KR20140084917A - 전력 관리 시스템 - Google Patents

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KR20140084917A
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장치영
이희태
안재민
김수환
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주식회사 포스코아이씨티
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Abstract

피크부하를 절감할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 전력 관리 시스템은, 시간에 따른 전력요금 정보 및 소비 전력 정보를 수집하는 정보 수집부; 상기 전력요금 정보를 이용하여 계통으로부터 공급되는 전력을 BESS(Battery Energy Storage System)에 충전하는 충전모드, 상기 BESS에 저장되어 있는 전력을 방전하여 부하에 공급하는 방전모드, 및 대기모드 중 하나를 선택하여 상기 BESS의 동작을 제어하는 제1 충방전 제어부; 상기 제1 충방전 제어부에 의하여 방전모드가 선택되면, 상기 소비 전력 정보 및 수용가에서 요구하는 피크절감률을 이용하여 방전 전력량을 산출하는 방전량 산출부; 및 상기 산출된 방전 전력량 및 상기 소비 전력 정보 중 적어도 하나를 이용하여 상기 BESS의 적정용량을 결정하는 적정용량 결정부를 포함한다.

Description

전력 관리 시스템{SYSTEM FOR MANAGEMENTING ELECTRIC POWER}
본 발명은 전력 관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 피크부하를 절감할 수 있는 전력 관리 시스템에 관한 것이다.
산업의 발달과 더불어 전력의 수요가 증대되고 있으며 주야간, 계절간, 일별간의 전력 사용량의 격차가 점차 심화되고 있다.
최근에는 이러한 이유로 계통의 잉여 전력을 활용하여 피크부하를 삭감하기 위한 많은 기술들이 빠르게 개발되고 있는데, 이러한 기술들 중에서 대표적인 것이 계통의 잉여 전력을 저장해 두었다가 계통의 부족 전력을 계통으로 공급해주는 에너지 저장 시스템이다.
이러한 에너지 저장 시스템 중 배터리를 이용하여 계통에 에너지를 공급하는 배터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System, BESS)은 계통 및 상기 계통에 에너지를 공급하는 다양한 종류의 발전소의 에너지를 관리하는 에너지 관리 시스템(Energy Management System, EMS)에 의해 관리된다.
이러한 배터리 에너지 저장 시스템 및 에너지 관리 시스템은 빌딩과 같은 수용가에 설치되어 수용가에서 소비하는 부하를 관리하는데 이용될 수 있다. 이때, 배터리 에너지 저장 시스템은 수용가에서 소비하고 있는 부하의 크기를 고려하지 않고 설치되고 있으며, 이에 따라, 불필요하게 큰 용량이 설치되어 설비에 대한 투자 비용 및 설치 공간을 낭비하게 된다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 피크부하를 절감할 수 있는 전력 관리 시스템 및 그 관리 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 수용가에 설치되는 설비의 적정한 용량을 제시할 수 있는 전력 관리 시스템 및 그 관리 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 전력 생산장치에 의하여 발전된 전력을 안정적으로 출력할 수 있는 전력 관리 시스템을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전력 관리 시스템은, 시간에 따른 전력요금 정보 및 소비 전력 정보를 수집하는 정보 수집부; 상기 전력요금 정보를 이용하여 계통으로부터 공급되는 전력을 BESS(Battery Energy Storage System)에 충전하는 충전모드, 상기 BESS에 저장되어 있는 전력을 방전하여 부하에 공급하는 방전모드, 및 대기모드 중 하나를 선택하여 상기 BESS의 동작을 제어하는 제1 충방전 제어부; 상기 제1 충방전 제어부에 의하여 방전모드가 선택되면, 상기 소비 전력 정보 및 수용가에서 요구하는 피크절감률을 이용하여 방전 전력량을 산출하는 방전량 산출부; 및 상기 산출된 방전 전력량 및 상기 소비 전력 정보 중 적어도 하나를 이용하여 상기 BESS의 적정용량을 결정하는 적정용량 결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전력을 배터리에 저장해두었다가 피크부하가 발생 시 배터리에 저장되어 있는 전력을 방전함으로써 피크부하를 절감시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전력요금이 낮은 시간에 전력을 배터리에 충전하고, 전력요금이 높은 시간에 배터리로부터 전력을 방전함으로써 전력요금을 절감시킬 수 있다는 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 피크부하를 절감시키기 위하여 요구되는 설비의 적정한 용량을 제시함으로써 설비에 대한 과투자를 방지할 수 있다는 또 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전력 생산장치에 의하여 발전된 전력을 배터리에 충전하거나 배터리에 저장되어 있던 전력을 방전함으로써 전력을 계통 또는 부하에 안정적으로 공급할 수 있다는 또 다른 효과가 있다.
