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KR101087259B1 - 전력 공급 시스템 및 그 운영 방법 - Google Patents

전력 공급 시스템 및 그 운영 방법 Download PDF

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KR101087259B1
KR101087259B1 KR1020090131117A KR20090131117A KR101087259B1 KR 101087259 B1 KR101087259 B1 KR 101087259B1 KR 1020090131117 A KR1020090131117 A KR 1020090131117A KR 20090131117 A KR20090131117 A KR 20090131117A KR 101087259 B1 KR101087259 B1 KR 101087259B1
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Abstract

전력 공급 시스템이 개시된다. 전력 공급 시스템은 전력 계통과 연계하여 전기 차량에 전력을 공급하기 위해, 전력 계통과 연결되어 전기 차량에 전력을 공급하는 급전 장치, 전력 계통에 연결되어 전력 계통으로부터 공급되는 전력을 저장하고, 저장된 전력을 급전 장치로 방전하는 전력 저장 장치, 전력 계통과 전력 저장 장치 사이에서 전력 저장 장치로 공급되는 전력을 직류 전력으로 변환하고, 급전 장치로 방전되는 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 변환 장치 및 급전 장치의 시간대별 전력 수요를 검출하고, 시간대별 전력 수요에 따라 전력 저장 장치의 충전과 방전을 제어하는 전력 공급 운영 장치를 포함한다.
전력 계통, 전력 저장 장치, 전력 공급 운영 장치

Description

전력 공급 시스템 및 그 운영 방법{POWER SUPPLY SYSTEM AND MANAGEMENT METHOD THEREOF}
본 발명은 전력 공급 시스템 및 그 운영 방법에 관한 것으로, 특히 합리적인 전력 공급 및 수요 관리를 수행할 수 있는 전력 공급 시스템 및 그 운영 방법에 관한 것이다.
최근 환경 문제를 유발하는 화석 연료 자동차를 대체하기 위해 친환경적인 전기 자동차가 부각되고 있다.
전기 자동차는 자동차 내의 배터리에 저장된 전기를 이용하여 구동하는 배터리 방식과 도로에서 전력을 공급받아 구동하는 자기유도 방식으로 구동될 수 있다. 여기서, 자기유도 방식은 도로에 매설된 급전 인프라로부터 비접촉 방식으로 주행 중에 전력을 공급받을 수 있으므로 전기 자동차가 정차없이 운행할 수 있다. 그러나, 자동차의 교통량은 전력 수요의 패턴과 유사하므로, 자기유도 방식의 전기 자동차가 증가하면 자동차의 주요 주행 시간 대에서 급전을 위한 전력 수요가 증가하여 전력 계통의 피크 전력 수요를 더욱 가중시킬 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기 차량의 교통량에 따라 전력의 저장 및 공급을 선택하여 합리적인 전력 공급 및 수요 관리를 실행하는 전력 공급 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 전력 공급 시스템의 운영 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템은 전력 계통과 연계하여 전기 차량에 전력을 공급하기 위해, 상기 전력 계통과 연결되어 상기 전기 차량에 전력을 공급하는 급전 장치, 상기 전력 계통에 연결되어 상기 전력 계통으로부터 공급되는 전력을 저장하고, 저장된 전력을 상기 급전 장치로 방전하는 전력 저장 장치, 상기 전력 계통과 상기 전력 저장 장치 사이에서 상기 전력 저장 장치로 공급되는 전력을 직류 전력으로 변환하고, 상기 급전 장치로 방전되는 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 변환 장치 및 상기 급전 장치의 시간대별 전력 수요를 검출하고, 상기 시간대별 전력 수요에 따라 상기 전력 저장 장치의 충전과 방전을 제어하는 전력 공급 운영 