KR20180121079A

KR20180121079A - 계층형 전력 제어 시스템

Info

Publication number: KR20180121079A
Application number: KR1020170055314A
Authority: KR
Inventors: 심재성; 이명환; 신용학
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2018-11-07
Also published as: US10637288B2; US11025091B2; US20180316222A1; US20200220380A1

Abstract

본 발명은 계층형 전력 제어 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템은, 클라우드 서버와 연계된 계층형 전력 제어 시스템에 있어서, UPS(Uninterruptible Power Supply) 구조를 갖춘 제1 ESS(Energy Storage System)와 제1 ESS에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하를 포함하는 제1 마이크로그리드 셀, 제2 부하와 제2 부하의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS를 포함하는 제2 마이크로그리드 셀, 제3 부하를 포함하는 제3 마이크로그리드 셀, 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀과 통신하는 미들웨어 서버(middleware server) 및 미들웨어 서버를 통해 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 포함한다.

Description

계층형 전력 제어 시스템{HIERARCHICAL TYPE POWER CONTROL SYSTEM}

본 발명은 계층형 전력 제어 시스템에 관한 것이다.

에너지 저장 시스템(Energy Storage System)은 생산된 전력을 발전소, 변전소 및 송전선 등을 포함한 각각의 연계 시스템에 저장한 후, 전력이 필요한 시기에 선택적, 효율적으로 사용하여 에너지 효율을 높이는 시스템이다.

에너지 저장 시스템은 시간대 및 계절별 변동이 큰 전기부하를 평준화시켜 전반적인 부하율을 향상시킬 경우, 발전 단가를 낮출 수 있으며 전력설비 증설에 필요한 투자비와 운전비 등을 절감할 수 있어서 전기요금을 인하하고 에너지를 절약할 수 있다.

이러한 에너지 저장 시스템은 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 이용되고 있으며, 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생에너지를 이용한 발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하 평준화(Load Leveling), 비상 전원 등의 기능으로 사용되고 있다.

에너지 저장 시스템은 저장방식에 따라 크게 물리적 에너지 저장과 화학적 에너지 저장으로 구분된다. 물리적 에너지 저장으로는 양수발전, 압축 공기 저장, 플라이휠 등을 이용한 방법이 있고, 화학적 에너지 저장으로는 리튬이온 배터리, 납축전지, Nas 전지 등을 이용한 방법이 있다.

다만, 이러한 에너지 저장 시스템은 직접 관리하고 있는 지역(예를 들어, 마이크로그리드(microgrid) 단위) 또는 건물의 전력 상태를 인접한 지역 또는 건물의 전력 상태와 연관시켜 통합적으로 관리하지는 못한다는 문제가 있었다.

특히, 인접한 지역 또는 건물인데도 불구하고, 피크 제어 시기가 서로 다름으로 인해, 각 지역 또는 건물의 전력 수급 상태를 제어하기 위한 서로 다른 별개의 발전 계획이 필요하다는 문제가 있었다.

이러한 문제들을 해결하기 위해, 인접한 마이크로그리드 단위 지역들의 전력 수급 상태를 통합하여 제어할 수 있는 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 적어도 하나 이상의 마이크로그리드 셀(Microgrid Cell)들의 전력 수급 상태를 토대로 최적의 통합 운전 스케줄을 수립할 수 있는 계층형 전력 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템은, 클라우드 서버와 연계된 계층형 전력 제어 시스템에 있어서, UPS(Uninterruptible Power Supply) 구조를 갖춘 제1 ESS(Energy Storage System)와 제1 ESS에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하를 포함하는 제1 마이크로그리드 셀, 제2 부하와 제2 부하의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS를 포함하는 제2 마이크로그리드 셀, 제3 부하를 포함하는 제3 마이크로그리드 셀, 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀과 통신하는 미들웨어 서버(middleware server) 및 미들웨어 서버를 통해 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 포함한다.

제1 마이크로그리드 셀은 제1 부하의 전력 상태를 감지하는 제1 센서를 더 포함하고, 제2 마이크로그리드 셀은 제2 부하의 전력 상태를 감지하는 제2 센서를 더 포함하고, 제3 마이크로그리드 셀은 제3 부하의 전력 상태를 감지하는 제3 센서를 더 포함하되, 제1 내지 제3 센서는 각각 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 감지하여 클라우드 서버로 송신한다.

클라우드 서버는, 외부로부터 기후 데이터 및 전력 관련 데이터 중 적어도 하나를 제공받고, 제1 내지 제3 센서로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하의 전력 상태 및 외부로부터 제공받은 기후 데이터 및 전력 관련 데이터 중 적어도 하나를 종합하여 분석하고, 분석 결과를 미들웨어 서버로 제공한다.

미들웨어 서버는 제공받은 분석 결과를 통합 제어 시스템에 제공하고, 통합 제어 시스템은 미들웨어 서버로부터 제공받은 분석 결과를 토대로 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀 각각의 운전 스케줄을 예측한다.

클라우드 서버는 제1 내지 제3 센서로부터 각각 수신한 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 미들웨어 서버에 제공하고, 미들웨어 서버는 클라우드 서버로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 통합 제어 시스템에 제공하며, 통합 제어 시스템은 미들웨어 서버로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 통합 운전 스케줄과 비교하고, 비교 결과를 토대로 통합 운전 스케줄을 조정한다.

제1 마이크로그리드 셀은 비상 발전기와, 제1 분산 전원 시스템을 포함하는 건물 관련 전력 시스템과, 비상 발전기, 건물 관련 전력 시스템 및, 제1 ESS를 제어하는 제1 EMS(Energy Management System)를 더 포함하고, 제2 마이크로그리드 셀은 제2 ESS와 연계되어 구동되는 제2 분산 전원 시스템과, 제2 ESS 및 제2 분산 전원 시스템을 제어하는 제2 EMS(Energy Management System)를 더 포함한다.

건물 관련 전력 시스템은, BEMS(Building Energy Management System)와, BEMS와 통신하는 분전반과, BEMS와 통신하는 BAS(Building Automation System)와, BAS와 연결된 냉난방 시스템과, BAS와 연결된 제1 분산 전원 시스템과, BAS와 연결된 제3 ESS를 더 포함하되, BEMS는 BAS를 통해 냉난방 시스템, 제1 분산 전원 시스템 및 제3 ESS 중 적어도 하나를 제어하여 피크 부하를 저감한다.

통합 제어 시스템은 미들웨어 서버를 통해 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 전력 수급 상태 정보는 제1 EMS로부터 수신하는 제1 전력 수급 상태 정보와 제2 EMS로부터 수신하는 제2 전력 수급 상태 정보를 포함하며, 제1 전력 수급 상태 정보는 제1 마이크로그리드 셀에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보, 제1 ESS의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함하고, 제2 전력 수급 상태 정보는 제2 마이크로그리드 셀에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보, 제2 ESS의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함한다.

통합 제어 시스템은 통합 운전 스케줄을 미들웨어 서버를 통해 제1 및 제2 EMS에 제공하고, 제1 EMS는 미들웨어 서버를 통해 제공받은 통합 운전 스케줄을 토대로 제1 마이크로그리드 셀의 전력 수급 스케줄을 조정하며, 제2 EMS는 미들웨어 서버를 통해 제공받은 통합 운전 스케줄을 토대로 제2 마이크로그리드 셀의 전력 수급 스케줄을 조정한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템은, 클라우드 서버와 연계된 계층형 전력 제어 시스템에 있어서, CTTS(Closed Transition Transfer Switch)를 통해 계통과의 연결이 개폐되는 비상 발전기와, 비상 발전기와 연계되어 구동되는 제1 ESS(Energy Storage System)와, 제1 ESS에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하를 포함하는 제1 마이크로그리드 셀, 제2 부하와 제2 부하의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS를 포함하는 제2 마이크로그리드 셀, 제3 부하를 포함하는 제3 마이크로그리드 셀, 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀과 통신하는 미들웨어 서버(middleware server) 및 미들웨어 서버를 통해 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 포함한다.

