KR101795301B1 - Pcs 효율을 고려한 마이크로그리드 운영장치 및 운영방법 - Google Patents

Pcs 효율을 고려한 마이크로그리드 운영장치 및 운영방법 Download PDF

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이학주
박중성
원종남
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Abstract

본 발명은 마이크로그리드 내에 운영되는 비상 내연발전기, 제어 가능한 부하 및 배터리의 출력을 스케쥴링하는 스케쥴링부 및 상기 스케쥴링부에 의해 스케쥴링된 상기 배터리의 충방전, 상기 비상 내연발전기의 출력 및 상기 제어 가능한 부하의 출력에 따라 상기 배터리, 상기 비상 내연발전기 및 상기 제어 가능한 부하의 운전을 제어하는 운전 제어부를 포함하고, 상기 스케쥴링부는 PCS(Power Conditioning System)의 효율을 고려하여 상기 배터리의 SOC(State of Charge)가 기설정된 범위 내에서 유지되도록 충방전을 스케쥴링하는 것을 특징으로 하는 PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영장치로서, 본 발명에 의하면, PCS의 충방전 효율을 고려하여 마이크로그리드가 효율적으로 운영될 수 있게 한다.

Description

PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영장치 및 운영방법{APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING A PCS EFFICIENCY CONSIDERED MICROGRID}
본 발명은 마이크로그리드를 운영하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 PCS(Power Conditioning System)의 효율을 고려하여 마이크로그리드를 운영하는 것에 관한 것이다.
전 세계적으로 자국 내 전력계통이 연계되지 않은 도서 지역이나 고립 지역은 대부분 소규모 내연 발전소를 이용하여 전기를 공급하고 있다.
이러한 지역들은 대부분 연료를 운송하는 비용이 높아 전력계통이 연계된 지역보다 동일한 전기 사용량에 있어 높은 비용을 감당할 수밖에 없는 실정이다.
현재는 이러한 지역에 연료 운송비용이 필요 없고, 온실가스를 배출하지 않는 친환경 에너지원인 신재생에너지가 많이 보급되고 있는 상황이다.
하지만, 신재생에너지의 경우 기후 환경에 의해 발전 출력이 변동되어 제어할 수 없는 전원이기 때문에 수용가(이하,'부하'라 함)의 전기 사용량 변동을 만족시키기 위해서는 반드시 배터리와 같은 에너지 저장장치와 비상 발전기가 필요하다.
이러한 마이크로그리드 시스템은 기본적으로 신재생에너지원이 발전한 전기를 배터리에 저장하며, 부하는 배터리로부터 전기를 공급받아 사용하는 구조이다.
이때, 신재생에너지원의 발전량이 부족하고, 배터리의 충전량 또한 부족한 경우, 상기 시스템은 비상 발전기를 기동하여 배터리를 충전하게 된다.
하지만, 신재생 발전기의 출력 변동이 과도할 뿐 아니라, 신재생에너지 출력 및 수요의 예측이 어려워 안정적인 운영이 어렵다.
이에, 신재생에너지원을 주공급원으로 이용하는 BESS(Battery Energy Storage System)를 기반으로, 설비들의 출력 및 운전에 대한 제어를 위한 마이크로그리드 운영장치가 필요하다.
이때, BESS의 충전 및 방전 동작은 PCS(Power Conditioning System)를 통해 이루어진다.
PCS는 정격용량 대비 충방전량에 따라 효율이 달라지며, 특히 0~20% 정도의 용량으로 충방전을 할 때 효율이 매우 낮은 특성이 있다.
즉, 마이크로그리드 운영장치에서 BESS의 충방전 스케쥴링시 PCS 효율을 고려하지 않으면 계산의 정확성이 낮아지고, 결국에는 전력공급 비용이 높아진다.
따라서, BESS의 충방전 스케쥴링시, PCS의 충방전 효율을 고려할 필요가 있다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
한국등록특허공보 제10-1569144호 한국공개특허공보 제10-2014-0052467호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 마이크로그리드의 효율적인 운영을 위해서 PCS의 충방전 효율을 고려하는 마이크로그리드 운영장치 및 운영방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영장치는,
마이크로그리드 내에 운영되는 비상 내연발전기, 제어 가능한 부하 및 배터리의 출력을 스케쥴링하는 스케쥴링부 및 상기 스케쥴링부에 의해 스케쥴링된 상기 배터리의 충방전, 상기 비상 내연발전기의 출력 및 상기 제어 가능한 부하의 출력에 따라 상기 배터리, 상기 비상 내연발전기 및 상기 제어 가능한 부하의 운전을 제어하는 운전 제어부를 포함하고, 상기 스케쥴링부는 PCS(Power Conditioning System)의 효율을 고려하여 상기 배터리의 SOC(State of Charge)가 기설정된 범위 내에서 유지되도록 충방전을 스케쥴링하는 것을 특징으로 한다.
상기 스케쥴링부는 비상 내연발전기 스케쥴링부, 제어 가능한 부하 스케쥴링부 및 배터리 스케쥴링부를 포함하고, 상기 배터리 스케쥴링부는, 상기 배터리의 현재 SOC(State of Charge)를 판단하는 SOC 판단부, 상기 배터리의 충방전량을 산출하는 충방전량 산출부 및 상기 PCS의 효율을 고려하는 PCS 효율 고려부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 스케쥴링부는 상기 SOC 판단부에 의해 판단된 SOC 상태에 따라 스케쥴링 제어모드를 실시간 운전 제어모드 또는 비상 운전 제어모드로 선택하여 스케쥴링하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스케쥴링부는 상기 배터리의 충전량이 기설정된 기준범위에 포함되는 경우, 상기 배터리의 충전량이 유지되도록 상기 실시간 운전 제어모드로 상기 비상 내연발전기, 상기 제어 가능한 부하 및 상기 배터리의 운전 및 출력을 스케쥴링하는 것을 특징으로 한다.
