KR20130111014A - 분산된 전력공급 자원으로부터 전력을 수집하는 장치 및 방법 - Google Patents

분산된 전력공급 자원으로부터 전력을 수집하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분산된 전력공급 자원으로부터 전력을 수집하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 수요측 전력공급 자원에 공급가능 여부를 조회하는 신호를 전송하는 1단계와; 수요측 전력공급 자원으로부터 받은 전력공급 관련 정보를 수신하는 2단계와; 상기 수신된 정보를 바탕으로 활용하고자 하는 수요측 전력공급 자원을 선택하는 3단계와; 선택한 결과를 수요측 전력공급 자원에게 통지하는 신호를 전송하는 4단계를 포함하는 전력수집 방법을 제공한다.

Description

분산된 전력공급 자원으로부터 전력을 수집하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COLLECTING ELECTRICITY FROM DISTRIBUTED RESOURCES}
본 발명은 수요반응 자원, 신 재생 에너지 자원, 전력저장장치, 전기자동차와 같이 분산된 전력공급 장치와 전력공급에 관련한 정보를 주고받으며 상기 다수의 분산된 전력공급 자원으로부터 전력을 공급받아 필요한 전력수요를 맞추는 전력수집 장치 및 방법에 관한 것이다.
기존의 전력시스템은 전력수요에 맞추오 전력공급이 조정되도록 운영되고 있다. 이를 위해 전력수요 예측, 경제급전, 자동급전제어와 같은 다양한 전력공급 제어기법들이 고안되어 사용되고 있다. 전력공급 시스템, 즉 발전기는 규모의 경제를 고려하여 주로 대규모로 구축이 되고, 신뢰성과 비용절감을 우선적인 운영 기준으로 하고 있다. 그러나, 최근에 전력수요가 많이 증가하고 있고, 주파수에 비례하는 선형부하에서 디지털 기기와 같은 비선형 부하가 늘어나는 것처럼 전력 부하의 유형도 많이 변화하고 있으며, 부지 선정 및 대규모 투자 위험으로 인해 기존과 같은 대규모 발전시스템을 구축하기가 어려워지고 있다. 이는 자연스럽게 전력의 수요와 공급을 맞추고 전력시스템을 안정적으로 운영하는데 있어서 수요 측면에서의 역할에 관심을 가지도록 하였다.
수요측 전력공급 자원으로는 수요반응 자원, 신재생에너지 자원, 전력저장장치, 전기자동차 등과 같이 수요반응 자원은 스마트가전과 같이 전력사용량을 조정할 수 있는 장치를 의미한다. 신재생에너지 자원은 가정이나 지역에 소규모로 설치되는 태양광 발전이나 풍력발전 장치를 의미한다. 전력저장장치는 배터리와 같이 전력을 저장했다고 필요한 시점에 공급할 수 있는 장치를 의미한다. 전기자동차는 기본적으로 배터리를 사용하므로 전력저장장치와 같지만, 이동성이 있다는 것이 고정된 위치에 설치되어 있는 전력저장장치와 구분된다. 이러한 수요측 전력공급 자원은 전력시스템에서 전력이 모자라는 경우에는 전력사용량을 절감하고, 전력시스템에서 전력이 과잉 공급되는 경우에는 전력사용량을 늘리는 방식으로 전력시스템의 수요와 공급을 맞추게 된다.
상기 수요측 전력공급 자원의 단위를 가정이나 소규모 지역으로 본다면, 주요한 특징은 다수, 다양성, 소규모, 분산성을 언급할 수 있다. 그런데, 상기 주요한 특징은 수요측 전력공급 자원을 활용하는 것을 어렵게 하고 있다. 즉, 기존의 대규모 발전시스템은 다양한 전력공급 제어기법을 통해 직접적으로 발전기들을 제어할 수 있지만, 수요측 전력공급 자원은 다수의 다양한 자원들이 소규모로 분산되어 존재하고 있으므로, 기존의 전력공급 제어기법을 적용하기가 어려울 뿐만 아니라, 하나의 개체가 직접적으로 제어하는 것이 현실적으로 불가능하다. 따라서, 수요측 전력공급 자원의 중요성에 대해서는 공감을 하면서도 수요측 전력공급 자원의 특징인 다수, 다양성, 소규모, 분산성으로부터 발생하는 제어 측면에서의 문제를 해결하여 현실적으로 적용 가능한 활용방법을 마련하고 있지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 구체적인 수요측 전력공급 자원의 제어는 해당 자원을 관리하는 가정 및 지역에서 개별적으로 수행되도록 하고, 수요측 전력공급 자원을 활용하는 측에서는 해당 자원을 활용하는데 필요한 정보만을 획득하는 분산형 제어 형태의 전력수집 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 분산된 전력공급 자원으로부터 전력을 공급받아 필요한 전력수요를 맞추는 전력수집 방법에 있어서, 수요측 전력공급 자원에 공급가능 여부를 조회하는 신호를 전송하는 1단계와; 수요측 전력공급 자원으로부터 받은 전력공급 관련 정보를 수신하는 2단계와; 상기 수신된 정보를 바탕으로 활용하고자 하는 수요측 전력공급 자원을 선택하는 3단계와; 선택한 결과를 수요측 전력공급 자원에게 통지하는 신호를 전송하는 4단계를 포함하는 전력수집 방법을 제공한다.
