KR102395252B1 - 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치 및 그 저장방법 - Google Patents

디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치 및 그 저장방법 Download PDF

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Abstract

디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치는 디젤 발전기를 지능형 충전장치를 통해 배터리의 DC 입력단에 연결하고, 동시에 부하에 전력을 공급하는 AC 출력단에 연결되며, 평상시에 배터리를 운전하여 특정 서비스에 부하 전력을 공급하며, 다중 서비스를 동시에 제공하는 경우 디젤 발전기를 운용하여 상기 배터리의 운전 시간을 연장하도록 제어하는 지능형 전력관리시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치 및 그 저장방법{Hybrid Energy Storage Apparatus for Diesel Generator and Method therefor}
본 발명은 에너지 저장장치에 관한 것으로서, 특히 디젤 발전기를 부하에 전력을 공급하는 AC 출력단에 연결하고 동시에 배터리의 DC 입력단을 충전장치를 통해 연결하는 AC/DC 이중 연결구조의 에너지 저장장치를 구성하여 평상시에 배터리를 이용하여 전력을 서비스에 공급하며 다중 서비스를 동시에 제공하는 경우 디젤 발전기를 운전하여 배터리의 운전 시간을 연장하는 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치 및 그 저장방법에 관한 것이다.
종래의 에너지 저장장치는 전기 화학적 방법으로 에너지를 저장하기 위한 배터리와 전기 에너지를 충전하거나 방전하기 위한 전력 변환 장치(PCS, Power Conditioning System)의 단순 구조를 가진다.
도 1은 종래 기술에 따른 비상 발전기와 에너지 저장장치가 적용된 수용가 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
종래 기술에 따른 수용가 시스템은 차단기(11)와 수전변압기(12)를 통해서 배전계통(13)에 연계된다. 수용가 시스템은 전력계통이 사고나 유지보수 등으로 전력을 공급하지 못하는 경우를 대비해서 비상 발전기(14)를 구비해야 한다.
수용가 시스템은 계통 전원에 문제가 생기면 제1 자동 절체 스위치(15)가 자동으로 작동해서 배전계통(13)과의 연결을 끊고 비상 발전기(14)를 연결하여 비상 전원공급 운전을 시작한다.
수용가 부하관리 목적의 에너지 저장장치(20)는 일반적으로 계통 연계 운전 상황에서만 동작하므로 제1 자동 절체 스위치(15)의 계통 입력 단자의 일반부하(16)의 연결단자에 설치된다.
그러나 최근의 에너지 저장장치(20)는 도 1에서 도시된 바와 같이 제1 자동 절체 스위치(15)의 후단에 설치되어 비상 발전기(14)와 병렬로 운전되거나 비상 발전기(14)를 대체하여 설치/운전 되는 사례가 있다. 이러한 경우 비상 발전기(14)와 에너지 저장장치(20)는 각각의 AC 출력단(17, 18)을 통해서 연결된다.
에너지 저장장치(20)는 대부분의 경우 수용가 부하관리, 주파수 조정 서비스, 수요 반응 서비스 또는 비상발전기 대체 등 하나의 응용 목적을 가지고 설치된다.
에너지 저장장치(20)의 AC 출력단(18)는 비상부하(19a)의 연결단자와 소방부하(19b)의 연결단자에 연결된다.
두 가지 이상의 서비스를 하나의 에너지 저장장치가 제공하기 위해서는 추가 배터리를 설치하여 에너지 저장장치의 용량을 늘리거나 하나의 응용 서비스를 위한 배터리 운전 영역을 제한하여 다른 서비스의 수행하기 위한 배터리의 여유를 남겨두는 운전 방식이 유일한 해결책이다.
에너지 저장장치를 이용한 서비스는 사업성을 확보하기 위해서 하나의 에너지 저장장치가 다중 서비스를 제공하여 수익성을 높이는 방안이 필요하다. 동일한 배터리를 이용하여 여러 가지 서비스를 제공하려면 각 서비스에 필요한 에너지 저장장치의 용량 확보가 필수적이다.
