general loads. Analyze and predict the general load pattern of the charging building and predict the existing charging pattern. If the predicted sum is less than the set power facility, everything operates normally. In the case where the predicted sum exceeds the previously set power facility allowable capacity, it operates in power distribution mode. In power distribution mode, the real-time power sum value and capacity value are divided into emergency situation/warning situation/normal situation/leisure situation. In the case of a warning situation, when the standard approximate value is in an emergency situation, the slow charger turns on/off the power in real time through Stop&Go to charge. Under normal circumstances, load and electric vehicle charging can be used without any problems.
  • AC-UPS-based virtual inertia that can respond to instantaneous fluctuations to maintain frequency synchronization is used. By reflecting it, electric vehicle charging and power supply to general loads can be performed.
  • Control unit 1000 Power system

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Abstract

본 발명은 빌딩 내의 부하에 전력을 공급하는 전력부, 상기 전력부로부터 전력을 전달받아 충전 대상 전기차에 전력을 충전시키는 전기차 충전부 및 상기 부하의 소비 및 상기 전기차의 충전을 감시하여 상기 전력부 및 상기 전기차 충전부의 운용을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전력부는, 상기 빌딩이 연계된 계통으로부터 상용 전력을 공급받는 제1 공급부 및 상기 빌딩에 설치되어 자체 전력을 공급하는 하나 이상의 제2 공급부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 부하의 전력 소비 이력 및 상기 전기차의 전력 충전 이력을 근거로 상기 부하의 예측 전력 소비치 및 상기 전기차의 예측 전력 충전치를 판단하고, 상기 예측 전력 소비치 및 상기 예측 전력 충전치에 따라 상기 하나 이상의 제2 공급부의 운용을 제어하여 상기 부하로의 전력 공급 및 상기 전기차의 전력 충전을 제어하는 전력 시스템에 관한 것이다.

Description

전력 시스템
본 발명은 전기차 충전 설비가 구비된 빌딩의 전력 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 전기차 충전을 위한 전력 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 다양한 에너지원이 포함되는 빌딩의 전기차 충전을 위한 시스템에 관한 것이다.
전세계적으로 다양한 에너지원의 커플링이 시도되고 있으며 그 가운데 전기차 비중이 높아지고 있다. 이러한 현황에서, 기존의 전력 설비들에 다양한 타입의 전기차 충전기가 전력 설비들과 통합되고 있다.
전기차 충전 부하는 매우 빠르게 증가하고 있으나 상위 전력설비와 연계가 되어있지 않아 부하로만 동작한다. 그런데, 전기차 부하 피크와 일반 부하 피크가 상충되는 경우, 과부하에 의한 정전, 화재 사고가 발생할 수 있거나, 피크 요금이 크게 증가하여 전기요금이 증가하게 되는 문제가 발생하게 된다.
이를 위한 대비로, 태양광발전과 수소연료발전기, ESS를 포함하여 다양한 에너지원을 커플링하는 방법이 제시되었다.
도 1은 전기 충전과 수소 충전을 위해 ESS와 연료전지간 전기를 상호 교환하여 전기차 충전, 수소차 충전을 지원하는 종래의 전력 시스템의 구성을 나타낸다.
이러한 종래의 시스템의 ESS의 전력을 수전하여 수소를 생산, 저장하는 방법은 비경제적인 한계가 있다. 또한, 충전소는 아파트 대단지, 주차빌딩 같은 대단지 수용가에 설치가 요구되고 있어 빌딩 에너지 시스템과 연계가 필요해지고 있는데, 빌딩 에너지 시스템과의 효율적인 연계가 이루어지는 기술이 제안되지 못하였다. 또한, 다양한 에너지원의 포함으로 시스템 구성이 복잡해지면서, 시스템 운용의 안정성이 떨어지게 되는 한계가 따르게 되었다. 게다가, 다양한 에너지원 및 다양한 부하의 증가에 따른 다양한 변동 상황이 발생하게 되는데, 이러한 변동 사항에 대응하는 적절한 기술이 제안되지 못하여 시스템 운용에 어려움이 따르게 되었다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 과제를 해결하는 것을 과제로 한다.
즉, 본 발명은 건물을 비롯하여 다양한 에너지원을 포함하는 특정 영역 내에서 안정적인 전기차 충전이 이루어지는 것을 과제로 한다.
이에 따라, 본 명세서는 다양한 에너지원을 포함하는 특정 영역 내에서 안정적인 부하로의 전력 공급 및 전기차의 전력 충전이 이루어질 수 있는 전력 시스템의 실시예를 제공하고자 한다.
또한, 특정 영역 내에서 발생되는 다양한 부하 변동의 경우에 적절한 대응이 이루어질 수 있는 전력 시스템의 실시예를 제공하고자 한다.
