WO2025018752A1 - 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법 - Google Patents

에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법 Download PDF

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battery
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김대수
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LG Energy Solution Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to an operation support device and method for an energy storage system, and more specifically, to an operation support device and method for an energy storage system that helps minimize the operation cost of an energy storage system.
  • Energy Storage System is used in the form of operating a battery that stores energy in conjunction with renewable energy and power grids.
  • ESS Energy Storage System
  • the demand for energy storage systems is increasing for power supply and demand control and power quality improvement.
  • the output and capacity of the energy storage system may vary, and multiple battery systems may be connected to each other to form a large-capacity energy storage system.
  • PV-linked ESS is configured to appropriately distribute power supplied from the power grid and power produced by the PV system to supply to the load, and store the remaining power in a battery system.
  • the most important goal that users of ESS consider is to minimize the operating cost of ESS.
  • the user burden cost incurred during the operation of ESS consists of the purchase cost of grid power that must be paid at regular intervals and the battery replacement cost incurred at each battery replacement period.
  • ESS is controlled by considering various factors such as the power generation of PV system, the power demand of load, and the state of charge of the battery.
  • conventional technologies focus on the control method of ESS to improve power efficiency or battery performance, and have limitations in minimizing the user burden cost from the perspective of long-term operation of ESS.
  • the purpose of the present invention to solve the above problems is to provide an operation support device for an energy storage system that helps minimize the operating cost of the energy storage system.
  • Another object of the present invention to solve the above problems is to provide an operation support method using such an operation support device.
  • an operation support device is an operation support device of an energy storage system, which may include at least one processor and a memory storing at least one command executed through the at least one processor.
  • the at least one command may include: a command for collecting information about batteries and inverters applicable to the energy storage system; a command for deriving a plurality of combinations, each combination comprising one or more batteries and an inverter, based on a structure of the energy storage system; a command for calculating an operating cost of the energy storage system for each of the combinations; and a command for generating recommended combination information including information about a combination exhibiting the lowest operating cost among the combinations.
  • the command for collecting information about the battery and inverter may include a command for collecting one or more of the following: a model name, a capacity, a critical SOC range, and a purchase cost for each battery; and a model name, a limit output, and a purchase cost for each inverter.
  • the command for deriving the plurality of combinations may include a command for deriving a range of the number of batteries based on the capacity of the batteries and the limit output of the inverter; and a command for deriving a plurality of combinations applicable to the energy storage system based on the range of the number of batteries and the design structure of the battery system.
  • the command for calculating the operating cost of the energy storage system may include a command for calculating, for each of the combinations, a grid power purchase cost and a battery and inverter purchase cost; and a command for calculating the operating cost based on the grid power purchase cost and the battery and inverter purchase cost.
  • the command for calculating the operating cost of the energy storage system may include a command for calculating a grid power purchase cost for a preset period for each of the combinations based on past history information about at least one of the energy storage system, a load coupled with the energy storage system, and a power generation device coupled with the energy storage system.
  • the command for calculating the above-described system power purchase cost may include: a command for collecting information on the power consumption status of the load and information on the power production status of the power generation device; a command for deriving an operation schedule including a time-interval charge/discharge amount that minimizes the system power purchase cost by using an objective function defined as the system power purchase cost; and a command for calculating the system power purchase cost for a preset period for each of the combinations by applying the operation schedule and the system power cost information to an energy storage system according to each of the combinations.
  • the objective function may be defined with constraints including at least one of a first condition regarding the balance of power supply and power consumption, a second condition regarding the state of charge (SOC) according to the charge/discharge efficiency of the battery, a third condition regarding the limit charge amount of the battery, a fourth condition regarding the limit output of the inverter, and a fifth condition regarding the binarization of the charge state and the discharge state.
  • constraints including at least one of a first condition regarding the balance of power supply and power consumption, a second condition regarding the state of charge (SOC) according to the charge/discharge efficiency of the battery, a third condition regarding the limit charge amount of the battery, a fourth condition regarding the limit output of the inverter, and a fifth condition regarding the binarization of the charge state and the discharge state.
  • the at least one command may further include a command for providing the generated recommended combination information to a user terminal linked with the energy storage system.
  • the recommended combination information may include one or more of the number of batteries applied to the energy storage system, the connection structure of the batteries, and the model name of the inverter.
  • an operation support method may include a step of collecting information on a battery and an inverter applicable to the energy storage system, a step of deriving a plurality of combinations, each combination including one or more batteries and an inverter, based on a structure of the energy storage system, a step of calculating an operation cost of the energy storage system for each of the combinations, and a step of generating recommended combination information including information on a combination exhibiting the minimum operation cost among the combinations.
  • the step of collecting information about the battery and inverter may include a step of collecting at least one of a model name, a capacity, a critical SOC range, and a purchase cost for each battery, and a model name, a limit output, and a purchase cost for each inverter.
  • the step of deriving the plurality of combinations may include a step of deriving a range of the number of batteries based on the capacity of the battery and the limit output of the inverter; and a step of deriving a plurality of combinations applicable to the energy storage system based on the range of the number of batteries and the design structure of the battery system.
  • the step of calculating the operating cost of the energy storage system may include the step of calculating, for each of the combinations, a grid power purchase cost and a battery and inverter purchase cost; and the step of calculating the operating cost based on the grid power purchase cost and the battery and inverter purchase cost.
  • the step of calculating the operating cost of the energy storage system may include a step of calculating a grid power purchase cost for a preset period for each of the combinations based on past history information about at least one of the energy storage system, a load interconnected with the energy storage system, and a power generation device interconnected with the energy storage system.
  • the step of calculating the system power purchase cost may include: a step of collecting information on the power consumption status of the load and information on the power production status of the power generation device; a step of deriving an operation schedule including the amount of charge and discharge for each time interval that minimizes the purchase cost of the system power by using an objective function defined as the purchase cost of the system power; and a step of calculating the system power purchase cost for a preset period for each of the combinations by applying the operation schedule and the system power cost information to an energy storage system according to each of the combinations.
  • the objective function may be defined with constraints including at least one of a first condition regarding the balance of power supply and power consumption, a second condition regarding the state of charge (SOC) according to the charge/discharge efficiency of the battery, a third condition regarding the limit charge amount of the battery, a fourth condition regarding the limit output of the inverter, and a fifth condition regarding the binarization of the charge state and the discharge state.
  • constraints including at least one of a first condition regarding the balance of power supply and power consumption, a second condition regarding the state of charge (SOC) according to the charge/discharge efficiency of the battery, a third condition regarding the limit charge amount of the battery, a fourth condition regarding the limit output of the inverter, and a fifth condition regarding the binarization of the charge state and the discharge state.
  • the above operation support method may further include a command for providing the generated recommended combination information to a user terminal linked with the energy storage system.
  • the recommended combination information may include one or more of the number of batteries applied to the energy storage system, the connection structure of the batteries, and the model name of the inverter.
  • FIG. 1 is a block diagram of an energy storage system to which the present invention can be applied.
  • Figure 2 shows an implementation example of an energy storage system to which the present invention can be applied.
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for supporting operation of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a reference table for explaining battery information and inverter information according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a reference table for explaining a method for deriving battery-inverter combinations according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a reference table for explaining a method for deriving an optimal combination according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a block diagram of an operation support device of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, A, B, etc. may be used to describe various components, the components should not be limited by the terms. The terms are only used to distinguish one component from another.
  • first component could be referred to as the second component, and similarly, the second component could also be referred to as the first component.
  • the term "and/or" includes any combination of a plurality of related listed items or any item among a plurality of related listed items.
  • SOC State of Charge
  • SOH State of Health
  • Power Limit refers to the output power limit that is set in advance by the battery manufacturer according to the battery condition or set according to the SOC.
  • the power limit can be divided into a charge power limit and a discharge power limit depending on whether it is charging or discharging.
  • FIG. 1 is a block diagram of an energy storage system to which the present invention can be applied.
  • the energy storage system (100) is electrically connected to a power generation device (300) and a power system (400), and can receive power from the power generation device (300) and the power system (400) and store it internally.
  • the energy storage system (100) is electrically connected to a load (200) and can supply power stored therein to the load (200). Meanwhile, the load (200) is electrically connected to a power generation device (300) and a power system (400) and can receive power from the power generation device (300) and the power system (400).
  • the power generation device (300) is a device that generates power using a power generation device, and may be configured to include at least one of a power generation device using solar energy, solar heat, wind energy, and geothermal energy. Meanwhile, since the type of the power generation device (300) is not an essential component of the present invention, the scope of the present invention is not limited to these entities.
