KR102450205B1 - 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법 - Google Patents

전력 공급 시스템의 출력 분배 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법은, 전력 공급 시스템의 요구 출력 전력이 기준값을 초과할 경우 요구 출력 전력을 전체 PCS에 동일하게 할당하고, 요구 출력 전력이 기준값을 초과하지 않을 경우 최대 운전 비율 및 최저 운전 비율을 토대로 최대 운전 비율 전력으로 운영할 적어도 어느 하나의 최대전력 운전 PCS를 할당하며, 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계에서 할당되지 않은 잔여 전력이 최저 운전 비율 전력을 초과할 경우 잔여 전력을 운영할 잔여전력 운전 PCS를 할당하고, 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계에서 할당되지 않은 잔여 전력이 최저 운전 비율 전력을 초과하지 않을 경우 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계에서 할당된 최대전력 운전 PCS에 요구 출력 전력을 동일하게 나누어 재할당하는 단계로 이루어진다.

Description

전력 공급 시스템의 출력 분배 방법{Output Distribution Method for Power Supplying System}
본 발명은 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 다수의 PCS(Power Conditioning System) 또는 다수의 PEBB(Power Electronics Building Block; 이하 "펩"이라함)를 구비하는 전력 공급 시스템(Power Supplying System)에서 최적 효율로 전력을 분배하는 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 전력 공급 시스템 내의 다수의 PCS 또는 다수의 펩의 동작을 운용 환경에 맞추어 제어하는 방법에 관한 것이다.
전력 시설 및 산업 시설, 민간 시설의 효율적인 전력 관리를 통해서 스마트한 전력망을 구성하기 위해 기존 전력망에 IT 기술을 접목한 스마트그리드 기술이 부각되고 있다.
스마트그리드 환경은 다양한 기기가 혼재되고 유선과 무선이 결합된 하이브리드형 네트워크를 구성한다. 예컨대, 스마트그리드 통신망 구축 방법은 간선망으로는 광대역무선통신(Wimax)을 사용하고 가입자망으로는 고속 전력선통신(PLC)을 사용함으로써, 인터넷/전화 서비스를 비롯하여 전력회사의 스마트그리드(통합검침, 에너지 관리, 전기차, 태양광 설비 감시 등) 구축에 효율을 높이고 있다.
그 일례로, 대한민국 특허공개공보 제10-2012-0097551호에서는 스마트 그리드 시스템의 전력 절감을 위하여 특정 디바이스를 온/오프(on/off)시키는 방법을 사용하고 있다. 그러나, 기존 스마트 그리드 시스템은 공급되는 에너지를 효율적으로 사용하기 위하여 에너지를 분배하는 적절한 방식을 제시하지 못하고 있다.
한편, 태양광발전시스템(Photovoltaic System; 이하 "PV 시스템"이라함)은 평면 또는 곡면 형상의 플레이트의 상면에 태양전지패널이 구비되어 태양광 에너지를 전기로 변환하는 시스템이다. 이러한 PV 시스템은 최대 출력 시에는 효율이 높은 영역에서 운전되나, 낮은 발전상태에서는 효율이 낮은 영역에서 운전되어 발전량의 손실이 발생한다는 단점이 있다.
ESS(Energy Storage System)는 최근 활발하게 개발되고 있는 신재생 에너지원을 고품질 전력으로 전환 후 스마트그리드에 연계하는데 핵심적인 역할을 수행할 수 있다. 특히 출력 변동성이 큰 풍력 발전과 태양광 발전 시스템을 계통에 연계할 때 필요한 장치이다.
에너지 저장의 원리는 전력 계통으로부터 전기 에너지를 받아 이온화, 운동 에너지화, 물리적 압축 및 화학적 에너지로 저장하였다가 필요한 시기에 전기 에너지로 변환하여 전력 계통에 공급하는 것이다. 중대형 에너지 저장 장치는 다양한 종류로 분류될 수 있으며, 리튬 이온 전지는 대표적인 이차 전지로서 양극과 음극 사이에 분리막과 전해질이 있어 리튬 이온이 이동하면서 에너지를 저장하고 방전한다.
이러한 리튬 이온 전지는 아직 경제성에 단점이 있으나 출력 특성과 효율이 양호하여 최근 적용 범위가 넓어지고 있다. 특히, 하나의 목적 사이트에 대하여 리튬 이온 전지들로 구성된 배터리 팩을 구비한 단위 PCS들을 다수 개 구비하여 전력 공급 시스템(Power Supplying System)를 구성하는 방식이 많이 사용되고 있다.