아울러, 복수의 에너지원의 커플링에 따른 변동을 억제할 수 있는 전력 시스템의 실시예를 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 명세서의 전력 시스템은, 특정 영역 내의 부하에 전력을 공급하는 전력부, 상기 전력부로부터 전력을 전달받아 충전 대상 전기차에 전력을 충전시키는 전기차 충전부 및 상기 부하의 소비 및 상기 전기차의 충전을 감시하여 상기 전력부 및 상기 전기차 충전부의 운용을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전력부는, 상기 특정 영역이 연계된 계통으로부터 상용 전력을 공급받는 제1 공급부 및 상기 특정 영역에 설치되어 자체 전력을 공급하는 하나 이상의 제2 공급부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 부하의 전력 소비 이력 및 상기 전기차의 전력 충전 이력을 근거로 상기 부하의 예측 전력 소비치 및 상기 전기차의 예측 전력 충전치를 판단하고, 상기 예측 전력 소비치 및 상기 예측 전력 충전치에 따라 상기 하나 이상의 제2 공급부의 운용을 제어하여 상기 부하로의 전력 공급 및 상기 전기차의 전력 충전을 제어한다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 제2 공급부는, 연료전지부, 배터리부 및 신재생에너지부 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 예측 전력 소비치 및 상기 예측 전력 충전치의 합산치가 일정 기준치를 초과하는 경우, 상기 부하로의 공급치 및 상기 전기차의 충전치를 일정 비율로 분배하여, 분배한 비율에 따라 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 공급치 및 상기 충전치를 일정 비율로 분배하는 경우, 상기 합산치가 상기 일정 기준치를 초과하는 정도 및 상기 예측 전력 소비치와 상기 예측 전력 충전치의 비율 중 하나 이상에 따라 상기 공급치 및 상기 충전치를 분배할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 공급치 및 상기 충전치를 일정 비율로 분배하는 경우, 상기 부하의 실시간 전력 소비치 및 상기 전기차의 실시간 전력 충전치를 근거로 현황 등급을 판단하여, 상기 현황 등급에 해당하는 기준 비율에 따라 상기 공급치 및 상기 충전치를 분배할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 공급부는, 상기 연료전지부, 상기 배터리부 및 상기 신재생에너지부 중 둘 이상을 각각 하나 이상씩 포함하여, 복수로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 복수의 제2 공급부 중 하나 이상의 운용을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 복수의 제2 공급부 간에 전력이 수공급되도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 하나 이상의 제2 공급부의 운용을 제어하는 경우, 상기 계통, 상기 전기차 충전부 및 상기 전력부의 상태에 관한 정보를 결과를 근거로 운용 대상 공급부의 운용에 따른 가상 관성을 산출하고, 상기 가상 관성을 반영하여 상기 운용 대상 공급부를 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전에 운용할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 계통 및 상기 전력부 각각의 전압, 전류, 전력, 주파수, 역률 및 부하 중 하나 이상에 대한 정보를 근거로 상기 가상 관성을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 운용 대상 공급부에서 공급하는 전력이 상기 제1 공급부에서 공급하는 전력과 동기화되는 값으로 상기 가상 관성을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 부하의 실시간 전력 소비치 및 상기 전기차의 실시간 전력 충전치에 따라 상기 운용 대상 공급부를 결정하여, 상기 운용 대상 공급부를 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전에 운용할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 가상 관성의 변화를 모니터링하여, 상기 가상 관성의 변화에 대응하여 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전의 운용을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 가상 관성이 일정 기준 범위에 해당하는 경우, 상기 가상 관성의 상기 기준 범위 해당에 대한 알림 정보를 생성하여, 상기 알림 정보가 외부에 표시되도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 제2 공급부에 적어도 연료전지부가 포함되고, 상기 연료전지부로부터 수소를 공급받아 충전 대상 수소차에 수소를 충전시키는 수소차 충전부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 전력 소비 이력, 상기 전력 충전 이력 및 상기 수소차의 수소 충전 이력을 근거로 상기 예측 전력 소비치, 상기 예측 전력 충전치 및 상기 수소차의 예측 수소 충전치를 판단하고, 상기 예측 전력 소비치, 상기 예측 전력 충전치 및 상기 예측 수소 충전치에 따라 상기 하나 이상의 제2 공급부의 운용을 제어하여 상기 부하로의 전력 공급, 상기 전기차의 전력 충전 및 상기 수소차의 수소 충전을 제어할 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따르면, 부하의 예측 소비치 및 전기차의 예측 충전치에 따라 전력 공급원의 운용을 제어함으로써, 빌딩 내 부하 상태에 따른 적절한 전력 공급 및 전력 충전이 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 가상 관성을 반영하여 다양한 전력 공급원을 운용하게 됨으로써, 전력 공급원의 운용/운용이 안정적으로 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.
이에 따라, 전기차의 충전이 안정적으로 이루어질 수 있게 되고, 다양한 전력 공급원의 사용이 가능해지게 됨과 더불어, 다양한 전력 공급원을 통한 안정적이고 효율적인 전력 공급 및 전력 충전이 이루어지게 되어, 빌딩 내 에너지 소비가 효율적으로 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전기차 및 수소차 충전이 이루어지는 전력 시스템의 일 예를 나타낸 구성도.
도 2는 실시예에 따른 전력 시스템의 구성도.
도 3은 구체적인 실시예에 따른 복수의 제2 공급부의 구성도.
도 4는 구체적인 실시예에 따른 제어부의 구성도.
도 5는 구체적인 실시예에 따른 전력 시스템의 제어 순서도.
도 6은 실시예가 적용되는 예시도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명은 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 또는 당업자라면 구체적인 설명 없이도 쉽게 이해하거나 유추할 수 있는 사항은 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 명세서의 실시예에 따른 전력 시스템을 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전력 시스템(1000)은, 전력부(100), 전기차 충전부(200) 및 제어부(300)를 포함한다.
상기 전력부(100), 상기 전기차 충전부(200) 및 상기 제어부(300)를 포함하는 상기 전력 시스템(1000)은, 복수의 전력 공급원으로부터 전력을 공급받아 전력 소비가 이루어지는 전력 시스템을 의미한다.
상기 전력 시스템은, 하나 이상의 건물 또는 야외의 특정 구역을 포함하는 건물 영역에 적용되는 전력 시스템일 수 있다.
이를 테면, 실내 주차 구역 및 실외 주차 구역 중 하나 이상을 포함하는 빌딩의 전력 시스템일 수 있다.