  • the energy storage system (100) may be configured to be connected to a user terminal (600) through a network and to transmit and receive data to and from each other.
  • a user terminal (600) may be configured to be connected to a home energy management system (HEMS), which is the top-level control system of the home ESS, through a network and to transmit and receive data to and from each other.
  • HEMS home energy management system
  • the user terminal (600) is a computing device used by the owner or manager of the energy storage system (100), and may correspond to, for example, a personal computer (PC), a mobile phone, or a tablet PC.
  • PC personal computer
  • mobile phone or a tablet PC.
  • the energy storage system (100) can transmit information about one or more of the operating status of the energy storage system (100), the power generation status of the power generation device (300), and the power consumption status of the load (200) to the user terminal (600).
  • the user terminal (600) can be configured to output the received information through a predefined GUI (Graphical User Interface).
  • the user terminal (600) may be configured to transmit a selection signal input by the user to the energy storage system (100), and the energy storage system (100) may be configured to perform a control operation corresponding to the selection signal. For example, when an off request signal for a specific load is received through the user terminal (600), the EMS of the energy storage system (100) may block the electric path for the load, thereby blocking the power supply to the load.
  • the operation support device (500) may be configured to be connected to the energy storage system (100) through a network and to mutually transmit and receive data.
  • the operation support device (500) may be configured to be connected to at least one of the power generation device (300) and the user terminal (600) through a network and to mutually transmit and receive data.
  • the operation support device (500) may be configured and included within the energy storage system (100), or may be separately provided outside the energy storage system (100).
  • the operation support device (500) may be implemented and included in the HEMS of a residential ESS, or may be implemented and included in the server of an ESS management company.
  • the operation support device (500) can collect information about batteries and inverters applicable to the energy storage system (100) and generate recommended combination information of batteries and inverters that can minimize the operating cost of the energy storage system.
  • the operation support device (500) can provide the generated recommended combination information to at least one of the energy storage system (100) and the user terminal (600). Meanwhile, details on a method for generating recommended combination information will be described later.
  • the operation support device (500) can monitor one or more of the operating status of the energy storage system (100), the power generation status of the power generation device (300), and the power consumption status of the load (200), and can establish an operation schedule that can minimize the power purchase cost of the energy storage system (100).
  • the operation schedule can include the charge and discharge amount of the battery for each time period.
  • the operation support device (500) can transmit the established operation schedule to the battery charge and discharge control device of the energy storage system (100), thereby allowing the battery of the energy storage system (100) to be charged and discharged according to the operation schedule.
  • Figure 2 shows an implementation example of an energy storage system to which the present invention can be applied.
  • the energy storage system (100) may be configured to include a battery (110) that stores power, an inverter (120) that controls the charging and discharging operation of the battery (110), an EMS (130) that integrates and manages the configurations of the energy storage system and power devices linked to the energy storage system.
  • the battery (110) that performs the role of storing power can be implemented in a form in which a plurality of battery packs constitute a battery rack, and a plurality of battery racks constitute a battery bank.
  • the battery pack may also be referred to as a battery module.
  • a battery management system can be installed on each battery.
  • the BMS can monitor the current, voltage, and temperature of each battery rack (or pack) it manages, calculate the SOC (Status Of Charge) based on the monitoring results, and control charging and discharging.
  • SOC Status Of Charge
  • the inverter (120) is also referred to as a power conditioning system (PCS) or a power conversion system (PCS), and can control power supplied to the battery from the outside and power supplied from the battery to the outside.
  • PCS power conditioning system
  • PCS power conversion system
  • the inverter (120) may include a power management system (PMS), and the operation support device (500) may be configured to be linked with the power management system of the inverter (120) to mutually transmit and receive data.
  • PMS power management system
  • the operation support device (500) may be configured to be linked with the power management system of the inverter (120) to mutually transmit and receive data.
  • the inverter (120) can control the charging and discharging operation of the battery (110) according to the operating schedule by the operating support device (500). For example, the inverter (120) can receive an operating schedule for a specific day from the operating support device (500) and control the charging and discharging operation of the battery (110) according to the reference power for each time section included in the operating schedule.
  • EMS 130
  • EMS can be linked to loads, power generation devices, and inverters, and monitor and control linked components.
  • the PV system may be configured to include a PV module (310) (e.g., a solar panel) and a PV inverter (320) which is an AC/DC inverter, and the AC terminal of the PV inverter (320) and the AC terminal of the inverter (120) of the energy storage system may be connected to an AC link.
  • a PV module e.g., a solar panel
  • a PV inverter 320
  • AC/DC inverter AC/DC inverter
  • the load may be configured to include a general load (210) inside a house and an EV charging station (220).
  • the EV charging station (220) is a system for charging electric vehicles and may be configured to receive power for charging electric vehicles from an AC link.
  • the energy storage system illustrated in Fig. 2 is an AC coupled ESS in which a PV system, a load, and an energy storage system are connected on an AC link.
  • the operation support device (500) can collect basic information for generating recommended combination information by linking with one or more of the inverter (120), PV inverter (320), and EMS (130).
  • the present invention can also be applied to a DC coupled ESS in which the output terminal of the PV system and the output terminal of the battery are connected on a DC link, and the DC link is connected to one terminal of the inverter.
  • the operation support device (500) can collect basic information for generating recommended combination information by linking with at least one of the inverter (120) and the EMS (130).
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for supporting operation of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • An operation support method of an energy storage system according to an embodiment of the present invention can be performed by an operation support device linked with the energy storage system.
  • the operation support device can collect information about a battery and information about an inverter that can be applied to an energy storage system (S310).
  • the operation support device can check battery information and inverter information from one or more of a storage device, an external storage device connected by an administrator, and a user terminal.
  • the information about the battery may include one or more of a model name, a capacity, a critical SOC range, and a purchase cost for each of the one or more batteries.
  • the information about the inverter may include one or more of a model name, a limit output, and a purchase cost for each of the one or more inverters.
  • Figure 4 is a reference table for explaining battery information and inverter information according to an embodiment of the present invention.
  • the operation support device can collect a battery list including a model name (or identifier), capacity, SOC lower limit, SOC upper limit, and purchase cost for each of a plurality of batteries that can be applied to the energy storage system.
  • the operation support device can collect an inverter list including a model name (or identifier), capacity, battery voltage information, charge output limit, discharge output limit, and purchase cost for each of a plurality of inverters that can be applied to the energy storage system.
  • the operation support device can receive model information of a battery system from an energy storage system or a user terminal, and determine a battery and inverter applicable to the energy storage system based on the received model information.
  • the operation support device can derive a plurality of battery-inverter combinations based on the design structure of the energy storage system (S320).
  • the battery-inverter combination can be composed of one or more batteries and an inverter.
  • FIG. 5 is a reference table for explaining a method for deriving battery-inverter combinations according to an embodiment of the present invention.
  • the operation support device can derive a total of 15 battery-inverter combinations (C #1 to #15), as illustrated in FIG. 5.
  • the 15 combinations derived from the above example are [3 batteries, Inv #1], [3 batteries, Inv #2], [3 batteries, Inv #3], [3 batteries, Inv #4], [3 batteries, Inv #5], [4 batteries, Inv #1], [4 batteries, Inv #2], [4 batteries, Inv #3], [4 batteries, Inv #4], [4 batteries, Inv #5], [5 batteries, Inv #1], [5 batteries, Inv #2], [5 batteries, Inv #3], [5 batteries, Inv #4], and [5 batteries, Inv #5], as shown in FIG. 5.
  • the operating support device can derive a range of the number of batteries applicable to the energy storage system based on the capacity of the batteries and the limit output of the inverter.
  • the number of batteries can be determined in a range such that the total capacity by the combination of batteries exceeds the minimum guaranteed capacity of the energy storage system and is less than the limit capacity according to the limit output of the inverter.
  • the operation support device can calculate the operating cost of the energy storage system for each of the combinations derived in S320 (S330).
  • the operating cost of the energy storage system can be calculated based on the grid power purchase cost and the battery and inverter purchase cost.
  • the operation support device can derive a combination that represents the minimum operation cost among the combinations (S340) and determine the combination as the optimal combination.
  • Figure 6 is a reference table for explaining a method for deriving an optimal combination according to an embodiment of the present invention.
