KR101939098B1

KR101939098B1 - 부하를 포함하는 마이크로그리드 시스템

Info

Publication number: KR101939098B1
Application number: KR1020170178294A
Authority: KR
Inventors: 신용학; 심재성; 송종석
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: KR20180000715A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드 시스템에 포함되는 부하는, 전력을 발생시키는 적어도 하나 이상의 구성 요소를 포함하는 분산 전원; 과 사전에 구축된 상기 마이크로그리드 시스템에 상기 부하가 추가되는 경우, 상기 부하의 부하데이터를 측정하여 제1부하패턴을 도출하고 상기 제1부하패턴을 사전에 설정된 부하타입별 부하패턴과 비교한 후 비교 결과에 기초하여 상기 분산 전원을 운영하는 제어부를 포함한다.

Description

부하를 포함하는 마이크로그리드 시스템{MICROGRID SYSTEM INCLUDING ELECTRIC POWER LOAD}

본 발명은 부하를 포함하는 마이크로그리드 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 부하특성에 따른 대표 부하패턴에 기초하여 각각의 부하를 독립적으로 운영할 수 있는 부하를 포함하는 마이크로그리드 시스템에 관한 것이다.

2011년 발생한 광역 정전 사태 이후로 전력 공급의 신뢰성이 주목 받고 있다. 전력 공급의 신뢰성을 확보하기 위해서는 발전소의 추가 건설 또는 부하 감축이 필요하다. 그러나 발전소의 추가 건설에는 막대한 비용이 들고 부하 감축 또한 쉽지 않으므로, 전체 전력 네트워크 내의 전력 공급 및 소비를 효율적으로 재배치하는 방안이 주목 받고 있다. 전력 공급 및 소비의 재배치 방안 중 하나가 마이크로그리드 시스템이다.

마이크로그리드 시스템은 하나 이상의 분산 전원과 부하들로 구성된 소규모 전력공급 시스템으로서 전력의 소비와 공급을 독립적으로 결정 및 운영할 수 있는 능동적인 배전계통이다. 마이크로그리드 시스템은 자체적인 분산 전원 사용 및 전력 소비의 효율화를 통해 국내 전력계통의 신뢰성을 향상시키며, 특히 자체적으로 독립 운전 기능을 제공하여 마이크로그리드 시스템 범위내의 전력 공급의 신뢰성을 극대화시킨다. 이러한 마이크로그리드 시스템의 구축이 용이한 장소는 캠퍼스, 군부대 등을 들 수 있는데, 특히 캠퍼스의 경우 마이크로그리드 구축을 통해 전력 공급의 신뢰성 향상 및 전기요금 절감의 효과를 얻을 수 있다.

기존의 마이크로그리드 시스템은 다양한 분산 전원들을 포함하여 구성된다. 이렇게 구축된 분산 전원들은 마이크로그리드 시스템의 운영이익을 극대화하는 방향으로 출력이 조절되며, 분산 전원들의 출력을 결정하기 위해서는 부하, 기상 및 환경 정보 등의 예측 데이터가 필요하다. 기상과 환경 정보 등의 예측 데이터는 네트워크를 통해 외부에서 취득할 수 있다. 그러나, 부하의 경우 해당 마이크로그리드 시스템 내의 부하 예측 데이터가 필요하기 때문에, 필수적으로 부하 예측 시스템을 구축하여야 한다.

부하 예측 시스템은 과거의 부하 이력 데이터에 기초하여 부하 수요를 예측한다. 따라서, 만일 기 구축된 마이크로그리드 시스템 내에 새로운 부하가 추가되는 경우, 기존에 사용되었던 부하 이력 데이터는 쓸모가 없어지고 추가된 부하가 포함되어 새로 누적된 부하 데이터가 필요하다. 즉, 기존의 마이크로그리드 시스템의 구성이 변경되는 경우, 이에 탄력적으로 대응하는 것이 불가능하다.

본 발명에서는 부하특성에 따른 대표 부하패턴에 기초하여 각각의 부하를 독립적으로 운영할 수 있는 부하를 포함하는 마이크로그리드 시스템을 제공한다.