제1 마이크로그리드 셀은 제1 분산 전원 시스템을 포함하는 건물 관련 전력 시스템과, 비상 발전기, 건물 관련 전력 시스템 및, 제1 ESS를 제어하는 제1 EMS(Energy Management System)를 더 포함하고, 제2 마이크로그리드 셀은 제2 ESS와 연계되어 구동되는 제2 분산 전원 시스템과, 제2 ESS 및 제2 분산 전원 시스템을 제어하는 제2 EMS(Energy Management System)를 더 포함한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템은, 클라우드 서버와 연계된 계층형 전력 제어 시스템에 있어서, UPS(Uninterruptible Power Supply) 구조를 갖춘 제1 ESS(Energy Storage System)와 제1 ESS에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하를 포함하는 제1 마이크로그리드 셀, 제2 부하와 제2 부하의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS를 포함하는 제2 마이크로그리드 셀, 제3 부하를 포함하는 제3 마이크로그리드 셀 및 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀로부터 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 포함한다.

상기 제1 마이크로그리드 셀은 비상 발전기와, 제1 분산 전원 시스템을 포함하는 건물 관련 전력 시스템과, 비상 발전기, 건물 관련 전력 시스템 및, 제1 ESS를 제어하는 제1 EMS(Energy Management System)를 더 포함하고, 제2 마이크로그리드 셀은 제2 ESS와 연계되어 구동되는 제2 분산 전원 시스템과, 제2 ESS 및 제2 분산 전원 시스템을 제어하는 제2 EMS(Energy Management System)를 더 포함한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템은, 클라우드 서버와 연계된 계층형 전력 제어 시스템에 있어서, CTTS(Closed Transition Transfer Switch)를 통해 계통과의 연결이 개폐되는 비상 발전기와, 비상 발전기와 연계되어 구동되는 제1 ESS(Energy Storage System)와, 제1 ESS에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하를 포함하는 제1 마이크로그리드 셀, 제2 부하와 제2 부하의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS를 포함하는 제2 마이크로그리드 셀, 제3 부하를 포함하는 제3 마이크로그리드 셀 및 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀로부터 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 포함한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태를 토대로 최적의 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 통해 인접한 마이크로그리드 셀들의 전력 수급 상태를 통합하여 효율적으로 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템을 설명하는 개략도이다.
도 2는 도 1의 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀을 설명하는 개략도이다.
도 3은 도 2의 제1 마이크로그리드 셀을 설명하는 개략도이다.
도 4 내지 도 11은 계통 정전시 도 3의 제1 마이크로그리드 셀의 독립 운전 방법의 일 예를 설명하는 개략도들이다.
도 12 내지 도 21은 계통 정전시 도 3의 제1 마이크로그리드 셀의 독립 운전 방법의 다른 예를 설명하는 개략도들이다.
도 22는 도 1의 계층형 전력 제어 시스템의 최적 발전 제어 방법을 설명하는 순서도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템을 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템을 설명하는 개략도이다. 도 2는 도 1의 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀을 설명하는 개략도이다. 도 3은 도 2의 제1 마이크로그리드 셀을 설명하는 개략도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계층형 전력 제어 시스템(1)은 통합 제어 시스템(100), 미들웨어 서버(200), 제1 마이크로그리드 셀(300), 제2 마이크로그리드 셀(400), 제3 마이크로그리드 셀(500)을 포함할 수 있다.

참고로, 도 1의 계층형 전력 제어 시스템(1)은 클라우드 서버(600)를 더 포함할 수도 있으나, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해, 계층형 전력 제어 시스템(1)이 클라우드 서버(600)를 포함하지 않는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

또한 도면에 도시되어 있지는 않지만, 도 1의 계층형 전력 제어 시스템(1)은 계통을 더 포함할 수 있다. 여기에서, 계통은 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500) 각각에 존재할 수도 있지만, 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)에 공통된 하나의 계통만이 존재할 수도 있다.

또한 계통은 예를 들어, 발전소, 변전소, 송전선 등을 포함할 수 있다.

통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)를 통해 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립할 수 있다. 또한 통합 제어 시스템(100)은 수립한 통합 운전 스케줄을 미들웨어 서버(200)를 통해 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)에 제공함으로써, 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급이 통합 운전 스케줄을 토대로 조정되도록 할 수 있다.

구체적으로, 통합 제어 시스템(100)은 크게 통합감시 및 제어 기능과 최적발전 및 제어 기능을 가지도록 설계될 수 있다.

통합감시 및 제어 기능은 예를 들어, 감시 기능(monitoring), 제어 기능(control), 레포팅 기능(reporting), 경보 기능(alarming), 연산 기능(calculation), DB 관리 기능(Database Management), 트렌드 기능(Trend), 화면표시 기능을 포함할 수 있다.

여기에서, 감시 기능은 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 상태/고장 감시 및 계측 기능을 포함하고, 제어 기능은 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)에 구비된 설비의 운전/정지/스케줄링 및 최적운전 제어 기능을 포함할 수 있다.

레포팅 기능은 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)에 대한 기간 별 계측 정보 및 조작/보수 기록을 제공하는 기능을 포함하고, 경보 기능은 알람 인지 처리 및 저장 기능을 포함할 수 있다.

연산 기능은 역률 등 계산이 필요한 데이터에 연산/함수 기능을 제공하는 기능을 포함하고, DB 관리 기능은 실시간 데이터베이스 API(Application Program Interface)를 통한 데이터 인터페이스 기능을 포함할 수 있다.

트렌드 기능은 데이터 변화 추이를 감시하는 기능을 포함하고, 화면표시 기능은 감시, 이벤트, 알람, 권한 등을 화면(예를 들어, 통합 제어 시스템(100)의 화면 또는 클라우드 서버(600)를 통해 연동된 모바일 단말(800)의 화면)에 표시하는 기능을 포함할 수 있다.

한편, 최적발전 및 제어 기능은 예를 들어, 부하 예측 기능, 태양광 발전 예측 기능, 최적발전계획 수립 기능, 경제급전 기능, 자동발전제어 기능, 가정산 기능, 부하 차단 기능, 아일랜딩(islanding) 알고리즘 수행 기능을 포함할 수 있다.

여기에서, 부하 예측 기능은 다양한 예측 알고리즘을 사용하여 결과를 도출하는 앙상블(Ensemble) 다중모델조합 알고리즘을 적용하여 설계하는 기능 및 계통 내 부하의 이력데이터를 취득하여 오라클 DB에 저장하는 기능을 포함할 수 있다.

태양광 발전 예측 기능은 클라우드 서버(600)를 통해 외부(700; 예를 들어, 기상청)로부터 제공받은 강수량 정보를 토대로 강수량 확률을 패턴화하여, K-mean Cluster 기법을 이용하여 발전량을 예측하는 기능 및 기상청 연계 예측과 미연계 예측을 구분하여 알고리즘을 설계하는 기능을 포함할 수 있다.

최적발전계획 수립 기능은 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력수급상태를 고려하여 각각의 최적발전계획을 수립하는 기능을 포함할 수 있다. 이에 대한 자세한 내용은 후술하도록 한다.

경제급전 기능은 최적발전계획의 결과로 구동되는 에너지원에 대한 열/전기 에너지원의 출력을 결정하여 마이크로그리드 셀 단위로 구분된 결과를 도출하는 기능을 포함할 수 있다.

자동발전제어 기능은 계통 연계 모드(연계 조류 유지)와 독립 운전 모드(주파수 유지)의 목표를 추종하도록 설계하는 기능을 포함할 수 있다.

가정산 기능은 전기 사용량 이력 데이터를 토대로 전기 요금을 계산하는 기능을 포함할 수 있다.