여기서, 상기 빌딩은, 전기차(EV)의 충전 설비가 구비되는 빌딩일 수 있고, 상기 충전 설비는, 상기 전기차 충전부(200)에 해당할 수 있다.
상기 전력부(100)는, 상기 특정 영역 내의 부하(L)에 전력을 공급한다.
상기 부하(L)는, 상기 특정 영역에 설치되어 전력을 소비하는 설비일 수 있다.
상기 부하(L)는, 복수일 수 있으며, 상기 특정 영역에 설치되는 조명 설비, 전동 설비, 통신 설비 및 공조 설비를 비롯한 전력 소비가 이루어지는 모든 설비를 포함할 수 있다.
상기 전력부(100)는, 상기 특정 영역이 연계된 계통(G)으로부터 상용 전력을 공급받는 제1 공급부(110) 및 상기 특정 영역에 설치되어 자체 전력을 공급하는 제2 공급부(120)를 포함한다.
여기서, 상기 계통(G)은, 전력 공급 사업자가 발전된 전력을 공급하는 전력망을 의미할 수 있다.
상기 계통(G)은, 하나 이상의 발전, 송전, 변전, 배전, 수전 및 부하를 포함하는 무한 무선의 시스템일 수 있다.
상기 계통(G)은, 상기 특정 영역 및 상기 특정 영역 외의 하나 이상의 전력 공급 대상이 연결되어, 연결된 전력 공급 대상에 상용 전력을 공급할 수 있다.
이러한 상기 계통(G)은, 상기 특정 영역을 비롯한 복수의 전력 설비, 전력 시스템 및 부하가 연결되어 다양한 전력 수공급이 이루어짐으로써, 전력 공급 대상에 공급되는 상기 상용 전력의 변동이 이루어질 수 있다.
상기 상용 전력은, 전압, 전류, 역률 및 주파수 중 하나 이상이 특정 공급 기준에 해당하는 전력일 수 있다.
이를테면, 60±x[HZ] 주파수의 전력일 수 있다.
상기 제1 공급부(110)는, 상기 계통(G)으로부터 상기 상용 전력을 공급받아 상기 부하(L)에 전력을 공급할 수 있다.
즉, 상기 제1 공급부(110)는, 상기 상용 전력을 공급받아 상기 부하(L)에 전력을 공급하는 장치일 수 있다.
상기 제1 공급부(110)는, 상기 상용 전력을 상기 부하(L)에 공급 가능한 형태로 변환하여, 변환한 전력을 상기 부하(L)에 공급할 수 있다.
상기 제1 공급부(110)는, 하나 이상의 전력 변환 장치 및 전력 공급 장치를 포함하여, 상기 부하(L)에 전력을 공급할 수 있다.
상기 제1 공급부(110)는 또한, 상기 전기차 충전부(200)에 전력을 공급할 수 있다.
이에 따라, 상기 전기차 충전부(200)가 충전 대상 전기차(EV)에 전력을 충전시키게 될 수 있다.
상기 제2 공급부(120)는, 상기 특정 영역에 설치되어 생산한 자체 전력을 상기 부하(L)에 공급할 수 있다.
즉, 상기 제2 공급부(120)는, 상기 특정 영역에 설치된 자체 전력 공급원일 수 있다.
상기 제2 공급부(120)는, 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 공급부(120)는, 바람직하게는 복수로 이루어질 수 있다.
상기 제2 공급부(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 연료전지부(120#1), 배터리부(120#2) 및 신재생에너지부(120#3) 중 둘 이상을 하나 이상씩 포함할 수 있다.
상기 연료전지부(120#1)는, 전기 분해의 역반응을 이용하여 생산한 전력을 공급하는 수소 연료전지일 수 있다.
상기 배터리부(120#2)는, 전력을 저장하여, 저장한 전력을 공급하는 배터리일 수 있다.
상기 신재생에너지부(120#3)는, 태양에너지를 이용하여 발전한 전력을 공급하는 태양광 또는 태양열 발전 설비일 수 있다.
상기 제2 공급부(120)가 복수로 이루어진 경우, 상기 복수의 제2 공급부(120) 각각은, 상기 자체 전력을 상기 부하(L)에 공급 가능한 형태로 변환하여, 변환한 전력을 상기 부하(L)에 공급할 수 있다.
상기 하나 이상의 제2 공급부(120)는, 하나 이상의 전력 변환 장치 및 전력 공급 장치를 포함하여, 상기 부하(L)에 전력을 공급할 수 있다.
상기 하나 이상의 제2 공급부(120)는 또한, 상기 전기차 충전부(200)에 전력을 공급할 수 있다.
이에 따라, 상기 전기차 충전부(200)가 충전 대상 전기차(EV)에 전력을 충전시키게 될 수 있다.
이러한 상기 제1 공급부(110) 및 상기 하나 이상의 제2 공급부(120)를 포함하는 상기 전력부(100)는, 상기 제어부(300)에 의해 제어되어 상기 부하(L) 및 상기 전기차 충전부(200)에 전력을 공급하게 될 수 있다.
상기 전력부(100)는 또한, 상기 제어부(300)에 구동 전력을 공급할 수도 있고, 상기 제어부(300)에 상기 전력부(100)의 상태 및 동작에 관한 정보, 또는 상기 전력부(100)의 전력 공급에 대한 정보를 전달할 수도 있다.
상기 전기차 충전부(200)는, 상기 전력부(100)로부터 전력을 전달받아 상기 충전 대상 전기차(EV)에 전력을 충전시킨다.
