KR20160029741A

KR20160029741A - 저장된 에너지를 관리하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20160029741A
Application number: KR1020157034209A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 로버트 린톤 하우
Original assignee: 웰슨젠 리미티드
Priority date: 2013-04-29
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2016-03-15
Also published as: WO2014177264A2; ES2666901T3; WO2014177264A3; EP2992582B1; US20160079778A1; EP2992582A2

Abstract

전력 공급망(30)에 부하 균형화 서비스(50)를 제공하는 경우 순 에너지를 정정하기 위한 장치가 제공된다. 부하 균형화 서비스(50)는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들을 포함하고, 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들은 전력 공급망(30)에 그리고/또는 전력 공급망(30)에서 공급되는 에너지로부터 각각 방전 및/또는 충전되고, 본 장치는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들과 관련되며 전력 공급망(30)의 동작 주파수(f)의 함수로서 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 충전-상태(SOC)를 제어하도록 동작가능하고, 본 장치는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들이 공칭 충전값에서 유지되도록 보장하기 위해 주파수에서 있어서 피크 고-편위들 및/또는 피크 저-편위들의 편향을 적용하도록 동작가능하다. 유익하게, 본 장치는 에너지 저장 디바이스들의 충전-상태(SOC)를 관리하기 위해 구분적(piecewise) 선형 제어 알고리즘을 이용하도록 동작가능하다.

Description

저장된 에너지를 관리하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANAGING STORED ENERGY}

본 개시내용은 순 에너지(net energy)를 정정(correcting) 혹은 관리(managing)하기 위한 장치에 관한 것으로, 예컨대 동작시 전기 공급 그리드들(electrical supply grids)의 안정화(stabilization)를 제공하는 경우 에너지 저장 디바이스들(energy storage devices)(예를 들어, 축전지들(accumulators))에 저장된 순 에너지를 정정 혹은 관리하기 위한 장치에 관한 것이다. 더욱이, 본 개시내용은 순 에너지를 정정 혹은 관리하는 방법들에 관한 것으로, 예컨대 동작시 전기 공급 그리드들의 안정화를 제공하는 경우 에너지 저장 디바이스들(예를 들어, 축전지들)에 저장된 순 에너지를 정정 혹은 관리하는 방법들에 관한 것이다. 본 개시내용은 또한, 예컨대 동작시 전기 공급 그리드들의 안정화를 제공하는 경우 배터리 불감-대역(battery dead-band)을 처리(addressing)하기 위한 장치에 관한 것이다. 더욱이, 본 개시내용은 예컨대 동작시 전기 공급 그리드들의 안정화를 제공하는 경우 배터리 불감-대역을 처리하는 방법들에 관한 것이다. 더욱이, 본 개시내용은 소프트웨어 제품들(software products)에 관한 것으로, 이러한 소프트웨어 제품들은 비-일시적(일시적이지 않은) 머신-판독가능 데이터 저장 운반체(machine-readable data storage carrier)에 저장되며 앞서 언급된 방법들을 구현하기 위해 컴퓨팅 하드웨어(computing hardware) 상에서 실행가능하다.

전기 공급망들(electrical supply networks)은 또한 "그리드들(grids)"로서 알려져 있으며 하나 이상의 발전기들(generators)로부터 하나 이상의 소비자들(consumers)로의 전력 연결들(power connections)을 제공하기 위해 이용된다. 하나 이상의 소비자들에 의해 소비되는 전력은 전기 공급망을 통해 하나 이상의 발전기들에 부과되는 전력 요구(power demand)에 대응한다. 전기 공급망들의 동작을 안정적으로 유지시키기 위해, 전력 요구와 하나 이상의 발전기들에 의해 발생되는 전력 간에 균형(balance)이 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나, 전력 요구와 발생되는 전력은 모두 시간의 함수로서 변동(fluctuating)하기 쉽다. 예를 들어, 하나 이상의 발전기들은 하나 이상의 재생가능한 에너지원들(renewable energy sources)을 포함하는데, 예를 들어, 조력(tidal power) 그리고/또는 풍력발전용 터빈들(wind turbines)에 대한 풍력(wind power)을 포함한다. 더욱이, 전력 요구는 하나 이상의 사용자들이 근무 시간(working day)이 끝날 무렵에 그들의 전기 차량들(electrical vehicles)의 배터리들을 재충전하기 위해 자신들의 전기 차량들을 연결하는 것을 포함한다(예를 들어, 하이브리드 차량들(hybrid vehicles)이 플러그-인(plug-in)된 상황).

앞서 언급된 상황에 대처하기 위해, 스마트-그리드 기법들(smart-grid techniques)을 이용하는 것이 알려져 있는바, 이러한 기법들은 예를 들어, 전력 요구와 발생 전력 간에 균형이 유지되도록 다양한 사용자 전기 부하들(user electrical loads)을 선택적으로 스위칭온(switching on) 및/또는 스위칭오프(switching off)시킴으로써 예컨대 발생된 가용 전력과 매칭(matching)되게 전력 요구를 제어하는 것을 포함한다. 더욱이, 과다한 전력이 발생된 경우 에너지를 흡수함과 아울러 또한 하나 이상의 발전기들에 의해 발생된 전력이 전력 요구를 충족시키에 불충분한 경우 에너지를 방출시키는 것을 모두 행하기 위해 에너지 저장 디바이스들을 전기 공급망에 연결시켜 이용하는 것이 알려져 있다. 에너지 저장 디바이스들이 축전지들인 경우, 예를 들어, 전자 스위칭 컨버터들(electronic switching converters)과 인터페이싱(interfacing)함으로써 전기 공급망들에 결합되는 축전지들인 경우, 전기 공급망 노이즈(electrical supply network noise)를 갖는 문제점이 있는바, 예컨대, 그 교번하는 동기형 동작 주파수(alternating synchronous frequency of operation), 즉, 미국에 대해서는 60 Hz의 공칭값을 갖고 유럽에 대해서는 50 Hz의 공칭값을 갖는 동작 주파수에 관해 노이즈 문제가 있다. 전기 공급 그리드의 순간 균형(instantaneous balance)에 따라 공칭 주파수로부터 벗어날 수 있는 전기 공급망의 동기형 동작 주파수에 근거하여 하나 이상의 축전지들이 충전(charge) 혹은 방전(discharge)되는 경우, 만족스러운 배터리 상태, 즉 충전-상태(State-Of-Charge, SOC) 혹은 방전 상태를 유지시키는 것이 하나의 문제일 수 있다(특히, 전력 요구가 시간의 함수로서 변동하고 그리고/또는 발생 전력이 시간의 함수로서 변동함에 따라 전기 공급망들에 존재하는 앞서 언급된 전기 노이즈가 상당량 있게 되는 경우).

