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KR102503382B1 - 신재생 에너지 발전설비와 연계된 에너지 저장시스템의 관리방법 - Google Patents

신재생 에너지 발전설비와 연계된 에너지 저장시스템의 관리방법 Download PDF

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KR102503382B1
KR102503382B1 KR1020210130065A KR20210130065A KR102503382B1 KR 102503382 B1 KR102503382 B1 KR 102503382B1 KR 1020210130065 A KR1020210130065 A KR 1020210130065A KR 20210130065 A KR20210130065 A KR 20210130065A KR 102503382 B1 KR102503382 B1 KR 102503382B1
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KR
South Korea
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power
battery
renewable energy
charging
charge
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KR1020210130065A
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Inventor
박성덕
Original Assignee
에너지기술서비스(주)
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Abstract

본 발명은 신재생 에너지 발전설비와 연계된 에너지 저장시스템의 관리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신재생 에너지 발전설비에서 생산된 전력을 효율적으로 저장하기 위한 신재생 에너지 발전설비와 연계된 에너지 저장시스템의 관리방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 신재생 에너지 발전 시스템의 특성에 따른 배터리의 충/방전량 및 시간 등을 고려하여 에너지 저장 시스템을 운영함으로써 에너지의 저장 및 소비의 효율성이 향상되는 효과가 있다.

Description

신재생 에너지 발전설비와 연계된 에너지 저장시스템의 관리방법{Method for power management of Energy Storage System connected renewable energy}
본 발명은 신재생 에너지 발전설비와 연계된 에너지 저장시스템의 관리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신재생 에너지 발전설비에서 생산된 전력을 효율적으로 저장하기 위한 신재생 에너지 발전설비와 연계된 에너지 저장시스템의 관리방법에 관한 것이다.
일반적으로 신재생에너지는 신에너지와 재생에너지를 합쳐 부르는 것으로서, 기존 화석연료를 변환하여 이용하거나 햇빛, 물, 강수, 생물유기체 등을 포함하여 재생이 가능한 에너지로 변환하여 이용하는 에너지를 말한다.
재생에너지에는 태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력 등이 있고, 신에너지에는 연료전지, 수소에너지 등이 있다.
ESS(Energy Storage System)는 태양광으로 대표되는 신재생 에너지 발전 시스템과 전력 저장 시스템을 연계한 것으로, 충전 및 방전이 가능한 배터리에 신재생 에너지 또는 전력 계통의 잉여 전력을 저장하고 필요 시 부하에 전력을 공급하는 시스템이다. 한국특허공개 제2013-0138611호에 신재생 에너지 발전 시스템과 연계된 에너지 저장 시스템이 개시되어 있다.
일반적으로 신재생 에너지 발전 시스템 연계형 에너지 저장 시스템은 신재생 에너지 또는 계통의 전력으로 배터리를 충전하고, 부하에 전력 공급이 필요할 때 신재생 에너지, 계통, 배터리 중 어느 하나를 통해 부하에 전력을 공급한다. 신재생 에너지 및 에너지 저장 시스템에 대한 관심이 점차 높아지고, 에너지 저장 시스템이 복수의 전력 공급원을 통해 배터리를 충전하고 부하에 전력을 공급하면서 점차 시스템 복잡도가 높아지고 있는 상황이다. 따라서 신재생 에너지 및 배터리의 특성에 따라 최적화되고 에너지의 저장 및 소비를 보다 효율적으로 관리할 수 있는 기술이 요구된다