장치를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템의 운영 방법은 전력 계통과 연계하여 전기 차량에 전력을 공급하는 전력 저장 장치를 포함하는 전력 공급 시스템을 운영하기 위해, 상기 전력 공급 시스템이 담당하는 구간의 교통량 데이터를 수신하여 시간대별 교통량을 예측하는 단계, 상기 전기 차량으로 공급되는 전력량을 측정하여 상기 전력 공급 시스템의 시간대별 전력 수요를 예측하는 단계, 예측된 상기 시간대별 전력 수요에 기초하여 하루를 충전 구간과 방전 구간으로 구분하고, 상기 전력 공급 시스템의 시간대별 급전 부하를 예측하거나 검출하여 상기 전력 저장 장치에서 방전할 부하값을 계산하는 단계 및 상기 방전 구간 동안 상기 전력 저장 장치에 저장된 전력을 상기 전기 차량으로 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템은 전력 저장 장치를 전력 계통에 병렬로 연결하고, 도로의 교통량에 따른 전력 수요를 예측하여 전력 공급을 운영함으로써, 전력 계통의 전력 피크를 억제하고 경제적인 전력 공급 운영을 실현할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템의 운영 방법은 전기 차량의 교통량에 따른 전력 수요를 예측하여 전력 수요가 낮은 시간에 전력을 저장하고, 전력 수요가 많은 시간에 저장된 전력을 공급함로써, 전력 계통의 설비 용량을 감소시킬 수 있고, 전력 피크 수요를 완화시켜 능동적으로 전력 수요를 관리할 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 전력 공급 시스템 및 그 운영 방법의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템(100)은 전력 계통(110)에 연결되는 급전 장치(120), 전력 변환 장치(210), 전력 저장 장치(220), 전력 계통 연계 장치(230) 및 전력 공급 운영 장치(240)를 포함한다.
급전 장치(120)는 전력 계통(110)으로부터 공급받은 전력을 전기 차량(300)에 제공한다. 급전 장치(120)는 전력 계통(110)으로부터 공급받는 전력량을 측정하는 전력량 측정부(130), 공급받은 전력을 전기 차량(300)으로 송전하는 송전부(150) 및 전력 계통(110)에서 공급되는 교류 전력을 송전부(150)에서 사용되는 교류 전력으로 변환하는 급전 전력 변환부(140)를 포함한다. 이러한 급전 장치(120)는 전기 차량(300)에 전력을 공급하기 위해 전기 차량의 이동로에 복수 개가 설치되어 전력 계통(110)과 연결된다.
전력량 측정부(130)는 전력 계통(110)에 연결되어 공급받는 전력량을 측정하고, 측정된 전력량을 통신망(400)을 통해 전력 공급 운영 장치(240)로 제공한다.
송전부(150)는 급전 코일(미도시)을 포함하여 전기 차량(300)의 이동로에 배치된다. 송전부(150)는 자기 유도 방식으로 전기 차량(300)의 집전 장치(310)에 전 력을 공급한다.
급전 전력 변환부(140)는 AC/AC 컨버터를 포함하여 전력량 측정부(130)와 송전부(150) 사이에 연결된다.
한편, 전력 계통 연계 장치(230)와 전력 계통(110) 사이에는 전력 계통(110)에서 공급되는 전력을 배전용으로 변압하여 출력하는 배전용 변압기(미도시)가 연결될 수 있다.
전력 변환 장치(210)는 전력 계통(110)에서 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 전력 변환 장치(210)는 직류 전력을 전력 저장 장치(220)로 공급한다. 또한, 전력 변환 장치(210)는 전력 저장 장치(220)에서 방전되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력 계통(110)으로 공급한다. 예를 들어, 전력 변환 장치(210)는 AC/DC 및 DC/AC 변환이 가능한 인버터를 포함할 수 있다.
전력 저장 장치(220)는 전력 변환 장치(210)에서 공급되는 직류 전력을 저장한다. 전력 저장 장치(220)는 외부로부터 방전 지시가 입력될 경우 저장된 전력을 전력 계통(110)으로 방전한다. 전력 저장 장치(220)는 배터리와 같이 전력을 저장하기 위한 장치를 포함한다.
