WO2025211925A1 - 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법 - Google Patents

에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법

Info

Publication number
WO2025211925A1
WO2025211925A1 PCT/KR2025/099273 KR2025099273W WO2025211925A1 WO 2025211925 A1 WO2025211925 A1 WO 2025211925A1 KR 2025099273 W KR2025099273 W KR 2025099273W WO 2025211925 A1 WO2025211925 A1 WO 2025211925A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
energy storage
storage system
battery
charge
combinations
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/KR2025/099273
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김대수
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Priority to CN202580003504.5A priority Critical patent/CN121464551A/zh
Priority to EP25783101.6A priority patent/EP4712292A1/en
Priority to AU2025251903A priority patent/AU2025251903A1/en
Publication of WO2025211925A1 publication Critical patent/WO2025211925A1/ko
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy using batteries or super capacitors with converting means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/008—Circuit arrangements for power supply or distribution technologies responsive to energy trading
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy using batteries or super capacitors with converting means
    • H02J3/322—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy using batteries or super capacitors with converting means the battery being on-board an electric or hybrid vehicle, e.g. vehicle to grid arrangements [V2G], power aggregation, use of the battery for network load balancing, coordinated or cooperative battery charging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/80—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including monitoring or indicating arrangements
    • H02J7/82—Control of state of charge [SOC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/90—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/92—Regulation of charging or discharging current or voltage with prioritisation of loads or sources
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/14—Energy storage units
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S50/00—Market activities related to the operation of systems integrating technologies related to power network operation or related to communication or information technologies
    • Y04S50/10—Energy trading, including energy flowing from end-user application to grid