KR 10-2017-0095580 A KR 10-2020-0126816 A
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 신재생 에너지 및 배터리의 특성에 따른 효율적인 저장을 위한 신재생 에너지 발전설비와 연계된 에너지 저장시스템의 관리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 전력을 소비하는 전력 부하에 전력을 공급하는 외부 전력망과 연결되어 충전되는 배터리, 배터리의 충전 또는 방전 관리를 위한 BMS(Battery Management System), 전력 공급 및 관리를 위한 PCS(Power Conditioning System)를 구비한 에너지 저장 설비와, 신재생 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 복수의 신재생 에너지 발전 설비를 포함하는 에너지 저장 시스템(ESS)의 관리방법에 있어서, 상기 PCS에서의 전력 관리 방법은, 상기 전력 부하의 예측 소비전력과, 상기 신재생 에너지 발전 설비의 예측 생산 전력을 산정하는 단계(S100)와, 상기 S100 단계 이후에 상기 배터리의 충/방전 스케줄을 설정하는 단계(S150)와, 상기 신재생 에너지 발전 설비의 종류 및 특성 정보를 저장하는 단계(S200)와, 상기 배터리의 방전 전까지 생산될 수 있는 상기 신재생 에너지 발전 설비의 생산 전력을 예측하는 단계(S300)와, 상기 배터리의 방전 이전 충전 필요량을 산출하는 단계(S400)와, 상기 배터리의 충전 필요량에 따른 전력 부족량이 설정값 이상인지 판단하는 단계(S500)와, 상기 전력 부족량이 설정값 보다 작으면 상기 신재생 에너지 발전 설비의 상기 생산 전력으로 상기 배터리를 완충할 수 있는지 판단하는 단계(S600)와, 상기 S600 단계의 결과에 따라 상기 배터리의 충/방전 스케줄을 변경하는 단계를 포함하며, 상기 S500 단계에서 상기 전력 부족량이 상기 설정값 이상이면 상기 S150 단계의 충/방전 스케줄을 유지하는 단계(S510)와, 상기 충/방전 스케줄 대로 상기 배터리를 충전하는 단계(S700)와, 상기 S600 단계에서 상기 신재생 에너지 발전 설비의 상기 생산 전력으로 상기 배터리를 완충할 수 없으면 상기 S150 단계의 충/방전 스케줄을 변경하는 단계(S800)와, 상기 S800 단계 이후에 상기 신재생 에너지 발전 설비 및 상기 전력망에서 공급된 전력으로 상기 배터리를 충전하는 단계(S900)를 더 포함한다.
상기 S900 단계 이후에 상기 전력망 전력의 충전이 개시되는 시점에서 상기 배터리(310)에 포함된 전체 배터리 셀(311) 중에서 제1비율의 배터리 셀(311)을 상기 전력망 전력의 충전에 사용하도록 전환하는 단계(S910)를 더 포함한다.
상기 S910 단계 이후에 상기 BMS가 상기 제1비율의 배터리 셀(311)에 충전되어 있는 전력량과 충전 목표량을 비교하여 배터리 방전 시각 이전에 상기 배터리(310)의 완충이 가능한지를 판단하는 단계(S920)를 더 포함한다.
상기 S920 단계 이후에 상기 제1비율의 배터리 셀(311)만으로는 완충이 가능하지 않다고 판단되면, 상기 BMS가 제2비율의 배터리 셀(311)을 추가적으로 상기 전력망 전력의 충전에 사용하도록 전환하는 단계(S930)를 더 포함한다.
상기 S930 단계 이후에 상기 전력망 전력의 충전에 사용되는 것으로 전환된 배터리 셀(311)에 전력이 완전히 충전되고 있는지를 확인하는 단계(S940)와, 상기 배터리 셀(311)에 전력이 완충에 근접하지 못한 상태에서 충전을 계속하는 단계(S950)를 더 포함한다.
상기 S940 단계 이후에 상기 배터리 셀(311)이 전력의 완충에 근접하는 상태가 되면 상기 배터리 셀(311)의 환원 동작을 하여 상기 전력망 전력의 충전을 중단하는 단계 S960를 더 포함한다.
본 발명에 따르면 신재생 에너지 발전 시스템의 특성에 따른 배터리의 충/방전량 및 시간 등을 고려하여 에너지 저장 시스템을 운영함으로써 에너지의 저장 및 소비의 효율성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 에너지 저장시스템에 따른 배터리 충전 시를 도시한 블럭도.
