KR20160023220A

KR20160023220A - 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법

Info

Publication number: KR20160023220A
Application number: KR1020140109187A
Authority: KR
Inventors: 정윤이
Original assignee: 주식회사 루비
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2016-03-03

Abstract

본 발명은 계통 연계 형 수요관리 에너지 저장 장치를 개시한다.
본 발명의 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법은 도 1에 예시한 것과 같이 수요관리 에너지 저장 장치 A형을 구성하여 계통에너지를 배터리에 충전 또는 방전하고, 전류감지기 A, B, C 의 정보를 읽어 이들 정보를 처리하고 외부 장비에 전송하고, 외부장비의 명령을 받아 양방향 DC/AC 컨버터를 제어하여, 배터리 전력이 계통 측으로 역송전되지 않도록 제어하고, 정전 시에 SW 1을 차단하여 배터리 전력이 계통으로 역송전되지 않도록 차단하고, SW2를 제어하여 배터리를 과충전 또는 과방전으로부터 보호한다.

Description

수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법{Energy storage device for demand and management and method for power management using the same}

본 발명은 계통 연계 형 수요관리 에너지 저장 장치에 관한 것이다.

기존에는 전력회사는 전력 수요의 변동에 맞추어 발전량을 조절해야 함으로 피크관리를 위한 예비 발전력을 확보하기 위해 과다한 발전설비 투자를 해야 하고 또한 전력 품질을 유지 하기 위한 FR(주파수 안정화)에 설비 투자 및 운영 비용을 부담해야 했다.

이런 비용은 모두 전력 요금의 상승을 가져오는 요인이 되고 있으며, 최근에는 정상시 부하와 피크 시의 부하의 폭이 커지는 추세이어서 FR 관리가 부담이 되고 있으며, 또한 계속 증가하는 태양광 발전, 풍력 발전의 계통 유입으로 계통 전력이 흔들리는 현상이 우려되고 있다. 한편으로는 친환경 에너지 수급 정책을 마련하는 현실에서 이러한 추세는 앞으로 계속될 것으로 예상이 됨으로 새로운 전력 관리 방법이 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 FR(주파수 안정화) 문제의 해결은 발전 설비 측에서 접근하는 기존의 방식에서 벗어나 수요자 측에서 해결하는 것이 원천적이고 효과적일 뿐만 아니라 장거리 송전에서 손실되는 전력의 낭비를 줄이는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 도 1에 예시한 것과 같이 수요관리 에너지 저장 장치 A형을 구성하여 계통에너지를 배터리에 충전 또는 방전하고, 전류감지기 A, B, C 의 정보를 읽어 이들 정보를 처리하고 외부 장비에 전송하고, 외부장비의 명령을 받아 양방향 DC/AC 컨버터를 제어하여, 배터리 전력이 계통 측으로 역 송전 되지 않도록 제어하고, 정전 시에 SW 1을 차단하여 배터리 전력이 계통으로 역 송전되지 않도록 차단하고, SW2를 제어하여 배터리를 과충전 또는 과방전으로부터 보호하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 도 2에 보인 것 처럼 수요관리 에너지 저장 장치 B형을 구성하여 계통에너지를 배터리에 충전 또는 방전하고, 전류감지기 A, B, C 의 정보를 읽어 이들 전보를 처리하고 외부 장비에 전송하고, 외부장비의 명령을 받아 DC/AC 인버터를 제어하여, 배터리 전력이 계통 측으로 역 송전 되지 않도록 제어하고, AC/DC 컨버터를 제어하여 항상 배터리를 만 충전으로 유지하고, 정전 시에 SW 1을 차단하여 배터리 전력이 계통으로 역 송전 되지 않도록 차단하고, SW2를 제어하여 배터리를 과충전 또는 과방전으로부터 보호하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 도 3에 보인 것과 같이 계통에 수요관리 에너지 저장 장치들과 부하 (수요자)들을 연결하여 단위 전력 망을 구성하여 전력관리 회사가 수요관리 에너지 저장 장치들을 제어하여 실시간으로 전력의 충전 방전을 모니터링 하고 관리하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 청구항 3에서 전력관리 회사가 수요관리 에너지 저장 장치들을 제어하여 실시간으로 전력의 충전 방전을 모니터링 하고 관리하고, 전기요금을 실시간으로 계산하여 청구 하는 시스템을 운영하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 청구항 3에서 부하(수요자)가 제한적으로 전력관리 시스템에 접속하여 계통 전력을 자신이 속한 수요관리 에너지 저장장치에 충전 또는 방전 할 수 있게 하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 청구항 3에서 부하(수요자) 가 제한적으로 전력관리 시스템에 접속하여 전력관리회사에 요구하여 다른 단위 전력망의 전력을 자신이 속한 수요관리 에너지 저장장치에 특정 조건으로 충전 또는 방전할 수 있게 하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 청구항 3에서 전력관리회사가 수요관리 에너지 저장장치에서 받은 정보를 종합 처리하여 실시간으로 전력을 관리하여 FR을 수행하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 청구항 3에서 전력관리회사가 수요관리 에너지 저장장치에서 받은 정보를 종합 처리하여 실시간으로 전력을 관리하여 발전기가 고정 출력으로 동작 할 수 있도록 발전기를 관리하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 청구항 3에서 전력관리회사가 부하(수요자)들과 선택적으로 차별적인 계약을 하여 특정 시간에 에너지저장장치에 계통 전력을 충전 또는 방전할 수 있는 권한을 부여 받아 계통 전력을 관리하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 청구항 3에서 전력관리회사가 부하(수요자)들과 계약을 하여 수요관리 에너지 저장장치를 부하 (수요자)들에게 임대하여주고 에너지 사업을 하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 청구항 3에서 전력관리회사가 대규모 수요관리 에너지 저장 장치를 설치하여 여러 개의 다른 단위 전력 망으로부터 전력을 충전 또는 방전하여 차액으로 부가가치를 만드는 사업에 적용하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 청구항 3에서와 같이 스마트 전력 망을 구성하여 만약의 경우 전력 공급회사의 발전기가 고장이 나서 송전이 중단되어도 정전사태가 발생하지 않는 시스템을 운영하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 본 발명의 실시예는 FR 문제의 해결은 발전 설비 측에서 접근하는 기존의 방식에서 벗어나 수요자 측에서 해결하는 것이 원천적이고 효과적일 뿐만 아니라 장거리 송전에서 손실되는 전력의 낭비를 줄일 수 있다.

