KR102308429B1 - 이종의 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

이종의 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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채수용
정학근
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Abstract

본 발명은 이종의 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 저장 시스템을 효과적으로 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면은, 전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하는 제1 저장장치; 전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하고, 상기 제1 저장장치에 비해 동특성이 빠른 제2 저장장치; 상기 제1 저장장치와 계통 사이에서 전력을 전달하는 제1 전력변환장치; 상기 제2 저장장치와 상기 계통 사이에서 전력을 전달하는 제2 전력변환장치; 및 상기 제1 전력변환장치 및 상기 제2 전력변환장치의 동작을 제어하는 제어기;를 포함하는 에너지 저장 시스템이다.

Description

이종의 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법{Energy storage system including heterogeneous energy storage device and control method thereof}
본 발명은 이종의 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 수소 저장장치와 같이 대용량이면서 상대적으로 동특성이 느린 에너지 저장장치와 배터리와 같이 상대적으로 소용량이면서 동특성이 빠른 에너지 저장장치를 함께 사용하는 에너지 저장 시스템 및 동특성이 다른 두 저장장치를 효과적으로 제어하는 방법에 관한 것이다.
최근 신재생 발전 등과 같은 분산전원이 많이 활용되면서 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)의 사용도 증가하고 있다.
용량이 그리 크지 않은 응용에서는 리튬 이온 배터리 등과 같이 배터리만을 사용하는 에너지 저장 시스템이 많이 사용되고 있으나, 용량이 큰 응용에서는 배터리만으로는 충분한 용량이 구현되기 어렵다. 저장장치의 에너지 용량을 증가시키기 위해 수소 저장장치, 연료전지 등과 같이 대용량의 에너지 저장장치를 배터리와 함께 사용하려는 시도가 생겨나고 있다.
수소 저장장치 등의 에너지 저장장치는 대용량의 장점을 가지는 한편 동특성이 배터리에 비해 상대적으로 느린 단점이 있다. 또한, 수소 저장장치 등의 대용량 에너지 저장장치는 램프 레이트(ramp rate)의 제한 및 최소 가동 전력 요건 등의 제약 조건이 있을 수 있고 이에 따른 적절한 제어가 필요하다.
수소 저장장치 등의 대용량 에너지 저장장치와 배터리 등의 소용량 에너지 저장장치를 함께 사용하는 경우에는 기존의 배터리만을 사용하는 에너지 저장 시스템에 사용되는 제어 방법과는 달리 두 종류의 에너지 저장장치의 특성을 반영한 적절한 제어가 수행되어야 그 효과가 극대화될 수 있다.
본 발명에서는 수소 저장장치 등의 대용량 에너지 저장장치와 배터리 등의 소용량 에너지 저장장치를 함께 사용하는, 이종의 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 저장 시스템을 효과적으로 제어하는 방법을 제시하고자 한다.
본 발명은, 실시예에 따라, 이종의 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명은, 실시예에 따라, 이종의 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 저장 시스템을 효과적으로 제어할 수 있는 제어 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은, 실시예에 따라, 대용량이면서 동특성이 느린 에너지 저장장치의 용량을 최대한 활용하면서 동특성이 빠르고 상대적으로 소용량인 에너지 저장장치의 응답 속도를 활용하여 연계 전원 및 계통의 상태 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 에너지 저장 시스템을 제공할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하는 제1 저장장치; 전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하고, 상기 제1 저장장치에 비해 동특성이 빠른 제2 저장장치; 상기 제1 저장장치와 계통 사이에서 전력을 전달하는 제1 전력변환장치; 상기 제2 저장장치와 상기 계통 사이에서 전력을 전달하는 제2 전력변환장치; 및 상기 제1 전력변환장치 및 상기 제2 전력변환장치의 동작을 제어하는 제어기;를 포함하는 에너지 저장 시스템이다.
상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 제1 저장장치는 수소 저장장치이고 상기 제2 저장장치는 배터리일 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 제어기는 발전기의 전력 생산 상태, 계통 상태, 상기 제1 저장장치의 상태 및 상기 제2 저장장치의 상태에 대한 정보를 수집하고, 상기 수집된 정보에 기초하여 상기 제1 저장장치의 충방전 전력 기준값과 상기 제2 저장장치의 충방전 전력 기준값을 생성하여 상기 제1 전력변환장치 및 상기 제2 전력변환장치에 각각 제공할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 제1 전력변환장치는 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제1 저장장치의 충방전 전력을 제어하고, 상기 제2 전력변환장치는 상기 제2 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제2 저장장치의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 제어기는, 상기 발전기의 생산 전력에 기초하여 계통 송전 전력 예상값을 산출하는 계통 송전 전력 산출부; 상기 발전기 생산 전력 및 상기 계통 송전 전력 예상값에 기초하여 전체 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 전체 저장장치 충방전 전력 산출부; 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 제1 저장장치 충방전 전력 산출부; 및 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값 및 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제2 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 제2 저장장치 충방전 전력 산출부;를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 계통 송전 전력 산출부는 계통 전력의 램프 레이트(ramp rate), 전압 또는 주파수 변동 중의 적어도 하나에 기초하여 상기 계통 송전 전력 예상값을 산출할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 전체 저장장치 충방전 전력 산출부는 상기 발전기 생산 전력에서 상기 계통 송전 전력 예상값을 차감한 값에 기초하여 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 제1 저장장치 충방전 전력 산출부는 상기 제1 저장장치 전압의 상승 속도, 최소 동작 전력, 충전상태 상한값 및 충전상태 하한값 중의 적어도 하나에 기초하여 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 제2 저장장치 충방전 전력 산출부는 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값에서 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 차감한 값에 기초하여 상기 제2 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 제1 저장장치가 사용되지 않는 경우, 상기 제2 저장장치 충방전 전력 산출부는 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값 대신 영(zero)을 차감한 값에 기초하여 상기 제2 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 제어기는, 상기 제1 저장장치 및 상기 제2 저장장치의 상태에 기초하여 제1 저장장치 보상값 및 제2 저장장치 보상값을 산출하는 저장장치 관리부를 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 저장장치 관리부는 상기 제1 저장장치 보상값 및 상기 제2 저장장치 보상값의 합인 전체 저장장치 보상값 정보를 상기 