도 2는 본 발명의 에너지 저장시스템에 따른 배터리 방전 시를 도시한 블럭도.
도 3은 본 발명의 전력 관리방법에 따른 충방전 사이클의 일 예를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 에너지 관리방법의 과정을 나타낸 순서도.
도 5는 전력망 충전 전환 과정을 나타낸 순서도.
도 6은 배터리 내부의 배터리 셀의 구조를 나타낸 블럭도.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "신재생 에너지 발전설비와 연계된 에너지 저장시스템의 관리방법"(이하, '관리방법'이라 함)을 설명한다.
도 1은 본 발명의 에너지 저장시스템에 따른 배터리 충전 시를 도시한 블럭도이며, 도 2는 본 발명의 에너지 저장시스템에 따른 배터리 방전 시를 도시한 블럭도, 도 3은 본 발명의 전력 관리방법에 따른 충방전 사이클의 일 예를 도시한 그래프, 도 4는 본 발명의 에너지 관리방법의 과정을 나타낸 순서도, 도 5는 전력망 충전 전환 과정을 나타낸 순서도, 도 6은 배터리 내부의 배터리 셀의 구조를 나타낸 블럭도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장시스템은 크게 적어도 하나의 신재생 에너지 발전 설비(200)와, 에너지 저장 설비(300)로 구성될 수 있다. 신재생 에너지 발전 설비(200)는 전력망(100)으로부터 공급되는 전력과 함께 에너지 저장 설비(300) 또는 전력 부하(400)로 전력을 공급하는 역할을 한다.
전력망(100)은 화력, 수력, 원자력 등 기존의 발전 시스템에 의해 생산된 전력을 공급하는 전력망이며, 전력 부하(400)는 전력을 소비하는 가정, 빌딩, 공장 등의 다양한 시설을 의미한다.
신재생 에너지 발전 설비(200)는 태양광, 풍력, 조력, 바이오 매스 등과 같은 신재생 에너지를 이용한 발전 설비로, 설치 장소에 따라 각기 다른 종류의 발전 설비가 적용될 수 있다. 신재생 에너지 발전 설비(200)는 적어도 하나가 적용되며, 바람직하게는 지역 특성에 맞는 복수의 설비가 적용되는 것이 바람직하다.
태양광 발전 설비(210)는 태양전지, 태양전지에서 생산된 전기 에너지를 직류에서 교류로 변환하고 전력 계통에 연결시키는 전력 변환장치, 생산된 전기 에너지를 일시적으로 저장하는 저장 장치 등으로 구성될 수 있다. 태양광 발전 설비의 구성은 주지관용의 기술이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
풍력 발전 설비(230)는 블레이드, 블레이드에 의해 바람의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 전환 장치 및 동력 전달 장치, 제어장치 등으로 구성될 수 있으며, 역시 주지관용의 기술이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
에너지 저장 설비(300)는 충전 또는 방전이 가능한 배터리(310)를 구비하며, 배터리(310)를 충전하여 에너지를 저장하고, 배터리(310)를 방전시켜 저장된 에너지를 전력망(100) 또는 전력 부하(400)에 전력을 공급한다. 일반적으로 에너지 저장 설비(300)는 배터리(310)의 충전 또는 방전 관리를 위한 BMS(Battery Management System)과, 전력 공급 및 관리를 위한 PCS(Power Conditioning System)을 포함할 수 있다.
배터리(310)는 이차전지와 같은 다양한 종류의 배터리를 포함할 수 있으며, 이외에도 전고체전지 등을 포함할 수 있다. 배터리의 종류 및 특성에 따라 배터리 충/방전 계획을 달리하여 효율적인 배터리 관리가 가능하며, 추가적으로 배터리의 잔여 용량 정보를 획득함으로써 단기 전력 운용 계획을 수립할 수 있다. 또한, 배터리(140)는 신재생 에너지 발전 설비(200)나 전력망(100)을 통해 공급되는 전력을 충전하여 에너지를 저장하는 에너지 저장소의 기능과, 방전을 통해 저장된 에너지를 전력 부하(400)나 전력망(100)에 공급하는 에너지원으로 기능한다.