배터리의 용량 확보를 위해서는 추가 배터리를 설치하거나 배터리의 운전 영역을 구분하여 서비스 별로 배정하는 방법이 있다. 그런데 추가 배터리를 설치하는 것은 초기 설치 비용을 높이는 문제가 있다.
배터리 운전 영역을 구분하여 다수의 서비스가 공유하는 방법은 그 서비스가 불규칙적으로 필요한 경우 배터리 운용률이 낮아서 사업성을 악화시키므로 투자비 회수가 길어지게 되는 문제점이 있다.
에너지 저장장치는 수용가 부하관리 서비스, 수요반응 서비스, 주파수 조정 서비스, 비상발전기 대체 서비스 등 다수의 서비스를 공유하는 경우, 다수의 서비스에 운전 영역을 구분하여 배정해야 한다.
수용가 부하관리 서비스는 수익을 거두기 위해서 상시 충방전을 필요로 하고, 수요반응 서비스, 주파수 조정 서비스, 비상발전기 대체 서비스는 낮은 발생 빈도를 가지며 임의의 시간에 요구된다.
그러나 에너지 저장장치는 언제 발생할지 모르는 다른 서비스를 공유해야 하므로 수용가 부하관리를 위한 에너지 저장장치의 운전을 제한해야 하는 문제점이 발생한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 디젤 발전기를 부하에 전력을 공급하는 AC 출력단에 연결하고 동시에 배터리의 DC 입력단을 충전장치를 통해 연결하는 AC/DC 이중 연결구조의 에너지 저장장치를 구성하여 평상시에 배터리를 이용하여 전력을 서비스에 공급하며 다중 서비스를 동시에 제공하는 경우 디젤 발전기를 운전하여 배터리의 운전 시간을 연장하는 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치 및 그 저장방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치는,
디젤 발전기는 지능형 충전장치를 통해 배터리의 DC 입력단에 연결하고, 동시에 부하에 전력을 공급하는 AC 출력단에 연결되며, 평상시에 배터리를 운전하여 특정 서비스에 부하 전력을 공급하며, 다중 서비스를 동시에 제공하는 경우 디젤 발전기를 운용하여 상기 배터리의 운전 시간을 연장하도록 제어하는 지능형 전력관리시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 따른 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치는,
디젤 발전기는 지능형 충전장치를 통해 배터리의 DC 입력단에 연결하고, 동시에 부하에 전력을 공급하는 AC 출력단에 연결되며, 평상시에 배터리를 운전하여 특정 서비스에 부하 전력을 공급하며, 다중 서비스를 동시에 제공하는 경우 디젤 발전기를 운용하여 상기 배터리의 운전 시간을 연장하도록 제어하는 지능형 전력관리시스템;
서비스 목적에 따라 복수개의 전원 및 부하의 차단과 투입을 제어하는 기능을 수행하는 차단기 제어반;
지능형 전력관리시스템과 배터리에 연결되고 출력단이 복수의 서비스 부하의 차단과 투입을 제어하는 차단기 제어반에 연결되는 지능형 전력변환장치를 포함하며, 계통 전원의 문제로 비상운전 모드로 변경되는 경우, 전력변환장치에서 단독으로 전력을 부하에 공급하고, 디젤 발전기가 구동하여 동기 투입이 완료되는 시점부터 디젤 발전기와 지능형 전력변환장치가 병렬 운전하여 부하 변동이나 순간적인 유도기 부하의 순간적인 기동 전력이 필요할 때 필요 전력을 분배하며, 지능형 전력관리시스템은 원격으로 차단기 제어반을 제어하여 복수개의 부하에 배터리의 전력을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 따른 디젤발전 하이브리드 에너지 저장방법은,
디젤 발전기는 지능형 충전장치를 통해 배터리의 DC 입력단에 연결하고, 동시에 부하에 전력을 공급하는 AC 출력단에 연결된 이중 연결 구조의 지능형 전력관리시스템을 구비한 에너지 저장장치를 포함하고,
지능형 전력관리시스템은 전원 이상 여부를 감지하여 상용 전원이 차단되지 않은 경우, 에너지 저장장치의 운전 스케줄을 결정하고 복수개 서비스의 수행에 따른 지능형 전력관리시스템의 운전모드를 결정하는 단계;
배터리의 평균 방전율에 따른 방전 완료 시간을 고려하여 배터리의 운전 시간의 연장 여부를 판단하는 단계; 및
배터리의 운전 시간의 연장이 결정되면, 디젤 발전기를 운용하여 배터리의 운전 시간을 연장하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 다중 서비스를 동시에 제공하는 경우, 복합 구성된 디젤 발전기를 운전하여 배터리의 운전 시간을 연장함으로써 배터리의 운전 범위를 최대한 활용할 수 있어 시스템 운전 효율을 높이고 기존 에너지 저장치에 비해 초기 투자 비용을 줄일 수 있으며 투자 회수 기간이 단축되는 효과가 있다.
