KR101802038B1 - 에너지 저장시스템의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 에너지 저장시스템의 제어방법에는, 상기 배터리의 충전구간에서 완전 충전되도록 하는 충전모드; 및 상기 배터리의 방전구간에서 완전 방전되도록 하는 방전모드가 자동으로 수행되는 것이 포함되고, 이에 따르면, 전력요금이 절약 및 시스템의 열화방지의 효과를 달성할 수 있다.

Description

에너지 저장시스템의 제어방법{Controlling method for ESS}

본 발명은 에너지 저장시스템의 제어방법에 관한 것으로서, 상세하게는, 계통, 부하, 및 배터리가 스위치로 연결되어 전력공급이 서로 스위칭되는 에너지 저장시스템의 제어방법에 관한 것이다.

산업용 및 교육용 고압 전력의 전기요금 체계는, 기본요금, 전력량요금, 및 역률요금으로 이루어진다.

상기 기본요금은 검침 당월을 포함하는, 특정한 몇 개월의 최대수요전력을 기준으로 한다. 상기 최대수요전력은 경부하의 시간대는 산정하지 않고, 평균사용전력량이 최대인 15분간의 평균전력량으로 한다. 이때의 시간 기준은 한전 전력량계의 시간대를 기준으로 산정한다.

상기 전력량요금은 경부하/중간부하/최대부하 시간대의 소비전력량과 전력단가를 기준으로 산정한다.

상기 전기요금 체계하에서, 가급적 전력요금을 낮추는 기술은 이하와 같은 기술이 알려진 바가 있다.

먼저, 상기 기본요금의 산정에 기준이 되는 상기 최대수요전력을 낮추는 것으로써 전력요금을 낮출 수 있다. 이 기술을 첨두부하저감기술(peak shaving)이라고 한다. 또 다른 방편으로 상기 전력량요금을 낮출 수 있다. 이를 위하여, 전력 단가가 낮은 경부하 시간에 충전하고, 전력 단가가 비싼 중간부하 또는 최대부하 시간대에 방전하여 전력량요금을 낮추는 기술이 있다. 이를 부하조절기술(load leveling)이라고 한다.

상기 첨두부하저감기술 및 상기 부하조절기술은 전력 수요처의 전력요금에 이로울뿐만 아니라, 전력 공급처의 입장에서도 이롭다. 이는 전력 수요량은 하루 및 계절을 주기로 할 때, 일정한 패턴으로 달라짐에 반하여, 전력 공급량을 상기 주기에 맞추어서 변경하는 것이 어렵기 때문이다. 따라서, 상기 전력 수요량을 가급적 전력 공급량과 유사한 레벨로 맞추는 것은 전력산업 전체로 볼 때에도 이롭다고 할 수 있다.

상기되는 전력수요량의 조절방법으로는 WO2013125909호, 전력저장장치 스케줄링장치 및 방법이 제안된 바가 있다. 상기 방법은 다수의 노드와 통신을 수행하여 주기적으로 각각의 전력저장장치를 제어함으로써, 효율적인 전력저장방안을 구축하는 것에 있어서 그 특징이 있다. 또한, 소정 지역에 놓이는 다수의 전력저장장치를 통합운영하는 것에 주안점을 둔 것이다.

이러한 광역에 이르는 지역적 한계점으로 인하여, 특정한 어느 하나의 산업현장 및 교육현장에 최적으로 동작될 수 있는 에너지 저장시스템의 제어방법으로는 한계가 있다. 예를 들어, 완전충전 후 완전방전이 아닌, 충전과 방전을 수시로 수행하기 때문에 배터리의 수명이 줄어드는 문제점이 있다. 전력변환장치(PCS: Power Control System)에 계속해서 로드가 걸리는 시스템이기 때문에 시스템 부하의 관리측면에서 바람직하지 않다. 첨두부하저감기술에 우선한 것으로서 부하조절기술을 적절히 활용하지 못하는 한계점이 있다.

WO2013125909호, 전력저장장치 스케줄링장치 및 방법

본 발명은 상기되는 문제점에 바탕한 것으로서, 충전과 방전이 소정의 주기를 기준으로 완전충전과 완전방전으로 수행됨으로써 배터리의 수명을 늘리는 에너지 저장시스템의 제어방법을 제안한다.

본 발명은 전력변환장치의 시스템 부하를 줄여서 전력변환장치의 수명을 연장할 수 있는 에너지 저장시스템의 제어방법를 제안한다.