그러나, 이러한 경우 전력 공급 시스템이 위치하는 사이트의 플랜트(Plant) 특성 및 운영환경에 대한 고려 없이, 단순히 개별 PCS의 출력 효율이나 현재 충전량에 따른 효율에 따라 개별 PCS에 출력을 분배하는 방식으로 운영되고 있어, 전체 시스템의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 특허공개공보 제10-2012-0097551호(2012.09.05)
본 발명의 목적은, 전력 공급 시스템이 위치하는 사이트의 플랜트 특성 및 운영환경에 맞추어 전력 공급 시스템을 운전함으로써, 전체 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 전력 공급 시스템이 위치하는 사이트의 플랜트 특성 및 운영환경에 맞춘 전력 공급 시스템의 운전을 통해 PCS의 수명을 증가시킬 수 있는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법은, 다수의 PCS를 포함하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법으로서, 전력 공급 시스템의 요구 출력 전력을 기준값과 비교하는 요구 출력 전력 비교단계; 상기 요구 출력 전력이 상기 기준값을 초과할 경우, 상기 요구 출력 전력을 전체 PCS에 동일하게 할당하여 제 1 모드로 운영하는 단위 운전 PCS의 전력 할당단계; 상기 요구 출력 전력이 상기 기준값을 초과하지 않을 경우, 최대 운전 비율 및 최저 운전 비율을 토대로 최대 운전 비율 전력으로 운영할 적어도 어느 하나의 최대전력 운전 PCS를 할당하는 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계; 상기 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계에서 할당되지 않은 잔여 전력이 최저 운전 비율 전력을 초과할 경우, 상기 잔여 전력을 운영할 잔여전력 운전 PCS를 할당하여 적어도 어느 하나의 최대전력 운전 PCS과 함께 제 2 모드로 운영하는 잔여전력 운전 PCS의 전력 할당단계; 및 상기 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계에서 할당되지 않은 잔여 전력이 상기 최저 운전 비율 전력을 초과하지 않을 경우, 상기 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계에서 할당된 상기 최대전력 운전 PCS에 상기 요구 출력 전력을 동일하게 나누어 재할당하여 제 3 모드로 운영하는 최대전력 운전 PCS의 전력 재할당단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 기준값은, 상기 전력 공급 시스템의 최대 전력 * 최대 운전 비율일 수 있다.
또한, 상기 최대 운전 비율 전력은, PCS 당 가용 최대 전력* 최대 운전 비율일 수 있다.
또한, 상기 최저 운전 비율 전력은, PCS 당 가용 최대 전력 * 최저 운전 비율일 수 있다.
또한, 상기 최대 운전 비율 및 상기 최저 운전 비율은, 상기 전력 공급 시스템의 발전 예측값, 전력시장 동향, 및 기준 설정값을 토대로 설정될 수 있다.
한편, 상기 요구 출력 전력이 상한 기준값 이상일 때 상기 제 1 모드를 사용하고, 상기 요구 출력 전력이 상기 상한 기준값 이하이고 하한 기준값 이상일 때 상기 제 1 모드와 상기 제 2 모드 중 어느 하나를 사용하며, 상기 요구 출력 전력이 상기 하한 기준값 이하일 때 상기 제 2 모드와 상기 제 3 모드 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
이때, 상기 상한 기준값 및 상기 하한 기준값은 상기 전력 공급 시스템의 발전 예측값, 전력시장 동향, 및 기준 설정값을 토대로 설정될 수 있다.
또한, 상기 상한 기준값 및 상기 하한 기준값에 따라 운용 모드가 결정되면, 상기 운용 모드에 따라 상기 최대 운전 비율과 상기 최소 운전 비율이 정해질 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법은, 다수의 펩(PEBB)으로 이루어진 PCS를 포함하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법으로서, PCS의 요구 출력 전력을 기준값과 비교하는 요구 출력 전력 비교단계; 상기 요구 출력 전력이 상기 기준값을 초과할 경우 상기 요구 출력 전력을 전체 펩(PEBB)에 동일하게 할당하여 제 1 모드로 운영하는 단위 운전 펩의 전력 할당단계; 상기 요구 출력 전력이 상기 기준값을 초과하지 않을 경우 최대 운전 비율 및 최저 운전 비율을 토대로 최대 운전 비율 전력으로 운영할 적어도 어느 하나의 최대전력 운전 펩(PEBB)을 할당하는 최대전력 운전 펩의 전력 할당단계; 상기 최대전력 운전 펩(PEBB)의 전력 할당단계에서 할당되지 않은 잔여 전력이 최저 운전 비율 전력을 초과할 경우 상기 잔여 전력을 운영할 잔여전력 운전 펩(PEBB)을 할당하여 적어도 어느 하나의 최대전력 운전 펩(PEBB)과 함께 제 2 모드로 운영하는 잔여전력 운전 펩의 전력 할당단계; 및 상기 최대전력 운전 펩의 전력 할당단계에서 할당되지 않은 잔여 전력이 상기 최저 운전 비율 전력을 초과하지 않을 경우 상기 최대전력 운전 펩(PEBB)의 전력 할당단계에서 할당된 상기 최대전력 운전 펩에 상기 요구 출력 전력을 동일하게 나누어 재할당하여 제 3 모드로 운영하는 최대전력 운전 펩의 전력 재할당단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 기준값은, 상기 PCS의 최대 전력 * 최대 운전 비율일 수 있다.