상기 전기차 충전부(200)는, 상기 제1 공급부(110) 및 상기 복수의 제2 공급부(120) 중 하나 이상으로부터 전력을 전달받아, 전달받은 전력을 상기 충전 대상 전기차(EV)에 충전킬 수 있다.
이러한 상기 전기차 충전부(200)는, 상기 제어부(300)에 의해 제어되어 상기 전기차 충전부(200)에 전력을 공급하게 될 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 부하(L)의 소비 및 상기 전기차(EV)의 충전을 감시하여 상기 전력부(100) 및 상기 전기차 충전부(200)의 운용을 제어한다.
상기 제어부(300)는 또한, 상기 계통(G)의 상태 및 상기 전력부(100)의 상태를 감시하여 상기 전력부(100) 및 상기 전기차 충전부(200)의 운용을 제어할 수도 있다.
이러한 상기 제어부(300)는, 상기 특정 영역의 중앙 제어 장치를 의미할 수 있다.
이를테면, 상기 빌딩의 관제 장치, 또는 통합 제어 장치일 수 있다.
또한 상기 제어부(300)는, 전력 제어가 이루어지는 하나 이상의 제어 장치를 포함하는 제어 시스템을 의미할 수도 있다.
상기 제어부(300)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전력 제어부(310) 및 충전 제어부(320) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 전력 제어부(310)는, 상기 전력부(100)를 감시 및 제어하는 제어 장치를 의미할 수 있다.
상기 전력 제어부(310)는, 상기 전력부(100)에 제어 신호를 인가하여, 상기 전력부(100)의 전력 공급을 제어할 수 있다.
상기 전력 제어부(310)는, 상기 제1 공급부(110) 및 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 각각에 제어 신호를 인가하여, 상기 제1 공급부(110) 및 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 각각을 제어할 수 있다.
상기 충전 제어부(320)는, 상기 전기차 충전부(200)를 감시 및 제어하는 제어 장치를 의미할 수 있다.
상기 충전 제어부(320)는, 상기 전기차 충전부(200)에 제어 신호를 인가하여, 상기 전기차 충전부(200)의 전력 충전을 제어할 수 있다.
상기 제어부(300)는 또한, 상기 전력 제어부(310), 상기 충전 제어부(320) 외에 상기 제어부(300)의 제어 수행을 위한 하나 이상의 구성을 더 포함할 수 있다.
이를테면, 하나 이상의 통신 대상과 통신을 수행하는 통신부, 상기 전력 제어부(310) 및 상기 충전 제어부(320) 각각에 제어 명령을 전달하는 중앙 연산부 등을 더 포함할 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 제1 공급부(110) 및 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 각각의 운용을 제어하여, 상기 부하(L) 및 상기 전기차 충전부(200)로의 전력 공급을 제어할 수 있다.
이를테면, 상기 제1 공급부(110) 및 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 중 어느 하나에서 상기 부하(L)로 공급되는 전력량을 제어할 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 제1 공급부(110) 및 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 각각으로부터 상태 및 동작에 관한 정보를 전달받아, 이를 근거로 상기 제1 공급부(110) 및 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 각각의 운용을 제어할 수 있다.
이를테면, 상기 제1 공급부(110) 및 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 각각으로부터 공급 가능 용량에 대한 정보를 전달받아, 이를 근거로 상기 제1 공급부(110) 및 상기 하나 이상의 제2 공급부(120)가 상기 부하(L) 및 상기 전기차 충전부(200)에 전력을 공급하도록 상기 제1 공급부(110) 및 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 각각의 운용을 제어하게 될 수 있다.
한편, 상기 제어부(300)는, 상기 하나 이상의 제2 공급부(120)가 복수로 이루어진 경우, 복수의 제2 공급부(1200 간에 전력이 수공급되도록 제어할 수 있다.
이를테면, 상기 연료전지부(120#1)가 상기 배터리부(120#2)에 전력을 공급하여 상기 배터리부(120#2)에 전력이 저장되도록 하거나, 상기 신재생에너지부(120#3)가 상기 배터리부(120#2)에 전력을 공급하여 상기 배터리부(120#2)에 전력이 저장되도록 제어하게 될 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 전기차 충전부(200)의 운용을 제어하여, 상기 전기차(EV)로의 전력 충전을 제어할 수 있다.
이를테면, 상기 전기차 충전부(200)의 충전 ON/OFF, 충전 시점, 충전 용량, 충전 시간 및 충전 주기 등을 제어할 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 전기차 충전부(200)로부터 상태 및 동작에 관한 정보를 전달받아, 이를 근거로 상기 전기가 충전부(200)의 운용을 제어할 수 있다.
이를테면, 충전 대상 전기차(EV)의 대수 및 충전 용량 등에 대한 정보를 전달받아, 이를 근거로 충전 대상 전기차(EV)를 충전시키도록 상기 전기차 충전부(200)의 운용을 제어하게 될 수 있다.
상기 제어부(300)는 또한, 상기 부하(L)로부터 동작 정보를 전달받아, 이를 근거로 상기 부하(L)의 동작을 제어하거나, 상기 전력부(100) 및 상기 전기차 충전부(200) 중 하나 이상의 운용을 제어할 수도 있다.
상기 제어부(300)는 또한, 상기 빌딩 외부의 외부 서버(ES)와 통신하여, 상기 외부 서버(ES)로부터 전달받은 정보를 근거로 상기 부하(L)의 동작을 제어하거나, 상기 전력부(100) 및 상기 전기차 충전부(200) 중 하나 이상의 운용을 제어할 수도 있다.