도 1은 전력 네트워크 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 전력 관리 시스템을 설명하는 구성도이다.
도 3은 도 2의 제2 충방전 제어부를 설명하는 구성도이다.
도 4는 도 1의 BESS를 설명하는 구성도이다.
도 5는 도 1의 전력 관리 시스템에 의하여 전력을 관리하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 도 1의 전력 관리 시스템에 의하여 배터리의 적정용량을 산출하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 전력 네트워크 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전력 네트워크는 전력 생산장치(110), BESS(130), 전력 관리 시스템(120), 부하(140) 및 계통(150)으로 구성된다.
전력 생산장치(110)는 수용가(100)에 설치되어 신재생 에너지를 이용하여 전력을 생산한다. 이러한 전력 생산장치(110)에는 풍력 에너지를 이용하여 전력을 발전하는 풍력 발전장치, 태양광 에너지를 이용하여 전력을 발전하는 태양광 발전장치, 수력 에너지를 이용하여 전력을 발전하는 수력 발전장치, 조력 에너지를 이용하여 전력을 발전하는 조력 발전장치 등이 있다.
전력 생산장치(110)는 생산된 전력을 파워 라인(160)을 통하여 부하(140) 또는 계통(150)에 공급한다. 여기에서, 계통(150)은 발전소, 변전소, 송전선을 포함할 수 있고, 전력거래소와 같은 전력을 구매하는 구성도 포함할 수 있다.
전력 관리 시스템(120)은 전력 생산장치(110) 및 BESS(130)와 연결되어 전력생산장치(110) 및 BESS(130)로부터 전송되는 각종 데이터를 모니터링하여 BESS(130)의 운전 스케쥴 제어를 수행한다. 또한, 이외에도, 전력 관리 시스템(120)은 전력 거래 이력 관리 또는 최적 발전 계획 수립 등의 기능을 수행한다.
이하에서는 도 2를 참조하여 전력 관리 시스템(120)의 구성을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 도 1의 전력 관리 시스템을 설명하는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 전력 관리 시스템(120)은 정보 수집부(210), 데이터베이스(220), 제1 충방전 제어부(230), 방전량 산출부(250) 및 적정용량 결정부(260), 및 정보 표시부(270)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 전력 관리 시스템(120)은 제2 충방전 제어부(240)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 정보 수집부(210)는 전력요금 정보 및 소비 전력 정보 중 적어도 하나를 수집하여 데이터베이스(220)에 저장한다. 상기 전력요금 정보는 수용가(100)에 적용되는 시간별, 계절별 전력요금에 관한 정보를 나타낸다. 그리고, 상기 소비 전력 정보는 수용가(100)에서 소비하는 시간별, 계절별 소비전력에 관한 정보를 나타낸다.
전력 생산장치(110)에 의하여 전력이 생산되는 경우, 정보 수집부(210)는 전력 생산장치(110)에 의하여 생산된 발전 전력 정보를 더 수집하여 데이터베이스(220)에 저장할 수 있다.
다음, 제1 충방전 제어부(230)는 전력요금 정보를 이용하여 계통(150)으로부터 공급되는 전력을 BESS(130)에 충전하는 충전모드, BESS(130)에 저장되어 있는 전력을 방전하여 부하(140)에 공급하는 방전모드, 및 대기모드 중 하나를 선택하여 BESS(130)의 동작을 제어한다.
구체적으로 설명하면, 제1 충방전 제어부(230)는 일정시간구간, 예컨대, 1일의 시간구간 내에서 전력요금이 높은 시간구간에 방전모드를 선택하여 BESS(130)의 방전 동작을 제어한다. 예를 들면, 제1 충방전 제어부(230)는 시간별 전력요금 정보를 이용하여 전력요금이 가장 높은 제1 시간구간을 확인하고, 확인된 제1 시간구간 동안 방전모드를 선택하여 BESS(130)를 제어할 수 있다. 이때, 방전 전력량은 방전량 산출부(250)에 의하여 산출된다.
또한, 제1 충방전 제어부(230)는 일정시간구간, 예컨대, 1일의 시간구간 내에서 전력요금이 낮은 시간구간에 충전모드를 선택하여 BESS(130)의 충전 동작을 제어한다. 예를 들면, 제1 충방전 제어부(230)는 시간별 전력요금 정보를 이용하여 전력요금이 가장 낮은 제2 시간구간을 확인하고, 확인된 제2 시간구간 동안 충전모드를 선택하여 BESS(130)를 제어할 수 있다. 한편, 제1 충방전 제어부(230)는 제2 시간구간 동안 BESS(130)에 전력을 충전하더라도 BESS(130)에 원하는 전력량이 충전되지 않으면, 전력요금이 2번째로 낮은 제3 시간구간을 확인하고, 확인된 제3 시간구간 동안 충전모드를 선택하여 BESS(130)를 제어할 수 있다. 이때, 충전 전력량은 BESS(130)에 포함된 전력 변환장치의 용량에 따라 결정된다.
