요약: 본 연구는 에너지 저장형 태양광 발전소의 배터리 용량 배치와 조정 제어를 최적화하기 위해 태양광 발전소의 구조 설계, 에너지 저장 단위의 용량 배치 및 충전 방전 전략, 전력망과 부하 단위의 설계를 분석하여 태양광 저장 발전소의 신뢰성 모델을 구축했다.서로 다른 유형의 에너지 저장 배터리의 성능 파라미터를 분석하고 비교함으로써 과학적이고 합리적인 용량 최적화 구성 방안을 제시했다.이밖에 연구는 또 여러조의 혼합에너지저장시스템의 조률통제책략을 연구하고 상응한 사건촉발함수와 조절메커니즘을 설계하여 더욱 많은 에네르기관리를 실현하고 시스템운행의 안정성을 제고시켰다.연구 결과에 따르면 납산 전력 밀도 전지가 현재 기술 조건에서 보여준 성능 표현은 태양광 저장 발전소의 용량 최적화 배치에 이상적인 선택이 되었다.이와 동시에 최적화후의 통제책략은 에너지저장형태양광발전소의 전반 성능을 뚜렷이 제고시켜 미래의 류사한 시스템의 설계와 운영에 중요한 참고의거를 제공해주었다.

키워드: 태양광 발전소;배터리 용량 최적화조정 제어

머리말

에너지저장형 태양광발전소는 재생가능에너지의 간헐성과 불안정성을 해결하는 효과적인 수단으로서 에너지리용률을 높이고 전력망운행을 최적화하며 록색에너지전환을 추진하는데 중요한 의의가 있다.태양광 기술의 발전과 원가의 절감에 따라 전 세계 에너지 구조에서 태양광 발전의 비중은 끊임없이 상승하고 있다.그러나 태양광 발전의 변동성과 예측 불가능성은 전력망의 안정적인 운행에 도전을 주고 있다.그러므로 어떻게 에너지저장전지용량을 효과적으로 배치하고 에너지저장시스템과 태양광발전을 조률하여 통제할것인가 하는것은 현재 연구의 열점문제로 되고있다.국내외 학자들은 에너지 저장형 태양광 발전소에 대해 대량의 연구 작업을 진행했는데, 배터리 용량 배치 최적화, 에너지 관리 전략, 경제성 분석과 안정성 평가 등 방면과 관련된다.기존의 연구는 에너지 저장 시스템의 사용 효율과 경제성을 어느 정도 향상시켰지만, 여전히 일부 부족한 점이 존재한다.우선, 대부분의 연구는 특정한 조건에서의 시스템 성능 분석에 중심을 두고 서로 다른 환경과 운행 모델에서의 적응성에 대한 깊은 연구가 부족하다.둘째, 에너지 저장과 태양광 시스템의 조화로운 통제에 관한 연구는 아직 충분하지 않으며, 특히 여러 그룹의 혼합 에너지 저장 시스템 간의 협동 작용 메커니즘 방면에서 충분하지 않다.기존의 최적화 모델과 제어 전략은 실제 응용에서의 기술 제한과 비용 요소를 소홀히 하여 이론 성과를 실천에 응용하기 어렵다.기존 연구의 부족을 겨냥하여 본고는 새로운 에너지 저장형 태양광 발전소의 배터리 용량 최적화 배치와 조율 제어 연구 방향을 제시했다.우선, 태양광 발전의 불확실성과 부하 수요의 동태 변화를 종합적으로 고려하여 더욱 통용되는 태양광 발전소 신뢰성 모델을 구축한다.이를 바탕으로 전력 침투율과 용량 침투율 등 핵심 지표를 도입해 광저장발전소의 안정성에 미치는 영향을 분석한다.더 나아가 서로 다른 유형의 에너지 저장 배터리의 성능 매개변수를 세밀하게 비교하여 용량 최적화 구성 방안을 제시한다.이와 동시에 여러조의 혼합에너지저장시스템의 조률통제책략을 설계하여 사건촉발함수와 조절메커니즘을 통해 실현된 에네르기관리와 시스템안정성을 제고해야 한다.