PCS(350)는 전력변환장치로서, 교류와 직류간의 변환 및 전압, 전류, 주파수를 변환시키는 역할을 한다. PCS(350)는 전력망(100)을 통해 발전소로부터 공급되는 에너지를 전력 부하(400)에 공급하거나 배터리(310)에 충전시키거나, 신재생 에너지 발전 설비(200)로부터 공급되는 에너지를 전력 부하(400)에 공급하 거나 배터리(310)에 충전시킨다. 또는 배터리(310)를 방전시켜 저장된 에너지를 전력 부하(400)나 전력망(100)에 공급하여, 전력 관리를 수행한다. 이때, 배터리(310)의 충/방전은 배터리(310)의 종류 및 특성 정보를 고려하여 운용된다.
또한, PCS(350)는 전력부하(400)에서 소비되는 전력을 모니터링하여 정보로 저장하여 보유할 수 있다.
BMS(330)는 배터리 관리 시스템으로서, 배터리의 전압, 전류, 온도 등을 감지하여 배터리(310)의 충/방전량을 적정 수준으로 제어함은 물론, 배터리(310)의 셀 밸런싱을 수행하고, 배터리(310)의 잔여 용량을 파악한다. 또한, BMS(330)는 위험이 감지되는 경우 비상 동작을 통해 배터리(310)을 보호한다. BMS(330)는 배터리(310)의 종류 및 특성 정보가 저장되며, 배터리(310)의 특성에 맞게 충전 및 방전을 관리한다.
전력 부하(400)는 전력망(100) 및 에너지 저장 시스템의 배터리(310)로부터 전력을 공급받을 수 있으며, 전력상황에 따라 전력망(100) 또는 배터리(310) 중 어느 하나를 통해서만 전력을 공급받을 수도 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, PCS(350)는 전술한 외부 전력 서버로부터 소비전력 수요와 전력 상황 정보 등을 획득하고(S50), 전력 부하(400)로부터 과거 및 최근 소비 전력 등의 수요 정보를 획득할 수 있다. 이러한 정보들을 바탕으로 PCS(350)에서는 예측 소비 전력과 예측 생산 전력을 산정하고(소비 전력 및 생산 전력 산정 단계, S100), 배터리 충/방전 스케줄을 생성할 수 있다(S150) 배터리의 충/방전 스케줄 생성 및 변경, 제어의 주체는 PCS(350)에서 이루어지는 것으로 이해되어야 할 것이다.
예들 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 배터리(310)의 방전(전력 소비)은 전력 소비의 피크 시간 대인 오후 2시 내지 4시로 스케줄을 설정하고, 배터리(310)의 충전은 충전 수단에 따라 시간대를 달리하여 충전하도록 스케줄을 설정할 수 있다.
신재생 에너지 설비 중 풍력 발전은 하루 중 거의 대부분 발전이 되므로, 풍력 발전을 이용한 배터리(310)의 충전은 시간의 제약 없이 이루어지도록 할 수 있다. 태양광 발전은 일출에서 일몰까지 가능하며, 시간대인 정오 전후로 최대 전력을 생산해 배터리(310)에 충전할 수 있다. 이러한 신재생 에너지 발전 설비(200)의 종류 및 그에 따른 특성 정보는 PCS(350)에 저장되어(신재생 에너지 특성 정보 저장 단계, S200) 배터리(310)의 방전 전까지 생산될 수 있는 생산 전력 예측에 활용될 수 있다(생산 전력 예측 단계, S300)
전력망(100)을 이용한 배터리(310)의 충전은 전력 요금이 저렴한 시간대에 이루어지도록 스케줄을 설정할 수 있으며, 예를 들어 중간 부하대 요금이 적용되는 시간인 오전 9시 이전 최저 부하대 요금이 적용되는 시간에 충전이 이루어지도록 설정될 수 있다. 전력망(100)을 이용한 배터리(310)의 충전 시간 대에 풍력 발전 및 태양광 발전 역시 이루어지므로 여기서 생산된 전력을 배터리(310)로 공급할 수도 있다. 전력망(100)을 이용한 배터리(310)의 충전 시간 대에 태양광 발전 설비(210) 및 풍력 발전 설비(230)로 생산된 전력은 배터리(310)로 보내질 수도 있고, 전력 부하(400)로 보내질 수도 있다.