기설정된 상기 배터리 충전량의 기준범위는 SOC 20% ~ 80%인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 실시간 운전 제어모드로 스케쥴링하는 경우, 상기 비상 내연발전기 스케쥴링부, 상기 제어 가능한 부하 스케쥴링부 및 상기 배터리 스케쥴링부는 상기 마이크로그리드 내의 비상 내연발전기의 기동비용과 발전비용의 총합을 최소화시키는 목적함수 및 상기 목적함수를 위한 제약조건을 이용하여 최적해를 산출함으로써 상기 비상 내연발전기, 상기 제어 가능한 부하 및 상기 배터리의 출력을 스케쥴링하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 PCS 효율 고려부는 상기 배터리 충방전량 산출부에서 산출된 PCS 목표 출력값을 입력받아 최종 PCS 입력값을 산출하여 상기 충방전량 산출부로 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스케쥴링부는 상기 배터리의 충전량이 기설정된 기준범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리의 충전량이 상기 기준범위에 속할 수 있도록 상기 비상 운전 제어모드로 상기 비상 내연발전기, 상기 제어 가능한 부하 및 상기 배터리의 운전 및 출력을 스케쥴링하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 스케쥴링부는 상기 배터리의 충전량이 기설정된 기준범위보다 높으면, 상기 배터리를 방전시키기 위한 배터리 방전량을 산출하고, 운전 중인 비상 내연발전기를 정지시키며, 상기 산출된 배터리 방전량만큼 기설정된 우선순위에 따라 제어 가능한 부하가 동작되도록 스케쥴링하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 스케쥴링부는 상기 배터리의 충전량이 기설정된 기준범위보다 낮으면, 상기 배터리를 충전시키기 위한 배터리 충전량을 산출하고, 정지된 비상 내연발전기를 운전시키며, 상기 산출된 배터리 충전량만큼 기설정된 우선순위에 따라 제어 가능한 부하가 절치되도록 스케쥴링하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 배터리 충방전량 산출부는 비상 운전 제어모드시, 상기 배터리의 목표 충전량을 설정하고, 하기 식에 의해 PCS 효율이 고려된 최종 충방전량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
SOC(t) = SOC(t-1)+(PCS Charge - PCS Discharge)×TPD
(SOC(t) : 배터리의 목표 충전량 상태, SOC(t-1) : 배터리의 현재(t-1) 충전량 상태, PCS Charge : 전력변환기(PCS)의 입력, PCS Discharge : 전력변환기(PCS)의 출력(배터리 충전량 또는 배터리 방전량), TPD : 산출 타임 주기)
다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영방법은, 마이크로그리드 내에 운영되는 배터리의 SOC(State of Charge)가 기준범위에 포함되는지 판단하는 단계, 상기 배터리의 SOC가 기설정된 기준범위에 포함되면, 상기 마이크로그리드 내의 비상 내연발전기의 기동비용과 발전비용의 총합을 최소화시키는 목적함수 및 상기 목적함수를 위한 제약조건을 이용하여 최적해를 산출하는 단계 및 상기 최적해에 의해 PCS(Power Conditioning System)의 효율을 고려하여 상기 마이크로그리드 내의 비상 내연발전기, 제어 가능한 부하 및 상기 배터리의 출력량을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 배터리의 SOC가 기준범위에 포함되는 경우, 상기 배터리의 충전량이 유지되도록 하는 실시간 운전 제어모드로 상기 비상 내연발전기, 상기 제어 가능한 부하 및 상기 배터리의 운전 및 출력을 스케쥴링하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 배터리 SOC의 기설정된 기준범위는 20% ~ 80%인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 배터리의 SOC가 기준범위의 상한치를 벗어나면, 상기 PCS 효율이 적용된 배터리의 방전량을 산출하는 단계 및 운전 중인 비상 내연발전기를 정지시키고, 상기 산출된 배터리 방전량만큼 기설정된 우선순위에 따라 제어 가능한 부하가 동작되도록 제어하는 단계를 더 포함한다.
또는, 상기 배터리의 SOC가 기준범위의 하한치를 벗어나면, 상기 PCS 효율이 적용된 배터리의 충전량을 산출하는 단계 및 정지된 비상 내연발전기를 운전시키고, 상기 산출된 배터리 충전량만큼 기설정된 우선순위에 따라 제어 가능한 부하가 절치되도록 제어하는 단계를 더 포함한다.
그리고, 상기 배터리의 충전량 및 방전량은 PCS 입력값을 고려하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
이러한 상기 배터리의 충전량 및 방전량은 상기 배터리의 목표 충전량을 설정하고, 하기 식에 의해 PCS 효율이 고려하여 최종 충방전량이 산출되는 것을 특징으로 한다.
SOC(t) = SOC(t-1)+(PCS Charge - PCS Discharge)×TPD
(SOC(t) : 배터리의 목표 충전량 상태, SOC(t-1) : 배터리의 현재(t-1) 충전량 상태, PCS Charge : 전력변환기(PCS)의 입력, PCS Discharge : 전력변환기(PCS)의 출력(배터리 충전량 또는 배터리 방전량), TPD : 산출 타임 주기)
본 발명의 PCS 효율을 고려한 BESS 기반 마이크로그리드 운영장치 및 운영방법은 소규모의 독립된 신재생에너지 단지에서 출력되는 신재생에너지 발전량과 부하량을 예측하여 배터리의 충방전 및 비상 내연발전기 출력과 제어 가능한 부하량을 계획하여 전체적인 부하를 평준화(Load Leveling and Peak Shift) 함으로써 배터리의 SOC를 최적으로 관리할 수 있다.
또한, 배터리의 충방전 횟수를 줄임으로써 마이크로그리드 시스템의 구성 중 가장 고 비용 기기인 배터리의 교체 비용을 획기적으로 줄일 수가 있다.
그리고, PCS의 출력을 계산할 때 기존의 PCS 출력과 상관없이 일정한 입출력 효율을 적용한 계산 방식이 아닌, PCS 출력 크기에 따라 효율이 다르게 나타나도록 적용하여 실제의 설비 특성을 구현한 계산 방식을 적용함으로써, 손실을 고려한 실제 설비 특성이 반영되어 합리적인 PCS 및 에너지 저장장치의 운영이 가능하고, 최종적으로 시스템 운영비용을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드의 운영장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 비상 내연발전기 출력과 예비력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 표 1에 대한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 배터리 출력과 예비력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 운전 제어모드에서의 SOC 회복으로 인한 감소 추이를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 운전 제어모드에서의 SOC 회복으로 인한 증가 추이를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드 운영방법에 대한 흐름도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
본 발명은 PCS의 충방전 효율을 고려하여 각 설비들의 출력 및 운전을 제어함으로써 BESS의 SOC(State of Charge)를 기준범위 내로 유지시켜 최적 운영할 수 있는 PCS 효율을 고려한 BESS 기반 마이크로그리드 운영방법 및 운영장치이다.
PCS(Power Conditioning System)는 정격용량 대비 충방전량에 따라 효율이 달라지며, 특히 정격대비 0~20% 정도의 용량으로 충방전을 할 때 효율이 매우 낮은 특성이 있다.