본 발명은 첨두부하저감기술 및 부하조절기술이 함께 운영되도록 하여 전력요금을 최소화할 수 있는 에너지 저장시스템의 제어방법을 제안한다.

본 발명에서는, 간헐적인 충방전을 억제하여 배터리의 수명을 늘리기 위하여, 상기 배터리의 충전구간에서 완전 충전되도록 하는 충전모드; 및 상기 배터리의 방전구간에서 완전 방전되도록 하는 방전모드가 자동으로 수행된다. 이때, 상기 충전모드에서는 방전이 수행되지 않고, 상기 방전모드에서는 충전이 수행되지 않는다.

상기 방전 구간에는, 상기 전력변환장치의 정격방전으로, 상기 배터리 잔여량을 방출할 때의 정격방전지속시간을 구하는 것; 및 상기 방전구간의 남은 시간이 상기 정격방전지속시간에 이르렀을 때 상기 전력변환장치의 정격방전으로 배터리를 방전한다.

상기 충전모드에서는, 상기 충전구간의 시간에 바탕하여 충전을 수행하는 정상충전구간; 및 상기 정상충전구간에 이어서 상기 전력변환장치의 정격충전용량으로 충전하는 급속충전구간이 포함된다.

본 발명은 전력변환장치의 시스템 부하를 줄여서 전력변환장치의 수명을 연장하기 위하여, 상기 정상충전구간 및 상기 급속충전구간의 수행 중에 상기 완전충전에 이른 경우에는, 상기 전력변환장치가 대기모드로 진입하고, 상기 대기모드가 일정시간 지속되는 때에는 상기 전력변환장치를 정지모드로 진입시킨다.

또한, 상기 충전구간이 종료되기 일정 시간 전에 상기 전력변환장치를 기동시키도록 제어한다.

또한, 상기 단위방전전력이 상기 전력변환장치의 정격방전용량보다 크면 상기 전력변환장치의 정격방전용량으로 방전하고, 그렇지 않으면 상기 단위방전전력으로 방전한다.

본 발명은 첨두부하저감기술 및 부하조절기술이 함께 운영되도록 하여 전력요금을 최소화하기 위하여, 상기 예측전력이 목표전력을 넘어서는 경우에, 현재 이전의 제 1 시간 동안에 모자랐던 방전전력량을 획득하고, 상기 방전전력량을 현재 이후의 제 2 시간 동안에 상기 배터리부터 방출하는 단위방전전력을 획득하여, 상기 단위방전전력으로 상기 제 2 시간 동안 방전한다.

이때, 상기 제 1 시간은 상기 제 2 시간에 비하여 크거나 같을 수 있다.

다른 방법으로서, 제 1 시간 동안 상기 부하에서 소비되는 소비전력량과, 상기 제 1 시간 동안 목표로 하는 목표전력량을 획득하여, 상기 소비전력량이 상기 목표전력량을 넘어서는 경우에, 상기 소비전력량과 상기 목표전력량의 차이만큼의 전력을 제 2 시간 동안 방전해야 하는 단위방전전력을 획득하여, 상기 단위방전전력으로 상기 제 2 시간 동안 방전한다.

에너지 저장 시스템의 다양한 이용을 위하여, 운용자가 스케줄을 입력하지 않은 구간이 있는 경우에 그 구간에도 상기되는 자동운전모드가 적용되어 운용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 완전충전과 완전방전이 수행됨으로써 배터리의 수명과 함께 배터리 사용효율을 연장할 수 있다.

본 발명은 전력변환장치의 시스템 부하와 불필요한 온오프 동작을 줄여서 전력변환장치의 수명을 연장할 수 있다.

본 발명은 첨두부하저감기술 및 부하조절기술이 함께 적절히 운영되도록 하여 전력요금을 최소화할 수 있는 에너지 저장시스템의 제어방법을 제안한다.

도 1은 에너지 저장시스템의 운용을 간단히 나타내는 블록도.
도 2는 전력수요 및 전력공급의 예시적인 선도.
도 3은 자동운전모드에서 충전모드 제어방법 설명하는 도면.
도 4는 자동운전모드에서 방전모드 제어방법의 일 실시예.
도 5는 자동운전모드에서 방전모드 제어방법의 다른 실시예.
도 6은 자동운전모드에서 방전모드 제어방법의 더 다른 실시예.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 사상이 이하에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

실시예는 배터리의 충전과 방전을 적극적으로 제어하는 것을 그 일 특징으로 하고 있다.