  • the operation support device can calculate the power system purchase cost and the battery and inverter purchase cost for each of the 15 (C #1 to #15) battery-inverter combinations derived from S330. Thereafter, the operation support device can calculate the total operation cost for each of the battery-inverter combinations by adding the power system purchase cost and the battery and inverter purchase cost.
  • the operation support device can determine [4 batteries, Inv #3] (C #8) showing the lowest total operation cost among the 15 combinations as the optimal combination.
  • the operating cost of an energy storage system can be calculated in various ways depending on the needs.
  • the operation support device can calculate a grid power purchase cost for a preset period of time for each of the combinations derived at S320 based on past history information for at least one of the energy storage system, the load, and the power generation device.
  • the operation support device can receive past history information for a predetermined period of time from at least one of the user terminal (600), the EMS (130), the inverter (120), the EV station (220), and the PV inverter (320).
  • the past history information may include one or more of power consumption status information of a load (e.g., power consumption per hour), power production status information of a power generation device (e.g., power production per hour), and charge/discharge schedule information of a battery (e.g., charge/discharge per hour).
  • power consumption status information of a load e.g., power consumption per hour
  • power production status information of a power generation device e.g., power production per hour
  • charge/discharge schedule information of a battery e.g., charge/discharge per hour
  • the operation support device can perform a simulation using past history information for energy storage systems to which batteries and inverters are applied according to each combination (C #1 to #15). Thereafter, the operation support device can calculate the system power purchase cost for a preset period (e.g., one month) for each combination based on the system power usage per hour and the system power cost per hour derived from the simulation results.
  • a preset period e.g., one month
  • the operation support device can derive an operation schedule (charge/discharge amount per unit time) of a battery that minimizes the purchase cost of grid power based on past history information on loads and power generation devices, and calculate the purchase cost of grid power using the derived operation schedule.
  • an operation schedule charge/discharge amount per unit time
  • the operation support device can collect information on the power production status and information on the power consumption status for a certain past period (e.g., for the past one year). Thereafter, the operation support device can derive an operation schedule for a certain period (e.g., one day) that minimizes the purchase cost of the system power by using an objective function defined as the purchase cost of the system power.
  • the operation control unit can derive an operation schedule using an objective function defined based on MILP (Mixed-integer Linear Programming).
  • MILP Mated-integer Linear Programming
  • the operation control device can derive an operation schedule including the battery charge/discharge amount for each time interval by using an objective function defined as the purchase cost of system power.
  • the objective function can be defined as in the following mathematical expression 1.
  • Pgrid(t) is the grid power schedule and ⁇ grid(t) is the grid power cost.
  • Mathematical expression 1 is an objective function for deriving the amount of charge or discharge of the battery for each time interval that can minimize the cost of purchasing power from the system.
  • the objective function according to Mathematical Expression 1 may define constraints including at least one of a first condition regarding the balance of power supply and power consumption, a second condition regarding the state of charge (SOC) according to the charge/discharge efficiency of the battery, a third condition regarding the limit charge amount of the battery, a fourth condition regarding the limit output of the power conversion device, and a fifth condition regarding the binarization of the charge state and the discharge state.
  • PBatch(t) is the battery charging power
  • PBatdch(t) is the battery discharging power
  • Ppv(t) is the power generation
  • Pload(t) is the power consumption.
  • SOC(t) is the SOC of the battery
  • Ecap is the capacity of the battery
  • ⁇ ch is the charging efficiency of the power conversion device
  • ⁇ dch is the discharging efficiency of the power conversion device
  • tstep is the time interval.
  • SOCmin is the lower limit of SOC
  • SOCmax is the upper limit of SOC
  • ⁇ ch is the battery state for charging with a value of 0 or 1
  • Pinv_max is the maximum output of the inverter.
  • ⁇ dch is the battery state for discharging, which has a value of 0 or 1)
  • the first condition can be implemented by mathematical expression 2, and the decision variables PBatch(t) and PBatdch(t) function to be determined according to the balance of power supply and demand. Meanwhile, in mathematical expression 2, Ppv(t) and Pload(t) can be applied to the power production amount per time unit and the power consumption amount per time unit according to past history information.
  • mathematical expression 2 can be modified as shown in mathematical expression 8 below.
  • Pflexible load(t) is the power consumption of the load that can be turned on and off
  • Pnon flexible load(t) is the power consumption of the load that cannot be turned on and off
  • PEV(T) is the power consumption of the EV charging station.
  • the mathematical formula for the first condition regarding the balance of power supply and power consumption may have some terms added or deleted in response to power consumption status information included in past history information.
  • the second condition can be implemented by mathematical expression 3, and functions to determine the SOC in the next time interval based on the battery capacity and charge/discharge efficiency.
  • the third condition can be implemented by mathematical expression 4, and functions to determine the SOC within a set critical range.
  • the fourth and fifth conditions can be implemented by mathematical expressions 5 to 7, and function to prevent the decision variables PBatch(t) and PBatdch(t) from exceeding the output capacity of the inverter, and at the same time prevent the charging power amount and the discharging power amount from being determined simultaneously.
  • the operation control unit can derive PBatch(t) and PBatdch(t) satisfying the above objective function and constraints and generate an operation schedule including the same.
  • the operation support device can perform a simulation using the past history information on power consumption and power production and the generated operation schedule for the energy storage systems to which the batteries and inverters are applied according to each combination (C #1 to #15). Thereafter, the operation support device can calculate the system power purchase cost for a preset period (e.g., one month) for each combination based on the system power usage per hour and the system power cost per hour derived from the simulation results.
  • a preset period e.g., one month
  • the operation support device can generate recommended combination information including information on the optimal combination (S350).
  • the recommended combination information can include one or more of the number of batteries applied to the energy storage system, the connection structure of the batteries, and the model name of the inverter.
  • the recommended combination information can be implemented as [4 batteries, serial connection, Inv 9801].
  • the operation support device can provide the recommended combination information generated in S350 to the user terminal (S360).
  • the user terminal can output the received recommended combination information through a predefined GUI.
  • the operation support device may provide an optimal operation schedule corresponding to an optimal combination to a user terminal, an EMS, or an inverter.
  • the optimal operation schedule may correspond to an operation schedule derived according to an objective function and constraints when calculating a grid power purchase cost of the optimal combination. That is, the operation support device may provide an optimal operation schedule corresponding to a recommended combination as a reference operation schedule so that, when an optimal battery-inverter combination is applied to an energy storage system in the future, the grid power purchase cost is minimized when the energy storage system is operated with the combination.
  • Figure 7 is a block diagram of an operation support device of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • the operation support device (500) may be configured to be included within an energy storage system, or may be separately provided outside the energy storage system.
  • the operation support device (500) may be implemented to be included within a HEMS (Home Energy Management System), which is the top-level control system of a residential ESS, or may be implemented to be included within a server of an ESS management company.
  • HEMS Home Energy Management System
  • the operation support device (500) may include at least one processor (510), a memory (520) that stores at least one command executed through the processor, and a transmission/reception device (530) that is connected to a network and performs communication.
  • the at least one command may include: a command for collecting information about batteries and inverters applicable to the energy storage system; a command for deriving a plurality of combinations, each combination comprising one or more batteries and an inverter, based on a structure of the energy storage system; a command for calculating an operating cost of the energy storage system for each of the combinations; and a command for generating recommended combination information including information about a combination exhibiting the lowest operating cost among the combinations.
  • the command for collecting information about the battery and inverter may include a command for collecting one or more of the following: a model name, a capacity, a critical SOC range, and a purchase cost for each battery; and a model name, a limit output, and a purchase cost for each inverter.
  • the command for deriving the plurality of combinations may include a command for deriving a range of the number of batteries based on the capacity of the batteries and the limit output of the inverter; and a command for deriving a plurality of combinations applicable to the energy storage system based on the range of the number of batteries and the design structure of the battery system.
  • the command for calculating the operating cost of the energy storage system may include a command for calculating, for each of the combinations, a grid power purchase cost and a battery and inverter purchase cost; and a command for calculating the operating cost based on the grid power purchase cost and the battery and inverter purchase cost.
  • the command for calculating the operating cost of the energy storage system may include a command for calculating a grid power purchase cost for a preset period for each of the combinations based on past history information about at least one of the energy storage system, a load coupled with the energy storage system, and a power generation device coupled with the energy storage system.