본 발명의 수요관리 에너지 저장 장치를 사용하면 다음과 같은 장점이 있다.

전력 공급자는 수요를 정확하게 실시간 제어 및 요금 징수를 할 수 있어 계획 송전이 가능하여 전력 생산비용을 최소화 할 수 있다.

전력 공급자는 기존 개념의 전력 예비율 확보에 대한 부담이 없어 전력 생산 투자 비율을 절감 할 수 있다.

전력 공급자는 기존의 방식에서 문제가 되는 FR (주파수 안정화) 문제를 수요자 측에서 조절함으로서 FR 비용을 최소화 하면서 좋은 품질의 전력을 공급 할 수 있다.

전력 공급자는 계통에 연결된 모든 수요관리 에너지 저장 장치들을 실시간으로 관리 함으로서 전체 전력 수요를 실시간으로 관리하여 전력을 고정 발전할 수 있어 발전 비용을 최소화 하고 좋은 전력 품질을 유지 할 수 있을 뿐만 아니라 발전 설비의 수명을 극대화 할 수 있다.

사용자는 전력 사용 시간 대 및 다른 단위 전력 망 (발전 시스템, 발전회사)을 적절히 선택 할 수있는 기회를 확보 한으로서 전력 배분이 시장 경쟁에 의해 이루어져 가격이 합리적으로 형성된다.

발전 관리회사는 부하(수요자) 들과 차별적으로 가격 등에 대한 계약을 하여 특정 시간대에 충전 및 방전 할 수 있는 권한을 받을 수 있음으로 좋은 품질의 전력을 안정적으로 공급 할 수 있다.