1 에너지 저장형 태양광 발전소 구조 설계

태양광 발전 단위의 설계에서, 그것은 주로 태양광 전지 부품이 직렬 병렬 연결 방식으로 구성된다.태양광 제어 전략을 최적화하기 위해 태양광 배터리의 특성을 심도 있게 분석한다.이는 서로 다른 환경 조건에서의 태양광 전지의 성능 표현을 고려하는 것과 관련되며, 이러한 특성에 대한 심층적인 이해를 통해 태양광 발전 단위의 출력을 더욱 예측하고 조정할 수 있으며, 에너지 저장 단위의 수요와 전력망의 부하 상황 에너지 저장 단위의 설계 관건은 그 용량 배치와 충전 방전 전략에 있다.태양광 발전의 간헐성과 불확실성을 감안할 때, 에너지 저장 단위는 과잉 에너지를 저장할 수 있는 충분한 용량을 갖추어야 하며, 태양광 발전이 부족할 때 부하 수요를 충족시키기 위해 에너지를 방출해야 한다.

전력망과 부하 단위의 설계는 외부 전력망과의 상호 작용 및 내부 부하의 동적 변화를 고려해야 한다.이것은 시스템이 전력망의 수요와 부하의 실제 상황에 따라 그 출력을 유연하게 조정할 수 있어야 하며, 동시에 전력망의 안정성과 부하의 전력 공급 품질을 보장해야 한다는 것을 의미한다.

2 태양광 발전소 용량 최적화 구성

2.1 태양광 발전소 신뢰성 모델 구축

심층적인 연구와 데이터 분석을 통해 태양광 침투율이 전력 시스템의 안정성에 미치는 영향을 무시할 수 없다는 것을 발견했다. 태양광 설비 용량이 일정한 임계값을 초과할 때 지역 배전망은 그로 인한 전력을 흡수할 수 없는 도전에 직면할 수 있어 태양광이 전력망에 전력을 역송하는 현상이 심화될 수 있다.특히 높은 침투율의 태양광 발전소가 전력망에 병합된 상황에서 이런 현상은 더욱 뚜렷하다.일단 순부하가 시스템의 출력범위를 초과하면 국역전력망설비는 핍박에 의해 운행을 중지하게 되여 전력시스템의 안정성에 위협이 될수 있다.

이 도전에 대응하기 위해 본 연구는 태양광 발전소의 에너지 저장 배치를 평가하는 핵심 지표로 태양광 침투율을 제시했다.태양광 설비 용량, 지역 배전망의 흡수 능력 및 전력 시스템의 안정성 요구를 종합적으로 고려함으로써 태양광 발전소의 에너지 저장 배치를 합리적으로 계획하여 높은 침투율 상황에서 전력 시스템의 안정적인 운행을 확보할 수 있다.이와 동시에 이는 태양광발전소의 건설과 운영에 과학적근거를 제공하여 경제효익과 전력시스템의 안정성의 윈윈국면을 실현하는데 도움이 된다.

태양광과 에너지 저장 일체화 모델을 구축하는 과정에서 본 연구는 태양광 시스템과 에너지 저장 장치를 하나의 통합된 단원으로 간주하여 고려한다.모델 구축 시 전력 침투율(PP)과 용량 침투율(Cp)이라는 두 가지 핵심 지표에 특히 주목했다.

전력 침투율은 특정 시점에 분산 태양광 발전 시스템에서 발생하는 전력과 해당 시점의 총 부하 사이의 비율로 정의됩니다.만약 이 비율이 100% 를 초과한다면 이 시각에 태양광발전량이 즉각적인 부하수요를 초과하였고 여분의 전기에네르기가 전력망으로 수송되였음을 표명한다.

용량 침투율은 한 지역 내 배전망 중 태양광 발전의 연간 누적 발전량과 연간 부하량의 비율을 평가하는 것이다.이 지표는 지역 전기 부하에 비해 태양광 발전 능력의 비율인 태양광 시스템 설치의 잠재적 포화 정도를 반영한다.

태양광 침투율 분석 및 에너지 저장 배치 연구를 전개하는 과정에서 이 작업은 일련의 가설 위에 세워진 것이다.우선, 태양광 전기에너지가 전송 과정에서 손실이 존재하지 않는다고 가정한다.이 가정은 에너지 전송 효율을 100% 로 향상시키기 위해 컴퓨팅 프로세스를 단순화합니다.둘째, 연구는 서로 다른 태양광 변류기 제조업체 간의 차이와 환경 변화가 태양광 시스템 출력에 미치는 영향을 무시했다.