부하 차단 기능은 기준값 초과시 우선순위에 의해 부하를 차단하는 기능을 포함할 수 있다.

아일랜딩 알고리즘 수행 기능은 독립 운전시 전력 융통 및 부하 차단 방안을 탐색하는 기능을 포함할 수 있다.

이러한 통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)로부터 다양한 정보를 제공받아 이를 토대로 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태를 통합하여 제어할 수 있다.

이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

미들웨어 서버(200)는 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)과 통신할 수 있다.

참고로, 미들웨어 서버(200)는 별도로 존재하지 않고, 통합 제어 시스템(100) 안에 포함될 수도 있다. 이 경우, 통합 제어 시스템(100)이 직접 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500) 또는 클라우드 서버(600)와 통신할 수 있다.

다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명에서는, 미들웨어 서버(200)가 통합 제어 시스템(100)과 별도로 존재하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

구체적으로, 미들웨어 서버(200)는 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)로부터 각각 제공받은 실시간 전력 상태 정보를 통합 제어 시스템(100)에 제공할 수 있고, 통합 제어 시스템(100)으로부터 제공받은 제어 명령 또는 신호(예를 들어, 통합 운전 스케줄)를 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)에 제공할 수 있다.

또한 미들웨어 서버(200)는 클라우드 서버(600)로부터 분석 결과를 제공받을 수 있다.

참고로, 클라우드 서버(600)는 외부(700; 예를 들어, 기상청 또는 한국전력)로부터 기후 데이터 및 전력 관련 데이터 중 적어도 하나를 제공받고, 제1 내지 제3 센서(320, 420, 520)로부터 각각 제1 내지 제3 부하(350, 450, 550)의 전력 상태를 제공받을 수 있다.

또한 클라우드 서버(600)는 제1 내지 제3 센서(320, 420, 520)로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하(350, 450, 550)의 전력 상태 및 외부로부터 제공받은 기후 데이터 및 전력 관련 데이터 중 적어도 하나를 종합하여 분석하고, 분석 결과를 미들웨어 서버(200)로 제공할 수 있다.

즉, 미들웨어 서버(200)는 클라우드 서버(600)로부터 제공받은 분석 결과 및 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)로부터 각각 제공받은 실시간 전력 상태 정보를 통합 제어 시스템에 제공할 수 있다.

이를 통해, 통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)로부터 제공받은 분석 결과 및 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 실시간 전력 상태 정보를 토대로 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태를 통합하여 제어할 수 있다.

이에 따라, 통합 제어 시스템(100)은 설령 제1 마이크로그리드 셀(300) 내 제1 EMS(310) 또는 제2 마이크로그리드 셀(400) 내 제2 EMS(410)로부터 각 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신하지 못한다 하더라도, 미들웨어 서버(200)로부터 제공받은 분석 결과 또는 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 실시간 전력 상태 정보를 토대로 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500) 각각의 운전 스케줄을 예측할 수 있다.

물론 통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)로부터 제공받은 분석 결과 또는 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 실시간 전력 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 조정할 수도 있다.

또한 클라우드 서버(600)는 제1 내지 제3 센서(320, 420, 520)로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하(350, 450, 550)의 전력 상태를 미들웨어 서버(200)에 제공하고, 미들웨어 서버(200)는 클라우드 서버(600)로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하(350, 450, 550)의 전력 상태를 통합 제어 시스템(100)에 제공할 수 있다.

이에 따라, 통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하(350, 450, 550)의 전력 상태를 통합 운전 스케줄과 비교하고, 비교 결과를 토대로 통합 운전 스케줄을 조정할 수 있다. 또한 클라우드 서버(600)는 모바일 단말(800)과 연동되어, 모바일 단말(800)로 전력 관련 정보를 송신함으로써, 사용자로 하여금 실시간으로 모바일 단말(800)을 통해 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500) 각각의 전력 상태를 파악할 수 있도록 한다.

제1 마이크로그리드 셀(300)은 UPS 구조를 갖춘 제1 ESS(360)와 제1 ESS(360)에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하(350)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 마이크로그리드 셀(300)은 제1 EMS(310), 제1 센서(320), 비상 발전기(330), 제1 ESS(360), 건물 관련 전력 시스템(390), 제1 부하(350)를 포함할 수 있다.

참고로, 제1 마이크로그리드 셀(300)은 비상 발전기(330)를 포함하지 않을 수도 있다. 이 경우, 계통의 정전 또는 복전시, UPS 구조를 갖춘 제1 ESS(360)가 무정전으로 제1 부하(350)에 전력을 공급할 수 있다.

다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명에서는, 제1 마이크로그리드 셀(300)이 비상 발전기(330)를 포함하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

제1 EMS(310)는 비상 발전기(330) 및 제1 ESS(360)를 제어할 수 있다.

구체적으로, 제1 EMS(310)는 제1 마이크로그리드 셀(300) 내에 포함된 구성 요소(즉, 제1 센서(320), 비상 발전기(330), 제1 ESS(360), 건물 관련 전력 시스템(390), 제1 부하(350))를 모두 관리하는 역할을 수행할 수 있다.

또한 제1 EMS(310)는 미들웨어 서버(200)와 통신할 수 있는바, 제1 마이크로그리드 셀(300)의 전력 관련 데이터(예를 들어, 제1 전력 수급 상태 정보)를 미들웨어 서버(200)로 송신하거나 미들웨어 서버(200)로부터 통합 제어 시스템(100)의 제어 신호 또는 명령을 제공받을 수도 있다.

여기에서, 제1 전력 수급 상태 정보는 예를 들어, 제1 마이크로그리드 셀(300)에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보, 제1 ESS(360)의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

참고로, 제1 EMS(310)는 PMS(362; Power Management System)로부터 제공받은 배터리(366)에 관한 데이터에 기초하여 배터리(366)의 유지 및 보수에 관한 정보를 생성하고, 생성된 배터리(366)의 유지 및 보수에 관한 정보를 PMS(362)를 통해 배터리(366)를 관리하는 BMS(368; Battery Management System)로 제공할 수도 있다.

제1 센서(320)는 제1 부하(350)의 전력 상태를 감지할 수 있다.

구체적으로, 제1 센서(320)는 예를 들어, 통신 기능이 구비된 IoT 센서일 수 있고, 제1 부하(350)의 전력 상태(예를 들어, 전력 부족 여부, 전력 과잉 여부 등)를 감지하여 클라우드 서버(600)로 감지된 정보를 제공할 수 있다.

비상 발전기(330)는 계통 정전시 제1 EMS(310)에 의해 구동될 수 있다.

구체적으로, 비상 발전기(330)는 예를 들어, 디젤 발전기일 수 있고, 제1 ESS(360)와 연동되어 구동됨으로써 계통 정전시 제1 마이크로그리드 셀(300)의 무정전 독립 운전이 특정 시간(예를 들어, 4시간)동안 유지되도록 할 수 있다.

참고로, 비상 발전기(330)로 기존의 디젤 발전기를 활용하고, 제1 ESS(360)로 소용량 ESS를 사용함으로써, 초기 투자비용을 절감할 수 있다. 또한 비상 발전기(330)를 통해 장시간 또는 무제한 독립 운전이 가능한바, 전력 수급의 신뢰성을 확보할 수 있고, 계획적인 독립 운전을 가능하게 함으로써 피크 부하 절감을 통해 경제성도 확보할 수 있다.

제1 ESS(360)는 UPS 구조를 갖출 수 있고, 계통 정전 등의 사고시를 대비하여 무순단 독립 운전이 가능하도록 설계됨으로써 신뢰성 있는 전력 공급을 가능하게 한다.

구체적으로, 제1 ESS(360)는 UPS 구조를 토대로 계통 정전 또는 복전시 무정전으로 제1 부하(350)에 전력을 공급할 수 있고, 제1 부하(350)의 전력 상태를 관리할 수 있다.