또한, 상기 최대 운전 비율 전력은, 펩(PEBB) 당 가용 최대 전력* 최대 운전 비율일 수 있다.
또한, 상기 최저 운전 비율 전력은, 펩(PEBB) 당 가용 최대 전력 * 최저 운전 비율일 수 있다.
또한, 상기 최대 운전 비율 및 상기 최저 운전 비율은, 상기 PCS의 발전 예측값, 전력시장 동향, 및 기준 설정값을 토대로 설정될 수 있다.
한편, 상기 요구 출력 전력이 상한 기준값 이상일 때 상기 제 1 모드를 사용하고, 상기 요구 출력 전력이 상기 상한 기준값 이하이고 하한 기준값 이상일 때 상기 제 1 모드와 상기 제 2 모드 중 어느 하나를 사용하며, 상기 요구 출력 전력이 상기 하한 기준값 이하일 때 상기 제 2 모드와 상기 제 3 모드 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
또한, 상기 상한 기준값 및 상기 하한 기준값은 상기 PCS의 발전 예측값, 전력시장 동향, 및 기준 설정값을 토대로 설정될 수 있다.
또한, 상기 상한 기준값 및 상기 하한 기준값에 따라 운용 모드가 결정되면, 상기 운용 모드에 따라 상기 최대 운전 비율과 상기 최소 운전 비율이 정해질 수 있다.
본 발명에 의한 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법은 전력 공급 시스템이 위치하는 사이트의 플랜트 특성 및 운영환경에 맞추어 전력 공급 시스템을 운전함으로써, 전체 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법은 전력 공급 시스템이 위치하는 사이트의 플랜트 특성 및 운영환경에 맞춘 전력 공급 시스템의 운전을 통해 PCS의 수명을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1의 전력 공급 시스템이 제 1 모드로 동작하는 경우 그 상세 동작을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 전력 공급 시스템이 제 2 모드로 동작하는 경우 그 상세 동작을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 전력 공급 시스템이 제 3 모드로 동작하는 경우 그 상세 동작을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 전력 공급 시스템이 제 1 모드, 제 2 모드, 및 제 3 모드의 조합으로 동작하는 경우를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 장치를 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법 및 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법을 나타낸 순서도이며, 도 2 내지 도 5는 도 1을 상세히 설명하기 위한 세부 도면 및 그래프이다. 또한, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 장치를 나타낸 블록도이다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법을 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법은 제어부(120)에서 전력 공급 시스템의 요구 출력 전력을 기준값과 비교하는 단계(S110), 요구 출력 전력이 기준값을 초과할 경우 요구 출력 전력을 전체 PCS에 동일하게 할당하여 제 1 모드로 운영하는 단계(S120), 요구 출력 전력이 기준값을 초과하지 않을 경우 최대 운전 비율(131) 및 최저 운전 비율(132)을 토대로 최대 운전 비율 전력으로 운영할 적어도 어느 하나의 최대전력 운전 PCS를 할당하는 단계(S130), 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계(S130)에서 할당되지 않은 잔여 전력과 최저 운전 비율 전력을 비교하여(S140) 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계(S130)에서 할당되지 않은 잔여 전력이 최저 운전 비율 전력을 초과할 경우 잔여 전력을 운영할 잔여전력 운전 PCS를 할당하여 적어도 어느 하나의 최대전력 운전 PCS과 함께 제 2 모드로 운영하는 단계(S150), 및 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계(S130)에서 할당되지 않은 잔여 전력과 최저 운전 비율 전력을 비교하여(S140) 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계(S130)에서 할당되지 않은 잔여 전력이 최저 운전 비율 전력을 초과하지 않을 경우 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계(S130)에서 할당된 최대전력 운전 PCS에 요구 출력 전력을 동일하게 나누어 재할당하여 제 3 모드로 운영하는 단계(S160)로 이루어진다.