  • the command for calculating the above-described system power purchase cost may include: a command for collecting information on the power consumption status of the load and information on the power production status of the power generation device; a command for deriving an operation schedule including a time-interval charge/discharge amount that minimizes the system power purchase cost by using an objective function defined as the system power purchase cost; and a command for calculating the system power purchase cost for a preset period for each of the combinations by applying the operation schedule and the system power cost information to an energy storage system according to each of the combinations.
  • the objective function may be defined with constraints including at least one of a first condition regarding the balance of power supply and power consumption, a second condition regarding the state of charge (SOC) according to the charge/discharge efficiency of the battery, a third condition regarding the limit charge amount of the battery, a fourth condition regarding the limit output of the inverter, and a fifth condition regarding the binarization of the charge state and the discharge state.
  • constraints including at least one of a first condition regarding the balance of power supply and power consumption, a second condition regarding the state of charge (SOC) according to the charge/discharge efficiency of the battery, a third condition regarding the limit charge amount of the battery, a fourth condition regarding the limit output of the inverter, and a fifth condition regarding the binarization of the charge state and the discharge state.
  • the at least one command may further include a command for providing the generated recommended combination information to a user terminal linked with the energy storage system.
  • the recommended combination information may include one or more of the number of batteries applied to the energy storage system, the connection structure of the batteries, and the model name of the inverter.
  • the operation support device (500) may also further include an input interface device (540), an output interface device (550), a storage device (560), etc. Each component included in the operation support device (500) may be connected by a bus (570) and communicate with each other.
  • the processor (510) may mean a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or a dedicated processor on which methods according to embodiments of the present invention are performed.
  • the memory (or storage device) may be composed of at least one of a volatile storage medium and a nonvolatile storage medium.
  • the memory may be composed of at least one of a read only memory (ROM) and a random access memory (RAM).
  • the operation of the method according to an embodiment of the present invention can be implemented as a computer-readable program or code on a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium includes all types of recording devices that store data that can be read by a computer system.
  • the computer-readable recording medium can be distributed over network-connected computer systems so that the computer-readable program or code can be stored and executed in a distributed manner.
  • a block or device corresponds to a method step or a feature of a method step.
  • aspects described in the context of a method may also be described as a feature of a corresponding block or item or a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may be performed by (or using) a hardware device, such as, for example, a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, one or more of the most significant method steps may be performed by such a device.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 운영 지원 장치는, 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치로서, 적어도 하나의 프로세서 및 상기 적어도 하나의 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 배터리 및 인버터에 대한 정보를 수집하는 명령; 상기 에너지 저장 시스템의 구조를 기초로, 각각 하나 이상의 배터리와 인버터로 구성된, 복수의 조합들을 도출하는 명령; 상기 조합들 각각에 대한, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령; 및 상기 조합들 중 최소 운영 비용을 나타내는 조합에 관한 정보를 포함하는 추천 조합 정보를 생성하는 명령을 포함할 수 있다.

Description

에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법
본 출원은 2023년 7월 17일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2023-0092219호의 출원일의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 최소화할 수 있도록 지원하는 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치 및 방법에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)은 에너지를 저장하는 배터리를 신재생 에너지, 전력 계통과 연계하여 운영되는 형태로 사용되고 있다. 최근 지능형 전력망(smart grid)과 신재생 에너지의 보급이 확대되고 전력 계통의 효율화와 안정성이 강조됨에 따라, 전력 공급 및 수요 조절, 및 전력 품질 향상을 위해 에너지 저장 시스템에 대한 수요가 점점 증가하고 있다. 사용 목적에 따라 에너지 저장 시스템은 출력과 용량이 달라질 수 있으며. 대용량 에너지 저장 시스템을 구성하기 위하여 복수의 배터리 시스템들이 서로 연결될 수 있다.
ESS 중, PV(Photovoltaic; 태양광 발전) 시스템과 연계하는 ESS의 보급이 확산되고 있다. PV 연계 ESS는, 전력 계통으로부터 공급되는 전력과 PV 시스템에서 생산되는 전력을 적절히 분배하여 부하에 공급하고, 잔여 전력을 배터리 시스템에 저장하도록 구성된다.
ESS의 사용자가 고려하는 가장 중요한 목표는, ESS의 운영 비용을 최소화하는 것이다. ESS의 운영 과정에서 발생되는 사용자 부담 비용은, 일정 기간마다 납부해야하는 계통 전력의 구매 비용과, 배터리 교체 시기마다 발생되는 배터리 교체 비용으로 구성된다. 일반적으로, ESS는, PV 시스템의 발전량, 부하의 전력 요구량, 및 배터리의 충전 상태 등 다양한 인자를 고려하여 제어된다. 그러나, 종래의 기술은, 전력 효율 또는 배터리의 성능을 향상시키기 위한 ESS의 제어 방식에 집중하고 있으며, ESS의 장기간 운영 관점에서 사용자 부담 비용을 최소화하는데 한계가 있다.
이에, 에너지 저장 시스템의 장기간 운영 비용을 최소화할 수 있도록 지원하는, 적절한 에너지 저장 시스템의 운영 지원 기술이 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 최소화할 수 있도록 지원하는 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 이러한 운영 지원 장치에 의한 운영 지원 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 지원 장치는, 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치로서, 적어도 하나의 프로세서 및 상기 적어도 하나의 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 배터리 및 인버터에 대한 정보를 수집하는 명령; 상기 에너지 저장 시스템의 구조를 기초로, 각각 하나 이상의 배터리와 인버터로 구성된, 복수의 조합들을 도출하는 명령; 상기 조합들 각각에 대한, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령; 및 상기 조합들 중 최소 운영 비용을 나타내는 조합에 관한 정보를 포함하는 추천 조합 정보를 생성하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 배터리 및 인버터에 대한 정보를 수집하는 명령은, 배터리 각각에 대한, 모델명, 용량, 임계 SOC 범위 및 구매 비용과, 인버터 각각에 대한, 모델명, 한계 출력 및 구매 비용 중 하나 이상을 수집하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 복수의 조합들을 도출하는 명령은, 배터리의 용량 및 인버터의 한계 출력을 기초로, 배터리 개수의 범위를 도출하는 명령; 및 상기 배터리 개수의 범위와 배터리 시스템의 설계 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 복수의 조합들을 도출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령은, 상기 조합들 각각에 대한, 계통 전력 구매 비용과, 배터리 및 인버터 구매 비용을 산출하는 명령; 및 상기 계통 전력 구매 비용과 배터리 및 인버터 구매 비용을 기초로 상기 운영 비용을 산출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령은, 상기 에너지 저장 시스템, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 부하, 및 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 전력 생산 장치 중 하나 이상에 대한 과거 이력 정보를 기초로, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령은, 상기 부하의 전력 소비 상태에 관한 정보, 및 상기 전력 생산 장치의 전력 생산 상태에 관한 정보를 수집하는 명령; 계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는, 시간 구간별 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는 명령; 및 상기 조합들 각각에 따른 에너지 저장 시스템에, 상기 운영 스케줄 및 계통 전력 비용 정보를 적용하여, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 목적 함수는, 전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, 배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 인버터의 한계 출력에 관한 제4조건, 및 충전 상태 및 방전 상태의 이진화에 관한 제5조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의될 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 상기 생성된 추천 조합 정보를, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 사용자 단말에 제공하는 명령을 더 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 추천 조합 정보는, 상기 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리의 개수, 배터리의 연결 구조, 및 인버터의 모델명 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 지원 방법은, 에너지 저장 시스템의 운영 지원 방법으로서, 상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 배터리 및 인버터에 대한 정보를 수집하는 단계; 상기 에너지 저장 시스템의 구조를 기초로, 각각 하나 이상의 배터리와 인버터로 구성된, 복수의 조합들을 도출하는 단계; 상기 조합들 각각에 대한, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 단계; 및 상기 조합들 중 최소 운영 비용을 나타내는 조합에 관한 정보를 포함하는 추천 조합 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리 및 인버터에 대한 정보를 수집하는 단계는, 배터리 각각에 대한, 모델명, 용량, 임계 SOC 범위 및 구매 비용과, 인버터 각각에 대한, 모델명, 한계 출력 및 구매 비용 중 하나 이상을 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 조합들을 도출하는 단계는, 배터리의 용량 및 인버터의 한계 출력을 기초로, 배터리 개수의 범위를 도출하는 단계; 및 상기 배터리 개수의 범위와 배터리 시스템의 설계 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 복수의 조합들을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 단계는, 상기 조합들 각각에 대한, 계통 전력 구매 비용과, 배터리 및 인버터 구매 비용을 산출하는 단계; 및 상기 계통 전력 구매 비용과 배터리 및 인버터 구매 비용을 기초로 상기 운영 비용을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 단계는, 상기 에너지 저장 시스템, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 부하, 및 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 전력 생산 장치 중 하나 이상에 대한 과거 이력 정보를 기초로, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 계통 전력 구매 비용을 산출하는 단계는, 상기 부하의 전력 소비 상태에 관한 정보, 및 상기 전력 생산 장치의 전력 생산 상태에 관한 정보를 수집하는 단계; 계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는, 시간 구간별 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는 단계; 및 상기 조합들 각각에 따른 에너지 저장 시스템에, 상기 운영 스케줄 및 계통 전력 비용 정보를 적용하여, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 목적 함수는, 전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, 배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 인버터의 한계 출력에 관한 제4조건, 및 충전 상태 및 방전 상태의 이진화에 관한 제5조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의될 수 있다.