수요관리 에너지 저장 장치들은 각각이 UPS (Uninterruptible Power Supply) 기능을 수행 함으로 만약의 사태에 계통 전력 발전기의 고장으로 발전이 멈추더라도 정전 사태가 발생하지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 수요관리 에너지 저장 장치 A 형을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 수요관리 에너지 저장 장치 B 형을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 수요관리 에너지 저장 장치를 사용하여 스마트 그리드 (Smart Grid)의 일부인 단위 전력 망을 구성한 예시를 도시한 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 수요관리 에너지 저장 장치 A 형의 블록도의 예시이다. 수요관리 에너지 저장 장치는 전력 계통 축에서 전력을 받아 이를 저장하고 저장한 에너지를 부하(수요자)에 공급 하는 장치이다. 본 발명의 수요관리 에너지 저장 장치가 기존의 에너지 저장장치와 다른 점은 전류감지기 A, B, C 가 있고 BMS 가 PCS (Power Conversion System, 전력 변환장치, 예를 들어 AC/DC 컨버터 또는 DC/AC 인버터)의 출력을 제어한다는 것이며 BMS 가 전류 감지기 A, B, C 의 정보를 외부장비에 전송하여 주고 또한 외부장비의 명령을 받아 PCS 를 제어 한다는 것이다. 기존의 방식에서는 BMS가 PCS 를 제어한다기 보다는 BMS 는 PCS 를 켜주고 꺼주는 기능 만을 가지고 있고 BMS 가 PCS 출력을 조절 하는 것이 아니라 부하가 필요한 전력을 가져가는 방식이다. 따라서 기존의 방식에서는 Node A 에 계통과 부하와 PCS 를 연결하면 배터리에서 공급하는 에너지는 PCS 를 통해 부하에 공급될 분만 아니라 계통에 역 전송하는 문제가 발생하여 배터리 에너지를 부하에만 보낼 수가 없음으로 부하(수요자)의 입장에서는 경제적 손실이며 계통에서는 역 송전으로 인해 위험한 상황이 발생할 수도 있다.

본 발명에서는 BMS는 전류 감지기 B 의 전류를 감지하면서 PCS 의 출력을 크기를 제어 함으로서 배터리 에너지가 계통측으로 역송전되지 않도록 제어 한다. 또한 BMS는 전류 감지기 A의 정보를 외부 장비에 전송 함으로서 수요관리 에너지 저장 장치가 공급받은 전력을 실시간으로 외부에 알려 준다. 또한 BMS 는 전류 감지기 C 의 정보를 읽어 에너지 저장 장치가 충전 하고 방전하는 에너지의 양을 계산하고 이 정보를 외부에 전송 한다. BMS 는 정전이 발생 하면 SW 1을 차단하여 게통을 차단하여 배터리 전력이 계통으로 역 송전되는 막는다. BMS는 SW2를 제어하여 배터리가 과충전 또는 과방전이 되지 않도록 보호한다. BMS 는 PCS 및 배터리와 RS485 또는 CAN 등으로 통신을 하며 이들을 제어하고 외부와 통신을 하여 수요관리 에너지 저장 장치의 정보를 외부에 보내주고 또한 외부의 명령을 받아 PCS 를 제어하고 또한 수요관리 에너지 저장 장치를 관리한다.

도 1에 보인 수요관리 에너지 저장 장치 A형은 양방향 DC/AC 컨버터를 가지고 있고 BMS 는 이 양방향 DC/AC 컨버터를 제어하여 계통의 전력을 배터리에 충전 하기도 하고 방전 하기도 한다.

도 2에 보인 것은 수요관리 에너지 저장 장치 B형이다. B형에는 A형의 양방향 DC/AC 인버터 대신에 단 방향 DC/AC 인버터를 사용하고 A형에는 없는 AC/DC 컨버터를 추가한 것 외에는 수요관리 에너지 저장 장치 A 와 B 는 동일하다. 수요관리 에너지 저장 장치 B 형은 부하가 UPS (Uninterruptible Power Supply) 기능을 필요로 할 때 사용하면 효과적이다. 수요관리 에너지 저장 장치 B형은 A형과 달리 AC/DC 컨버터가 있어 항상 배터리를 만 충전을 해 놓을 뿐만 아니라 항상 부하에 언제든지 부하에 전력을 공급할 수 있다는 장점이 있다. 수요관리 에너지 저장 장치 A형도 계통의 전력을 사용하여 배터리를 만 충전 할 수 있으나, 주로 전력요금이 저렴한 심야에 충전을 하였다가 전력요금이 비싼 낮에 방전을 한다.