PCS를 저효율 구간에서 운전하게 되면 전력손실이 많이 발생하기 때문에 마이크로그리드에서 전력생산 비용이 높아질 수가 있다. 기존에는 이러한 것을 고려하지 않았지만, PCS를 가능하면 높은 효율 구간에서 운전하는 것이 중요하다.
이를 위해서는 마이크로그리드 내에서 제어 가능한 설비(디젤발전기, 신재생에너지, 제어 가능한 부하)를 PCS가 높은 효율 구간에서 운전하도록 제어해야 한다.
예를 들어, 디젤발전기의 출력을 제어할 때 PCS의 충방전 효율과 디젤발전기의 출력 효율을 비교하여 디젤발전기의 출력을 결정하는 것이다.
디젤발전기의 출력을 올리면 일반적으로 디젤발전기의 효율이 향상되는데, 이때 PCS의 충전 효율이 변화되는 결과와 비교하여, 최종적으로 종합 효율이 조금이라도 향상되는 방향으로 계산하여 디젤발전기 출력을 제어하는 것이다.
부하(제어 가능한 부하인 경우)를 제어할 경우에도 마찬가지의 과정으로 PCS의 충방전 효율이 향상되는 방향으로 부하의 크기를 제어한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드 운영장치는 배터리의 현재 충전량 상태를 판단하는 SOC(State of Charge) 판단부, 상기 SOC 판단부에서 판단된 배터리의 현재 충전량에 따라 PCS 효율이 고려된 배터리의 충방전, 비상 내연발전기의 출력 및 제어 가능한 부하의 출력을 실시간 스케쥴링하는 스케쥴링부 및 상기 스케쥴링부에 의해 스케쥴링된 상기 배터리의 충방전, 비상 내연발전기의 출력 및 제어 가능한 부하의 출력에 따라 상기 배터리, 비상 내연발전기 및 제어 가능한 부하의 운전을 제어하는 운영 제어부를 포함한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드 운영방법은 배터리의 현재 충전량 상태를 판단하는 SOC(State of Charge) 판단단계, 상기 SOC 판단단계에 의해 판단된 배터리의 현재 충전량 상태에 따라, PCS 효율이 고려된 배터리의 충방전, 비상 내연발전기의 출력 및 제어 가능한 부하의 출력을 실시간 스케쥴링하는 단계 및 상기 스케쥴링하는 단계에 의해 스케쥴링된 상기 배터리의 충방전, 비상 내연발전기의 출력 및 제어 가능한 부하의 출력에 따라 상기 배터리, 비상 내연발전기 및 제어 가능한 부하의 운전을 제어하는 단계를 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로그리드 운영장치 및 운영방법에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드의 개략적인 구성을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드의 운영장치를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 독립형 마이크로그리드는 작은 도서지역 및 고립 지역에서 신재생에너지원을 중심으로 구축된 소규모 전력계통이 될 수 있다.
이러한, 독립형 마이크로그리드는 BESS(Battery Energy Storage System)과 같은 에너지 저장장치(10, 이하 '배터리'라 함), 적어도 하나의 전력변환장치(20, PCS, Power Conditioning System), 비상 내연발전기(30), 풍력, 태양광 등을 이용한 신재생에너지 전원(40), 다수의 부하(50a, 50b), 정보수집장치(60), 데이터 예측장치(70) 및 각 설비들의 출력 및 운전을 제어하기 위한 마이크로그리드 운영장치(100)를 포함한다.
이때, 부하는 상수도 펌프, 비상용 덤프로드 등과 같은 제어 가능한 부하(50a)와 수용가와 같은 제어 불가능한 부하(50b)로 구분될 수 있다.
또한, 정보수집장치(60)는 실시간 기상예보, 각 부하의 부하량, 신재생에너지 전원의 발전량 등의 실시간 이벤트 정보를 수집하는 장치이다.
그리고, 데이터 예측장치(70)는 정보수집장치(60)에서 수집된 실시간 이벤트 정보를 이용하여 기설정주기 단위(장주기 및 단주기 등)로 신재생 에너지 전원 발전 예측량, 부하 예측량, 잔여 부하 예측량 등의 데이터를 예측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드 운영장치(100)는 예측장치(70)에서 예측된 데이터(신재생 에너지 전원 발전 예측량, 부하 예측량, 잔여부하 예측량 등)를 이용하여 각 설비의 운전 및 출력을 스케쥴링하여 제어한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드 운영장치(100)는 스케쥴링부(110) 및 운전 제어부(120)를 포함하며, 스케쥴링부(110)는 비상 내연발전기 스케쥴링부(111), 제어 가능한 부하 스케쥴링부(112), 배터리 스케쥴링부(113) 및 오차범위 판단부(114)를 포함한다.
또한, 배터리 스케쥴링부(113)는 SOC 판단부(210), 배터리 충방전량 산출부(220) 및 PCS 효율 고려부(230)를 포함한다.
본 발명의 마이크로그리드 운영장치(100)는 수요를 공급함과 동시에 배터리의 SOC를 기설정된 기준범위 내에서 유지되도록 각 설비의 출력 및 운전을 제어할 수 있다.
이때, 스케쥴링부(110)는 배터리의 충전량이 기설정된 기준범위에 포함된 경우 배터리 충전량(SOC)이 유지되도록 제어하는 실시간 운전 제어모드로 각 설비들의 운전 및 출력을 스케쥴링하고, 배터리 충전량(SOC)이 기설정된 기준범위를 벗어난 경우, 기설정된 기준범위가 되도록 제어하는 비상 운전 제어모드로 각 설비들의 운전 및 출력을 스케쥴링한다.
이때, 기설정된 기준범위는 SOC가 20~80%가 될 수 있으며, 보다 바람직하게는 50~80%가 될 수 있다.
이를 위해, 스케쥴링부(110)는 배터리 스케쥴링부(113)의 SOC 판단부(210)를 통해, 현재 배터리의 SOC 상태를 판단하고, 판단된 배터리의 SOC에 따라 스케쥴링 제어모드를 선택하여 스케쥴링한다.
실시간 운전 제어모드로 스케쥴링하는 경우, 비상 내연발전기 스케쥴링부(111), 제어 가능한 부하 스케쥴링부(112), 배터리 스케쥴링부(113)는 마이크로그리드 내의 비상 내연발전기의 기동비용과 발전비용의 총합을 최소화시키는 목적함수 및 이를 위한 제약조건들을 이용하여 최적해를 산출한다.
또한, 본 발명의 스케쥴링부(110)는 최적해 산출을 통해 각 설비의 운전 및 출력을 스케쥴링한다.