상기 배터리는 잦은 충전과 방전 작용에 의해서 배터리의 전체적인 수명이 줄어드는 영향이 있다. 이뿐만 아니라, 배터리는 충전량이 최대 충전량(SOCmax)을 넘어서는 경우에 배터리가 과열되고 불가역적으로 동작할 수 있다. 또한 상기 충전량이 최소 충전량(SOCmin)의 이하가 되는 경우에는 배터리가 열화하고 회복불능의 상태가 될 수 있다. 실시예에서는 이러한 문제점을 감안하여, 배터리의 충전과 방전이 배터리의 충전량(SOC: State Of Charge)의 상한 및 하한 이내의 일정 범위 내로 제한되는 상태로 수행되도록 하는 것에 그 일 특징이 있다.

도 1은 에너지 저장시스템의 운용을 간단히 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 외부의 전력공급원으로 제공되는 계통(1)과, 시스템이 관할하는 전력수요처로서 부하(3)와, 에너지 저장시스템의 에너지 저장원인 배터리(2)와, 상기 계통(1), 부하(3), 및 배터리(2)의 전력분배를 제어하는 전력변환장치(PCS)(4)와, 상기 전력변환장치(4)를 제어하는 제어부(5)가 포함될 수 있다.

상기 제어부(5)에는 소정의 통신수단과 연산수단과 메모리가 제공된다. 상기 제어부(5)는, 상기 통신수단으로부터 획득되는 정보를 상기 연산수단으로 처리하여 상기 각 구성요소들을 제어할 수 있다. 상기 메모리에는 제어부(5)의 동작에 필요한 다양한 정보가 저장될 수 있다. 상기 전력변환장치(4)에는 스위치가 포함되어 전력의 공급방향이 절환되도록 할 수 있다.

상기 제어부의 제어 하에서, 상기 부하(3)의 변동에 적극적으로 대응하면서도 전력요금은 절감할 수 있다.

도 2는 전력수요 및 전력공급의 예시적인 선도이다.

도 2를 참조하면, 곡선으로 제시되는 선은 부하(3)의 변동을 나타내는 선으로서 부하 변동선이라고 할 수 있다. 상기 배터리(2)에서 관찰할 때, "A"구간은 충전구간으로서 경부하구간이고, "C"구간은 방전구간으로서 최대부하구간이고, "B"구간은 배터리의 대기구간으로서 중간부하구간으로 예상할 수 있다. 상기 대기구간에서는 충전 또는 방전이 일어나지 않을 수 있다.

상기 부하변동선을 참조할 때 "C"구간에서 부하가 최대로 되고, "A"구간에서 부하가 최소로 되는 것을 볼 수 있다.

이에 대응하기 위하여, 상기 "A" 구간에서는 상기 배터리(2)를 충전하고, 상기 "C" 구간에는 상기 배터리(2)를 방전하여 부하(3)로 공급할 수 있다. 음영처리된 블록은 "A"구간은 "C"구간을 합한 것과 대략 동일할 것이다. 이에 따르면, 최대수요전력(peak)은 peak1에서 peak2로 떨어진다. 따라서 상기 첨두부하저감기술이 작동된 것을 볼 수 있다. 또한, "C" 구간의 전력요금이 "A" 구간의 전력요금에 비하여 비싸다면 상기 부하조절기술도 조절된 것을 알 수 있다.

상기되는 선도는 상기 제어부(5)의 제어하에서 자동으로 동작할 수 있다.

도 2에 있어서, 충전구간에 적용되는 자동운전모드를 도 3에 도시되는 충전모드 제어방법을 참조하여 설명한다.

상기 충전모드 제어방법은 배터리(2)의 최대 충전량(SOCmax)까지, 전력변환장치(4), 및 배터리(2) 등 에너지 저장시스템의 부담이 없이 충전이 수행되도록 한다. 이를 위하여, 충전모드는 경부하구간의 종료시각에서 일정 시간 전까지는 설정된 충전전력으로 배터리를 충전하고, 일정 시간 이후부터는 최대전력으로 충전할 수 있다. 여기서 일정 시간은 경부하 종료 10분 전으로 설정할 수 있다.