Definitions

  • the present invention relates to an operation support device and method for an energy storage system, and more particularly, to an operation support device and method for an energy storage system that helps minimize the operation cost of an energy storage system.
  • PV-linked ESS is configured to appropriately distribute power supplied from the power grid and power generated by PV systems to supply loads, storing any remaining power in a battery system.
  • the at least one command may include: a command for collecting information about batteries applicable to the energy storage system; a command for deriving a plurality of combinations, each of which comprises one or more batteries applicable to the energy storage system, based on a structure of the energy storage system; a command for calculating an operating cost of the energy storage system for each of the combinations; and a command for generating recommended combination information including information about a combination exhibiting the lowest operating cost among the combinations.
  • the command for collecting information about the batteries may include a command for collecting, for each of the one or more batteries, one or more of a model name, a capacity, a critical SOC range, and a purchase cost.
  • the command for calculating the operating cost of the energy storage system may include a command for calculating a grid power purchase cost and a battery purchase cost for each of the combinations; and a command for calculating the operating cost based on the grid power purchase cost and the battery purchase cost.
  • the command for calculating the above system power purchase cost may include a command for deriving an operation schedule including a time interval charge/discharge amount that minimizes the system power purchase cost by using an objective function defined as the system power purchase cost; and a command for calculating the system power purchase cost for a preset period for each of the combinations by applying the operation schedule and system power cost information to an energy storage system according to each of the above combinations.
  • the above objective function may be defined as a constraint including at least one of a first condition regarding the balance of power supply and power consumption, a second condition regarding the state of charge (SOC) according to the charge/discharge efficiency of the ESS battery, a third condition regarding the limit charge amount of the ESS battery, a fourth condition regarding the limit output of the inverter, a fifth condition regarding the binarization of the charge/discharge state of the ESS battery, a sixth condition regarding the state of charge (SOC) according to the charge/discharge efficiency of the EV battery, a seventh condition regarding the limit charge amount of the EV battery, an eighth condition regarding the limit output of a bidirectional EV charger, and a ninth condition regarding the binarization of the charge/discharge state of the bidirectional EV charger.
  • the at least one command may further include a command for providing the generated recommended combination information to a user terminal linked to the energy storage system.
  • the above recommended combination information may include at least one of the model name, capacity, number, and connection structure of the batteries applied to the energy storage system.
  • an operation support method may include a step of collecting information on a battery applicable to the energy storage system; a step of deriving a plurality of combinations composed of one or more batteries applicable to the energy storage system based on a structure of the energy storage system; a step of calculating an operation cost of the energy storage system for each of the combinations; and a step of generating recommended combination information including information on a combination exhibiting the minimum operation cost among the combinations.
  • the step of collecting information about the batteries may include collecting, for each of the one or more batteries, one or more of a model name, a capacity, a critical SOC range, and a purchase cost.
  • the step of calculating the operating cost of the energy storage system may include the step of calculating the system power purchase cost and the battery purchase cost for each of the combinations; and the step of calculating the operating cost based on the system power purchase cost and the battery purchase cost.
  • the step of calculating the operating cost of the energy storage system may include a step of calculating a system power purchase cost for a preset period for each of the combinations based on past history information for at least one of the energy storage system, a load linked to the energy storage system, and a power generation device linked to the energy storage system, and charge/discharge schedule information of a two-way electric vehicle (EV) charger linked to the energy storage system.
  • a step of calculating a system power purchase cost for a preset period for each of the combinations based on past history information for at least one of the energy storage system, a load linked to the energy storage system, and a power generation device linked to the energy storage system, and charge/discharge schedule information of a two-way electric vehicle (EV) charger linked to the energy storage system.
  • EV electric vehicle
  • the step of calculating the system power purchase cost may include a step of deriving an operation schedule including a time interval charge/discharge amount that minimizes the system power purchase cost by using an objective function defined as the system power purchase cost; and a step of calculating the system power purchase cost for a preset period for each of the combinations by applying the operation schedule and system power cost information to an energy storage system according to each of the combinations.
  • the above objective function may be defined as a constraint including at least one of a first condition regarding the balance of power supply and power consumption, a second condition regarding the state of charge (SOC) according to the charge/discharge efficiency of the ESS battery, a third condition regarding the limit charge amount of the ESS battery, a fourth condition regarding the limit output of the inverter, a fifth condition regarding the binarization of the charge/discharge state of the ESS battery, a sixth condition regarding the state of charge (SOC) according to the charge/discharge efficiency of the EV battery, a seventh condition regarding the limit charge amount of the EV battery, an eighth condition regarding the limit output of a bidirectional EV charger, and a ninth condition regarding the binarization of the charge/discharge state of the bidirectional EV charger.
  • the above operation support method may further include a step of providing the generated recommended combination information to a user terminal linked with the energy storage system.
  • the above recommended combination information may include at least one of the model name, capacity, number, and connection structure of the batteries applied to the energy storage system.
  • Figure 2 shows an implementation example of an energy storage system to which the present invention can be applied.
  • FIG. 5 is a reference table for explaining a method for deriving battery combinations according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a reference table for explaining a method for deriving an optimal combination according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an example screen of a user terminal for explaining charge/discharge schedule information of an EV charger according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a block diagram of an operation support device of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • first means “first,” “second,” “A,” and “B” may be used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are used solely to distinguish one component from another.
  • first component could be referred to as the "second component”
  • second component could also be referred to as the "first component.”
  • and/or includes any combination of multiple related items listed or any one of multiple related items listed.
  • SOC State of Charge
  • SOH State of Health
  • Power Limit refers to the output power limit, which is preset by the battery manufacturer based on battery condition or set based on the SOC. Power limits can be categorized into charge power limits and discharge power limits, depending on whether the battery is being charged or discharged.
  • the energy storage system (100) is electrically connected to a load (200), an EV (Electric Vehicle) charger (300), a power generation device (400), and a power system, and can receive power from the power system and the power generation device (400) and store it internally.
  • a load 200
  • an EV (Electric Vehicle) charger 300
  • a power generation device 400
  • the energy storage system (100) is electrically connected to a load (200) and can supply power stored therein to the load (200). Meanwhile, the load (200) is electrically connected to a bidirectional EV charger (300), a power generation device (400), and a power system, and can receive power from the bidirectional EV charger (300), the power generation device (400), and the power system.
  • the EV charger (300) is electrically connected to a power system, a power generation device (400), and an energy storage system (100), and can receive power from the power system, the power generation device (400), and the energy storage system (100).
  • the EV charger (300) may correspond to a bidirectional EV charger.
  • the EV charger (300) may charge a battery (hereinafter, "EV battery") included in the EV using externally supplied power, and discharge power stored in the EV battery to the outside.
  • EV battery a battery included in the EV using externally supplied power
  • the bidirectional EV charger and EV battery may function in the same manner as the energy storage system (100) according to the present invention.
  • the EV charger (300) When the EV charger (300) is configured as a bidirectional charger, the EV charger (300) can supply power stored therein to the load (200) and the energy storage system (100).
  • the power generation device (400) is a device that generates power using a power generation device, and may be configured to include at least one of a solar power generation device, a solar thermal power generation device, a wind power generation device, and a geothermal power generation device. Meanwhile, since the type of the power generation device (400) is not an essential component of the present invention, the scope of the present invention is not limited to these entities.
  • the operation support device (500) may be configured to be connected to the energy storage system (100) via a network and to mutually transmit and receive data.
  • the operation support device (500) may be configured to be connected to one or more of the power generation device (400) and the user terminal (600) via a network and to mutually transmit and receive data.
  • the operation support device can derive a total of 12 battery combinations (C #1 to #12), as shown in Fig. 5(A).
  • the operation support device can calculate a grid power purchase cost for a preset period for each of the battery combinations derived at S320 based on past history information for one or more of the energy storage system, the load, and the power generation device, and the charge/discharge schedule information of the bidirectional EV charger.
  • the operation support device can receive past history information for a certain period of time from one or more of a user terminal, an EMS, an inverter of an ESS, and a PV inverter.
  • the past history information can include one or more of power consumption status information of a load (e.g., power consumption per hour), power production status information of a power generation device (e.g., power production per hour), and charge/discharge schedule information of an ESS battery (e.g., charge/discharge per hour).
  • the operation support device can conduct simulations using historical information and EV charging/discharging schedules for energy storage systems equipped with batteries according to each combination (C #1 to #9). Then, based on the hourly grid power usage and hourly grid power cost information derived from the simulation results, the operation support device can calculate the grid power purchase cost for each combination over a preset period (e.g., one month).
  • the operation support device can derive an operation schedule (charge/discharge amount per unit time) of a battery that minimizes the purchase cost of grid power based on past history information about loads and power generation devices and EV charge/discharge schedule information, and calculate the cost of grid power purchase using the derived operation schedule.
  • an operation schedule charge/discharge amount per unit time
  • the operation support device can collect information on power generation status and power consumption status over a certain period of time (e.g., over the past year), and receive EV charging/discharging schedule information from the user terminal. Thereafter, the operation support device can derive an operation schedule for a certain period of time (e.g., one day) that minimizes the purchase cost of system power, using an objective function defined as the purchase cost of system power.
  • a certain period of time e.g., one day
  • the operation control unit can derive an operation schedule using an objective function defined based on Mixed-integer Linear Programming (MILP).
  • MILP Mixed-integer Linear Programming
  • Pgrid(t) is the grid power schedule and ⁇ grit(t) is the grid power cost.
  • Mathematical expression 1 is an objective function for deriving the amount of charge or discharge of a battery for each time interval that can minimize the cost of purchasing power from the system.
  • the objective function according to Mathematical expression 1 may define constraints including at least one of a first condition regarding the balance of power supply and power consumption, a second condition regarding the state of charge (SOC) according to the charge and discharge efficiency of the ESS battery, a third condition regarding the limit charge amount of the ESS battery, a fourth condition regarding the limit output of the inverter, a fifth condition regarding the binarization of the charge and discharge state of the ESS battery, a sixth condition regarding the state of charge (SOC) according to the charge and discharge efficiency of the EV battery, a seventh condition regarding the limit charge amount of the EV battery, an eighth condition regarding the limit output of a bidirectional EV charger, and a ninth condition regarding the binarization of the charge and discharge state of the bidirectional EV charger.
  • ⁇ dch is the battery state for discharging, which has a value of 0 or 1)
  • SOCEV(t) is the SOC of the EV battery
  • Ecap_EV is the capacity of the EV battery
  • ⁇ ch_EV is the charging efficiency of the bidirectional EV charger
  • ⁇ dch_EV is the discharging efficiency of the bidirectional EV charger
  • tstep is the time interval.
  • ⁇ EV is the EV connection status value with a value of 0 or 1
  • ⁇ EVch is the charge status value with a value of 0 or 1
  • PEV_max is the maximum output of the bidirectional EV charger.
  • ⁇ EVdch is a discharge state value with a value of 0 or 1)
  • the first condition can be implemented using Equation 2, and the decision variables Pgrid(t), Pbatch(t), and Pbatdch(t) function to determine the balance between power supply and demand. Meanwhile, in Equation 2, Ppv(t) and Pload(t) can be applied to the power production and power consumption per unit of time based on past history information.
  • the third condition can be implemented by mathematical expression 4, and functions to determine the SOC of the ESS battery within a set critical range.
  • the sixth condition can be implemented by mathematical expression 8, and functions such that the SOC of the EV battery in the next time interval is determined based on the capacity of the EV battery and the charge/discharge efficiency of the two-way EV charger.
  • the seventh condition can be implemented using mathematical expression 9 and functions to determine the SOC of an EV battery within a set threshold range.
  • at least one of the lower and upper SOC limits of the EV battery can be set by the user.
  • the lower SOC limit of the EV battery can be defined as the minimum guaranteed SOC of the EV battery received from the user terminal.
  • the EV battery can perform charge and discharge operations at a state above the minimum guaranteed SOC.
  • the eighth and ninth conditions can be implemented by mathematical expressions 10 to 12, and function to prevent Pbatch(t) and Pbatdch(t) from exceeding the output limit of the bidirectional EV charger, and to prevent the charging power amount and the discharging power amount from being determined simultaneously.
  • the EV connection status value ⁇ EV reflected in mathematical expressions 10 and 11 can be defined as [1] in the case of a connection status and [0] in the case of a non-connection status.
  • the EV connection status value can be defined based on EV charging/discharging schedule information received from the user terminal.
  • the operation control device can derive Pbatch(t) and Pbatdch(t) that satisfy the above objective function and constraints and generate an operation schedule including the same.
  • the operation support device can conduct simulations using historical power consumption and power production information and generated operation schedules for energy storage systems equipped with batteries according to each combination (C #1 to #9). Thereafter, based on the hourly system power usage and hourly system power cost information derived from the simulation results, the operation support device can calculate the system power purchase cost for each combination for a preset period (e.g., one month).
  • the operation support device can generate recommended combination information including information on the optimal combination (S350).
  • the recommended combination information may include at least one of the following: the model name, capacity, number, and connection structure of the batteries applied to the energy storage system.
  • the recommended combination information may be implemented as [Bat 9158, 4kWh, 3, serial connection].
  • the operation support device can provide the recommended combination information generated in S350 to the user terminal (S360).
  • the user terminal can output the received recommended combination information through a predefined GUI.
  • the operation support device may provide an optimal operation schedule corresponding to an optimal combination to a user terminal, an EMS, or an inverter.
  • the optimal operation schedule may correspond to an operation schedule derived according to an objective function and constraints when calculating the system power purchase cost for the optimal combination.
  • the operation support device may provide the optimal operation schedule corresponding to the recommended combination to the user terminal as a reference operation schedule so that, when the energy storage system is operated with the optimal battery combination in the future, the system power purchase cost is minimized.
  • the operation support device can reflect the minimum guaranteed SOC received from the user terminal in the seventh condition (Mathematical Formula 9) among the constraints for deriving the operation schedule.
  • the operation support device can reflect the EV schedule information received from the user terminal in the eighth and ninth conditions (Mathematical Formulas 10 and 11) among the constraints for deriving the operation schedule.
  • the operation support device (500) may be incorporated into an energy storage system or provided separately outside the energy storage system.
  • the operation support device (500) may be implemented by being incorporated into a Home Energy Management System (HEMS), which is the top-level control system of a residential ESS, or may be implemented by being incorporated into a server of an ESS management company.
  • HEMS Home Energy Management System

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 운영 지원 장치는, 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치로서, 적어도 하나의 프로세서 및 상기 적어도 하나의 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 배터리에 대한 정보를 수집하는 명령; 상기 에너지 저장 시스템의 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 하나 이상의 배터리로 구성된, 복수의 조합들을 도출하는 명령; 상기 조합들 각각에 대한, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령; 및 상기 조합들 중 최소 운영 비용을 나타내는 조합에 관한 정보를 포함하는 추천 조합 정보를 생성하는 명령을 포함할 수 있다.