또한, 제1 충방전 제어부(230)는 충전모드로 동작하던 BESS(130)에 포함된 배터리의 SOC(State Of Charge)가 최대 SOC를 초과하거나, 방전모드로 동작하던 BESS(130)에 포함된 배터리의 SOC가 최소 SOC를 미달하면, 대기모드로 변경한다.
다음, 제2 충방전 제어부(240)는 발전 전력 정보를 이용하여 전력 생산장치(110)에 의하여 발전된 전력을 BESS(130)에 충전하는 충전모드, BESS(130)에 저장되어 있는 전력을 방전하여 부하(140) 또는 계통(150)에 공급하는 방전모드, 및 대기모드 중 하나를 선택하여 BESS(130)의 동작을 제어한다.
이하에서는 도 3을 참조하여 제2 충방전 제어부의 구성을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3은 도 2의 제2 충방전 제어부를 설명하는 구성도이다.
도 3을 참조하면, 제2 충방전 제어부(240)는 초기상태 준비부(310), 전력지령값 산출부(320), 모드 선택부(340), 및 BESS 제어부(350)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 제2 충방전 제어부(240)는 증감률 제어부(330)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 초기상태 준비부(310)는 BESS(130)를 제어하기 전에 전력 관리 시스템(120)의 준비상태를 점검한다. 초기 상태 준비부(310)는 준비상태 점검에서 초기 운전 조건이 만족되었는지 확인하고, 초기 운전 조건이 만족되면 전력 관리 시스템(120)이 BESS(130)에 대한 제어를 개시할 수 있도록 한다.
구체적으로, 초기상태 준비부(310)는 제어 주기, 시간 구간, BESS(130)의 최소 충전량 및 최대 충전량 중 적어도 하나를 설정한다. 상기 제어 주기는 BESS(130)를 제어하는 시간 간격에 해당하고, 상기 시간 구간은 전력 지령값 산출에 기초가 되는 발전 전력을 결정하기 위한 시간 정보에 해당할 수 있다. BESS(130)의 최소 충전량 및 최대 충전량은 전력 관리 시스템(120)의 안정적인 작동을 위하여 BESS(130)에 요구되는 최소 또는 최대 전력 충전량에 해당한다.
한편, 초기상태 준비부(310)는 전력 생산장치(110) 또는 BESS(130)가 전력 관리 시스템(120)과 전기적으로 연계되어 있는지 확인하고, BESS(130)를 제어하기 위하여 요구되는 발전 전력 정보가 데이터베이스(220)에 저장되어 있는지 확인한다. 그리고, 초기상태 준비부(310)는 BESS(130)의 충전량이 최소 충전량과 최대 충전량 사이에 있는지 확인한다.
상술한 초기 운전 조건이 만족되었음이 확인되면, 초기상태 준비부(310)는 전력 관리 시스템(120)이 BESS(130)에 대한 제어를 개시할 수 있도록 한다.
다음, 전력지령값 산출부(320)는 발전 전력 정보를 이용하여 부하(140) 또는 계통(150)의 출력 전력에 대한 전력 지령값을 산출한다.
구체적으로, 전력지령값 산출부(320)는 과거에 수집된 발전 전력에 대한 이동 평균값을 산출하고, 산출된 이동 평균값을 전력 지령값으로 한다.
일 실시예에 있어서, 제2 충방전 제어부(240)는 발전 전력의 측정시간 역순으로 감소하는 평활 가중치를 각 발전 전력에 부여하여 평활 데이터를 생성하고, 평활 데이터를 기초로 이동 평균값을 계산하여 전력 지령값을 산출할 수 있다. 이때, 평활 가중치는 0보다 크고 1보다 작거나 같은 수를 가진다. 예를 들어, 전력 지령값은 수학식 1을 이용하여 산출될 수 있다.
Figure pat00001
여기에서 a는 0보다 크고 1보다 작거나 같은 상수, WTPt는 시간 t에서의 전력 지령값, WTt - 1는 시간 t-1에서의 발전 전력을 나타낼 수 있다. t=0인 경우 WTPt -1= WT0으로 초기 설정한다.