영국에서, 내셔널 그리드(National Grid)는 공급자들(suppliers)로부터의 주파수 조절 서비스들(frequency regulation services)에 대해 계약하여 주파수 조절을 유지한다. 제공되는 서비스들은 그리드 주파수에 따라 공급되는 에너지를 변경시키는 것과 관련되어 있다. 이러한 서비스들은, 공급자들이 하이형-응답(high-response)(즉, 순 에너지의 소비) 및 로우형-응답(high-response)(즉, 순 에너지의 발생) 모두를 제공할 수 있다는 점에서, 양-방향성 서비스들이다. 발전기들은 응답 전력을 제공하며, 여기서 그 제공되는 전력은 주파수에 따라 변하고 소정의 두릅 특성(droop characteristic)을 갖는바, 이것은 정상 응답(normal response)이다. 그리드 주파수와 전달 전력 간의 선형 관계를 제공하는 관련 특성이 있으며, 이에 따라 영국에서 발전기는 50.5 Hz에서 전체 응답 전력(full response power)을 소비하고 49.5 Hz에서 전체 응답 전력을 전달하게 된다. 이것은 49.5 Hz < f < 50.5 Hz에 의해 정의되는 그리드 주파수들(f)의 범위 내에서 아래의 등식 1(방정식 1)로 표현될 수 있다.

배터리 에너지 저장소는 주파수 응답형 서비스(frequency responsive service)를 제공할 수 있다. 소정의 배터리 에너지 저장소는 하이형-응답들 및 로우형-응답들을 모두 제공할 수 있다. 그러나, 이러한 소정의 배터리 에너지 저장소는 단지 정의된 에너지 저장 한계들 내에서만 동작할 수 있다. 소정의 배터리 에너지 저장소의 충전-상태(SOC)에 따라 응답 특성을 조정(modifying)함으로써 더 작은 배터리가 유용한 응답을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

본 개시내용은 예를 들어, 전력망들에 주파수 응답형 서비스를 제공하는 경우 저장 에너지를 정정 혹은 관리하기 위한 개선된 장치를 제공하려는 것이다.

더욱이, 본 개시내용은 예를 들어, 전력망들에 주파수 응답형 서비스를 제공하는 경우 저장 에너지를 정정 혹은 관리하는 개선된 방법을 제공하려는 것이다.

제 1 실시형태에 따르면, 첨부된 청구항 제1항에서 정의되는 바와 같은 장치가 제공되는바, 즉, 전력 공급망(electrical power supply network)에 부하 균형화 서비스(load balancing service)를 제공하는 경우 순 에너지를 정정하기 위한 장치가 제공되며, 여기서 부하 균형화 서비스는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들을 포함하고, 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들은 전력 공급망에 그리고/또는 전력 공급망에서 공급되는 에너지로부터 각각 방전 및/또는 충전되며, 앞서의 장치는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들과 관련되며 전력 공급망의 동작 주파수(f)에 따라 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 충전-상태(SOC)를 제어하도록 동작가능하고, 앞서의 장치는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들이 공칭 충전값(nominal charge)에서 유지되도록 보장하기 위해 주파수에서 있어서 피크 고-편위들(peak high-excursions) 및/또는 피크 저-편위들(peak low-excursions)의 편향(bias)을 적용하도록 동작가능하다는 점에 특징이 한다.

본 발명은 응답형 서비스를 제공하기 위해 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 에너지 저장 용량(energy storage capacity)이 더 효과적으로 이용된다는 점에서 이롭다.

선택에 따라서는, 앞서의 장치에서, 에너지 저장 디바이스들은, 밀봉된 납산 배터리들(sealed Lead acid batteries), 관성 플라이휠 에너지 저장 디바이스들(inertial flywheel energy storage devices), 슈퍼커패시터들(supercapacitors), 공기 배터리들(air batteries) 중 적어도 하나를 포함한다.

선택에 따라서는, 앞서의 장치는 에너지 저장 디바이스들의 충전-상태(SOC)를 관리하기 위해 구분적 선형 제어 알고리즘(piecewise linear control algorithm)을 이용하도록 동작가능하다.

제 2 실시형태에 따르면, 전력 공급망에 부하 균형화 서비스를 제공하는 경우 순 에너지를 정정하기 위한 장치를 사용하는 방법이 제공되며, 여기서 부하 균형화 서비스는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들을 포함하고, 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들은 전력 공급망에 그리고/또는 전력 공급망에서 공급되는 에너지로부터 각각 방전 및/또는 충전되며, 앞서의 방법들은,

(a) 전력 공급망의 동작 주파수(f)의 함수로서 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 충전-상태(SOC)를 제어하도록 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들과 관련되어 있는 장치를 동작시키는 단계와; 그리고

(b) 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들이 공칭 충전값에서 유지되도록 보장하기 위해 주파수에서 있어서 피크 고-편위들 및/또는 피크 저-편위들의 편향을 적용하도록 앞서의 장치를 동작시키는 단계를 포함한다 점에 특징이 한다.

선택에 따라서는, 앞서의 방법에서, 앞서의 장치는 에너지 저장 디바이스들의 충전-상태(SOC)를 관리하기 위해 구분적 선형 제어 알고리즘을 이용하도록 동작가능하다.

제 3 실시형태에 따르면, 머신-판독가능 데이터 저장 매체들(machine-readable data storage media) 상에 기록되는 소프트웨어 제품이 제공되며, 여기서 소프트웨어 제품은 제 2 실시형태를 따르는 방법을 구현하기 위해 컴퓨팅 하드웨어 상에서 실행가능하다는 점에 특징이 한다.

제 4 실시형태에 따르면, 전기 그리드(electricity grid)가 제공되며, 여기서 전기 그리드는 동작시 전기 그리드에 응답형 서비스를 제공하기 위해 제 1 실시형태를 따르는 장치를 포함한다.

제 5 실시형태에 따르면, 전력 공급망에 부하 균형화 서비스를 제공하는 경우 배터리 불감-대역을 처리하기 위한 장치가 제공되며, 여기서 부하 균형화 서비스는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들을 포함하고, 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들은 전력 공급망에 그리고/또는 전력 공급망에서 공급되는 에너지로부터 각각 방전 및/또는 충전되며, 앞서의 장치는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들과 관련되며 전력 공급망의 동작 주파수(f)의 함수로서 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 충전 상태를 제어하도록 동작가능하고, 앞서의 장치는 동작 주파수(f)에 존재하는 노이즈로 인해 일어나게 되는 재충전 및 충전 싸이클들의 수를 감소시키기 위해 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 방전 및 재충전에 히스테리시스 응답(hysteresis response)을 적용하도록 동작가능하고, 히스테리시스 응답은 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 복수의 그룹들에 복수의 불감-대역들로서 적용되고, 불감-대역들은 하나 이상의 디바이스들이 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 과충전(overcharging) 및 과방전(deep discharging)을 피하는 동작 영역에서 유지되도록 선택되고 서로 중첩(overlapping)한다는 점에 특징이 한다.