일반적인 상황에서 풍력 발전과 태양광 발전을 통해 생산된 전력과 전력망(100)을 통해 고급되는 전력은 전력부하(400)로 공급되고, PCS(350)에서 설정한 배터리(310)의 충/방전 스케줄에 따라 배터리(310)가 충전된다.
PCS(350)는 배터리(310)의 충/방전 스케줄 관리를 위해 오전 8시에서 오후 2시까지의 신재생 에너지 설비에 의한 발전량을 예측할 수 있다(S300, 도 3 참조) 신재생 에너지 설비에 의한 발전량은 이전 10일간의 발전량 평균값이나 연평균 데이터를 이용한 시뮬레이션 등을 통해 이루어질 수 있다.
신재생 에너지 설비에 의한 발전량이 예측되면, 배터리(310)의 방전이 시작되기 전인 오후 2시 경의 배터리(310)의 충전량을 산출한다. 배터리(310)의 방전 시작 전 100% 완충하는데 필요한 전력 부족량을 계산한 후 배터리 충전 필요량을 계산할 수 있다(배터리 충전 필요량 산출, S400)
전력 부족량이 미리 설정된 값 이상이면(전력 부족량 판단 단계, S500) 배터리(310)가 방전되기 전 완충될 수 있으므로 배터리(310)의 충/방전 스케줄이 변경될 필요가 없어진다. 전력 부족량이 미리 설정된 값 이상이면(S500) 계산된 값을 바탕으로 신재생 에너지 설비에 의해 배터리(310)를 100% 완충할 수 있는지를 계산한다(신재생 에너지로 완충 가능 판단 단계, S600) 배터리(310)의 완충까지 부족한 잔여 전력량(D1)은 kWh로계산된다.
만약 배터리(310)의 방전 시작 전까지 신재생 에너지 설비에 의해 완충할 수 있으면(S600에서 YES 이면) 전술한 충전 스케줄 대로 배터리(310)를 충전한다(충전 단계, S700)
그러나 최저 부하대 요금 구간에서 전력망(100)을 이용해 배터리(310)를 충전했음에도 불구하고 배터리(310)의 방전 시작 전까지 신재생 에너지 설비에 의해 완충이 불가능한 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우는 바람이 불지 않거나 날씨가 흐린 경우 등과 같이 기상 요인에 의해 발생할 수도 있고, 전력 계통의 고장이나 계획정전, 갑작스러운 전력 부하의 증가 등 여러 요인에 의해 발생할 수 있다.