본 발명은 배터리의 DC 입력단을 통해 배터리를 충전시 디젤 발전기를 최대 효율 출력 구간에서 운전할 수 있고 디젤 발전기가 구동하여 동기 투입이 완료되는 시점부터 디젤 발전기와 지능형 전력변환장치가 병렬 운전하여 부하 변동이나 순간적인 유도기 부하의 순간적인 기동 전력이 필요할 때 필요 전력을 분배함으로써 전력변환장치와 디젤 발전기의 설치 용량을 단독 구성 운전의 경우보다 작게 선택하는 것이 가능하므로 초기 투자 비용을 절감하는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 비상 발전기와 에너지 저장장치가 적용된 수용가 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치가 적용된 수용가 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 에너지 저장장치와 본 발명에 따른 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치의 충전 상태(State of Charge, SOC)를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치의 운전모드와 각 운전모드에서의 제어장치들의 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치의 지능형 전력 관리 시스템(iPMS)의 정상 운전과 비상 운전에 있어서의 제어 알고리즘의 흐름을 나타낸 도면이다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치가 적용된 수용가 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치가 적용된 수용가 시스템은 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치(100) 및 지능형 에너지관리시스템(Intelligent Energy Management System, 이하 'iEMS'라 칭함)(120)을 포함한다.
디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치(100)는 지능형 전력관리시스템(Intelligent Power Management System, 이하 'iPMS'라 칭함)(101)을 주 제어장치로 하여 지능형 전력변환장치(Intelligent Power Conditioning System, 이하 'iPCS'라 칭함)(102)와 디젤 발전기(104)와 지능형 충전장치(Intelligent Battery Charger, 이하 'iCharger'라 칭함)(105)가 내부 통신네트워크(160, 161, 162)를 통해 연결되어 있다.
디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치(100)는 서비스 목적에 따라 복수개의 전원 및 부하의 차단과 투입을 제어하는 기능을 수행하는 차단기 제어반(110)를 원격 제어가 가능하도록 구성된다.
지능형 충전장치(105)는 DC 스위치(121)에 의해 배터리(103)의 DC 입력단과 연결되어 있다.
지능형 전력변환장치(102)는 지능형 전력관리시스템(101)과 배터리(103)에 연결되고 출력단이 복수의 서비스 부하의 차단과 투입을 제어하는 차단기 제어반(110)에 연결되어 있다.
디젤 발전기(104)는 내부에 디젤발전 제어기와 여자 제어장치, 전자식 가버너 등을 포함하며 디젤발전 제어기가 기동, 정지, 동기 제어, 동기 투입 등 병렬 운전을 위한 제어를 수행한다.
디젤 발전기(104)는 지능형 충전장치(105)를 통해 배터리(103)의 DC 입력단에 연결하고, 동시에 부하에 전력을 공급하는 AC 출력단에 연결되어 있다.
다시 말해, 에너지 저장장치(100)는 디젤 발전기(103)를 부하에 전력을 공급하는 AC 출력단에 연결하고 동시에 배터리(103)의 DC 입력단을 지능형 충전장치(105)를 통해 연결하는 AC/DC 이중 연결구조의 에너지 저장장치(100)를 구성하여 평상시에 배터리(103)를 이용하여 전력을 서비스에 공급하며 다중 서비스를 동시에 제공하는 경우 디젤 발전기(104)를 운전하여 배터리(103)의 운전 시간을 연장하도록 제어한다.