시간 척도에서 태양광 출력의 순간적 문제는 언급하지 않고 시간을 계량 단위로 태양광 출력을 평가한다.또한 배전망 모델은 송신선 간의 상호 작용을 고려하지 않고 단일 하중 노드로 단순화됩니다.이러한 단순화는 모델의 복잡성을 효과적으로 줄이고 분석과 계산을 더욱 향상시키는 동시에 연구 결과가 표준화된 언어 표현을 가지도록 보장할 수 있다.

2.2 태양광 발전소 시스템 용량 최적화

광발전소 시스템의 운행 전력에 대한 심도 있는 연구를 통해 이 시스템이 시간당 평균 부하가 198.54kWh인 수요를 만족시킬 수 있다는 것을 발견했다. 본고는 837kW의 태양광 설비 용량과 2998kW·h의 에너지 저장 설비 용량을 배치해야 한다.이러한 구성에서 태양광 시스템의 시간당 평균 발전량은 198.78kWh로 배전망의 부하 수요를 충족시키기에 충분하다.

실제 작업에서 분기 변화로 인해 태양광 발전량과 부하 전력 사이에 차이가 존재하기 때문에 태양광 침투율 분석을 실시하여 광 저장 발전소의 배치를 최적화할 필요가 있다.연간 침투율 곡선에 따르면 맑은 날씨 상황에서 태양광은 배전망의 부하를 충족시켜 전기를 사용하는 동시에 전력망에 에너지를 역송한다.이밖에 사계절의 태양광침투률은 기본적으로 모두 전형적인 곡선하에서 계산한 태양광침투률보다 약간 높은바 이는 실제 운행중의 태양광발전소의 성능이 예상보다 우월하다는것을 표명하지만 동시에 에너지저장시스템에 대한 의존성과 부동한 계절에서 에너지관리책략을 조정하는 수요도 두드러지게 한다.

이러한 서로 다른 유형의 에너지 저장 배터리의 성능 매개변수를 분석하고 비교함으로써 서로 다른 응용 시나리오에서의 그들의 표현을 더 잘 이해할 수 있으며, 이에 따라 과학적이고 합리적인 용량 최적화 구성을 진행할 수 있다.각종 전지의 에너지 밀도, 순환 수명, 원가 및 환경 영향 등 요소를 종합적으로 고려하여 연구 결과 납산 출력 밀도 전지가 현재의 기술 조건에서 보여준 성능 표현을 발견하였다.이 배터리는 전력 출력에서 우위를 점할 뿐만 아니라 경제성과 성숙도에서도 비교적 뛰어나 태양광 발전소 용량 최적화 배치에 이상적인 선택이 되었다.

3 태양광 및 에너지 저장 시스템 조정 제어

에너지 저장형 태양광 발전소 배터리 용량 최적화 배치와 조정 제어 연구에서 여러 조의 혼합 에너지 저장 시스템의 조정 제어 전략은 핵심 내용 중의 하나이다.단일 에너지 저장 단위의 용량과 전력 전자 변환기의 제한으로 인해 단일 혼합 에너지 저장은 종종 비교적 큰 에너지 조절 수요를 만족시킬 수 없다.그러므로 여러 조의 혼합에너지저장의 공동참여와 조률통제를 통해 더욱 많은 에네르기관리를 실현해야 한다.

이 목표를 실현하기 위해 본고는 먼저 다중 혼합 저장 조화 이벤트 트리거 함수를 설계했다.이 함수의 주요 목적은 서로 다른 혼합 에너지 저장 단위의 충전과 방전 전력을 합리적으로 분배하여 시스템의 전체 성능이 상태에 도달하도록 확보하는 것이다.설계 과정에서 하수 제어 원리를 채택하였는데, 이러한 원리를 통해 여러 조의 혼합 에너지 저장 시스템의 출력 전압 참고값과 출력 전류를 계산할 수 있다.본고는 평균전압관측기의 개념을 도입하여 관측기를 통해 각 에너지저장단위의 전압변화상황을 실시간으로 감시하고 이런 정보에 근거하여 출력전압참고값을 조정할수 있다.그 밖에 본고는 비례 전류 조절 메커니즘도 채택했다.이러한 메커니즘은 실제 전류의 변화 상황에 따라 출력 전압 참조 값을 조정하여 출력 전압이 정격 값에 더 가깝게 할 수 있다.