여기서, 기준값은 전력 공급 시스템의 최대 전력 * 최대 운전 비율로 설정할 수 있다.
또한, 최대 운전 비율 전력은 PCS 당 가용 최대 전력 * 최대 운전 비율로 설정할 수 있다.
여기서, 최저 운전 비율 전력은 PCS 당 가용 최대 전력 * 최저 운전 비율로 설정할 수 있다.
또한, 최대 운전 비율(131) 및 최저 운전 비율(132)은 전력 공급 시스템의 발전 예측값, 전력시장 동향, 및 기준 설정값을 토대로 설정할 수 있다.
본 발명의 전력 공급 시스템은 전력 공급 시스템의 발전 예측값, 전력시장 동향, 및 기준 설정값을 토대로 설정된 최대 운전 비율(131) 및 최저 운전 비율(132)을 사용해 다수의 PCS에 대해 상기와 같은 제 1 모드, 제 2 모드, 및 제 3 모드의 방식으로 출력을 분배함으로써, 전력 공급 시스템의 에너지 변환 효율이 98% 이상을 달성할 수 있도록 할 수 있다.
예를 들어, 최대 운전 비율(131) 및 최저 운전 비율(132)을 설정함에 있어서, 전력 공급 시스템이 위치한 사이트의 플랜트 특성 상 일조량이 낮아 요구 출력 전력이 낮을 때는 최대 운전 비율(131) 및 최저 운전 비율(132)을 상대적으로 낮은 값으로 설정하게 되며, 이를 통해 시스템 전체 전력 변환 효율이 다소 떨어지는 출력 전력 요구에도, 모드 운전을 통해 변환 효율을 높일 수 있으며 PCS 및 펩(PEBB)의 수명을 증가시킬 수 있다.
반면, 전력 공급 시스템이 위치한 사이트의 플랜트 특성 상 일조량이 높아 요구 출력 전력이 높을 때는 최대 운전 비율(131) 및 최저 운전 비율(132)을 상대적으로 조금 높게 설정하게 되며, 이를 통해 전력 변환 효율이 높은 영역에서 모든 PCS를 전력 변환에 참여할 수 있게 함으로써, 전력 공급 시스템의 전력 변환 효율을 높이고 전력 공급 시스템의 수명을 증가시킬 수 있다.
도 2는 도 1의 전력 공급 시스템이 제 1 모드로 동작하는 경우 그 상세 동작을 나타낸 도면이다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 모드에서는 전체 PCS이 최대 운전 비율을 초과하는 경우 제 1 PCS(111), 제 2 PCS(112), 제 3 PCS(113), 및 제 N PCS(114)에 전력을 모두 할당하여 시스템 효율을 높일 수 있도록 한다.
즉, 제 1 모드는 요구 출력 전력이 높은 지역 또는 시간 대에 모든 PCS를 동작 시킴으로써, 전반적인 시스템 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 3은 도 1의 전력 공급 시스템이 제 2 모드로 동작하는 경우 그 상세 동작을 나타낸 도면이다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 제 2 모드에서는 제 1 PCS(111), 제 2 PCS(112), 및 제 3 PCS(113)는 최대 운전 비율(131)로 운영하고, 제 N PCS(114)에 잔여 전력을 할당하여 최저 운전 비율(132)과 최대 운전 비율(131) 사이에서 동작하도록 한다.
즉, 제 2 모드는 최대 운전 비율(131)로 운영하는 제 1 PCS(111), 제 2 PCS(112), 및 제 3 PCS(113)에는 추가 전력을 할당하지 않아 변환 효율을 높이면서 과부하가 걸리지 않도록 함으로써, 전반적인 시스템 효율을 높일 수 있고 PCS의 수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.
도 4는 도 1의 전력 공급 시스템이 제 3 모드로 동작하는 경우 그 상세 동작을 나타낸 도면이다.
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 3 모드에서는 최저 운전 비율(132) 이하로 동작하여야 하는 제 N PCS(114)를 사용하지 않고, 최대 운전 비율(131)로 운영하고 있는 제 1 PCS(111), 제 2 PCS(112), 및 제 3 PCS(113)에 잔여 전력을 추가로 나누어 할당한다.
