[논문]ISO/IEC 15118기반 V2G 환경에서 전기자동차 유연성 검토

이상환; 조규상; 이상영; 김영우; 손성용

doi:10.17661/jkiiect.2021.14.1.91

ISO/IEC 15118기반 V2G 환경에서 전기자동차 유연성 검토
EV Flexibility Availability for V2G Considering ISO/IEC 15118 Charging Protocol 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.14 no.1, 2021년, pp.91 - 97

이상환 (Department of Nano Science and Technology, Gachon University) , 조규상 (Department of Nano Science and Technology, Gachon University) , 이상영 (Department of Nano Science and Technology, Gachon University) , 김영우 (Department of Computer Science and Engineering, Kyung Hee University) , 손성용 (Department of Electronic Engineering, Gachon University)

초록
AI-Helper

전기자동차를 이용하여 계통에 전력을 공급하는 Vehicle to Grid(V2G)의 구현을 위한 통신표준으로 ISO/IEC 15118이 적용되고 있다. 통신 프로토콜에 기반을 두는 전기자동차의 충방전 제어 시에 필연적으로 충방전 실행까지의 시간지연이 발생하게 되는데, 이러한 시간지연은 전력 유연성 공급 측면에서 제한의 요인이 된다. 본 연구에서는 ISO/IEC 15118 기반 V2G 에뮬레이터를 구현하고 전기 자동차 충방전 제어에 따른 반응성을 확인하였다. 실험결과 시간지연은 0.12ms로 나타났으며, 이를 기반으로 현 표준 하에서 참여 가능한 전력 유연성 시장에 대하여 검토하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

ISO/IEC 15118 is an international communication standard for EV(electric vehicle)'s V2G implementation. In the charging/discharging control of an EV based on a communication protocol, there is inevitably a time delay when charging/discharging occurs, and the delay may limit in supplying power flexibility. In this paper, we implemented an ISO/IEC 15118-based V2G emulator and measured the charge/discharge response characteristics. As a result, the time delay appeared as 0.12ms. Accordingly, the power flexibility markets that EV can participate in under the current standard were explored.

주제어

표/그림 (7)

표 표 1. 컨트롤 파일럿 IEC 61851-1 기본 신호 Table 1. CP IEC 61851-1 Basic Signal
그림 그림 1. ISO/IEC 15118 통신 흐름도 Fig. 1. ISO/IEC 15118 message sequence
표 표 2. CAISO 시장 분류 Table 2. CAISO market classification
그림 그림 2. V2G 에뮬레이터 구성도 Fig. 2. V2G emulator configuration
그림 그림 3. EV 에뮬레이터 및 EVSE 에뮬레이터 Fig. 3. EV emulator and EVSE emulator
그림 그림 4. V2G 에뮬레이터 동작 흐름도 Fig. 4. V2G emulator sequence diagram
그림 그림 5. 충전 스케줄링에 따른 결과 Fig. 5. Result according to charging schedule

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

하지만, 상호인증이 최초 완료된 경우 충방전량의변동시 마다 재인증 과정을 생략할 수 있으므로 제어명령에 대한 반응성이 시장참여 여부를 결정하게 된다. 본 논문에서는 캘리포니아 전력시장인 CAISO (California Independent System Operator)에서운영되고 있는 유연성 시장을 대상으로 하였을 때 ISO/IEC 15118에 기반한 충방전 시스템을 가진 전기자동차의 V2G 서비스에 참여가능 여부에 대하여 분석하였다. 이를 위하여 ISO/IEC 15118 기반 충방전 에뮬레이터를 구현하고 전기자동차의 충방전 특성을 분석하였다.
본 연구에서는 ISO/IEC 15118 통신 프로토콜 기반의 전기자동차가 참여할 수 있는 전력 유연성 공급 서비스를 검토하였다. ISO/IEC 15118 규격에 부합되는 충방전 에뮬레이터를 구현하고 이를 이용하여 충방전 체계의 반응성을 검토하였다.