지능형 전력관리시스템(101)은 평상시에 배터리(103)를 운전하여 특정 서비스에 부하 전력을 공급하며, 다중 서비스를 동시에 제공하는 경우 디젤 발전기(104)를 운용하여 배터리(103)의 운전 시간을 연장하도록 제어한다.
지능형 전력관리시스템(103)은 원격으로 차단기 제어반(110)을 제어하여 복수개의 부하에 배터리(103)의 전력을 공급하도록 제어한다.
지능형 전력관리시스템(101)은 CAN이나 모드버스 RTU 등의 고속 직렬버스로 연결된 내부 네트워크를 통해서 지능형 전력변환장치(102), 지능형 충전장치(105), 디젤 발전기(104)와 데이터 통신을 수행하여 현재 상태 모니터링 및 제어 명령을 전송한다.
지능형 전력관리시스템(101)은 지능형 에너지관리시스템(120)과 통신 네트워크(151)에 의해 연결되어 수용가 부하관리를 위한 정보 제공과 제어 명령을 전달 받으며, 지능형 에너지관리시스템(120)을 통해서 보조서비스 사업자(300)와 통신 네트워크(151)에 의해 통신 연결되어 수요반응(Demand Response, DR) 서비스, 온실가스 배출권 거래(Emission Trading, ET) 서비스, 또는 주파수 조정(Frequency Regulation) 서비스 등 계통운영 보조서비스 시장(301)에 참여가 가능하다.
보조서비스 사업자(300)는 계통운영 보조서비스 시장(301)에 통신 네트워크(150)를 통해 연동되어 있다.
지능형 전력관리시스템(101)은 직접 제어선으로 차단기 제어반(110)의 전자 접촉기(111, 112, 113, 114, 115, 116, 117)를 제어하여 목적에 따라 전력 부하와 전원의 연결을 결정한다.
차단기 제어반(110)의 제1 전자 접촉기(117)는 디젤 발전기(104)와 연결되며, 디젤 발전기(104)는 지능형 전력관리시스템(101)가 제어에 의해 운전 제어된다.
제2 전자 접촉기(116)는 수요반응 부하(203)와 전기적으로 연결되고, 제3 전자 접촉기(115)는 소방부하(202)와 전기적으로 연결되고, 제4 전자 접촉기(114)는 비상부하(201)와 전기적으로 연결되고, 제5 전자 접촉기(113)는 일반부하(200)와 전기적으로 연결되고, 제6 전자 접촉기(112)는 지능형 전력변환장치(102)의 출력단과 전기적으로 연결되어 절체 제어된다.
제7 전자 접촉기(111)는 차단기(400)와 전기적으로 연결되고, 차단기(400)는 변압기(401)와 배전망(402)과 전기적으로 연결되어 있다.
제1 전자 접촉기(117), 제2 전자 접촉기(116), 제3 전자 접촉기(115), 제4 전자 접촉기(114), 제5 전자 접촉기(113), 제6 전자 접촉기(112) 및 제7 전자 접촉기(117)는 서로 간을 공통적으로 연결하는 공통 제어선으로 결합되어 있다.
디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치(100)의 지능형 전력변환 장치(102)는 IEC 61850 국제 표준 통신 방식에 의해서 상위 관리 제어 시스템과 연결될 수 있으며 상위 관리 제어 시스템으로부터의 원격 제어 명령을 통해서 인버터의 즉시 제어, 운전모드 제어, 커브기반 제어, 무효전력 제어 등 스마트 인버터 기능을 포함한다.
도 3은 종래 기술에 따른 에너지 저장장치와 본 발명에 따른 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치의 충전 상태(State of Charge, SOC)를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 사용 가능한 배터리(103)의 충전 상태(500)의 총량은 집합전지의 과충전을 방지하기 위한 보호 한계인 SOCmax(501)와 과방전을 방지하기 위한 보호 한계인 SOCmin(505)에 의해서 결정된다. 여기서, SOCmax는 과충전 방지 최대 SOC(Maximum limit of SOC)이고, SOCmin는 최소 운용 한계 SOC(Mimimum limit of SOC)이다.