나아가, 마이크로그리드 시스템의 초기 구축 시 구축을 용이하게 하고 구축 비용을 절감하여 구축 비용에 대한 부담을 덜 수 있을 뿐 아니라, 용이하게 마이크로그리드 시스템을 확장할 수 있는 마이크로그리드 시스템에 포함되는 부하 및 이의 동작 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재에 의해 제안되는 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 부하를 포함하는 마이크로그리드 시스템에 의하면, 상기 부하는, 전력을 발생시키는 적어도 하나 이상의 구성 요소를 포함하는 분산 전원; 과 사전에 구축된 상기 마이크로그리드 시스템에 상기 부하가 추가되는 경우, 상기 부하의 부하데이터를 측정하여 제1부하패턴을 도출하고 상기 제1부하패턴을 사전에 설정된 부하타입별 부하패턴과 비교한 후 비교 결과에 기초하여 상기 분산 전원을 운영하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 부하 데이터를 측정하여 부하 패턴을 도출함으로써 부하 패턴의 정밀 예측이 가능하고, 도출된 부하 패턴을 이용하여 데이터베이스를 생성함으로써 부하 데이터의 예측이 용이하여, 시스템에 새로운 부하가 추가되는 경우 정밀한 예측 제어가 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 마이크로그리드 시스템은 부하뿐만 아니라 기상, 환경정보 등의 데이터를 측정하거나 외부로부터 수신할 수 있어, 전력 데이터와 비전력 데이터 각각에 대한 데이터베이스를 생성할 수 있다. 이에 따라, 전력 데이터와 비전력 데이터를 함께 반영하여 시스템을 제어함으로써 수익을 극대화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 마이크로그리드 시스템은 상위 전력계통과 연계 운전시 연계점의 유효 및 무효 전력을 제어하고, 상위 전력계통에 문제가 있는 경우에는 시스템 운전이 정지되는 것이 아니라, 주파수 및 전압 제어를 통해 독립적으로 운전함으로써, 에너지 이용효율 및 전력 품질을 높이며, 신뢰도를 향상시키고, 환경 문제를 개선할 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 따른 일 실시 예에 의하면, 마이크로그리드 시스템의 초기 구축 시 구축을 용이하게 하고 구축 비용을 절감하여 구축 비용에 대한 부담을 덜 수 있을 뿐 아니라, 용이하게 마이크로그리드 시스템을 확장할 수 있다.

나아가, 초기 마이크로그리드 시스템 구축 시 필요한 높은 비용으로 인한 도입의 어려움을, 본 발명에서 제안하는 마이크로그리드 설계를 통한 점진적인 확장에 의하여 시스템을 구축함으로써 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드 시스템에 포함되는 부하의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 부하타입별 부하패턴을 도시한 도면이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의하여 추가된 부하의 부하타입을 분석하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 부하에 있어서 분산 전원을 운영하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 의한 부하를 제어하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드 시스템에 포함되는 부하의 동작 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상이 이하에서 기술되는 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니며, 또 다른 구성요소의 추가, 변경 및 삭제 등에 의해서 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예들을 용이하게 제안할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 해당 기술과 관련하여 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특별한 경우에는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 상세히 기재하였다. 그러므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 미리 밝혀둔다. 이하에서 기술하는 설명에 있어서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드 시스템에 포함되는 부하의 구성을 도시한 도면이다.

마이크로그리드(Microgrid) 시스템은 하나의 제어 가능한 단위로 작동하는 분산 설치된 발전, 저장 및 부하의 집합체이다. 상기 마이크로그리드 시스템은 기존의 전력망과 병행 또는 독립적으로 운영되는 전력 네트워크(power network) 단위일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드 시스템에 포함되는 부하(100)는, 분산 전원(110)과 제어부(120)를 포함할 수 있다.

분산 전원(110)은 전력을 발생시키는 적어도 하나 이상의 구성 요소를 포함한다. 이 경우, 상기 구성 요소는 풍력 터빈(wind turbine), 광전지 시스템(photovoltaic system), 연료 전지(fuel cell), 지열 전력 발전기(geothermal power generator), 마이크로터빈(microturbine), 연소 터빈(combustion turbine), 왕복 기관(reciprocating engine), 열 및 전력이 결합된 하이브리드 시스템(hybrid system), 또는 수력 발전기(hydroelectric power generator)와 같은 소규모 전력 발생 엘리먼트 일 수 있다.

분산 전원(110)은 마이크로그리드 시스템의 성능 및/또는 전력 출력과 관계없이 설치되거나 분리될 수 있다. 즉, 분산 전원(110)은 마이크로그리드 시스템으로부터 독립적으로 분리되어, 자율적으로 동작할 수 있다.