Description

에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법
본 출원은 2024년 4월 5일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2024-0046636호의 출원일의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 최소화할 수 있도록 지원하는 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)은 에너지를 저장하는 배터리를 신재생 에너지, 전력 계통과 연계하여 운영되는 형태로 사용되고 있다. 최근 지능형 전력망(smart grid)과 신재생 에너지의 보급이 확대되고 전력 계통의 효율화와 안정성이 강조됨에 따라, 전력 공급 및 수요 조절, 및 전력 품질 향상을 위해 에너지 저장 시스템에 대한 수요가 점점 증가하고 있다. 사용 목적에 따라 에너지 저장 시스템은 출력과 용량이 달라질 수 있으며. 대용량 에너지 저장 시스템을 구성하기 위하여 복수의 배터리 시스템들이 서로 연결될 수 있다.
ESS 중, PV(Photovoltaic; 태양광 발전) 시스템과 연계하는 ESS의 보급이 확산되고 있다. PV 연계 ESS는, 전력 계통으로부터 공급되는 전력과 PV 시스템에서 생산되는 전력을 적절히 분배하여 부하에 공급하고, 잔여 전력을 배터리 시스템에 저장하도록 구성된다.
ESS의 사용자가 고려하는 가장 중요한 목표는, ESS의 운영 비용을 최소화하는 것이다. ESS의 운영 과정에서 발생되는 사용자 부담 비용은, 일정 기간마다 납부해야하는 계통 전력의 구매 비용과, 배터리 교체 시기마다 발생되는 배터리 교체 비용으로 구성된다. 일반적으로, ESS는, PV 시스템의 발전량, 부하의 전력 요구량, 및 배터리의 충전 상태 등 다양한 인자를 고려하여 제어된다. 그러나, 종래의 기술은, 전력 효율 또는 배터리의 성능을 향상시키기 위한 ESS의 제어 방식에 집중하고 있으며, ESS의 장기간 운영 관점에서 사용자 부담 비용을 최소화하는데 한계가 있다.
이에, 에너지 저장 시스템의 장기간 운영 비용을 최소화할 수 있도록 지원하는, 적절한 에너지 저장 시스템의 운영 지원 기술이 필요하다.
관련 선행문헌으로, KR 10-1380530가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 최소화할 수 있도록 지원하는 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 이러한 운영 지원 장치에 의한 운영 지원 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 지원 장치는, 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치로서, 적어도 하나의 프로세서 및 상기 적어도 하나의 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 배터리에 대한 정보를 수집하는 명령; 상기 에너지 저장 시스템의 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 하나 이상의 배터리로 구성된, 복수의 조합들을 도출하는 명령; 상기 조합들 각각에 대한, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령; 및 상기 조합들 중 최소 운영 비용을 나타내는 조합에 관한 정보를 포함하는 추천 조합 정보를 생성하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 배터리에 대한 정보를 수집하는 명령은, 하나 이상의 배터리 각각에 대한, 모델명, 용량, 임계 SOC 범위 및 구매 비용 중 하나 이상을 수집하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 복수의 조합들을 도출하는 명령은, 배터리별 용량, 및 상기 배터리 시스템의 설계 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 복수의 조합들을 도출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령은, 상기 조합들 각각에 대한, 계통 전력 구매 비용과 배터리 구매 비용을 산출하는 명령; 및 상기 계통 전력 구매 비용과 배터리 구매 비용을 기초로 상기 운영 비용을 산출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령은, 상기 에너지 저장 시스템, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 부하, 및 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 전력 생산 장치 중 하나 이상에 대한 과거 이력 정보와, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 양방향 전기차(EV; Electric Vehicle) 충전기의 충방전 스케줄 정보를 기초로, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령은, 계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는, 시간 구간별 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는 명령; 및 상기 조합들 각각에 따른 에너지 저장 시스템에, 상기 운영 스케줄 및 계통 전력 비용 정보를 적용하여, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 목적 함수는, 전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, ESS 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, ESS배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 인버터의 한계 출력에 관한 제4조건, ESS 배터리의 충방전 상태의 이진화에 관한 제5조건, EV 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제6조건, EV 배터리의 한계 충전량에 관한 제7조건, 양방향 EV 충전기의 한계 출력에 관한 제8조건, 및 양방향 EV 충전기의 충방전 상태의 이진화에 관한 제9조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의될 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 상기 생성된 추천 조합 정보를, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 사용자 단말에 제공하는 명령을 더 포함할 수 있다.
상기 추천 조합 정보는, 상기 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리의 모델명, 용량, 개수, 및 배터리들의 연결 구조 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 지원 방법은, 에너지 저장 시스템의 운영 지원 방법으로서, 상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 배터리에 대한 정보를 수집하는 단계; 상기 에너지 저장 시스템의 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 하나 이상의 배터리로 구성된, 복수의 조합들을 도출하는 단계; 상기 조합들 각각에 대한, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 단계; 및 상기 조합들 중 최소 운영 비용을 나타내는 조합에 관한 정보를 포함하는 추천 조합 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리에 대한 정보를 수집하는 단계는, 하나 이상의 배터리 각각에 대한, 모델명, 용량, 임계 SOC 범위 및 구매 비용 중 하나 이상을 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 조합들을 도출하는 단계는, 배터리별 용량, 및 상기 배터리 시스템의 설계 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 복수의 조합들을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 단계는, 상기 조합들 각각에 대한, 계통 전력 구매 비용과 배터리 구매 비용을 산출하는 단계; 및 상기 계통 전력 구매 비용과 배터리 구매 비용을 기초로 상기 운영 비용을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 단계는, 상기 에너지 저장 시스템, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 부하, 및 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 전력 생산 장치 중 하나 이상에 대한 과거 이력 정보와, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 양방향 전기차(EV; Electric Vehicle) 충전기의 충방전 스케줄 정보를 기초로, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 계통 전력 구매 비용을 산출하는 단계는, 계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는, 시간 구간별 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는 단계; 및 상기 조합들 각각에 따른 에너지 저장 시스템에, 상기 운영 스케줄 및 계통 전력 비용 정보를 적용하여, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 목적 함수는, 전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, ESS 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, ESS배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 인버터의 한계 출력에 관한 제4조건, ESS 배터리의 충방전 상태의 이진화에 관한 제5조건, EV 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제6조건, EV 배터리의 한계 충전량에 관한 제7조건, 양방향 EV 충전기의 한계 출력에 관한 제8조건, 및 양방향 EV 충전기의 충방전 상태의 이진화에 관한 제9조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의될 수 있다.
상기 운영 지원 방법은, 상기 생성된 추천 조합 정보를, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 사용자 단말에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 추천 조합 정보는, 상기 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리의 모델명, 용량, 개수, 및 배터리들의 연결 구조 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 에너지 저장 시스템의 장기간 운영 과정에서 발생되는 사용자 부담 비용을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 에너지 저장 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 에너지 저장 시스템의 구현 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 운영 지원 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 정보를 설명하기 위한 참조표이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 조합들을 도출하는 방법을 설명하기 위한 참조표이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 최적 조합을 도출하는 방법을 설명하기 위한 참조표이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 최적 조합을 도출하는 방법을 설명하기 위한 참조표이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 EV 충전기의 충방전 스케줄 정보를 설명하기 위한 사용자 단말의 화면 예시이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치의 블록 구성도이다.