선택에 따라서는, 앞서의 장치에서, 에너지 저장 디바이스들은, 밀봉된 납산 배터리들, 관성 플라이휠 에너지 저장 디바이스들, 슈퍼커패시터들, 공기 배터리들 중 적어도 하나를 포함한다.

제 6 실시형태에 따르면, 전력 공급망에 부하 균형화 서비스를 제공하는 경우 배터리 불감-대역을 처리하기 위한 방법이 제공되며, 여기서 부하 균형화 서비스는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들을 포함하고, 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들은 전력 공급망에 그리고/또는 전력 공급망에서 공급되는 에너지로부터 각각 방전 및/또는 충전되며, 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들과 관련되어 있는 임의의 장치는 전력 공급망의 동작 주파수(f)의 함수로서 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 충전 상태를 제어하도록 동작가능하고, 앞서의 방법은,

(a) 동작 주파수(f)에 존재하는 노이즈로 인해 일어나게 되는 재충전 및 충전 싸이클들의 수를 감소시키기 위해 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 방전 및 재충전에 히스테리시스 응답을 적용하도록 앞서의 장치를 사용하는 단계와; 그리고

(b) 히스테리시스 응답을 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 복수의 그룹들에 복수의 불감-대역들로서 적용하는 단계를 포함하며, 불감 대역들은 하나 이상의 디바이스들이 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 과충전 및 과방전을 피하는 동작 영역에서 유지되도록 선택되고 서로 중첩한다는 점에 특징이 한다.

제 7 실시형태에 따르면, 머신-판독가능 데이터 저장 매체들 상에 기록되는 소프트웨어 제품이 제공되며, 여기서 소프트웨어 제품은 제 6 실시형태를 따르는 방법을 구현하기 위해 컴퓨팅 하드웨어 상에서 실행가능하다는 점에 특징이 한다.

본 발명의 특징들은 첨부되는 청구범위에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 조합들로 결합이 용이하다는 것이 이해될 것이다.

본 개시내용의 실시예들이 단지 예시적으로 아래의 도면들을 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 1은 전력 공급 시스템을 나타낸 것이며, 이러한 전력 공급 시스템은 전기 공급망, 하나 이상의 발전기들, 하나 이상의 전력 소비자들, 및 부하 균형화 장치를 포함하고, 여기서 부하 균형화 장치는 전기 공급망의 부하 균형화를 보조하기 위해 전기 공급망에 대해 에너지를 수신 및/또는 공급하기 위한 하나 이상의 축전지들을 포함한다.
도 2는 도 1에서의 부하 균형화 장치로부터의 부하 균형화 응답을 예시한 것이다.
도 3은 도 1에서의 부하 균형화 장치로부터의 대안적 부하 균형화 응답을 예시한 것이다.
도 4는 그리드에 연결된 전형적인 발전기로부터 전달되는 응답 전력을 예시한 것이며 주파수 응답을 제공하고 있고, 본 도면에서, 특성 1은 이상적으로 선형 관계이며, 전달되는 전력은 주파수에 따라 변하고, 영국에서, 공칭 그리드 주파수는 50.000 Hz이며, 이상적인 특성은 제로 응답 전력(zero response power)이고, 제시된 예의 경우, 49.5 Hz에서는 6 MW의 로우형 응답이 전달되고 50.5 Hz에서는 6 MW의 하이형 응답이 전달된다.
도 5는 100일의 기간 동안(즉, 2013년 6월 17에 시작된 기간 동안) 시간의 함수로서 그리드 주파수의 변동(2)을 예시한 것이고, 주파수 히스토리(frequency history)(3)는 6시간의 확대된 스케일(magnified scale) 동안 특성 1의 확장 부분(expanded portion)이다.
도 6은 주파수 히스토리(2)를 갖는 경우 주파수 특성 1에 따라 이상적인 발전기에 의해 전달되는 응답 전력의 히스토그램이고, 히스토그램의 y-축은 로그 스케일(log scale)로 도시되었고, 총 0.57×10⁶개의 데이터 지점들이 존재하는바 이것은 15초 해상도(resolution)에 대응한다.
도 7은 그리드 주파수(2)에 관하여 특성 1에 의해 정의되는 응답 전력을 제공하는 경우 5.5 MWh의 저장 용량을 갖는 축전지의 충전-상태(SOC)를 예시한 것이고, 배터리는 공칭값에서 그 용량의 50%인 SOC로부터 시작하고, 이렇게 모델링된 상황에서, 배터리의 용량은 초과되고 있고 SOC는 -160% 내지 149% 범위임이 이해될 것이고, 보다 실제적으로는 18 MWh 배터리가 그 전체 SOC 범위를 초과함이 없이 잠재적으로 사용될 수 있으며, 하지만 이러한 더 큰 용량의 배터리는 본 개시내용에서 설명되는 다른 해법들과는 대비하여 세 배 이상 비쌀 것이다.
도 8은 그 특성이 세 개의 상수들, k₁, k₂, 및 k₃에 의해 설정되는 SOC 편향 함수(SOC biasing function)(6)를 예시한 것이다.
도 9는 SOC 편향 함수(6)에 의존하여 적용된 주파수 특성들 7, 8, 9, 10 및 11에 따라 수 개의 조정된 응답 전력을 예시한 것이다.
도 10은 주파수 히스토리(2)가 현재 배터리 충전-상태에 근거하여 선택되는 조정된 응답 특성들에 적용되는 경우 5.5 MWh 배터리에 대한 배터리 충전-상태(SOC)를 예시한 것이고, 충전-상태 변동은 실질적으로 개선되었고, 관련된 응답 시스템은 5.5 MWh 배터리로 동작할 수 있으며, 아울러 발전기 고장과 같은 잠재적 그리드 고장 상태에 응답하기 위해 충분한 에너지 저장을 보유할 수 있는데, 이러한 그리드 고장 상태는 잠재적으로 그리드 주파수가 감소 혹은 증가하게 할 수 있고, 이는 고장 상태 동안 응답 전력의 전체 전달을 요구할 수 있다.
도 11은 편향이 이루어진 조정된 응답 특성들에 대해 전달되는 응답 전력의 히스토그램(13)이고, 총 응답 에너지는 실질적으로 동일함이 이해될 것인바, 즉 이것은 이로운 특성이다.
도 12는 동일한 그리드 주파수 히스토리(2)를 편향이 이루어진 조정된 응답 특성들에 적용한 경우 겪게 되는 배터리 충전-상태의 히스토그램이고, 대안적으로는 확률 분포 함수 그래프인데, 즉, 히스토그램(14)에서 예시되는 바와 같고, 이것은 히스토그램(15)에서 예시되는 바와 같은 정상 발전기 응답 특성들과 비교되고 있으며, 크게 감소된 충전 상태 범위 및 이에 따른 배터리 크기가 여기서 명확히 입증되고 있다.
수반되는 도면들에서, 밑줄이 있는 번호는 그 밑줄이 있는 번호가 위치하고 있는 아이템(item)을 나타내기 위해 사용되거나 혹은 그 밑줄이 있는 번호가 인접하고 있는 아이템을 나타내기 위해 사용된다. 밑줄이 없는 번호는 그 밑줄이 없는 번호를 해당 아이템에 연결하는 라인(line)에 의해 식별되는 그러한 아이템과 관련된다. 번호에 밑줄이 없고 관련 화살표를 수반하는 경우, 그 밑줄이 없는 번호는 화살표가 가리키는 전체 아이템을 식별시키기 위해 사용된다.