계통 송전 전력 산출부로 제공하고, 상기 계통 송전 전력 산출부는 상기 발전기 생산 전력에서 상기 전체 저장장치 보상값을 차감한 값에 기초하여 상기 계통 송전 전력 예상값을 산출할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 저장장치 관리부는 상기 제2 저장장치 보상값 정보를 상기 제1 저장장치 충방전 전력 산출부로 제공하고, 상기 제1 저장장치 충방전 전력 산출부는 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값에서 상기 제2 저장장치 보상값을 차감한 값에 기초하여 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은, 전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하는 제1 저장장치, 전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하고 상기 제1 저장장치에 비해 동특성이 빠른 제2 저장장치, 상기 제1 저장장치와 계통 사이에서 전력을 전달하는 제1 전력변환장치 및 상기 제2 저장장치와 상기 계통 사이에서 전력을 전달하는 제2 전력변환장치를 포함하는 에너지 저장 시스템에서 상기 제1 전력변환장치 및 상기 제2 전력변환장치의 동작을 제어하기 위한 제어기에 있어서, 발전기의 생산 전력에 기초하여 계통 송전 전력 예상값을 산출하는 계통 송전 전력 산출부; 상기 발전기 생산 전력 및 상기 계통 송전 전력 예상값에 기초하여 전체 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 전체 저장장치 충방전 전력 산출부; 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 제1 저장장치 충방전 전력 산출부; 및 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값 및 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 제2 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 제2 저장장치 충방전 전력 산출부;를 포함하는 제어기이다.
상기 제어기에 있어서, 상기 전체 저장장치 충방전 전력 산출부는 상기 발전기 생산 전력에서 상기 계통 송전 전력 예상값을 차감한 값에 기초하여 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출할 수 있다.
상기 제어기에 있어서, 상기 제1 저장장치 충방전 전력 산출부는 제1 저장장치 전압의 상승 속도, 최소 동작 전력, 충전상태 상한값 및 충전상태 하한값 중의 적어도 하나에 기초하여 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출할 수 있다.
상기 제어기에 있어서, 상기 제2 저장장치 충방전 전력 산출부는 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값에서 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 차감한 값에 기초하여 상기 제2 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출할 수 있다.
상기 제어기에 있어서, 상기 제1 전력변환장치는 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제1 저장장치의 충방전 전력을 제어하고, 상기 제2 전력변환장치는 상기 제2 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제2 저장장치의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면은, 전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하는 제1 저장장치, 전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하고 상기 제1 저장장치에 비해 동특성이 빠른 제2 저장장치, 상기 제1 저장장치와 계통 사이에서 전력을 전달하는 제1 전력변환장치, 상기 제2 저장장치와 상기 계통 사이에서 전력을 전달하는 제2 전력변환장치, 및 상기 제1 전력변환장치와 상기 제2 전력변환장치의 동작을 제어하기 위한 제어기를 포함하는 에너지 저장 시스템에 의해 수행되는 에너지 저장장치 제어 방법에 있어서, 발전기의 생산 전력에 기초하여 계통 송전 전력 예상값을 산출하는 계통 송전 전력 산출 단계; 상기 발전기 생산 전력 및 상기 계통 송전 전력 예상값에 기초하여 전체 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 전체 저장장치 충방전 전력 산출 단계; 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 제1 저장장치 충방전 전력 산출 단계; 및 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값 및 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 제2 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 제2 저장장치 충방전 전력 산출 단계;를 포함하는 에너지 저장장치 제어 방법이다.
상기 에너지 저장장치 제어 방법에 있어서, 상기 제1 전력변환장치는 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제1 저장장치의 충방전 전력을 제어하고, 상기 제2 전력변환장치는 상기 제2 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제2 저장장치의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 이종의 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 이종의 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 저장 시스템을 효과적으로 제어할 수 있는 제어 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 대용량이면서 동특성이 느린 에너지 저장장치의 용량을 최대한 활용하면서 동특성이 빠르고 상대적으로 소용량인 에너지 저장장치의 응답 속도를 활용하여 연계 전원 및 계통의 상태 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 에너지 저장 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 이종의 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 저장 시스템을 예시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 제어기의 입출력 관계를 예시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어기의 블럭도를 예시한다.
도 4 및 도 5는 도 3의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어기의 구체화된 블럭도를 예시한다.
도 6은 일 실시예에 따른, 저장장치 관리부를 포함하는, 에너지 저장 시스템 제어기의 블럭도를 예시한다.
도 7 및 도 8은 도 6의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어기의 구체화된 내부 블럭도를 예시한다.
도 9는 일 실시예에 따른, 세 종류 이상의 에너지 저장 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템 제어기의 일반화된 블럭도를 예시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 에너지 저장장치의 제어 방법을 예시한다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 예시한다.
도 1을 참조하면, 에너지 저장 시스템(100)은 제어기(110), 제1 저장장치(120), 제2 저장장치(130), 제1 전력변환장치(140) 및 제2 전력변환장치(150)를 포함할 수 있다.
에너지 저장 시스템(100)은 발전기(generator) 및 계통(10)과 연계되어 발전기 및/또는 계통(10)으로부터 에너지를 공급받아 저장하거나 또는 저장된 에너지를 발전기 및/또는 계통(10)으로 공급할 수 있다.
제1 저장장치(120, HYD)는 전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하는 에너지 저장장치일 수 있다. 실시예에 따라, 제1 저장장치(120)는 제2 저장장치(130)에 비해 상대적으로 대용량의 에너지를 저장할 수 있는 대용량 에너지 저장장치일 수 있다. 예시적으로, 제1 저장장치(120)에는 수소(수전해) 저장장치 또는 연료 전지가 사용될 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 제1 저장장치(120)는 제2 저장장치(130)에 비해 상대적으로 대용량인 반면 제2 저장장치(130)에 비해 상대적으로 느린 동특성을 가질 수 있다.