여기에서, 제1 ESS(360)는 PMS(362), PCS(364), 배터리(366), BMS(368)를 포함할 수 있다.

PCS(364)는 분산 전원 시스템(미도시; 예를 들어, 태양광 또는 풍력과 같은 신재생 에너지 시스템)에서 발전된 전력을 배터리(366)에 저장하거나 계통, 제1 부하(350)로 전달할 수 있다. 또한 PCS(364)는 배터리(366)에 저장된 전력을 계통 또는 제1 부하(350)로 전달할 수 있다. PCS(364)는 계통에서 공급된 전력을 배터리(366)에 저장할 수도 있다.

또한 PCS(364)는 배터리(366)의 충전 상태(State of Charge, 이하 "SOC 레벨"이라 한다)를 기초로 배터리(366)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다.

참고로, PCS(364)는 전력 시장의 전력 가격, 분산 전원 시스템의 발전 계획, 발전량 및 계통의 전력 수요 등을 기초로 제1 ESS(360)의 동작에 대한 스케줄을 생성할 수 있다.

배터리(366)는 PCS(364)에 의해 충전 또는 방전될 수 있다.

구체적으로, 배터리(366)는 분산 전원 시스템 및 계통의 전력 중 하나 이상을 공급받아 저장할 수 있고, 저장된 전력을 계통, 제1 부하(350) 중 하나 이상에 공급할 수 있다. 이러한 배터리(366)는 적어도 하나 이상의 배터리 셀로 이루어질 수 있으며, 각 배터리 셀은 복수의 베어셀을 포함할 수 있다.

BMS(368)는 배터리(366)의 상태를 모니터링하고, 배터리(366)의 충전 및 방전 동작을 제어할 수 있다. 또한 BMS(368)는 배터리(366)의 충전 상태인 SOC 레벨을 포함한 배터리(366)의 상태를 모니터링 할 수 있고, 모니터링된 배터리(366)의 상태(예를 들어, 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태 등) 정보를 PCS(364)에 제공할 수 있다.

또한 BMS(368)는 배터리(366)를 보호하기 위한 보호 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, BMS(368)는 배터리(366)에 대한 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱 기능 중 하나 이상을 수행할 수 있다.

또한 BMS(368)는 배터리(366)의 SOC 레벨을 조절할 수 있다.

구체적으로, BMS(368)는 PCS(364)로부터 제어 신호를 수신하고, 수신된 신호를 토대로 배터리(366)의 SOC 레벨을 조절할 수 있다.

PMS(362)는 BMS(368)로부터 제공받은 배터리(366)와 관련된 데이터에 기초하여 PCS(364)를 제어할 수 있다.

구체적으로, PMS(362)는 배터리(366)의 상태를 모니터링하고, PCS(364)의 상태를 모니터링할 수 있다. 즉, PMS(362)는 BMS(368)로부터 수신한 배터리(366)와 관련된 데이터에 기초하여 PCS(364)를 그 효율에 따라 제어할 수 있다.

또한 PMS(362)는 BMS(368)를 통해 배터리(366)의 상태를 모니터링하여 수집한 배터리(366) 관련 데이터를 제1 EMS(310)에 제공할 수 있다.

건물 관련 전력 시스템(390)은 BEMS(392), 분전반(398), BAS(393), 냉난방 시스템(394), 제1 분산 전원 시스템(395), 제3 ESS(396)를 포함할 수 있다.

구체적으로, BEMS(392)는 BAS(393)를 통해 냉난방 시스템(394), 제1 분산 전원 시스템(395) 및, 제3 ESS(396) 중 적어도 하나를 제어하여 피크 부하를 절감할 수 있고, 분전반(398)도 제어 가능하다.

또한 분전반(398)과 BAS(393)는 BEMS(392)와의 통신을 통해 제어될 수 있고, 냉난방 시스템(394), 제1 분산 전원 시스템(395), 제3 ESS(396)는 BAS(393)와 연결됨으로써 BEMS(392)에 의해 제어될 수 있다.

이러한 건물 관련 전력 시스템(390)은 에너지 절감을 위해 최적 제어됨으로써, 에너지 비용 및 피크 부하를 절감할 수 있다.

제1 부하(350)는 제1 ESS(360)에 의해 전력 상태가 관리될 수 있고, 예를 들어, 가정, 대형 건물, 공장 등을 포함할 수 있다.

구체적으로, 제1 부하(350)는 제1 ESS(360), 비상 발전기(330) 및, 건물 관련 전력 시스템(390) 중 적어도 하나에 의해 전력 수급이 관리될 수 있고, 제1 센서(320)와 연결될 수 있다.

참고로, 제1 부하(350)는 무정전의 고품질 전력 공급이 필요한 중요 부하(예를 들어, 연구실 건물, 병원 등)일 수 있다.

이에 따라, 통합 제어 시스템(100)의 전력 융통 작업 수행 또는 통합 운전 스케줄 수립시, 제1 부하(350)의 우선순위(즉, 중요도 순위)는 제2 부하(450) 및 제3 부하(550) 각각의 우선순위(즉, 중요도 순위)보다 높을 수 있다.

제2 마이크로그리드 셀(400)은 제2 부하(450)와 제2 부하(450)의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS(460)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 제2 마이크로그리드 셀(400)은 제2 EMS(410), 제2 센서(420), 제2 부하(450), 제2 ESS(460)를 포함할 수 있다.

참고로, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 제2 마이크로그리드 셀(400)은 제2 ESS(460)와 연계되어 구동되는 제2 분산 전원 시스템(미도시; 예를 들어, 풍력 또는 태양광과 같은 신재생 에너지 시스템)을 더 포함할 수 있다.

제2 EMS(410)는 제2 ESS(460) 및 제2 분산 전원 시스템을 제어할 수 있다.

구체적으로, 제2 EMS(410)는 제2 마이크로그리드 셀(400) 내에 포함된 구성 요소(즉, 제2 센서(420), 제2 부하(450), 제2 ESS(460), 제2 분산 전원 시스템)를 모두 관리하는 역할을 수행할 수 있다.

또한 제2 EMS(410)는 미들웨어 서버(200)와 통신할 수 있는바, 제2 마이크로그리드 셀(400)의 전력 관련 데이터(예를 들어, 제2 전력 수급 상태 정보)를 미들웨어 서버(200)로 송신하거나 미들웨어 서버(200)로부터 통합 제어 시스템(100)의 제어 신호 또는 명령을 제공받을 수도 있다.

여기에서, 제2 전력 수급 상태 정보는 예를 들어, 제2 마이크로그리드 셀(400)에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보, 제2 ESS(460)의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제2 센서(420)는 제2 부하(450)의 전력 상태를 감지할 수 있다.

구체적으로, 제2 센서(420)는 예를 들어, 통신 기능이 구비된 IoT 센서일 수 있고, 제2 부하(450)의 전력 상태(예를 들어, 전력 부족 여부, 전력 과잉 여부 등)를 감지하여 클라우드 서버(600)로 감지된 정보를 제공할 수 있다.

제2 부하(450)는 제2 ESS(460)에 의해 전력 상태가 관리될 수 있고, 예를 들어, 가정, 대형 건물, 공장 등을 포함할 수 있다.

구체적으로, 제2 부하(450)는 제2 ESS(460)에 의해 전력 수급이 관리될 수 있고, 제2 센서(420)와 연결될 수 있다.

참고로, 제2 부하(450)는 제2 분산 전원 시스템과 연계를 통해 에너지 효율화가 필요한 일반 부하(예를 들어, 강의실 건물, 기숙사 등)일 수 있다.

또한 제2 부하(450)는 서로 다른 우선 순위를 가지는 적어도 하나 이상의 부하(450a~450c)를 포함할 수 있다.