전반적으로 볼 때, 도 1을 참조하면, 도면번호 18로 전체적으로 표시되어 있는 전기 공급 시스템은, 하나 이상의 전력 발생기들(20), 전기 공급망(30), 및 하나 이상의 소비자들(40)을 포함한다. 하나 이상의 전력 발생기들(20)은 예를 들어, 석탄-화력 발전소들(coal-fired power stations), 풍력 터빈들(wind turbines), 지열 에너지 발전기들(geothermal energy generators), 태양 전지들(solar cells), 가스 터빈 발전기들(gas turbine generators), 원자력 발전소(nuclear power plant), 해양 파도 에너지 발전소(ocean wave energy generating plant), 해양 열 에너지 발전기들(ocean thermal energy generators) 중 하나 이상을 포함한다. 하나 이상의 소비자들(40)은 공장들, 병원들, 학교들, 주거용 시설물들(domestic premises), 운송 시스템들(transport systems)을 포함하지만 이러한 것으로만 한정되는 것은 아니다. 전기 공급망(30)은 오버헤드 갠트리 송전탑들(overhead gantry pylons), 그라운드 케이블들(grounds cables), 스위칭 스테이션들(switching stations), 변압기들(transformers) 등을 포함한다.

일반적으로 미국에 대해서는 60 Hz 그리고 유럽에 대해서는 50 Hz인 공칭 동작 주파수(f₀)를 갖는 교류(alternating current)(a.c.) 형태의 전기로 전기 공급 시스템(18)을 동작시키는 것이 종래에 실시되고 있다. 동작시, 전기 공급 시스템(18)의 운용자는 하나 이상의 발전기들(20)에 의해 발생된 전력을 하나 이상의 소비자들(40)에 의해 나타나는 전력 요구와 매 순간마다 매칭시키기 위해 시도한다. 실제에 있어서, 이러한 매칭은 완전하지 않고, 이에 따라 앞서 언급된 공칭 동작 주파수(f₀)는 완벽하게 유지되지 않게 되는바, 이는 예를 들어, 아래의 등식 1(방정식 1)에 의해 표현되는 바와 같다.

여기서,

hi_excursion = 공칭 주파수(f₀)보다 위에 있는 주파수 편위들(frequency excursions)이고,

lo_excursion = 공칭 주파수(f₀)보다 아래에 있는 주파수 편위들이다.

전기 공급 시스템(18)이 본 개시내용에 따라 구현되는 경우, 부하 균형화 서비스(50)가 전기 공급망(30)에 결합되고, 여기서 부하 균형화 서비스(50)는 하나 이상의 재충전가능 축전지들을 포함하는바, 예를 들어, 밀봉된 납산 배터리들(Sealed Lead Acid batteries, SLA)를 포함한다(하지만, 리튬-기반 배터리들과 같은 다양한 타입의 배터리가 대안적으로 이용될 수 있음). 하나 이상의 발전기들(20)이 단기간 동안 발생시킬 수 있는 전력보다 더 많은 전력을 하나 이상의 소비자들(40)이 소비하는 경우, 부하 균형화 서비스(50)는 하나 이상의 축전지들로부터 획득된 전력을 전기 공급망(30)에 공급하도록 동작가능하다. 더욱이, 하나 이상의 발전기들이 하나 이상의 소비자들에 의해 요구되는 전력보다 더 많은 전력을 발생시키는 기간에, 부하 균형화 서비스는 하나 이상의 축전지들을 다시 재충전하도록 동작가능하다.

하나 이상의 축전지들을 만족스러운 충전-상태(SOC)에서 계속 유지시키기 위해, 이들은 과-충전되지 않아야 하며 또한 과하게 방전되지 않아야 한다. 과충전은 하나 이상의 축전지들 내에 있는 전해액(electrolyte)이 가스 성분들(gaseous components)로 전해되게 할 수 있으며, 반면 과방전은 하나 이상의 축전지들 내에서 비가역적 침전 화학 반응들(irreversible precipitate chemical reactions)을 일으킬 수 있다.

하나 이상의 축전지들의 충전 회로는 예를 들어, 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스들을 포함하며, 시스템(18)의 순간 주파수(f)에 따라, 방전에 관한 결정(즉, 전기 공급망(30)에 에너지를 공급하기 위한 결정)을 하거나, 혹은 재충전에 관한 결정(즉, 전기 공급망(30)으로부터 에너지를 흡수하기 위한 결정)을 한다. 등식 1(방정식 1)에서 정의된 바와 같이 순간 주파수(f)는 평균적으로 공칭 주파수(f₀)가 돼야만 하지만, 실제로서 종종 그렇지 못하다. 더욱이, 하나 이상의 소비자들(40)에서의 복합적 형태의 부하들이 스위칭온 및 스위칭오프되기 때문에 순간 주파수(f)는 잠재적으로 노이즈가 있는 신호이다. 따라서, 순간 주파수(f)에 근거하여 하나 이상의 축전지들의 방전 및 충전을 제어하는 것은 신뢰가능하지 않음과 아울러 이것은 동작시 앞서 언급된 응답형 서비스를 제공하는 경우 하나 이상의 축전지들의 조기 저하(premature degradation)를 일으킬 수 있음을 알 수 있다.

