KR102444388B1 - 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법 - Google Patents

마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법은 예측시스템이 마이크로그리드의 부하의 예상 수요량 및 PV의 예상 발전량을 예측하는 단계; EMS가 상기 예상 수요량 및 예상 발전량에 기초하여 ESS의 과방전 발생이 예측되면, 과방전 발생이 예측되는 시점으로부터 기 설정된 시간 이전에 다른 마이크로그리드로부터 전력을 공급받도록 운영 계획을 수립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법{Optimal energy operation method for microgrids}
본 발명은 마이크로그리드의 에너지 운영 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안정적으로 마이크로그리드의 에너지 운영이 가능한 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법에 관한 것이다.
최근 기후변화에 대응하기 위한 탄소중립이 전세계적으로 이슈가 되고 있는 가운데, 우리나라도 탄소중립을 위해 2030 국가 온실가스 감축목표 및 2050 탄소중립 시나리오를 기반으로 온실가스 배출량 감축을 위한 노력을 기울이고 있다.
이와 같은 온실가스 배출량 감축을 위한 수단으로 분산에너지 사용이 대두되고 있으며, 분산에너지는 에너지 수요처 인근에 위치하여 에너지 수요처에 생산한 에너지를 공급하여 에너지 수요처의 석탄 발전소로부터의 에너지 공급 의존도를 감소할 수 있도록 한다. 분산에너지를 관리하기 위하여 마이크로그리드가 형성되고, 이러한 마이크로그리드는 분산에너지와 연결되어 소규모 단위의 구역에 필요한 에너지의 공급과 수요를 관리하게 된다.
그러나, 분산에너지를 생산하는 풍력발전소, 태양광발전소 등과 같은 신재생에너지발전소는 다양한 환경 요인으로 인하여 발전량이 일정하지 못하며 발전량 제어가 불가능하다. 따라서 마이크로그리드 내 에너지 수요처의 필요한 에너지에 대응하여 분산에너지발전소의 에너지 발전량이 부족한 경우 수요처에 공급되는 에너지 부족 현상이 발생하는 문제점이 있다.
공개특허 10-2019-0031976호(마이크로그리드 시스템, 2019년 03월 27일 공개)에는 마이크로그리드의 부족한 전력에 대응하여 다른 마이크로그리드로부터 여유 전력을 공급받는 마이크로그리드 시스템에 대하여 기재되어 있다.
위의 공개특허에는 마이크로그리드의 전력 상태 정보를 기반으로 연결된 다른 마이크로그리드로부터 여유 전력을 공급받는 구성에 대하여 기재하고 있다.
그러나, 마이크로그리드의 전력 부족 현상이 나타나기 이전, 전력 부족 현상에 대비하여 다른 마이크로그리드로부터 여유 전력을 공급받을 수 없어 안정적으로 마이크로그리드의 전력 운용이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 분산자원 발전소에서 생산하는 전력의 발전량 및 마이크로그리드 내 부하의 전력 수요량을 예측하여 향후 부하의 전력 수요량 대비 부족한 발전량에 대하여 다른 마이크로그리드로부터 전력을 공급받음으로써 안정적으로 마이크로그리드의 에너지를 운영하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법은 예측시스템이 마이크로그리드의 부하의 예상 수요량 및 PV의 예상 발전량을 예측하는 단계; EMS가 상기 예상 수요량 및 예상 발전량에 기초하여 ESS의 과방전 발생이 예측되면, 과방전 발생이 예측되는 시점으로부터 기 설정된 시간 이전에 다른 마이크로그리드로부터 전력을 공급받도록 운영 계획을 수립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법은 상기 EMS는 PCS 총 출력량 대비 상기 ESS의 전체 충전량의 비율이 기 설정된 기준 수치 미만이면, 상기 ESS의 과방전이 발생할 것으로 예측하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법은 상기 EMS는 상기 ESS의 과방전 발생이 예측되는 시점이 향후 기설정된 구간 내에 존재하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법은 상기 EMS는 상기 ESS의 충전된 전력량이 상기 ESS의 하한값 이하로 방전되는 시점부터 상기 다른 마이크로그리드의 전력을 공급받도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법은 상기 ESS는 BTB컨버터에 접속되어 상기 다른 마이크로그리드와 연결되고, 상기 BTB컨버터의 정격 출력량만큼의 전력을 공급받는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법은 상기 BTB컨버터는 