제2 저장장치(130, BAT)는 전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하는 에너지 저장장치일 수 있다. 실시예에 따라, 제2 저장장치(130)는 제1 저장장치(120)에 비해 상대적으로 소용량의 에너지를 저장할 수 있는 소용량 에너지 저장장치일 수 있다. 예시적으로, 제2 저장장치(130)에는 리튬 이온 배터리 등의 배터리가 사용될 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 제2 저장장치(130)는 제1 저장장치(120)에 비해 상대적으로 소용량인 반면 제1 저장장치(120)에 비해 상대적으로 빠른 동특성을 가질 수 있다.
제1 전력변환장치(140, INV)는 제1 저장장치(120)와 계통(10) 사이에서 전력을 전달할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 전력변환장치(140)는 제어기(110)로부터 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 제공받고, 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)에 기초하여 제1 저장장치(120)의 충방전 전력(PS1)을 제어할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 전력변환장치(140)에는 반도체 스위칭 소자를 포함하는 통상의 전력변환회로가 사용될 수 있다. 제1 저장장치(120)가 직류 전압인 경우, 제1 전력변환장치(140)에는 직류 전압과 교류 전압 사이에서 변환을 수행하는 전력 인버터(INV)가 사용될 수 있다. 예시적으로, 제1 저장장치(120)가 수소 저장장치인 경우, 제1 전력변환장치(140)는 제1 저장장치(120)로부터 계통(10)으로 전력을 전송하는 단방향 전력 처리만을 수행할 수 있다. 예시적으로, 제1 저장장치(120)가 수소 저장장치인 경우, 제1 저장장치(120)로부터 계통(10)으로 전력이 전송되는 경로 및 계통(10)으로부터 제1 저장장치(120)로 전력이 전송되는 경로에 각각 별도의 전력변환장치가 사용될 수 있다. 이 경우 제1 저장장치(120)는 두 경로의 전력변환장치를 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
제2 전력변환장치(150, INV)는 제2 저장장치(130)와 계통(10) 사이에서 전력을 전달할 수 있다. 실시예에 따라, 제2 전력변환장치(150)는 제어기(110)로부터 제2 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2,REF)을 제공받고, 제2 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2,REF)에 기초하여 제2 저장장치(130)의 충방전 전력(PS2)을 제어할 수 있다. 실시예에 따라, 제2 전력변환장치(150)에는 반도체 스위칭 소자를 포함하는 통상의 전력변환회로가 사용될 수 있다. 제2 저장장치(130)가 직류 전압인 경우 제2 전력변환장치(150)에는 직류 전압과 교류 전압 사이에서 변환을 수행하는 전력 인버터(INV)가 사용될 수 있다. 예시적으로, 제2 저장장치(130)가 배터리인 경우, 제2 전력변환장치(150)에는 계통(10)의 교류 전압과 배터리(130)의 직류 전압 사이에서 양방향으로 전력을 전달하는 양방향 전력 인버터(INV)가 사용될 수 있다.
제어기(110)는 제1 전력변환장치(140) 및 제2 전력변환장치(150)의 동작을 제어함으로써 제1 저장장치(120)와 제2 저장장치(130)의 충방전 전력(PS1, PS2)을 제어할 수 있다.
실시예에 따라, 도 2에 예시된 바와 같이, 제어기(110)는 발전기의 전력 생산 상태(PGEN), 계통 상태, 제1 저장장치(120)와 제2 저장장치(130)의 상태를 포함하는 정보를 수집하고, 수집된 정보에 기초하여 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)과 제2 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2,REF)을 생성하여 제1 전력변환장치(140) 및 제2 전력변환장치(150)에 각각 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 전력변환장치(140)는 제어기(110)로부터 제공받은 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)에 기초하여 제1 저장장치(120)의 충방전 전력(PS1)이 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 추종하도록 동작할 수 있다. 제2 전력변환장치(150)는 제어기(110)로부터 제공받은 제2 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2,REF)에 기초하여 제2 저장장치(130)의 충방전 전력(PS2)이 제2 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2,REF)을 추종하도록 동작할 수 있다. 이와 같이, 제어기(110)는 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)과 제2 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2,REF)을 활용하여 제1 전력변환장치(140)와 제2 전력변환장치(150)를 제어함으로써 계통으로 전송되는 전력(PGRID)을 조절할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어기의 블럭도를 예시한다.
도 3을 참조하면, 에너지 저장 시스템의 제어기(110)는 계통 송전 전력 산출부(111), 전체 저장장치 충방전 전력 산출부(112), 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(113) 및 제2 저장장치 충방전 전력 산출부(114)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 저장장치는 수소 저장장치이고 제2 저장장치는 배터리일 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다.
계통 송전 전력 산출부(111)는 분산전원 등의 발전기의 생산 전력(PGEN)에 기초하여 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)을 산출할 수 있다. 실시예에 따라, 계통 송전 전력 산출부(111)는 발전기의 생산 전력(PGEN) 및 계통의 상태에 대한 정보에 기초하여 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)을 산출할 수 있다.
전체 저장장치 충방전 전력 산출부(112)는 발전기 생산 전력(PGEN) 및 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)에 기초하여 전체 저장장치 충방전 전력 기준값(PTOT,REF)을 산출할 수 있다. 전체 저장장치 충방전 전력 기준값(PTOT,REF)은 전체 저장장치가 처리할 충방전 전력으로 이해될 수 있다.
제1 저장장치 충방전 전력 산출부(113)는 전체 저장장치 충방전 전력 기준값(PTOT,REF)에 기초하여 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 산출할 수 있다. 이 때, 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(113)는 제1 저장장치 전압의 상승 속도, 최소 동작 전력, 충전상태 상한값 및 충전상태 하한값 중의 적어도 하나에 기초하여 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 산출할 수 있다. 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)은 제1 저장장치가 처리할 충방전 전력의 기준값으로 이해될 수 있다.