상기 운영 지원 방법은, 상기 생성된 추천 조합 정보를, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 사용자 단말에 제공하는 명령을 더 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 추천 조합 정보는, 상기 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리의 개수, 배터리의 연결 구조, 및 인버터의 모델명 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 에너지 저장 시스템의 장기간 운영 과정에서 발생되는 사용자 부담 비용을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 에너지 저장 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 에너지 저장 시스템의 구현 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 운영 지원 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 정보 및 인버터 정보의 설명하기 위한 참조표이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리-인버터 조합들을 도출하는 방법을 설명하기 위한 참조표이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 최적 조합을 도출하는 방법을 설명하기 위한 참조표이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치의 블록 구성도이다.
100: 에너지 저장 시스템
200: 부하
300: 전력 생산 장치
400: 전력 계통
500: 운영 지원 장치
600: 사용자 단말
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 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 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에 사용되는 일부 용어를 정의하면 다음과 같다.
SOC(State of Charge; 충전율)은 배터리의 현재 충전된 상태를 비율[%]로 표현한 것이고, SOH(State of Health; 배터리 수명 상태)은 배터리의 현재 퇴화 상태를 비율[%]로 표현한 것이다.
출력 한계(Power Limit)는 배터리 제조사가 배터리 상태에 따라 사전에 설정하거나 SOC에 따라 설정되는 출력 가능한 전력 한계를 나타낸다. 출력 한계는 충전인지 방전인지에 따라 충전 출력 한계와 방전 출력 한계로 구분될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 에너지 저장 시스템의 블록 구성도이다.
에너지 저장 시스템(100)은, 전력 생산 장치(300) 및 전력 계통(400)과 전기적으로 연결되어, 전력 생산 장치(300) 및 전력 계통(400)으로부터 전력을 공급받아 내부에 저장할 수 있다.
에너지 저장 시스템(100)은, 부하(200)와 전기적으로 연결되어, 내부에 저장된 전력을 부하(200)에 공급할 수 있다. 한편, 부하(200)는, 전력 생산 장치(300) 및 전력 계통(400)과 전기적으로 연결되어, 전력 생산 장치(300) 및 전력 계통(400)으로부터 전력을 공급받을 수 있다.
전력 생산 장치(300)는 발전 장치를 이용해 전력을 생산하는 장치로, 태양광, 태양열, 풍력 및 지열을 이용한 발전 장치 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 한편, 전력 생산 장치(300)의 종류는 본 발명의 본질적 구성요소가 아니므로 본 발명의 범위가 이들 개체에 한정되는 것은 아니다.
에너지 저장 시스템(100)은, 사용자 단말(600)과 네트워크를 통해 연결되어, 상호 데이터를 송수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 시스템(100)이 주택용 ESS인 경우, 사용자 단말(600)은, 주택용 ESS의 최상위 제어 시스템인 HEMS(Home Energy Management System)과 네트워크를 통해 연결되어, 상호 데이터를 송수신하도록 구성될 수 있다.
사용자 단말(600)은, 에너지 저장 시스템(100)의 소유자, 또는 관리자가 사용하는 컴퓨팅 장치로, 예를 들어, 개인용 컴퓨터(PC), 모바일 폰, 또는 태블릿 PC에 해당할 수 있다.
에너지 저장 시스템(100)은, 에너지 저장 시스템(100)의 동작 상태, 전력 발전 장치(300)의 발전 상태, 및 부하(200)의 전력 소비 상태 중 하나 이상에 관한 정보를 사용자 단말(600)에 송신할 수 있다. 여기에서, 사용자 단말(600)은 기정의된 GUI(Graphical User Interface)를 통해 수신된 정보를 출력하도록 구성될 수 있다.
사용자 단말(600)은, 사용자에 의해 입력되는 선택 신호를 에너지 저장 시스템(100)에 전송하고, 에너지 저장 시스템(100)은, 선택 신호와 대응되는 제어 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사용자 단말(600)을 통해 특정 부하에 대한 오프 요청 신호가 수신되면, 에너지 저장 시스템(100)의 EMS는, 해당 부하에 대한 전기 경로를 차단하여, 해당 부하의 전력 공급을 차단할 수 있다.
운영 지원 장치(500)는, 에너지 저장 시스템(100)과 네트워크를 통해 연결되어 상호 데이터를 송수신하도록 구성될 수 있다. 또한, 운영 지원 장치(500)는, 전력 생산 장치(300) 및 사용자 단말(600) 중 하나 이상과 네트워크를 통해 연결되어 데이터를 상호 송수신하도록 구성될 수 있다.
운영 지원 장치(500)는, 에너지 저장 시스템(100)의 내부에 포함되어 구성되거나, 또는 에너지 저장 시스템(100)의 외부에 별도로 마련될 수 있다. 예를 들어, 운영 지원 장치(500)는, 주택용 ESS의 HEMS에 포함되어 구현되거나, 또는, ESS 관리 업체의 서버에 포함되어 구현될 수 있다.
운영 지원 장치(500)는, 에너지 저장 시스템(100)에 적용 가능한 배터리 및 인버터에 관한 정보를 수집하고, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 최소화할 수 있는 배터리 및 인버터의 추천 조합 정보를 생성할 수 있다. 여기에서, 운영 지원 장치(500)는, 생성된 추천 조합 정보를 에너지 저장 시스템(100) 및 사용자 단말(600) 중 하나 이상에 제공할 수 있다. 한편, 추천 조합 정보를 생성하는 방법에 대한 상세한 내용은 후술한다.
운영 지원 장치(500)는, 에너지 저장 시스템(100)의 동작 상태, 전력 발전 장치(300)의 발전 상태, 및 부하(200)의 전력 소비 상태 중 하나 이상을 모니터링하고, 에너지 저장 시스템(100)의 전력 구매 비용을 최소화할 수 있는 운영 스케줄을 수립할 수 있다. 여기에서, 운영 스케줄은 시간 구간별 배터리의 충방전량을 포함할 수 있다. 운영 지원 장치(500)는, 수립된 운영 스케줄을 에너지 저장 시스템(100)의 배터리 충방전 제어 장치에 전달함으로써, 에너지 저장 시스템(100)의 배터리가 운영 스케줄에 따라 충방전 제어되도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 에너지 저장 시스템의 구현 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 에너지 저장 시스템(100)은, 전력을 저장하는 배터리(110), 배터리(110)의 충방전 동작을 제어하는 인버터(120), 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템과 연계된 전력 장치들을 구성들을 통합 관리하는 EMS(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
전력을 저장하는 역할을 수행하는 배터리(110)는, 통상적으로 다수의 배터리 팩(Battery Pack)이 배터리 랙(Rack)을 구성하고, 다수 개의 배터리 랙이 배터리 뱅크(Battery Bank)를 구성하는 형태로 구현될 수 있다. 여기서, 배터리가 사용되는 장치 또는 시스템에 따라 배터리 팩은 배터리 모듈(module)로 지칭될 수도 있다.
각 배터리에는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)이 설치될 수 있다. BMS는 자신이 관장하는 각 배터리 랙(또는 팩)의 전류, 전압 및 온도를 모니터링하고, 모니터링 결과에 근거하여 SOC(Status Of Charge)를 산출하고 충방전을 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
인버터(120)는, 전력 조절 장치(PCS; Power Conditioning System), 또는 전력 변환 장치(PCS; Power Conversion System)로도 지칭되며, 외부로부터 배터리에 공급되는 전력과 배터리가 외부로 공급하는 전력을 제어할 수 있다.