이러한 복잡한 작동 모드에서 다중 그룹 혼합 에너지 저장 시스템은 끊임없이 동적 변화에 처할 수 있으며, 따라서 전체 시스템의 조화와 안정을 보장하기 위해 상위 컨트롤러가 주기적으로 조절해야 한다.상부 컨트롤러의 통신 부담을 낮추고 시스템의 운행 효율을 높이기 위해 상응하는 혼합 저장 에너지 조절 트리거 이벤트 함수를 세웠다.이 함수는 불필요한 조절 조작을 줄이고 시스템 상태를 지능적으로 판단해 필요할 때만 조절 명령을 트리거하도록 설계됐다.이는 통신 자원의 사용을 최적화할 뿐만 아니라 시스템의 전반적인 응답 속도와 신뢰성을 향상시킵니다.

전통적인 통제 방법에 비해 이 전략은 여러 방면에서 현저한 우세를 보였다.첫째, 동적 및 안정적일 때 시스템의 전력 변동을 효과적으로 줄이고 전력 품질을 향상시킵니다.둘째, 이 정책은 에너지 저장 장치의 작업 상태를 최적화할 수 있기 때문에 여러 그룹의 혼합 에너지 저장 조정 제어의 트리거 횟수를 감소시켜 설비의 사용 수명을 연장하고 유지 보수 비용을 낮출 수 있다.

또한 불필요한 잦은 충전 및 방전 루프를 줄임으로써 시스템의 전반적인 효율성과 신뢰성을 향상시킵니다.궁극적으로, 이러한 개선은 전체 시스템의 운영을 더욱 안정적으로 하고, 각종 복잡한 작업 상황과 부하 수요에 더 잘 대응할 수 있으며, 사용자에게 더 많은 전력 서비스를 제공할 수 있다.

4 앙코르 스마트 에너지 관리 플랫폼

4.1 앙코르 스마트 에너지 관리 플랫폼

AcrelEMS 스마트 에너지 관리 플랫폼은 기업 마이크로 그리드에 대한 에너지 효율 관리 플랫폼으로 기업 마이크로 그리드 분산 전원, 시정 전원, 에너지 저장 시스템, 충전 시설 및 각종 직류 부하의 운행 상태를 실시간 감시, 스마트 예측, 동적 조달, 최적화 정책, 진단 경고, 조절 가능한 소스 질서 있는 상호작용, 에너지 파노라마 분석, 기업 마이크로 그리드 에너지 효율 관리 디지털화, 안전 분석 지능화, 조정 지능화, 조정 전력망 운행 동태 제어 정책 등 다양한 에너지 효율을 실현하고 에너지 효율을 향상시킨다.AcrelEMS 스마트 에너지 관리 플랫폼은 가상 발전소의 스케줄링 명령과 수요 응답을 받을 수 있는 가상 발전소 플랫폼의 엔터프라이즈급 하위 시스템이다.

그림 1 AcrelEMS 스마트 에너지 관리 플랫폼 마스터 인터페이스

4.2 플랫폼 구조

시스템은 기업 마이크로그리드"원-망-하-저장-충전"의 각 단계를 포괄하고, 스마트 게이트웨이를 통해 측정 제어 장치, 태양광, 에너지 저장, 충전기, 일반 부하 데이터를 수집하고, 부하 변화와 전력망 배치에 따라 최적화 제어를 진행하며, 신에너지 수납을 촉진하는 동시에 전력망에 대한 최대 수요량을 낮추어 운행이 안전하도록 한다.

그림 2 AcrelEMS 스마트 에너지 관리 플랫폼 구조

4.3 플랫폼 기능

4.3.1 에너지 디지털화 전시

대형 스크린을 전시하여 실시간으로 시전, 태양광, 풍력발전, 에너지저장, 충전기 및 기타 부하 데이터를 표시하여 에너지 운행 상황을 빠르게 파악한다.

4.3.2 최적화 제어

에너지 생산 및 흐름을 직관적으로 표시하는데, 시 전기, 태양광, 에너지 저장 충전 및 소모 과정을 포함하며, 에너지 저장 및 통제 가능한 부하 최적화를 통해 신에너지 수납을 제고하고, 피크를 깎고 곡식을 메우며, 매끄러운 시스템 출력을 포함하며, 최적화 전과 최적화 후 에너지 곡선 대비 등을 표시한다.