여기서, 상기 외부 서버(ES)는, 상기 계통(G)에 연계된 타 시스템의 서버, 상기 부하(L)와 통신하여 상기 부하(L)를 제어하는 제어 서버 및 상기 빌딩을 관제하는 관제 서버 중 하나 이상일 수 있다.
한편, 상기 전력 시스템(1000)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 연료전지부(120#1)로부터 수소를 공급받아 충전 대상 수소차(HV)에 수소를 충전시키는 수소차 충전부(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 수소차 충전부(400)는, 상기 제어부(300)의 제어에 의해 상기 연료전지부(120#1)에서 수소를 공급받아 상기 충전 대상 수소차(HV)에 수소를 충전시킬 수 있다.
상기 수소차 충전부(400)는 또한, 상기 특정 영역의 가스 배관을 통해 가스 공급원으로부터 수소를 공급받아 상기 충전 대상 수소차(HV)에 수소를 충전시킬 수도 있다.
이와 같이 상기 특정 영역에 상기 가스 공급원이 구비된 경우, 상기 제어부(300)는, 상기 가스 공급원으로부터 상기 연료전지부(120#1)에 수소가 공급되도록 제어하여, 상기 연료전지부(120#1)에 수소가 충전되도록 제어하게 될 수도 있다.
이와 같은 상기 전력 시스템(1000)에서 상기 제어부(300)는, 상기 부하(L)의 전력 소비 이력 및 상기 전기차(EV)의 전력 충전 이력을 근거로 상기 부하(L)의 예측 전력 소비치 및 상기 전기차(EV)의 예측 전력 충전치를 판단하고, 상기 예측 전력 소비치 및 상기 예측 전력 충전치에 따라 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 의 운용을 제어하여 상기 부하(L)로의 전력 공급 및 상기 전기차(EV)의 전력 충전을 제어한다.
이를테면, 상기 전기차(EV)의 충전이 증가하게 되면, 상기 예측 전력 소비치 및 상기 예측 전력 충전치에 따라 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 중 하나 이상을 추가로 운용하거나, 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 중 하나 이상의 전력 공급량을 증가시켜 상기 전력부(100)의 전력 공급을 조절함으로써, 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전이 원활히 이루어지도록 제어하게 될 수 있다.
여기서, 상기 예측 전력 소비치는, 상기 부하(L)의 전력 소비 패턴에 따른 예상 소비치를 의미할 수 있고, 상기 예측 전력 충전치는, 상기 전기차(EV)의 전력 충전 패턴에 따른 예상 충전치를 의미할 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 전력 소비 이력을 근거로 상기 부하(L)의 전력 소비 패턴을 판단하여, 상기 전력 소비 패턴을 근거로 상기 예측 전력 소비치를 판단할 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 전력 충전 이력을 근거로 상기 전기차(EV)의 전력 충전 패턴을 판단하여, 상기 전력 충전 패턴을 근거로 상기 예측 전력 충전치를 판단할 수 있다.
상기 제어부(300)는, 기저장된 운용 이력에 포함된 상기 전력 소비 이력 및 상기 전력 충전 이력을 근거로 상기 예측 전력 소비치 및 상기 예측 전력 충전치를 판단할 수 있다
또한 상기 제어부(300)는, 상기 부하(L) 또는 상기 외부 서버(ES)로부터 상기 전력 소비 이력을 수신하고, 상기 전기차(EV) 또는 상기 전기차 충전부(200)로부터 상기 전력 충전 이력을 수신하여, 상기 예측 전력 소비치 및 상기 예측 전력 충전치를 판단할 수도 있다.
만약 상기 전력 시스템(1000)이 상기 수소차 충전부(400)를 더 포함하는 경우, 상기 제어부(300)는, 상기 전력 소비 이력, 상기 전력 충전 이력 및 상기 수소차(HV)의 수소 충전 이력을 근거로 상기 예측 전력 소비치, 상기 예측 전력 충전치 및 상기 수소차(HV)의 예측 수소 충전치를 판단하고, 상기 예측 전력 소비치, 상기 예측 전력 충전치 및 상기 예측 수소 충전치에 따라 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 중 하나 이상의 운용을 제어하여 상기 부하(L)로의 전력 공급, 상기 전기차(EV)의 전력 충전 및 상기 수소차(HV)의 수소 충전을 제어할 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 예측 전력 소비치 및 상기 예측 전력 충전치의 합산치가 일정 기준치를 초과하는 경우, 상기 부하(L)로의 공급치 및 상기 전기차(EV)의 충전치를 일정 비율로 분배하여, 분배한 비율에 따라 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전을 제어할 수 있다.
여기서, 상기 일정 기준치는, 상기 제어부(300)에 기설정된 기준 용량치일 수 있다.
상기 일정 기준치는, 상기 빌딩의 정격 수용 용량치로 설정될 수 있다.
이에 따라 상기 제어부(300)는, 상기 합산치가 상기 일정 기준치를 초과하는 경우, 상기 부하(L) 및 상기 전기차(EV)의 수요가 정격 수용 용량치를 초과한 것으로 판단하여, 상기 공급치 및 상기 충전치를 일정 비율로 분배하여 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전을 제어하게 될 수 있다.
이를테면, 상기 일정 비율이, 3:1인 경우, 상기 전력부(100)에서 공급하는 총 전력의 75[%]를 상기 공급치로, 나머지 25[%]를 상기 충전치로 분배하여, 상기 전력부(100)에서 공급하는 총 전력의 75[%]를 상기 부하(L)에 공급하고, 나머지 25[%]를 상기 전기차(EV)에 충전하게 될 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 공급치 및 상기 충전치를 일정 비율로 분배하는 경우, 상기 합산치가 상기 일정 기준치를 초과하는 정도 및 상기 예측 전력 소비치와 상기 예측 전력 충전치의 비율 중 하나 이상에 따라 상기 공급치 및 상기 충전치를 분배할 수 있다.