전력 계통 연계 장치(230)는 전력 계통(110)과 전력 변환 장치(210) 사이에 연결된다. 전력 계통 연계 장치(230)는 전력 변환 장치(210)에서 출력되는 교류 전력을 전력 계통(110)의 교류 전력과 동기화하여 전력을 공급한다. 이때, 전력 계통 연계 장치(230)는 전력 계통(110)과의 동기화에서 문제가 발생할 경우 전력 공급을 중단할 수 있다.
전력 공급 운영 장치(240)는 급전 장치(120)의 시간대별 전력 수요를 검출하고, 시간대별 전력 수요에 따라 전력 저장 장치(220)의 충전과 방전을 제어한다. 전력 공급 운영 장치(240)에 대한 상세한 설명은 도 2를 더 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 운영 장치를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 운영 장치(240)는 교통량 예측부(250), 전력 수요 검출부(260) 및 구동 제어부(270)를 포함한다.
교통량 예측부(250)는 외부로부터 전기 차량(300)의 교통량 데이터를 수신하여 시간대별 교통량을 검출한다. 구체적으로, 교통량 예측부(250)는 외부의 교통 정보 센터로부터 도로별 교통량 및 도로 교통 평균 속도 등의 정보를 포함하는 교통량 데이터를 전송받아 전력 공급 시스템(100)이 담당하고 있는 도로의 시간대별 교통량을 예측한다. 예를 들어, 교통량 예측부(250)는 담당 도로의 교통량 데이터에 포함된 여러 날의 교통량으로부터 1일 평균 교통량을 검출하고, 검출된 1일 평균 교통량에서 시간별 교통량을 예측한다.
전력 수요 검출부(260)는 교통량 예측부(250)로부터 담당 도로의 시간대별 교통량을 제공받아 저장한 후, 시간대별 교통량을 이용하여 다음날 시간대별 교통량을 예측한다. 또한, 전력 수요 검출부(260)는 급전 장치(120)의 전력량 측정부(130)로부터 담당 도로의 급전량을 제공받는다. 전력 수요 검출부(260)는 시간대 별 예측 교통량과 급전 장치(120)의 급전량으로 급전 장치(120)의 하루 시간대별 전력 수요량을 예측하여 시간대별 전력 수요 예측량을 설정한다.
구동 제어부(270)는 전력 수요 검출부(260)로부터 급전 장치(120)의 시간대별 전력 수요 예측량을 제공받는다. 구동 제어부(270)는 하루 시간대별 전력 수요 예측량에서 전력 저장 장치(220)의 충전 구간과, 전력 저장 장치(220)의 방전 구간으로 구분하여 설정한다. 충전 구간은 충전 시작 시각 및 충전 종료 시각을 포함하고, 방전 구간은 방전 시작 시각 및 방전 종료 시각을 포함한다. 여기서, 충전 구간 및 방전 구간은 전력 저장 장치를 운전하는 방법 또는 심야 전력 시간대에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 심야 전력 시간대는 충전 구간으로 설정되고, 나머지 시간대는 방전 구간으로 설정될 수 있다.
구동 제어부(270)는 시간대별 전력 수요 예측량에서 전력 계통(110)의 다음날 시간대별 급전 부하를 예측하여 시간대별 예측 급전 부하로 설정한다. 구동 제어부(270)는 충전 구간과 방전 구간 동안 시간대별 예측 급전 부하를 이용하여 전력 저장 장치(220)의 충전 부하와 방전 부하를 설정하고, 충전 부하와 방전 부하에 따라 전력 저장 장치(220)의 충전 및 방전에 대한 운전을 제어한다.
구동 제어부(270)는 방전 구간 이후 전력 저장 장치(220)가 100%로 재충전되도록 전력 저장 장치(220)의 운전을 제어한다. 또한, 구동 제어부(270)는 방전 구간 동안 급전 장치(120)에서 소요되는 전력량이 원하는 부하의 형태로 감소되도록 전력 저장 장치(220)를 제어한다. 예를 들어, 구동 제어부(270)는 교통량이 적은 밤 시간에 전력 계통(110)으로부터 제공되는 전력을 전력 저장 장치(220)에 저장하 도록 전력 저장 장치(220)를 제어하고, 교통량이 많은 낮 시간에 전력 저장 장치(220)에 저장된 전력을 급전 장치(120)로 방전하도록 전력 저장 장치(220)를 제어한다.