즉, 제 3 모드는 최저 운전 비율(132) 이하로 동작하게 되는 낮은 변환 효율의 제 N PCS(114)를 사용하지 않으므로 전반적인 시스템 효율을 높일 수 있고, 또한 제 N PCS(114)의 사용 회수를 줄임으로써 제 N PCS(114)의 수명을 연장할 수 있다.
이러한 제 3 모드는, 요구 출력 전력이 낮은 지역 또는 시간 대에서 효율이 낮은 PCS의 동작을 제거함으로써, 전반적인 시스템 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 5는 도 1의 전력 공급 시스템이 제 1 모드, 제 2 모드, 및 제 3 모드의 조합으로 동작시키는 경우를 나타낸 그래프이다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 제어부(120)는 요구 출력이 상한 기준값 이상일 때 제 1 모드를 사용하고, 상한 기준값 이하이고 하한 기준값 이상일 때 제 1 모드와 제 2 모드 중 어느 하나를 사용하고, 하한 기준값 이하일 때 제 2 모드와 제 3 모드 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
여기서, 도 5(a)는 일조량이 매우 높아 전력 공급 시스템의 출력 전력(161)이 상한 기준값 이상인 경우, 도 5(b)는 일조량이 중간 정도로서, 전력 공급 시스템의 출력 전력(162)이 상한 기준값 이하이고 하한 기준값 이상일 경우, 도 5(c)는 일조량이 낮아 전력 공급 시스템의 출력 전력(163)이 하한 기준값 이하일 경우를 나타낸 그래프이다.
즉, 본 발명의 전력 공급 시스템은, 도 5(a)와 같이 전력 공급 시스템 출력 전력(161)이 상한 기준값 이상인 경우 제 1 최대 운전 비율(141) 및 제 1 최저 운전 비율(151)을 높게 설정하여 모든 PCS를 운용하여 전력 효율을 높이고, 도 5(b)와 같이 전력 공급 시스템 출력 전력(162)이 상한 기준값과 하한 기준값 사이일 경우 제 2 최대 운전 비율(142) 및 제 2 최저 운전 비율(152)을 다소 낮게 설정하여 전력 변환 효율이 다소 높은 PCS를 우선 사용하도록 제 1 모드 또는 제 2 모드로 운용하여 전력 효율을 높이고, 도 5(c)와 같이 전력 공급 시스템 출력 전력(163)이 하한 기준값 이하일 경우 제 3 최대 운전 비율(143) 및 제 3 최저 운전 비율(153)을 낮게 설정하여 변환 효율이 좋지 않은 PCS의 참여 여부를 결정하도록 제 2 모드 및 제 3 모드로 운용하여 전력 공급 시스템의 효율을 높이고 수명을 증가시킨다.
여기서, 상한 기준값과 하한 기준값은 전력 공급 시스템의 발전 예측값, 전력시장 동향, 및 기준 설정값을 토대로 설계된 전력 공급 시스템의 요구 출력에 따라 전력 공급 시스템의 운용 모드를 결정지을 수 있는 기준값이다.
예를 들어, 전력 공급 시스템의 발전 예측값이 높고 전력시장의 가격이 낮을 경우 모든 PCS가 변환 효율이 높은 영역에서 참여할 수 있는 전력을 상한 기준값으로 설정하며, 전력 공급 시스템의 발전 예측값이 낮으나 전력시장의 가격이 높은 경우 전력 공급 시스템에서 변환 효율이 낮더라도 모든 PCS가 참여할 수 있는 전력을 하한 기준값으로 설정한다.
한편, 상한 기준값 및 하한 기준값에 따라 운용 모드가 결정되면 운용 모드에 따라 최대 운전 비율과 최소 운전 비율을 정할 수 있다.
예를 들어, 제 1 모드는, 전력 공급 시스템의 발전 예측값이 높고 전력시장의 가격이 낮은 경우가 될 수 있으며, 이때 제 1 최대 운전 비율(141) 및 제 1 최저 운전 비율(151)이 높게 설정되어 변환 효율이 높은 PCS만 전력 변환에 참여하도록 한다. 또한, 제 2 모드는 전력 공급 시스템의 발전 예측값이 높고 전력 시장의 가격도 높거나, 또는 전력 공급 시스템의 발전 예측값이 낮고 전력 시장의 가격도 낮은 경우가 될 수 있으며, 이때는 제 2 최대 운전 비율(142) 및 제 2 최저 운전 비율(152)이 다소 낮게 설정된다. 그리고, 제 3 모드는 전력 공급 시스템의 발전 예측값이 낮고 전력시장의 가격이 높을 경우가 될 수 있으며, 이때는 제 3 최대 운전 비율(143) 및 제 3 최저 운전 비율(153)이 낮게 설정되어 변환 효율이 낮아도 전력 변환에 참여할 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 장치를 나타낸 블록도이다.