제어부(120)는 사전에 구축된 마이크로그리드 시스템에 부하가 추가되는 경우, 상기 부하의 부하데이터를 측정하여 제1부하패턴을 도출하고, 상기 제1부하패턴을 사전에 설정된 부하타입별 부하패턴과 비교한 후 비교 결과에 기초하여 분산 전원(110)을 운영할 수 있다.

상기 부하데이터는 측정 및 제어가 가능한 모든 부하요소에 대한 측정값을 포함할 수 있다. 예를 들어, 강의동의 경우, 건물 전등의 소비전력, 에어컨의 소비전력 등을 의미할 수 있다.

구체적으로, 제어부(120)는 부하타입별 부하패턴에 대응하여 분산 전원(110)에 포함되는 구성 요소의 조합 및 상기 구성 요소의 발전 계획 중 적어도 하나를 변경시킬 수 있다.

여기서, 부하타입별 부하패턴은, 시간대에 따른 전력 소비량을 나타내는 부하패턴을 부하특성에 따라 구분한 것이다. 이 경우, 전력소비량은 해당 부하에 포함되는 모든 부하요소의 전력소비량의 합을 의미한다.

상기 부하타입별 부하패턴은 부하특성에 따라 사용되는 이상적인 패턴을 의미하며, 따라서 대표 부하패턴이라고도 한다. 부하타입별 부하패턴에 대해서는 도 2에 대한 설명에서 후술한다.

일 실시예에 의하면, 제어부(120)는 부하타입별 부하패턴 중 제1부하패턴에 가장 유사한 제2부하패턴을 선택하고 이에 기초하여 분산 전원(110)을 운영할 수 있다.

다른 실시예에 의하면, 제어부(120)는 부하타입별 부하패턴 중 제1부하패턴에 가장 유사한 제2부하패턴이 존재하지 않는 경우, 상기 제1부하패턴을 상기 부하타입별 부하패턴에 새로이 추가하고 상기 제1부하패턴에 기초하여 분산 전원(110)을 운영할 수 있다.

또 다른 실시예에 의하면, 제어부(120) 부하타입별 부하패턴 중 제1부하패턴에 가장 유사한 제2부하패턴을 판단하고, 상기 제1부하패턴을 상기 제2부하패턴에 맞게 조절할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드 시스템에 포함되는 부하는 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 통신부(미도시)는 상기 마이크로그리드 시스템 및/또는 상기 마이크로그리드 시스템에 포함되는 다른 부하와 통신을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제어부(120)는 상기 부하타입별 부하패턴에 대한 정보를 획득하도록 상기 통신부(미도시)를 제어할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 부하타입별 부하패턴을 도시한 도면이다.

마이크로그리드 시스템 내의 부하는 각 부하의 특성 별로 분류될 수 있다. 예를 들어, 대학 캠퍼스의 경우 건물별로 강의동, 연구동, 기숙사동 및 시험동 등으로 구분될 수 있으며, 이 경우 각각의 건물은 부하에 해당한다. 상기 건물들 중 대체적으로 비슷한 부하패턴곡선을 갖는 건물들을 동일한 부하타입을 갖는 것으로 본다.

도 2에 도시된 부하타입별 부하패턴은 시간에 따른 전력 소비량의 변화를 부하특성에 따라 분류한 것이다. (a), (b) 및 (c) 각각에 있어서, x 축은 시간(t)을 나타내며, y 축은 전력(P)을 나타낸다.

상단에 도시된 (a)는 행정동 타입의 부하패턴이다. 행정동의 경우 정규 근무시간 동안 전력이 사용되며, 정규 근무 시간 이외에는 전력이 사용되지 않는다. 따라서, 행정동 타입의 부하패턴은 오전부터 오후까지의 시간 동안 전력 사용량이 정규 분포를 나타내는 곡선(X)으로 나타난다. 나아가, 강의동의 부하패턴도 (a)에 도시된 정규 분포를 나타내는 곡선(X)과 같이 표시될 수 있으며, 이 경우 강의동 역시 행정동 타입의 부하패턴을 따르는 것으로 볼 수 있다.