여기서, 전력 공급 운영 장치(240)는 교통량 데이터에 기초하여 전기 차량(300)의 충전에 필요한 전력량의 예측값과, 급전 장치(120)에서 실제로 전기 차량(300)에 공급한 전력량의 측정값 사이의 오차가 최소가 되도록 전력 저장 장치(220)의 급전 부하를 예측할 수 있다.
또한, 전력 공급 운영 장치(240)는 전력 계통 우선(Grid-priority) 운전 방식, 축전 우선(Storage-priority) 운전 방식 및 비용 우선(Cost-priority) 운전 방식으로 전력 저장 장치(220)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다.
전력 계통 우선 운전 방식은 도 3을 더 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 운영 장치의 전력 계통 우선 운전 방식을 설명하기 위한 도면이다.
전력 계통 우선 방식은 전력 계통(110)과 전력 저장 장치(220)에서 병렬로 급전 장치(120)에 전력을 공급함에 있어서, 방전 구간 동안 기 설정된 부하만큼 전력 계통(110)에서 급전 장치(120)로 전력을 일정하게 공급하고, 기 설정된 부하를 초과하는 부하에 대해서는 전력 저장 장치(220)에 저장된 전력을 방전하여 급전 장치(120)로 전력을 공급하는 방식이다.
전력 공급 운영 장치(240)는 전력 계통(110)에서 담당해야 할 부하가 방전 구간 동안 일정한 값이 되도록 전력 수요 예측량과 기 설정된 부하에 맞춰 전력 저장 장치(220)에서 방전할 전력량을 결정한다. 예를 들어, 전력 공급 운영 장치(240)는 방전 구간 동안 전력 저장 장치(220)에서 방전되는 전력량을 시간대별 급전 부하 곡선(500)에 맞춰 제1 영역(520)으로 설정한다. 또한, 전력 공급 운영 장치(240)는 충전 구간 동안 전력 저장 장치(220)에 충전되는 전력량을 시간대별 급전 부하 곡선(500)에 맞춰 제2 영역(530)으로 설정한다.
도 3에서 제1 영역(520)의 면적에 해당하는 부하량(kWh)은 전력 저장 장치(220)의 저장 용량(kWh)과 동일하여야 한다. 이를 위해, 전력 공급 운영 장치(240)는 충전 구간과 방전 구간에서 전력 저장 장치(220)가 담당할 부하를 평준화하기 위해 제1 영역(520)과 제2 영역(530)의 면적이 유사하도록 평준화 곡선(510)을 설정한다.
여기서, 평준화 곡선(510)은 전력 저장 장치(220)의 용량에 따라 충전 구간과 방전 구간에서 서로 다른 값을 갖도록 설정될 수 있다. 전력 공급 운영 장치(240)는 급전 장치(120)에 공급되는 전력을 전력 계통(110)에서 우선적으로 제공하고, 전력 수요 예측량에서 부족한 부분을 전력 저장 장치(220)에서 제공하도록 전력 저장 장치(220)의 방전을 지시한다.
여기서, 전력 저장 장치(220)는 설계 기준일이 되는 년중 부하가 가장 크게 발생하는 날에서 시간대별 급전 부하 곡선(500)과 평준화 곡선(510)의 가장 큰 차이값으로 순간 방전 용량의 최대 설계값을 설정할 수 있다. 또한, 전력 저장 장치(220)는 시간대별 급전 부하 곡선(500)과 평준화 곡선(510)의 차이의 합으로부터 전력 저장 장치(220)의 용량 설계값을 산정할 수 있다.
축전 우선 운전 방식은 도 4를 더 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 운영 장치의 축전 우선 운전 방식을 설명하기 위한 도면이다.