도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 전력 공급 시스템의 출력 분배 장치는 DC로 입력된 전력을 AC로 변환하여 계통에 공급하는 제 1 PCS 내지 제 N PCS, 및 계통에 공급하는 요구 출력 전력을 최대 운전 비율(131) 및 최저 운전 비율(132)을 토대로 최대 운전 비율 전력과 잔여 전력으로 나누고 제 1 PCS 내지 제 N PCS 중 최대전력 운전 PCS 및 잔여전력 운전 PCS를 각각 선정하여 할당하는 제어부(120)로 이루어진다.
여기서, 최대 운전 비율 전력은 PCS 당 가용 최대 전력 * 최대 운전 비율로 산출할 수 있다.
여기서, 최저 운전 비율 전력은 PCS 당 가용 최대 전력 * 최저 운전 비율인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 최대 운전 비율(131) 및 최저 운전 비율(132)은 전력 공급 시스템의 발전 예측값, 전력시장 동향, 및 기준 설정값을 토대로 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 장치에서, 제어부(120)는 전력 공급 시스템의 DC 입력에 대한 요구 출력 전력을 기준값과 비교하여, 요구 출력 전력이 기준값을 초과할 경우 전체 PCS에 요구 출력 전력을 동일하게 할당하고, 요구 출력 전력이 기준값을 초과하지 않을 경우에는 최대 운전 비율 전력으로 운영할 PCS 및 잔여 전력으로 운영할 PCS를 선정하여 할당한다.
이때, 잔여 전력이 최저 운전 비율 전력을 초과할 경우, 제어부(120)는 최대전력 운전 PCS에 할당되지 않은 잔여 전력을 잔여전력 운전 PCS에 할당하고, 잔여 전력이 최저 운전 비율 전력을 초과하지 않을 경우에는 잔여 전력을 최대전력 운전 PCS에 동일하게 추가 할당한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 장치는 발전 예측값, 전력시장 동향, 및 기준 설정값을 토대로 설정된 최대 운전 비율(131) 및 최저 운전 비율(132)을 사용해 다수의 PCS에 대해 출력을 분배함으로써, 전력 공급 시스템의 에너지 변환 효율을 높일 수 있으며 전력 공급 시스템 내의 PCS 운영을 제어하여 PCS의 수명을 증가시킬 수 있다.
한편, 최대 운전 비율(131) 및 최저 운전 비율(132)을 토대로 다수의 PCS에 대해 출력을 분배하는 상세한 방법은 상술한 바가 있으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법을 나타낸 순서도이다.
이하의 다른 실시예는 전력 공급 시스템이 하나의 PCS를 구비하고, 해당 PCS가 다수의 PEBB(Power Electronics Building Block; 이하 "펩"이라함)으로 이루어진 구성을 상정한 것이다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법을 설명한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법은 PCS(210)의 요구 출력 전력을 기준값과 비교하는 단계(S210), 요구 출력 전력이 기준값을 초과할 경우 요구 출력 전력을 전체 펩(PEBB)에 동일하게 할당하여 제 1 모드로 운영하는 단계(S220), 요구 출력 전력이 기준값을 초과하지 않을 경우 최대 운전 비율(231) 및 최저 운전 비율(232)을 토대로 최대 운전 비율 전력으로 운영할 적어도 어느 하나의 최대전력 운전 펩(PEBB)을 할당하는 단계(S230), 최대전력 운전 펩의 전력 할당단계(S230)에서 할당되지 않은 잔여 전력과 최저 운전 비율 전력을 비교(S240)하여 최대전력 운전 펩의 전력 할당단계(S230)에서 할당되지 않은 잔여 전력이 최저 운전 비율 전력을 초과할 경우 잔여 전력을 운영할 잔여전력 운전 펩(PEBB)을 할당하여 적어도 어느 하나의 최대전력 운전 펩(PEBB)과 함께 제 2 모드로 운영하는 단계(S250), 및 최대전력 운전 펩의 전력 할당단계(S230)에서 할당되지 않은 잔여 전력과 최저 운전 비율 전력을 비교(S240)하여 최대전력 운전 펩(PEBB)의 전력 할당단계(S230)에서 할당되지 않은 잔여 전력이 최저 운전 비율 전력을 초과하지 않을 경우 최대전력 운전 펩(PEBB)의 전력 할당단계(S230)에서 할당된 최대전력 운전 펩(PEBB)에 요구 출력 전력을 동일하게 나누어 재할당하여 제 3 모드로 운영하는 단계(S260)로 이루어진다.