TOC의 제어에 의해 구동되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법은 상기 TOC는 상기 ESS의 충전량이 상기 ESS의 하한값을 초과하면 상기 다른 마이크로그리드가 상기 ESS로 전력 공급하는 것을 중단하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법은 상기 예측시스템은 상기 마이크로그리드의 부하 패턴을 수집하여 시간단위로 상기 부하 패턴을 분석하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법은 상기 예측시스템은 평균 월별 시간단위로 분석한 상기 부하 패턴을 기반으로 상기 부하의 수요량을 산출하고, 상기 ESS의 충전량을 기반으로 상기 부하의 수요량에 대한 오차량을 산출하여 보정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법은 상기 예측시스템은 외부 기온, 일조량, 일사량을 포함한 계측 정보를 수집하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의하여 분산자원 발전소에서 생산하는 전력의 발전량 및 마이크로그리드 내 부하의 전력 수요량을 예측하여 전력 수요량 대비 부족한 발전량에 대하여 다른 마이크로그리드로부터 전력을 공급받음으로써 부하가 필요한 전력을 지속적으로 안정적으로 공급할 수 있고, ESS의 충전량을 사전에 파악함으로써 ESS의 과방전을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드 간 전력 운영 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 예상 수요량 산출 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 예상 발전량 산출 순서도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로그리드 간 전력 운영 순서도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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 이해되어야한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 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 명세서 상에 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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1을 참고하면, 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법의 마이크로그리드1(MG1)(100)는 EMS(110), PV(120), PV컨버터(130), ESS(140), DC/DC컨버터(150), PCS(160), 부하(170) 및 예측시스템(180)을 포함할 수 있다.
MG1(100)는 DC망으로 형성될 수 있다. EMS(110)는 에너지관리시스템으로 MG1(100)의 전력을 운영할 수 있다. EMS(110)는 PV컨버터(130), ESS(140), DC/DC컨버터(150), PCS(160)의 동작을 제어 및 관리하고, ESS(140)의 전력 충전 상태(SOC)를 포함한 정보를 수집 및 관리할 수 있다. PV(120)은 태양광 발전소로써, 전력을 생산할 수 있으며, PV(120)는 설치 환경 등에 의해 다른 신재생발전으로 변경될 수 있다. PV컨버터(130)는 PV(120)의 발전량을 전력 변환하여 출력할 수 있다. PV컨버터(130)의 출력량은 PV컨버터(130)가 안정적으로 전력을 출력할 수 있는 출력량 범위 내에서 출력되는 양일 수 있다. DC/DC컨버터(150)는 PV컨버터(130)에서 전력변환되어 출력되는 전력을 DC/DC 전력 변환하여 ESS(140)를 충전할 수 있다. 그리고, PCS(160)는 PV컨버터(130)에서 전력변환되어 출력되는 전력을 전력 변환하여 부하(170)에 공급할 수 있다. ESS(140)는 에너지 저장 장치를 의미하며, PCS(160)는 전력변환장치를 의미할 수 있다. 부하(170)는 마이크로그리드 내 전력을 필요로 하는 전력 수요처일 수 있다. 또한, DC/DC컨버터(150)는 ESS(140)에 충전된 전력을 DC/DC 전력변환하여 방전할 수 있다. PCS(160)는 DC/DC컨버터(150)에서 전력변환되어 방전되는 전력을 전력 변환하여 부하(170)로 공급할 수 있다. 이 때 PCS(160)는 부하(170)의 기준 DC 전압 레벨로 전력을 변환할 수 있다. 그리고 예측시스템(180)은 PV(120)의 예상 발전량을 예측할 수 있고, 부하(170)의 예상 수요량을 예측할 수 있다. MG1 전력망은 DC망으로 형성될 수 있다.