또한, 상기 전력변환잔치(4)의 대기 상태가 일정시간 지속 될 때에는 전력변환장치(4)를 정지시킬 수 있다. 이에 따르면, 전력변환장치(4)가 정지상태로 전환하기 때문에, 필요없는 전력을 낭비하고 시스템이 안정된 상태로 유지되도록 할 수 있다. 여기서 대기 상태의 지속시간은 5분으로 설정할 수 있다.

도 3을 참조하여 더 상세하게 설명한다.

상기 경부하구간에 상기 충전모드가 시작된다. 이때, 전력공급처의 경부하 공급시간이 개시되더라도 일별 운영 이력의 산출의 편의를 도모하기 위하여, 상기 충전모드는 경부하 공급시간에서 소정 시간의 이후로 설정할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력공급처의 경부하 공급시간이 23시 일 때, 충전모드의 개시 시간은 0시로 설정할 수 있다.

상기 경부하 개시시간이 개시되면, 정상충전구간인가를 판단한다(S1). 상기 정상충전구간에 공급되는 전력은, 상기 경부하시간의 전체 시간 동안에 상기 배터리를 만충시킬 수 있는 충전전력으로 상기 배터리(2)를 충전한다.

상기 정상충전구간에 대하여 예를 들어 설명한다. 상기 전력변환장치(4)의 정격용량이 1MW이고, 상기 배터리(2)의 용량이 2MWh이고, 경부하시간이 0-9시간이라면, 상기 정상충전구간에서는 2MWh의 배터리를 7시간(경부하시간보다 일정시간 짧은 시간)에 만충시킬 수 있는 대략 300kW로 충전할 수 있다. 상기 정상충전구간인가의 판단단계(S1)는 30초를 주기로 하여 연속적으로 수행될 수 있다.

상기 정상충전구간을 수행함으로써, 시스템의 부담없이 서서히 배터리가 충전될 수 있다.

상기 정상충전구간인가의 판단단계(S1)에서 정상충전구간으로 판단되면, 배터리의 현재 충전량(SOC)이 배터리의 최대 충전량(SOCmax)인가를 판단한다(S4). 상기 배터리의 충전량 판단단계(S4)의 판단결과, 배터리의 현재 충전량이 배터리의 최대 충전량을 넘어서지 않는 경우에는 계속해서 설정된 전력으로 충전하고(S5), 배터리의 현재 충전량이 배터리의 최대 충전량을 넘어서는 경우에는 전력변환장치(4)를 대기상태로 한다(S6).

실제 배터리의 충전량은 외부조건에 의해서 가변될 수 있다. 그러므로, 상기 정상충전구간에서도 배터리의 상태를 계속해서 판단하여 상기 최대 충전량이 초과하지 않도록 제어할 필요가 있을 수 있다.

이후에는, 상기 전력변환장치의 대기상태(S6)가 일정시간 지속하는 경우에는(S7), 배터리를 보호하고 불필요한 동작을 방지하기 위하여 전력변환장치(4)를 정시시킨다(S8). 여기서 전력변환장치의 대기상태 지속시간은 5분으로 설정할 수 있다.

상기 정상충전구간인가의 판단단계(S1)에서 정상충전구간이 아닌 것으로 판단되는 경우, 예를 들어 경부하의 종료시간 2시간 전으로 설정할 수 있는 것을 설명한 바가 있다. 이는 경부하시간(0-9시간)이 종료되기 일정 시간 전이면서, 상기 최대 충전량이 이르지 않은 경우에는 신속하게 배터리를 최대 충전량까지 급속 충전하도록 하기 위한 것이다.

상기 급속충전구간인가의 판단단계(S2)에서 급속충전구간으로 판단되면, 배터리의 최대 충전량(SOCmax)에 이르렀지는를 더 판단하여(S9), 배터리의 충전량이 최대 충전량에 이르렀을 때에는 다시금 전력변환장치(4)를 대기모드로 진입하고(S7), 이후에 전력변환장치의 정지단계(S8)로 진입한다. 그러나, 상기 배터리의 최대 충전량 판단단계(S9)에서 배터리(2)가 최대 충전량에 이르지 않았을 때에는 전력변환장치(4)의 정격충전용량을 충전한다. 예를 들어 상기 전력변환장치(4)의 정격출력이 1MW인 경우에는 1MW로 배터리를 급속으로 충전한다.