제1 저장장치 충방전 전력 산출부(113)에 의해 산출된 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)은, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 전력변환장치(140)에 제공되고, 제1 전력변환장치(140)는 제1 저장장치(120)의 충방전 전력(PS1)이 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 추종하도록 동작할 수 있다.
제2 저장장치 충방전 전력 산출부(114)는 전체 저장장치 충방전 전력 기준값(PTOT,REF) 및 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)에 기초하여 제2 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2,REF)을 산출할 수 있다. 제2 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2,REF)은 제2 저장장치가 처리할 충방전 전력의 기준값으로 이해될 수 있다.
제2 저장장치 충방전 전력 산출부(114)에 의해 산출된 제2 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2,REF)은, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 제2 전력변환장치(150)에 제공되고, 제2 전력변환장치(150)는 제2 저장장치(130)의 충방전 전력(PS2)이 제2 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2,REF)을 추종하도록 동작할 수 있다.
이와 같이, 도 3의 실시예에 의하면, 발전기 생산 전력(PGEN) 및 계통의 상태에 대한 정보를 고려하여 계통으로 전송할 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)을 먼저 산출하고, 발전기 생산 전력(PGEN) 및 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)에 기초하여 전체 저장장치 충방전 전력 기준값(PTOT,REF)을 산출한 후, 용량은 크지만 동특성이 느린 제1 저장장치의 특성(제1 저장장치 전압의 상승 속도, 최소 동작 전력, 충전상태 상한값 및 충전상태 하한값 등)을 고려하여 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 먼저 결정하고 나머지 필요한 충방전 전력을 제2 저장장치가 감당하도록 함으로써, 제1 저장장치의 동특성이 허용하는 범위 내에서 제1 저장장치의 용량을 최대한 활용하되 계통이나 발전기의 상태 변화에 대해서는 제2 저장장치의 빠른 응답 속도를 활용하여 효과적으로 대응이 가능하다.
실시예에 따라, 제어기(110)는 소프트웨어로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 저장매체(메모리 등)에 저장된 상태에서 CPU 등의 연산장치에 의해 그 기능을 수행할 수 있다. 이 경우, 제어기(110) 내부의 계통 송전 전력 산출부(111), 전체 저장장치 충방전 전력 산출부(112), 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(113) 및 제2 저장장치 충방전 전력 산출부(114)는 제어기(110)를 구현하는 소프트웨어 내부에서 별개의 모듈로 구현되어 서로 구분이 될 수 있지만, 경우에 따라 서로 구분이 없이 각 기능이 소프트웨어 내부에 혼재된 상태로 구현될 수도 있다. 실시예에 따라, 제어기(110)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등과 같이 하드웨어로 구현될 수도 있다.
도 4 및 도 5는 도 3의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어기의 구체화된 블럭도를 예시한다.
도 4를 참조하면, 제어기(410)는 계통 송전 전력 산출부(411), 전체 저장장치 충방전 전력 산출부(412), 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(413) 및 제2 저장장치 충방전 전력 산출부(414)를 포함할 수 있다.
계통 송전 전력 산출부(411)는 발전기의 생산 전력(PGEN) 및 계통의 상태에 대한 정보에 기초하여 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)을 산출할 수 있다. 예를 들면, 계통 송전 전력 산출부(411)가 활용하는 계통의 상태에 대한 정보는 계통 전력의 램프 레이트(ramp rate), 전압, 주파수 변동, 계통 송전 전력의 상한, 전력 변동률, 저장장치 상하한, 재기동 시간, 전력 방향성 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 4에는 계통 송전 전력 산출부(411)가 램프 레이트 제한부(411a)와 송전 전력의 상하한 제한부(411b)를 포함하는 것으로 예시되어 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다. 여기서, 램프 레이트 제한부(411a)는 계통 전압의 램프 레이트 요건을 반영하기 위한 것이고, 송전 전력의 상하한 제한부(411b)는 계통으로 전송될 전력의 상하한 제한 요건을 반영하기 위한 것으로 이해될 수 있다.
계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)은 실제 계통으로 전송되는 전력을 검출한 값이 아니라, 발전기의 생산 전력(PGEN)과 계통의 상태에 대한 정보 등에 기초하여 제어기(410)가 산출하는 예상값으로 이해될 수 있다.
전체 저장장치 충방전 전력 산출부(412)는, 실시예에 따라, 발전기 생산 전력(PGEN)에서 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)을 차감한 값에 기초하여 전체 저장장치 충방전 전력 기준값(PTOT,REF)을 산출할 수 있다. 실시예에 따라, 전체 저장장치 충방전 전력 산출부(412)는 발전기 생산 전력(PGEN)에서 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)을 차감한 값을 전체 저장장치 충방전 전력 기준값(PTOT,REF)으로 산출할 수 있다. 이를 위해, 전체 저장장치 충방전 전력 산출부(412)는 감산기(412a)를 포함할 수 있다.
제1 저장장치 충방전 전력 산출부(413)는 제1 저장장치 전압의 상승 속도, 최소 동작 전력, 충전상태 상한값 및 충전상태 하한값 중의 적어도 하나에 기초하여 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 산출할 수 있다. 즉, 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(413)는 제1 저장장치의 특성을 고려하여 제1 저장장치의 동특성이 허용하는 범위 내에서 용량을 최대한 활용할 수 있도록 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 먼저 결정할 수 있다.
도 4에는 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(413)가 초기화부(413a), 상승 속도 제한부(413b) 및 충전상태 상하한 제한부(413c)를 포함하는 것으로 예시되어 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다. 여기서, 초기화부(413a)는 수소 저장장치 등과 같은 제1 저장장치의 초기 기동의 최적화를 위해 필요한 동작 요건을 반영하기 위한 것이고, 상승 속도 제한부(413b)는 제1 저장장치 전압의 상승 속도를 제1 저장장치의 특성에 맞게 조절하기 위한 것이며, 충전상태 상하한 제한부(413c)는 제1 저장장치의 충전 상태가 상하한의 범위를 벗어나지 않도록 제한하기 위한 것으로 이해될 수 있다.