따라서, 피크 제어시, 제2 부하(450) 중 우선 순위가 높은 부하는 전력을 공급받고, 우선 순위가 낮은 부하는 전력 공급이 차단될 수도 있다.

즉, 제2 부하(450) 중 우선 순위가 높은 부하(예를 들어, 450a)는 피크 제어시 전력을 계속 공급받을 수 있지만, 우선 순위가 낮은 부하(예를 들어, 450b, 450c)는 피크 제어시, 전력을 공급받지 못할 수 있다.

정리하자면, 제2 마이크로그리드 셀(400)에는 피크 제어 등의 이벤트 발생시, 특성 또는 우선 순위를 토대로 선별적으로 구동될 필요가 있는 부하들이 포함될 수 있다.

제2 ESS(460)는 제2 부하(450)의 전력 상태를 관리하고, 피크 제어 기능을 수행할 수 있다.

또한, 제2 ESS(460)는 전술한 제1 ESS(360)와 같이, PMS, 배터리, BMS, PCS를 포함할 수 있지만, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

제3 마이크로그리드 셀(500)은 제3 부하(550)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 제3 마이크로그리드 셀(500)은 제3 센서(520)와 제3 부하(550)를 포함할 수 있다.

참고로, 제3 마이크로그리드 셀(500)에는 제2 마이크로그리드 셀(400)과 달리, EMS, ESS 또는 분산 전원 시스템이 없을 수 있다. 이에 따라, 제3 마이크로그리드 셀(500)의 전력 수급 상태 정보는 제3 센서(520)를 통해 클라우드 서버(600)를 거쳐 미들웨어 서버(200)로 전달될 수 있다.

물론, 제3 마이크로그리드 셀(500)의 제3 센서(520)가 미들웨어 서버(200)와 통신함으로써 직접 제3 부하(550)의 전력 상태를 미들웨어 서버(200)로 송신할 수도 있다.

제3 센서(520)는 제3 부하(550)의 전력 상태를 감지할 수 있다.

구체적으로, 제3 센서(520)는 예를 들어, 통신 기능이 구비된 IoT 센서일 수 있고, 제3 부하(550)의 전력 상태(예를 들어, 전력 부족 여부, 전력 과잉 여부 등)를 감지하여 클라우드 서버(600)로 감지된 정보를 제공할 수 있다.

제3 부하(550)는 예를 들어, 가정, 대형 건물, 공장 등을 포함할 수 있다.

구체적으로, 제3 부하(550)는 제3 센서(520)와 연결될 수 있다.

참고로, 제3 부하(550)는 분산 전원 시스템과의 연계가 없는 일반 부하일 수 있고, 제3 센서(520)를 통한 분석 기반의 에너지 저감 서비스(예를 들어, 클라우드 서버(600)로 제3 부하(550)의 전력 상태 정보를 송신함으로써 사용자가 클라우드 서버(600)와 통신할 수 있는 모바일 단말(800)을 통해 제3 부하(550)의 전력 상태를 실시간으로 확인 가능)를 제공하는 것을 목적으로 할 수 있다.

이하에서는, 도 4 내지 도 11을 참조하여, 계통 정전시 도 3의 제1 마이크로그리드 셀의 독립 운전 방법의 일 예를 설명하도록 한다.

도 4 내지 도 11은 계통 정전시 도 3의 제1 마이크로그리드 셀의 독립 운전 방법의 일 예를 설명하는 개략도들이다.

참고로, 설명의 편의를 위해, 도 3에 도시되지 않은 일부 구성 요소를 도 4 내지 도 11의 제1 마이크로그리드 셀(300)에 추가하거나 도 3에 도시된 일부 구성 요소를 도 4 내지 도 11의 제1 마이크로그리드 셀(300)에서 생략하고 설명하도록 한다.

먼저, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 계통(G) 정전시, STS(324; Static Transfer Switch)는 계통(G) 정전을 감지하여 계통(G)과의 연결을 차단하고, 제1 ESS(360)는 구동 모드를 정전력 모드에서 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency) 모드로 변경하여 제1 부하(350)에 독립적으로 전력을 공급할 수 있다.

구체적으로, STS(324)는 계통(G)과 제1 ESS(360)간 연결 및 계통(G)과 제1 부하(350) 간 연결을 개폐할 수 있다.

또한 STS(324)는 예를 들어, 계통(G) 정전시 4ms의 시간 내에 계통(G) 정전을 감지하여 계통(G)과의 연결을 차단할 수 있다.

또한 제1 ESS(360)는 계통(G) 정전시, 10ms 이내에 CVCF 모드로 구동 모드를 변경 후 제1 부하(350)에 안정적으로 전력을 공급(즉, 제1 ESS(360)의 무순단 독립 운전)할 수 있다.

이 때 계통(G) 측에 설치된 차단기(321) 역시 계통(G)과의 연결을 차단할 수 있다.

이어서, 도 3, 도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 EMS(310)는 제1 ESS(360)가 CVCF 모드로 변경되어 제1 부하(350)에 독립적으로 전력을 공급하면 비상 발전기(330)를 구동시키고, 제1 EMS(310)에 의해 구동된 비상 발전기(330)는 제1 부하(350) 측으로 전력을 공급할 수 있다.

이 때, 비상 발전기(330) 측에 설치된 차단기(322)는 비상 발전기(330)의 연결을 활성화시키지만, STS(324)로 인해 비상 발전기(330)와 제1 부하(350) 간 연결은 차단될 수 있다. 이에 따라, 비상 발전기(330)는 무부하 운전을 하게 된다.

STS(324)는 비상 발전기(330)에 의해 공급되는 전력이 감지되면 제1 ESS(360)에 제1 알림을 제공하고, 제1 ESS(360)는 STS(324)로부터 제1 알림을 제공받으면, 제1 동기화 알고리즘을 수행할 수 있다.

참고로, 제1 동기화 알고리즘은 제1 ESS(360)의 주파수, 전압 및 위상각을 비상 발전기(330)의 주파수, 전압 및 위상각과 동기화시키기 위한 알고리즘일 수 있다.

제1 ESS(360)의 제1 동기화 알고리즘이 수행되면, STS(324)는 계통(G)과의 연결 차단을 해제하고, 비상 발전기(330)는 주파수 추종 모드로 구동되고, 제1 ESS(360)는 정전력 모드로 다시 변경되어 구동될 수 있다.

이에 따라, 제1 부하(350)는 계통(G)이 복전되기 전까지 비상 발전기(330) 및 제1 ESS(360)로부터 안정적으로 전력을 공급받을 수 있다.

이어서, 도 3, 도 9 내지 도 11을 참조하면, 계통(G) 복전시, 제1 EMS(310)는 비상 발전기(330)의 구동을 정지시킬 수 있다.

이 때, 비상 발전기(330) 측에 설치된 차단기(322)는 비상 발전기(330)의 연결을 차단하게 된다.

STS(324)는 비상 발전기(330)의 구동 정지를 감지하여 제1 ESS(360)에 제2 알림을 제공하고, 계통(G)과의 연결을 다시 차단할 수 있다.

제1 ESS(360)는 STS(324)로부터 제2 알림을 제공받으면, 정전력 모드에서 CVCF 모드로 변경하여 제1 부하(350)에 독립적으로 전력을 공급할 수 있다.

계통(G) 측에 설치된 차단기(321)가 다시 활성화되어 계통(G)으로부터 제1 부하(350) 측으로 전력이 공급되면, STS(324)는 계통(G)에 의해 공급되는 전력을 감지하여 제1 ESS(360)에 제3 알림을 제공할 수 있다.

제1 ESS(360)는 STS(324)로부터 제3 알림을 제공받으면, 제2 동기화 알고리즘을 수행하게 되고, 제1 ESS(360)가 제2 동기화 알고리즘을 수행하면, STS(324)는 계통(G)과의 연결 차단을 다시 해제할 수 있다.