여기서, 기준값은 PCS(210)의 최대 전력 * 최대 운전 비율로 설정할 수 있다.
또한, 최대 운전 비율 전력은 펩(PEBB) 당 가용 최대 전력 * 최대 운전 비율로 설정할 수 있다.
여기서, 최저 운전 비율 전력은 펩(PEBB) 당 가용 최대 전력 * 최저 운전 비율로 설정할 수 있다.
또한, 최대 운전 비율(131) 및 최저 운전 비율(132)은 PCS(210)의 발전 예측값, 전력시장 동향, 및 기준 설정값을 토대로 설정할 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법은 PCS(210)의 발전 예측값, 전력시장 동향, 및 기준 설정값을 토대로 설정된 최대 운전 비율(231) 및 최저 운전 비율(232)을 사용해 다수의 펩(PEBB)에 대해 상기와 같은 제 1 모드, 제 2 모드, 및 제 3 모드의 방식으로 출력을 분배함으로써, 전력 공급 시스템의 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 최대 운전 비율(131) 및 최저 운전 비율(132)을 설정함에 있어서, PCS(210)가 위치한 사이트의 플랜트 특성 상 일조량이 낮아 요구 출력 전력이 낮을 때는 최대 운전 비율(131) 및 최저 운전 비율(132)을 상대적으로 낮은 값으로 설정하게 되며, 이를 통해 전력 변환 효율이 다소 떨어지더라도 전반적인 펩(PEBB)을 운용할 수 있도록 한다.
반면, PCS(210)이 위치한 사이트의 플랜트 특성 상 일조량이 높아 요구 출력 전력이 높을 때는 최대 운전 비율(131) 및 최저 운전 비율(132)을 상대적으로 조금 높게 설정하게 되며, 이를 통해 전력 변환 효율이 높은 영역에서 모든 펩(PEBB)를 전력 변환에 참여할 수 있게 함으로써, PCS(210)의 전력 변환 효율을 높이고 PCS(210)의 수명을 증가시킬 수 있다.
한편, 각 모드에서의 펩(PEBB)의 구체적인 동작 방법은, 다수의 펩(PEBB)에 대해 적용되는 것이라는 점을 제외하면, 상술한 다수의 PCS에 대한 출력 분배 방법과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법 및 장치는 전력 공급 시스템이 위치하는 사이트의 플랜트 특성 및 운영환경에 맞추어 전력 공급 시스템을 운전함으로써, 전체 시스템의 효율을 향상시킬 수 있으며 PCS의 수명을 증가시킬 수 있다.
상술한 것은 하나 이상의 실시예의 실례를 포함한다. 물론, 상술한 실시예들을 설명할 목적으로 컴포넌트들 또는 방법들의 가능한 모든 조합을 기술할 수 있는 것이 아니라, 당업자들은 다양한 실시예의 많은 추가 조합 및 치환할 수 있음을 인식할 수 있다. 따라서 설명한 실시예들은 첨부된 청구범위의 진의 및 범위 내에 있는 모든 대안, 변형 및 개조를 포함하는 것이다.

Claims (16)

  1. 다수의 PCS를 포함하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법으로서,
    전력 공급 시스템의 요구 출력 전력을 기준값과 비교하는 요구 출력 전력 비교단계;
    상기 요구 출력 전력이 상기 기준값을 초과할 경우, 상기 요구 출력 전력을 전체 PCS에 동일하게 할당하여 제 1 모드로 운영하는 단위 운전 PCS의 전력 할당단계;
    상기 요구 출력 전력이 상기 기준값을 초과하지 않을 경우, 최대 운전 비율 및 최저 운전 비율을 토대로 최대 운전 비율 전력으로 운영할 적어도 어느 하나의 최대전력 운전 PCS를 할당하는 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계;
    상기 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계에서 할당되지 않은 잔여 전력이 최저 운전 비율 전력을 초과할 경우, 상기 잔여 전력을 운영할 잔여전력 운전 PCS를 할당하여 적어도 어느 하나의 최대전력 운전 PCS과 함께 제 2 모드로 운영하는 잔여전력 운전 PCS의 전력 할당단계; 및
    상기 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계에서 할당되지 않은 잔여 전력이 상기 최저 운전 비율 전력을 초과하지 않을 경우, 상기 최대전력 운전 PCS의 전력 할당단계에서 할당된 상기 최대전력 운전 PCS에 상기 요구 출력 전력을 동일하게 나누어 재할당하여 제 3 모드로 운영하는 최대전력 운전 PCS의 전력 재할당단계;를 포함하고,