제2 저장장치 충방전 전력 산출부(414)는 전체 저장장치 충방전 전력 기준값(PTOT,REF)에서 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 차감한 값에 기초하여 제2 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2,REF)을 산출할 수 있다. 실시예에 따라, 제2 저장장치 충방전 전력 산출부(414)는 전체 저장장치 충방전 전력 기준값(PTOT,REF)에서 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 차감한 값을 제2 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2,REF)으로 산출할 수 있다. 이를 위해, 제2 저장장치 충방전 전력 산출부(414)는 감산기(414a)를 포함할 수 있다.
다음으로 도 5를 참조하여 제어기의 변형된 실시예를 설명한다.
도 5의 제어기(510)는 도 4에 예시된 제어기(410)에 비해 제2 저장장치 충방전 전력 산출부(514)가 스위치부(514b)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 아래에서 설명할 내용과 배치되지 않는 한, 도 4를 참조하여 설명한 내용은 도 5의 제어기(510)에도 적용될 수 있다.
제1 저장장치와 제2 저장장치가 포함된 에너지 저장 시스템에서 상황에 따라 제1 저장장치가 사용되지 않을 수 있다. 제1 저장장치가 사용되지 않는 경우 전체 저장장치 충방전 전력 기준값(PTOT,REF)은 그대로 제2 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2,REF)으로 사용되는 것이 바람직하다.
스위치부(514b)는 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)과 '0'(zero) 중에서 제1 저장장치의 사용 여부에 따라 선택된 값을 감산기(414a)로 제공할 수 있다. 즉, 스위치부(514b)는 제1 저장장치가 사용되는 경우 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 감산기(414a)로 제공하고, 제1 저장장치가 사용되지 않는 경우 '0'을 감산기(414a)로 제공할 수 있다. 제1 저장장치가 사용되지 않는 경우, 제2 저장장치 충방전 전력 산출부(514)는 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF) 대신 영(zero)을 차감한 값에 기초하여 제2 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2,REF)을 산출할 수 있다. 스위치부(514b)의 이러한 동작을 통해, 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(413)가 산출한 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)은 시스템의 동작에 영향을 주지 않게 되므로, 제1 저장장치가 사용되지 않는 경우에도 시스템은 안정적으로 동작할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른, 저장장치 관리부를 포함하는, 에너지 저장 시스템 제어기의 블럭도를 예시한다.
도 6을 참조하면, 제어기(610)는 계통 송전 전력 산출부(111), 전체 저장장치 충방전 전력 산출부(112), 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(113), 제2 저장장치 충방전 전력 산출부(114) 및 저장장치 관리부(615)를 포함할 수 있다. 도 6에 예시된 제어기(610)는 도 3에 예시된 제어기(310)에 비해 저장장치 관리부(615)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 아래에서 설명할 내용과 배치되지 않는 한, 도 3를 참조하여 설명한 내용은 도 6의 제어기(610)에도 적용될 수 있다.
저장장치 관리부(615)는 제1 저장장치 및 제2 저장장치의 상태에 기초하여 제1 저장장치 보상값(PS1,CMP) 및 제2 저장장치 보상값(PS2,CMP)을 산출할 수 있다. 저장장치 관리부(615)는 제1 저장장치 보상값(PS1,CMP)와 제2 저장장치 보상값(PS2,CMP)의 합인 전체 저장장치 보상값(PTOT,CMP)을 계통 송전 전력 산출부(111)로 제공할 수 있다. 저장장치 관리부(615)는 제2 저장장치 보상값(PS2,CMP)을 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(113)로 제공할 수 있다.
계통 송전 전력 산출부(111)는 저장장치 관리부(615)로부터 제공받은 전체 저장장치 보상값(PTOT,CMP)을 더 고려하여 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)을 산출할 수 있다. 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(113)는 저장장치 관리부(615)로부터 제공받은 제2 저장장치 보상값(PS2,CMP)을 더 고려하여 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 산출할 수 있다.
제어기(610)가 제1 저장장치 보상값(PS1,CMP) 및 제2 저장장치 보상값(PS2,CMP)을 활용하는 방법에 대해서는 도 7 및 도 8을 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
도 7 및 도 8은 도 6의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어기의 구체화된 내부 블럭도를 예시한다.
도 7을 참조하면, 제어기(710)는 계통 송전 전력 산출부(711), 전체 저장장치 충방전 전력 산출부(412), 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(713), 제2 저장장치 충방전 전력 산출부(414) 및 저장장치 관리부(615)를 포함할 수 있다. 도 7에 예시된 제어기(710)는 도 4에 예시된 제어기(410)에 비해, 저장장치 관리부(615)를 더 포함하고, 계통 송전 전력 산출부(711)가 감산기(711c)를 더 포함하고, 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(713)가 감산기(713d)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 아래에서 설명할 내용과 배치되지 않는 한 도 4를 참조하여 설명한 내용은 도 7의 제어기(710)에도 적용될 수 있다.