여기에서, 제2 동기화 알고리즘은 제1 ESS(360)의 주파수, 전압 및 위상각을 계통(G)의 주파수, 전압 및 위상각과 동기화시키기 위한 알고리즘일 수 있다.

또한 STS(324)가 계통(G)과의 연결 차단을 다시 해제함으로써, 계통(G) 정전 전의 상태로 다시 정상 복구될 수 있다.

전술한 과정을 통해 계통(G) 정전시, 본 발명의 제1 마이크로그리드 셀(300)은 독립 운전을 할 수 있다.

또한 전술한 제1 마이크로그리드 셀(300)의 독립 운전은 소용량 배터리(제1 ESS(360) 내 배터리(366))로 무순단 독립운전을 구현함으로써 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 비상 발전기(330)와 제1 ESS(360)의 병렬 운전을 통해 장시간(예를 들어, 4시간 이상) 독립운전이 가능하다.

이하에서는, 도 12 내지 도 21을 참조하여, 계통 정전시 도 3의 제1 마이크로그리드 셀의 독립 운전 방법의 다른 예를 설명하도록 한다.

도 12 내지 도 21은 계통 정전시 도 3의 제1 마이크로그리드 셀의 독립 운전 방법의 다른 예를 설명하는 개략도들이다.

참고로, 설명의 편의를 위해, 도 3에 도시되지 않은 일부 구성 요소를 도 12 내지 도 21의 제1 마이크로그리드 셀(300)에 추가하거나 도 3에 도시된 일부 구성 요소를 도 12 내지 도 21의 제1 마이크로그리드 셀(300)에서 생략하고 설명하도록 한다.

먼저, 도 3, 도 12 내지 도 14를 참조하면, 계통(G) 정전시, STS(324; Static Transfer Switch)는 계통(G) 정전을 감지하여 계통(G)과의 연결을 차단하고, 제1 ESS(360)는 구동 모드를 정전력 모드에서 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency) 모드로 변경하여 제1 부하(350)에 독립적으로 전력을 공급할 수 있다.

이어서, 도 3, 도 15 내지 도 17을 참조하면, 제1 EMS(310)는 제1 ESS(360)가 CVCF 모드로 변경되어 제1 부하(350)에 독립적으로 전력을 공급하면 비상 발전기(330)를 구동시킬 수 있다.

또한 비상 발전기(330)가 구동되면, CTTS(326; Closed Transition Transfer Switch)는 비상 발전기(330)와 계통(G) 간 연결을 차단하면서 비상 발전기(330)를 STS(324)와 연결시킬 수 있고, 비상 발전기(330)는 제1 부하(350) 측으로 전력을 공급할 수 있다.

구체적으로, CTTS(326)는 계통(G)과 STS(324) 간 연결 및 계통(G)과 비상 발전기(330) 간 연결을 개폐할 수 있다. 즉, CTTS(326)는 무정전으로 계통(G)에서 비상 발전기(330)로의 절체 작업 또는 비상 발전기(330)에서 계통(G)으로의 절체 작업을 가능하게 한다.

이어서, 도 3, 도 18 및 도 19를 참조하면, 계통(G) 복전시, 계통(G) 측에 설치된 차단기(321)는 활성화될 수 있다.

또한 제1 EMS(310)는 계통(G) 복전시, 비상 발전기(330)의 구동을 정지시킬 수 있고, CTTS(326)는 비상 발전기(330)의 구동 정지를 감지하여 비상 발전기(330)와 STS(324) 간 연결을 차단하면서 STS(324)를 계통(G)과 연결시킬 수 있다.

STS(324)가 계통(G)과 연결되면, CTTS(326)는 CTTS용 동기화 알고리즘을 수행함으로써 계통(G)으로부터 제공받는 전력을 제1 ESS(360)의 전력과 동기화시킬 수 있다.

여기에서, CTTS용 동기화 알고리즘은 제1 ESS의 주파수, 전압 및 위상각을 계통의 주파수, 전압 및 위상각과 동기화시키기 위한 알고리즘일 수 있다.

또한 STS(324)가 계통(G)과 연결되고, 계통(G)으로부터 제공받는 전력과 제1 ESS(360)의 전력이 동기화됨으로써, 계통(G) 정전 전의 상태로 다시 정상 복구될 수 있다.

반면에, 도 3, 도 18, 도 20 및 도 21을 참조하면, 도 18 및 도 19와 다른 과정을 통해서 계통(G)과 재연계될 수 있다.

구체적으로, 계통(G) 복전시, 계통(G) 측에 설치된 차단기(321)는 활성화될 수 있다.

또한 제1 EMS(310)는 비상 발전기(330)의 구동을 정지시키고, STS(324)는 비상 발전기(330)의 구동 정지를 감지하여 제1 ESS(360)에 제2 알림을 제공하고, 계통(G)과의 연결을 다시 차단할 수 있다.

여기에서, 비상 발전기(330)의 구동이 정지되면, 비상 발전기(330) 측에 설치된 차단기(322)는 비상 발전기(330)의 연결을 차단하게 된다.

여기에서, 제1 ESS(360)가 CVCF 모드로 변경되면, CTTS(326)는 비상 발전기(330)와 STS(324) 간 연결을 차단하면서 STS(324)를 계통(G)과 연결시킬 수 있다.

계통(G)으로부터 제1 부하(350) 측으로 전력이 공급되면, STS(324)는 계통(G)에 의해 공급되는 전력을 감지하여 제1 ESS(360)에 제3 알림을 제공하고, 제1 ESS(360)는 STS(324)로부터 제3 알림을 제공받으면, 제2 동기화 알고리즘을 수행할 수 있다.

제1 ESS(360)가 제2 동기화 알고리즘을 수행하면, STS(324)는 계통(G)과의 연결 차단을 다시 해제하고, 계통(G)과의 연결 차단이 다시 해제되면, 제1 ESS(360)는 CVCF 모드에서 정전력 모드로 다시 변경될 수 있다.

참고로, 제2 동기화 알고리즘은 제1 ESS(360)의 주파수, 전압 및 위상각을 계통(G)의 주파수, 전압 및 위상각과 동기화시키기 위한 알고리즘일 수 있다.

이하에서는, 도 22를 참조하여, 도 1의 계층형 전력 제어 시스템의 최적 발전 제어 방법을 설명하도록 한다.

도 22는 도 1의 계층형 전력 제어 시스템의 최적 발전 제어 방법을 설명하는 순서도이다.

도 1 내지 도 3 및 도 22를 참조하면, 먼저, 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신한다(S100).

구체적으로, 통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)를 통해 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태 정보를 수신할 수 있다.

전력 수급 상태 정보는 예를 들어, 제1 EMS(310)가 제공하는 제1 전력 수급 상태 정보와 제2 EMS(410)가 제공하는 제2 전력 수급 상태 정보를 포함할 수 있다.

제1 전력 수급 상태 정보는 예를 들어, 제1 마이크로그리드 셀(300)에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보, 제1 ESS(360)의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 제2 전력 수급 상태 정보는 제2 마이크로그리드 셀(400)에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보, 제2 ESS(460)의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한 전력 수급 상태 정보는 제3 센서(520)가 제공하는 제3 전력 수급 상태 정보를 더 포함할 수 있는바, 이는 전술한 바와 같이, 제3 마이크로그리드 셀(500)이 분산 전원 시스템, ESS, EMS 등을 포함하지 않기 때문이다.

여기에서, 제3 전력 수급 상태는 예를 들어, 제3 마이크로그리드 셀(500)에서 필요한 전력량 정보를 포함할 수 있다.

제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보가 수신되면(S100), 통합 운전 스케줄을 수립한다(S200).

구체적으로, 통합 제어 시스템(100)은 수신된 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립할 수 있다.