하나 이상의 저장 디바이스들(예를 들어, 밀봉된 납산 축전지들)의 신뢰가능하지 않은 방전 및 충전의 문제들에 대처하기 위해, 부하 균형화 서비스(50)에서 이용되는 방전 및 재충전 체계에 도 2에서 예시되는 바와 같이 히스테리시스가 유리하게 이용될 수 있는바, 여기서 불감-대역은 적용된 히스테리시스에 대응한다. 도 2에서, 가로 축(abscissa axis)(100)은 순간 그리드 동작 주파수(f)를 표시하고, 여기서 50.0 Hz는 공칭 그리고 주파수(f₀)에 대응한다. 세로 축(ordinate axis)(110)은 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들로부터의 충전 및 방전 동작들을 표시한다. 선택에 따라서는, 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들에 대한 불감-대역들은 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들 내에서 무작위화(randomize)되는바, 달리 말하면, 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들은 복수의 그룹들로 더-세분화(sub-divide)되는데, 여기서 각각의 그룹은 충전 및 방전에 대해 대응하는 히스테리시스 및 관련된 불감-대역을 갖도록 제어된다. 유리하게, 불감-대역들은 예를 들어, 시간의 함수로서 무작위화된다. 예를 들어, 도 3에서는, 두 개의 서로 함께 이용되는 상이한 불감-대역들이 제시되어 있는바, 도면번호 102A, 120B에 의해 표시된 바와 같이 이들 불감-대역들은 충전 및 방전 응답들을 제공하는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들에 대해 이용된다. 불감-대역들이 적용되고, 이에 따라 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들은 과충전되지 않게 되며 혹은 과하게 방전되지 않게 되고, 부하 균형화 서비스(50)는 공칭 주파수(f₀)에서의 공칭값으로 순간 (동기형 동작) 주파수(f)를 유지시키는 것을 보조하게 되며, 순간 (동기형 동작) 주파수(f)에서의 노이즈로 인해 부하 균형화 서비스(50)가 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들을 방전시키고 재충전시키는 스위칭이 너무 빈번하게 일어나지 않게 되는바, 이러한 빈번한 스위칭은 잠재적으로 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들(예를 들어, 앞서 언급된 하나 이상의 밀봉된 납산 축전지들)의 과도한 싸이클링(cycling)을 일으켜 이들 디바이스들의 동작 수명을 감소시킬 수 있는 것이다.

부하 균형화 서비스(50)에서의 하나 이상의 축전지들에 관해 언급하고 있지만, 다른 타입의 에너지 저장 디바이스들이 여기서 추가적으로 혹은 대안적으로 이용될 수 있음이 이해될 것인바, 이러한 다른 타입의 에너지 저장 디바이스들의 예로는 관성 에너지 저장소(진공 플라이휠들(vacuum flywheels)), 리튬 재충전가능 배터리들, 산화 아연 공기 배터리들, 슈퍼커패시터들 등이 있다.

부하 균형화 서비스(50)를 제공하는 하나의 해법은 부하 균형화 서비스(50)가 겪게 되는 피크 편위들(peak excursions)(예를 들어, 필요에 따라 hi_excursion 및/또는 lo_excursion) 중 하나를 편향시키는 것이다. 부하 균형화 서비스(50)에 의해 제공되는 피크 응답을 편향시킴으로써 하나 이상의 축전지들의 충전-상태(SOC)에 관한 "캐치업(catch up)"을 후속적으로 실행할 수 있다. 이러한 캐치-업은 다음과 같이 구현될 수 있다.

(a) 실행 평균(즉, 연속적인 캐치-업)으로서 구현될 수 있음, 혹은

(b) 시간 대역들(예를 들어, 시간 00:00 내지 시간 04:00)에 의해 캐치-업이 구현되는 때를 정의함으로써 구현될 수 있음, 혹은

(c) 새로운 응답 피크 주파수에 관해 전기 공급망(30)의 운영자(예를 들어, 내셔널 그리드(National Grid, NG))와 협상함으로써 구현될 수 있음.

본 개시내용의 실시예들은 유리하게 그리드-연결 에너지 저장 시스템에 적용되는바, 이러한 시스템은 저장 배터리의 충전과 방전을 제공하는 인버터 시스템 및 그리드 연결 정류기에 모두 연결된 하나 이상의 능동형 배터리 관리 시스템들과 함께 수천 개의 개개의 전지들로부터 구성되는 대형 배터리를 포함한다. 그리드 주파수 측정 디바이스는 하나 이상의 능동형 배터리 관리 시스템들의 컴퓨팅 하드웨어에 순간 그리드 주파수 측정치들을 제공한다. 하나 이상의 배터리 관리 시스템들은 집계된 배터리 저장 충전-상태(SOC) 측정치를 동일한 컴퓨팅 하드웨어에 제공한다. 컴퓨팅 하드웨어는 현재 배터리 충전-상태(SOC) 및 순간 그리드 주파수(f)의 측정치들에 근거하여 정류기를 제어하도록 동작가능하며, 또한 요구되는 바와 같은 응답 전력을 명령하도록 동작가능하다.

앞서 언급된 컴퓨팅 하드웨어를 동작시키는 방법에 관한 상세한 설명이 도 4 내지 도 12를 참조하여 이제 설명될 것인바, 컴퓨팅 하드웨어 내에서 실행되는 연산들을 정의하고 있는 그 기반이 되는 수학적 방정식들도 참조하여 설명될 것이다.

충전-상태(SOC) 편향 함수는 현재 배터리 충전-상태(SOC)의 측정치로부터 계산된다. 상이한 응답 특성들을 제공하기 위해 서로 다를 수 있는 세 개의 정의형 상수들이 존재하는바, 이들은 도 8에서 예시되어 있다. 상수 k₁은 정상 발전기 응답 특성이 적용되는 충전-상태(SOC)의 대역을 정의한다. 상수 k₂는 가변 편향 특성 적용되는 대역을 정의한다. 상수 k₃은 최대 충전-상태(SOC) 편향 특성을 정의한다.

이러한 실시예에서, 목표 공칭 충전 상태(SOC_nom)에 중심을 둔 구분적 선형 특성이 아래의 등식 2(방정식 2)에서의 관계에 의해 정의될 수 있다.

여기서 변곡 지점들(inflection points)은 다음과 같다.

방정식 2에서의 관계는 측정된 충전-상태(SOC)에 의존하는 SOC 편향 인자를 확립한다.

조정된 응답 에너지 대 그리드 주파수 특성은 측정된 충전-상태(SOC) 및 측정된 순간 그리드 주파수(f)를 사용하여 컴퓨팅된다. 이러한 특성은 다시 구분적 선형이고 잠재적으로 두 개의 그래디언트들(gradients)을 갖고 있다. 이러한 그래디언트들은 공칭 주파수(f₀)로부터 대칭적으로 오프셋(offset)되어 있는 주파수의 두 지점들에서 변한다. 영국, 내셔널 그리드에서, 즉 영국에 대한 전기 공급망 운영자는 대역 49.8 Hz < f < 50.2 Hz 내에서 정상 그리드 주파수(f₀)를 유지시키도록 요구된다. 이러한 대역 밖으로의 임의의 편위는 비정상 동작으로서 고려된다. 이러한 동작 특성은 컴퓨팅 하드웨어로 하여금 임의의 정의된 대역 밖에서의 동작은 비정상이고 고장 상태라는 정보로 그래디언트를 스위칭시키도록 할 수 있다.