저장장치 관리부(615)는 제1 저장장치 보상값(PS1,CMP) 및 제2 저장장치 보상값(PS2,CMP)의 합인 전체 저장장치 보상값(PTOT,CMP) 정보를 계통 송전 전력 산출부(711)로 제공하고, 계통 송전 전력 산출부(711)는 발전기 생산 전력(PGEN)에서 전체 저장장치 보상값(PTOT,CMP)을 차감한 값에 기초하여 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)을 산출할 수 있다. 여기서, 전체 저장장치 보상값(PTOT,CMP)은 각 저장장치의 효율적인 관리를 위해 각 저장장치로 우선적으로 제공되어야 할 충방전 전력의 합으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 저장장치들의 최소 충전 상태를 유지하기 위해 저장장치들의 적어도 일부에게 최소한으로 충전해야 할 전력이 필요한 경우, 이를 전체 저장장치 보상값(PTOT,CMP)에 포함할 수 있다. 이 경우, 계통 송전 전력 산출부(711)는 발전기 생산 전력(PGEN)에서 전체 저장장치 보상값(PTOT,CMP)을 차감한 값에 기초하여 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)을 산출하므로, 저장장치들의 최소 충전 상태를 유지하기 위한 전력은 제외하고 나머지 전력 중에서 계통으로 송전할 전력을 결정할 수 있다. 다른 예를 들어, 수소 저장장치의 경우 최소 동작 전력이 필요할 수 있는데, 수소 저장장치의 최소 동작 전력도 전체 저장장치 보상값(PTOT,CMP)에 포함될 수 있다. 이 경우, 계통 송전 전력 산출부(711)는 수소 저장장치의 최소 동작 전력을 제외하고 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)을 산출하므로, 수소 저장장치로 제공할 최소 동작 전력이 확보될 수 있다.
저장장치 관리부(615)는 제2 저장장치 보상값(PS2,CMP) 정보를 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(713)로 제공하고, 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(713)는 전체 저장장치 충방전 전력 기준값(PTOT,REF)에서 제2 저장장치 보상값(PS2,CMP)을 차감한 값에 기초하여 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 산출할 수 있다. 여기서, 제2 저장장치 보상값(PS2,CMP)은 제2 저장장치의 효율적인 관리를 위해 제2 저장장치로 우선적으로 충방전되어야 할 전력으로 이해될 수 있다. 즉, 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(713)는 제2 저장장치의 효율적인 관리를 위해 필요한 최소한의 전력을 제외한 상태에서 제1 저장장치로 충방전할 전력을 결정함으로써, 제2 저장장치의 효율적인 관리에는 문제를 야기하지 않으면서 제1 저장장치의 용량을 최대한 활용할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제어기(810)는 계통 송전 전력 산출부(711), 전체 저장장치 충방전 전력 산출부(412), 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(713), 제2 저장장치 충방전 전력 산출부(514) 및 저장장치 관리부(615)를 포함할 수 있다. 도 8에 예시된 제어기(810)는 도 7에 예시된 제어기(710)에 비해, 제2 저장장치 충방전 전력 산출부(514)가 스위치부(514b)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 아래에서 설명할 내용과 배치되지 않는 한 도 7을 참조하여 설명한 내용은 도 8의 제어기(810)에도 적용될 수 있다.
제2 저장장치 충방전 전력 산출부(514)에 포함된 스위치부(514b)는, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)과 '0'(zero) 중에서 선택된 값을 감산기(414a)로 제공할 수 있다. 즉, 제1 저장장치가 사용되지 않는 경우, 제2 저장장치 충방전 전력 산출부(514)는 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF) 대신 영(zero)을 차감한 값에 기초하여 제2 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2,REF)을 산출할 수 있다. 스위치부(514b)의 이러한 동작을 통해, 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(413)가 산출한 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)은 시스템의 동작에 영향을 주지 않게 되므로, 제1 저장장치가 사용되지 않는 경우에도 시스템은 안정적으로 동작할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른, 세 종류 이상의 에너지 저장 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템 제어기의 일반화된 블럭도를 예시한다.
도 9를 참조하면, 제어기(910)는 n 개의 저장장치(제1 저장장치 ~ 제n 저장장치)를 포함하는 시스템에서 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP) 및 n 개의 저장장치 각각의 충방전 전력 기준값(PS1,REF ~ PSn,REF)을 생성할 수 있다. 이를 위해, 제어기(910)는 n 개의 연산모듈(916_1 ~ 916_n)을 포함할 수 있다. 도 9에 예시된 제어기(910)는 세 종류 이상의 에너지 저장 장치를 포함하는 일반화된 경우에 대한 실시예로서, 아래에서 설명될 내용과 배치되지 않는 한 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 내용이 적용될 수 있다.
제1 연산모듈(916_1)은 발전기 생산 전력(PGEN) 및 제1 내지 제n 저장장치 보상값(PS1~Sn,CMP)에 기초하여 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP) 및 제1 내지 제n 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1~Sn,REF)을 산출할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 연산모듈(916_1)은 발전기 생산 전력(PGEN)에서 제1 내지 제n 저장장치 보상값(PS1~Sn,CMP)을 차감한 값에 기초하여 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)을 산출할 수 있다. 이 때, 제1 연산모듈(916_1)은 계통 송전 전력 산출부(916_1a)를 통해 계통의 상태를 반영하여 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)을 산출할 수 있다. 여기서, 제1 내지 제n 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1~Sn,REF)은 제1 내지 제n 저장장치 각각의 충방전 전력 기준값의 합으로 이해될 수 있고, 제1 내지 제n 저장장치 보상값(PS1~Sn,CMP)은 제1 저장장치 내지 제n 저장장치 각각의 보상값의 합으로 이해될 수 있다.
또한, 제1 연산모듈(916_1)은 발전기 생산 전력(PGEN)에서 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)을 차감한 값에 기초하여 제1 내지 제n 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1~Sn,REF)을 산출할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 연산모듈(916_1)은 발전기 생산 전력(PGEN)에서 계통 송전 전력 예상값(PGRID,EXP)을 차감한 값을 제1 내지 제n 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1~Sn,REF)으로 산출할 수 있다.