이 경우(S600에서 NO 이면), 배터리(310)를 통한 원활한 전력 공급을 위해 최저 부하대 요금 시간이 아니더라도 전력망(100)의 전력을 추가로 투입해 배터리(310)를 충전하도록 충전 스케줄을 변경한다(충/방전 스케줄 변경단계, S800) 전력망(100)을 통해 충전해야 할 전력량은 신재생 에너지 발전 설비(200)로부터 발전되는 발전량(kW)에 잔여 부족 전력량(D1)을 시간으로 나누어 계산할 수 있다(신재생 에너지 발전량 + D1/1hr) 계산된 값을 참조하여 배터리(310)의 방전 시간 전까지 신재생 에너지 설비에서 공급된 전력에 더하여 전력망(100)에서 공급된 전력을 추가로 이용해 배터리(310)를 충전한다(S900)
그러나 전력망(100)으로부터 공급되는 전력으로 배터리(310)를 충전하는 시간이 요금이 최저 부하대 요금이 부과되는 시간이 아니므로, 배터리(310)의 충전(S900) 이전에 전력망(100)으로부터 공급되는 전력으로 배터리(310)를 충전할지의 여부를 결정하도록 관리자 또는 서버로 의사 결정 요청을 할 수 있다(S850). 서버에는 배터리(310)의 잔량에 따라 전력망(100)을 통한 배터리(310)의 충전 여부가 미리 데어터화되어 저장될 수도 있고, 관리자가 상황에 따라 직접 판단하여 S900 단계의 진행 여부를 결정할 수 있다.
배터리(310)의 충전 완료 후(S700, S900), 배터리(310)의 방전은 완충 상태에서 이루어지며, 배터리(310)가 방전되는 피크 시간 대에는 배터리(310)에 충전된 전력 및 신재생 에너지 설비에 의해 생산된 전력, 전력망(100)에서 공급되는 전력을 모두 전력 부하(400)로 공급하게 된다(S1000) 경우에 따라 전력 부하(400)로 공급하고 남는 전력은 전력망(100)으로 공급해 판매하여 수익을 창출하거나, 배터리(310)의 잔여 전력으로 유지할 수 있다.
신재생 에너지 및 전력망(100)에서 공급된 전력을 이용하여 배터리(310)를 충전하는 과정(S900)에서 추가로 전력망(100)의 전력이 공급되는 배터리(310)의 비율을 순차적으로 늘려나갈 수 있다. 즉, 상대적으로 비싼 전력망(100)의 전력의 사용을 최소화하기 위해 일정 비율만큼 순차적으로 배터리(310)가 전력망(100)에 연결되도록 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전력망 전력으로 배터리 충전이 시작되면(S900), 에너지 저장 설비(300)는 먼저 정해진 비율만큼의 배터리 셀(311)을 전력망(100) 전력의 충전에 사용하도록 회로를 전환한다.(S910) 배터리 셀(311)은 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리(310)를 구성하는 개별 전력 저장소를 말한다. 배터리 셀(311)은 배터리(310)의 종류와 용량에 따라 다양한 숫자로 제작되며, 각각의 셀에 충전되는 전력량을 BMS(330)가 조절함으로써 효과적인 에너지 저장 설비(300)의 사용이 가능해지며, 배터리(310)의 수명이 연장된다.
에너지 저장 설비(300)는 전력망(100) 전력의 충전이 개시되는 시점에서 배터리(310)에 포함된 전체 배터리 셀(311) 중에서 제1비율의 배터리 셀(311)을 전력망(100)에서 공급되는 전력의 충전에 사용하도록 한다. 본 발명에서는 제1비율을 3% 내지 7%로 설정하는데, 가장 바람직하게는 5%로 설정한다.
이 상태에서 BMS(330)는 각 배터리 셀(311)에 충전되어 있는 전력량과 충전 목표량을 비교하여 배터리 방전 시각 이전에 배터리(310)의 완충이 가능한지를 판단한다.(S920)
만약 전력망(100) 충전으로 전환된 제1비율의 배터리 셀(311)에 일정 수준 이상의 전력이 충전되어 있어서 방전 시각 이전까지 완충이 가능하다고 판단되면 현 상태에서 충전을 계속한다.(S950) 즉, 제1비율의 배터리 셀(311)의 사용만으로도 완충이 가능하므로, 추가적인 배터리 셀(311)의 전환이 필요하지 않는 것이다.