다음, 증감률 제어부(330)는 전력지령값 산출부(320)에 의하여 산출된 전력 지령값의 증감률이 최대 증감률을 초과하지 않도록 제어한다. 예컨대, 증감률 제어부(330)는 1분동안 산출된 전력 지령값들의 최대값과 최소값의 차이가 미리 설정된 최대 증감률 300kW를 초과하지 않도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 증감률 제어부(330)는 현재시점으로부터 과거 일정시간 내의 전력 지령값들(이하, '과거 전력 지령값'이라 함)에 대한 증감률을 확인한다. 이때, 증감률은 과거 전력 지령값들 중 최대값과 최소값을 확인하고, 상기 최대값과 최소값의 차이를 나타낸다.
한편, 증감률 제어부(330)는 현재시점에 전력 지령값 산출부(240)에 의하여 산출된 전력 지령값(이하, '현재 전력 지령값'이라 함)의 증감률이 최대 증감률을 초과하는지 여부를 판단한다. 증감률 제어부(330)는 현재 전력 지령값의 증감률이 최대 증감률을 초과하면, 현재 전력 지령값을 과거 전력 지령값들의 최대값과 최소값 사이의 값으로 변경한다.
다음, 모드 선택부(340)는 전력 지령값 및 발전 전력을 비교하고, 비교결과에 따라 충전모드, 방전모드, 및 대기모드 중 하나를 선택한다.
구체적으로, 전력 지령값이 발전 전력보다 큰 경우 모드 선택부(340)는 BESS(120)에 저장되어 있던 전력의 일부를 부하(140) 또는 계통(150)에 방전하는 방전모드를 선택한다. 이때, 방전 전력량은 전력 지령값과 발전 전력의 차이값에 상응할 수 있다.
반면, 전력 지령값이 발전 전력보다 작은 경우 모드 선택부(340)는 전력 생산장치(110)가 발전한 전력의 일부를 충전하는 충전모드를 선택한다. 이때, 충전 전력량은 전력 지령값과 발전 전력의 차이값에 상응할 수 있다.
반면, 전력 지령값이 발전 전력과 같은 경우 모드 선택부(340)는 대기모드를 선택한다.
다음, BESS 제어부(350)는 모드 선택부(340)에 의하여 선택된 모드에 따라 BESS(130)의 충방전 동작을 제어한다.
다시 도 2를 참조하면, 방전량 산출부(250)는 일정시간구간, 예컨대 1일의 시간구간 내에 BESS(130)로부터 방전된 방전 전력량을 확인한다.
방전량 산출부(250)는 제1 충방전 제어부(230)에 의하여 방전모드가 선택되면, 소비 전력 정보 및 피크절감률을 이용하여 방전 전력량을 산출한다. 여기서, 피크절감률은 수용가(100)에서 요구하는 피크부하에 대한 절감 비율을 나타낸다.
방전량 산출부(250)는 방전 전력량을 산출하기 위하여 먼저 피크부하에 피크절감률을 곱하여 목표 피크부하를 산출한다. 상기 피크부하는 일정시간구간 내의 최대 소비 전력을 나타낸다. 예컨대, 수용가(100)에서 요구하는 피크절감률이 70%이고, 피크부하가 1000kW이면, 방전량 산출부(250)는 목표 피크부하를 700kW로 산출할 수 있다.
방전량 산출부(250)는 소비 전력이 목표 피크부하를 초과하는지 확인하고, 초과하면, 그 차이값을 산출하여 방전 전력량으로 결정한다.
다음, 적정용량 결정부(260)는 방전량 산출부(250)에 의하여 산출된 방전 전력량 및 소비 전력 정보 중 적어도 하나를 이용하여 BESS(130)에 대한 적정한 용량을 결정한다. 이러한 적정용량 결정부(260)는 BESS(130)에 포함된 하나 이상의 배터리 랙에 대한 적정한 용량을 결정하는 제1 적정용량 결정부(262), 및 BESS(130)에 포함된 전력 변환장치에 대한 적정한 용량을 결정하는 제2 적정용량 결정부(264)를 포함한다.
제1 적정용량 결정부(262)는 일정시간구간, 예컨대, 1일의 시간구간 내에 BESS(130)의 방전 전력총량을 이용하여 하나 이상의 배터리 랙의 적정용량을 결정한다.
이러한 제1 적정용량 결정부(262)는 아래 [수학식 2]를 이용하여 하나 이상의 배터리 랙의 적정용량을 산출할 수 있다.
Figure pat00002
BESS_Storage는 하나 이상의 배터리 랙의 용량, loadt는 시간 t에서의 부하, Max(load)는 피크부하, Cp는 피크절감률, EBESS는 전력 변환부의 효율, TrBESS는 변압기의 손실율을 나타낸다. 또한, Ut는 시간 t에서의 결정함수로서, 아래 [수학식 3]에 의하여 결정된다.