비상 내연발전기 스케쥴링부(111)는 마이크로그리드 내의 발전설비 중 기동비용 및 연료비용이 책정되는 설비는 비상 내연발전기인 디젤발전기뿐이므로 목적함수는 아래의 수학식 1과 같이 비상 내연 발전기의 연료비용 및 기동비용 총합의 최소화가 될 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00001
여기서,
Figure 112016089457936-pat00002
와
Figure 112016089457936-pat00003
는 i 발전기의 t 시간에서의 발전비용과 기동비용을ㅇ 각각 나타낸다.
그리고,
Figure 112016089457936-pat00004
는 다음의 수학식 2와 같이 정의할 수 잇다.
Figure 112016089457936-pat00005
여기서,
Figure 112016089457936-pat00006
,
Figure 112016089457936-pat00007
,
Figure 112016089457936-pat00008
는 디젤발전기 i의 출력에 따른 비용곡선 함수를 나타내는 값이며,
Figure 112016089457936-pat00009
는 디젤발전기 i가 t 시간에 발전하고 있는 출력을 나타낸다.
수학식 2는 발전비용을 곡성 형태로 나타낸 것이지만, 수학적으로 계산하기 위해서는 구간별 선형식으로 근사화할 수 있다.
발전비용의 구간별 선형화를 위해서는 각 발전기의 출력을 나타내는 변수
Figure 112016089457936-pat00010
를 구간 개수만큼 분할해야하며, 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00011
여기서,
Figure 112016089457936-pat00012
은 발전기 i의 출력 하한,
Figure 112016089457936-pat00013
는 t시간에서의 비상 내연발전기 i의 on/off 상태, 그리고
Figure 112016089457936-pat00014
는 t시간에서의 비상 내연발전기 i의 b구간 출력을 각각 나타낸다.
비상 내연발전기의 출력은 꺼져 있을 때(
Figure 112016089457936-pat00015
)에는 0이 되어야 하고, 켜져 있을 경우(
Figure 112016089457936-pat00016
)에는 발전기의 최소 출력(
Figure 112016089457936-pat00017
) 이상이 되어야 한다.
따라서, 이러한 상황을 제대로 나타내기 위해서는 다음과 같은 제약조건이 추가될 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00018
여기서,
Figure 112016089457936-pat00019
은 i발전기의 구간 b에 해당하는 최대출력이 될 수 있다. 이 때 구간별로 선형화된 연료비용은 다음 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00020
여기서,
Figure 112016089457936-pat00021
은 최소출력(
Figure 112016089457936-pat00022
)에 해당되는 연료비용이고,
Figure 112016089457936-pat00023
는 i발전기의 구간 b에 해당되는 한계비용을 나타낸다.
비상 내연 발전기의 기동비용은 발전기가 정지(off) 상태에서 운전(on) 상태로 바뀔 때만 나타나므로, 다음 수학식 6과 같이 발전기의 기동 여부를 나타내는 변수로 표현할 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00024
여기서,
Figure 112016089457936-pat00025
는 t시간에서의 비상 내열발전기 i가 기동됨을 나타내는 변수이고,
Figure 112016089457936-pat00026
는 비상 내연발전기 i의 기동비용이 될 수 있다.
발전기의 기동비용은 비상 내연발전기가 정지 상태에서 운전 상태로 바뀔 때만 나타난다는 특성이 있다.
다음으로, 실시간 운전 제어모드에 필요한 제약조건들은 크게 비상 내연발전기와 관련된 제약식들과 배터리와 관련된 제약식들로 구분할 수 있다.
먼저 디젤발전기와 관련된 제약조건들은 다음과 같다.
비상 내연발전기의 기동 및 정지 여부를 각각 나타내는 변수
Figure 112016089457936-pat00027
와
Figure 112016089457936-pat00028
는 비상 내연발전기의 on/off 상태를 나타내는 변수
Figure 112016089457936-pat00029
와 밀접한 관계가 있으므로 이를 명시적인 제약조건의 형태로 나타낼 수 있다.
여기서, on/off 상태가 바뀌는 경우는 기동하거나 정지할 때뿐이므로, 기동할 때(
Figure 112016089457936-pat00030
)는 off 상태(
Figure 112016089457936-pat00031
)에서 on 상태(
Figure 112016089457936-pat00032
)로 바뀌고, 정지할 때(
Figure 112016089457936-pat00033
)는 on 상태(
Figure 112016089457936-pat00034
)에서 off 상태(
Figure 112016089457936-pat00035
)로 변하게 되므로, 이를 종합하여 수학식 7을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00036
최소 운전시간 제약의 경우, 한번 기동되었을 경우(
Figure 112016089457936-pat00037
), 적어도 발전기 i의 최소운전시간(
Figure 112016089457936-pat00038
) 이내에는 정지(
Figure 112016089457936-pat00039
)될 수 없다는 특성을 이용하여 다음과 같은 수학식 8로 표현될 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00040
마찬가지로, 최소 정지시간(
Figure 112016089457936-pat00041
)에 대한 제약은 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00042
여기서,
Figure 112016089457936-pat00043
와
Figure 112016089457936-pat00044
는 디젤발전기의 현재 상태를 나타내는 변수이며, 각각 정지상태와 기동상태인 경우 해당 변수가 1이 된다.
또한, MUT와 MDT는 각각 최소 운전시간과 최소 정지시간을 의미한다.
또한, must-run이나 가동불능 상태는 상태변수를 직접 지정하여 해결할 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00045
Figure 112016089457936-pat00046
한편, 발전기 i가 t시간에 제공하는 순동 예비력(
Figure 112016089457936-pat00047
)은 기동상태에서만 가능하다. 그리고, 발전기가 제공할 수 있는 예비력 제공량은 도 3과 같이 발전기 출력과 밀접한 관련이 있다.
이러한 특성을 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112016089457936-pat00048
Figure 112016089457936-pat00049
Figure 112016089457936-pat00050
여기서,
Figure 112016089457936-pat00051
는 t시간에서 i발전기가 제공할 수 있는 최대 예비력을 나타낸다.
또한, 발전기 출력 증감발에 대한 제약은 다음과 같이 이전 시간의 출력과의 차이에 대한 제약식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00052
Figure 112016089457936-pat00053
여기서,
Figure 112016089457936-pat00054
와
Figure 112016089457936-pat00055
는 각각 비상 내연발전기 i의 분당 증발율과 감발율을 나타낸다.
배터리 스케쥴링부(113)는 최적해 산출을 위한 제약조건으로, 배터리의 충전과 방전 여부를 나타내는 이진 변수(
Figure 112016089457936-pat00056
) 및 배터리 출력을 나타내는 변수(
Figure 112016089457936-pat00057
)를 설정하며, 배터리의 출력을 산출할 수 있다.