정상충전구간인가의 판단단계(S1), 급속충전구간인가의 판단단계(S2)에서 모두 그에 해당하지 않는 경우에는, 경부하시간 종료 일정 시간 전으로 전력변환장치(4)의 기동을 준비한다(S3). 여기서, 일정 시간은 5분으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 경부하가 9시에 종료하는 경우에는, 8시 55분에 상기 경부하 종료 판단단계(S3)에서 경부하 종료단계에 이른 것으로 판단한다. 이후에는, 전력변환장치를 기동시키는 단계(S11)로 진행할 수 있다.

이에 따르면 충전모드의 종료 전에 방전모드로 전력변환장치를 부담없이 진행시킬 수 있다.

상기 충전모드에 따르면, 배터리를 항상 만충전(최대 충전) 단계에까지 이르게 할 수 있다. 에너지 저장장치의 충전용량을 두 단계로 조절함으로써 시스템이 안정적으로 동작할 수 있다. 전력변환장치의 동작이 필요없는 때에는 전력변환장치를 오프상태로 제어함으로써 시스템의 필요없는 동작을 방지할 수 있는데, 예를 들어 발열에 의한 제품의 오작동을 방지할 수 있다.

이하에서는 도 2에서 방전구간에 적용되는 자동운전모드를 설명한다.

상기 방전구간에 적용되는 자동운전모드에서는, 계통(1)으로부터 공급되는 최대수요전력(peak)이 목표전력을 넘어서지 않도록 하는 방전모드, 및 방전구간의 종료 전에 남아 있는 활용할 수 있는 배터리의 전력을 모두 방전할 수 있는 방전모드가 구현될 수 있는 것에 일 특징이 있다. 상기되는 각각의 방전모드는 상기 방전구간에 함께 동작될 수 있다. 상기 방전모드는 상기 방전구간에 전체적으로 함께 동작될 수 있다.

상기 계통으로부터 공급되는 목표전력의 이하로 관리되도록 하는 방법으로는, 최대수요전력감시제어장치(DC: Demand Controller)를 이용하는 방전모드와, 계량기 또는 계전기를 이용하는 방전모드가 있다. 상기 계량기 또는 상기 계전기를 이용하는 방전모드는 최대수요전력감시제어장치가 없는 경우에 이용할 수 있다. 상기 방전구간에 배터리의 전력을 모두 방전하는 것은, 경부하 시작시간을 기준으로 할 때 일정 시간 전에 시작할 수 있다.

먼저, 상기 도 2에서 방전구간에 적용되는 자동운전모드 중에서 상기 최대수요전력감지제어장치를 이용하는 방전모드를, 도 4에 도시되는 방전모드 제어방법을 참조하여 설명한다.

도 4를 참조하면, 전력 공급처로부터 제공되는 최대수요전력감시제어장치(DC)로부터 예측전력을 전달받는다. 이때, 상기 예측전력은 매초 제공될 수 있고, 15분 구간의 누적값으로서 제공될 수 있다. 상기 15분 구간의 누적값은 기본요금의 산정시에 반영되는 목표전력이 될 수 있다.

상기 예측전력이 목표전력을 초과하는 지를 판단하여(S31), 초과하지 않는 경우에는 배터리(2)의 방전을 수행하지 않고 끝낼 수 있다. 여기서, 상기 목표전력은 전력공급처와 전력수요처가 약정한 최대수요전력일 수 있다.

상기 예측전력과 상기 목표전력의 비교단계(S31)에서, 예측전력이 목표전력을 초과하는 경우에는, 방전전력량을 계산한 다음에(S32), 상기 방전전력량을 이용하여 단위방전전력을 알아낸다(S33). 여기서, 상기 방전전력량은 기준시간(여기서, 15분 안의 어느 시점의 현재 시간일 수 있다)까지의 누적에 대한 값이다. 따라서, 배터리(2)가 방전해야 하는 상기 방전전력량은 (예측전력(kW)-목표전력(kW))×기준시간(분)/60으로 계산할 수 있다.

예를 들어, 상기 예측전력이 3050kW이고, 목표전력이 3000kW이고, 기준시간이 6분인 경우에는, 상기 방전전력량은 5kWh이다. 다시 말하면, 상기 예측전력은 현재 시점인 기준시간 동안 누적된 값으로서 상기 예측전력이 6분 동안 평균 50kW만큼 초과하는 것을 의미한다.