100: 에너지 저장 시스템
200: 부하
300: EV 충전기
400: 전력 생산 장치
500: 운영 지원 장치
600: 사용자 단말
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.
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.
출력 한계(Power Limit)는 배터리 제조사가 배터리 상태에 따라 사전에 설정하거나 SOC에 따라 설정되는 출력 가능한 전력 한계를 나타낸다. 출력 한계는 충전인지 방전인지에 따라 충전 출력 한계와 방전 출력 한계로 구분될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 에너지 저장 시스템의 블록 구성도이다.
에너지 저장 시스템(100)은, 부하(200), EV(Electric Vehicle) 충전기(300), 전력 생산 장치(400), 및 전력 계통과 전기적으로 연결되고, 전력 계통 및 전력 생산 장치(400)로부터 전력을 공급받아 내부에 저장할 수 있다.
에너지 저장 시스템(100)은, 부하(200)와 전기적으로 연결되어, 내부에 저장된 전력을 부하(200)에 공급할 수 있다. 한편, 부하(200)는, 양방향 EV 충전기(300), 전력 생산 장치(400) 및 전력 계통과 전기적으로 연결되어, 양방향 EV 충전기(300), 전력 생산 장치(400) 및 전력 계통으로부터 전력을 공급받을 수 있다.
EV 충전기(300)는, 전력 계통, 전력 생산 장치(400) 및 에너지 저장 시스템(100)과 전기적으로 연결되어, 전력 계통, 전력 생산 장치(400) 및 에너지 저장 시스템(100)으로부터 전력을 공급받을 수 있다.
실시예에서, EV 충전기(300)는, 양방향 EV 충전기에 해당할 수 있다. 이 경우, EV 충전기(300)는, 외부에서 공급되는 전력을 이용해 EV에 포함된 배터리(이하, EV 배터리)를 충전하고, EV 배터리에 저장된 전력을 외부로 방전할 수 있다. 즉, EV가 EV 충전기(300)에 접속된 상태에서, 양방향 EV 충전기 및 EV 배터리는, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100)과 동일하게 기능할 수 있다.
EV 충전기(300)가 양방향 충전기로 구성되는 경우, EV 충전기(300)는, 내부에 저장된 전력을 부하(200) 및 에너지 저장 시스템(100)에 공급할 수 있다.
전력 생산 장치(400)는 발전 장치를 이용해 전력을 생산하는 장치로, 태양광, 태양열, 풍력 및 지열을 이용한 발전 장치 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 한편, 전력 생산 장치(400)의 종류는 본 발명의 본질적 구성요소가 아니므로 본 발명의 범위가 이들 개체에 한정되는 것은 아니다.
에너지 저장 시스템(100)은, 사용자 단말(600)과 네트워크를 통해 연결되어, 상호 데이터를 송수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 시스템(100)이 주택용 ESS인 경우, 사용자 단말(600)은, 주택용 ESS의 최상위 제어 시스템인 HEMS(Home Energy Management System)과 네트워크를 통해 연결되어, 상호 데이터를 송수신하도록 구성될 수 있다.
사용자 단말(600)은, 에너지 저장 시스템(100)의 소유자, 또는 관리자가 사용하는 컴퓨팅 장치로, 예를 들어, 개인용 컴퓨터(PC), 모바일 폰, 또는 태블릿 PC에 해당할 수 있다.
에너지 저장 시스템(100)은, 에너지 저장 시스템(100)의 동작 상태, 전력 생산 장치(400)의 발전 상태, EV 충전기(300)의 동작 상태, 및 부하(200)의 전력 소비 상태 중 하나 이상에 관한 정보를 사용자 단말(600)에 송신할 수 있다. 여기에서, 사용자 단말(600)은 기정의된 GUI(Graphical User Interface)를 통해 수신된 정보를 출력할 수 있다.
사용자 단말(600)은, 사용자에 의해 입력되는 선택 신호를 에너지 저장 시스템(100)에 전송하고, 에너지 저장 시스템(100)은, 선택 신호와 대응되는 제어 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 사용자 단말(600)을 통해 특정 부하에 대한 오프 요청 신호가 수신되면, 에너지 저장 시스템(100)의 EMS는, 해당 부하에 대한 전기 경로를 차단하여, 해당 부하의 전력 공급을 차단할 수 있다.
운영 지원 장치(500)는, 에너지 저장 시스템(100)과 네트워크를 통해 연결되어 상호 데이터를 송수신하도록 구성될 수 있다. 또한, 운영 지원 장치(500)는, 전력 생산 장치(400) 및 사용자 단말(600) 중 하나 이상과 네트워크를 통해 연결되어 데이터를 상호 송수신하도록 구성될 수 있다.
운영 지원 장치(500)는, 에너지 저장 시스템(100)의 내부에 포함되어 구성되거나, 또는 에너지 저장 시스템(100)의 외부에 별도로 마련될 수 있다. 예를 들어, 운영 지원 장치(500)는, 주택용 ESS의 HEMS에 포함되어 구현되거나, 또는, ESS 관리 업체의 서버에 포함되어 구현될 수 있다.
운영 지원 장치(500)는, 에너지 저장 시스템(100)에 적용 가능한 배터리에 관한 정보를 수집하고, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 최소화할 수 있는 배터리 조합에 대한 추천 정보를 생성할 수 있다. 여기에서, 운영 지원 장치(500)는, 생성된 추천 정보를 에너지 저장 시스템(100) 및 사용자 단말(600) 중 하나 이상에 제공할 수 있다. 한편, 추천 조합 정보를 생성하는 방법에 대한 상세한 내용은 후술한다.
운영 지원 장치(500)는, 에너지 저장 시스템(100), 부하(200), 및 전력 생산 장치(400) 중 하나 이상에 대한 과거 이력 정보와, EV 충전기(300)의 충방전 스케줄을 기초로, 에너지 저장 시스템(100)의 전력 구매 비용을 최소화할 수 있는 운영 스케줄을 수립할 수 있다. 여기에서, 운영 스케줄은 시간 구간별 배터리의 충방전량을 포함할 수 있다. 운영 지원 장치(500)는, 수립된 운영 스케줄을 에너지 저장 시스템(100)의 배터리 충방전 제어 장치에 전달함으로써, 에너지 저장 시스템(100)의 배터리가 운영 스케줄에 따라 충방전 제어되도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 에너지 저장 시스템의 구현 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 에너지 저장 시스템(100)은, 전력을 저장하는 ESS 배터리(110), ESS 배터리(110)의 충방전 동작을 제어하는 인버터(120), 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템과 연계된 전력 장치들을 구성들을 통합 관리하는 EMS(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
전력을 저장하는 역할을 수행하는 ESS 배터리(110)는, 통상적으로 다수의 배터리 팩(Battery Pack)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 팩은 배터리 모듈(module)로 지칭될 수도 있다.
각 ESS 배터리에는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)이 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.
인버터(120)는, 전력 조절 장치(PCS; Power Conditioning System), 또는 전력 변환 장치(PCS; Power Conversion System)로도 지칭되며, 외부로부터 배터리에 공급되는 전력과 배터리가 외부로 공급하는 전력을 제어할 수 있다.
인버터(120)는, 전력 관리 시스템(PMS; Power Management System)을 포함할 수 있으며, 운영 지원 장치(500)는, 인버터(120)의 전력 관리 시스템과 연동되어 데이터를 상호 송수신하도록 구성될 수 있다.
인버터(120)는, 운영 지원 장치(500)에 의해 운영 스케줄에 따라 ESS 배터리(110)의 충방전 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 인버터(120)는, 운영 지원 장치(500)로부터 특정 일(day)에 대한 운영 스케줄을 전달받고, 운영 스케줄에 포함된 시간 구간별 레퍼런스 전력에 따라 ESS 배터리(110)의 충방전 동작을 제어할 수 있다.
EMS(130)는, 부하, 전력 생산 장치, 인버터와 연동하고, 연동된 구성들을 모니터링하고 제어할 수 있다.
부하(200)는, 복수의 부하들을 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, 부하들 중 적어도 일부는, 온오프 제어가 불가능한 제1 부하이고, 나머지 일부는, 온오프 제어가 가능한 제2 부하로 구성될 수 있다.
제1 부하는, EMS의 제어에 의해, 전원이 오프될 수 없는 부하, 또는 공급되는 전력이 차단될 수 없는 부하를 의미할 수 있다. 또한, 제2 부하는, EMS의 제어에 의해, 전원이 오프될 수 있는 부하, 또는 공급되는 전력이 차단될 수 있는 부하를 의미할 수 있다. 여기에서, 제2 부하는, 사용자에 의해 입력되는 선택 신호에 기초하여 정의될 수 있다.
양방향 EV 스테이션(320)은, EV(310)에 포함된 EV 배터리의 충방전 동작을 제어할 수 있다.
PV 시스템은, PV 모듈(410)(예를 들어, 태양광 패널)과, AC/DC 인버터인 PV 인터버(420)을 포함하여 구성될 수 있으며, PV 인터버(420)의 AC 단자 및 에너지 저장 시스템의 인버터(120)의 AC 단자가 AC 링크에 연결되어 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 에너지 저장 시스템은, PV 시스템, 부하 및 에너지 저장 시스템이 AC 링크 상에서 연결된 AC coupled ESS이다.
에너지 저장 시스템이 AC coupled 구조인 경우, 운영 지원 장치(500)는, 인버터(120), PV 인터버(420), EMS(130) 및 사용자 단말(600) 중 하나 이상과 연동하여, 추천 조합 정보를 생성하기 위한 기초 정보를 수집할 수 있다.
한편, 본 발명은, PV 시스템의 출력단 및 배터리의 출력단이 DC 링크 상에서 연결되고, DC 링크가 인버터의 일측 단자에 연결된 DC coupled ESS에도 적용 가능하다. 에너지 저장 시스템이 DC coupled 구조인 경우, PV 인터버(420)가 생략됨에 따라, 운영 지원 장치(500)는, 인버터(120), EMS(130) 및 사용자 단말(600) 중 하나 이상과 연동하여, 추천 조합 정보를 생성하기 위한 기초 정보를 수집할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 운영 지원 방법의 순서도이다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 운영 지원 방법은 에너지 저장 시스템과 연동하는 운영 지원 장치에 의해 수행될 수 있다.
운영 지원 장치는, 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 배터리에 관한 정보를 수집할 수 있다(S310). 여기에서, 운영 지원 장치는, 저장 장치, 관리자에 의해 연결되는 외부 저장 장치, 사용자 단말 중 하나 이상으로부터, 배터리 정보를 수신할 수 있다.
배터리 정보는, 하나 이상의 배터리 각각에 대한, 모델명, 용량, 임계 SOC 범위 및 구매 비용 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 정보를 설명하기 위한 참조표이다.