Figure pat00003
Figure pat00004
제2 적정용량 결정부(264)는 방전량 산출부(250)에 의하여 산출된 방전 전력량 및 소비 전력 정보 중 적어도 하나를 이용하여 전력 변환장치의 적정용량을 결정한다.
일 실시예에 있어서, 제2 적정용량 결정부(264)는 전력 변환장치의 적정용량을 평균 소비 전력에서 최소 소비 전력을 뺀 제1 값과 최대 소비 전력에서 평균 소비 전력을 뺀 제2 값 사이의 값으로 결정할 수 있다. 이때, 평균 소비 전력, 최소 소비 전력, 및 최대 소비 전력은 일정시간구간, 예컨대, 1일의 시간구간 내의 소비 전력에 대한 평균값, 최소값, 최대값에 대응된다.
다른 일 실시예에 있어서, 제2 적정용량 결정부(264)는 일정시간구간, 예컨대, 1일의 시간구간 내에 BESS(130)의 방전 전력량 중 가장 큰 값을 전력 변환장치의 적정용량으로 결정할 수 있다.
다음, 정보 표시부(270)는 전력요금 정보, 소비 전력 정보, 발전 전력 정보, 배터리의 적정용량, 전력 변환장치의 적정용량, 설비투자비용, 피크절감률, 및 피크부하 절감에 따른 전력요금 분석 등을 차트 또는 그리드 형태로 사용자에게 제공한다.
다시 도 2를 참조하면, BESS(130)는 수용가(100)에 설치되어, 전력 생산장치(110) 또는 계통(150)으로부터 공급되는 전력을 배터리 랙(Rack)에 충전하거나, 배터리 랙에 저장되어 있는 전력을 부하(140) 또는 계통(150)으로 방전한다.
이하에서는 도 4를 참조하여 BESS의 구성을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, BESS(130)는 배터리 관리 장치(410), 전력 변환 장치(420), 및 시스템 제어기(430)를 포함한다.
먼저, 배터리 관리 장치(Battery Conditioning System: BCS, 410)는 전력 생산장치(110) 또는 계통(150)으로부터 공급되는 전력을 하나 이상의 배터리 랙에 저장하고, 피크부하 발생 시 하나 이상의 배터리 랙에 저장되어 있는 전력을 부하(140) 또는 계통(150)에 공급한다.
이러한 배터리 관리 장치(410)는 제1 제어부(412), 배터리 모니터링부(414), 초기 충전부(416), 및 배터리 랙(418)을 포함한다.
제1 제어부(412)는 시스템 제어기(430)로부터 배터리 관리 장치(410)의 동작 모드에 대한 정보를 수신하고, 수신된 동작 모드에 대한 정보에 따라 상기 배터리 관리 장치(410)의 동작 모드를 확인한다.
일 실시예에 있어서, 배터리 관리 장치(410)의 동작 모드는 하나 이상의 배터리에 포함된 전력을 방전하는 방전모드, 전력 생산장치(110) 또는 계통(150)으로부터 제공되는 전력을 하나 이상의 배터리에 충전시키는 충전모드, 및 대기모드를 포함할 수 있다.
또한, 제1 제어부(412)는 배터리 모니터링부(414)로부터 수신되는 배터리 상태 정보를 시스템 제어기(430) 또는 전력 관리 시스템(120)으로 전송한다.
한편, 제1 제어부(412)는 돌입 전류 방지를 위해 초기 충전부(416)를 제어하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 제1 제어부(412)는 배터리 관리 장치(410)가 정상 상태에 도달하기 이전의 시간 구간 동안 초기 충전부(416)가 동작되도록 하기 위해, 초기 충전부(416)에 포함된 스위치를 온 시킨다. 또한, 제1 제어부(412)는 배터리 관리 장치(410)가 정상 상태에 도달한 이후에는 초기 충전부(416)가 동작하지 않도록 초기 충전부(416)에 포함된 스위치를 오프시킨다.
배터리 모니터링부(414)는 배터리 랙(418)에 포함된 하나 이상의 배터리의 상태를 모니터링하여 배터리 상태 정보를 생성하고, 생성된 배터리 상태 정보를 제1 제어부(412)로 제공한다.
일 실시예에 있어서, 배터리 상태 정보는 각 배터리에 충전되어 있는 전력량, 상기 각 배터리의 전류값, 상기 각 배터리의 SOC(State Of Charge) 정보, 상기 각 배터리의 SOH(Sate Of Health) 정보, 및 상기 각 배터리의 정격용량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
초기 충전부(416)는 각 배터리 랙(418)에 연결되어 각 배터리 랙(418)에 포함된 하나 이상의 배터리에서 발생되는 돌입 전류를 방지하는 역할을 수행한다.