가운데에 도시된 (b)는 실험동 타입의 부하패턴이다. 실험동의 경우 해당 건물에서 수행하는 실험이나 연구가 중단 없이 계속되므로, 그 특성상 24시간 동안 전력이 계속 사용된다. 따라서, 부하패턴은 하루 종일 전 시간대에 걸쳐 전력 사용량이 고르게 분포하는 직선에 가까운 곡선(Y)으로 나타난다.

하단에 도시된 (c)는 기숙사 타입의 부하패턴이다. 기숙사의 경우 정규 수업 시간을 제외한 시간대에 주로 전력이 사용된다. 따라서, 전력 사용량은 정규 수업 시간 전인 새벽과 오전, 정규 수업 시간이 종료한 이후인 저녁 이후에 증가하며, 그 외의 시간에는 전력 사용량이 낮다. 이에 의해, 부하패턴은 (a)에 도시된 행정동의 부하패턴과 정반대의 분포를 보이는 곡선(Z)으로 나타난다.

부하특성이 비슷한 건물은 대체적으로 유사한 부하패턴을 갖는다. 따라서, 부하특성에 기초하여 부하타입별 부하패턴을 도출할 수 있다. 예를 들어, 다음 표 1과 같은 부하타입별 부하패턴을 도출할 수 있다.

부하타입	건물	최대 전력 소비 시간
부하타입	건물	평일(월~금)	주말, 공휴일
실험동 타입	실험동, 데이터센터	0시~24시	0시~24시
기숙사 타입	기숙사, 주거용건물, 아파트	7시~8시, 19시~23시	8시~23시
행정동 타입	행정동, 강의동, 사무용건물	8시~19시	-
상가동 타입	상업용 건물	20시~2시	8시~20시

동일한 부하타입에 속하는 건물들은 대체적으로 비슷한 부하패턴곡선을 갖는다. 따라서, 이로 인해 부하타입별 부하패턴 각각에 따라, 제어 가능한 부하 요소(Electric Heat Pump(EHP), 전등 등)의 조합이나 발전 계획을 사전에 결정할 수 있다.

한편, 도 2에서는 시간에 따른 전력수요량을 측정하여 부하패턴을 도출했지만, 요일이나 계절 및 특정 공휴일에 따른 전력수요량 등을 측정하여 부하패턴을 도출하는 등 다양한 실시예에 따라 부하패턴은 다양한 방식으로 도출될 수 있을 것이다.

본 실시예에 의하면, 부하타입별 부하패턴에 따라 부하를 독립적으로 운영한다. 이에 의해, 마이크로그리드 시스템의 구성 요소의 변경을 용이하게 수행할 수 있다. 구체적으로, 구성 요소인 부하를 쉽게 상기 시스템에 추가하거나 상기 시스템으로부터 삭제할 수 있다.

특히, 초기에 구축된 마이크로그리드 시스템에 부하가 추가되는 경우, 기존에는 추가된 부하를 구축된 마이크로그리드 시스템 전체의 부하에 더한 후 소비 전력량을 분석 및 예측하였다. 그러나 본 발명은 부하의 특성에 따라 부하타입별 부하패턴을 사전에 정해놓고, 이에 기초하여 마이크로그리드 시스템에 구축된 부하 또는 새롭게 추가되는 부하의 분산전원의 발전계획이나 부하감축에 의한 운영 최적화를 수행한다.

구체적으로, 분산전원의 발전에 의한 운영최적화를 수행하는 경우, 본 실시예와 같이 부하타입별 최적 분산전원의 조합을 사전에 제공하여, 최적의 운영방법을 제공한다. 예를 들어, 특정 건물의 부하타입이 정해지면, 그 부하레벨이나 부하형태에 맞는 신재생 발전원(태양광, 에너지저장장치 등)의 전원 구성 및 용량 선정을 추천하는 기능을 포함할 수 있다.

이하, 상기 부하타입별 부하패턴에 기초하여 추가된 부하의 타입을 분석하는 구체적인 방법에 대하여 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다.

도 3a와 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의하여 추가된 부하의 부하타입을 분석하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a을 참조하면, 마이크로그리드 시스템(300)에 기숙사 모델에 대응하는 부하(340)가 새롭게 추가된다. 한편, 상기 마이크로그리드 시스템(300)에는 강의동 모델에 대응하는 부하(310), 실험동 모델에 대응하는 부하(320) 및 행정동 모델에 대응하는 부하(330)가 이미 구축되어 있다.