도 4를 참조하면, 운영 지원 장치는, 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 복수의 배터리들 각각에 대한 모델명(또는 식별자), 용량, SOC 하한값, SOC 상한 값, 및 구매 비용을 포함하는, 배터리 리스트를 수집할 수 있다.
운영 지원 장치는, 에너지 저장 시스템 또는 사용자 단말로부터 ESS 배터리의 모델 정보를 수신하고, 수신된 모델 정보에 기초하여 해당 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 배터리를 결정할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 운영 지원 장치는, 에너지 저장 시스템의 구조를 기초로, 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 복수의 배터리 조합들을 도출할 수 있다(S320). 여기에서, 배터리 조합 각각은, 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 하나 이상의 배터리를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 조합들을 도출하는 방법을 설명하기 위한 참조표이다.
예를 들어, 에너지 저장 시스템의 설계 구조 상, 3 이상 5개 이하의 직렬 연결 배터리들이 인버터에 연결 가능하고, 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 배터리 모델이 4개(Bat#1 ~ #4)로 확인되는 경우, 운영 지원 장치는, 도 5(A)에 도시된 바와 같이, 총 12개(C #1 ~ #12)의 배터리 조합들을 도출할 수 있다. 상기 예시에서 도출된15개의 조합들은, 도 5(A)에 도시된 바와 같이, [Bat#1, 직렬 연결, 3개], [Bat#2, 직렬 연결, 3개], [Bat#3, 직렬 연결, 3개], [Bat#4, 직렬 연결, 3개], [Bat#1, 직렬 연결, 4개], [Bat#2, 직렬 연결, 4개], [Bat#3, 직렬 연결, 4개], [Bat#4, 직렬 연결, 4개], [Bat#1, 직렬 연결, 5개], [Bat#2, 직렬 연결, 5개], [Bat#3, 직렬 연결, 5개], [Bat#4, 직렬 연결, 5개]이다.
실시예에서, 운영 지원 장치는, 배터리의 용량 및 인버터의 한계 용량을 기초로, 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 복수의 배터리 조합들을 도출할 수 있다. 예를 들어, 운영 지원 장치는, 배터리들의 조합에 의한 총 용량이, 에너지 저장 시스템의 최소 보장 용량을 초과하고, 인버터의 한계 출력에 따른 한계 용량의 미만이 되도록 하는, 복수의 배터리 조합들을 도출할 수 있다.
예를 들어, 에너지 저장 시스템의 설계 구조 상, 3 이상 5개 이하의 직렬 연결 배터리들이 인버터에 연결 가능하고, 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 배터리 모델(Bat#1 ~ #4) 각각의 용량이 3kWh, 3.5kWh, 4kWh 및 4.5kWh로 확인되고, 에너지 저장 시스템의 최소 보장 용량이 10kWh이고, 인버터의 한계 용량이 18kWh인 경우, 운영 지원 장치는, 도 5(B)에 도시된 바와 같이, 총 9개(C #1 ~ #9)의 배터리 조합들을 도출할 수 있다. 상기 예시에서 도출된9개의 조합들은, 도 5(B)에 도시된 바와 같이, [Bat#2, 직렬 연결, 3개], [Bat#3, 직렬 연결, 3개], [Bat#4, 직렬 연결, 3개], [Bat#1, 직렬 연결, 4개], [Bat#2, 직렬 연결, 4개], [Bat#3, 직렬 연결, 4개], [Bat#4, 직렬 연결, 4개], [Bat#1, 직렬 연결, 5개], [Bat#2, 직렬 연결, 5개]이다.
다시 도 3을 참조하면, 운영 지원 장치는, S320에서 도출된 배터리 조합들 각각에 대한, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출할 수 있다(S330). 여기에서, 에너지 저장 시스템의 운영 비용은, 계통 전력 구매 비용과, 배터리 구매 비용을 기초로 산출될 수 있다.
이후, 운영 지원 장치는, 배터리 조합들 중 최소 운영 비용을 나타내는 배터리 조합을 도출(S340)하고, 해당 조합을 최적의 배터리 조합으로 결정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 최적 조합을 도출하는 방법을 설명하기 위한 참조표이다.
도 6을 참조하면, 운영 지원 장치는, 도 5(B)에서 도출된 9개(C #1 ~ #9)의 배터리 조합들 각각에 대해, 전력 계통 구매 비용 및 배터리 및 인버터 구매 비용을 산출할 수 있다. 이후, 운영 지원 장치는, 전력 계통 구매 비용 및 배터리 구매 비용을 합산하여, 배터리 조합들 각각에 대한 총 운영 비용을 산출할 수 있다. 여기에서, 운영 지원 장치는, 9개의 조합들 중, 가장 낮은 총 운영 비용을 나타내는 [Bat#4, 직렬 연결, 3개] (C #3)을 최적의 배터리 조합으로 결정할 수 있다.
실시예에서, 에너지 저장 시스템의 운영 비용은, 도 6에 도시된 바와 같이, 계통 전력 구매 비용(C_p)과 배터리 인버터 구매 비용(C_b)의 합산 값(C_t = C_p + C_b)으로 산출될 수 있다.
다른 실시예에서, 에너지 저장 시스템의 운영 비용은, 계통 전력 구매 비용(C_p)에 대해 기정의된 가중 계수(a)가 반영된 값과, 배터리 구매 비용(C_b)에 대해 기정의된 가중 계수(b)가 반영된 값의 합산 값(C_t = a*C_p + b*C_b)으로 산출될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 에너지 저장 시스템의 운영 비용은, 계통 전력 구매 비용(C_p)에 대해 기정의된 가중 계수(a)가 반영된 값과, 배터리 구매 비용(C_b)에 대해 기정의된 가중 계수(b)가 반영된 값을 곱한 값(C_t = a*C_p * b*C_b)으로 산출될 수 있다.
즉, 에너지 저장 시스템의 운영 비용은, 필요에 따라 다양한 방식으로 산출될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, S330에서, 운영 지원 장치는, 에너지 저장 시스템, 부하, 및 전력 생산 장치 중 하나 이상에 대한 과거 이력 정보와, 양방향 EV 충전기의 충방전 스케줄 정보를 기초로, S320에서 도출된 배터리 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출할 수 있다.
운영 지원 장치는, 사용자 단말, EMS, ESS의 인버터, 및 PV 인버터 중 하나 이상으로부터, 일정 기간 동안의 과거 이력 정보를 수신할 수 있다. 여기에서, 과거 이력 정보는, 부하의 전력 소비 상태 정보(예를 들어, 시간 단위별 전력 소비량), 전력 생산 장치의 전력 생산 상태 정보(예를 들어, 시간 단위별 전력 생산량), 및 ESS배터리의 충방전 스케줄 정보(예를 들어, 시간 단위별 충방전량) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 운영 지원 장치는, 사용자 단말로부터 양방향 EV 충전기의 충방전 스케줄 정보(또는 충방전 계획 정보)를 수신할 수 있다. 여기에서, EV 충전기의 충방전 스케줄 정보는, 사용자에 의해 설정된, EV 가 EV 충전기에 접속되는 시간 구간 및 시간 구간 별 충방전 계획에 관한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 운영 지원 장치는, 사용자 단말로부터 [17:00 ~ 19:00 방전, 21:00 ~ 24:00 충전]를 포함하는 EV 충방전 스케줄 정보를 수신할 수 있다.
운영 지원 장치는, 각 조합들(C #1 ~ #9)에 따른 배터리가 적용된 에너지 저장 시스템들을 대상으로, 과거 이력 정보 및 EV 충방전 스케줄을 이용해 시뮬레이션을 진행할 수 있다. 이후, 운영 지원 장치는, 시뮬레이션 결과 도출된 시간 단위별 계통 전력 사용량과 시간 단위별 계통 전력 비용 정보를 기초로, 각 조합들에 대한 기설정된 기간(예를 들어, 한 달) 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출할 수 있다.
실시예에서, 운영 지원 장치는, 부하 및 전력 생산 장치에 대한 과거 이력 정보와 EV 충방전 스케줄 정보를 기초로, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는 배터리의 운영 스케줄(단위 시간별 충방전량)을 도출하고, 도출된 운영 스케줄을 이용해 계통 전력 구매 비용을 산출할 수 있다.
구체적으로, 운영 지원 장치는, 일정 과거 기간 동안(예를 들어, 과거 1년 동안)의 전력 생산 상태에 관한 정보, 전력 소비 상태에 관한 정보를 수집하고, 사용자 단말로부터 EV 충방전 스케줄 정보를 수신할 수 있다. 이후, 운영 지원 장치는, 계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는 일정 기간(예를 들어, 1일)에 대한 운영 스케줄을 도출할 수 있다.
운영 제어 장치는, 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.
운영 제어 장치는, 계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여 시간 구간별 배터리의 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출할 수 있다. 여기서, 목적 함수는 아래 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
(여기서, Pgrid(t)는 계통 전력 스케줄이고, λgrit(t)는 계통 전력 비용임)
수학식 1은 계통 전력 구매 비용을 최소화할 수 있는 시간 구간별 배터리의 충전량 또는 방전량을 도출하기 위한 목적함수이다. 여기서, 수학식 1에 따른 목적 함수는, 전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, ESS 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, ESS배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 인버터의 한계 출력에 관한 제4조건, ESS 배터리의 충방전 상태의 이진화에 관한 제5조건, EV 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제6조건, EV 배터리의 한계 충전량에 관한 제7조건, 양방향 EV 충전기의 한계 출력에 관한 제8조건, 및 양방향 EV 충전기의 충방전 상태의 이진화에 관한 제9조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의될 수 있다.
(여기서, Ppv(t)는 PV의 발전량, Pbatch(t)는 ESS 배터리의 충전 전력량, Pbatdch(t)는 ESS 배터리의 방전 전력량, PEVch(t)는 EV 배터리의 충전 전력량, PEVdch(t)는 EV 배터리의 방전 전력량, 및 Pload(t)는 전력 소비량임)
(여기서, SOC(t)는 ESS 배터리의 SOC, Ecap는 ESS 배터리의 용량, ηch는 인버터의 충전 효율, ηdch는 인버터의 방전 효율, tstep은 시간 구간임)
(여기서, SOCmin는 ESS 배터리의 SOC 하한값, SOCmax는 ESS 배터리의 SOC 상한값임)
(여기서, μch는 0 또는 1의 값을 갖는 충전 상태값(battery state for charging), Pinv_max는 인터버의 최대 출력임)
(여기서, μdch는 0 또는 1의 값을 갖는 방전 상태값(battery state for discharging)임)
(여기서, SOCEV(t)는 EV 배터리의 SOC, Ecap_EV는 EV 배터리의 용량, ηch_EV는 양방향 EV 충전기의 충전 효율, ηdch_EV는 양방향 EV 충전기의 방전 효율, tstep은 시간 구간임)
(여기서, SOCEVmin는 EV 배터리의 SOC 하한값, SOCEVmax는 EV 배터리의 SOC 상한값임)
(여기서,βEV는 0 또는 1의 값을 갖는 EV 접속 상태 값, μEVch는 0 또는 1의 값을 갖는 충전 상태값, PEV_max는 양방향 EV 충전기의 최대 출력임)
(여기서, μEVdch는 0 또는 1의 값을 갖는 방전 상태값임)