4.3.3 지능적인 예측

기상 데이터와 결합하여 역사 데이터는 태양광, 풍력 발전 전력과 부하 전력을 예측하고 실제 전력과 비교 분석하며 에너지 저장 시스템과 부하 제어를 통해 최적화 배치를 실현하여 수요량과 전기 사용 원가를 낮춘다.

4.3.4 에너지 소비량 분석

기업의 전기, 물, 천연가스, 냉/열량 등 각종 에너지 매체의 소모량을 채집하여 동일한 전월 대비 비교를 진행하여 에너지 흐름, 에너지 소모를 표시하고 석탄 또는 탄소 배출 등을 환산한다.

4.3.5 질서있는 충전

시스템은 직류 충전기에 접속하고 기업 부하와 변압기 용량에 근거하며 변압기 부하율과 연동 제어를 진행하여 사용자의 질서 있는 충전을 유도하고 기업 마이크로그리드 운행 안전을 보장한다.

4.3.6. 운수 순찰

시스템은 임무관리, 순검/결함/소경/긴급수리기록 및 통지공표관리를 지원하고 북두위치를 통해 운수인원의 궤적을 추적하여 운수절차의 페환관리를 실현한다.

4.4 장치 옵션

스마트 에너지 관리 플랫폼 외에도 현장 센서, 스마트 게이트웨이 등 설비를 갖추고 완전한"클라우드-사이드-엔드"에너지 디지털화 체계를 구성하였으며, 구체적으로 고저압 배전 종합 보호 및 모니터링 제품, 전력 품질 온라인 모니터링 장치, 전력 품질 관리, 조명 제어, 충전기, 전기 소방류 솔루션 등을 포함하여 가상 발전소 기업급 에너지 관리 시스템에 원스톱 서비스 능력을 제공할 수 있다.

앙코리 시스템 솔루션에는 전력 운영 클라우드 플랫폼, 에너지 종합 비용 계산 관리 플랫폼, 환경 보호 전기 사용 감독 클라우드 플랫폼, 충전기 운영 관리 클라우드 플랫폼, 스마트 소방 클라우드 플랫폼, 전력 모니터링 시스템, 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템, 스마트 조명 제어 시스템, 전력 품질 관리 시스템, 전기 소방 시스템, 격리 전원 절연 모니터링 시스템 등 시스템 솔루션이 포함되어 있으며, 기업 마이크로 그리드 각 단계를 포괄하고 정확한 감지, 변두리 지능, 스마트 운행 기업 마이크로 그리드 관리 시스템을 구축한다.

5 결론

심도 있는 연구와 분석을 통해 본 연구는 에너지 저장형 태양광 발전소의 배터리 용량 최적화 배치와 조율 제어 방면에서 현저한 성과를 거두었다.태양광 발전의 불확실성과 부하 수요의 동적 변화를 고려한 태양광 발전소 신뢰성 모델을 구축하고 전력 침투율과 용량 침투율 등 핵심 지표를 도입함으로써 태양광 발전소의 안정성을 효과적으로 평가했다.이와 동시에 부동한 류형의 에너지저장전지의 성능매개변수를 세밀하게 비교하여 과학적이고 합리적인 용량최적화배치방안을 제기하였다.또한 여러 그룹의 혼합 에너지 저장 시스템의 조정 제어 전략을 설계하여 이벤트 트리거 함수와 조절 메커니즘을 통해 에너지 관리와 시스템 안정성을 향상시켰다.이러한 연구 성과는 에너지 저장형 태양광 발전소의 설계와 운행에 실용적인 지도를 제공할 뿐만 아니라 에너지 시스템에서 재생 가능한 에너지의 광범위한 응용과 지속 가능한 발전을 위한 튼튼한 기초를 다졌다.실제 상황과 결합하여 앞으로 더 많은 기술 제한과 비용 요소를 고려해야 하며, 어떻게 경제성과 기술성을 균형시켜 배치에 도달할 것인가는 여전히 깊이 연구해야 한다.

참조 문서:

[1] 하기, 향가강, 곽진흥, 주풍, 위계군.에너지 저장형 태양광 발전소 배터리 용량 최적화 배치와 조화 제어 연구

[2] 왕유신.태양광 발전 시스템 및 발전소 전기 설계 분석

[3] 앙코르 기업 마이크로그리드 설계 및 응용 매뉴얼.2022.05 버전