수요관리 에너지 저장 장치 B 형은 A 형과 달리 별도의 AC/DC 컨버터가 있어 PCS 는 DC/AC 인버터는 항상 부하에 부하가 필요로 하는 전력을 즉시 공급할 수 있다. 수요관리 에너지 저장 장치 A형 B형 모두 UPS 기능을 가지고 있음은 물론 피크 전력관리 기능을 가지고 있다. 단지 수요관리 에너지 저장 장치 B형은 배터리전력을 저장 하는 순간 까지도 UPS 기능을 수행 할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

수요관리 에너지 저장 장치 A형 과 B형 모두 공통적으로 부하는 전력을 계통과 PCS 에서 공급 받을 수 있으며 계통과 배터리 중 어느측에서 얼마를 공급 받을 것인가는 BMS 가 외부지령을 받아 제어한다. 또한 BMS 는 어느 경우에도 배터리 전력이 계통으로 역 송전되지 않도록 제어한다.

도 3은 수요관리 에너지 저장 장치 A형 또는 B형 들을 사용하여 스마트 그리드의 단위 전력망을 구성한 예를 보여준다. 계통에 연결된 모든 수요관리 에너지 저장 장치들은 외부장치와 통신으로 연결되어 있으며 외부장치는 전력회사 또는 전력 거래소 등과 같은 전력관리회사에 연결되어 있어 필요한 정보를 주고 받으며 전력관리회사는 수요관리 에너지 저장 장치를 제어한다. 외부장비는 전류감지기 A의 정보를 종합하여 전체 수요관리 에너지 저장 장치가 가져가는 전력을 실시간으로 알 수 있고 또한 전류감지기 C의 값을 종합하여 전체 저장된 에너지를 실시간으로 알 수 있고 또한 전류감지기 B의 값을 종합하여 전체 부하전력을 실시간으로 알 수 있다.

전력회사 등은 이들 값들을 실시간으로 입수 하고 실시간으로 모든 수요관리 에너지 저장 장치들을 제어하여 발전량을 일정하게 유지 할 수 있으며 또한 별도로 부하(수요자)와 계약을 통해 일전 시간대에 충전 또는 방전을 제어 할 수 있는 권한을 받을 수 있다. 부하 (수요자)는 이런 계약을 해 주는 대가로 특별한 가격 혜택을 받을 수 도 있다.

또한 부하(수요자)는 일정 부분 수요관리 에너지 저장 장치에 통신으로 접속을 할 수 있어 특별한 조건 또는 가격 등으로 필요한 전력을 충전 또는 방전 할 수 있는 권한을 가질 수 있다.

도 3에 보인 것과 같이 모든 수요관리 에너지 저장장치들은 전력관리 시스템에 연결(예를 들어 Cloud로)되어 있고 전력 관리회사는 이 전력관리 시스템을 운영하여 전력을 관리 할 뿐만 아니라 전력 요금도 실시간으로 관리한다. 부하 (수요자)는 전력관리회사의 허용하는 범위에서 해당 수요관리 에너지 저장장치에 접속하여 계통전력의 충전 및 방전을 제어할 수 있다.

전력관리회사는 도 3에 보인 것과 같은 단위 전력 망을 구성하고 여기에 복수의 발전 시스템 또는 다른 단위 전력 망과 연계하여 전체 스마트 그리드를 구성한다.

