KR20170025784A - 에너지 저장 장치의 충방전 제어 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 기술은 출력의 변화량이 심한 신재생 에너지 발전기의 발전 패턴이 급격하게 변동되지 않도록 에너지 저장 장치(Energy Storage System)의 충방전을 제어하는 시스템을 개시한다. 본 기술의 일 실시예에 따른 충방전 제어 시스템은 발전소에서 출력되는 발전 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치 및 상기 발전 에너지의 출력값을 기 설정된 일정 단위 시간 간격으로 검출하여 현재의 출력값이 그 직전 단위 시간의 출력값으로부터 기 설정된 변화율의 범위 내에서 존재하는지 여부를 확인하고, 그 결과와 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 에너지 관리 장치를 포함할 수 있다.

Description

에너지 저장 장치의 충방전 제어 시스템 및 그 제어 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING CHARGING OR DISCHARGING OF ENERGY STORAGE SYSTEM}

본 발명은 배터리의 충방전 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 출력의 변화량이 심한 신재생 에너지 발전기의 발전 패턴이 급격하게 변동되지 않도록 에너지 저장 장치(Energy Storage System)의 충방전을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 고유가의 지속, 석탄이나 석유 등과 같은 화석연료의 고갈, 지구 온난화로 인한 온실가스 배출 규제 등과 같은 다양한 이유로 인해 신재생 에너지(New Renewable Energy)에 대한 관심이 급증하고 있다.

여기서, 신재생 에너지란 신에너지와 재생에너지가 합쳐진 용어로써, 기존의 화석연료를 변환하여 이용하거나, 햇빛, 물, 강수, 생물유기체 등을 재생이 가능한 에너지로 변환하여 이용하는 에너지를 의미한다. 신에너지에는 연료전지, 수소에너지 등이 있고, 재생에너지에는 태양광, 바이오, 풍력, 조력, 수력, 또는 지열 등이 있다.

세계적으로 풍력, 태양광 발전 등의 신재생 에너지 확대보급에 대한 투자가 집중되고 있으나, 간헐적인 발전특성을 갖는 풍력 및 태양광과 같은 신재생 에너지원을 이용하는 신재생 발전기의 발전은 출력 예측이 어렵고 심한 출력변동 특성으로 인해 연계계통의 안정적 운영에 큰 영향을 미치게 된다.

본 발명은 출력 변화량이 심한 신재생 에너지 발전기의 발전 패턴이 급격하게 변동되지 않도록 하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 제어 시스템은 발전소에서 출력되는 발전 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치 및 상기 발전 에너지의 출력값을 기 설정된 일정 단위 시간 간격으로 검출하여 현재의 출력값이 그 직전 단위 시간의 출력값으로부터 기 설정된 변화율의 범위 내에서 존재하는지 여부를 확인하고, 그 결과와 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 에너지 관리 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법은 발전소에서 출력되는 발전 에너지의 출력값을 일정 단위 시간 간격으로 검출하는 단계, 현재의 출력값이 그 직전 단위 시간의 출력값으로부터 기 설정된 변화율의 범위 내에서 존재하는지 여부를 확인하는 단계, 상기 발전 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치의 충전 상태를 확인하는 단계 및 상기 현재의 출력값이 상기 변화율 범위 내에 존재하는지 여부와 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 변화량이 심한 신재생 에너지의 발전 패턴이 급격하게 변동되지 않도록 함으로써 발전 시스템의 안정적 운영이 가능하도록 해준다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 출력 제어 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 구성도.
도 2는 발전 에너지의 출력값 변화를 도시한 도면으로, 현재(T)의 출력값이 목표 출력 범위 이내에 존재하는 경우를 보여주는 도면.
도 3은 발전 에너지의 출력값 변화를 도시한 도면으로, 현재(T)의 출력값이 목표 출력 범위 보다 높은 경우 충방전을 제어하는 모습을 보여주는 도면.
도 4는 발전 에너지의 출력값 변화를 도시한 도면으로, 현재(T)의 출력값이 목표 출력 범위 보다 낮은 경우 충방전을 제어하는 모습을 보여주는 도면.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 출력 제어 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 구성도이다.

도 1의 발전기 출력 제어 시스템은 에너지 저장 장치(10) 및 에너지 관리 장치(20)를 포함한다.

에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS)(10)은 발전 시스템(예컨대 태양광 발전 시스템)과 연계되어 발전소에서 발전되어 출력되는 에너지(발전 에너지)를 저장하고, 저장된 에너지를 계통에 공급한다. 이때, 에너지 저장 장치(10)는 에너지 관리 장치(20)의 제어 신호에 따라 충방전이 제어된다.