본 발명의 분산된 전력공급 장치로부터 전력을 수집하는 방법을 이용하면 다양한 수요측 전력공급 자원에 대한 상세한 정보를 수집하지 않고, 현실적으로 거의 불가능한 다수의 수요측 전력공급 자원에 대한 발전계획 수립하여 직접 제어하지 않고도 분산된 수요측 전력공급 자원을 활용할 수 있다.
또한, 본 발명은 스마트 그리드가 구축되어 전력시스템의 요소들이 유무선 통신망을 통해 정보를 주고받을 수 있는 환경이 마련되고, 수요반응 자원/신재생 에너지 자원/전기저장장치/전기자동차와 같이 현재에는 활성화되어 있지 않지만 지속적인 기술개발과 정책지원을 통해 많이 보급될 수요측 전력공급 자원이 확보되었을 때 이와 같은 전력시스템의 인프라를 실용적이고 효과적으로 활용할 수 있는 기술적 토대를 제공하고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 수집 방법을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 공급 전력이 필요량과 차이가 나는 경우의 전력 수집 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 시작 시각과 종료 시각이 필요 시각과 차이가 나는 경우의 전력 수집 방법을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명의 실시예를 도면과 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 수집 방법을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 수요측 전력공급 자원을 활용할 필요성이 생기면, 수요측 전력공급 자원을 활용하는 측에서는 다음과 같은 과정을 통해 전력 수집 방법을 통해 수요측 전력공급 자원을 활용할 수 있다.
1단계로 수요측 전력공급 자원에 공급가능 여부를 조회하는 신호를 전송, 2단계는 수요측 전력공급 자원으로부터 받은 전력공급 관련 정보를 수신, 3단계는 상기 수신된 정보를 바탕으로 활용하고자 하는 수요측 전력공급 자원을 선택, 4단계는 선택한 결과를 수요측 전력공급 자원에게 통지하는 신호를 전송하는 것이다.
1단계에서 공급가능 여부를 조회하는 신호는 수요측 전력공급 자원을 활용할 필요성이 ‘시작 시각’, ‘종료 시각’, ‘인센티브’ 또는 ‘시작 시각’, ‘종료 시각’, ‘수요 레벨’의 파라미터로 표현된 것이다.
예를 들어, 2011년 12월 20일 오후 1시부터 오후 2시까지 10MW의 필요성이 생겼다면, ‘시작 시각=2012/12/20/13:00:00’, ‘종료 시각=2012/12/20/14:00:00’와 같이 표시될 수 있다. 10MW는 내부 정보로서 ‘인센티브=100원/kWh’ 또는 ‘수요 레벨=3’로 변환되어 표시된다.
‘인센티브’는 수요측에서 공급되는 단위전력당 지급되는 비용을 의미하며, 필요한 전력량이 클수록 인센티브도 커질 것이다. ‘수요 레벨’은 필요한 전력량을 전력 수요와 공급을 맞추는데 있어서의 위험으로 나타내는 값으로서, 수요 레벨이 클수록 전력 수요와 공급의 차이가 큼을 의미한다. 따라서, 필요한 전력량이 클수록 수요 레벨도 커질 것이다.
‘인센티브’는 수요측 전력공급 자원을 활용하는 측과 공급하는 측이 계약 관계로 있어서 활용하는 측이 공급하는 측에 일정한 비용을 지급해야 하는 경우에 적용될 수 있고, ‘수요 레벨’은 수요측 전력공급 자원을 활용하는 측과 공급하는 측이 신뢰 관계로 있어서, 비용 지급이 없어도 수요측 전력공급 자원을 제공할 필요한 있는 경우에 활용될 수 있다.
2단계에서 전력공급 관련 정보는 ‘시작 시각’, ‘종료 시각’, ‘공급 전력’의 파라미터로 구성된다. 해당 정보는 수요측 전력공급 자원마다 달라질 수 있다. 예를 들어, A 지역의 태양광 발전기는 ‘시작 시각=2012/12/20/13:10:00’, ‘종료 시각=2012/12/20/13:30:00’에 ‘공급 전력 =3kW’로 정보를 제공하고, B지역의 전력저장장치는 ‘시작 시각=2012/12/20/13:20:00’, ‘종료 시각=2012/12/20/13:40:00’에 ‘공급 전력 =5kW’로 다르게 정보를 제공할 수 있다.