그러나 제1비율의 배터리 셀(311)만으로는 완충이 가능하지 않다고 판단되면, BMS(330)는 추가적으로 배터리 셀(311)을 전환한다. 즉, 제2비율의 배터리 셀(311)을 추가적으로 전력망(100)에서 공급되는 전력의 충전을 위해 회로를 전환한다.(S930)
본 발명에서는 제2비율을 1% 내지 5%로 설정하는데, 가장 바람직하게는 3%로 설정한다.
이 상태에서는 제1비율과 제2비율의 합만큼의 배터리 셀(311)이 전력망(100)에서 공급되는 전력의 충전을 위해 사용되도록 전환된 상태가 된다. 따라서 더 많은 전력을 전력망(100)으로부터 공급받아 충전할 수 있다.
BMS(330)는 전력망(100) 전력의 충전에 사용되는 것으로 전환된 배터리 셀(311)에 전력이 완전히 충전되고 있는지를 확인한다.(S940) 그리고 정해진 수치만큼 전력이 충전되는 상태, 즉 완충에 근접하는 상태가 되면 배터리 셀(311)의 환원 동작을 하게 된다.(S960) 완충에 근접하지 못한 상태에서는 충전을 계속한다.(S950)
본 발명에서는 배터리 셀(311)에 충전되는 전력의 양이 전체 용량의 90%를 넘는 경우에 완충에 근접하는 것으로 판단하는데, 가장 바람직하게는 95%를 넘는 경우를 기준으로 할 수 있다. 배터리 셀(311)에 충전된 전력의 양이 95%를 넘으면, 100%로 충전되는데까지 걸리는 시간이 더 늘어나게 된다. 또한 배터리 셀(311)에 100%의 전력을 충전하면, 에너지 저장장치에 사용되는 배터리(310)가 손상되거나 수명이 짧아지는 문제가 발생하기 때문에 이를 방지하기 위해 완충에 근접할 때까지만 전력을 충전하도록 한다.
BMS(330)는 전력망(100) 전력의 충전에 사용되는 배터리 셀(311)의 전력 충전량이 전체의 95%를 넘는 경우, 제2비율의 배터리 셀(311)을 전력망(100) 전력 공급회로로부터 분리함으로써 원래의 충전 방식으로 환원시킨다.(S960) 즉, 제2비율의 배터리 셀(311)은 신재생 에너지의 충전을 위해 사용될 수 있도록 연결된다.
이 상태에서는 전체 배터리 셀(311) 중에서 제1비율의 배터리 셀(311)이 전력망(100) 전력의 충전에 사용되고 있다.
그리고 그 상태에서 충전이 계속되어 배터리 셀(311)의 충전이 완료되면, 전력망(100) 전력의 충전을 종료하고, 다시 신재생 에너지 충전에 사용되도록 회로를 전환한다.(S970)
이와 같은 과정을 통해 상대적으로 고가인 전력망(100) 전력을 배터리(310)의 충전에 사용하는 것을 최소화하면서 운영비용을 절감하고, 효율적인 배터리(310) 사용을 통해 배터리(310) 수명을 연장할 수 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 전력망 200 : 신재생 에너지 발전 설비
300 : 에너지 저장 설비 400 : 전력 부하

Claims (6)

  1. 전력을 소비하는 전력 부하에 전력을 공급하는 외부 전력망과 연결되어 충전되는 배터리, 배터리의 충전 또는 방전 관리를 위한 BMS(Battery Management System), 전력 공급 및 관리를 위한 PCS(Power Conditioning System)를 구비한 에너지 저장 설비와, 신재생 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 복수의 신재생 에너지 발전 설비를 포함하는 에너지 저장 시스템(ESS)의 관리방법에 있어서,
    상기 PCS에서의 전력 관리 방법은,
    상기 전력 부하의 예측 소비전력과, 상기 신재생 에너지 발전 설비(200)의 예측 생산 전력을 산정하는 단계(S100)와,
    상기 S100 단계 이후에 상기 배터리의 충/방전 스케줄을 설정하는 단계(S150)와,