인버터(120)는, 전력 관리 시스템(PMS; Power Management System)을 포함할 수 있으며, 운영 지원 장치(500)는, 인버터(120)의 전력 관리 시스템과 연동되어 데이터를 상호 송수신하도록 구성될 수 있다.
인버터(120)는, 운영 지원 장치(500)에 의해 운영 스케줄에 따라 배터리(110)의 충방전 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 인버터(120)는, 운영 지원 장치(500)로부터 특정 일(day)에 대한 운영 스케줄을 전달받고, 운영 스케줄에 포함된 시간 구간별 레퍼런스 전력에 따라 배터리(110)의 충방전 동작을 제어할 수 있다.
EMS(130)는, 부하, 전력 생산 장치, 인버터와 연동하고, 연동된 구성들을 모니터링하고 제어할 수 있다.
PV 시스템은, PV 모듈(310)(예를 들어, 태양광 패널)과, AC/DC 인버터인 PV 인터버(320)을 포함하여 구성될 수 있으며, PV 인터버(320)의 AC 단자 및 에너지 저장 시스템의 인버터(120)의 AC 단자가 AC 링크에 연결되어 구성될 수 있다.
부하는, 주택 내부의 일반 부하(210)와, EV 충전 스테이션(220)을 포함하여 구성될 수 있다. EV 충전 스테이션(220)은 전기 자동차를 충전하는 시스템으로, 전기 자동차 충전을 위한 전력을 AC 링크로부터 공급받도록 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 에너지 저장 시스템은, PV 시스템, 부하 및 에너지 저장 시스템이 AC 링크 상에서 연결된 AC coupled ESS이다.
에너지 저장 시스템이 AC coupled 구조인 경우, 운영 지원 장치(500)는, 인버터(120), PV 인터버(320) 및 EMS(130) 중 하나 이상과 연동하여, 추천 조합 정보를 생성하기 위한 기초 정보를 수집할 수 있다.
한편, 본 발명은, PV 시스템의 출력단 및 배터리의 출력단이 DC 링크 상에서 연결되고, DC 링크가 인버터의 일측 단자에 연결된 DC coupled ESS에도 적용 가능하다. 에너지 저장 시스테밍 DC coupled 구조인 경우, PV 인터버(320)가 생략됨에 따라, 운영 지원 장치(500)는, 인버터(120) 및 EMS(130) 중 하나 이상과 연동하여, 추천 조합 정보를 생성하기 위한 기초 정보를 수집할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 운영 지원 방법의 순서도이다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 운영 지원 방법은 에너지 저장 시스템과 연동하는 운영 지원 장치에 의해 수행될 수 있다.
운영 지원 장치는, 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 배터리에 관한 정보 및 인버터에 관한 정보를 수집할 수 있다(S310). 여기에서, 운영 지원 장치는, 저장 장치, 관리자에 의해 연결되는 외부 저장 장치, 사용자 단말 중 하나 이상으로부터, 배터리 정보 및 인버터 정보를 확인할 수 있다.
배터리에 관한 정보는, 하나 이상의 배터리 각각에 대한, 모델명, 용량, 임계 SOC 범위 및 구매 비용 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 인버터에 관한 정보는, 하나 이상의 인버터들 각각에 대한, 모델명, 한계 출력 및 구매 비용 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 정보 및 인버터 정보의 설명하기 위한 참조표이다.
도 4(A)를 참조하면, 운영 지원 장치는, 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 복수의 배터리들 각각에 대한 모델명(또는 식별자), 용량, SOC 하한값, SOC 상한 값, 및 구매 비용을 포함하는, 배터리 리스트를 수집할 수 있다.
도 4(B)를 참조하면, 운영 지원 장치는, 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 복수의 인버터들 각각에 대한 모델명(또는 식별자), 용량, 배터리 전압 정보, 충전 출력 한계, 방전 출력 한계, 및 구매 비용을 포함하는, 인버터 리스트를 수집할 수 있다.
운영 지원 장치는, 에너지 저장 시스템 또는 사용자 단말로부터 배터리 시스템의 모델 정보를 수신하고, 수신된 모델 정보에 기초하여 해당 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 배터리 및 인버터를 결정할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 운영 지원 장치는, 에너지 저장 시스템의 설계 구조를 기초로, 복수의 배터리-인버터 조합들을 도출할 수 있다(S320). 여기에서, 배터리-인버터 조합은, 하나 이상의 배터리와 인버터로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리-인버터 조합들을 도출하는 방법을 설명하기 위한 참조표이다.
예를 들어, 에너지 저장 시스템의 설계 구조 상, 3 이상 5개 이하의 직렬 연결 배터리들이 1개의 인버터에 연결 가능하고, 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 인버터 모델이 5개(Inv #1 ~ #5)로 확인되는 경우, 운영 지원 장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 총 15개(C #1 ~ #15)의 배터리-인버터 조합들을 도출할 수 있다. 상기 예시에서 도출된15개의 조합들은, 도 5에 도시된 바와 같이, [배터리 3개, Inv #1], [배터리 3개, Inv #2], [배터리 3개, Inv #3], [배터리 3개, Inv #4], [배터리 3개, Inv #5], [배터리 4개, Inv #1], [배터리 4개, Inv #2], [배터리 4개, Inv #3], [배터리 4개, Inv #4], [배터리 4개, Inv #5], [배터리 5개, Inv #1], [배터리 5개, Inv #2], [배터리 5개, Inv #3], [배터리 5개, Inv #4] 및 [배터리 5개, Inv #5]이다.
실시예에서, 운영 지원 장치는, 배터리의 용량 및 인버터의 한계 출력을 기초로, 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 배터리 개수의 범위를 도출할 수 있다. 예를 들어, 배터리 개수는, 배터리들의 조합에 의한 총 용량이, 에너지 저장 시스템의 최소 보장 용량을 초과하고, 인버터의 한계 출력에 따른 한계 용량의 미만이 되도록 하는 범위로 결정될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 운영 지원 장치는, S320에서 도출된 조합들 각각에 대한, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출할 수 있다(S330). 여기에서, 에너지 저장 시스템의 운영 비용은, 계통 전력 구매 비용과, 배터리 및 인버터 구매 비용을 기초로 산출될 수 있다.
이후, 운영 지원 장치는, 조합들 중 최소 운영 비용을 나타내는 조합을 도출(S340)하고, 해당 조합을 최적 조합으로 결정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 최적 조합을 도출하는 방법을 설명하기 위한 참조표이다.
도 6을 참조하면, 운영 지원 장치는, S330에서 도출된 15개(C #1 ~ #15)의 배터리-인버터 조합들 각각에 대해, 전력 계통 구매 비용 및 배터리 및 인버터 구매 비용을 산출할 수 있다. 이후, 운영 지원 장치는, 전력 계통 구매 비용 및 배터리 및 인버터 구매 비용을 합산하여, 배터리-인버터 조합들 각각에 대한 총 운영 비용을 산출할 수 있다. 여기에서, 운영 지원 장치는, 15개의 조합들 중, 가장 낮은 총 운영 비용을 나타내는 [배터리 4개, Inv #3](C #8)을 최적 조합으로 결정할 수 있다.
실시예에서, 에너지 저장 시스템의 운영 비용은, 도 6에 도시된 바와 같이, 계통 전력 구매 비용(C_p)과 배터리 및 인버터 구매 비용(C_bi)의 합산 값(C_t = C_p + C_bi)으로 산출될 수 있다.
다른 실시예에서, 에너지 저장 시스템의 운영 비용은, 계통 전력 구매 비용(C_p)에 대해 기정의된 가중 계수(a)가 반영된 값과, 배터리 및 인버터 구매 비용(C_bi)에 대해 기정의된 가중 계수(b)가 반영된 값의 합산 값(C_t = a*C_p + b*C_bi)으로 산출될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 에너지 저장 시스템의 운영 비용은, 계통 전력 구매 비용(C_p)에 대해 기정의된 가중 계수(a)가 반영된 값과, 배터리 및 인버터 구매 비용(C_bi)에 대해 기정의된 가중 계수(b)가 반영된 값을 곱한 값(C_t = a*C_p * b*C_bi)으로 산출될 수 있다.
즉, 에너지 저장 시스템의 운영 비용은, 필요에 따라 다양한 방식으로 산출될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, S330에서, 운영 지원 장치는, 에너지 저장 시스템, 부하, 및 전력 생산 장치 중 하나 이상에 대한 과거 이력 정보를 기초로, S320에서 도출된 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출할 수 있다. 여기에서, 운영 지원 장치는, 사용자 단말(600), EMS(130), 인버터(120), EV 스테이션(220) 및 PV 인버터(320) 중 하나 이상으로부터, 일정 기간 동안의 과거 이력 정보를 수신할 수 있다.