이와 같은 파라미터의 값은 수요측 전력공급 자원을 활용하는 측에서 알 필요는 없고, 해당 자원을 관리하는 측에서 해당 장치의 세부 정보를 활용하여 개별적으로 결정되는 값이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 공급 전력이 필요량과 차이가 나는 경우의 전력 수집 방법을 설명하기 위한 도면이다.
또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 시작 시각과 종료 시각이 필요 시각과 차이가 나는 경우의 전력 수집 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 3 단계를 살펴보면, 수요측 전력공급 자원을 선택하는 것은 수요측 전력공급 자원을 활용할 필요성을 충족할 수 있도록 수요측 전력공급 자원을 선택하는 것이다.
선택하는 방법은 공급 전력이 가장 많은 것을 우선으로 선택하는 방법, 또는 공급 시간이 가장 긴 시간을 우선으로 선택하는 방법, 또는 내부적으로 결정된 신뢰도 우선 순위에 따라 선택하는 방법, 또는 상기 3가지 조건의 조합 등 다양한 방법을 적용할 수 있다.
이와 같이 선택된 수요측 전력공급 자원들이 합쳐져서 최종적으로 공급되어 활용되는 수요측 전력공급 자원이 되는데, 이는 다수의 자원을 누적적으로 활용하는 것이므로 최초의 수요측 전력공급 자원을 활용할 필요성과 완벽하게 일치할 필요가 없다. 예를 들어, 2011년 12월 20일 오후 1시부터 오후 2시까지 10MW의 필요성이 있었을 경우, 최종적으로 공급되어 활용되는 수요측 전력공급은 10MW를 조금 상회하거나 하회하는 값으로 될 수도 있고, 시작 시각과 종료 시각을 완벽하게 맞추지 못하고 2011년 12월 20일 오후 1시 5분부터 오후 1시 55분까지로 될 수 있다.
최초의 수요측 전력공급 자원을 활용할 필요성과 어느 정도 차이가 나더라도 수용할지 여부는 수요측 전력공급 자원을 활용하는 측에서 ‘공급 전력은 +- 5%’ 범위에서 수용’ 또는 ‘시작 시각과 종료 시각은 +- 5분의 범위에서 수용’과 같은 소정의 기준에 따라 결정된다.
4단계에서 수요측 전력공급 자원에게 통지하는 신호는 상기 3단계에서 결과를 표시하는 신호이다. 선택된 수요측 전력공급 자원에는 선택이 되었으므로 정해진 시간에 정해진 전력을 공급해달라는 취지의 신호를 전송한다. 선택된 취지의 신호는 상기 2단계에서 해당 자원이 알려준 전력 공급 정보를 부가적으로 포함함으로써 전력 공급에 관련한 오류를 방지할 수도 있다. 선택되지 않은 수요측 전력공급 자원에는 선택이 되지 않았으므로 상기 1단계의 전력 공급을 요청을 무시하라는 취지의 신호를 전송한다.
지금까지 살펴본 바와같은 전력수집 방법을 통해서도 필요한 수요측 전력공급 자원을 충분하게 확보하지 못한 경우, 인센티브를 올리거나 수요 레벨을 올려서 상기 전력수집 방법을 반복해야 한다. 반복하는 방법으로는, 4단계에서 모든 수요측 전력공급 자원에 선택되지 않았음을 통지하는 신호를 전송하고 인센티브를 올리거나 수요 레벨을 올려서 1단계부터 다시 진행하는 방법, 그리고, 앞선 전력수집 방법을 통해 확보하지 못한 모자란 전력에 대해서만 추가적으로 인센티브를 올리거나 수요 레벨을 올려서 진행하는 방법이 있다.
예를 들어, 수요측 전력공급 자원으로부터 확보할 전력 공급 필요량이 10MW인데 ‘인센티브=100원/kWh’ 로 확보한 전력이 8MW라면, 8MW를 모두 선택하지 않고 ‘인센티브=200원/kWh’ 으로 올려서 처음부터 다시 10MW를 확보하는 방법을 이용할 수도 있고, 자원마다 인센티브가 달라지는 것이 가능하다면 모자라는 2MW에 대해서만 ‘인센티브=200원/kWh’ 으로 올려서 확보할 수 있는 것이다.
한편, 전력수집 방법의 대상인 수요측 전력공급 자원은 상기 1단계를 진행하기 이전에 등록 절차를 통해 전력 수집장치의 데이터베이스에 저장되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 전력수집 방법에서 신호가 전송되는 것은 유무선 공중망, 사설망, 지그비(Zigbee)와 같은 근거리 무선통신망 등 다양한 유형의 유무선 통신망을 통해 이루어질 수 있다.