충전-상태(SOC)가 원하는 것보다 더 낮다면(즉, 상수 k₁에 의해 정의된 영역 밖에 있다면), 조정된 응답 특성이 선택되도록 그래디언트들이 선택된다. 특성 8은 (상수 k₃에 의해 설정된) 최대 편향 및 33% SOC에서 선택되고, 특성 9는 SOC 30%에 의해 유리하게 설정된다. 상수 k₁에 의해 설정된 하위 범위보다 더 작은 SOC에 대해, 특성은 정상 발전기와 유사하고, SOC가 더 공격적 "정정(correcting)" 특성들로 이탈함에 따라 점진적으로 전이(transitioning)가 일어남이 이해될 것이다. 더욱이, 낮은 충전-상태(SOC)에서, 그 조정된 편향 특성은 부하 균형화 서비스(50)로 하여금 더 작은 (낮은 주파수) 방전 응답을 정상 동작 그리드 주파수 범위 내에서 출력하도록 하고, 더 큰 (높은 주파수) 충전 응답을 출력하도록 한다는 것이 이해될 것이다. 유사하게, 만약 충전-상태(SOC)가 공칭값보다 더 높다면, 대응하는 반대 특성은 배터리 충전-상태(SOC)가 공칭값으로 되돌아가게 할 것이다. 측정된 충전 상태에 따라 정상 동작 주파수 대역 내에서 배터리 내로의 전력 및 배터리 밖으로의 전력을 적절하게 감소 혹은 증가시킴으로써, 컴퓨팅 하드웨어는 배터리 충전-상태(SOC)가 공칭 SOC를 향해 되돌아가게 할 것이다. 특성들의 대칭은 오랜 시간에 걸쳐 평균화된 에너지/전달된 응답 전력의 적분이 동일함을 의미한다.

이러한 실시예에서, 현재 측정된 충전-상태(SOC) 및 순간 그리드 주파수(f)의 함수로서 그 전달된 응답 전력은 아래의 등식 3(방정식 3)에 의해 정의된다.

여기서 변곡 지점들은 아래와 같은 것에 의해 정의된다.

그리고, 주파수 대역 특성들(full_low, full_high, freq_nom 및 bias)은 그리드 주파수 특성들이다. 영국에서의 동작의 경우, 앞서 언급된 바와 같이, 이러한 변곡 지점들은 아래와 같은 변곡 지점들을 제공하도록 설정된다.

앞에서 정의된 등식 3(방정식 3)에는 도 9에서 제시되지 않은 선택적 불감-대역이 존재한다. 이러한 불감-대역은 제로 응답 전력이 전달되는 영역을 정의하고, 이것은 만약 그리드 주파수 및 측정 오류가 50.000 Hz 부근에서 유지돼야 한다면 전체 응답형 서비스(50)가 충전으로부터 방전으로 급격하게 연속적으로 스위칭하는 것을 피하는 하나의 방법이다. 대안적으로, 선택에 따라서는 히스테리시스가 이용된다.

시스템의 동작에서, 상수들 k₁, k₂ 및 k₃은 공칭 SOC 부근의 임의의 정의된 그리고 제한된 대역 내에서 충전-상태(SOC)를 유지하도록 설정된다. 이것은 정의된 그리고 알려진 특성들을 갖는 에너지 그리드 고장들에 응답을 제공하기 위해 에너지 헤드룸(energy headroom)을 제공한다. 영국에서, 전력 그리드 시스템 운용자는 단일의 고장 허용범위(fault tolerance)에 대해 계획하도록 요구되는데, 이러한 고장 허용범위는 낮은 주파수 이벤트들에서 대해서 가장 큰 발전소(예를 들어, 본 개시내용을 제출하는 때에는 사이즈웰 원자력 발전소(Sizewell nuclear power plant)(영국))의 손실이고 이것은 잠재적으로 대략 49.2 Hz로의 그리드 주파수 편위가 10초 내에 일어나도록 한다. 만약 전력망(30)(즉, 그리드)에 공급되는 낮은 주파수 응답 에너지가 소비 부하들과 발전 간에 순 에너지 균형을 복원하지 못한다면, 그리드 주파수(f)는 강제적 부하 차단이 소비자들(40) 중 정의된 일부분들에 정전(black out)을 일으켜 부하를 감소시키고 에너지 균형을 복원할 때까지 몇 초 더 계속 감소한다. 유사하게, 최악의 높은 주파수 이벤트들은 그리드 주파수(f)가 상승하게 하며, 이것은 배터리 에너지 저장 시스템들이 그들의 배터리를 소비 및 충전시키도록 요구한다.

앞서 언급된 컴퓨팅 하드웨어는 예시 및 설명된 바와 같은 복수의 바람직한 특징들을 유리하게 갖는다. 먼저, 충전-상태(SOC)는 더 조밀한 대역까지 관리되고, 이것은 그리드 주파수(f)의 이전 히스토리에 상관없이 그 요구된 배터리 크기를 감소시킨다. 내재적 SOC는 그리드 주파수의 적분과 관련된다(관계는 단속적). 전달된 응답 전력의 장기간 평균은 발전기의 장기간 평균과 동일하다. 더욱이, 장기간 평균 주파수 대 응답 전력 특성은 유지된다. 전체 응답 전력은 최악의 경우의 이벤트들 동안 언제나 전달된다. 소정의 시스템 운영자가 임의의 정의된 대역 내에서 그리드 동기 시간 클럭 오류(grid synchronous time clock error)를 관리해야 한다고 가정하면, 일정한 k₁ 상수 및 배터리는 발전기로부터 예측되는 바와 같은 비편향된 정상 응답을 제공하도록 조절될 수 있다.

더욱이, 앞에서 설명된 시스템은 선형이고 결정론적(deterministic)이며, 그리드 주파수(f)를 평균화하는 것, 혹은 그리드 주파수(f)의 히스토리를 사용하는 것, 혹은 디바이스들의 집단들을 사용하는 것에 따라 달라지지 않는다. 본 시스템은 예를 들어, 불리한 그리드 상태들에서 동작 신뢰도를 검증하기 위해 종래의 피드백 선형 시스템들에 의해 유리하게 모델링된다.

공칭 충전-상태 그리고 충전-상태에 대한 동작 대역은, 선택에 따라서는 앞서 언급된 바와 같이 그 정의형 특성들의 적절한 선택에 의해 에너지 저장 디바이스의 배터리 저장 화학에 대해 유리한 영역들에서 동작하도록 의도적으로 선택된다.

앞서 설명된 실시예는 조정된 응답 전력 특성 및 충전-상태 편향 함수를 정의하기 위한 구분적(piecewise) 선형 함수를 사용하고 있지만, 식별된 중요한 특성들을 가지며 정정용 편향이 정상 그리드 동작 주파수 범위에서 적용될 수 있게 하는 아울러 전체 응답 전력 전달을 가능하게 하는 그러한 임의의 수학적 함수를 대체로 사용하는 것이 가능하다. 더욱이, 정의된 주파수 범위들에 걸쳐 동일한 전력 전달을 위한 요건을 완화시킴으로써, 덜 바람직하지만 실행가능한 특성들이 획득될 수 있다.