상기 방전전력량을 참조하여 상기 단위방전전력을 알아낼 수 있다. 상기 최대수요전력감지제어장치를 이용하는 방전모드는 30초를 주기로 하여 수행될 수 있다. 따라서, 상기 방전전력량을 30초 동안 출력하는 것으로 이해할 수 있다. 상기 단위방전전력은 방전전력량(kWh)×기준시간(분)/0.5(분)으로 계산할 수 있다.

예를 들어, 상기 방전전력량이 5kWh이고, 기준시간이 6분이므로, 단위방전전력은 600kWh로 계산될 수 있다. 상기 단위방전전력은 현재 시점인 기준시간의 범위(6분간)에 예측전력과 목표전력의 차에 해당하는 값을 30초 안에 배터리에서 방출하는 것으로 이해할 수 있다. 이 경우에는, 이전에도 마찬가지로 방전을 하였을 것이므로, 직전 30초 동안에 상당히 많은 양의 전력소모가 있었던 것으로 예상할 수 있다.

이후에는 상기 단위방전전력과 상기 전력변환장치의 정격전력을 비교한다(S34). 상기 비교결과(S34), 상기 단위방전전력이 상기 전력변환장치의 정격전력보가 크면 전력변환장치의 정격방전으로 배터리를 방전하고(S36), 그렇지 않으면 상기 단위방전전력으로 배터리를 방전한다(S35).

이로써, 정격전력을 넘는 방전작용이 일어나지 않아서 시스템에 무리가 발생하지 않도록 할 수 있다. 또한, 현재까지 모자라는 배터리의 방전량은 다음 주기에서 추가적으로 방전을 실시할 수도 있다.

다음으로, 상기 도 2에서 방전구간에 적용되는 자동운전모드 중에서 상기 계량기 또는 계전기를 이용하는 방전모드를, 도 5에 도시되는 방전모드 제어방법을 참조하여 설명한다. 본 방전모드 제어방법은 30초를 주기로 하여 수행될 수 있다.

도 5를 참조하면, 먼저 목표전력량(kWh)를 구하고(S41), 소비전력량(kWh)를 구한다(S42).

상기 목표전력량은 현재 기준시간까지의 목표전력의 누적량을 나타낸다. 따라서, 상기 목표전력량은 목표전력(kWh)×기준시간(분)/60으로 구해질 수 있다. 소비전력량은 기준시간이 시작된 시점으로부터 기준시간(현재 시간이다)까지의 누적 유효전력량이다.

따라서, 상기 소비전력량은 기준시간 유효전력량(kWh)-기준시간의 시작시각의 유효전력량(kWh)으로 구해질 수 있다. 상기 유효전력량은 현장에 설치되는 계전기 또는 계량기에 의해서 측정될 수 있고, 상기 목표전력량은 전력 공급처와 전력 수요처 간의 약정에 의해서 미리 정해지는 것에 의해서 산출될 수 있다.

상기 목표전력량(kWh)과 상기 소비전력량(kWh)이 구하여지면, 상기 두 값을 비교한다(S43). 상기 목표전력량과 상기 소비전력량을 비교하여, 소비전력량이 크면, 배터리로부터의 방전이 필요없는 것으로서, 현재 방전모드 제어방법의 주기는 바로 종료할 수 있다.

그러나, 상기 목표전력량과 상기 소비전력량을 비교하여 상기 목표전력량이 크면 배터리를 단위방전전력으로 방전해야 하고, 먼저 단위방전전력을 구하는 단계(S44)로 이행한다.

본 방전모드의 제어방법은 30초를 주기로 하여 수행된다. 상기 소비전력량이 상기 목표전력량을 초과하는 값만큼의 방전전력량을, 배터리로부터 30초 동안 출력하는 것으로 이해할 수 있다. 그러면, 상기 단위방전전력은 (소비전력량(kWh)-목표전력량(kWh))×기준시간(분)/0.5(분)으로 계산할 수 있다.

예를 들어, 상기 기준시간 유효전력량(kWh)이 5002kWh이고, 기준시간의 시작시각의 유효전력량(kWh)이 4700kWh이면, 소비전력량은 302kWh가 된다. 목표전력이 3000kW이고 기준시간이 6분인 경우에 목표전력량은 300kWh가 된다. 그러면 상기 단위방전전력은 240kW가 될 수 있다.

이후에는 상기 단위방전전력이 상기 전력변환장치의 정격전력보다 큰가를 판단하여(S45), 크면 PCS정격방전을 수행하고(S47), 그렇지 않으면 단위방전전력을 방전한다(S46).