제1조건은 수학식 2로 구현될 수 있으며, 결정 변수인 Pgrid(t), Pbatch(t), Pbatdch(t)가 전력의 공급과 수요의 균형에 맞게 결정되도록 기능한다. 한편, 수학식 2에서, Ppv(t) 및 Pload(t)는 과거 이력 정보에 따른 시간 단위별 전력 생산량 및 시간 단위별 전력 소비량이 적용될 수 있다.
제2조건은 수학식 3으로 구현될 수 있으며, 다음 시간 구간에서의 ESS 배터리의 SOC가, ESS 배터리의 용량 및 전력 변황 장치의 충방전 효율에 기초하여 결정되도록 기능한다.
제3조건은 수학식 4로 구현될 수 있으며, ESS 배터리의 SOC가 설정된 임계 범위 내에서 결정되도록 기능한다.
제 4조건 및 제5조건은 수학식 5 내지 7로 구현될 수 있으며, 결정 변수인 Pbatch(t) 및 Pbatdch(t)가 전력 변환 장치(예를 들어, 인버터)의 출력 한계를 초과하지 못하도록 하며, 충전 전력량과 방전 전력량이 동시에 결정될 수 없도록 기능한다.
제6조건은 수학식 8로 구현될 수 있으며, 다음 시간 구간에서의 EV 배터리의 SOC가, EV 배터리의 용량 및 양방향 EV 충전기의 충방전 효율에 기초하여 결정되도록 기능한다.
제7조건은 수학식 9로 구현될 수 있으며, EV 배터리의 SOC가 설정된 임계 범위 내에서 결정되도록 기능한다. 여기에서, EV 배터리의 SOC 하한값 및 SOC 상한값 중 하나 이상은 사용자에 의해 설정될 수 있다. 예를 들어, EV 배터리의 SOC 하한 값은, 사용자 단말로부터 수신된 EV 배터리의 최소 보장 SOC로 정의될 수 있다. 제7 조건이 반영된 목적함수를 통해 도출된 운영 스케줄에 따르면, EV 배터리는 최소 보장 SOC 이상의 상태에서 충방전 동작을 수행할 수 있다.
제 8조건 및 제9조건은 수학식 10 내지 12로 구현될 수 있으며, Pbatch(t) 및 Pbatdch(t)가 양방향 EV 충전기의 출력 한계를 초과하지 못하도록 하며, 충전 전력량과 방전 전력량이 동시에 결정될 수 없도록 기능한다.
수학식 10 및 11에 반영된 EV 접속 상태 값 βEV는, 접속 상태인 경우 [1]로, 비접속 상태인 경우 [0]으로 정의될 수 있다. 여기에서, EV 접속 상태 값은, 사용자 단말로부터 수신된 EV 충방전 스케줄 정보에 기초하여 정의될 수 있다.
운영 제어 장치는, 상기 목적 함수 및 제한 조건을 만족하는 Pbatch(t) 및 Pbatdch(t)를 도출하고 이를 포함하는 운영 스케줄을 생성할 수 있다.
운영 지원 장치는, 각 조합들(C #1 ~ #9)에 따른 배터리가 적용된 에너지 저장 시스템들을 대상으로, 전력 소비 및 전력 생산에 대한 과거 이력 정보와, 생성된 운영 스케줄을 이용해 시뮬레이션을 진행할 수 있다. 이후, 운영 지원 장치는, 시뮬레이션 결과 도출된 시간 단위별 계통 전력 사용량과 시간 단위별 계통 전력 비용 정보를 기초로, 각 조합들에 대한 기설정된 기간(예를 들어, 한 달) 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출할 수 있다.
S340에서 최소 운영 비용을 나타내는 최적의 배터리 조합이 결정되면, 운영 지원 장치는, 최적 조합에 대한 정보를 포함하는 추천 조합 정보를 생성할 수 있다(S350). 여기에서, 추천 조합 정보는, 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리의 모델명, 용량, 개수, 및 배터리들의 연결 구조 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 추천 조합 정보는 [Bat 9158, 4kWh, 3개, 직렬 연결] 로 구현될 수 있다.
운영 지원 장치는, S350에서 생성된 추천 조합 정보를, 사용자 단말에 제공할 수 있다(S360). 여기에서, 사용자 단말은, 수신된 추천 조합 정보를 기정의된 GUI를 통해 출력할 수 있다.
실시예에서, 운영 지원 장치는, 최적 조합과 대응되는 최적 운영 스케줄을 사용자 단말, EMS 또는 인버터에 제공할 수 있다. 여기에서, 최적 운영 스케줄은, 해당 최적 조합의 계통 전력 구매 비용 산출시, 목적 함수 및 제약 조건에 따라 도출된 운영 스케줄에 해당할 수 있다. 즉, 운영 지원 장치는, 향후 에너지 저장 시스템에 최적의 배터리 조합이 적용되는 경우, 해당 조합으로 에너지 저장 시스템이 운영될 때 계통 전력 구매 비용이 최소화되도록, 추천 조합과 대응되는 최적 운영 스케줄을 참조 운영 스케줄로서 사용자 단말에 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 EV 충전기의 충방전 스케줄 정보를 설명하기 위한 사용자 단말의 화면 예시이다.
운영 지원 장치는, 사용자 단말로부터 최소 보장 SOC 및 EV 스케줄 정보를 수신하고, 수신된 최소 보장 SOC 및 EV 충방전 스케줄 정보를 기초로 운영 스케줄을 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 사용자 단말은, 기정의된 GUI(Graphical User Interface)를 통해, 사용자로부터 EV 배터리에 대한 최소 보장 SOC 와 EV 스케줄 정보를 입력받을 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 사용자 단말은, 사용자로부터 특정 SOC 값(75%)을 최소 보장 S0C로서 입력받고, EV 가 양방향 EV 충전기에 접속되는 시간 구간들, 및 시간 구간 별 충방전 계획에 관한 정보(Time 1; 충전; 00:00 ~ 07:00, Time 2; 방전; 17:00 ~ 19:00, Time 3; 충전; 21:00 ~ 24:00)를 입력받을 수 있다. 이후, 사용자 단말은, 사용자에 의해 입력된 최소 보장 SOC 와 EV 충방전 스케줄 정보를 운영 지원 장치로 전달할 수 있다.
운영 지원 장치는, 사용자 단말로부터 수신된 최소 보장 SOC를 운영 스케줄 도출을 위한 제약 조건 중 제7조건(수학식 9)에 반영할 수 있다. 또한, 운영 지원 장치는, 사용자 단말로부터 수신된 EV 스케줄 정보를 운영 스케줄 도출을 위한 제약 조건 중 제8 및 제9조건(수학식 10 및 11)에 반영할 수 있다.
운영 지원 장치는, 수학식 1에 따른 목적 함수와, 사용자 단말로부터 수신된 정보가 반영된 제약 조건들(제1 조건 내지 제9 조건)을 만족하는 Pgrid(t), Pbatch(t) 및 Pbatdch(t)를 도출하고, Pbatch(t) 및 Pbatdch(t)가 포함된 ESS 운영 스케줄을 생성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치의 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 운영 지원 장치(500)는, 에너지 저장 시스템의 내부에 포함되어 구성되거나, 또는 에너지 저장 시스템의 외부에 별도로 마련될 수 있다. 예를 들어, 운영 지원 장치(500)는, 주택용 ESS의 최상위 제어 시스템인 HEMS(Home Energy Management System)에 포함되어 구현되거나, 또는, ESS 관리 업체의 서버에 포함되어 구현될 수 있다.
운영 지원 장치(500)는, 적어도 하나의 프로세서(510), 상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리(520) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(530)를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 배터리에 대한 정보를 수집하는 명령; 상기 에너지 저장 시스템의 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 하나 이상의 배터리로 구성된, 복수의 조합들을 도출하는 명령; 상기 조합들 각각에 대한, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령; 및 상기 조합들 중 최소 운영 비용을 나타내는 조합에 관한 정보를 포함하는 추천 조합 정보를 생성하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 배터리에 대한 정보를 수집하는 명령은, 하나 이상의 배터리 각각에 대한, 모델명, 용량, 임계 SOC 범위 및 구매 비용 중 하나 이상을 수집하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 복수의 조합들을 도출하는 명령은, 배터리별 용량, 및 상기 배터리 시스템의 설계 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 복수의 조합들을 도출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령은, 상기 조합들 각각에 대한, 계통 전력 구매 비용과 배터리 구매 비용을 산출하는 명령; 및 상기 계통 전력 구매 비용과 배터리 구매 비용을 기초로 상기 운영 비용을 산출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령은, 상기 에너지 저장 시스템, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 부하, 및 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 전력 생산 장치 중 하나 이상에 대한 과거 이력 정보와, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 양방향 전기차(EV; Electric Vehicle) 충전기의 충방전 스케줄 정보를 기초로, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령은, 계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는, 시간 구간별 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는 명령; 및 상기 조합들 각각에 따른 에너지 저장 시스템에, 상기 운영 스케줄 및 계통 전력 비용 정보를 적용하여, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 목적 함수는, 전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, ESS 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, ESS배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 인버터의 한계 출력에 관한 제4조건, ESS 배터리의 충방전 상태의 이진화에 관한 제5조건, EV 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제6조건, EV 배터리의 한계 충전량에 관한 제7조건, 양방향 EV 충전기의 한계 출력에 관한 제8조건, 및 양방향 EV 충전기의 충방전 상태의 이진화에 관한 제9조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의될 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 상기 생성된 추천 조합 정보를, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 사용자 단말에 제공하는 명령을 더 포함할 수 있다.
상기 추천 조합 정보는, 상기 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리의 모델명, 용량, 개수, 및 배터리들의 연결 구조 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
운영 지원 장치(500)는 또한, 입력 인터페이스 장치(540), 출력 인터페이스 장치(550), 저장 장치(560) 등을 더 포함할 수 있다. 운영 지원 장치(500)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(570)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 프로세서(510)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. 예를 들어, 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.