에너지 관리 장치(20)는 발전소에서 출력되는 발전 에너지의 출력값을 기 설정된 일정 단위 시간 간격(예컨대, 1분)으로 검출하여 현재의 출력값이 그 직전 단위 시간의 출력값으로부터 기 설정된 변화율의 범위 내에서 존재하는지 여부를 확인하고, 그 결과와 에너지 저장 장치(10)의 충전 상태(SoC)에 따라 에너지 저장 장치(10)의 충방전을 제어한다. 예컨대, 에너지 관리 장치(20)는 매초 단위로 측정된 발전 에너지의 출력값을 제공받아 그 측정값들에서 1분 단위로 측정값을 검출함으로써 현재의 출력값과 직전 단위 시간의 측정값을 산출할 수 있다.

이러한 에너지 관리 장치(20)의 충방전 제어 방법은 도 2 내지 도 4를 이용하여 보다 상세하게 후술된다.

도 2는 발전 에너지의 출력값 변화를 도시한 도면으로, 현재(T)의 출력값이 목표 출력 범위 이내에 존재하는 경우를 보여주는 도면이다.

에너지 관리 장치(20)는 일정 단위 시간(예컨대, 1분) 마다의 발전 에너지 출력값을 검출하여, 현재의 에너지 출력값이 그 직전 단위 시간의 에너지 출력값으로부터 기 설정된 변화율의 범위 내에서 존재하는지 여부를 확인한다.

예컨대, 에너지 관리 장치(20)는 현재(T)의 에너지 출력값이 검출되면, 이 도 2에서와 같이 그 직전 단위 시간(T-1)의 에너지 출력값을 기준으로 기 설정된 일정 기울기(기울기의 절대치) 이내의 범위(목표 출력 범위)를 계산하여 현재(T)의 에너지 출력값이 목표 출력 범위 내에 존재하는지 여부를 판단한다. 이때, 기울기의 값은 발전 에너지의 최대 출력치에 대한 일정 비율값(예컨대, 1%)로 정할 수 있다. 예컨대, 발전 에너지의 최대 출력치가 5 MW라 하면, 기울기는 ㅁ0.05가 된다.

그리고 에너지 관리 장치(20)는 현재(T)의 에너지 저장 장치(10)의 충전 상태(SoC)를 확인한다.

에너지 관리 장치(20)는 현재의 에너지 출력값이 목표 출력 범위 내에 존재하면, 현재의 에너지 저장 장치(10)의 충전 상태에 따라 에너지 저장 장치의 충방전을 제어한다. 즉, 에너지 관리 장치(20)는 에너지 저장 장치(10)의 충전 상태가 일정 수준 이상이면 방전을 수행하고 일정 수준 아래이면 충전을 수행하여 에너지 저장 장치(10)의 충전 상태가 일정 수준에서 유지될 수 있도록 제어한다.

도 3은 발전 에너지의 출력값 변화를 도시한 도면으로, 현재(T)의 출력값이 목표 출력 범위 보다 높은 경우 충방전을 제어하는 모습을 보여주는 도면이다.

이러한 경우, 에너지 저장 장치(10)의 충전 상태가 일정 수준 이상인 경우와 그렇지 않은 경우로 나누어 생각해볼 수 있다.

현재의 출력값이 목표 출력 범위 보다 크면서 에너지 저장 장치(10)의 충전 상태가 일정 수준 이상인 경우, 에너지 관리 장치(20)는 에너지 출력값이 목표 출력 범위에 속하도록 에너지 출력값을 낮추는 방향으로 에너지 저장 장치(10)의 충방전을 제어한다. 이를 위해, 에너지 관리 장치(20)는 에너지 저장 장치(10)에서 보다 많은 방전이 일어나도록 하여 발전소에서 출력되는 에너지가 보다 많이 에너지 저장 장치(10)에 충전되도록 함으로써 발전 에너지의 출력치를 낮춰준다. 이때, 에너지 관리 장치(20)는 출력값이 목표 출력 범위의 하한값 즉 ??1%의 기울기와 만나는 값이 되도록 에너지 저장 장치(10)를 방전시킬 수 있다.

반면에, 현재의 출력값이 목표 출력 범위 보다 크면서 에너지 저장 장치(10)의 충전 상태가 일정 수준 아래인 경우, 에너지 관리 장치(20)는 에너지 저장 장치(10)의 충전량을 증가시키는 방향으로 충방전을 제어함으로써 에너지 출력값을 낮춰 목표 출력 범위 이내에 속하도록 한다. 이때, 에너지 관리 장치(20)는 출력값이 목표 출력 범위의 하한값 즉 ??1%의 기울기와 만나는 값이 되도록 에너지 저장 장치(10)의 충전량을 제어할 수 있다.

도 4는 발전 에너지의 출력값 변화를 도시한 도면으로, 현재(T)의 출력값이 목표 출력 범위 보다 낮은 경우 충방전을 제어하는 모습을 보여주는 도면이다.

마찬가지로, 이때도 에너지 저장 장치(10)의 충전 상태가 일정 수준 이상인 경우와 그렇지 않은 경우로 나누어 생각해볼 수 있다.