복수의 서비스를 동시에 제공하기 위해서는 배터리 영역은 구분되어야 하며 도 3의 실시예는 3개의 서비스를 위해 구분된 SOC 영역을 볼 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 수용가 전력관리 서비스와 같이 상시 충방전을 필요로 하는 서비스는 SOCmax(501)와 SOCsvc2(503) 사이의 영역에서 운용된다.
수요 반응 서비스를 위한 영역(SOCsvc2(503)와 SOCsvc1(504)의 사이의 영역)과 비상 발전기 대체 서비스를 위한 영역(SOCsvc1(504)와 SOCmin(505)의 사이의 영역)은 임의로 발생하는 서비스를 위해서 용량을 보존해 두어야 한다.
SOCsvc1는 서비스1용으로 배정된 SOC(SOC Reserved for the Service1)이고, SOCsvc2는 서비스2용으로 배정된 SOC(SOC Reserved for the Service2)이다.
그러나 종래의 에너지 저장장치는 연간 수 회에 불과할 정도로 활용성이 떨어지는 수요 반응 서비스나 비상 발전기 대체 서비스를 위하여 상시 운전을 하여 수익을 발생시키는 수용가 전력관리 서비스의 운용을 제한해야 하므로 불합리한 점이 있었다.
본 발명에 따른 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치(100)는 필요시 디젤 발전기(104)를 가동하여 DC 연결을 통해 배터리(103)를 충전하거나 AC 연결을 통해 부하 전력을 공급함으로써 에너지 저장장치(100)의 운전 시간을 연장하는 것이 가능하다. 기존 방식의 에너지 저장장치가 배터리의 제약 조건 때문에 T0시간(510)의 운전 시간을 가진다. T0시간(510)는 기존 수요관리 서비스 시간이다.
이에 반해 본 발명에 따른 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치(100)가 적용된 수용가 시스템은 T1시간(511)까지 운전 시간을 연장하며 부하가 일정하다고 가정하면 디젤 발전기(104)에 의해서 배터리 방전 기울기가 줄어드는 만큼 운전 시간은 더 늘어나서 총 운전시간이 T1(511) + T2(513) 시간까지 운전 시간이 늘어나는 효과가 있다. T1(511)는 확장된 수요관리 서비스 시간이고, T2(513)는 최대 확장 운전 시간이다.
이때, 디젤 발전기(104)를 기동하는 시점(512)은 운전 시점의 평균 배터리 방전율에 따른 방전 완료 시간을 추정하여 지능형 전력관리시스템(101)에서 경험적인 방법으로 결정된다.
지능형 전력관리시스템(101)은 배터리(103)의 평균 방전율에 따른 방전 완료 시간을 고려하여 배터리(103)의 운전 시간의 연장 여부를 판단하고, 운전 시간의 연장이 결정되면, 디젤 발전기(104)의 디젤 발전을 수행하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치의 운전모드와 각 운전모드에서의 제어장치들의 상태를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 지능형 전력관리시스템(101)은 복수개의 서비스의 수행에 따른 운전모드를 결정한다. 운전모드는 모드0(600), 모드1(601), 모드2(602), 모드3(603), 모드4(604)를 포함한다.
모드0(600)은 정지 상태 모드이고, 모드1(601)은 상전 충전 모드이고, 모드2(602)은 방전 모드이고, 모드3(603)은 DC 연계 방전 모드이고, 모드4(604)는 AC 연계 방전 모드이다.
모드0(600)은 지능형 전력변환장치(102), 디젤 발전기(104), 지능형 충전장치(105)의 모든 장치가 운전 정지 상태인 운전모드이다.
나머지 4개의 모드는 지능형 전력변환장치(102)가 에너지 저장장치(100)를 충전하는 하나의 모드1(601)과 방전하는 3개의 모드들로 구성된다.