이 경우, 강의동 모델에 대응하는 부하(310)란 강의동 타입의 부하패턴을 갖는 부하를 말한다. 따라서, 강의동뿐 아니라 강의동과 유사한 부하특성을 가지는 다른 건물들도 모두 강의동 모델에 대응하는 부하(310)에 포함될 수 있다. 마찬가지로, 실험동 모델에 대응하는 부하(320) 및 행정동 모델에 대응하는 부하(330) 역시 이와 동일하게 정의된다. 한편, 앞서 도 2에서 설명한 바와 같이 강의동 모델에 대응하는 부하(310)와 행정동 모델에 대응하는 부하(330)는 유사한 부하특성을 가지므로, 두 부하는 동일한 부하특성을 갖는 그룹으로 정의될 수도 있다. 여기서, 부하가 유사한 부하특성을 가지는지 여부는, 비교 대상인 부하들의 부하패턴을 비교하여 상기 부하패턴이 사용자 또는 실험에 의하여 기 설정된 유사도 이상의 특성을 가지는지에 기초하여 판단될 수 있다.

기존에는 마이크로그리드 시스템(300)에 포함되는 모든 부하들의 합을 시간대별로 분석하고, 이에 기초하여 분산전원을 운영하였다. 구체적으로, 도 3a에서 강의동 모델에 대응하는 부하(310), 실험동 모델에 대응하는 부하(320) 및 행정동 모델에 대응하는 부하(330) 모두의 합을 시간대별로 분석하여 부하들에 대한 전력수요를 예측하고 이에 기초하여 분산전원을 계획 및 운영하였다. 따라서, 도 3a에 도시된 바와 같은 마이크로그리드 시스템(300)내에 새로운 부하, 즉 기숙사 모델에 대응하는 부하(340)가 추가되는 경우, 전력 수요 예측을 위해 모든 부하들의 전력 소비량에 대한 새로운 데이터의 누적이 필요하게 된다.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 마이크로그리드 시스템(300)에 포함되는 복수개의 부하 각각은 해당하는 부하패턴에 기초하여 분산전원을 운영한다. 구체적으로, 도 3a에서 강의동 모델에 대응하는 부하(310)는 해당 부하(310)의 부하 패턴에 기초하여 분산전원을 운영한다. 또한, 실험동 모델에 대응하는 부하(320)는 해당 부하(320)의 부하패턴에 기초하여, 행정동 모델에 대응하는 부하(330)는 해당 부하(330)의 부하패턴에 기초하여 각각 분산전원을 운영한다.

만일, 마이크로그리드 시스템(300)에 새로운 부하가 추가되면, 해당 부하가 어느 부하타입에 속하는 부하인지 분석한 후, 상기 시스템(300)을 구성하도록 구축된다. 이 경우, 시스템(300)은 추가된 부하에 대한 부하 데이터를 측정하여 대응하는 부하타입별 부하패턴을 선택한다.

한편, 대응하는 부하타입별 부하패턴과 비교한 후, 차이가 발생하는 부분에 대해서는 부하를 감축할 수 있다. 구체적으로, 부하패턴의 비교를 통해 낭비되고 있다고 판단되는 부분을 감축할 수 있다. 예를 들어, 에어컨 설정 온도 변경, 일부 전등의 점등 및 분산전원 발전 등을 통해 부하 감축을 수행할 수 있다. 사용하지 않는 부하를 증가시키는 경우는 없으나, 새벽 등 전기요금이 저렴한 구간에서 에너지저장장치 등의 충전을 통해 부하를 증가시키는 것처럼 보일 수 있다.

새로 추가된 부하를 부하타입별 부하패턴과 비교하는 이유는, 부하타입별 부하패턴이 해당 부하 특성을 가지는 부하에서 사용하는 이상적인 패턴을 의미하기 때문이다. 부하타입별 부하패턴은 다양한 부하를 사전에 분석하여 설정하게 되지만, 기존의 부하타입별 부하패턴과 맞지 않는 부하패턴을 가지는 부하가 추가되는 경우, 새로이 부하타입별 부하패턴을 추가할 수 있다.

부하를 감축하는 방법으로는 직접적으로 부하를 감축하는 방안과 소유하고 있는 분산전원의 발전을 통한 간접적인 감축 방법이 있다. 본 발명에서는 부하 감축을 위한 최적 운전 제어를 통해 직/간접적인 부하 제어를 자동으로 수행할 수 있다.