현재의 출력값이 목표 출력 범위 보다 작으면서 에너지 저장 장치(10)의 충전 상태가 일정 수준 이상인 경우, 에너지 관리 장치(20)는 에너지 출력값이 목표 출력 범위에 속하도록 에너지 출력값을 높이는 방향으로 에너지 저장 장치(10)의 충방전을 제어한다. 이를 위해, 에너지 관리 장치(20)는 에너지 저장 장치(10)의 충전량을 감소시키는 방향으로 충방전을 제어함으로써 발전 에너지의 출력치를 높여준다. 이때, 에너지 관리 장치(20)는 출력값이 목표 출력 범위의 상한값 즉 +1%의 기울기와 만나는 값이 되도록 에너지 저장 장치(10)의 충전량을 줄일 수 있다.

또한 현재의 출력값이 목표 출력 범위 보다 작으면서 에너지 저장 장치(10)의 충전 상태가 일정 수준 아래인 경우에도, 에너지 관리 장치(20)는 에너지 저장 장치(10)의 충전량을 줄여주는 방향으로 충방전을 제어한다. 즉, 에너지 관리 장치(20)는 도 2에서 에너지 저장 장치(10)의 충전 상태가 일정 수준 아래인 경우 행해지는 충전량보다 낮은 충전량으로 충전이 이루어지도록 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 에너지 저장 장치
20 : 에너지 관리 장치

Claims (13)

1. 발전소에서 출력되는 발전 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치; 및
   상기 발전 에너지의 출력값을 기 설정된 일정 단위 시간 간격으로 검출하여 현재의 출력값이 그 직전 단위 시간의 출력값으로부터 기 설정된 변화율의 범위 내에서 존재하는지 여부를 확인하고, 그 결과와 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 에너지 관리 장치를 포함하는 충방전 제어 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 에너지 관리 장치는
   상기 직전 단위 시간의 출력값을 기준으로 기 설정된 일정 기울기 이내의 범위를 계산하여 상기 현재의 출력값이 그 기울기 범위 내에 존재하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 시스템.
3. 제 2항에 있어서, 상기 에너지 관리 장치는
   상기 발전 에너지의 최대 출력치에 대한 일정 비율값을 상기 기울기로 하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 시스템.
4. 제 2항에 있어서, 상기 에너지 관리 장치는
   상기 현재의 출력값이 상기 기울기 범위 내에 존재하는 경우, 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태가 기 설정된 일정 수준 보다 높으면 방전을 수행하고 일정 수준 보다 낮으면 충전을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 시스템.
5. 제 2항에 있어서, 상기 에너지 관리 장치는
   상기 현재의 출력값이 상기 기울기 범위 보다 크고, 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태가 기 설정된 일정 수준 보다 높으면, 상기 에너지 저장 장치의 방전량을 증가시키는 방향으로 충방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 시스템.
6. 제 2항에 있어서, 상기 에너지 관리 장치는
   상기 현재의 출력값이 상기 기울기 범위 보다 크고, 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태가 기 설정된 일정 수준 보다 낮으면, 상기 에너지 저장 장치의 충전량을 증가시키는 방향으로 충방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 시스템.
7. 제 2항에 있어서, 상기 에너지 관리 장치는
   상기 현재의 출력값이 상기 기울기 범위 보다 작으면, 상기 에너지 저장 장치의 충전량을 감소시키는 방향으로 충방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 시스템.
8. 발전소에서 출력되는 발전 에너지의 출력값을 일정 단위 시간 간격으로 검출하는 단계;
   현재의 출력값이 그 직전 단위 시간의 출력값으로부터 기 설정된 변화율의 범위 내에서 존재하는지 여부를 확인하는 단계;
   상기 발전 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치의 충전 상태를 확인하는 단계; 및
   상기 현재의 출력값이 상기 변화율 범위 내에 존재하는지 여부와 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 단계를 포함하는 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 현재의 출력값이 상기 변화율 범위 내에 존재하는지 여부를 확인하는 단계는
   상기 직전 단위 시간의 출력값을 기준으로 기 설정된 일정 기울기 이내의 범위를 계산하여 상기 현재의 출력값이 그 기울기 범위 내에 존재하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 단계는
    상기 현재의 출력값이 상기 기울기 범위 내에 존재하는 경우, 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태가 기 설정된 일정 수준 보다 높으면 방전을 수행하고 일정 수준 보다 낮으면 충전을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법.
11. 제 9항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 단계는
    상기 현재의 출력값이 상기 기울기 범위 보다 크고, 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태가 기 설정된 일정 수준 보다 높으면, 상기 에너지 저장 장치의 방전량을 증가시키는 방향으로 충방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법.
12. 제 9항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 단계는
    상기 현재의 출력값이 상기 기울기 범위 보다 크고, 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태가 기 설정된 일정 수준 보다 낮으면, 상기 에너지 저장 장치의 충전량을 증가시키는 방향으로 충방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법.
13. 제 9항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 단계는
    상기 현재의 출력값이 상기 기울기 범위 보다 작으면, 상기 에너지 저장 장치의 충전량을 감소시키는 방향으로 충방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 충방전 제어 방법.

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