축전 우선 방식은 전력 계통(110)과 전력 저장 장치(220)에서 병렬로 급전 장치(120)에 전력을 공급함에 있어서, 방전 구간 동안 전력 저장 장치(220)에 저장된 모든 전력량을 방전할 목적으로 급전 장치(120)에 저장된 전력을 공급하는 방식이다.
전력 공급 운영 장치(240)는 전력 저장 장치(220)에서 방전되는 부하가 시간대별로 항상 일정하도록 시간대별 급전 부하 곡선(500)에 대해 균등한 부하값의 차이를 갖는 제1 평준화 곡선(511)을 설정한다. 이를 통해, 전력 공급 운영 장치(240)는 방전 구간 동안 전력 저장 장치(220)에서 방전되는 전력량을 시간대별 급전 부하 곡선(500)에 맞춰 제3 영역(540)으로 설정한다. 또한, 전력 공급 운영 장치(240)는 충전 구간 동안 전력 저장 장치(220)에서 저장하는 전력량을 제4 영역(550)으로 설정하기 위해 제2 평준화 곡선(512)을 설정한다. 여기서, 제3 영역(540)과 제4 영역(550)은 시간대별 급전 부하의 평준화를 구현하기 위해 실질적으로 동일한 면적을 갖는다.
전력 공급 운영 장치(240)는 전력 저장 장치(220)에 저장된 모든 전력량을 방전 구간 동안 일정한 부하값으로 방전시키기 위해, 저장 용량(kWh)을 방전 시간 으로 나눈 값으로 매 시간대 급전 부하(kW)를 설정한다. 전력 공급 운영 장치(240)는 매 시간대 급전 부하(kW)에 맞춰 전력 저장 장치(220)의 방전을 제어한다. 한편, 전력 저장 장치(220)에서 담당하는 급전 부하 이외의 급전 부하는 전력 계통(110)에서 담당한다.
여기서, 전력 저장 장치(220)는 설계 기준일이 되는 년중 부하가 가장 크게 발생하는 날에서 시간대별 급전 부하 곡선(500)과 평준화 곡선(510)의 가장 큰 차이값으로 순간 방전 용량의 설계값을 설정할 수 있다. 또한, 전력 저장 장치(220)는 시간대별 급전 부하 곡선(500)과 제1 평준화 곡선(511)의 차이의 합으로부터 전력 저장 장치(220)의 용량 설계값을 산정할 수 있다.
비용 우선 운전 방식은 도 5를 더 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 운영 장치의 비용 우선 운전 방식을 설명하기 위한 도면이다.
비용 우선 방식은 전력 계통(110)과 전력 저장 장치(220)에서 병렬로 급전 장치(120)에 전력을 공급함에 있어서, 방전 구간 동안 전력 저장 장치(220)에서 최소의 전력 공급 비용으로 전력을 방전하는 방식이다.
전력 공급 운영 장치(240)는 시간대별 전력 공급 원가(원/kWh)를 통신망(400)을 통해 입력받아 시간대별 급전 부하 곡선(500)에 대입하여 시간대별 급전 비용을 계산한다. 또한, 전력 공급 운영 장치(240)는 별도의 입력 장치를 통해 전력 저장 장치(220)를 운전하기 전날에 공시된 공급 원가를 입력받을 수도 있다.
전력 공급 운영 장치(240)는 시간대별 급전 비용에 기초하여 충전 구간 동안 전력 저장 장치(220)의 충전 비용이 최소가 되고, 방전 구간 동안 전력 저장 장치(220)의 방전 비용이 최소가 되도록 최적 비용 곡선(515)을 설정한다. 즉, 전력 공급 운영 장치(240)는 1일을 단위로 전기 차량(300)의 급전을 위한 전력 공급 시스템(100)의 전력 공급 비용이 최소가 되도록 운전 계획을 수립할 수 있다.