마이크로그리드2(MG2)(200)는 EMS(210), ESS(220)을 포함할 수 있으며, EMS(210)는 ESS(220)의 충방전을 제어할 수 있다. 그리고, MG2(200)는 DC망으로 형성될 수 있다. MG1(100)과 MG2(200)는 DC망으로 연결될 수 있으며, BTB컨버터(310)에 접속되어 전력이 이동될 수 있다.
TOC(300)는 통합운영센터로 MG1(100)과 MG2(200) 간의 전력의 이동을 제어 및 운영할 수 있다. 그리고, BTB컨버터(310)는 TOC(300)의 제어에 의해 구동되어 MG1(100)과 MG2(200) 간의 전력을 각 마이크로그리드 기준 DC 전압 레벨로 변환하여 각 마이크로그리드에 공급할 수 있다. TOC(300)는 BTB컨버터(310)에서 출력되는 출력량을 조정할 수 있다. MG1(100)과 MG2(200)는 상호연결되고, MG1(100)의 ESS(140)은 MG2(200)와 BTB컨버터(310)를 통하여 상호연결되어 전력을 공급받을 수 있다.
TOC(300)는 MG1(100)의 EMS(110), MG2(200)의 EMS(210)와 통신하여 각 마이크로그리드의 부족 전력, 여유 전력 및 ESS(140, 220)의 충/방전량을 포함한 전력 현황을 파악할 수 있다.
도 2를 통해 본 발명의 일 실시예에 따라 예측시스템(180)이 부하(170)의 예상 수요량 및 PV(120)의 예상 발전량을 예측하고, EMS(110)가 예상 수요량 및 예상 발전량에 기초하여 ESS(140)의 과방전 발생이 예측되면, 과방전 발생이 예측되는 시점으로부터 기 설정된 시간 이전에 다른 마이크로그리드로부터 전력을 공급받도록 운영 계획을 수립할 수 있다.
운영 계획을 수립하는 단계는 다음과 같이 진행될 수 있다.
먼저, 예측시스템(180)은 PV(120)의 예상 발전량 및 부하(170)의 예상 수요량을 예측할 수 있다(S201). 이 때 예측시스템(180)은 향후 기설정된 구간 내에서의 PV(120)의 예상 발전량 및 부하(170)의 예상 수요량을 예측할 수 있다. 향후 기설정된 구간은 사용자에 의해 설정될 수 있다.
그리고, EMS(110)는 예측시스템(180)에서 예측한 예상 발전량 및 예상 수요량을 비교하여 예상 수요량이 예상 발전량을 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S202).
이 때 EMS(110)는 예상 수요량이 예상 발전량을 초과하는 것으로 판단되면 향후 기 설정된 구간 내에서의 ESS(140)의 제1 과방전 발생이 예측되는 시점의 존재 여부를 파악할 수 있다(S203).
자세하게는, EMS(110)는 예상 수요량이 예상 발전량을 초과하는 것으로 판단되면 예상 발전량 및 예상 수요량을 기반으로 ESS(140)에 충전된 전력의 방전량을 산출할 수 있다. 이 때 ESS(140) 방전량은 부하(170) 예상 수요량에서 PV(120) 예상 발전량을 제외한 전력량일 수 있다. 그리고 EMS(110)는 산출한 ESS(140) 방전량을 기초로 ESS(140)의 제1 과방전 발생을 예측하고, ESS(140)의 제1 과방전 발생이 예측되는 시점이 향후 기설정된 구간 내에 존재하는지 파악할 수 있다.
이 때, EMS(110)는 PCS(160) 총 출력량 대비 ESS(140)의 전체 충전량의 비율이 기설정된 기준 수치 미만인 경우, ESS(140) 제1 과방전이 발생할 것으로 예측할 수 있다. 즉, 아래 수학식 1에서 보는 것과 같이, ESS(140)의 전체 충전량이 PCS(160)의 총 출력량보다 기설정된 기준 수치 미만인 경우, ESS(140) 제1 과방전이 발생할 것으로 예측할 수 있다.