과거 이력 정보는, 부하의 전력 소비 상태 정보(예를 들어, 시간 단위별 전력 소비량), 전력 생산 장치의 전력 생산 상태 정보(예를 들어, 시간 단위별 전력 생산량), 및 배터리의 충방전 스케줄 정보(예를 들어, 시간 단위별 충방전량) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
운영 지원 장치는, 각 조합들(C #1 ~ #15)에 따른 배터리 및 인버터가 적용된 에너지 저장 시스템들을 대상으로, 과거 이력 정보를 이용해 시뮬레이션을 진행할 수 있다. 이후, 운영 지원 장치는, 시뮬레이션 결과 도출된 시간 단위별 계통 전력 사용량과 시간 단위별 계통 전력 비용 정보를 기초로, 각 조합들에 대한 기설정된 기간(예를 들어, 한 달) 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출할 수 있다.
*실시예에서, 운영 지원 장치는, 부하 및 전력 생산 장치에 대한 과거 이력 정보를 기초로, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는 배터리의 운영 스케줄(단위 시간별 충방전량)을 도출하고, 도출된 운영 스케줄을 이용해 계통 전력 구매 비용을 산출할 수 있다.
구체적으로, 운영 지원 장치는, 일정 과거 기간 동안(예를 들어, 과거 1년 동안)의 전력 생산 상태에 관한 정보 및 전력 소비 상태에 관한 정보를 수집할 수 있다. 이후, 운영 지원 장치는, 계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는 일정 기간(예를 들어, 1일)에 대한 운영 스케줄을 도출할 수 있다.
운영 제어 장치는, MILP(Mixed-integer Linear Programming)에 기초하여 정의된 목적 함수를 이용해 운영 스케줄을 도출할 수 있다. 이하에서는, 이러한 운영 스케줄 생성 방법에 관한 구체적인 구현 예에 대해 상세하게 설명한다.
운영 제어 장치는, 계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여 시간 구간별 배터리의 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출할 수 있다. 여기서, 목적 함수는 아래 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2024010138-appb-img-000001
(여기서, Pgrid(t)는 계통 전력 스케줄이고, λgrid(t)는 계통 전력 비용임)
수학식 1은 계통 전력 구매 비용을 최소화할 수 있는 시간 구간별 배터리의 충전량 또는 방전량을 도출하기 위한 목적함수이다. 여기서, 수학식 1에 따른 목적 함수는, 전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, 배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 전력 변환 장치의 한계 출력에 관한 제4조건, 및 충전 상태 및 방전 상태의 이진화에 관한 제5조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2024010138-appb-img-000002
(여기서, PBatch(t)는 배터리의 충전 전력량, PBatdch(t)는 배터리의 방전 전력량, Ppv(t)는 발전량, Pload(t)는 전력 소비량임)
Figure PCTKR2024010138-appb-img-000003
(여기서, SOC(t)는 배터리의 SOC, Ecap는 배터리의 용량, ηch는 전력 변환 장치의 충전 효율, ηdch는 전력 변환 장치의 방전 효율, tstep은 시간 구간임)
Figure PCTKR2024010138-appb-img-000004
(여기서, SOCmin는 SOC의 하한값, SOCmax는 SOC의 상한값임)
Figure PCTKR2024010138-appb-img-000005
(여기서, μch는 0 또는 1의 값을 갖는 충전 상태값(battery state for charging), Pinv_max는 인터버의 최대 출력임)
Figure PCTKR2024010138-appb-img-000006
(여기서, μdch는 0 또는 1의 값을 갖는 방전 상태값(battery state for discharging)임)
Figure PCTKR2024010138-appb-img-000007
제1조건은 수학식 2로 구현될 수 있으며, 결정 변수인 PBatch(t) 및 PBatdch(t)가 전력의 공급과 수요의 균형에 맞게 결정되도록 기능한다. 한편, 수학식 2에서, Ppv(t) 및 Pload(t)는 과거 이력 정보에 따른 시간 단위별 전력 생산량 및 시간 단위별 전력 소비량이 적용될 수 있다.
한편, 수집된 과거 이력 정보에 복수의 부하들 각각에 대한 전력 소비 상태 정보가 포함된 경우, 수학식 2는, 아래와 수학식 8과 같이 변형될 수 있다.
Figure PCTKR2024010138-appb-img-000008
(여기서, Pflexible load(t)는 온오프 제어 가능한 부하의 전력 소비량이고, Pnon flexible load(t)는 온오프 제어가 불가능한 부하의 전력 소비량이고, PEV(T)는 EV 충전 스테이션의 전력 소비량임)
즉, 전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건을 위한 수학식은, 과거 이력 정보에 포함된 전력 소비 상태 정보에 대응하여, 일부 항이 추가 또는 삭제될 수 있다.
제2조건은 수학식 3으로 구현될 수 있으며, 다음 시간 구간에서의 SOC가 배터리 용량 및 충방전 효율에 기초하여 결정되도록 기능한다.
제3조건은 수학식 4로 구현될 수 있으며, SOC가 설정된 임계 범위 내에서 결정되도록 기능한다.
제 4조건 및 제5조건은 수학식 5 내지 7로 구현될 수 있으며, 결정 변수인 PBatch(t) 및 PBatdch(t)가 인버터의 출력 용량을 초과하지 못하도록 하며, 동시에 충전 전력량과 방전 전력량이 동시에 결정될 수 없도록 기능한다.
운영 제어 장치는, 상기 목적 함수 및 제한 조건을 만족하는 PBatch(t) 및 PBatdch(t)를 도출하고 이를 포함하는 운영 스케줄을 생성할 수 있다.
운영 지원 장치는, 각 조합들(C #1 ~ #15)에 따른 배터리 및 인버터가 적용된 에너지 저장 시스템들을 대상으로, 전력 소비 및 전력 생산에 대한 과거 이력 정보와, 생성된 운영 스케줄을 이용해 시뮬레이션을 진행할 수 있다. 이후, 운영 지원 장치는, 시뮬레이션 결과 도출된 시간 단위별 계통 전력 사용량과 시간 단위별 계통 전력 비용 정보를 기초로, 각 조합들에 대한 기설정된 기간(예를 들어, 한 달) 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출할 수 있다.
S340에서 최소 운영 비용을 나타내는 최적 조합이 결정되면, 운영 지원 장치는, 최적 조합에 대한 정보를 포함하는 추천 조합 정보를 생성할 수 있다(S350). 여기에서, 추천 조합 정보는, 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리의 개수, 배터리의 연결 구조, 및 인버터의 모델명 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 추천 조합 정보는 [배터리 4개, 직렬 연결, Inv 9801] 로 구현될 수 있다.
운영 지원 장치는, S350에서 생성된 추천 조합 정보를, 사용자 단말에 제공할 수 있다(S360). 여기에서, 사용자 단말은, 수신된 추천 조합 정보를 기정의된 GUI를 통해 출력할 수 있다.
실시예에서, 운영 지원 장치는, 최적 조합과 대응되는 최적 운영 스케줄을 사용자 단말, EMS 또는 인버터에 제공할 수 있다. 여기에서, 최적 운영 스케줄은, 해당 최적 조합의 계통 전력 구매 비용 산출시, 목적 함수 및 제약 조건에 따라 도출된 운영 스케줄에 해당할 수 있다. 즉, 운영 지원 장치는, 향후 에너지 저장 시스템에 최적의 배터리-인버터 조합이 적용되는 경우, 해당 조합으로 에너지 저장 시스템이 운영될 때 계통 전력 구매 비용이 최소화되도록, 추천 조합과 대응되는 최적 운영 스케줄을 참조 운영 스케줄로서 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치의 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 운영 지원 장치(500)는, 에너지 저장 시스템의 내부에 포함되어 구성되거나, 또는 에너지 저장 시스템의 외부에 별도로 마련될 수 있다. 예를 들어, 운영 지원 장치(500)는, 주택용 ESS의 최상위 제어 시스템인 HEMS(Home Energy Management System)에 포함되어 구현되거나, 또는, ESS 관리 업체의 서버에 포함되어 구현될 수 있다.