지능형 전력변환장치(102)가 방전 운전의 경우, 디젤 발전기(104)가 동작하지 않는 에너지 저장장치(100)의 단독운전의 모드2(602)와 디젤 발전기(104)가 DC 연결 단자를 통해 배터리(103)를 충전하는 모드3(603)과 디젤 발전기(104)가 에너지 저장장치(100)의 AC 출력단을 통해서 에너지 저장장치(100)와 병렬 운전하는 모드4(604)로 구분된다.
도 5는 본 발명에 따른 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치의 지능형 전력 관리 시스템(iPMS)의 정상 운전과 비상 운전에 있어서의 제어 알고리즘의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 지능형 전력관리시스템(101)의 운전 알고리즘은 정상운전 시작(S100)과 비상운전 시작(S200)의 두 가지 운전 흐름을 갖는다.
지능형 전력관리시스템(101)은 정상운전(S100)의 경우, 상용 전원이 차단되었는지를 검출하고(S102), 차단되었을 경우에 즉시 지능형 전력변환장치(102)의 운전 모드를 독립운전으로 전환한 후 비상 운전 흐름으로 전환된다(S104, S200).
지능형 전력관리시스템(101)은 지능형 에너지관리시스템(120)의 명령처리와 에너지 저장장치(100)의 운전 스케줄을 결정하고, 상위 제어기의 명령에 의해서 복수 서비스의 수행에 따른 지능형 전력관리시스템(101)의 운전모드를 결정한다(S106).
지능형 전력관리시스템(101)은 배터리(103)의 평균 방전율과 방전 완료 시간을 추정 계산하며(S108), 운전시간의 연장 필요를 결정한다(S110). 지능형 전력관리시스템(101)은 운전시간의 연장이 결정되면 디젤 발전기(104)의 발전을 수행한다(S112). S112 단계에서는 디젤 발전기(104)의 전압 및 주파수의 안정화와 계통 동기투입의 절차를 포함한다.
지능형 전력관리시스템(101)은 수용가의 전력 수요/공급의 계측과 계산에 따른 지능형 충전장치(105)의 출력 지령치를 전송하고(S114), 효율 최적화에 따른 운전모드를 결정하고, 상위 제어기로부터의 보조 서비스 요청 신호가 수신되었는지 판단하며(S116), 이에 따라 필요한 경우 보조 서비스의 부하 제어를 수행한다(S118).
지능형 전력관리시스템(101)은 비상운전(S200)의 경우, 비상 전원의 용량 한계에 따라 일반부하와 수요반응 부하를 차단하고(S202), 필요에 따라 소방전원을 우선 투입을 제어하고(S204), 일정 시간이 경과된 후 비상부하를 투입하여 과부하에 의한 비상전원의 실패를 예방한다.
에너지 저장장치(100)의 현재 충전 상태인 SOC(SOCnow)가 비상 운전이 가능한 지 즉, 필요 시간을 충족하는지 판단하고(S206), 디젤 발전기(104)의 운전을 결정하며 필요하다고 판단되는 경우에 디젤 발전기(104)의 디젤 발전을 수행한다(S208). SOCnow는 현재 SOC(Current State of Charge)이다.
지능형 전력관리시스템(101)은 상용 전원이 복구되었는지 판단하고(S210), 상용 전원이 복구되었다고 판단하면(S210), 상용 전원으로의 동기 투입과 지능형 전력변환장치(102)의 계통 연계 운전모드로 전환, 차단기를 정상운전 상태로 절체하고(S212), 비상운전(S200)을 종료하며 정상운전(S100)을 시작한다(S214).
지능형 전력관리시스템(101)은 계통 전원의 문제로 비상운전 모드로 변경되는 경우, 지능형 전력변환장치(102)에서 단독으로 전력을 부하에 공급하고, 디젤 발전기(104)가 구동하여 동기 투입이 완료되는 시점부터 디젤 발전기(104)와 지능형 전력변환장치(102)가 병렬 운전하여 부하 변동이나 순간적인 유도기 부하의 순간적인 기동 전력이 필요할 때 필요 전력을 분배하여 유연한 대처가 가능하다.