이로써, 정격전력을 넘는 방전작용이 일어나지 않아서 시스템에 무리가 발생하지 않도록 할 수 있다. 또한, 현재까지 모자라는 배터리의 방전량은 다음 주기에서 추가적으로 방전을 실시할 수도 있다.

마지막으로, 상기 도 2에서 방전구간에 적용되는 자동운전모드 중에서, 방전구간의 종료 전에, 가용으로 남아 있는 배터리의 전력을 모두 방전할 수 있는 방전모드를, 도 6에 도시되는 방전모드 제어방법을 참조하여 설명한다. 본 방전모드 제어방법은 30초를 주기로 하여 수행될 수 있다.

본 방전모드 제어방법이 수행되면, 먼저 전력변환장치의 정격방전 지속시간을 파악한다(S21). 상기 전력변환장치의 정격방전 지속시간은, 현재 시점에서 배터리 잔여량을 전력변환장치의 정격방전으로 지속할 수 있는 시간을 나타낸다. 예를 들어, 전력변환장치의 정격방전이 1MW이고, 배터리 잔여량이 1.2MWh인 경우에, 상기 전력변환장치의 정격방전 지속시간은 72분으로 파악될 수 있다.

이후에는, 상기 경부하 시작시간에서 상기 전력변환장치의 정격방전 지속시간을 뺀 값과 현재 시간을 비교한다(S22). 상기 비교단계(S22)에서, 현재 시간이 큰 경우에는 전력변환장치의 정격방전을 수행하고(S23), 그렇지 않으면 이미 설명 한 바가 있는, 계통으로부터 공급되는 전력이 최대수요전력(peak)을 넘어서지 않도록 하는 방전모드를 계속해서 수행한다(S24). 여기서, 상기 경부하 시작시간은 방전구간의 종료시각일 수 있다.

예를 들어, 상기 전력변환장치의 정격방전 지속시간은 72분이고, 경부하 시작시간이 23시이면, 현재 시각이 21시 38분인 때부터 전력변환장치의 정격방전수행단계(S23)가 수행된다.

이와 같은 동작에 따르면, 배터리를 하루를 단위로 할 때 한 번의 완전충전과 한 번의 완전방전이 수행되고, 그 도중에 복잡ㅎ라고 반복되는 충방전의 작용이 수행되지 않는다. 따라서 배터리의 수명이 길어지는 효과를 얻을 수 있다. 또한 완전방전이 수행됨으로써, 부하조절기술을 보다 적극적으로 활용할 수 있다.

본 발명의 에너지 저장시스템의 제어방법은 다음과 같은 실시예를 더 포함할 수 있다.

먼저, 상기되는 자동운전모드에 더해서 실시예에서는 수동모드와 수동 스케줄모드를 더 포함할 수 있다. 상기 수동모드는 에너지 저장시스템의 운용에 있어서 운용자가 항상 수동으로 하는 것을 특징으로 한다. 상기 수동 스케줄모드는 특정한 시단 대역에만 운용자가 미리 입력한 계획에 따라서 에너지 저장시스템이 운용되도록 한다.

실시예에서 제안하는 상기 자동운전모드는, 상기 수동 스케줄모드에서 사용자의 계획으로서 미리 지정되지 않는 시간 대역에 대해서 적용되도록 할 수 있다. 이 경우에는 상기 자동운전모드로 얻을 수 있는 장점을 그대로 얻을 수 있다.

또 다른 실시예로서, 방전구간에 적용되는 다수의 방전모드는 어느 하나는 적용되고 다른 하나는 적용되지 않을 수 있고, 두 개 이상의 방전모드가 함께 적용될 수도 있다. 두 개의 이상의 방전모드가 함께 적용되는 때에는, 보다 더 정확도가 높은 모드가 선택적으로 또는 여러 모드의 평균값으로서 사용될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 산업현장에서 실제 사용되는 에너지 저장장치에서, 배터리와 전력변환장치의 수명을 있고, 첨두부하저감기술 및 부하조절기술이 함께 운영되도록 하여 전력요금을 최소화하도록 할 수 있다.