이때, 배터리를 충전하는 경우 부하로 작용하므로 음(-)의 발전을 하는 것으로 표현하여 배터리 출력을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
비상 내연발전기와 달리 배터리는 최소출력에 대한 제한이 없는 것으로 가정하였다.
Figure 112016089457936-pat00058
Figure 112016089457936-pat00059
Figure 112016089457936-pat00060
여기서,
Figure 112016089457936-pat00061
와
Figure 112016089457936-pat00062
는 방전여부와 배터리의 방전출력 즉, 전력변환기(PCS)의 출력을 나타내고,
Figure 112016089457936-pat00063
와
Figure 112016089457936-pat00064
는 충전여부와 배터리의 충전부하 즉 전력변환기(PCS)의 입력을 나타낸다.
또한,
Figure 112016089457936-pat00065
,
Figure 112016089457936-pat00066
는 배터리 i의 방전 및 충전시 출력 상한을 나타낸다.
비상 내연발전기와 달리, 배터리는 기동정지가 필요하지 않으므로, 단지 충전 및 방전 여부를 나타내는 다음과 같은 이진변수에 대한 제약만 요구된다.
Figure 112016089457936-pat00067
여기서, 연료비용이 없는 배터리의 경제성은 충전시간과 방전시간의 차이로 나타난다. 따라서, 이러한 특성을 반영하기 위하여 배터리에 저장된 에너지 즉, 배터리 충전량 상태(SOC)를 변수(
Figure 112016089457936-pat00068
)로 설정할 수 있다.
또한, 배터리를 충전할 때에는 에너지가 증가하고 방전할 때는 에너지가 감소하므로 종합효율(
Figure 112016089457936-pat00069
)을 반영하여 다음과 같은 수학식 21로 표현될 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00070
배터리 충방전량 산출부(220)는 실시간 운전 제어모드에 따른 스케쥴링 시, 수학식 21을 이용하여 배터리의 충방전량을 산출할 수 있다.
이때, 배터리의 충방전량은 PCS 효율 고려부(230)에 의해 PCS 효율이 고려된 PCS 입력값으로 산출될 수 있다.
PCS 효율 고려부(230)는 마이크로그리드 내의 전력변환기(PCS)의 총 설비용량을 다수의 구간으로 구분하고, 구분된 각 구간별로 PCS 설비용량 대비 출력값인 출력비율(%) 및 PCS 효율(%)을 설정하여 테이블화할 수 있다.
여기서, 출력비율(%) 및 PCS 효율(%)은 각 구간별 출력값에 따른 PCS 효율을 정량적으로 분석하여 테이블화할 수 있으며, 출력이 낮을수록 PCS 효율도 낮은 결과를 가질 수 있다.
PCS 효율 고려부(230)는 배터리 충방전량 산출부(220)에서 1차적으로 산출된 PCS 목표 출력값을 입력받고, 출력비율(%) 및 PCS 효율(%)이 매칭된 테이블 및 아래의 수학식들을 이용하여 최종 PCS 입력값을 배터리 충방전량 산출부(230)로 제공할 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00071
Figure 112016089457936-pat00072
배터리 충방전량 산출부(220)는 최종 PCS 입력값을 최종 배터리의 충방전량으로 스케쥴링한다.
일 예로, PCS 효율 고려부(230)에 의해 아래 표 1과 그에 따른 도 4의 그래프가 완성될 수 있다.
구간 출력비율(%) PCS효율(%) PCS 목표출력값(kW) 최종 PCS 입력값(kW) 구간 기울기
1 2.5 50 12.5 25.0 0.355713
2 5 84.9 25 29.4 0.355713
3 10 90.8 50 55.1 1.024787
4 20 93.8 100 106.6 1.030875
5 30 94.8 150 158.2 1.032361
6 50 95.4 250 262.1 1.038267
7 100 95 500 526.3 1.057045
배터리 충방전량 산출부(220)에서, PCS 목표출력값으로 12.5kW를 산출하면, PCS 효율 고렬부(230)는 수학식 23에서 산출된 PCS 목표출력값 및 매칭되는 효율을 적용하여 최종 PCS 입력값, 25kW를 산출하여 배터리 충방전량 산출부(220)로 전송할 수 있다.
한편, 배터리의 에너지 용량 및 최소에너지 수준은 다음과 같은 제약식으로 표현될 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00073
또한, 배터리의 초기 에너지 상태 및 최종 에너지 요구량은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00074
Figure 112016089457936-pat00075
이때, 배터리의 출력과 예비력의 관계는 도 5와 같은 형태로 가정할 수 있다. 도 5에 도시된 배터리 출력과 예비력의 관계는 다음과 같은 제약식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00076
Figure 112016089457936-pat00077
Figure 112016089457936-pat00078
계통운영과 관련된 제약조건의 정식화를 설명하면 다음과 같다.
손실을 무시한 전력수급조건(power balance)은 PCS 효율이 적용된 발전력의 합이 전체부하(
Figure 112016089457936-pat00079
)와 같다는 조건이 될 수 있다.
이때, 비상 내연발전기와 배터리만을 대상으로 수급조건을 만들기 위해서 수학식 30과 같이, 풍력이나 태양광에 의한 발전량을 제외한 잔여수요(
Figure 112016089457936-pat00080
)를 적용할 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00081
여기서,
Figure 112016089457936-pat00082
는 마이크로그리드 내의 발전량 즉, 비상 내연발전기 및 배터리의 발전량의 총합으로, PCS 효율이 고려된 발전량이 될 수 있다.
이때, 예비력 제약은 각 시간대별로 정해진 수준(
Figure 112016089457936-pat00083
) 이상의 예비력이 확보되어야 한다는 단순한 형태로 다음의 수학식과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00084
여기서,
Figure 112016089457936-pat00085
는 마이크로그리드 내의 총 순동예비력이며,
Figure 112016089457936-pat00086
는 기설정 예비력이 될 수 있다.
제어 가능한 부하 스케쥴링부(112)는 비상 내연발전기 스케쥴링부(111) 및 배터리 스케쥴링부(113)의 최적해 산출에 따라 부하의 출력량을 결정하여 스케쥴링할 수 있다.
한편, 스케쥴링부(110)는 배터리 스케쥴링부(113)의 SOC 판단부(210)에서 현재 배터리 충전량이 기설정 기준범위를 벗어난 것으로 판단하면, 비상 운전 제어모드로 스케쥴링을 수행한다.
또한, 비상 운전 제어모드는 기준범위에서 상한으로 벗어난 경우와 하한으로 벗어난 경우로 구분될 수 있다.