이로 인하여 전력변환장치(102)와 디젤 발전기(104)의 설치 용량을 단독 구성 운전의 경우보다 작게 선택하는 것이 가능하므로 초기 투자 비용을 절감하는 효과가 있다.
지능형 전력관리시스템(101)은 수용가 전력관리 서비스의 실시간 부하가 기설정된 기준치보다 작은 경우, 지능형 충전장치(105)의 DC 출력으로 배터리(103)를 충전하고, 수용가 전력관리 서비스의 실시간 부하가 기설정된 기준치보다 큰 경우, 지능형 충전장치(105)를 정지시키며 에너저 저장장치(100)의 AC 출력단을 통해 디젤 발전기(104)를 운전하여 전력을 공급하도록 제어한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치.
101: 지능형 전력관리시스템
102: 지능형 전력변환장치
103: 배터리
104: 디젤 발전기
105: 지능형 충전장치
110: 차단기 제어반
120: 지능형 에너지관리시스템

Claims (13)

  1. 배터리를 이용한 에너지 저장장치에 있어서,
    디젤 발전기는 지능형 충전장치를 통해 배터리의 DC 입력단에 연결하고, 동시에 부하에 전력을 공급하는 AC 출력단에 연결되며, 평상시에 상기 배터리를 운전하여 특정 서비스에 부하 전력을 공급하며, 다중 서비스를 동시에 제공하는 경우 상기 디젤 발전기를 운용하여 상기 배터리의 운전 시간을 연장하도록 제어하는 지능형 전력관리시스템;
    서비스 목적에 따라 복수개의 전원 및 부하의 차단과 투입을 제어하는 기능을 수행하는 차단기 제어반; 및
    상기 지능형 전력관리시스템과 상기 배터리에 연결되고 출력단이 복수의 서비스 부하의 차단과 투입을 제어하는 상기 차단기 제어반에 연결되는 지능형 전력변환장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치.
  2. 제1항에 있어서,
    계통 전원의 문제로 비상운전 모드로 변경되는 경우, 상기 전력변환장치에서 단독으로 전력을 부하에 공급하고, 상기 디젤 발전기가 구동하여 동기 투입이 완료되는 시점부터 상기 디젤 발전기와 상기 지능형 전력변환장치가 병렬 운전하여 부하 변동이나 순간적인 유도기 부하의 순간적인 기동 전력이 필요할 때 필요 전력을 분배하며, 상기 지능형 전력관리시스템은 원격으로 상기 차단기 제어반을 제어하여 상기 복수개의 부하에 상기 배터리의 전력을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지능형 전력관리시스템은 상기 배터리의 평균 방전율에 따른 방전 완료 시간을 고려하여 상기 배터리의 운전 시간의 연장 여부를 판단하고, 운전 시간의 연장이 결정되면, 상기 디젤 발전기의 디젤 발전을 수행하는 것을 특징으로 하는 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지능형 전력관리시스템은 수용가 부하 관리를 위해서 지능형 에너지관리시스템과 연결되어 수용가 부하 관리를 위한 정보 제공과 제어 명령을 전달 받으며 상기 지능형 에너지관리시스템과 연동하여 보조서비스 사업자와 연결되어 수요반응 서비스, 온실가스 배출권 서비스, 주파수 조정 서비스를 포함한 계통운영 보조서비스 시장에 통신으로 연결되는 것을 특징으로 하는 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지능형 전력관리시스템은 계통 전원에 문제가 발생하는 경우, 전원 이상 여부를 감지하여 원격으로 제어 가능한 차단기 제어반을 제어하여 일반부하와 수요반응 부하를 차단하고, 소방부하와 비상부하에 상기 배터리의 전력이 공급되는 비상운전의 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지능형 전력관리시스템은 수용가 전력관리 서비스의 실시간 부하가 기설정된 기준치보다 작은 경우, 상기 지능형 충전장치의 DC 출력으로 상기 배터리를 충전하고, 상기 수용가 전력관리 서비스의 실시간 부하가 기설정된 기준치보다 큰 경우, 상기 지능형 충전장치를 정지시키며 상기 AC 출력단을 통해 상기 디젤 발전기를 운전하여 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지능형 전력관리시스템은 복수개의 서비스의 수행에 따른 운전모드를 결정하는 경우, 상기 운전모드는 상기 지능형 전력변환장치, 상기 디젤 발전기, 상기 지능형 충전장치가 모두 운전 정지 상태의 모드0과, 상기 지능형 전력변환장치가 충전되고 상기 디젤 발전기가 동작하지 않는 모드1과, 상기 지능형 전력변환장치가 방전되고 상기 디젤 발전기가 동작하지 않는 모드2와, 상기 디젤 발전기가 DC 연결단자를 통해 상기 배터리를 충전하는 모드3와, 상기 디젤 발전기가 AC 출력단을 통해 운전하는 모드4를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤발전 하이브리드 에너지 저장장치.