Figure 112021151194086-pat00001
이 때 ESS(140)의 전체 충전량은 예상 발전량, 예상 수요량에 의해 산출된 ESS(140) 방전량을 기초로 산출될 수 있으며, PCS(160)의 총 출력량은 예상 수요량을 기반으로 산출될 수 있다.
기설정된 기준 수치는 2로 설정할 수 있으며, 안정적으로 마이크로그리드의 전력 운영이 가능한 ESS(140)의 전체 충전량은 PCS(160)의 총 출력량의 2배인 것을 의미할 수 있다. 즉, ESS(140)은 PCS(160)의 총 출력량의 2배의 충전량을 유지할 수 있다.
그리고 EMS(110)는 S202에서 예상 수요량이 예상 발전량을 초과하지 않는 것으로 판단하면 S201으로 회귀할 수 있다.
다음으로, EMS(110)는 S203에서 향후 기설정된 구간 내에 ESS(140)의 제1 과방전 발생이 예측되는 시점이 존재한다고 판단하면, PV컨버터(130)의 출력을 보정할 수 있다(S204). 자세하게는, EMS(110)는 향후 기설정된 구간 내에 ESS(140)의 제1 과방전 발생이 예측되는 시점이 존재한다고 판단되면, ESS(140)의 향후 일정 구간에서의 PV컨버터(130)의 출력량을 최대출력으로 보정할 수 있다. 일반적으로 PV컨버터(130)의 출력량은 PV컨버터(130)의 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 출력량 범위 내에서 출력되는 양일 수 있으며, 최대출력보다 상대적으로 낮은 출력량일 수 있다. 최대출력은 PV컨버터(130)가 안정적으로 전력을 출력할 수 있는 출력량 범위 내에서의 최대출력일 수 있다. 또한, EMS(110)는 향후 기설정된 구간 내에 ESS(140)의 제1 과방전 발생이 예측되는 시점이 존재한다고 판단하면, ESS(140)의 향후 일정 구간에서의 PV컨버터(130)의 출력량을 피크출력으로 보정할 수 있다. 피크출력은 PV컨버터(130) 최대출력보다 출력량이 상대적으로 높은 출력량일 수 있으며, PV컨버터(130)가 전력을 출력할 수 있는 최대치일 수 있다.
이 때 향후 일정 구간은 예측시스템(180)에서 예측한 예상 발전량이 예상 수요량 이상인 시간대를 포함할 수 있다.
이와 같이 ESS(140)의 제1 과방전 발생 예측시, PV컨버터(130)의 출력량을 조정함으로써 ESS(140)의 예비 전력을 충전할 수 있다. 그리고 예비 전력이 확보되는 것에 의해 부하(170)의 수요량보다 PV(120) 발전량이 적은 시점에 도달했을 때 ESS(140)의 충전된 전력이 ESS(140)의 방전량 대비하여 충분히 확보될 수 있다. 따라서 ESS(140)이 과방전되지 않을 수 있다.
그리고 EMS(110)는 S203에서 향후 기설정된 구간 내에 ESS(140)의 제1 과방전 발생이 예측되는 시점이 존재하지 않는 것으로 판단하면, S201으로 회귀할 수 있다.
다음으로, EMS(110)는 S204에서 보정한 PV컨버터(130) 출력량을 기반으로 향후 기설정된 구간 내에서의 ESS(140)의 제2 과방전 발생이 예측되는 시점 존재 여부를 판단할 수 있다(S205). 자세하게는, EMS(110)는 S204에서 보정한 PV컨버터(130) 출력량을 기반으로 ESS(140)에 충전된 전력의 방전량을 산출할 수 있다. 그리고 EMS(110)는 산출한 ESS(140) 방전량을 기초로 ESS(140)의 제2 과방전 발생을 예측하고, ESS(140)의 제2 과방전이 발생할 것으로 예측되는 시점이 향후 기설정된 구간 내에 존재하는지 파악할 수 있다. 이 때, 제1 과방전 발생이 예측되는 시점과 제2 과방전 발생이 예측되는 시점은 상이할 수 있다.