또한 통합 제어 시스템(100)은 통합 운전 스케줄을 수립할 시, 각 마이크로그리드 셀에 존재하는 분산 전원 시스템, 부하, ESS를 하나의 분산 전원 시스템, 부하, ESS로 모델링할 수 있다.

예를 들어, 통합 제어 시스템(100)은 제1 마이크로그리드 셀(300)의 제1 분산 전원 시스템(395)과 제2 마이크로그리드 셀(400)의 제2 분산 전원 시스템을 하나의 분산 전원 시스템으로 모델링하고, 제1 마이크로그리드 셀(300)의 제1 ESS(360)와 제2 마이크로그리드 셀(400)의 제2 ESS(460)를 하나의 ESS로 모델링할 수 있다. 그뿐만 아니라 통합 제어 시스템(100)은 제1 내지 제3 부하(350, 450, 550)를 하나의 부하로 모델링할 수 있다.

이와 같이, 통합 제어 시스템(100)은 각 마이크로그리드 셀에 존재하는 분산 전원 시스템, 부하, ESS를 하나의 분산 전원 시스템, 부하, ESS로 모델링함으로써 전체 관점에서 통합 운전 스케줄을 수립할 수 있다.

예를 들어, 제1 마이크로그리드 셀(300)의 피크 제어 대상 시간이 12시에서 13시 사이이고, 제2 마이크로그리드 셀(400)의 피크 제어 대상 시간이 14시에서 15시 사이인 경우, 통합 제어 시스템(100)은 각 마이크로그리드 셀(300, 400)의 피크 제어 대상 시간을 종합하여 전체 관점에서의 최적의 피크 제어 대상 시간(예를 들어, 13시에서 14시 사이)을 선정할 수 있다.

다만, 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)과 미들웨어 서버(200) 간 통신 문제로 인해 통합 제어 시스템(100)이 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태 정보를 수신하지 못하는 경우, 통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)로부터 제공받은 분석 결과를 토대로 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500) 각각의 운전 스케줄을 예측할 수 있다.

여기에서, 분석 결과는 클라우드 서버(600)가 제1 내지 제3 센서(320, 420, 520)로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하(350, 450, 550)의 전력 상태와 외부로부터 제공받은 기후 데이터 및 전력 관련 데이터 중 적어도 하나를 종합하여 분석한 결과일 수 있다.

참고로, 통합 제어 시스템(100)은 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립하지만, 상황에 따라, 제1 및 제2 마이크로그리드 셀(300, 400)의 전력 수급 상태 정보만을 토대로 제1 및 제2 마이크로그리드 셀(300, 400)만을 위한 통합 운전 스케줄을 수립할 수 있다.

이는 제3 마이크로그리드 셀(500)에 포함된 제3 부하(550)가 제1 및 제2 마이크로그리드 셀(300, 400)에 각각 포함된 제1 및 제2 부하(350, 450)와 달리, 분산 전원 시스템과의 연계가 없는 일반 부하일 뿐만 아니라 제3 센서(520)를 통해 분석 기반의 에너지 저감 서비스를 제공하는 것을 목적으로 하기 때문이다.

통합 운전 스케줄이 수립되면(S200), 통합 운전 스케줄을 제1 및 제2 마이크로그리드 셀(300, 400)에 제공한다(S300).

구체적으로, 통합 제어 시스템(100)은 통합 운전 스케줄을 미들웨어 서버(200)를 통해 제1 EMS(310) 및 제2 EMS(410)에 제공할 수 있다.

물론, 통합 제어 시스템(100)은 통합 운전 스케줄을 미들웨어 서버(200)를 통해 제3 마이크로그리드 셀(500)에도 제공할 수 있다.

다만, 전술한 바와 같이, 제3 마이크로그리드 셀(500)에는 EMS, ESS, 분산 전원 시스템 등이 없는바, 제3 마이크로그리드 셀(500)에는 통합 운전 스케줄이 제공되지 않을 수 있다.

통합 운전 스케줄이 제1 및 제2 마이크로그리드 셀에 제공되면(S300), 제1 및 제2 마이크로그리드 셀(300, 400)의 전력 수급 스케줄을 조정한다(S400).

구체적으로, 제1 EMS(310)는 미들웨어 서버(200)를 통해 제공받은 통합 운전 스케줄을 토대로 제1 마이크로그리드 셀(300)의 전력 수급 스케줄을 조정하며, 제2 EMS(410)는 미들웨어 서버(200)를 통해 제공받은 통합 운전 스케줄을 토대로 제2 마이크로그리드 셀(400)의 전력 수급 스케줄을 조정할 수 있다.

전술한 과정을 통해 계층형 전력 제어 시스템(1)은 최적 발전 제어 방법을 수행할 수 있다.

물론, 통합 운전 스케줄은 다음과 같은 과정을 통해 조정될 수도 있다.

구체적으로, 통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)로부터 제공받은 분석 결과 또는 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 실시간 전력 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 조정할 수 있다.

이에 따라, 통합 제어 시스템(100)은 미들웨어 서버(200)로부터 제공받은 제1 내지 제3 부하(350, 450, 550)의 전력 상태를 통합 운전 스케줄과 비교하고, 비교 결과를 토대로 통합 운전 스케줄을 조정할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀(300, 400, 500)의 전력 수급 상태를 토대로 최적의 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템(100)을 통해 인접한 마이크로그리드 셀들의 전력 수급 상태를 통합하여 효율적으로 제어할 수 있다.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

100: 통합 제어 시스템 200: 미들웨어 서버
300: 제1 마이크로그리드 셀 400: 제2 마이크로그리드 셀
500: 제3 마이크로그리드 셀 600: 클라우드 서버
700: 외부 800: 모바일 단말