이를테면, 상기 합산치가 상기 일정 기준치를 10만큼 초과하면 2:1로, 20만큼 초과하면 3:1로 분배하거나, 상기 예측 전력 소비치 및 상기 예측 전력 충전치의 비율에 따라 분배하게 될 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 공급치 및 상기 충전치를 일정 비율로 분배하는 경우, 상기 부하(L)의 실시간 전력 소비치 및 상기 전기차(EV)의 실시간 전력 충전치를 근거로 현황 등급을 판단하여, 상기 현황 등급에 해당하는 기준 비율에 따라 상기 공급치 및 상기 충전치를 분배할 수 있다.
이를테면, 상기 실시간 전력 소비치 및 상기 실시간 전력 충전치의 합산치에 따라 현황을 여유/일반/위험/비상 등급으로 구분 판단하여, 판단한 등급에 해당하는 기준 비율에 따라 상기 공급치 및 상기 충전치를 분배하게 될 수 있다.
또한, 상기 제어부(300)는, 상기 현황 등급에 해당하는 기준에 따라 상기 하나 이상의 제2 공급부(120)의 운용을 제어하게 될 수 있다.
예를 들면, 비상 등급의 경우 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 전체의 운용 제어로 설정된 경우, 상기 실시간 전력 소비치 및 상기 실시간 전력 충전치의 합산치가 비상 등급에 해당하면 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 전체가 전력을 공급하도록 제어하게 될 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 하나 이상의 제2 공급부(120)의 운용을 제어하는 경우, 상기 계통(G), 상기 전기차 충전부(200) 및 상기 전력부(100)의 상태에 관한 정보를 결과를 근거로 운용 대상 공급부의 운용에 따른 가상 관성을 산출하고, 상기 가상 관성을 반영하여 상기 운용 대상 공급부를 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전에 운용할 수 있다.
상기 가상 관성은, 전력 공급원 간의 커플링으로 인한 기존 공급 전력의 변동을 억제하기 위한 파라미터, 또는 제어 명령치를 의미할 수 있다.
이러한 관점에서 상기 가상 관성은, 전력 공급원 간의 커플링 시의 공급 전력의 변동을 보상하는 보상 파라미터를 의미할 수도 있다.
즉, 상기 제어부(300)는, 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 중 하나 이상의 운용을 제어하는 경우, 상기 제1 공급원(110)과 상이한 공급원인 상기 하나 이상의 제2 공급원(120) 중 하나 이상의 운용으로 인해 상기 제1 공급원(110)에서 공급 중인 공급 전력의 변동이 억제되도록, 상기 가상 관성을 반영하여 상기 하나 이상의 제2 공급부(120)의 운용을 제어하게 될 수 있다.
이에 따라, 상기 가성 관성의 반영으로 인해 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 중 하나 이상의 운용에 따른 공급 전력의 변동을 억제하게 될 수 있다.
이를테면, 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 중 상기 신재생에너지부(120#3)를 추가로 운용하는 경우, 상기 신재생에너지부(120#3)의 추가 운용으로 인한 공급 전력의 변동이 억제되도록, 상기 가상 관성을 근거로 상기 신재생에너지(120#3)의 추가 운용을 제어하게 될 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 계통(G) 및 상기 전력부(100) 각각의 전압, 전류, 전력, 주파수, 역률 및 부하 중 하나 이상에 대한 정보를 근거로 상기 가상 관성을 산출할 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 운용 대상 공급부에서 공급하는 전력이 상기 제1 공급부(110)에서 공급하는 전력과 동기화되는 값으로 상기 가상 관성을 산출할 수 있다.
이를테면, 상기 운용 대상 공급부에서 공급하는 전력의 주파수가 상기 제1 공급부(110)에서 공급하는 상용 전력의 주파수에 동기화되도록 상기 가상 관성을 산출하게 될 수 있다.
이처럼 상기 가상 관성을 산출하여 상기 복수의 제2 공급부(120) 중 하나 이상의 운용에 반영하는 상기 제어부(300)는, 상기 부하(L)의 실시간 전력 소비치 및 상기 전기차(EV)의 실시간 전력 충전치에 따라 상기 운용 대상 공급부를 결정하여, 상기 운용 대상 공급부를 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전에 운용할 수 있다.
이를테면, 상기 실시간 전력 소비치 및 상기 실시간 전력 충전치에 따라 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 중 하나 이상을 상기 운용 대상 공급부로 결정하여, 상기 운용 대상 공급부를 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전에 운용하게 될 수 있다.
구체적인 예를 들면, 상기 실시간 전력 소비치 및 상기 실시간 전력 충전치가 특정 기준 이하인 경우 상기 하나 이상의 제2 공급부(120) 중 운용 부담이 가장 적은 공급부를 상기 운용 대상 공급부로 결정하거나, 상기 실시간 전력 소비치 및 상기 실시간 전력 충전치가 상기 특정 기준 초과인 경우 출력 전력이 가장 큰 공급부를 상기 운용 대상 공급부로 결정하게 될 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 운용 대상 공급부를 결정하면, 상기 운용 대상 공급부에 따른 상기 가상 관성을 산출하여, 상기 운용 대상 공급부의 운용에 상기 가상 관성을 반영하여 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전을 제어할 수 있다.
한편, 상기 제어부(300)는, 상기 가상 관성의 변화를 모니터링하여, 상기 가상 관성의 변화에 대응하여 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전의 운용을 제어할 수 있다.