    상기 요구 출력 전력이 상한 기준값 이상일 때 상기 제 1 모드를 사용하고, 상기 요구 출력 전력이 상기 상한 기준값 이하이고 하한 기준값 이상일 때 상기 제 1 모드와 상기 제 2 모드 중 어느 하나를 사용하며, 상기 요구 출력 전력이 상기 하한 기준값 이하일 때 상기 제 2 모드와 상기 제 3 모드 중 어느 하나를 사용하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기준값은, 상기 전력 공급 시스템의 최대 전력 * 최대 운전 비율인 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 최대 운전 비율 전력은, PCS 당 가용 최대 전력* 최대 운전 비율인 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 최저 운전 비율 전력은, PCS 당 가용 최대 전력 * 최저 운전 비율인 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 최대 운전 비율 및 상기 최저 운전 비율은, 상기 전력 공급 시스템의 발전 예측값, 전력시장 동향, 및 기준 설정값을 토대로 설정되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 상한 기준값 및 상기 하한 기준값은 상기 전력 공급 시스템의 발전 예측값, 전력시장 동향, 및 기준 설정값을 토대로 설정되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 상한 기준값 및 상기 하한 기준값에 따라 운용 모드가 결정되면, 상기 운용 모드에 따라 상기 최대 운전 비율과 상기 최저 운전 비율이 정해지는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법.
  9. 다수의 펩(PEBB)으로 이루어진 PCS를 포함하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법으로서,
    PCS의 요구 출력 전력을 기준값과 비교하는 요구 출력 전력 비교단계;
    상기 요구 출력 전력이 상기 기준값을 초과할 경우 상기 요구 출력 전력을 전체 펩(PEBB)에 동일하게 할당하여 제 1 모드로 운영하는 단위 운전 펩의 전력 할당단계;
    상기 요구 출력 전력이 상기 기준값을 초과하지 않을 경우 최대 운전 비율 및 최저 운전 비율을 토대로 최대 운전 비율 전력으로 운영할 적어도 어느 하나의 최대전력 운전 펩(PEBB)을 할당하는 최대전력 운전 펩의 전력 할당단계;
    상기 최대전력 운전 펩(PEBB)의 전력 할당단계에서 할당되지 않은 잔여 전력이 최저 운전 비율 전력을 초과할 경우 상기 잔여 전력을 운영할 잔여전력 운전 펩(PEBB)을 할당하여 적어도 어느 하나의 최대전력 운전 펩(PEBB)과 함께 제 2 모드로 운영하는 잔여전력 운전 펩의 전력 할당단계; 및
    상기 최대전력 운전 펩의 전력 할당단계에서 할당되지 않은 잔여 전력이 상기 최저 운전 비율 전력을 초과하지 않을 경우 상기 최대전력 운전 펩(PEBB)의 전력 할당단계에서 할당된 상기 최대전력 운전 펩에 상기 요구 출력 전력을 동일하게 나누어 재할당하여 제 3 모드로 운영하는 최대전력 운전 펩의 전력 재할당단계;를 포함하고,
    상기 요구 출력 전력이 상한 기준값 이상일 때 상기 제 1 모드를 사용하고, 상기 요구 출력 전력이 상기 상한 기준값 이하이고 하한 기준값 이상일 때 상기 제 1 모드와 상기 제 2 모드 중 어느 하나를 사용하며, 상기 요구 출력 전력이 상기 하한 기준값 이하일 때 상기 제 2 모드와 상기 제 3 모드 중 어느 하나를 사용하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 기준값은, 상기 PCS의 최대 전력 * 최대 운전 비율인 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 최대 운전 비율 전력은, 펩(PEBB) 당 가용 최대 전력* 최대 운전 비율인 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 최저 운전 비율 전력은, 펩(PEBB) 당 가용 최대 전력 * 최저 운전 비율인 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 최대 운전 비율 및 상기 최저 운전 비율은, 상기 PCS의 발전 예측값, 전력시장 동향, 및 기준 설정값을 토대로 설정되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법.
  14. 삭제
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 상한 기준값 및 상기 하한 기준값은 상기 PCS의 발전 예측값, 전력시장 동향, 및 기준 설정값을 토대로 설정되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 상한 기준값 및 상기 하한 기준값에 따라 운용 모드가 결정되면, 상기 운용 모드에 따라 상기 최대 운전 비율과 상기 최저 운전 비율이 정해지는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 출력 분배 방법.
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