    상기 신재생 에너지 발전 설비(200)의 종류 및 특성 정보를 저장하는 단계(S200)와,
    상기 배터리의 방전 전까지 생산될 수 있는 상기 신재생 에너지 발전 설비(200)의 생산 전력을 예측하는 단계(S300)와,
    상기 배터리의 방전 이전 충전 필요량을 산출하는 단계(S400)와,
    상기 배터리의 충전 필요량에 따른 전력 부족량이 설정값 이상인지 판단하는 단계(S500)와,
    상기 전력 부족량이 설정값 보다 작으면 상기 신재생 에너지 발전 설비(200)의 상기 생산 전력으로 상기 배터리를 완충할 수 있는지 판단하는 단계(S600)와,
    상기 S500 단계에서 상기 전력 부족량이 상기 설정값 이상이면 상기 S150 단계의 충/방전 스케줄을 유지하는 단계(S510)와,
    상기 충/방전 스케줄 대로 상기 배터리를 충전하는 단계(S700)와,
    상기 S600 단계에서 상기 신재생 에너지 발전 설비(200)의 상기 생산 전력으로 상기 배터리를 완충할 수 없으면 상기 S150 단계의 충/방전 스케줄을 변경하는 단계(S800)와,
    상기 S800 단계 이후에 상기 신재생 에너지 발전 설비(200)나 상기 전력망(100)에서 공급된 전력으로 상기 배터리를 충전하는 단계(S900)와,
    상기 S900 단계가 시작되면, 상기 배터리의 충전이 개시되는 시점에서 상기 BMS가 상기 배터리(310)에 포함된 전체 배터리 셀(311) 중에서 제1비율의 배터리 셀(311)을 상기 전력망(100)에서 공급된 전력으로 충전하는데 사용하도록 전환하는 단계(S910)와,
    상기 BMS가 상기 제1비율의 배터리 셀(311)에 충전되어 있는 전력량과 충전 목표량을 비교하여 배터리 방전 시각 이전에 상기 배터리(310)의 완충이 가능한지를 판단하는 단계(S920)와,
    상기 S920 단계에서 상기 제1비율의 배터리 셀(311)만으로는 완충이 가능하지 않다고 판단되면, 상기 BMS가 제2비율의 배터리 셀(311)을 추가적으로 상기 전력망(100)에서 공급된 전력을 충전하는데 사용하도록 전환하는 단계(S930)를 포함하며,
    상기 제1비율은 5%이며, 상기 제2비율은 3%인 것을 특징으로 하는, 신재생 에너지 발전설비와 연계된 에너지 저장시스템의 관리방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 S930 단계 이후에 상기 전력망(100)에서 공급된 전력의 충전에 사용되는 것으로 전환된 배터리 셀(311)에 전력이 완전히 충전되고 있는지를 확인하는 단계(S940)와,
    상기 배터리 셀(311)에 전력이 완충에 근접하지 못한 상태에서 충전을 계속하는 단계(S950)를 더 포함하는, 신재생 에너지 발전설비와 연계된 에너지 저장시스템의 관리방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 S940 단계에서 상기 BMS가 상기 배터리 셀(311)에 충전되는 전력의 양이 전체 용량의 95%를 넘으면 전력의 완충에 근접하는 상태가 된 것으로 판단한 후, 제2비율의 배터리 셀(311)의 환원 동작을 하여 상기 전력망(100)에서 공급된 전력의 충전을 중단하도록 하고, 제1비율의 배터리 셀(311)이 전력망(100) 전력의 충전에 계속 사용되도록 하는 단계(S960)와,
    상기 전력망(100) 전력 충전이 중단된 상기 제2비율의 배터리 셀(311)이 다시 상기 신재생 에너지 발전 설비(200)로부터 공급되는 전력을 충전하도록 회로를 전환하는 단계(S970)를 더 포함하는, 신재생 에너지 발전설비와 연계된 에너지 저장시스템의 관리방법.
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