이를 테면, 상기 가상 관성이 증가하면 상기 운용 대상 공급부의 공급치 및 충전치를 감소시키고, 상기 가상 관성이 감소하면 상기 운용 대상 공급부의 공급치 및 충전치를 증가시키게 될 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 가상 관성이 일정 기준 범위에 해당하는 경우, 상기 가상 관성의 반영을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 기준 범위는, 상기 가상 관성의 한계치를 포함하는 범위, 또는 허용치를 포함하는 범위일 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 가상 관성이 상기 기준 범위에 해당하는 경우, 상기 가상 관성의 반영치를 감소시켜 상기 운용 대상 공급부의 운용에 반영할 수 있다.
즉, 상기 제어부(300)는, 상기 가성 관성이 상기 기준 범위에 해당하게 되면, 상기 가상 관성이 한계치 또는 허용치에 도달한 것으로 판단하여, 상기 운용 대상 공급부의 운용에 반영하는 상기 가상 관성의 반영치를 감소시켜 반영하게 될 수 있다.
상기 제어부(300)는 또한, 상기 가상 관성이 상기 기준 범위에 해당하는 경우, 상기 가상 관성의 상기 기준 범위 해당에 대한 알림 정보를 생성할 수 있다.
즉, 상기 제어부(300)는, 상기 가성 관성이 상기 기준 범위에 해당하게 되면, 상기 가상 관성이 한계치 또는 허용치에 도달한 것으로 판단하여, 상기 알림 정보를 생성하게 될 수 있다.
상기 제어부(300)는, 상기 알림 정보가 외부에 표시되도록 제어할 수 있다.
이를 테면, 상기 알림 정보가 표시 수단을 통해 화면으로 표시되거나, 음성 출력 수단을 통해 음성으로 출력되도록 제어하게 될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 상기 전력 시스템(1000)에서 상기 제어부(300)가 제어를 수행하는 구체적인 과정은, 도 5에 도시된 바와 같은 순서로 이루어질 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(300)는, 상기 전력 소비 이력 및 상기 전력 충전 이력을 근거로 상기 예측 전력 소비치 및 상기 예측 전력 충전치를 판단(S1)하여, 상기 예측 전력 소비치 및 상기 예측 전력 충전치의 합산치를 상기 일정 기준치와 비교(S2)할 수 있다.
상기 합산치와 상기 일정 기준치의 비교(S2) 결과, 상기 합산치가 상기 일정 기준치를 초과하는 경우, 상기 제어부(300)는, 상기 공급치 및 상기 충전치의 분배 비율을 판단(S3)하고, 상기 합산치가 상기 일정 기준치를 초과하지 않는 경우, 기존 제어를 유지할 수 있다.
상기 공급치 및 상기 충전치의 분배 비율을 판단(S3)한 후, 상기 제어부(300)는, 상기 제1 공급부(110)에서 공급할 제1 공급치 및 상기 복수의 제2 공급부(120)에서 공급할 제2 공급치 각각을 판단(S4)할 수 있다.
상기 제1 공급치 및 상기 제2 공급치를 판단(S4)한 후, 상기 제어부(300)는, 상기 제2 공급치에 따라 상기 복수의 제2 공급부(120) 중 운용 대상 공급부를 결정하고, 상기 운용 대상 공급부에 따른 상기 가상 관성을 산출(S5)할 수 있다.
상기 운용 대상 공급부를 결정하고, 상기 가상 관성을 산출(S5)한 후, 상기 제어부(300)는, 상기 가상 관성을 반영하여 상기 운용 대상 공급부를 운용(S6)할 수 있다.
이러한 과정에 따라, 상기 가상 관성이 반영된 상태에서 상기 운용 대상 공급부의 운용이 이루어지게 되면서, 상기 제1 공급부(110)가 상기 제1 공급치를 공급하고, 상기 운용 대상 공급부를 포함하는 상기 복수의 제2 공급부(120) 중 하나 이상이 상기 제2 공급치를 공급하여, 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전이 이루어지게 될 수 있다.
이상에 설명한 바와 같은 상기 전력 시스템(1000)의 실시예는, 도 6에 도시된 바와 같은 시스템에 적용되거나, 도 6에 도시된 바와 같은 시스템으로 실시될 수 있다.
상기 전력 시스템(1000)은, 도 6에 도시된 바와 같이 일반 부하가 공존하면서 전기차/수소차 충전 설비가 포함되고, 계통으로부터 전력을 공급받고, 복수의 이종의 전력 공급원을 포함하여 상기 전력 공급원으로부터 전력이 공급되는 빌딩에 적용되거나, 이와 같은 빌딩의 전력 시스템으로 실시될 수 있다. 일반 부하가 공존하는 전기차/수소차 충전 설비가 포함된 빌딩에 적용거나 이와 같은 빌딩의 전력 시스템으로 실시될 수 있다.
통합 제어부는 계통 모선을 감시하며 일반 부하가 포함되어있는 충전 빌딩의 전력 설비를 감시한다. 충전 빌딩의 일반부하의 패턴을 분석 예측하고, 기존의 충전 패턴을 예측한다. 예측 합산이 설정된 전력설비 이하일 경우 모두 정상적으로 동작한다. 예측 합산이 기존에 설정된 전력 설비 허용 용량을 넘는 구간의 경우, 전력 분배 모드로 동작한다. 전력 분배 모드에서는 실시간 전력 합산 값과 용량값을 가지고 비상상황/경고상황/일반상황/여유상황으로 구분한다. 경고 상황일 경우 비상상황에 기준 근사값을 가질때 완속 충전기를 Stop&Go를 통해 전력을 실시간으로 On/Off하여 충전해준다. 일반 상황일 경우 부하와 전기차 충전은 문제없이 사용한다.