도 3b를 참조하면, 추가된 기숙사 모델에 대응하는 부하(340)의 부하 패턴(Z')이 도시되어 있다. 추가된 상기 부하(340)의 부하 패턴(Z')은 도 2에 도시된 부하타입별 부하패턴 중 (c)와 유사하다. 따라서, 추가된 기숙사 모델에 대응하는 부하(340)는, (C)의 부하패턴에 대하여 사전에 설정된 분산전원 운영 방식에 따라 분산전원을 구성하거나 분산전원을 발전하거나 부하를 감축하게 될 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 부하에 있어서 분산 전원을 운영하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

분산 전원은 마이크로그리드 시스템의 운영 이익을 극대화하는 방향으로 출력이 조절될 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 분산전원 기기, 전력요금, 부하, 기상, 환경정보 등에 대한 데이터를 측정하고, 이를 데이터베이스화 한다. 이 경우, 도 4에 도시된 분산전원 기기에 관한 데이터베이스(401), 전력요금과 부하에 관한 데이터베이스(402) 및 기상과 환경정보에 관한 데이터베이스(403)가 생성된다.

이후, 제어부(120)는 실시간으로 변하는 데이터의 상태를 반영하여 제어 연산을 수행하는 동적 프로그램(404)에 의하여 상기 데이터베이스들(401, 402, 403)에 저장된 데이터들에 대한 연산을 수행하고, 수익을 최대화시킬 수 있는 최적값(405)을 도출할 수 있다.

도 5a와 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 의한 부하를 제어하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 5a에서는 부하가 분산형 방식으로 제어된다. 분산형 방식의 경우, 마이크로그리드 시스템에 포함되는 복수개의 부하들이 서로 부하데이터를 주고 받으며 각각 자신을 제어한다. 구체적으로, 도 5a를 참조하면, 마이크로그리드 시스템 내에 부하 1(510), 부하 2(520) 및 부하 3(530)이 존재한다. 상기 부하 각각(510, 520, 530)은 캠퍼스에 포함되는 건물동일 수 있다. 이 경우, 부하 1(510)과 부하 2(520) 및 부하 3(530)은 각각 자신의 건물동에 대한 분산전원을 독립적으로 운영하되, 부하데이터에 대한 정보를 다른 건물동 들과 주고받을 수 있다.

도 5b에서는 부하가 중앙집중형 방식으로 제어된다. 중앙집중형 방식의 경우, 마이크로그리드 시스템에 포함되는 복수개의 부하들은 상위제어장치에 의하여 전체적인 제어를 받으며 각각 자신을 제어한다. 구체적으로, 도 5b를 참조하면, 마이크로그리드 시스템 내에 복수개의 부하들, 즉 부하 1(510), 부하 2(520) 및 부하 3(530)이 존재하며, 상기 부하들은 마이크로그리드 시스템의 상위레벨에서 관리하는 상위제어장치(540)에 의해 제어될 수 있다. 이 경우, 부하 1(510)과 부하 2(520) 및 부하 3(530)은 각각 자신의 건물동에 대한 분산전원을 독립적으로 운영하되, 상기 부하 1(510)과 부하 2(520) 및 부하 3(530)은 모두 상위제어장치(540)에 의하여 시스템 레벨의 제어를 받는다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드 시스템에 포함되는 부하의 동작 과정을 도시한 도면이다.

사전에 구축된 상기 마이크로그리드 시스템에 부하가 추가되는 경우, 부하는상기 부하의 부하데이터를 측정하여 제1부하패턴을 도출한다(S601).

부하는 제1부하패턴을 사전에 설정된 부하타입별 부하패턴과 비교한다(S602).

부하는 비교 결과에 기초하여, 전력을 발생시키는 적어도 하나 이상의 구성 요소를 포함하는 분산 전원을 운영한다(S603).

구체적으로, 부하는 부하타입별 부하패턴에 대응하여 분산 전원에 포함되는 구성 요소의 조합 및 상기 구성 요소의 발전 계획 중 적어도 하나를 변경시킬 수 있다.

일 실시예에 의하면, 부하는 부하타입별 부하패턴 중 제1부하패턴에 가장 유사한 제2부하패턴을 선택하고 이에 기초하여 분산 전원을 운영할 수 있다.