본 발명의 전력수집 방법에서 수집되는 전력은 전력이 모자라는 경우에는 수요측 전력공급 자원에서 전력 사용량을 절감하거나 저장하고 있는 전력을 공급하는 양(+)의 값을 가지게 되고, 전력시스템에서 전력이 과잉 공급되는 경우에는 수요측 전력공급 자원에서 전력 사용량을 늘리는 음(-)의 값을 가질 수 있다. 즉, 수요측 전력공급 자원에서 전력을 수집한다는 것은 수요측에서 전력을 공급받는 것과 수요측에 전력을 더 많이 공급하는 것을 모두 포함하는 것이다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (13)

  1. 분산된 전력공급 자원으로부터 전력을 공급받아 필요한 전력수요를 맞추는 전력수집 방법에 있어서,
    수요측 전력공급 자원에 공급가능 여부를 조회하는 신호를 전송하는 1단계와;
    수요측 전력공급 자원으로부터 받은 전력공급 관련 정보를 수신하는 2단계와;
    상기 수신된 정보를 바탕으로 활용하고자 하는 수요측 전력공급 자원을 선택하는 3단계와;
    선택한 결과를 수요측 전력공급 자원에게 통지하는 신호를 전송하는 4단계를 포함하는 전력수집 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1단계에서 상기 자원에 공급가능 여부를 조회하는 신호는, 시작 시각, 종료 시각, 인센티브로 구성됨을 특징으로 하는 전력수집 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 1단계에서 상기 자원에 공급가능 여부를 조회하는 신호는, 시작 시각, 종료 시각, 수요 레벨로 구성됨을 특징으로 하는 전력수집 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 2단계에서 상기 전력공급 관련 정보는, 수요측 전력공급 자원마다 개별적으로 결정되어 달라질 수 있는 시작 시각, 종료 시각, 공급 전력으로 구성됨을 특징으로 하는 전력수집 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 3단계에서 상기 수요측 전력공급 자원을 선택하는 것은, 공급 전력이 가장 많은 것을 우선으로 선택하는 방법, 공급 시간이 가장 긴 시간을 우선으로 선택하는 방법, 및 내부적으로 결정된 신뢰도 우선 순위에 따라 선택하는 방법 중에서 어느 하나의 방법에 따라 결정됨을 특징으로 하는 전력수집 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 4단계에서 상기 수요측 전력공급 자원에게 통지하는 신호는, 선택이 되었으므로 정해진 시간에 정해진 전력을 공급해달라는 취지 또는 선택이 되지 않았으므로 상기 1단계의 전력 공급을 요청을 무시하라는 취지를 나타내는 메시지를 포함함을 특징으로 하는 전력수집 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    공급 전력이 가장 많은 것을 우선으로 선택하는 방법, 공급 시간이 가장 긴 시간을 우선으로 선택하는 방법, 또는 내부적으로 결정된 신뢰도 우선 순위에 따라 선택하는 방법의 조합으로 새로운 방법을 만들고 상기 새로운 방법에 따라 상기 수요측 전력공급 자원을 선택이 결정됨을 특징으로 하는 전력수집 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최초의 수요측 전력공급 자원의 필요가 실제 수요측 전력공급 자원의 확보와 시작 시각, 종료 시각 또는 공급 전력이 일치하지 않더라도 일치하지 않는 값이 소정의 범위 안에 속하는 경우 수요측 전력공급 자원을 활용하기로 결정함을 특징으로 하는 전력수집 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최초의 수요측 전력공급 자원의 필요량보다 실제 수요측 전력공급 자원의 확보량이 모자라는 경우, 모든 수요측 전력공급 자원에 선택되지 않았음을 통지하는 신호를 전송하고 인센티브를 올리거나 수요 레벨을 올려서 상기 1단계부터 다시 진행함을 특징으로 하는 전력수집 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최초의 수요측 전력공급 자원의 필요량보다 실제 수요측 전력공급 자원의 확보량이 모자라는 경우, 모자란 전력공급량에 대해서 인센티브를 올리거나 수요 레벨을 올려서 상기 1단계부터 다시 진행함을 특징으로 하는 전력수집 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1단계 이전에 상기 전력수집 방법의 대상인 수요측 전력공급 자원을 등록하여 데이터베이스에 저장함을 특징으로 하는 전력수집 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1단계 내지 상기 4단계에서 신호가 전송되는 것은 유무선 통신망을 통해 이루어짐을 특징으로 하는 전력수집 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수요측 전력공급 자원에서 전력을 수집한다는 것은, 전력시스템에서 전력이 모자라는 경우에는 수요측 전력공급 자원으로부터 전력을 공급받는 것과 전력시스템에서 전력이 과잉 공급되는 경우에는 수요측 전력공급 자원에 전력을 더 많이 공급하는 것을 포함함을 특징으로 하는 전력수집 방법.
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