EMS(110)는 PCS(160) 총 출력량 대비 ESS(140)의 전체 충전량의 비율이 기설정된 기준 수치 미만인 경우, ESS(140) 제2 과방전 발생을 예측할 수 있으며, ESS(140)의 전체 충전량, PCS(160)의 총 출력량은 보정한 PV컨버터(130) 출력량, 예상 수요량, ESS(140) 방전량을 기초로 산출될 수 있다.
EMS(110)는 S205에서 향후 기설정된 구간 내에 ESS(140)의 제2 과방전이 발생할 것으로 예측되는 시점이 존재하지 않는 것으로 판단하면, S201으로 회귀할 수 있다.
이와 반대로 EMS(110)는 S205에서 향후 기설정된 구간 내에 ESS(140)의 제2 과방전이 발생할 것으로 예측되는 시점이 존재한다고 판단하면, MG2(200)으로부터 전력을 공급받을 수 있다(S206). EMS(110)는 ESS(140)의 충전된 전력량이 후술하는 ESS(140)의 하한값 이하로 방전되는 시점부터 MG2(200)의 전력을 공급받도록 할 수 있다. 자세하게 EMS(110)가 향후 기설정된 구간 내에 ESS(140)의 제2 과방전이 발생할 것으로 예측되는 시점이 존재한다고 판단하면, TOC(300)로 전력 공급 요청을 송신할 수 있다. TOC(300)가 MG1(100)의 EMS(110) 및 MG2(200)의 EMS(210)로부터 지속적으로 각 마이크로그리드의 전력 정보를 전달받는 것에 의해, TOC(300)는 EMS(110)의 전력 공급 요청에 따라 MG2(200)의 ESS(220)에 충전된 전력을 MG1(100)의 ESS(140)으로 공급하도록 할 수 있다. MG2(200)의 ESS(220)에 충전된 전력은 BTB컨버터(310)을 통하여 기준 DC 전압 레벨로 전력변환되어 MG1(100)의 ESS(140)으로 공급될 수 있다. MG1(100)의 기준 DC 전압 레벨은 750[Vdc]일 수 있으며, MG2(200)의 기준 DC 전압 레벨은 830[Vdc]일 수 있다. ESS(140)은 MG2(200)으로부터 BTB컨버터(310)의 정격출력량만큼의 전력을 공급받을 수 있다.
그리고, EMS(110)는 ESS(140)의 충전량이 ESS(140)의 하한값을 초과 여부를 판단할 수 있다(S207).
그리고, EMS(110)는 ESS(140)의 충전량이 ESS(140)의 하한값을 초과하는 것으로 판단하면 TOC(300)에 신호를 전달할 수 있다. 이에 의해 TOC(300)는 ESS(140)의 충전량이 ESS(140)의 하한값을 초과하면 MG2(200)가 ESS(140)로 전력 공급하는 것을 중단하도록 제어할 수 있다. 따라서, ESS(140)의 충전량이 ESS(140)의 하한값을 초과하면 BTB컨버터(310)의 구동이 정지하여 MG1(100)과 MG2(200) 간의 전력 이동이 발생하지 않을 수 있다. 이 때 ESS(140)의 하한값은 ESS(140)의 총 저장용량의 30%일 수 있다. ESS(140)의 과방전은 ESS(140)의 최소 전력량에 도달한 것일 수 있으며, ESS(140)의 총 저장용량의 0% 이상 30% 미만일 수 있다.
반면에 TOC(300)는 ESS(140)의 충전량이 ESS(140)의 하한값을 초과하지 않는 것으로 판단하면 S206로 회귀하여 MG2(200)으로부터 전력을 공급받을 수 있다.
이에 의해 ESS(140)의 과방전 발생 예측시 다른 마이크로그리드로부터 전력을 공급받아 ESS(140)에 전력을 충전하는 것에 의해 ESS(140)의 과방전에 의한 손상을 방지하고 마이크로그리드의 전력 운영이 안정적으로 이루어지도록 할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 예측시스템(180)의 예상 수요량 및 예상 발전량 예측 단계를 설명할 수 있다.