제2 연산모듈(916_2)은 제1 내지 제n 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1~Sn,REF) 및 제2 내지 제n 저장장치 보상값(PS2~Sn,CMP)에 기초하여 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF) 및 제2 내지 제n 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2~Sn,REF)을 산출할 수 있다. 실시예에 따라, 제2 연산모듈(916_2)은 제1 내지 제n 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1~Sn,REF)에서 제2 내지 제n 저장장치 보상값(PS2~Sn,CMP)을 차감한 값에 기초하여 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 산출할 수 있다. 이 때, 제2 연산모듈(916_2)은 제1 저장장치 충방전 전력 산출부(916_2a)를 통해 제1 저장장치의 상태를 반영하여 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 산출할 수 있다. 여기서, 제2 내지 제n 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2~Sn,REF)은 제2 내지 제n 저장장치 각각의 충방전 전력 기준값의 합으로 이해될 수 있고, 제2 내지 제n 저장장치 보상값(PS2~Sn,CMP)은 제2 저장장치 내지 제n 저장장치 각각의 보상값의 합으로 이해될 수 있다.
또한, 제2 연산모듈(916_2)은 제1 내지 제n 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1~Sn,REF)에서 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 차감한 값에 기초하여 제2 내지 제n 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2~Sn,REF)을 산출할 수 있다. 실시예에 따라, 제2 연산모듈(916_2)은 제1 내지 제n 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1~Sn,REF)에서 제1 저장장치 충방전 전력 기준값(PS1,REF)을 차감한 값을 제2 내지 제n 저장장치 충방전 전력 기준값(PS2~Sn,REF)으로 산출할 수 있다.
제3 연산모듈(916_3) 내지 제n 연산모듈(916_n)은 각각 제2 연산모듈(916_2)과 유사한 원리로 동작할 수 있다.
이와 같이, 도 9에 예시된 제어기(910)는 세 종류 이상의 저장장치를 포함하는 시스템에서 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 동작 원리가 적용될 수 있도록 일반화된 것으로서, 전술한 실시예들의 장점은 세 종류 이상의 저장장치를 포함하는 경우에도 유지될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 에너지 저장장치의 제어 방법을 예시한다. 도 10에 예시된 방법은 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 실시예들에 개시된 에너지 저장 시스템 또는 제어기에 의해 수행될 수 있다. 또한, 아래에서 설명할 내용과 배치되지 않는 한 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 내용은 도 10의 실시예에도 적용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 실시예의 방법은, 발전기 상태 정보, 계통 상태 정보 및 저장장치 상태 정보 중의 적어도 하나 이상을 수집하는 정보 수집 단계(S1001), 발전기의 생산 전력에 기초하여 계통 송전 전력 예상값을 산출하는 계통 송전 전력 산출 단계(S1002), 발전기 생산 전력 및 계통 송전 전력 예상값에 기초하여 전체 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 전체 저장장치 충방전 전력 산출 단계(S1003), 전체 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 제1 저장장치 충방전 전력 산출 단계(S1004) 및 전체 저장장치 충방전 전력 기준값과 제1 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 제2 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 제2 저장장치 충방전 전력 산출 단계(S1005)를 포함할 수 있다.
제1 전력변환장치는 제1 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 제1 저장장치의 충방전 전력을 제어하고, 제2 전력변환장치는 제2 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 제2 저장장치의 충방전 전력을 제어할 수 있다.
도 10에는 두 종류의 저장장치를 사용하는 경우를 예시하고 있으나, 도 10에 예시된 방법은, 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 세 종류 이상의 저장장치를 포함하는 경우로 확장될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 이종의 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 이종의 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 저장 시스템을 효과적으로 제어할 수 있는 제어 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 대용량이면서 동특성이 느린 에너지 저장장치의 용량을 최대한 활용하면서 동특성이 빠르고 상대적으로 소용량인 에너지 저장장치의 응답 속도를 활용하여 연계 전원 및 계통의 상태 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 에너지 저장 시스템을 제공할 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하는 제1 저장장치;
    전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하고, 상기 제1 저장장치에 비해 동특성이 빠른 제2 저장장치;
    상기 제1 저장장치와 계통 사이에서 전력을 전달하는 제1 전력변환장치;
    상기 제2 저장장치와 상기 계통 사이에서 전력을 전달하는 제2 전력변환장치; 및
    상기 제1 전력변환장치 및 상기 제2 전력변환장치의 동작을 제어하는 제어기;를 포함하되,
    상기 제어기는 발전기의 전력 생산 상태, 계통 상태, 상기 제1 저장장치의 상태 및 상기 제2 저장장치의 상태에 대한 정보를 수집하고, 상기 수집된 정보에 기초하여 상기 제1 저장장치의 충방전 전력 기준값과 상기 제2 저장장치의 충방전 전력 기준값을 생성하여 상기 제1 전력변환장치 및 상기 제2 전력변환장치에 각각 제공하며, 상기 발전기는 상기 계통과 연계되어 상기 제 1 저장장치 및 상기 제 2 저장장치에 에너지를 공급받거나 공급하고,
    상기 제어기는,
    상기 발전기의 생산 전력에 기초하여 계통 송전 전력 예상값을 산출하는 계통 송전 전력 산출부;
    상기 발전기 생산 전력 및 상기 계통 송전 전력 예상값에 기초하여 전체 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 전체 저장장치 충방전 전력 산출부;
    상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 제1 저장장치 충방전 전력 산출부;
    상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값 및 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제2 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 제2 저장장치 충방전 전력 산출부; 및
    상기 제1 저장장치 및 상기 제2 저장장치의 상태에 기초하여 제1 저장장치 보상값 및 제2 저장장치 보상값을 산출하는 저장장치 관리부를 더 포함하며,
    상기 제1 저장장치 보상값 및 상기 제2 저장장치 보상값은 상기 제1 저장장치 및 상기 제2 저장장치 각각의 최소 충전 상태를 유지하기 위한 최소 충전 전력인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전력변환장치는 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제1 저장장치의 충방전 전력을 제어하고, 상기 제2 전력변환장치는 상기 제2 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제2 저장장치의 충방전 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  5. 삭제
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 1에 있어서,