다른 실시예에 의하면, 부하는 부하타입별 부하패턴 중 제1부하패턴에 가장 유사한 제2부하패턴이 존재하지 않는 경우, 상기 제1부하패턴을 상기 부하타입별 부하패턴에 새로이 추가하고 상기 제1부하패턴에 기초하여 분산 전원을 운영할 수 있다.

여기서, 제1부하패턴에 가장 유사한 제2부하패턴은, 제1부하패턴과 유사도가 가장 높은 부하패턴을 의미할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

마이크로그리드는 하나의 제어 가능한 단위로 작동하는 분산 설치된 발전, 저장 및 부하의 집합체이다. 마이크로그리드에 의하면, 네트워크 각각의 edge에 위치한 노드들이 생산하는 전기에너지를 활용하여 전체 네트워크의 에너지를 극대화시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로그리드 시스템(700)은 복수개의 부하(710, 720), 상위제어장치(730), 에너지저장장치(740) 및 에너지원(750)을 포함할 수 있다.

복수개의 부하(710, 720)는 각각의 부하에서 예측되는 전력 소비량에 대응하여 분산전원을 운영할 수 있다.

또한, 사전에 구축된 마이크로그리드 시스템(700)에 부하가 추가되는 경우, 상기 부하의 부하데이터를 측정하여 제1부하패턴을 도출하고, 상기 제1부하패턴을 사전에 설정된 부하타입별 부하패턴과 비교한 후 비교 결과에 기초하여 상기 분산 전원을 운영할 수 있다. 이에 대해서는 앞서 상세히 설명하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다.

상위제어장치(730)는 마이크로그리드 시스템(700)의 상위레벨에서 복수개의 부하(710, 720)들을 관리한다. 이 경우, 상위제어장치(730)는 마이크로그리드 시스템(700)에 통합된 복수개의 부하(710, 720)들과 관련된 특정 작업을 수행하기 위하여, 복수개의 부하(710, 720) 들과 협동 및/또는 통신을 수행할 수 있다.

또한, 상위제어장치(730)는 데이터베이스(미도시)에 각 부하별 부하패턴 정보 및 연결된 부하들의 부하데이터를 저장하고, 추가된 부하데이터를 받고 부하 데이터베이스를 생성하거나, 분산전원 제어 또는 부하제어명령을 내릴 수 있다.

한편, 마이크로그리드 시스템(700)은 에너지 이용효율, 전력품질 및 신뢰도향상, 환경문제해결 등을 위하여, 전력계통과 연결되거나 또는 독립적으로 운전이 가능할 수 있다. 구체적으로, 마이크로그리드 시스템(700)은 평상시에는 상위 전력계통과 연계되어 운전되고, 상위 전력계통에 고장이 발생할 경우에는 독립적인 운전을 수행하는 것으로 설정될 수 있다. 이를 위해, 마이크로그리드 시스템(700)은 ⅰ) 상위 전력계통과 연계하여 운전이 가능한 연계운전 모드와, ⅱ) 상위 전력계통과 분리하여 운전하는 독립운전 모드로 동작할 수 있다.

한편, 상위 전력계통과의 연계 운전 시에는 연계점의 유효 및 무효전력 제어 기능이 요구되며, 상위 전력계통과 분리되어 독립운전 시에는 주파수 및 전압 제어 기능이 요구되는데, 이러한 기능들은 상위제어장치(730)에 의하여 수행될 수 있다.

에너지저장장치(740)는 BESS(Battery Energy Storage System), SMES(Super Conducting Magnetic Storage) 등일 수 있으며, 후술하는 에너지원(750)에 의하여 발전 및 공급되는 전력을 저장할 수 있다. 에너지저장장치(740)에 저장된 전력은 이후 마이크로그리드 시스템(700)의 전력 수급을 위해 사용될 수 있다.

에너지원(750)은 보일러, 열병합 발전기, 연료전지, 마이크로터빈 중 적어도 하나의 발전원, 태양광 발전과 풍력발전 중 적어도 하나의 신재생 에너지원 등일 수 있다.