유사하게 편향 알고리즘들에 대한 비-대칭 정정들이 선택에 따라서는 SOC 편향을 또한 일으킬 수 있는 충전/방전 회로들에서 비균등 손실들(unequal losses)을 정정하기 위해 적용된다(비록 앞에서 언급되어 설명된 시스템은 이러한 것들에 대해 자동으로 정정을 행할 것이지만). 더욱이, 충전-상태 관리 특성들은 선택에 따라서는 배터리 저장소 내의 개개의 서브-유닛들(sub-units)에 적용된다. 이것은 배터리/전지 균형을 관리하기 위해 유리하게 배터리의 일부분들이 소정의 충전 상태가 되게 할 수 있다.

설명된 실시예들은 주파수 응답을 제공하는 배터리 에너지 저장에 매우 유리하고, 이것은 임의의 에너지 저장 디바이스에 동등하게 적용될 수 있는데, 해당 디바이스가 수력전기 에너지 저장(hydroelectric energy storage), 압축 공기 에너지 저장(compressed air energy storage), 액화 공기 에너지 저장(liquefied air energy storage), 기계적 플라이휠 에너지 저장(mechanical flywheel energy storage), 수퍼 커패시터 에너지 저장(supercapacitor energy storage), 부하 디바이스들(load devices)의 집단들, 혹은 종래 기술에서 알려진 다른 것들에 기반을 두고 있는지 여부에 상관없이 적용될 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 응답형 서비스를 구현하기 위해 이용되는 배터리들의 그룹들 내에서, 배터리들은 높은 충전 상태 및 낮은 충전 상태 한계들 내에서 선택에 따라서는 서로 상이한 방전 상태들에서 동작된다. 대안적으로, 배터리들은 높은 충전 상태 및 낮은 충전 상태 한계들 내에서 선택에 따라서는 서로 유사한 방전 상태들에서 동작된다. 선택에 따라서는, 이용되는 배터리 기술들은 리튬 티타네이트 배터리들(Lithium Titanate batteries) 및/또는 바륨 티타네이트 배터리들(Barium Titanate batteries)을 포함하며, 이들 배터리들은 짧은 기간에 걸쳐 즉각적(즉, 높은 CV) 전력들을 위해 알맞으며 반면 긴 동작 수명을 갖고, 예를 들어, 납산 배터리들(예를 들어, SLA-타입 밀봉된 납산 겔 배터리들)에 대해 조합되어 이용된다.

본 개시내용의 다른 실시예들이 이제 설명될 것이다.

아래의 등식 4(방정식 4)에 의해 정의되는 충전-상태 편향 함수가 도입된다.

여기서, x는 충전-상태(SOC)이고, 상수 K₁은 해당 불감대역에 대해 어떤 정정도 적용되지 않고 응답이 정상인 그러한 불감대역을 정의하고, 상수 K₂는 SOC 인자가 한정되는 상위 한계를 정의하고, 그리고 상수 K₃은 조정 인자(modification factor)에 관한 한정값(cap)인바, 예를 들어 다음과 같다.

... 함수를 정의하는 상수들

... 응답 함수에서의 다양한 지점들

SOC 인자는 배터리 충전-상태(SOC)에 따라 +k₃에서 -k₃까지 변하는 함수이다.

SOC 인자는 응답 특성을 조정하기 위해 사용되며, 여기서 응답 특성들은 다섯 개의 영역들 갖는 구분적 선형 함수이고, 아래의 등식 5(방정식 5)에 의해 정의된다.

여기서 변곡 지점들은 다음과 같다.

즉, 예를 들어,

그리고 조정된 응답 함수를 정의하는 지점들 및 그래디언트들은 제 1 부분의 그래디언트가 아래의 등식 6(방정식 6)에 의해 정의되도록 하는 그러한 것이고,

여기서, SOC 인자는 응답 특성들을 조정하기 위해 사용되며,

그리고 제 2 부분의 그래디언트는 아래의 등식 7(방정식 7)에 의해 정의된다.

대안적 방법은 선택에 따라서는 그리드 주파수 측정에 정정을 적용함으로써 응답을 조정하고, 여기서 공칭값으로부터 응답 및 그리드 주파수 편차는 선형이고 비례한다.

대안적으로, 필터(filter)가 선택에 따라서는 그리드 주파수 혹은 응답에 적용되는바, 이것은 임의의 기간에 걸쳐 연속적으로 낮은 상태로 향하는 충전-상태(SOC)를 피하는 a.c. 커플링 기법(a.c. coupling technique)과 유사하게, 그리드 주파수의 낮은 주파수 시간 변동 성분들을 효과적으로 감소시킨다.

충전-상태(SOC)는 동기 클럭 오류와 직접적으로 관련되는데, 즉, 주전원 주파수(mains frequency)로부터 구동되는 클럭 상에서 측정된 시간은 그리드 주파수의 적분을 측정할 것인바, 이것은 시간이다. 대부분의 그리드 운영자들은 최대 시간 오류를 목표로 할 것인데, 왜냐하면 클럭들은 때때로 정확한 시간을 유지하기 위해 주전원을 사용하기 때문이며, 하지만 이러한 요건은 점점더 완화되고 있다. 영국의 경우, 도 4 내지 도 12에서 제시된 실제 그리드 데이터는 피크 시간 오류를 대략 20초이도록 설정한다.

대안적으로, 주파수 히스토리에 적용되는 차등-형 함수들(differentiation-type functions)이 필터의 형태가 되는데, 이러한 필터는 DC에 대해 제로 응답을 갖고 더 빠른 변동들에 대해서는 선형으로 증가하는 응답들을 가지며, 앞에서 설명된 본 개시내용의 실시예들에서 유리하게 이용된다.

앞에서 설명된 본 발명의 실시예들에 대한 변형들은 본 명세서에 수반되는 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 가능하다. 본 발명을 청구 및 설명하기 위해 사용된 "포함하는", "포함하며", "통합하는", "구성되는", "갖는", "존재하는"과 같은 표현들은 비-배타적 방식으로 해석되도록 의도된 것인바, 즉 이러한 표현들은 본 명세서에서 또한 명시적으로 설명되지 않은 아이템들, 컴포넌트들, 혹은 요소들이 존재할 수 있음을 허용한다. 단수형으로 언급된 것은 또한 복수형과도 관련되도록 해석돼야 한다. 본 명세서에서 수반되는 청구범위에서 가로 안에 포함된 번호들은 청구범위의 이해를 돕도록 의도된 것이며 어떤 방식으로든 이러한 청구범위에 의해 청구되는 주된 내용을 한정하는 것으로 해석돼서는 안 된다.