스케쥴링부(110)는 배터리의 현재 충전량 상태가 기설정된 기준범위 보다 높으면, 배터리를 방전시키기 위한 배터리 방전량을 산출하고, 운전 중인 비상 내연발전기를 정지시키며, 산출된 배터리 방전량만큼 기설정된 우선순위에 따라 제어 가능한 부하가 동작되도록 스케쥴링할 수 있다.
한편, 스케쥴링부(110)는 배터리의 현재 충전량 상태가 기설정된 기준범위 보다 낮으면, 배터리를 충전시키기 위한 배터리 충전량을 산출하고, 정지된 비상 내연발전기를 운전시키며, 상기 산출된 배터리 충전량만큼 기설정된 우선순위에 따라 제어 가능한 부하가 절치되도록 스케쥴링한다.
이때, 비상 운전 제어모드에서, 배터리의 방전량 및 충전량은 배터리 충방전 산출부(220)에서 산출할 수 있으며, PCS 효율 고려부(230)에 의해 PCS효율이 고려된 최종 PCS 입력값을 산출할 수 있다.
배터리 충방전량 산출부(220)는 비상 운전 제어모드시, 배터리의 충전량 상태가 기설정된 기준범위가 되도록 목표 충전량 상태를 설정하고, 다음의 수학식을 이용하여 PCS 효율이 고려된 최종 PCS 입력값 즉, 배터리 충전량 또는 배터리 방전량을 산출할 수 있다.
Figure 112016089457936-pat00087
여기서, SOC(t)는 배터리의 목표 충전량 상태, SOC(t-1)는 배터리의 현재(t-1) 충전량 상태, PCS Charge는 전력변환기(PCS)의 입력, PCS Discharge는 전력변환기(PCS)의 출력(배터리 충전량 또는 배터리 방전량), TPD는 산출 타임 주기이다.
예를 들어, 마이크로그리드 내의 전력상황 및 제어 우선순위가 다음의 표 2와 표 3과 같은 경우, 배터리 충방전량 산출부(220)는 수학식 32를 이용하여 배터리 방전량을 산출할 수가 있다.
총 소비전력 100[kW] 배터리 충전(PCS출력) 전력 340[kW]
비상 내연발전기 출력 0[kW] 배터리 충전량 상태(SOC) 85[%]
풍력 발전기 출력(WT) 100[kW] 계통의 총 부하량 450[kW]
태양광 발전기 출력(PV) 350[kW] 수용가 소비전력 110[kW]
펌프 공급전력 10[kW]
Control Priority Device name Current Status Current Output[kW]
1 PV #2 On 150
2 WT #1 On 100
3 PV #1 On 200
4 A/C #1 Off 0
배터리 충방전량 산출부(220)는 현재 SOC가 85%, 목표 SOC가 75%, BESS의 충전 전력이 340kW인 경우, 수학식 30을 통해 PCS 목표 방전 전력 350kW를 산출할 수 있다.
여기서, PCS 목표 방전 전력 350kW은 PCS 효율을 고려한 최종 PCS 입력값이 될 수 있다.
이 경우, 표 3에서 제어 우선순위 2번까지 제어를 하게 되면, 총 350kW의 충전 전력을 감소시킬 수가 있다. 즉, BESS의 현재 충전 전력이 340kW이므로 350kW의 충전 발전력을 정지시키면 최종적으로 BESS에서 방전되는 전력이 10kW가 될 수 있다.
이러한 제어 결과 SOC의 변화를 살펴보면, 도 6과 같이 SOC가 낮아지면서 기설정된 기준범위에 포함될 수가 있다.
한편, 마이크로그리드 내의 전력상황 및 제어 우선순위가 표 4 및 표 5와 같은 경우, 배터리 충방전량 산출부(220)는 수학식 30을 이용하여 배터리 충전량을 산출할 수가 있다.
총 소비전력 110[kW] 배터리 충전(PCS출력) 전력 -60[kW]
비상 내연발전기 출력 70[kW] 배터리 충전량 상태(SOC) 15[%]
풍력 발전기 출력(WT) 0[kW] 계통의 총 부하량 70[kW]
태양광 발전기 출력(PV) 0[kW] 수용가 소비전력 130[kW]
펌프 공급전력 20[kW]
Control Priority Device name Current Status Current Output[kW]
1 DG #1 On 70
2 Pump Mtr On 20
3 WT #1 Off 0
4 WT #2 Off 0
배터리 충방전량 산출부(220)는 현재 SOC가 15%, 목표 SOC가 25%, BESS의 방전 전력이 60[kW]인 경우, 수학식 32를 이용하여 PCS 목표 충전 전력 70kW을 산출할 수 있다.
여기서, PCS 목표 충전 전력 70kW PCS 효율을 고려한 최종 PCS 입력값이 될 수 있다.
표 5를 통해 확인될 수 있듯이, 제어 우선순위 3번까지 제어를 하게 되면, 총 20[kW]의 방전 전력을 정지시키고, 50[kW]의 충전 전력을 온 시킬 수 있다.
이때 WT #1은 동작될 경우 20kW를 즉시 발전할 수 있다고 가정한다. 즉, 최종적으로 BESS에 충전되는 전력은 10kW가 될 수 있다.
제어 결과 SOC 변화를 살펴보면 도 7과 같이, SOC가 높아지면서 기설정된 기준범위에 포함될 수가 있다.
한편, 스케쥴링부(110)는 SOC가 20% 내지 80% 내에 있는 경우 실시간 운전 제어모드에 따른 최적해를 산출하며, 실시간 운전 제어모드 상태에서 20% 내지 80%를 벗어나는 경우 비상 운전 제어모드로 변경하여 최적해 산출을 수행한다.
반면, 스케쥴링부(110)는 비상 운전 제어모드 수행에 의해 SOC가 기준범위 내로 포함되는 경우, 현재 배터리 충전량(SOC)이 기설정된 기준범위의 상한치 보다 기설정치 찾은 제1 비상 운전 해지 기준치에 도달하면, 실시간 운전 제어모드로 동작되도록 제어한다. 즉, 스케쥴링부(110)는 비상 운전모드에 따른 비상 운전 제어부(132)가 동작되고 있는 상태에서, 예를 들어 SOC가 제1 비상 운전 해지 기준치 75%에 도달하면, 실시간 운전 제어모드에 따른 실시간 운전 제어부(131)가 동작되도록 제어한다.