상기 에너지원(750)은 마이크로그리드 시스템의 전력 수급 상황에 따라 발전을 수행하여 전력을 공급할 수 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 부하 110: 분산전원
120: 제어부 700: 마이크로그리드 시스템
540, 730: 상위제어장치 740: 에너지 저장 장치
750: 에너지원

Claims

적어도 하나 이상의 부하를 포함하는 마이크로그리드 시스템에 있어서,
전력을 발생시키는 적어도 하나 이상의 구성 요소를 포함하는 분산 전원;
상기 마이크로그리드 시스템에 부하가 추가되는 경우 추가된 부하의 부하데이터를 측정하여 제1 부하패턴을 도출하고, 상기 제1 부하패턴을 사전에 설정된 부하타입별 부하패턴과 비교한 후 비교 결과에 기초하여 상기 분산 전원을 독립적으로 운영하는 제어부; 및
상기 마이크로그리드 시스템이 상위 전력계통과 연계하여 운전하는 연계운전 모드 또는 상위 전력계통과 분리하여 운전하는 독립운전 모드로 제어하는 상위제어장치를 포함하고,
상기 상위제어장치는
상기 연계운전 모드로 운전하는 경우 연계점의 유효 및 무효전력을 제어하고, 독립운전 모드로 운전하는 경우 주파수 및 전압을 제어하고,
상기 제어부는
분산전원 기기, 전력요금, 부하, 기상 및 환경정보에 대한 데이터를 측정하여 각각에 대응하는 데이터베이스를 생성하고, 상기 데이터베이스에 저장된 데이터에 기초하여 상기 분산 전원을 운영하고,
상기 부하패턴은
시간에 따른 전력 소비량의 변화를 나타내는 곡선이고,
상기 부하타입별 부하패턴은
상기 부하패턴을 부하의 특성에 따라 분류한 적어도 하나 이상의 대표 부하패턴이며,
하루 중 제1 시간대에서 전력 소비량이 정규 분포를 나타내는 곡선인 제1 대표 부하패턴과, 하루 중 제2 시간대에서 전력 소비량이 정규 분포를 나타내는 곡선인 제2 대표 부하패턴과, 하루 동안의 전력 소비량이 고르게 분포하는 곡선인 제3 대표 부하패턴을 포함하는
마이크로그리드 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 제1 부하패턴과 기 설정된 기준 이상의 유사도를 갖는 제2 부하패턴의 존재 여부를 판단하고,
상기 제2 부하패턴이 존재하면 상기 추가된 부하를 제2 부하패턴에 기초하여 상기 분산 전원을 운영하고,
상기 제2 부하패턴이 존재하지 않으면 상기 제1 부하패턴을 부하타입별 부하패턴에 추가하고, 추가된 부하를 제1 부하패턴에 기초하여 분산 전원을 운영하는
마이크로그리드 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 부하타입별 부하패턴 중 상기 제1 부하패턴에 가장 유사한 제2 부하패턴을 선택하여 상기 분산 전원을 운영하는
마이크로그리드 시스템.
제1항에 있어서,
상기 마이크로그리드 시스템 및/또는 상기 마이크로그리드 시스템에 포함되는 다른 부하와 통신을 수행하는 통신부를 더 포함하고,
상기 제어부는
상기 부하타입별 부하패턴에 대한 정보를 획득하도록 상기 통신부를 제어하는
마이크로그리드 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
실시간으로 변하는 상기 분산전원 기기, 전력요금, 부하, 기상 및 환경정보에 대한 데이터의 상태를 반영하여 상기 데이터베이스에 저장된 데이터들에 대하여 제어 연산을 수행하고, 수익을 최대화하는 부하 패턴을 도출하여 상기 분산 전원을 운영하는
마이크로그리드 시스템.
제1항에 있어서,
상기 분산 전원에 포함된 구성 요소는
풍력 터빈, 광전지 시스템, 연료 전지, 지열 전력 발전기, 마이크로터빈, 연소 터빈, 왕복 기관, 열 및 전력이 결합된 하이브리드 시스템, 또는 소규모 전력 발생 엘리먼트인
마이크로그리드 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제어부는
상기 분산 전원에 포함된 구성 요소의 조합 및 구성 요소의 발전 계획 중 적어도 하나를 변경하여 상기 분산 전원을 운영하는
마이크로그리드 시스템.
제1항에 있어서,
상기 마이크로그리드 시스템의 전력 수급 상황에 따라 발전을 수행하여 전력을 공급하는 에너지원; 및
상기 에너지원에 의하여 발전 및 공급되는 전력을 저장하는 에너지저장장치를 더 포함하는
마이크로그리드 시스템.
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