    상기 계통 송전 전력 산출부는 계통 전력의 램프 레이트(ramp rate), 전압 또는 주파수 변동 중의 적어도 하나에 기초하여 상기 계통 송전 전력 예상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 1에 있어서,
    상기 전체 저장장치 충방전 전력 산출부는 상기 발전기 생산 전력에서 상기 계통 송전 전력 예상값을 차감한 값에 기초하여 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 저장장치 충방전 전력 산출부는 상기 제1 저장장치 전압의 상승 속도, 최소 동작 전력, 충전상태 상한값 및 충전상태 하한값 중의 적어도 하나에 기초하여 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 저장장치 충방전 전력 산출부는 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값에서 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 차감한 값에 기초하여 상기 제2 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 저장장치가 사용되지 않는 경우, 상기 제2 저장장치 충방전 전력 산출부는 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값 대신 영(zero)을 차감한 값에 기초하여 상기 제2 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  11. 삭제
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장장치 관리부는 상기 제1 저장장치 보상값 및 상기 제2 저장장치 보상값의 합인 전체 저장장치 보상값 정보를 상기 계통 송전 전력 산출부로 제공하고, 상기 계통 송전 전력 산출부는 상기 발전기 생산 전력에서 상기 전체 저장장치 보상값을 차감한 값에 기초하여 상기 계통 송전 전력 예상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장장치 관리부는 상기 제2 저장장치 보상값 정보를 상기 제1 저장장치 충방전 전력 산출부로 제공하고, 상기 제1 저장장치 충방전 전력 산출부는 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값에서 상기 제2 저장장치 보상값을 차감한 값에 기초하여 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  14. 전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하는 제1 저장장치, 전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하고 상기 제1 저장장치에 비해 동특성이 빠른 제2 저장장치, 상기 제1 저장장치와 계통 사이에서 전력을 전달하는 제1 전력변환장치 및 상기 제2 저장장치와 상기 계통 사이에서 전력을 전달하는 제2 전력변환장치를 포함하는 에너지 저장 시스템에서 상기 제1 전력변환장치 및 상기 제2 전력변환장치의 동작을 제어하기 위한 제어기에 있어서,
    발전기의 생산 전력에 기초하여 계통 송전 전력 예상값을 산출하는 계통 송전 전력 산출부;
    상기 발전기 생산 전력 및 상기 계통 송전 전력 예상값에 기초하여 전체 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 전체 저장장치 충방전 전력 산출부;
    상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 제1 저장장치 충방전 전력 산출부; 및
    상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값 및 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 제2 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 제2 저장장치 충방전 전력 산출부;를 포함하되,
    상기 제1 저장장치 및 상기 제2 저장장치의 상태에 기초하여 제1 저장장치 보상값 및 제2 저장장치 보상값을 산출하는 저장장치 관리부를 더 포함하며,
    상기 발전기는 상기 계통과 연계되어 상기 제1 저장장치 및 제2 저장장치에 에너지를 공급하고,
    상기 제1 저장장치 보상값 및 제2 저장장치 보상값은 상기 제1 저장장치 및 상기 제2 저장장치 각각의 최소 충전 상태를 유지하기 위한 최소 충전 전력인 것을 특징으로 하는 제어기.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 14에 있어서,
    상기 전체 저장장치 충방전 전력 산출부는 상기 발전기 생산 전력에서 상기 계통 송전 전력 예상값을 차감한 값에 기초하여 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 것을 특징으로 하는 제어기.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 14에 있어서,
    상기 제1 저장장치 충방전 전력 산출부는 제1 저장장치 전압의 상승 속도, 최소 동작 전력, 충전상태 상한값 및 충전상태 하한값 중의 적어도 하나에 기초하여 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 것을 특징으로 하는 제어기.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 14에 있어서,
    상기 제2 저장장치 충방전 전력 산출부는 상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값에서 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 차감한 값에 기초하여 상기 제2 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 것을 특징으로 하는 제어기.
  18. ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 14에 있어서,
    상기 제1 전력변환장치는 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제1 저장장치의 충방전 전력을 제어하고, 상기 제2 전력변환장치는 상기 제2 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제2 저장장치의 충방전 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 제어기.
  19. 전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하는 제1 저장장치, 전력을 저장하거나 저장된 전력을 방출하고 상기 제1 저장장치에 비해 동특성이 빠른 제2 저장장치, 상기 제1 저장장치와 계통 사이에서 전력을 전달하는 제1 전력변환장치, 상기 제2 저장장치와 상기 계통 사이에서 전력을 전달하는 제2 전력변환장치, 및 상기 제1 전력변환장치와 상기 제2 전력변환장치의 동작을 제어하기 위한 제어기를 포함하는 에너지 저장 시스템에 의해 수행되는 에너지 저장장치 제어 방법에 있어서,
    발전기의 생산 전력에 기초하여 계통 송전 전력 예상값을 산출하는 계통 송전 전력 산출 단계;
    상기 발전기 생산 전력 및 상기 계통 송전 전력 예상값에 기초하여 전체 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 전체 저장장치 충방전 전력 산출 단계;
    상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 제1 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 제1 저장장치 충방전 전력 산출 단계; 및
    상기 전체 저장장치 충방전 전력 기준값 및 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 제2 저장장치 충방전 전력 기준값을 산출하는 제2 저장장치 충방전 전력 산출 단계;를 포함하되,
    상기 제1 저장장치 및 상기 제2 저장장치의 상태에 기초하여 제1 저장장치 보상값 및 제2 저장장치 보상값을 산출하는 저장장치 관리 단계를 더 포함하며,
    상기 발전기는 상기 계통과 연계되어 상기 제1 저장장치 및 상기 제2 저장장치에 에너지를 공급하고,
    상기 제1 저장장치 보상값 및 제2 저장장치 보상값은 상기 제1 저장장치 및 상기 제2 저장장치 각각의 최소 충전 상태를 유지하기 위한 최소 충전 전력인 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 제어 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제1 전력변환장치는 상기 제1 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제1 저장장치의 충방전 전력을 제어하고, 상기 제2 전력변환장치는 상기 제2 저장장치 충방전 전력 기준값에 기초하여 상기 제2 저장장치의 충방전 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 제어 방법.
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