Claims (18)

  1. 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)의 운영 지원 장치로서,
    적어도 하나의 프로세서; 및
    상기 적어도 하나의 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 배터리에 대한 정보를 수집하는 명령;
    상기 에너지 저장 시스템의 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 하나 이상의 배터리로 구성된, 복수의 조합들을 도출하는 명령;
    상기 조합들 각각에 대한, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령; 및
    상기 조합들 중 최소 운영 비용을 나타내는 조합에 관한 정보를 포함하는 추천 조합 정보를 생성하는 명령을 포함하는, 운영 지원 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리에 대한 정보를 수집하는 명령은,
    하나 이상의 배터리 각각에 대한, 모델명, 용량, 임계 SOC 범위 및 구매 비용 중 하나 이상을 수집하는 명령을 포함하는, 운영 지원 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 조합들을 도출하는 명령은,
    배터리별 용량, 및 상기 배터리 시스템의 설계 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 복수의 조합들을 도출하는 명령을 포함하는, 운영 지원 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령은,
    상기 조합들 각각에 대한, 계통 전력 구매 비용과 배터리 구매 비용을 산출하는 명령; 및
    상기 계통 전력 구매 비용과 배터리 구매 비용을 기초로 상기 운영 비용을 산출하는 명령을 포함하는, 운영 지원 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령은,
    상기 에너지 저장 시스템, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 부하, 및 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 전력 생산 장치 중 하나 이상에 대한 과거 이력 정보와, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 양방향 전기차(EV; Electric Vehicle) 충전기의 충방전 스케줄 정보를 기초로, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령을 포함하는, 운영 지원 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령은,
    계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는, 시간 구간별 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는 명령; 및
    상기 조합들 각각에 따른 에너지 저장 시스템에, 상기 운영 스케줄 및 계통 전력 비용 정보를 적용하여, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령을 포함하는, 운영 지원 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 목적 함수는,
    전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, ESS 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, ESS배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 인버터의 한계 출력에 관한 제4조건, ESS 배터리의 충방전 상태의 이진화에 관한 제5조건, EV 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제6조건, EV 배터리의 한계 충전량에 관한 제7조건, 양방향 EV 충전기의 한계 출력에 관한 제8조건, 및 양방향 EV 충전기의 충방전 상태의 이진화에 관한 제9조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의되는, 운영 지원 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 생성된 추천 조합 정보를, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 사용자 단말에 제공하는 명령을 더 포함하는, 운영 지원 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 추천 조합 정보는,
    상기 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리의 모델명, 용량, 개수, 및 배터리들의 연결 구조 중 적어도 하나 이상을 포함하는, 운영 지원 장치.
  10. 에너지 저장 시스템의 운영 지원 방법으로서,
    상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 배터리에 대한 정보를 수집하는 단계;
    상기 에너지 저장 시스템의 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 하나 이상의 배터리로 구성된, 복수의 조합들을 도출하는 단계;
    상기 조합들 각각에 대한, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 단계; 및
    상기 조합들 중 최소 운영 비용을 나타내는 조합에 관한 정보를 포함하는 추천 조합 정보를 생성하는 단계를 포함하는, 운영 지원 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리에 대한 정보를 수집하는 단계는,
    하나 이상의 배터리 각각에 대한, 모델명, 용량, 임계 SOC 범위 및 구매 비용 중 하나 이상을 수집하는 단계를 포함하는, 운영 지원 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수의 조합들을 도출하는 단계는,
    배터리별 용량, 및 상기 배터리 시스템의 설계 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 복수의 조합들을 도출하는 단계를 포함하는, 운영 지원 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 단계는,
    상기 조합들 각각에 대한, 계통 전력 구매 비용과 배터리 구매 비용을 산출하는 단계; 및
    상기 계통 전력 구매 비용과 배터리 구매 비용을 기초로 상기 운영 비용을 산출하는 단계를 포함하는, 운영 지원 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 단계는,
    상기 에너지 저장 시스템, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 부하, 및 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 전력 생산 장치 중 하나 이상에 대한 과거 이력 정보와, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 양방향 전기차(EV; Electric Vehicle) 충전기의 충방전 스케줄 정보를 기초로, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 단계를 포함하는, 운영 지원 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 계통 전력 구매 비용을 산출하는 단계는,
    계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는, 시간 구간별 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는 단계; 및
    상기 조합들 각각에 따른 에너지 저장 시스템에, 상기 운영 스케줄 및 계통 전력 비용 정보를 적용하여, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 단계를 포함하는, 운영 지원 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 목적 함수는,
    전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, ESS 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, ESS배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 인버터의 한계 출력에 관한 제4조건, ESS 배터리의 충방전 상태의 이진화에 관한 제5조건, EV 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제6조건, EV 배터리의 한계 충전량에 관한 제7조건, 양방향 EV 충전기의 한계 출력에 관한 제8조건, 및 양방향 EV 충전기의 충방전 상태의 이진화에 관한 제9조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의되는, 운영 지원 방법.
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 생성된 추천 조합 정보를, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 사용자 단말에 제공하는 단계를 더 포함하는, 운영 지원 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 추천 조합 정보는,
    상기 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리의 모델명, 용량, 개수, 및 배터리들의 연결 구조 중 적어도 하나 이상을 포함하는, 운영 지원 방법.
PCT/KR2025/099273 2024-04-05 2025-02-06 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법 Pending WO2025211925A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202580003504.5A CN121464551A (zh) 2024-04-05 2025-02-06 用于控制能量存储系统的操作的装置和方法
EP25783101.6A EP4712292A1 (en) 2024-04-05 2025-02-06 Operation support apparatus and method for energy storage system
AU2025251903A AU2025251903A1 (en) 2024-04-05 2025-02-06 Operation support apparatus and method for energy storage system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2024-0046636 2024-04-05
KR1020240046636A KR20250148198A (ko) 2024-04-05 2024-04-05 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025211925A1 true WO2025211925A1 (ko) 2025-10-09