전력 공급 운영 장치(240)는 충전 구간 동안 시간대별 급전 부하 곡선(500)과 최적 비용 곡선(515)의 차이만큼 제5 영역(570)을 설정하여 전력 저장 장치(220)의 충전을 지시하고, 방전 구간 동안 시간대별 급전 부하 곡선(500)과 최적 비용 곡선(515)의 차이만큼 제6 영역(560)을 설정하여 전력 저장 장치(220)의 방전을 지시한다. 이때, 방전 구간에서 제6 영역(560) 이외의 급전 부하는 전력 계통(110)에서 담당한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템은 전력 저장 장치를 전력 계통에 병렬로 연결하고, 도로의 교통량에 따른 전력 수요를 예측하여 전력 공급을 운영함으로써, 전력 계통의 전력 피크를 억제하고 경제적인 전력 공급 운영을 실현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템의 운영 방법을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템의 운영 방법은 전력 계통과 연결되어 전기 차량에 전력을 공급하는 전력 공급 시스템을 운영 하기 위해 전력 공급 운영을 위한 해당 구간의 교통량 데이터를 수신하여 시간대별 교통량을 예측하는 단계(S10), 전기 차량에 공급되는 전력 계통의 시간대별 전력 수요를 예측하는 단계(S20), 전력 계통의 시간대별 전력 수요에 따라 하루를 충전 구간과 방전 구간으로 구분하고, 전력 계통의 시간대별 급전 부하를 검출하여 방전 구간에서 전력 저장 장치가 담당할 급전 부하값을 계산하는 단계(S30), 충전 구간 동안 전력 저장 장치를 충전시키는 단계(S40) 및 방전 구간 동안 전력 저장 장치를 방전시키는 단계(S50)를 포함한다.
여기서, 전력 공급 시스템은 전기 차량에 전력을 공급하는 급전 장치, 전력 계통에 연결되어 전력을 저장하고 저장된 전력을 급전 장치로 방전하는 전력 저장 장치, 전력 계통과 전력 저장 장치 사이에서 전력 저장 장치로 공급되는 전력을 직류 전력으로 변환하고 급전 장치로 방전되는 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 변환 장치 및 급전 장치의 시간대별 전력 수요를 검출하고, 시간대별 전력 수요에 따라 전력 저장 장치의 충전과 방전을 제어하는 전력 공급 운영 장치를 포함한다.
단계 S10에서 전력 공급 시스템은 외부로부터 전력 공급 운영을 위한 해당 구간의 교통량 데이터를 수신하여 저장하고, 교통량 데이터를 기초로 하여 시간대별 교통량을 예측한다. 전력 공급 운영 장치는 교통 정보 센터로부터 도로별 교통량 및 도로 교통 평균 속도 등의 정보를 포함하는 교통량 데이터를 전송받아 전력 공급 시스템(100)이 담당하고 있는 도로의 시간대별 교통량을 검출한다.
단계 S20에서 전력 공급 시스템은 전기 차량에 공급되는 전력량을 측정하여 시간대별 전력 수요를 예측한다. 전력 공급 운영 장치는 급전 장치의 전력량 측정 부로부터 담당 도로의 급전량을 제공받고, 담당 도로의 시간대별 교통 예측량과 담당 도로의 급전량을 반영하여 급전 장치의 하루 시간대별 전력 수요량을 예측한다.
단계 S30에서 전력 공급 시스템은 시간대별 전력 수요 예측량에 기초하여 시간대별 급전 부하를 검출하고, 시간대별 급전 부하의 평준화를 위해 전력 저장 장치에서 방전할 전력량을 계산한다.
구체적으로, 전력 공급 운영 장치는 시간대별 전력 수요량을 제공받아 하루를 전력 저장 장치의 충전 구간과 전력 저장 장치의 방전 구간으로 구분하여 설정한다. 여기서, 충전 구간과 방전 구간은 전력 계통의 급전 부하에 따라 전력 계통에서 결정할 수 있다. 전력 공급 운영 장치는 시간대별 전력 수요 예측량에서 전력 계통의 시간대별 급전 부하를 검출하고, 전력 계통의 급전 부하의 평준화를 위해 방전 구간에서 전력 저장 장치에서 방전할 전력량을 계산한다.