운영 지원 장치(500)는, 적어도 하나의 프로세서(510), 상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리(520) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(530)를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 배터리 및 인버터에 대한 정보를 수집하는 명령; 상기 에너지 저장 시스템의 구조를 기초로, 각각 하나 이상의 배터리와 인버터로 구성된, 복수의 조합들을 도출하는 명령; 상기 조합들 각각에 대한, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령; 및 상기 조합들 중 최소 운영 비용을 나타내는 조합에 관한 정보를 포함하는 추천 조합 정보를 생성하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 배터리 및 인버터에 대한 정보를 수집하는 명령은, 배터리 각각에 대한, 모델명, 용량, 임계 SOC 범위 및 구매 비용과, 인버터 각각에 대한, 모델명, 한계 출력 및 구매 비용 중 하나 이상을 수집하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 복수의 조합들을 도출하는 명령은, 배터리의 용량 및 인버터의 한계 출력을 기초로, 배터리 개수의 범위를 도출하는 명령; 및 상기 배터리 개수의 범위와 배터리 시스템의 설계 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 복수의 조합들을 도출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령은, 상기 조합들 각각에 대한, 계통 전력 구매 비용과, 배터리 및 인버터 구매 비용을 산출하는 명령; 및 상기 계통 전력 구매 비용과 배터리 및 인버터 구매 비용을 기초로 상기 운영 비용을 산출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령은, 상기 에너지 저장 시스템, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 부하, 및 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 전력 생산 장치 중 하나 이상에 대한 과거 이력 정보를 기초로, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령은, 상기 부하의 전력 소비 상태에 관한 정보, 및 상기 전력 생산 장치의 전력 생산 상태에 관한 정보를 수집하는 명령; 계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는, 시간 구간별 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는 명령; 및 상기 조합들 각각에 따른 에너지 저장 시스템에, 상기 운영 스케줄 및 계통 전력 비용 정보를 적용하여, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 목적 함수는, 전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, 배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 인버터의 한계 출력에 관한 제4조건, 및 충전 상태 및 방전 상태의 이진화에 관한 제5조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의될 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 상기 생성된 추천 조합 정보를, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 사용자 단말에 제공하는 명령을 더 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 추천 조합 정보는, 상기 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리의 개수, 배터리의 연결 구조, 및 인버터의 모델명 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
운영 지원 장치(500)는 또한, 입력 인터페이스 장치(540), 출력 인터페이스 장치(550), 저장 장치(560) 등을 더 포함할 수 있다. 운영 지원 장치(500)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(570)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 프로세서(510)는 중앙처리장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(또는 저장 장치)는 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 에너지 저장 시스템의 운영 지원 장치로서,
    적어도 하나의 프로세서; 및
    상기 적어도 하나의 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 배터리 및 인버터에 대한 정보를 수집하는 명령;
    상기 에너지 저장 시스템의 구조를 기초로, 각각 하나 이상의 배터리와 인버터로 구성된, 복수의 조합들을 도출하는 명령;
    상기 조합들 각각에 대한, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령; 및
    상기 조합들 중 최소 운영 비용을 나타내는 조합에 관한 정보를 포함하는 추천 조합 정보를 생성하는 명령을 포함하는, 운영 지원 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 및 인버터에 대한 정보를 수집하는 명령은,
    배터리 각각에 대한, 모델명, 용량, 임계 SOC 범위 및 구매 비용과, 인버터 각각에 대한, 모델명, 한계 출력 및 구매 비용 중 하나 이상을 수집하는 명령을 포함하는, 운영 지원 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 조합들을 도출하는 명령은,
    배터리의 용량 및 인버터의 한계 출력을 기초로, 배터리 개수의 범위를 도출하는 명령; 및
    상기 배터리 개수의 범위와 배터리 시스템의 설계 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 복수의 조합들을 도출하는 명령을 포함하는, 운영 지원 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령은,
    상기 조합들 각각에 대한, 계통 전력 구매 비용과, 배터리 및 인버터 구매 비용을 산출하는 명령; 및
    상기 계통 전력 구매 비용과 배터리 및 인버터 구매 비용을 기초로 상기 운영 비용을 산출하는 명령을 포함하는, 운영 지원 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 명령은,
    상기 에너지 저장 시스템, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 부하, 및 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 전력 생산 장치 중 하나 이상에 대한 과거 이력 정보를 기초로, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령을 포함하는, 운영 지원 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령은,
    상기 부하의 전력 소비 상태에 관한 정보, 및 상기 전력 생산 장치의 전력 생산 상태에 관한 정보를 수집하는 명령;
    계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는, 시간 구간별 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는 명령; 및
    상기 조합들 각각에 따른 에너지 저장 시스템에, 상기 운영 스케줄 및 계통 전력 비용 정보를 적용하여, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 명령을 포함하는, 운영 지원 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 목적 함수는,
    전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, 배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 인버터의 한계 출력에 관한 제4조건, 및 충전 상태 및 방전 상태의 이진화에 관한 제5조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의되는, 운영 지원 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 생성된 추천 조합 정보를, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 사용자 단말에 제공하는 명령을 더 포함하는, 운영 지원 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 추천 조합 정보는,
    상기 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리의 개수, 배터리의 연결 구조, 및 인버터의 모델명 중 하나 이상을 포함하는, 운영 지원 장치.
  10. 에너지 저장 시스템의 운영 지원 방법으로서,
    상기 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있는 배터리 및 인버터에 대한 정보를 수집하는 단계;
    상기 에너지 저장 시스템의 구조를 기초로, 각각 하나 이상의 배터리와 인버터로 구성된, 복수의 조합들을 도출하는 단계;
    상기 조합들 각각에 대한, 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 단계; 및
    상기 조합들 중 최소 운영 비용을 나타내는 조합에 관한 정보를 포함하는 추천 조합 정보를 생성하는 단계를 포함하는, 운영 지원 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리 및 인버터에 대한 정보를 수집하는 단계는,
    배터리 각각에 대한, 모델명, 용량, 임계 SOC 범위 및 구매 비용과, 인버터 각각에 대한, 모델명, 한계 출력 및 구매 비용 중 하나 이상을 수집하는 단계를 포함하는, 운영 지원 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수의 조합들을 도출하는 단계는,
    배터리의 용량 및 인버터의 한계 출력을 기초로, 배터리 개수의 범위를 도출하는 단계; 및
    상기 배터리 개수의 범위와 배터리 시스템의 설계 구조를 기초로, 상기 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 복수의 조합들을 도출하는 단계를 포함하는, 운영 지원 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 단계는,
    상기 조합들 각각에 대한, 계통 전력 구매 비용과, 배터리 및 인버터 구매 비용을 산출하는 단계; 및
    상기 계통 전력 구매 비용과 배터리 및 인버터 구매 비용을 기초로 상기 운영 비용을 산출하는 단계를 포함하는, 운영 지원 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템의 운영 비용을 산출하는 단계는,
    상기 에너지 저장 시스템, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 부하, 및 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 전력 생산 장치 중 하나 이상에 대한 과거 이력 정보를 기초로, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 단계를 포함하는, 운영 지원 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 계통 전력 구매 비용을 산출하는 단계는,
    상기 부하의 전력 소비 상태에 관한 정보, 및 상기 전력 생산 장치의 전력 생산 상태에 관한 정보를 수집하는 단계;
    계통 전력의 구매 비용으로 정의되는 목적 함수를 이용하여, 계통 전력의 구매 비용을 최소로 하는, 시간 구간별 충방전량을 포함한 운영 스케줄을 도출하는 단계; 및
    상기 조합들 각각에 따른 에너지 저장 시스템에, 상기 운영 스케줄 및 계통 전력 비용 정보를 적용하여, 상기 조합들 각각에 대한 기설정된 기간 동안의 계통 전력 구매 비용을 산출하는 단계를 포함하는, 운영 지원 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 목적 함수는,
    전력 공급 및 전력 소비의 균형에 관한 제1조건, 배터리의 충방전 효율에 따른 충전 상태(SOC)에 관한 제2조건, 배터리의 한계 충전량에 관한 제3조건, 인버터의 한계 출력에 관한 제4조건, 및 충전 상태 및 방전 상태의 이진화에 관한 제5조건 중 적어도 하나를 포함하는 제약 조건이 정의되는, 운영 지원 방법.
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 생성된 추천 조합 정보를, 상기 에너지 저장 시스템과 연동하는 사용자 단말에 제공하는 명령을 더 포함하는, 운영 지원 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 추천 조합 정보는,
    상기 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리의 개수, 배터리의 연결 구조, 및 인버터의 모델명 중 하나 이상을 포함하는, 운영 지원 방법.
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