이러한 돌입 전류는 배터리 랙을 교체하거나 재가동하는 경우에 기존에 장착되어 있던 배터리 랙과 새로운 배터리 랙의 전압 불균형으로 인해 발생되는 것으로서, 돌입 전류로 인해 소자가 파괴되거나 화재가 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명은 초기 충전부(416)를 이용하여 각 배터리 랙(418)에서 발생되는 돌입 전류를 최소화한다.
일 실시예에 있어서, 초기 충전부(416)는 각 배터리 랙(418)을 초기 충전시킴으로써 돌입 전류 발생을 방지하기 위해, 각 배터리 랙(418)에 연결되는 저항 및 상기 저항이 전력 변환 장치(420)와 연결되도록 하는 스위치를 포함한다.
하나 이상의 배터리 랙(418)은 하나 이상의 배터리가 패킹(Packing)되어 있는 것으로서, 내부에 포함된 하나 이상의 배터리의 충전시 전력 생산장치(110) 또는 계통(150)으로부터 전력을 공급받고, 하나 이상의 배터리의 방전시 부하(140) 또는 계통(150)으로 전력을 제공하게 된다.
다음, 전력 변환 장치(Power Conditioning System: PCS, 420)는 배터리 관리 장치(210)와 부하(140) 또는 계통(150)을 연결하는 역할을 수행한다. 이러한 전력 변환 장치(420)는 제2 제어부(422), 전력 변환부(424), 스위치 기어(426), 및 변압기(428)를 포함한다.
제2 제어부(422)는 시스템 제어기(430)로부터 전력 변환 장치(420)의 동작 모드에 대한 정보를 수신하여 전력 변환부(424)로 전달한다.
일 실시예에 있어서, 전력 변환 장치(420)의 동작 모드는 컨버팅 모드와 인버팅 모드를 포함할 수 있다. 여기서, 컨버팅 모드는 계통(150)으로부터 제공되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 배터리 관리 장치(410)로 제공하는 모드, 즉 충전모드에 해당한다. 또한, 인버팅 모드는 배터리 관리 장치(410)로부터 제공되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 부하(140) 또는 계통(150)에 제공하는 모드, 즉 방전모드에 해당한다.
또한, 제2 제어부(422)는 전력 변환부(424)로부터 전달되는 데이터를 취합하여 시스템 제어기(430) 또는 전력 관리 시스템(120)으로 전송한다. 일 실시예에 있어서, 전력 변환부(424)로부터 제공되는 데이터에는 전력 변환부(424)의 출력 전력량, 출력 주파수, 온/오프 동작 상태, 역률, 효율, 출력 전압, 및 출력 전류에 대한 데이터가 포함될 수 있다.
이외에도, 제2 제어부(422)는 전력 변환 장치(420) 또는 계통(150)에 오류가 발생하는지 여부를 모니터링하여, 오류가 발생된 것으로 판단되면 스위치 기어(428)를 오프시켜 전력 변환 장치(420)와 계통(150)의 연결을 차단시키거나, 변압기(429)를 제어하여 교류전압이 승압 또는 감압되도록 한다.
전력 변환부(424)는 제2 제어부(422)로부터 전송되는 동작 모드에 대한 정보에 따라 계통(150)으로부터 제공되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 출력하거나, 배터리 관리 장치(410)로부터 제공되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력한다.
스위치 기어(426)는 계통(150)과 전력 변환 장치(420)를 연결시킨다. 이러한 스위치 기어(426)는 제2 제어부(422)에 의해 온오프 되는 것으로서, 구체적으로, 전력 변환 장치(420) 또는 계통(150)에 오류가 발생되면 제2 제어부(422)에 의해 오프되어 전력 변환 장치(420)와 계통(150)의 연결을 차단하게 된다.
상술한 실시예에 따른 전력 관리 시스템(120)은 수용가(100)에 설치된 BESS(130)를 제어하는 것을 전제로 설명하고 있지만, 다른 일 실시예에 따른 전력 관리 시스템(120)은 BESS(130)가 수용가(100)에 설치되기 전에 BESS(130)의 적정용량을 결정하여 사용자에게 제시할 수도 있다. 이러한 경우, 전력 관리 시스템(120)은 과거의 소비 전력 정보 및 전력요금 정보를 시간별, 계절별로 수집하고, 수집된 소비 전력 정보 및 전력요금 정보를 이용하여 BESS(130)의 적정용량을 결정할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 전력 관리 시스템에 의하여 전력을 관리하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 먼저, 전력 관리 시스템(120)은 전력요금 정보 및 소비 전력 정보를 시간별, 계절별로 수집한다(S501).