단계 S40에서 전력 공급 시스템은 충전 구간 동안 전력 계통과 연결된 전력 저장 장치를 충전한다. 이를 통해 전력 공급 운영 장치는 전력 계통의 급전 부하를 방전 구간으로부터 이전받는 효과를 발생시킨다.
단계 S50에서 전력 공급 시스템은 방전 구간 동안 전력 계통과 연결된 전력 저장 장치를 방전한다. 전력 공급 운영 장치는 방전 구간 동안 전력 계통의 급전 부하와 시간대별 전력 수요의 평균값의 차이만큼 전력 저장 장치에 저장된 전력을 전력 계통으로 방전한다. 이를 통해 전력 공급 운영 장치는 시간대별 급전 부하의 평균값보다 높은 급전 부하를 갖는 방전 구간에서 전력 계통의 급전 부하를 충전 구간으로 이전하는 효과를 발생시킨다.
단계 S10에서 단계 S50은 매일 반복적으로 시행될 수 있다.여기서, 전력 공급 시스템은 방전 구간에서 전력 저장 장치를 충전 및 방전시키기 위해 전력 계통 우선 운전 방식, 축전 우선 운전 방식 및 비용 우선 운전 방식으로 운영될 수 있다. 이와 같은 운전 방식에 따라서 전력 저장 장치에서 방전 구간 동안 방전할 전력량이 각각 다르게 결정된다.
전력 계통 우선 운전 방식, 축전 우선 운전 방식 및 비용 우선 운전 방식은 도 2를 참조하여 설명되었으므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템의 운영 방법은 전기 차량의 교통량에 따른 전력 수요를 예측하여 전력 수요가 낮은 시간에 전력을 저장하고, 전력 수요가 많은 시간에 저장된 전력을 방출함로써, 전력 계통의 설비 용량을 감소시킬 수 있고, 전력 피크 수요를 완화시켜 능동적으로 전력 수요를 관리할 수 있다.
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 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 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.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 운영 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 운영 장치의 전력 계통 우선 운전 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 운영 장치의 축전 우선 운전 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 운영 장치의 비용 우선 운전 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템의 운영 방법을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 전력 계통 120: 급전 장치
210: 전력 변환 장치 220: 전력 저장 장치
230: 전력 계통 연계 장치 240: 전력 공급 운영 장치
300: 전기 차량

Claims (12)

  1. 전력 계통과 연계하여 전기 차량에 전력을 공급하는 시스템에 있어서,
    상기 전력 계통과 연결되어 상기 전기 차량에 전력을 공급하는 급전 장치;
    상기 전력 계통에 연결되어 상기 전력 계통으로부터 공급되는 전력을 저장하고, 저장된 전력을 상기 급전 장치로 방전하는 전력 저장 장치;
    상기 전력 계통과 상기 전력 저장 장치 사이에서 상기 전력 저장 장치로 공급되는 전력을 직류 전력으로 변환하고, 상기 급전 장치로 방전되는 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 변환 장치; 및
    상기 급전 장치의 시간대별 전력 수요를 검출하고, 상기 시간대별 전력 수요에 따라 상기 전력 저장 장치의 충전과 방전을 제어하는 전력 공급 운영 장치를 포함하되,
    상기 전력 공급 운영 장치는
    외부로부터 상기 전기 차량의 교통량 데이터를 수신하여 시간대별 교통량을 예측하는 교통량 예측부;
    상기 시간대별 교통량과 상기 급전 장치의 급전량에 따른 상기 전력 계통의 시간대별 전력 수요량을 검출하는 전력 수요 검출부; 및
    상기 시간대별 전력 수요량에 기초하여 1일을 상기 전력 저장 장치의 충전 구간과 상기 전력 저장 장치의 방전 구간으로 구분하여 설정하고, 상기 시간대별 전력 수요량에서 상기 전력 계통의 시간대별 급전 부하를 검출하여 상기 전력 저장 장치의 시간대별 급전 부하값을 계산하며, 상기 방전 구간 동안 상기 전력 저장 장치의 시간대별 급전 부하값에 따라 상기 전력 저장 장치의 운전을 제어하는 구동 제어부를 포함하며,