Family

ID=97267812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2025/099273 Pending WO2025211925A1 (ko) 2024-04-05 2025-02-06 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4712292A1 (ko)
KR (1) KR20250148198A (ko)
CN (1) CN121464551A (ko)
AU (1) AU2025251903A1 (ko)
WO (1) WO2025211925A1 (ko)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101380530B1 (ko) 2011-10-12 2014-04-01 (주)에스엔디파워닉스 계통 연계형 에너지 저장 시스템
US9056556B1 (en) * 2014-02-25 2015-06-16 Elwha Llc System and method for configuration and management of an energy storage system for a vehicle
KR101904902B1 (ko) * 2017-10-20 2018-10-12 신동준 에너지 저장장치의 운영시스템
KR20190071888A (ko) * 2017-12-15 2019-06-25 건설기계부품연구원 전기식 건설기계 동력제어용 시뮬레이터
US20200089178A1 (en) * 2017-03-06 2020-03-19 Con Edison Battery Storage, Llc Building energy storage system with planning tool
KR20240046636A (ko) 2017-08-22 2024-04-09 카스턴 매뉴팩츄어링 코오포레이숀 스냅 결합 골프백 어셈블리
KR20250012238A (ko) * 2023-07-17 2025-01-24 주식회사 엘지에너지솔루션 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101380530B1 (ko) 2011-10-12 2014-04-01 (주)에스엔디파워닉스 계통 연계형 에너지 저장 시스템
US9056556B1 (en) * 2014-02-25 2015-06-16 Elwha Llc System and method for configuration and management of an energy storage system for a vehicle
US20200089178A1 (en) * 2017-03-06 2020-03-19 Con Edison Battery Storage, Llc Building energy storage system with planning tool
KR20240046636A (ko) 2017-08-22 2024-04-09 카스턴 매뉴팩츄어링 코오포레이숀 스냅 결합 골프백 어셈블리
KR101904902B1 (ko) * 2017-10-20 2018-10-12 신동준 에너지 저장장치의 운영시스템
KR20190071888A (ko) * 2017-12-15 2019-06-25 건설기계부품연구원 전기식 건설기계 동력제어용 시뮬레이터
KR20250012238A (ko) * 2023-07-17 2025-01-24 주식회사 엘지에너지솔루션 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
AU2025251903A1 (en) 2026-01-15
EP4712292A1 (en) 2026-03-18
KR20250148198A (ko) 2025-10-14
CN121464551A (zh) 2026-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020122475A1 (en) Energy storage system and controlling method thereof
WO2019225834A1 (ko) 에너지 저장 장치와 태양광 발전을 이용한 전력 공급 제어 시스템 및 방법
WO2019078419A1 (ko) 전력 수급 운영 스케줄링 장치 및 방법, 컴퓨터 프로그램
WO2019107806A1 (ko) 계층형 전력 제어 시스템
WO2023158100A1 (ko) 수요 반응 자원의 최적 운영을 위한 에너지 저장 시스템 및 이의 운영 방법
WO2023113169A1 (ko) 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템의 접지구조 제어 방법
WO2023054928A1 (ko) 단락 전류 예측 장치 및 방법
WO2022196846A1 (ko) 에너지저장시스템 계층형 관리시스템
WO2023243945A1 (ko) 그리드 전력을 보조하는 ess의 방법 및 장치
WO2018062611A1 (ko) 다양한 마이크로그리드 및 배전계통에 적용 가능한 범용적 운영시스템 구축방법 및 그에 의해 구축되는 운영시스템
WO2019156373A1 (ko) 계통 연계형 인버터 시스템
WO2022154498A1 (ko) 배터리 뱅크 전력 제어 장치 및 방법
WO2023243943A1 (ko) Pcs를 최적 효율구간에서 운용하는 방법/장치
WO2012060495A1 (en) Power management apparatus for controlling consumption power and method of operating the same
WO2023249187A1 (ko) 태양광 발전 시스템 및 전기자동차 충전 시스템과 연동하는 에너지 저장 시스템 및 이의 운영 방법
WO2023018133A1 (ko) 전력 분배 방법 및 이를 이용하는 에너지 저장 시스템
WO2018139797A1 (ko) 에너지 관리 장치 및 그의 동작 방법
WO2020196983A1 (ko) 케이스 생성 기반 3차원 동적 계획법을 이용한 pv-ess 연계형 시스템의 운용방법
WO2013125909A1 (ko) 전력저장장치 스케줄링 장치 및 방법
WO2025018752A1 (ko) 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법
WO2013032147A1 (en) Data transmitting method, data transmitting apparatus, and energy storage system including the same
WO2018236038A1 (ko) 에너지 저장 시스템
WO2023243942A1 (ko) Vib ess를 이용한 전기차 충전 장치 및 방법
WO2025028910A1 (ko) 에너지 관리 장치 및 에너지 관리 방법
WO2019107807A1 (ko) 에너지 저장 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 25783101

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: AU2025251903

Country of ref document: AU

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2025783101

Country of ref document: EP

Effective date: 20251212

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2025575056

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2025783101

Country of ref document: EP

Effective date: 20251212

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2025783101

Country of ref document: EP

Effective date: 20251212

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2025783101

Country of ref document: EP

Effective date: 20251212

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2025251903

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20250206

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2025783101

Country of ref document: EP

Effective date: 20251212

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2025783101

Country of ref document: EP

Effective date: 20251212

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2025783101

Country of ref document: EP

Effective date: 20251212

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2025783101

Country of ref document: EP

Effective date: 20251212