  9. 배터리를 이용한 에너지 저장방법에 있어서,
    디젤 발전기는 지능형 충전장치를 통해 배터리의 DC 입력단에 연결하고, 동시에 부하에 전력을 공급하는 AC 출력단에 연결된 이중 연결 구조의 지능형 전력관리시스템을 구비한 에너지 저장장치를 포함하고,
    상기 지능형 전력관리시스템은 전원 이상 여부를 감지하여 상용 전원이 차단되지 않은 경우, 상기 에너지 저장장치의 운전 스케줄을 결정하고 복수개 서비스의 수행에 따른 상기 지능형 전력관리시스템의 운전모드를 결정하는 단계;
    상기 배터리의 평균 방전율에 따른 방전 완료 시간을 고려하여 상기 배터리의 운전 시간의 연장 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 배터리의 운전 시간의 연장이 결정되면, 상기 디젤 발전기를 운용하여 상기 배터리의 운전 시간을 연장하도록 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 배터리의 운전 시간의 연장 여부를 판단하는 단계는,
    상기 배터리의 운전 시간의 연장이 필요하지 않다고 결정되면, 수용가 전력관리 서비스의 전력 수요와 공급의 계측에 따라 상기 지능형 충전장치의 출력 지령치를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤발전 하이브리드 에너지 저장방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 지능형 전력관리시스템과 상기 배터리에 연결되고 출력단이 서비스 목적에 따라 복수의 전원 및 서비스 부하의 차단과 투입을 제어하는 차단기 제어반에 연결되는 지능형 전력변환장치를 더 포함하고,
    상기 지능형 전력관리시스템의 운전모드를 결정하는 단계는,
    상기 지능형 전력관리시스템은 상기 지능형 전력변환장치, 상기 디젤 발전기, 상기 지능형 충전장치가 모두 운전 정지 상태의 모드0과, 상기 지능형 전력변환장치가 충전되고 상기 디젤 발전기가 동작하지 않는 모드1과, 상기 지능형 전력변환장치가 방전되고 상기 디젤 발전기가 동작하지 않는 모드2와, 상기 디젤 발전기가 DC 연결단자를 통해 상기 배터리를 충전하는 모드3와, 상기 디젤 발전기가 AC 출력단을 통해 병렬 운전하는 모드4 중 하나의 운전모드를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤발전 하이브리드 에너지 저장방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 지능형 전력관리시스템의 운전모드를 결정하는 단계는,
    상기 지능형 전력관리시스템은 전원 이상 여부를 감지하여 상용 전원이 차단된 경우, 상기 지능형 전력관리시스템의 운전모드를 독립 운전으로 전환하는 단계; 및
    원격으로 제어 가능한 차단기 제어반을 제어하여 일반부하와 수요반응 부하를 차단하고, 소방부하와 비상부하에 상기 배터리의 전력이 공급되는 비상운전의 모드를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤발전 하이브리드 에너지 저장방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 비상운전의 모드를 수행하는 단계 이후에,
    상기 배터리의 충전 상태가 비상운전을 수행하지 못하는 경우, 상기 디젤 발전기를 운용하여 상기 배터리의 운전 시간을 연장하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤발전 하이브리드 에너지 저장방법.
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