한편, 스케쥴링부(110)는 SOC가 기설정된 기준범위의 하한치 보다 기설정치 높은 제2 비상 운전 해지 기준치에 도달하면, 실시간 운전 제어모드로 동작되도록 제어한다. 즉, 스케쥴링부(110)는 비상 운전모드에 따른 비상 운전 제어부(132)가 동작되고 있는 상태에서, 예를 들어 SOC가 제2 비상 운전 해지 기준치 25%에 도달하면, 실시간 운전 제어모드에 따른 실시간 운전 제어부(131)가 동작되도록 제어된다.
이에 의해, 실시간 운전 제어모드의 SOC 범위(기준범위) 및 비상 운전 제어모드의 SOC 범위(기준범위 벗어난 범위) 사이의 경계영역에 의해 발생될 수 있는 배터리의 충방전 반복을 방지할 수 있다.
오차범위 판단부(114)는 각 스케쥴링부(111,112,113)로부터 산출된 제어 파라미터 즉, 배터리 충방전량, 비상 내연발전기의 발전량 및 제어 가능한 부하의 출력량이 데이터 예측장치(70)에서 예측된 예측량의 오차범위 내에 있는지 판단하고, 오차범위를 벗어나면 스케쥴링부(110)의 최적해 산출과정을 재수행하며, 오차범위에 있는 경우 산출된 각각의 제어 파라미터를 운전 제어부(120)로 전송한다.
운전 제어부(120)는 스케쥴링부(110)의 실시간 운전 제어모드 또는 비상 운전 제어모드에 따라 스케쥴링된 배터리의 충방전, 비상 내연발전기의 출력 및 제어 가능한 부하의 출력에 따라 각 설비의 운전을 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로그리드 운영방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참고하면, 배터리의 SOC가 기준범위에 포함되는지 판단하여(S710), 실시간 운전 제어모드에 따른 스케쥴링 또는 비상 운전 제어보드에 따른 스케쥴링을 수행할 수 있다.
이때, 스케쥴링을 위해, 실시간 기상예보, 각 부하의 부하량, 신재생에너지 전원의 발전량 등의 실시간 이벤트 정보를 통해 기설정 주기 단위(장주기 및 단주기 등)로 예측된 신재생 에너지 전원 발전 예측량, 부하 예측량, 잔여부하 예측량 등의 데이터를 이용하여 스케쥴링을 수행할 수 있다.
다음으로, 현재 배터리의 SOC가 기설정된 기준범위에 포함되면, 실시간 운전 제어모드에 따라, PCS효율을 고려한 최적화 문제를 정식화하고, 그에 따른 제약조건들의 문제풀이(S720)를 통해 최적해를 산출한다. 즉, 각 설비들을 제어하기 위한 실시간 제어 파라미터(배터리의 충방전량, 비상 내연발전기 출력량 및 제어 가능 부하의 출력량)를 산출할 수 있다(S730).
이때, 최적해 산출은 상기의 수학식 1 내지 31을 통해 산출할 수 있다.
다음으로, 산출된 제어 파라미터 즉, 배터리 충방전량, 비상 내연발전기의 발전량 및 제어 가능한 부하의 출력량이 데이터 예측장치(70)에서 예측된 예측량의 오차범위 내에 있는지 판단하고(S740), 오차범위를 벗어나면 S720 및 S730을 통해 최적해 산출과정을 재수행하며, 오차범위에 있는 경우 산출된 각각의 제어 파라미터를 운전 제어부(120)로 전송할 수 있다.
이때, 운전 제어부(120)는 산출된 파라미터에 따라 각 설비들을 실시간 제어할 수 있다.
한편, 현재 배터리의 SOC가 기준범위의 상한치를 벗어나면(S760:Y), 수학식 30을 이용하여 PCS 효율이 적용된 배터리 방전량을 산출하고(S770), 비상 내연발전기를 정지시키며, 산출된 배터리 방전량만큼 기설정된 우선순위에 따라 제어 가능한 부하가 동작되도록 제어한다(S780).
이때, 비상 운전 제어모드에 따라 SOC가 하한되어 목표 SOC(제1 비상 운전 해지 기준치) 이하가 되면(S790), 실시간 운전 제어모드 즉, S720 단계로 동작되도록 제어된다.
한편, 비상 운전 제어모드에도 SOC가 하한되지 않으면 수동모드로 PCS 출력값을 조절하여 제어한다.
그리고, 현재 배터리의 SOC가 기준범위의 하한치를 벗어나면(S760:N), 수학식 32를 이용하여 PCS 효율이 적용된 배터리 충전량을 산출하고(S800), 비상 내연발전기를 동작시키며, 산출된 배터리 충전량만큼 기설정된 우선순위에 따라 제어 가능한 부하가 절체되도록 제어한다(S810).
이때, 비상 운전 제어모드에 따라, SOC가 하한되어 목표 SOC(제2 비상 운전 해지 기준치) 이상이 되면(S820), 실시간 운전 제어모드 즉, S720 단계로 동작되도록 제어한다.
한편, 비상 운전 제어모드에도 SOC가 하한되지 않으면 수동모드로 PCS 출력값을 조절하여 제어한다.
결과적으로, 마이크로그리드의 전체적인 부하를 평준화(Load Leveling and Peak Shift)시켜 배터리의 SOC를 최적으로 관리할 수가 있다.
또한, 배터리의 충반전 횟수를 줄임으로써 마이크로그리드 시스템이 구성 중 가장 고 비용 기기인 배터리의 교체비용을 획기적으로 줄일 수가 있다.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
100 : 마이크로그리드 운영장치
110 : 스케쥴링부
111 : 비상 내연발전기 스케쥴링부
112 : 제어 가능한 부하 스케쥴링부
113 : 배터리 스케쥴링부
210 : SOC 판단부
220 : 충방전량 산출부
230 : PCS 효율 고려부
114 : 오차범위 판단부
120 : 운전 제어부
121 : 실시간 운전 제어부
122 : 비상 운전 제어부

Claims (18)

  1. 마이크로그리드 내에 운영되는 비상 내연발전기, 제어 가능한 부하 및 배터리의 출력을 스케쥴링하는 스케쥴링부; 및
    상기 스케쥴링부에 의해 스케쥴링된 상기 배터리의 충방전, 상기 비상 내연발전기의 출력 및 상기 제어 가능한 부하의 출력에 따라 상기 배터리, 상기 비상 내연발전기 및 상기 제어 가능한 부하의 운전을 제어하는 운전 제어부를 포함하고,
    상기 스케쥴링부는 비상 내연발전기 스케쥴링부, 제어 가능한 부하 스케쥴링부 및 배터리 스케쥴링부를 포함하여, PCS(Power Conditioning System)의 효율을 고려하여 상기 배터리의 SOC(State of Charge)가 기설정된 범위 내에서 유지되도록 충방전을 스케쥴링하며,
    상기 배터리 스케쥴링부는,
    상기 배터리의 현재 SOC(State of Charge)를 판단하는 SOC 판단부;
    상기 배터리의 충방전량을 산출하는 배터리 충방전량 산출부; 및
    상기 배터리 충방전량 산출부에서 산출된 PCS 목표 출력값을 입력받아 최종 PCS 입력값을 산출하여 상기 배터리 충방전량 산출부로 제공하는 PCS 효율 고려부를 포함하고,
    상기 배터리 충방전량 산출부는 상기 배터리에 충전되어 있는 충전량(SOC)이 기설정된 기준범위를 벗어나는 경우, 비상 운전 제어모드에 의해 상기 배터리의 목표 충전량을 설정하고, 하기 식에 의해 PCS 효율이 고려된 최종 충방전량을 산출하는 것을 특징으로 하는 PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영장치.