    외부로부터 입력받은 상기 전력 계통의 시간대별 전력 공급 원가와 상기 시간대별 급전 부하를 계산하여 시간대별 전력 공급 비용을 검출하고, 상기 시간대별 전력 공급 비용의 합이 최소가 되도록 상기 전력 저장 장치의 운전을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 저장 장치는 저장된 전력을 상기 방전 구간 동안 균등한 급전 부하값으로 방전하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 전력 저장 장치는 저장한 전력량을 모두 상기 방전 구간의 종료 시점까지 방전하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 저장 장치는 상기 방전 구간 동안 상기 전력 계통이 일정한 급전 부하값으로 전력 수요 예측량을 공급하도록 상기 시간대별 급전 부하값에 따라 방전하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 계통과 상기 전력 변환 장치 사이에서 상기 급전 장치로 방전되는 교류 전력을 상기 전력 계통과 동기화시켜 상기 전력 계통에 공급하고, 이상 발생시 전력 방전을 중단시키는 전력 계통 연계 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  8. 전력 계통과 연계하여 전기 차량에 전력을 공급하는 전력 저장 장치를 포함하는 전력 공급 시스템의 운영 방법에 있어서,
    상기 전력 공급 시스템이 담당하는 구간의 교통량 데이터를 수신하여 시간대별 교통량을 예측하는 단계;
    상기 전기 차량으로 공급되는 전력량을 측정하여 상기 전력 공급 시스템의 시간대별 전력 수요를 예측하는 단계;
    예측된 상기 시간대별 전력 수요에 기초하여 하루를 충전 구간과 방전 구간으로 구분하고, 상기 전력 공급 시스템의 시간대별 급전 부하를 검출하여 상기 전력 저장 장치에서 방전할 부하값을 계산하는 단계; 및
    상기 방전 구간 동안 상기 전력 저장 장치에 저장된 전력을 상기 전기 차량으로 공급하는 단계를 포함하되,
    상기 방전 구간 동안 상기 전력 저장 장치에 저장된 전력을 상기 전기 차량으로 공급하는 단계는
    상기 전력 계통의 시간대별 전력 공급 원가와 상기 전력 계통의 시간대별 급전 부하에 대입하여 시간대별 급전 비용을 계산하는 단계;
    상기 방전 구간에서 상기 시간대별 급전 비용의 최소값에 상응하는 상기 전력 저장 장치의 시간대별 급전 부하를 설정하는 단계; 및
    상기 방전 구간 동안 상기 전기 저장 장치에 저장된 전력을 상기 전력 저장 장치의 시간대별 급전 부하만큼 상기 전기 차량에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 운영 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 방전 구간 동안 상기 전력 저장 장치에 저장된 전력을 상기 전기 차량으로 공급하는 단계는
    상기 전력 저장 장치와 연계된 상기 전력 계통은 상기 시간대별 급전 부하에서 상기 전력 저장 장치에서 방전할 부하값 이외에 해당하는 부하값만큼 상기 전기 차량으로 공급하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 운영 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 방전 구간 동안 상기 전력 저장 장치에 저장된 전력을 상기 전기 차량으로 공급하는 단계는
    상기 방전 구간 동안 상기 전력 저장 장치에 저장된 전력을 균등한 부하값으로 상기 전기 차량에 공급하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 운영 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 방전 구간 동안 상기 전력 저장 장치에 저장된 전력을 상기 전기 차량으로 공급하는 단계는
    상기 방전 구간 동안 상기 전력 계통에서 시간대별로 일정한 부하를 갖도록 상기 전력 저장 장치에서 상기 전기 차량에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 운영 방법.
  12. 삭제
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