예측시스템(180)은 최근 2년간 마이크로그리드의 부하패턴을 수집할 수 있다(S301). 다시 말해 예측시스템(180)은 최근 2년간의 MG1(100)의 부하(170)의 전력 수요 패턴을 수집할 수 있다.
그리고 예측시스템(180)은 S301에서 수집한 마이크로그리드 부하패턴에 대하여 평균 월별 시간단위로 부하패턴을 분석할 수 있다(S302).
그리고 예측시스템(180)은 ESS(140)의 충전량을 산출할 수 있다(S303).
다음으로, 예측시스템(180)은 오차량을 보정할 수 있다(S304). 예측시스템(180)은 S302에서 평균 월별 시간단위로 분석한 부하패턴을 기반으로 부하(170)의 수요량을 산출하고, S303에서 산출한 ESS(140)의 충전량을 기반으로 부하(170)의 수요량에 대한 오차량을 산출하여 보정할 수 있다.
그리고 예측시스템(180)은 S304에서 오차량을 보정한 예상 수요량을 산출할 수 있다(S305).
예측시스템(180)은 외부 기온, 일조량, 일사량을 포함한 계측 정보를 수집할 수 있다(S401).
다음으로 예측시스템(180)은 수집한 최근 2년동안의 계측 정보를 실제 기상 정보와 비교하여 오차를 분석할 수 있다(S402). 다시말해 예측시스템(180)은 최근 2년의 외부 기온, 일조량, 일사량를 포함한 계측 정보인 각각을 실제 기상 정보와 비교하여 오차를 분석할 수 있다.
그리고, 예측시스템(180)은 S402에서 분석한 일사량, 외부 기온, 일조량을 포함한 계측 정보 각각의 오차에 대한 오차량을 보정할 수 있다(S403).
그리고 예측시스템(180)은 보정된 일사량, 외부 기온, 일조량을 포함한 계측 정보를 기반으로 예상 발전량을 산출할 수 있다(S404).
도 5를 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에서의 마이크로그리드 간 전력 공급을 설명할 수 있다.
TOC(300)는 MG1(100)의 EMS(110) 및 MG2(200)의 EMS(210)와 상호연결되어 지속적으로 각 마이크로그리드의 전력 정보를 전달받을 수 있다.
먼저, EMS(110)는 PCS(160)의 출력량을 수집할 수 있다(S501).
그리고, EMS(110)는 PCS(160)의 출력량이 기설정된 출력량 미만인지 여부를 판단할 수 있다(S502). 이 때 PCS(160)의 출력량은 PV(120)의 발전량에 대하여 부하(170)로 공급하는 전력량일 수 있다. 이 때 기설정된 출력량은 PCS(160)의 여유용량을 제외한 출력량일 수 있으며, 사용자에 의해 설정될 수 있다.
다음으로, S502에서 EMS(110)가 PCS(160)의 출력량이 기설정된 출력량 미만인 것으로 판단하면, TOC(300)는 MG2(200)의 ESS(220) 충전량이 ESS(220) 중간값을 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S503). 이 때, ESS(220) 중간값은 ESS(220)의 총 저장용량의 50%일 수 있으며 마이크로그리드의 전력 현황에 따라 조정될 수 있다.
그리고 TOC(300)는 S503에서 MG2(200)의 ESS(220)의 충전량이 ESS(220) 중간값을 초과하는 것으로 판단되면, MG1(100)이 MG2(200)으로부터 전력을 공급받도록 제어할 수 있다(S505). 이 때, MG1(100)이 MG2(200)으로부터 공급받는 전력량은 BTB컨버터(310)의 정격출력량일 수 있다.
반면에 TOC(300)는 S503에서 MG2(200)의 ESS(220)의 충전량이 ESS(220) 중간값을 초과하지 않는 것으로 판단되면, S501로 회귀할 수 있다.