    SOC(t) = SOC(t-1)+(PCS Charge - PCS Discharge)×TPD
    (SOC(t) : 배터리의 목표 충전량 상태, SOC(t-1) : 배터리의 현재(t-1) 충전량 상태, PCS Charge : 전력변환기(PCS)의 입력, PCS Discharge : 전력변환기(PCS)의 출력(배터리 충전량 또는 배터리 방전량), TPD : 산출 타임 주기)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 스케쥴링부는 상기 배터리에 충전되어 있는 충전량(SOC)이 기설정된 기준범위에 포함되는 경우, 상기 충전량(SOC)이 유지되도록 실시간 운전 제어모드로 상기 비상 내연발전기, 상기 제어 가능한 부하 및 상기 배터리의 운전 및 출력을 스케쥴링하는 것을 특징으로 하는,
    PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    기설정된 상기 배터리에 충전되어 있는 충전량(SOC)의 기준범위는 SOC 20% ~ 80%인 것을 특징으로 하는,
    PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 실시간 운전 제어모드로 스케쥴링하는 경우, 상기 비상 내연발전기 스케쥴링부, 상기 제어 가능한 부하 스케쥴링부 및 상기 배터리 스케쥴링부는 상기 마이크로그리드 내의 비상 내연발전기의 기동비용과 발전비용의 총합을 최소화시키는 목적함수 및 상기 목적함수를 위한 제약조건을 이용하여 최적해를 산출함으로써 상기 비상 내연발전기, 상기 제어 가능한 부하 및 상기 배터리의 출력을 스케쥴링하는 것을 특징으로 하는,
    PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 스케쥴링부는 상기 배터리에 충전되어 있는 충전량(SOC)이 기설정된 기준범위보다 높으면, 상기 배터리를 방전시키기 위한 배터리 방전량을 산출하고, 운전 중인 비상 내연발전기를 정지시키며, 상기 산출된 배터리 방전량만큼 기설정된 우선순위에 따라 제어 가능한 부하가 동작되도록 스케쥴링하는 것을 특징으로 하는,
    PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 스케쥴링부는 상기 배터리에 충전되어 있는 충전량(SOC)이 기설정된 기준범위보다 낮으면, 상기 배터리를 충전시키기 위한 배터리 충전량을 산출하고, 정지된 비상 내연발전기를 운전시키며, 상기 산출된 배터리 충전량만큼 기설정된 우선순위에 따라 제어 가능한 부하가 절치되도록 스케쥴링하는 것을 특징으로 하는,
    PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영장치.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    기설정된 상기 배터리에 충전되어 있는 충전량(SOC)의 기준범위는 SOC 20% ~ 80%인 것을 특징으로 하는,
    PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영장치.
  12. 마이크로그리드 내에 운영되는 배터리의 SOC(State of Charge)가 기준범위에 포함되는지 판단하는 단계;
    상기 배터리의 SOC가 기설정된 기준범위에 포함되면, 상기 마이크로그리드 내의 비상 내연발전기의 기동비용과 발전비용의 총합을 최소화시키는 목적함수 및 상기 목적함수를 위한 제약조건을 이용하여 최적해를 산출하는 단계; 및
    상기 최적해에 의해 PCS(Power Conditioning System)의 효율을 고려하여 상기 마이크로그리드 내의 비상 내연발전기, 제어 가능한 부하 및 상기 배터리의 출력량을 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 배터리의 SOC가 기설정된 기준범위를 벗어나면, PCS 입력값을 고려하여 배터리의 충전량 및 방전량을 산출하되,
    상기 배터리의 충전량 및 방전량은 상기 배터리의 목표 충전량을 설정하고, 하기 식에 의해 PCS 효율이 고려하여 최종 충방전량을 산출하는 것을 특징으로 하는 PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영방법.
    SOC(t) = SOC(t-1)+(PCS Charge - PCS Discharge)×TPD
    (SOC(t) : 배터리의 목표 충전량 상태, SOC(t-1) : 배터리의 현재(t-1) 충전량 상태, PCS Charge : 전력변환기(PCS)의 입력, PCS Discharge : 전력변환기(PCS)의 출력(배터리 충전량 또는 배터리 방전량), TPD : 산출 타임 주기)
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 배터리의 SOC가 기준범위에 포함되는 경우, 상기 배터리의 충전량이 유지되도록 하는 실시간 운전 제어모드로 상기 비상 내연발전기, 상기 제어 가능한 부하 및 상기 배터리의 운전 및 출력을 스케쥴링하는 것을 특징으로 하는,
    PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 배터리 SOC의 기설정된 기준범위는 20% ~ 80%인 것을 특징으로 하는,
    PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 배터리의 SOC가 기준범위의 상한치를 벗어나면, 상기 PCS 효율이 적용된 배터리의 방전량을 산출하는 단계; 및
    운전 중인 비상 내연발전기를 정지시키고, 상기 산출된 배터리 방전량만큼 기설정된 우선순위에 따라 제어 가능한 부하가 동작되도록 제어하는 단계를 더 포함하는,
    PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영방법.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 배터리의 SOC가 기준범위의 하한치를 벗어나면, 상기 PCS 효율이 적용된 배터리의 충전량을 산출하는 단계; 및
    정지된 비상 내연발전기를 운전시키고, 상기 산출된 배터리 충전량만큼 기설정된 우선순위에 따라 제어 가능한 부하가 절치되도록 제어하는 단계를 더 포함하는,
    PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영방법.
  17. 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
    상기 배터리 SOC의 기설정된 기준범위는 20% ~ 80%인 것을 특징으로 하는,
    PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영방법.
  18. 삭제
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