1: 계통
2: 배터리
3: 부하
4: 전력변환장치
5: 제어부

Claims (14)

1. 전력공급원인 계통과 전력수요처인 부하와 배터리 간의 전력분배를 제어하는 전력변환장치, 및 상기 전력변환장치를 제어하는 제어부가 포함되는 에너지 저장시스템의 제어방법이고,
   상기 제어부에서는,
   상기 배터리의 충전구간에서 완전 충전되도록 하는 충전모드; 및
   상기 배터리의 방전구간에서 완전 방전되도록 하는 방전모드가 자동으로 수행되는 것이 포함되고,
   상기 충전모드에는,
   상기 충전구간의 시간에 바탕하여 충전을 수행하는 정상충전구간; 및
   상기 충전구간이 종료되기 소정의 시간 전에, 상기 정상충전구간으로는 상기 배터리가 완전 충전이 되지 않을 것으로 판단되는 경우에는, 상기 정상충전구간에 이어서 상기 전력변환장치의 정격충전용량으로 충전하는 급속충전구간이 포함되는 에너지 저장시스템의 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 충전모드에서는 방전이 수행되지 않고, 상기 방전모드에서는 충전이 수행되지 않는 에너지 저장시스템의 제어방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 충전구간은 부하가 작은 경부하 구간이고, 상기 방전구간은 최대부하 구간인 에너지 저장시스템의 제어방법.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 정상충전구간 및 상기 급속충전구간의 수행 중에 상기 완전충전에 이른 경우에는, 상기 전력변환장치가 대기모드로 진입하는 에너지 저장시스템의 제어방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 대기모드가 일정시간 지속되는 때에는 상기 전력변환장치를 정지모드로 진입시키는 에너지 저장시스템의 제어방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 정지모드가 계속되는 중이라도, 상기 충전구간이 종료되기 일정 시간 전에는 상기 전력변환장치를 기동시키는 에너지 저장시스템의 제어방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 방전모드에는,
   상기 방전구간에서 상기 계통으로부터의 공급전력이, 최대치로서 미리 약정되어 있는 목표전력을 넘지 않도록 관리하는 에너지 저장시스템의 제어방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 공급전력이 상기 목표전력을 넘지 않도록 하기 위하여,
   상기 전력공급원으로부터, 소정의 주기 안의 기준시간 동안 누적된 평균전력인 예측전력을 전달받는 것;
   상기 예측전력이 목표전력을 넘어서는 경우에, 현재 이전의 제 1 시간 동안에 모자랐던 값으로서, 상기 기준시간 동안 상기 예측전력에서 상기 목표전력의 차에 상당하는 방전전력량을 획득하는 것;
   상기 방전전력량을 현재 이후의 제 2 시간 동안에 상기 배터리부터 방출하는 단위방전전력을 획득하는 것; 및
   상기 단위방전전력이 상기 전력변환장치의 정격방전용량보다 크면 상기 전력변환장치의 정격방전용량으로 방전하고, 그렇지 않으면 상기 단위방전전력으로 방전하는 에너지 저장시스템의 제어방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 시간은 상기 제 2 시간에 비하여 크거나 같은 에너지 저장시스템의 제어방법.
11. 제 8 항에 있어서,
    제 1 시간 동안 상기 부하에서 소비되는 소비전력량과, 상기 제 1 시간 동안 목표로 하는 전력량으로서 상기 목표전력의 누적량인 목표전력량을 획득하는 것;
    상기 소비전력량이 상기 목표전력량을 넘어서는 경우에, 상기 소비전력량과 상기 목표전력량의 차이만큼의 전력을 제 2 시간 동안 방전해야 하는 단위방전전력을 획득하는 것; 및
    상기 단위방전전력이 상기 전력변환장치의 정격방전용량보다 크면 상기 전력변환장치의 정격방전용량으로 방전하고, 그렇지 않으면 상기 단위방전전력으로 방전하는 에너지 저장시스템의 제어방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 시간은 상기 제 2 시간에 비하여 크거나 같은 에너지 저장시스템의 제어방법.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전모드에는,
    상기 전력변환장치의 정격방전으로, 상기 배터리 잔여량을 방출할 때의 정격방전지속시간을 구하는 것; 및
    상기 방전구간의 남은 시간이 상기 정격방전지속시간에 이르렀을 때 상기 전력변환장치의 정격방전으로 배터리를 방전하는 에너지 저장시스템의 제어방법.
14. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제13항 중 어느 한 항의 제어방법이, 운용자가 스케줄을 입력하지 않은 구간이 있는 경우에, 그 구간에 적용되어 운용되는 에너지 저장시스템의 제어방법.

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