한편, 비상 상황일 경우 전기차 충전 모두 충전을 종료하거나, 다른 에너지원을 이용하여 대응할 수 있다.
수소 연료전지를 운영해야 하거나 수소충전 요건을 맞춰주어야 할 경우, LNG가스를 개질하여 수소를 생산, 저장하여 연료전지를 활용할 수 있다. 또한, 태양광 충전은 부하 수요와 ESS와 능동적으로 운영하며 필요시 수소 연료전지로부터 전력을 받아올 수 있다.
한편, 급격한 신재생출력, 갑작스러운 수소개질, 연료전지 운용을 위해 계통내에 큰 전압 변화가 진행될 수 있는데, 이에 대응하여 주파수 동기를 유지하기 위해 순간 변동을 대응할 수 있는 AC-UPS기반의 가상 관성을 반영함으로써, 전기차 충전 및 일반 부하로의 전력 공급을 수행하게 될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예는 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 등은 이하의 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
[부호의 설명]
100: 전력부 200: 충전부
300: 제어부 1000: 전력 시스템

Claims (15)

  1. 특정 영역 내의 부하에 전력을 공급하는 전력부;
    상기 전력부로부터 전력을 전달받아 충전 대상 전기차에 전력을 충전시키는 전기차 충전부; 및
    상기 부하의 소비 및 상기 전기차의 충전을 감시하여 상기 전력부 및 상기 전기차 충전부의 운용을 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 전력부는,
    상기 특정 영역이 연계된 계통으로부터 상용 전력을 공급받는 제1 공급부; 및
    상기 특정 영역에 설치되어 자체 전력을 공급하는 하나 이상의 제2 공급부
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 부하의 전력 소비 이력 및 상기 전기차의 전력 충전 이력을 근거로 상기 부하의 예측 전력 소비치 및 상기 전기차의 예측 전력 충전치를 판단하고, 상기 예측 전력 소비치 및 상기 예측 전력 충전치에 따라 상기 하나 이상의 제2 공급부의 운용을 제어하여 상기 부하로의 전력 공급 및 상기 전기차의 전력 충전을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제2 공급부는,
    연료전지부;
    배터리부; 및
    신재생에너지부
    중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 예측 전력 소비치 및 상기 예측 전력 충전치의 합산치가 일정 기준치를 초과하는 경우,
    상기 부하로의 공급치 및 상기 전기차의 충전치를 일정 비율로 분배하여, 분배한 비율에 따라 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 공급치 및 상기 충전치를 일정 비율로 분배하는 경우,
    상기 합산치가 상기 일정 기준치를 초과하는 정도 및 상기 예측 전력 소비치와 상기 예측 전력 충전치의 비율 중 하나 이상에 따라 상기 공급치 및 상기 충전치를 분배하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 공급치 및 상기 충전치를 일정 비율로 분배하는 경우,
    상기 부하의 실시간 전력 소비치 및 상기 전기차의 실시간 전력 충전치를 근거로 현황 등급을 판단하여, 상기 현황 등급에 해당하는 기준 비율에 따라 상기 공급치 및 상기 충전치를 분배하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제2 공급부는,
    상기 연료전지부;
    상기 배터리부; 및
    상기 신재생에너지부
    중 둘 이상을 각각 하나 이상씩 포함하여 복수로 이루어지고,
    상기 제어부는,
    복수의 제2 공급부 중 하나 이상의 운용을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 제2 공급부 간에 전력이 수공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하나 이상의 제2 공급부의 운용을 제어하는 경우,
    상기 계통, 상기 전기차 충전부 및 상기 전력부의 상태에 관한 정보를 결과를 근거로 운용 대상 공급부의 운용에 따른 가상 관성을 산출하고, 상기 가상 관성을 반영하여 상기 운용 대상 공급부를 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전에 운용하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 계통 및 상기 전력부 각각의 전압, 전류, 전력, 주파수, 역률 및 부하 중 하나 이상에 대한 정보를 근거로 상기 가상 관성을 산출하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 운용 대상 공급부에서 공급하는 전력이 상기 제1 공급부에서 공급하는 전력과 동기화되는 값으로 상기 가상 관성을 산출하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 부하의 실시간 전력 소비치 및 상기 전기차의 실시간 전력 충전치에 따라 상기 운용 대상 공급부를 결정하여, 상기 운용 대상 공급부를 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전에 운용하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가상 관성의 변화를 모니터링하여, 상기 가상 관성의 변화에 대응하여 상기 전력 공급 및 상기 전력 충전의 운용을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가상 관성이 일정 기준 범위에 해당하는 경우,
    상기 가상 관성의 상기 기준 범위 해당에 대한 알림 정보를 생성하여, 상기 알림 정보가 외부에 표시되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제2 공급부에 적어도 연료전지부가 포함되고,
    상기 연료전지부로부터 수소를 공급받아 충전 대상 수소차에 수소를 충전시키는 수소차 충전부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전력 소비 이력, 상기 전력 충전 이력 및 상기 수소차의 수소 충전 이력을 근거로 상기 예측 전력 소비치, 상기 예측 전력 충전치 및 상기 수소차의 예측 수소 충전치를 판단하고, 상기 예측 전력 소비치, 상기 예측 전력 충전치 및 상기 예측 수소 충전치에 따라 상기 하나 이상의 제2 공급부의 운용을 제어하여 상기 부하로의 전력 공급, 상기 전기차의 전력 충전 및 상기 수소차의 수소 충전을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
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