그리고, EMS(110)는 S502에서 PCS(160)의 출력량이 기설정된 출력량 이상인 것으로 판단되면, ESS(140)의 방전량이 기설정된 방전량 미만인지 여부를 판단할 수 있다(S506). 이 때 기설정된 방전량은 ESS(140)의 충전량의 여유충전량을 제외한 방전량일 수 있으며, 사용자에 의해 설정될 수 있다.
다음으로, EMS(110)가 ESS(140) 방전량이 기설정된 방전량 미만이 아닌 것으로 판단하면, S501로 회귀할 수 있다.
이와 반대로 EMS(110)가 ESS(140)의 방전량이 기설정된 방전량 미만인 것으로 판단하면, TOC(300)는 MG2(200)의 ESS(220) 충전량의 ESS(220) 상한값 미만 여부를 판단할 수 있다(S507). 이 때, ESS(220) 상한값은 ESS(220)의 총 저장용량의 80%일 수 있다.
그리고, TOC(300)는 S507에서 MG2(200)의 ESS(220)의 충전량이 ESS(220) 상한값 미만인 것으로 판단되면, MG1(100)이 MG2(200)으로 전력을 공급하도록 제어할 수 있다(S508). 이 때, MG1(100)이 MG2(200)으로 공급하는 전력량은 BTB컨버터(310)의 정격출력량일 수 있다.
반면에, TOC(300)는 S507에서 MG2(200)의 ESS(220)의 충전량이 ESS(220) 상한값 미만이 아닌 것으로 판단하면, S501로 회귀할 수 있다.
이와 같이 ESS(220)의 충전량을 기반으로 하여 발전량이 부족한 마이크로그리드에 최대 전력을 공급하여 발전량이 부족한 마이크로그리드가 공급받은 최대 전력을 이용하여 안정적으로 전력망을 운영할 수 있도록 할 수 있다.
100 : MG1
110 : EMS 120 : PV
130 : PV컨버터 140 : ESS
150 : DC/DC컨버터 160 : PCS
170 : 부하 180 : 예측시스템
200 : MG2
210 : EMS 220 : ESS
300 : TOC
310 : BTB컨버터

Claims (10)

  1. 예측시스템이 마이크로그리드의 부하의 예상 수요량 및 PV의 예상 발전량을 예측하는 단계;
    EMS가 상기 예상 수요량 및 예상 발전량에 기초하여 ESS의 과방전 발생이 예측되면, 과방전 발생이 예측되는 시점으로부터 기 설정된 시간 이전에 다른 마이크로그리드로부터 전력을 공급받도록 운영 계획을 수립하는 단계를 포함하고,
    상기 EMS는 상기 ESS의 과방전 발생이 예측되는 시점이 향후 기설정된 구간 내에 존재하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 EMS는 PCS 총 출력량 대비 상기 ESS의 전체 충전량의 비율이 기 설정된 기준 수치 미만이면, 상기 ESS의 과방전이 발생할 것으로 예측하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 EMS는 상기 ESS의 충전된 전력량이 상기 ESS의 하한값 이하로 방전되는 시점부터 상기 다른 마이크로그리드의 전력을 공급받도록 하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 ESS는 BTB컨버터에 접속되어 상기 다른 마이크로그리드와 연결되고, 상기 BTB컨버터의 정격 출력량만큼의 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 BTB컨버터는 TOC의 제어에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법.
  7. 제 6 항에 있어서
    상기 TOC는 상기 ESS의 충전량이 상기 ESS의 하한값을 초과하면 상기 다른 마이크로그리드가 상기 ESS로 전력 공급하는 것을 중단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 예측시스템은 상기 마이크로그리드의 부하 패턴을 수집하여 시간단위로 상기 부하 패턴을 분석하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 예측시스템은 평균 월별 시간단위로 분석한 상기 부하 패턴을 기반으로 상기 부하의 수요량을 산출하고, 상기 ESS의 충전량을 기반으로 상기 부하의 수요량에 대한 오차량을 산출하여 보정하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 예측시스템은 외부 기온, 일조량, 일사량을 포함한 계측 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드의 최적 에너지 운영 방법.
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