Claims

전력 공급망(electrical power supply network)(30)에 부하 균형화 서비스(load balancing service)(50)를 제공하는 경우 순 에너지(net energy)를 정정(correcting)하기 위한 장치로서,
상기 부하 균형화 서비스(50)는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들(energy storage devices)을 포함하고, 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들은 상기 전력 공급망(30)에 그리고/또는 상기 전력 공급망(30)에서 공급되는 에너지로부터 각각 방전(discharge) 및/또는 충전(charge)되며,
상기 장치는 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들과 관련되며 상기 전력 공급망(30)의 동작 주파수(operating frequency)(f)의 함수로서 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 충전 상태(State-Of-Charge, SOC)를 제어하도록 동작가능하고,
상기 장치는, 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들이 공칭 충전값(nominal charge)에서 유지되도록 보장하기 위해 주파수에서 있어서 피크 고편위들(peak high-excursions) 및/또는 피크 저편위들(peak low-excursions)의 편향(bias)을 적용하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는, 전력 공급망에 부하 균형화 서비스를 제공하는 경우 순 에너지를 정정하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 에너지 저장 디바이스들은, 밀봉된 납산 배터리들(sealed Lead acid batteries), 관성 플라이휠 에너지 저장 디바이스들(inertial flywheel energy storage devices), 슈퍼커패시터들(supercapacitors), 공기 배터리들(air batteries) 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 전력 공급망에 부하 균형화 서비스를 제공하는 경우 순 에너지를 정정하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 장치는 상기 에너지 저장 디바이스들의 상기 충전 상태(SOC)를 관리하기 위해 구분적 선형 제어 알고리즘(piecewise linear control algorithm)을 이용하도록 동작가능한 것인, 전력 공급망에 부하 균형화 서비스를 제공하는 경우 순 에너지를 정정하기 위한 장치.
전력 공급망(30)에 부하 균형화 서비스(50)를 제공하는 경우 순 에너지를 정정하기 위한 장치를 사용하는 방법에 있어서,
상기 부하 균형화 서비스(50)는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들을 포함하고, 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들은 상기 전력 공급망(30)에 그리고/또는 상기 전력 공급망(30)에서 공급되는 에너지로부터 각각 방전 및/또는 충전되며,
상기 방법들은,
(a) 상기 전력 공급망(30)의 동작 주파수(f)의 함수로서 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 충전 상태(SOC)를 제어하도록 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들과 관련되어 있는 장치를 동작시키는 단계; 및
(b) 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들이 공칭 충전값에서 유지되도록 보장하기 위해 주파수에서 있어서 피크 고편위들 및/또는 피크 저편위들의 편향을 적용하도록 상기 장치를 동작시키는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 공급망에 부하 균형화 서비스를 제공하는 경우 순 에너지를 정정하기 위한 장치를 사용하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 장치는 상기 에너지 저장 디바이스들의 상기 충전 상태(SOC)를 관리하기 위해 구분적 선형 제어 알고리즘을 이용하도록 동작가능한 것인, 전력 공급망에 부하 균형화 서비스를 제공하는 경우 순 에너지를 정정하기 위한 장치를 사용하는 방법.
머신 판독가능 데이터 저장 매체들(machine-readable data storage media) 상에 기록되는 소프트웨어 제품(software product)으로서,
상기 소프트웨어 제품은 제4항에서 청구되는 바와 같은 방법을 구현하기 위해 컴퓨팅 하드웨어(computing hardware)에서 실행가능한 것을 특징으로 하는, 소프트웨어 제품.
전기 그리드(electricity grid)로서,
상기 전기 그리드는 동작시 상기 전기 그리드에 응답형 서비스(response service)를 제공하기 위해 제1항에서 청구되는 바와 같은 장치를 포함하는 것인, 전기 그리드.
전력 공급망(30)에 부하 균형화 서비스(50)를 제공하는 경우 배터리 불감 대역(battery dead-band)을 처리(addressing)하기 위한 장치로서,
상기 부하 균형화 서비스(50)는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들을 포함하고, 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들은 상기 전력 공급망(30)에 그리고/또는 상기 전력 공급망(30)에서 공급되는 에너지로부터 각각 방전 및/또는 충전되며,
상기 장치는 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들과 관련되며 상기 전력 공급망(30)의 동작 주파수(f)의 함수로서 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 충전 상태(SOC)를 제어하도록 동작가능하고,
상기 장치는 상기 동작 주파수(f)에 존재하는 노이즈(noise)로 인해 일어나게 되는 재충전 및 충전 싸이클들의 수를 감소시키기 위해 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 방전 및 재충전에 히스테리시스 응답(hysteresis response)(120)을 적용하도록 동작가능하고,
상기 히스테리시스 응답(120)은 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 복수의 그룹들에 복수의 불감 대역들로서 적용되고,
상기 불감 대역들은, 상기 하나 이상의 디바이스들이 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 과충전(overcharging) 및 과방전(deep discharging)을 피하는 동작 영역에서 유지되도록 선택되고 서로 중첩(overlapping)하는 것을 특징으로 하는, 전력 공급망에 부하 균형화 서비스를 제공하는 경우 배터리 불감 대역을 처리하기 위한 장치.
제8항에 있어서,
상기 에너지 저장 디바이스들은, 밀봉된 납산 배터리들, 관성 플라이휠 에너지 저장 디바이스들, 슈퍼커패시터들, 공기 배터리들 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 전력 공급망에 부하 균형화 서비스를 제공하는 경우 배터리 불감 대역을 처리하기 위한 장치.
전력 공급망(30)에 부하 균형화 서비스(50)를 제공하는 경우 배터리 불감 대역을 처리하기 위한 방법으로서,
상기 부하 균형화 서비스(50)는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들을 포함하고, 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들은 상기 전력 공급망(30)에 그리고/또는 상기 전력 공급망(30)에서 공급되는 에너지로부터 각각 방전 및/또는 충전되며,
상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들과 관련되어 있는 장치는 상기 전력 공급망(30)의 동작 주파수(f)의 함수로서 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 충전 상태(SOC)를 제어하도록 동작가능하고,
상기 방법은,
(a) 상기 동작 주파수(f)에 존재하는 노이즈로 인해 일어나게 되는 재충전 및 충전 싸이클들의 수를 감소시키기 위해 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 방전 및 재충전에 히스테리시스 응답(120)을 적용하도록 상기 장치를 사용하는 단계; 및
(b) 상기 히스테리시스 응답(120)을 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 복수의 그룹들에 복수의 불감 대역들로서 적용하는 단계
를 포함하고,
상기 불감 대역들은, 상기 하나 이상의 디바이스들이 상기 하나 이상의 에너지 저장 디바이스들의 과충전 및 과방전을 피하는 동작 영역에서 유지되도록 선택되고 서로 중첩하는 것을 특징으로 하는, 전력 공급망에 부하 균형화 서비스를 제공하는 경우 배터리 불감 대역을 처리하기 위한 방법.
머신 판독가능 데이터 저장 매체들 상에 기록되는 소프트웨어 제품으로서,
상기 소프트웨어 제품은 제10항에서 청구되는 바와 같은 방법을 구현하기 위해 컴퓨팅 하드웨어 상에서 실행가능한 것을 특징으로 하는, 소프트웨어 제품.