건물 에너지 효율 최적화를 위한 스마트 BEMS용 전력관리시스템(PCS-PMS) 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, energy policy paradigm has changed from supply-oriented to
demand-response policy. In addition, the need for efficient management
of renewable energy sources, such as new energy storage systems
(ESS) and solar power generation (Photovoltaic, PV), has increased, and
integrated efficiency model with ICT become needed for various
technologies, including peak control and dem
Therefore, this study suggests two things: one is to produce a Power
Conversion System (PCS) for the purpose of efficiently controlling
system connected with the existing grid power and renewable energy
sources and the energy storage device, and the other is to develop a
Power Management System (PCS-PMS) for smart BEMS, which
integrates a power management system (PMS) with management and
monitoring functions in each load.
For this purpose, this paper designed and implemented a lightweight
Bi-Directional PCS hardware with embedded ESS, that is able to control
a Variable Refrigerant Flow (VRF) in an independent operation.
Furthermore, this paper implies PCS-PMS that efficiently improves the
energy demand imbalance in buildings with heterogeneous distributed
power supply and that carries out a technology (Demand & Peak
control) to prevent energy disturbances in advance. At this time, the
PMS enables monitoring the operation status of the entire system and
identifying the power supply status, the current converted power as well
as the current supply power.
The implemented PCS-PMS system was applied to an 11-story
office building in Seoul and this confirmed power consumption reduction
and peak power reduction through power control and demand & peak
control. The system, which is suitable for air-conditioning system in
building, determined the effectiveness of building energy contro

국문 초록 (Abstract)

최근 에너지 정책은 공급 위주에서 수요반응 정책으로 패러다임이 변화하고 있다. 또한 새로운 에너지저장장치(Energy Storage System, 이하 ESS) 기술과 태양광 발전(Photovoltaic, 이하 PV) 등 다양한 신 재생에너지 공급원에 대한 효율적인 관리 기술의 필요성이 증대 하였고, 피크제어와 수요반응 등 다양한 기술에 ICT를 적용한 융․복합 효율화 모델이 필요로 하게 되었다.

따라서 본 연구에서는 기존 계통 전력과 신 재생에너지 공급원들과 에너지 저장장치가 연계된 시스템을 효율적으로 제어하기 위한 전력변환시스템(Power Conversion System, 이하 PCS)을 제작하고, 각 부하로 전력을 배분 및 저장 관리하고 감시하는 기능을 갖는 전력관리시스템(Power Management System, 이하 PMS)을 연계한 스마트 BEMS용 전력관리 PCS-PMS 통합 시스템을 제안한다.

이를 위하여 본 논문에서는 VRF(Variable Refrigerant Flow)를 독립운전 방식으로 제어가 가능하고, ESS가 내장된 계통 연계형 경량화된 Bi-Directional PCS 하드웨어를 설계 구현하였다. 또한 이종 분산 전원을 가진 건물에서 효율적으로 에너지 수급 불균형을 해결하고, 에너지 대란에 대한 사전 방지하는 기술(Demand & Peak 제어)을 구현한 PCS-PMS를 제안한다. 이때 PMS는 전체 시스템 작동 상태 모니터링을 가능하게 하며 전력 수급 현황 및 현재까지의 변환전력/공급전력을 확인할 수 있다.

구현된 PCS-PMS 시스템은 서울의 11층 사무용 빌딩에 적용하여 전력제어와 Demand & Peak 제어를 통하여 전력 에너지 사용량 감소와 피크 전력감소를 확인하였고, 이는 빌딩 공조 시스템에 적합한 시스템으로 빌딩 에너지 관리에 효과적인 결과를 나타내었다.

목차 (Table of Contents)

• 국문요약 01
• 제 1 장 서론 03
• 제 2 장 기존 연구 06
• 2.1 에너지 네트워크 고효율 시스템 기술 개발 현황 06
• 2.2 에너지 저장 시스템 07
• 2.2.1 에너지 저장 시스템의 구성 07
• 2.2.2 에너지 저장 시스템 11
• 2.2.3 스마트 그리드와 에너지 저장창치 12
• 2.3 제안하는 PCS-PMS 시스템의 주요 이슈 15
• 제 3 장 본론 19
• 3.1 Power Conversion System(PCS) 19
• 3.1.1 시스템 구조 19
• 3.1.2 PCS 시스템 구조 및 사양 19
• 3.2 하드웨어 설계 24
• 3.2.1 변압기 설계 27
• 3.2.2 필터 리액터(Filter Reactor) 선정 28
• 3.2.3 필터 커패시터(Filter Capacitor) 선정 31
• 3.2.4 CT 선정 32
• 3.2.5 MCCB 선정 33
• 3.2.6 스위칭 소자 구동 드라이버 설계 34
• 3.2.7 파워 스텍 설계 38
• 3.2.8 PCS 제어 알고리즘 개발 41
• 3.3 Bi-Directional PCS의 성능 테스트 43
• 3.3.1 Bi-Directional PCS의 전류 제어 43
• 3.3.2 Bi-Directional PCS의 EMC 테스트 47
• 3.4 PCS에서의 전력제어 - PC/DR 50
• 3.4.1 Demand Control을 위한 에너지 사용량 예측 알고리즘 50
• 3.4.2 PCS에서의 전력제어-Demand & Peak 제어 51
• 3.5 PMS 인터페이스 53
• 3.6 지능 제어 54
• 제 4 장 성능 분석 56
• 4.1 하드웨어 성능 56
• 4.2 Smart BEMS용 전력관리시스템 성능 평가 60
• 제 5 장 결론 64
• 참고문헌 67
• 색인 68
• 초록 71

참고문헌 (Reference)

1. “ 건물용에너지저장 장치(ESS)의 전력변환 시스템(PCS) 기술,”, 송용희, 최중묵, 최규하, 한석우, 조명전기 설비학회지, vol. 28. no. 3. pp57∼63, , 2014

2. 효율적인 사무용 에너지 관리를 위한 에너지 사용 패턴 분석 및 AECP(어댑티브 에너지 소비 예측),, 윤석호, 김승연, 조중호, 컴퓨팅, 전자 및 통신 분야 발전 2017년 5월 11-14페이지, , 2017

3. 에너지 저장 시스템 (ESS)용 배터리의 운전조건에 따른 성능 저하 및 태양광 연계형 ESS 모니터링 연구, 정한주, 이홍기, 정윤이, 정연기, 이재영, 한국수소 및 신에너지학회 제25권 제3호 pp.311～318,