다음, 전력 관리 시스템(120)은 전력요금 정보를 이용하여 BESS(130)에 대한 충전방전시간구간 및 방전시간구간을 결정한다(S502).
구체적으로 설명하면, 전력 관리 시스템(120)은 일정시간구간, 예컨대, 1일의 시간구간 내에서 전력요금이 높은 시간구간을 방전시간구간으로 결정한다. 예를 들면, 전력 관리 시스템(120)은 시간별 전력요금 정보를 이용하여 전력요금이 가장 높은 제1 시간구간을 확인하고, 확인된 제1 시간구간을 방전시간구간으로 결정할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 전력 관리 시스템(120)은 일정시간구간, 예컨대, 1일의 시간구간 내에서 전력요금이 낮은 시간구간을 충전시간구간으로 결정한다. 예를 들면, 전력 관리 시스템(120)은 시간별 전력요금 정보를 이용하여 전력요금이 가장 낮은 제2 시간구간을 확인하고, 확인된 제2 시간구간을 충전시간구간으로 결정할 수 있다. 다만, 전력 관리 시스템(120)은 제2 시간구간 동안 BESS(130)에 전력을 충전하더라도 BESS(130)에 원하는 전력량이 충전되지 않으면, 전력요금이 2번째로 낮은 제3 시간구간을 확인하고, 확인된 제3 시간구간을 충전시간구간으로 결정할 수 있다.
다음, 전력 관리 시스템(120)은 방전시간구간에 BESS(130)에 저장되어 있는 전력을 부하(140)로 방전하도록 BESS(130)의 동작 모드를 방전모드로 결정한다(S503 및 S504).
한편, 전력 관리 시스템(120)은 방전시간구간에 BESS(130)로부터 방전되는 전력량을 이용하여 배터리의 적정용량을 결정한다(S505).
도 6은 도 1에 도시된 전력 관리 시스템에 의하여 배터리의 적정용량을 산출하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 먼저, 전력 관리 시스템(120)은 피크절감률을 입력 받고, 입력된 피크절감률을 이용하여 목표 피크부하를 산출한다(S601 및 S602). 상기 피크절감률은 수용가(100)에서 요구하는 피크부하에 대한 절감 비율을 나타낸다.
구체적으로, 전력 관리 시스템(120)은 일정시간구간, 예컨대, 1일의 시간구간 내에 피크부하를 확인하고, 확인된 피크부하에 피크절감률을 곱하여 목표 피크부하를 산출한다. 상기 피크부하는 최대 소비 전력을 나타낸다.
다음, 전력 관리 시스템(120)은 방전시간구간 내에 소비 전력이 목표 피크부하를 초과하는지 확인하고, 초과하면, 방전 전력량을 산출한다(S603 및 S604). 상기 방전 전력량은 소비 전력에서 목표 피크부하를 감산함으로써 산출된다.
다음, 전력 관리 시스템(120)은 방전 전력량에 상응하는 전력이 BESS(130)로부터 방전되도록 BESS(130)의 동작을 제어한다(S605). 전력 관리 시스템(120)은 수용가(100)에 BESS(130)가 설치되기 이전에는 S605를 생략할 수 있다.
다음, 전력 관리 시스템(120)은 방전시간구간 내에 산출된 방전 전력량을 이용하여 BESS(130)에 포함된 하나 이상의 배터리 랙에 대한 적정용량을 산출한다(S606).
구체적으로, 전력 관리 시스템(120)은 방전시간구간 내에 산출된 방전 전력량을 합하여 방전 전력총량을 산출하고, 산출된 방전 전력총량 및 전력 변환장치의 효율을 이용하여 하나 이상의 배터리 랙에 대한 적정용량을 산출한다. 일 실시예에 있어서, 전력 관리 시스템(120)은 [수학식 2]를 이용하여 하나 이상의 배터리 랙에 대한 적정용량을 산출할 수 있다.
다음, 전력 관리 시스템(120)은 하나 이상의 배터리 랙에 대한 적정용량을 사용자에게 제공한다(S608).
도 6에 도시하고 있지 않지만, 전력 관리 시스템(120)은 하나 이상의 배터리 랙에 대한 적정용량과 함께 전력 변환장치의 적정용량도 사용자에게 제공할 수 있다. 이를 위하여, 전력 관리 시스템(120)은 방전 전력량 및 소비 전력 정보 중 적어도 하나를 이용하여 전력 변환장치의 적정용량을 결정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 전력 관리 시스템(120)은 전력 변환장치의 적정용량을 평균 소비 전력에서 최소 소비 전력을 뺀 제1 값과 최대 소비 전력에서 평균 소비 전력을 뺀 제2 값 사이의 값으로 결정할 수 있다. 이때, 평균 소비 전력, 최소 소비 전력, 및 최대 소비 전력은 일정시간구간, 예컨대, 1일의 시간구간 내의 소비 전력에 대한 평균값, 최소값, 최대값에 대응된다.