Claims

클라우드 서버와 연계된 계층형 전력 제어 시스템에 있어서,
UPS(Uninterruptible Power Supply) 구조를 갖춘 제1 ESS(Energy Storage System)와 상기 제1 ESS에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하를 포함하는 제1 마이크로그리드 셀;
제2 부하와 상기 제2 부하의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS를 포함하는 제2 마이크로그리드 셀;
제3 부하를 포함하는 제3 마이크로그리드 셀;
상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀과 통신하는 미들웨어 서버(middleware server); 및
상기 미들웨어 서버를 통해 상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 포함하는
계층형 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 마이크로그리드 셀은 상기 제1 부하의 전력 상태를 감지하는 제1 센서를 더 포함하고,
상기 제2 마이크로그리드 셀은 상기 제2 부하의 전력 상태를 감지하는 제2 센서를 더 포함하고,
상기 제3 마이크로그리드 셀은 상기 제3 부하의 전력 상태를 감지하는 제3 센서를 더 포함하되,
상기 제1 내지 제3 센서는 각각 상기 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 감지하여 상기 클라우드 서버로 송신하는
계층형 전력 제어 시스템.
제2항에 있어서,
상기 클라우드 서버는,
외부로부터 기후 데이터 및 전력 관련 데이터 중 적어도 하나를 제공받고,
상기 제1 내지 제3 센서로부터 제공받은 상기 제1 내지 제3 부하의 전력 상태와 상기 외부로부터 제공받은 상기 기후 데이터 및 전력 관련 데이터 중 적어도 하나를 종합하여 분석하고,
상기 분석 결과를 상기 미들웨어 서버로 제공하는
계층형 전력 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 미들웨어 서버는 제공받은 상기 분석 결과를 상기 통합 제어 시스템에 제공하고,
상기 통합 제어 시스템은 상기 미들웨어 서버로부터 제공받은 상기 분석 결과를 토대로 상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀 각각의 운전 스케줄을 예측하는
계층형 전력 제어 시스템.
제2항에 있어서,
상기 클라우드 서버는 상기 제1 내지 제3 센서로부터 각각 수신한 상기 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 상기 미들웨어 서버에 제공하고,
상기 미들웨어 서버는 상기 클라우드 서버로부터 제공받은 상기 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 상기 통합 제어 시스템에 제공하며,
상기 통합 제어 시스템은 상기 미들웨어 서버로부터 제공받은 상기 제1 내지 제3 부하의 전력 상태를 상기 통합 운전 스케줄과 비교하고, 상기 비교 결과를 토대로 상기 통합 운전 스케줄을 조정하는
계층형 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 마이크로그리드 셀은 비상 발전기와, 제1 분산 전원 시스템을 포함하는 건물 관련 전력 시스템과, 상기 비상 발전기, 상기 건물 관련 전력 시스템 및, 상기 제1 ESS를 제어하는 제1 EMS(Energy Management System)를 더 포함하고,
상기 제2 마이크로그리드 셀은 상기 제2 ESS와 연계되어 구동되는 제2 분산 전원 시스템과, 상기 제2 ESS 및 상기 제2 분산 전원 시스템을 제어하는 제2 EMS(Energy Management System)를 더 포함하는
계층형 전력 제어 시스템.
제6항에 있어서,
상기 건물 관련 전력 시스템은,
BEMS(Building Energy Management System)와,
상기 BEMS와 통신하는 분전반과,
상기 BEMS와 통신하는 BAS(Building Automation System)와,
상기 BAS와 연결된 냉난방 시스템과,
상기 BAS와 연결된 상기 제1 분산 전원 시스템과,
상기 BAS와 연결된 제3 ESS를 더 포함하되,
상기 BEMS는 상기 BAS를 통해 상기 냉난방 시스템, 상기 제1 분산 전원 시스템 및 상기 제3 ESS 중 적어도 하나를 제어하여 피크 부하를 저감하는
계층형 전력 제어 시스템.
제6항에 있어서,
상기 통합 제어 시스템은 상기 미들웨어 서버를 통해 상기 전력 수급 상태 정보를 수신하고,
상기 전력 수급 상태 정보는 상기 제1 EMS로부터 수신하는 제1 전력 수급 상태 정보와 상기 제2 EMS로부터 수신하는 제2 전력 수급 상태 정보를 포함하며,
상기 제1 전력 수급 상태 정보는 상기 제1 마이크로그리드 셀에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보 및, 상기 제1 ESS의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 제2 전력 수급 상태 정보는 상기 제2 마이크로그리드 셀에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보 및, 상기 제2 ESS의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함하는
계층형 전력 제어 시스템.
제8항에 있어서,
상기 통합 제어 시스템은 상기 통합 운전 스케줄을 상기 미들웨어 서버를 통해 상기 제1 및 제2 EMS에 제공하고,
상기 제1 EMS는 상기 미들웨어 서버를 통해 제공받은 상기 통합 운전 스케줄을 토대로 상기 제1 마이크로그리드 셀의 전력 수급 스케줄을 조정하며,
상기 제2 EMS는 상기 미들웨어 서버를 통해 제공받은 상기 통합 운전 스케줄을 토대로 상기 제2 마이크로그리드 셀의 전력 수급 스케줄을 조정하는
계층형 전력 제어 시스템.
클라우드 서버와 연계된 계층형 전력 제어 시스템에 있어서,
CTTS(Closed Transition Transfer Switch)를 통해 계통과의 연결이 개폐되는 비상 발전기와, 상기 비상 발전기와 연계되어 구동되는 제1 ESS(Energy Storage System)와, 상기 제1 ESS에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하를 포함하는 제1 마이크로그리드 셀;
제2 부하와 상기 제2 부하의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS를 포함하는 제2 마이크로그리드 셀;
제3 부하를 포함하는 제3 마이크로그리드 셀;
상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀과 통신하는 미들웨어 서버(middleware server); 및
상기 미들웨어 서버를 통해 상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 포함하는
계층형 전력 제어 시스템.
제10항에 있어서,
상기 제1 마이크로그리드 셀은 제1 분산 전원 시스템을 포함하는 건물 관련 전력 시스템과, 상기 비상 발전기, 상기 건물 관련 전력 시스템 및, 상기 제1 ESS를 제어하는 제1 EMS(Energy Management System)를 더 포함하고,
상기 제2 마이크로그리드 셀은 상기 제2 ESS와 연계되어 구동되는 제2 분산 전원 시스템과, 상기 제2 ESS 및 상기 제2 분산 전원 시스템을 제어하는 제2 EMS(Energy Management System)를 더 포함하는
계층형 전력 제어 시스템.
제11항에 있어서,
상기 통합 제어 시스템은 상기 미들웨어 서버를 통해 상기 전력 수급 상태 정보를 수신하고,
상기 전력 수급 상태 정보는 상기 제1 EMS로부터 수신하는 제1 전력 수급 상태 정보와 상기 제2 EMS로부터 수신하는 제2 전력 수급 상태 정보를 포함하며,
상기 제1 전력 수급 상태 정보는 상기 제1 마이크로그리드 셀에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보, 상기 제1 ESS의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 제2 전력 수급 상태 정보는 상기 제2 마이크로그리드 셀에서 생산 가능한 전력량 정보, 필요한 전력량 정보, 상기 제2 ESS의 운영 스케줄 정보 중 적어도 하나를 포함하는
계층형 전력 제어 시스템.
제12항에 있어서,
상기 통합 제어 시스템은 상기 통합 운전 스케줄을 상기 미들웨어 서버를 통해 상기 제1 및 제2 EMS에 제공하고,
상기 제1 EMS는 상기 미들웨어 서버를 통해 제공받은 상기 통합 운전 스케줄을 토대로 상기 제1 마이크로그리드 셀의 전력 수급 스케줄을 조정하며,
상기 제2 EMS는 상기 미들웨어 서버를 통해 제공받은 상기 통합 운전 스케줄을 토대로 상기 제2 마이크로그리드 셀의 전력 수급 스케줄을 조정하는
계층형 전력 제어 시스템.
클라우드 서버와 연계된 계층형 전력 제어 시스템에 있어서,
UPS(Uninterruptible Power Supply) 구조를 갖춘 제1 ESS(Energy Storage System)와 상기 제1 ESS에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하를 포함하는 제1 마이크로그리드 셀;
제2 부하와 상기 제2 부하의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS를 포함하는 제2 마이크로그리드 셀;
제3 부하를 포함하는 제3 마이크로그리드 셀; 및
상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀로부터 상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 포함하는
계층형 전력 제어 시스템.
제14항에 있어서,
상기 제1 마이크로그리드 셀은 비상 발전기와, 제1 분산 전원 시스템을 포함하는 건물 관련 전력 시스템과, 상기 비상 발전기, 상기 건물 관련 전력 시스템 및, 상기 제1 ESS를 제어하는 제1 EMS(Energy Management System)를 더 포함하고,
상기 제2 마이크로그리드 셀은 상기 제2 ESS와 연계되어 구동되는 제2 분산 전원 시스템과, 상기 제2 ESS 및 상기 제2 분산 전원 시스템을 제어하는 제2 EMS(Energy Management System)를 더 포함하는
계층형 전력 제어 시스템.
클라우드 서버와 연계된 계층형 전력 제어 시스템에 있어서,
CTTS(Closed Transition Transfer Switch)를 통해 계통과의 연결이 개폐되는 비상 발전기와, 상기 비상 발전기와 연계되어 구동되는 제1 ESS(Energy Storage System)와, 상기 제1 ESS에 의해 전력 상태가 관리되는 제1 부하를 포함하는 제1 마이크로그리드 셀;
제2 부하와 상기 제2 부하의 전력 상태를 관리하는 제2 ESS를 포함하는 제2 마이크로그리드 셀;
제3 부하를 포함하는 제3 마이크로그리드 셀; 및
상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀로부터 상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 수신하고, 수신된 상기 제1 내지 제3 마이크로그리드 셀의 전력 수급 상태 정보를 토대로 통합 운전 스케줄을 수립하는 통합 제어 시스템을 포함하는
계층형 전력 제어 시스템.