부하(사용자)는 허용된 범위에서 전력관리시스템에 접속하여 타 전력 발전 시스템 또는 다른 단위전력 망의 전력을 사용하여 충전 또는 방전 할 수도 있으며 이때 전력관리회사 부하(수요자)의 요구(On demand)에 따라 다른 단위 전력망의 전력을 실시간 금액으로 해당 수요관리 에너지 저장 장치에 충전 또는 방전할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims

도 1에 예시한 것과 같이 수요관리 에너지 저장 장치 A형을 구성하여 계통에너지를 배터리에 충전 또는 방전하고, 전류감지기 A, B, C 의 정보를 읽어 이들 정보를 처리하고 외부 장비에 전송하고, 외부장비의 명령을 받아 양방향 DC/AC 컨버터를 제어하여, 배터리 전력이 계통 측으로 역 송전 되지 않도록 제어하고, 정전 시에 SW 1을 차단하여 배터리 전력이 계통으로 역 송전되지 않도록 차단하고, SW2를 제어하여 배터리를 과충전 또는 과방전으로부터 보호하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법.
도 2에 보인 것 처럼 수요관리 에너지 저장 장치 B형을 구성하여 계통에너지를 배터리에 충전 또는 방전하고, 전류감지기 A, B, C 의 정보를 읽어 이들 전보를 처리하고 외부 장비에 전송하고, 외부장비의 명령을 받아 DC/AC 인버터를 제어하여, 배터리 전력이 계통 측으로 역 송전 되지 않도록 제어하고, AC/DC 컨버터를 제어하여 항상 배터리를 만 충전으로 유지하고, 정전 시에 SW 1을 차단하여 배터리 전력이 계통으로 역 송전 되지 않도록 차단하고, SW2를 제어하여 배터리를 과충전 또는 과방전으로부터 보호하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법.
도 3에 보인 것과 같이 계통에 수요관리 에너지 저장 장치들과 부하 (수요자)들을 연결하여 단위 전력 망을 구성하여 전력관리 회사가 수요관리 에너지 저장 장치들을 제어하여 실시간으로 전력의 충전 방전을 모니터링 하고 관리하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법.
청구항 3에서 전력관리 회사가 수요관리 에너지 저장 장치들을 제어하여 실시간으로 전력의 충전 방전을 모니터링 하고 관리하고, 전기요금을 실시간으로 계산하여 청구 하는 시스템을 운영하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법.
청구항 3에서 부하(수요자)가 제한적으로 전력관리 시스템에 접속하여 계통 전력을 자신이 속한 수요관리 에너지 저장장치에 충전 또는 방전 할 수 있게 하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법.
청구항 3에서 부하(수요자)가 제한적으로 전력관리 시스템에 접속하여 전력관리회사에 요구하여 다른 단위 전력망의 전력을 자신이 속한 수요관리 에너지 저장장치에 특정 조건으로 충전 또는 방전할 수 있게 하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법.
청구항 3에서 전력관리회사가 수요관리 에너지 저장장치에서 받은 정보를 종합 처리하여 실시간으로 전력을 관리하여 FR을 수행하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법.
청구항 3에서 전력관리회사가 수요관리 에너지 저장장치에서 받은 정보를 종합 처리하여 실시간으로 전력을 관리하여 발전기가 고정 출력으로 동작 할 수 있도록 발전기를 관리하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법.
청구항 3에서 전력관리회사가 부하(수요자)들과 선택적으로 차별적인 계약을 하여 특정 시간에 에너지저장장치에 계통 전력을 충전 또는 방전할 수 있는 권한을 부여 받아 계통 전력을 관리하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법.
청구항 3에서 전력관리회사가 부하(수요자)들과 계약을 하여 수요관리 에너지 저장장치를 부하 (수요자)들에게 임대하여주고 에너지 사업을 하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법.
청구항 3에서 전력관리회사가 대규모 수요관리 에너지 저장 장치를 설치하여 여러 개의 다른 단위 전력 망으로부터 전력을 충전 또는 방전하여 차액으로 부가가치를 만드는 사업에 적용하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법.
청구항 3에서와 같이 스마트 전력 망을 구성하여 만약의 경우 전력 공급회사의 발전기가 고장이 나서 송전이 중단되어도 정전사태가 발생하지 않는 시스템을 운영하는 수요관리 에너지 저장 장치 및 이를 이용한 전력 관리 방법.