다른 일 실시예에 있어서, 전력 관리 시스템(120)은 일정시간구간, 예컨대, 1일의 시간구간 내에 BESS(130)의 방전 전력량 중 가장 큰 값을 전력 변환장치의 적정용량으로 결정할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 전력 관리 시스템(120)은 충전시간구간에 계통(150)으로부터 공급되는 전력을 BESS(130)에 충전하도록 BESS(130)의 동작 모드를 충전모드로 결정한다(S506 및 S507).
전력 관리 시스템(120)은 충전 모드로 결정되면, 충전 전력량에 상응하는 전력이 BESS(130)에 충적되도록 BESS(130)의 동작을 제어한다. 상기 충전 전력량은 전력 변환장치의 용량에 따라 결정된다. 한편, 전력 관리 시스템(120)은 수용가(100)에 BESS(130)가 설치되기 이전에는 BESS의 충전 제어 단계를 생략할 수도 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 출원의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 시간에 따른 전력요금 정보 및 소비 전력 정보를 수집하는 정보 수집부;
    상기 전력요금 정보를 이용하여 계통으로부터 공급되는 전력을 BESS(Battery Energy Storage System)에 충전하는 충전모드, 상기 BESS에 저장되어 있는 전력을 방전하여 부하에 공급하는 방전모드, 및 대기모드 중 하나를 선택하여 상기 BESS의 동작을 제어하는 제1 충방전 제어부;
    상기 제1 충방전 제어부에 의하여 방전모드가 선택되면, 상기 소비 전력 정보 및 수용가에서 요구하는 피크절감률을 이용하여 방전 전력량을 산출하는 방전량 산출부; 및
    상기 산출된 방전 전력량 및 상기 소비 전력 정보 중 적어도 하나를 이용하여 상기 BESS의 적정용량을 결정하는 적정용량 결정부를 포함하는 전력 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 BESS는 하나 이상의 배터리 랙, 및 상기 계통으로부터 공급되는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 상기 하나 이상의 배터리 랙에 충전시키거나, 상기 하나 이상의 배터리 랙에 충전되어 있는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 방전시키는 전력 변환장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 적정용량 결정부는,
    상기 산출된 방전 전력량을 이용하여 상기 하나 이상의 배터리 랙의 적정용량을 결정하는 제1 적정용량 결정부; 및
    상기 소비 전력 정보를 이용하여 상기 전력 변환장치의 적정용량을 결정하는 제2 적정용량 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 적정용량 결정부는,
    일정시간구간 내에 방전 전력량을 합하여 방전 전력총량을 산출하고, 상기 산출된 방전 전력총량을 이용하여 상기 하나 이상의 배터리 랙의 적정용량을 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2 적정용량 결정부는,
    상기 전력 변환장치의 적정용량을 평균 소비 전력에서 최소 소비 전력을 뺀 제1 값과 최대 소비 전력에서 평균 소비 전력을 뺀 제2 값 사이의 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방전량 산출부는,
    최대 소비 전력에 상기 피크절감률을 곱하여 목표 피크부하를 산출하고, 상기 목표 피크부하를 초과하는 소비 전력을 상기 BESS의 방전 전력량으로 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 충방전 제어부는,
    전력요금이 가장 높은 시간구간에 상기 방전모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 정보 수집부는 전력 생산장치로부터 시간에 따른 발전 전력 정보를 더 수집하고,
    상기 발전 전력 정보를 이용하여 상기 전력 생산장치에 의하여 발전된 전력을 상기 BESS에 충전하는 충전모드, 상기 BESS에 저장되어 있는 전력을 방전하여 부하에 공급하는 방전모드, 및 대기모드 중 하나를 선택하여 상기 BESS의 동작을 제어하는 제2 충방전 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제2 충방전 제어부는,
    발전 전력에 대한 이동 평균값을 계산하여 상기 계통 또는 부하의 출력 전력에 대한 전력 지령값을 산출하는 전력 지령값 산출부;
    상기 산출된 전력 지령값의 증감률이 최대 증감률을 초과하는지 확인하고, 만약 초과하면, 상기 최대 증감률을 초과하지 않도록 상기 전력 지령값을 변경하는 증감률 제어부; 및
    상기 전력 지령값 및 발전 전력을 비교하여, 비교결과에 따라 충전모드, 방전모드, 및 대기모드 중 하나를 선택하는 모드 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
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