제안 방법

EV의 반응성을 확인하기 위하여 에뮬레이터를 이용하여 충전·정지 주기를 10초, 5초, 2초로 변경하며 실제 충전 결과를 관찰하였다. 그림 5의 결과와 같이 최초 사이클에서는 EV와 충전기 간 상호인증 등으로 평균 6.
검토하였다. ISO/IEC 15118 규격에 부합되는 충방전 에뮬레이터를 구현하고 이를 이용하여 충방전 체계의 반응성을 검토하였다. 전기자동차는 충전기와 최초 접속 시 인증 등에 최초 시간지연이 발생할 수 있으나, 이후 10초, 5초, 2초 사이클의 충전 사이클에서는 유의미한 지연이 관찰되지 않았다.
V2G 실험을 위하여 그림 2와 같이 ISO/IEC 15118 기반의 에뮬레이터를 개발하였다. 에뮬레이터는 EV 에뮬레이터, EVSE 에뮬레이터, AC 전력 공급기, 그리고 AC 가변 부하기 2개로 구성되어 있으며 각각의 부하기가 EVSE 에뮬레이터와 EV 에뮬레이터에 연결된다.
본 논문에서는 캘리포니아 전력시장인 CAISO (California Independent System Operator)에서운영되고 있는 유연성 시장을 대상으로 하였을 때 ISO/IEC 15118에 기반한 충방전 시스템을 가진 전기자동차의 V2G 서비스에 참여가능 여부에 대하여 분석하였다. 이를 위하여 ISO/IEC 15118 기반 충방전 에뮬레이터를 구현하고 전기자동차의 충방전 특성을 분석하였다. 2장에서는 ISO/IEC 15118과 CAISO 전력시장에 대한 표준과 운영환경을 정리하였으며, 3장에서는 실험방법을 제시하고 실험을 통한 결과를 분석하였다.

대상 데이터

보여준다. EVSE 에뮬레이터와 EV 에뮬레이터는 제어보드와 J1772 플러그로 구성된다. 제어보드는 리눅스 임베디드 환경을 지원하며, ISO/IEC 15118 프로토콜 스택을 지원한다.
12ms로 관찰되었다. V2G 환경에서 충방전량을 신속하게 변경하는 경우는 이미 연결된 EV를 대상으로 한다. 따라서 제어 프로토콜과 충전설비 관점에서는 보조 서비스 활용에 있어서 제약요소가 없다는 것을 의미한다.
에뮬레이터는 EV 에뮬레이터, EVSE 에뮬레이터, AC 전력 공급기, 그리고 AC 가변 부하기 2개로 구성되어 있으며 각각의 부하기가 EVSE 에뮬레이터와 EV 에뮬레이터에 연결된다. EVSE 에뮬레이터와 EV 에뮬레이터는 각각 충전기와 전기자동차를 의미한다.

성능/효과

Regulation Up&Down에서는 4초 이내의 반응성이 요구된다. 실험에서 EV는 최초 접속 시 인증시간을 제외하고는 시간지연이 밀리세컨드 이내이므로 EV의 충방전 제어를통하여 Regulation Up&Down에도 활용할 수 있기때문에 기술적으로는 모든 보조서비스 시장에 참여할수 있는 것으로 나타났다. 하지만, 실제 운영 환경에서는 서버가 원격지에 존재하고 인터넷과 같은 개방형망을 사용할 가능성이 높다.
전기자동차는 충전기와 최초 접속 시 인증 등에 최초 시간지연이 발생할 수 있으나, 이후 10초, 5초, 2초 사이클의 충전 사이클에서는 유의미한 지연이 관찰되지 않았다. 이에 따라 4초 이내의 반응을 요구하는 Regulation Up&Down 보조 서비스 시장을 포함한 모든 보조서비스 시장에 기술적으로 참여가 가능한 것으로 나타났다. 하지만, 실제로는 충전기와 서버 간 통신 방식이나 다양한 종류의 전기자동차와 서로 다른 제조사에서 제작된 충전기 등 운영 환경에 따라 제한이 발생할 수 있으므로 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

후속연구

이와 같이 전기자동차와 충전기가 점진적으로 증가하게 되면서 전기자동차를 이용하여 계통의신뢰성을 유지하기 위한 V2G (Vehicle-to-Grid) 관련 연구가 활발히 진행되고 있다[2]. 전기자동차를 이용한 V2G 기술의 핵심은 전기자동차의 리튬이온 배터리를 ESS(Energy Storage System)로 활용하는 것인데, 리튬이온 배터리의 충방전 속도 향상[3]을 통하여전력계통의 유연성 관점에서 다양한 기여가 기대된다. V2G 기술을 충족하기 위해서는 다양한 종류의 전기자동차와 서로 다른 제조사에서 제작된 충전기가 연결되어도 안전한 동작이 보장되어 충방전을 할 수 있는 표준화된 통신 네트워크가 필수적이다.
이에 따라 4초 이내의 반응을 요구하는 Regulation Up&Down 보조 서비스 시장을 포함한 모든 보조서비스 시장에 기술적으로 참여가 가능한 것으로 나타났다. 하지만, 실제로는 충전기와 서버 간 통신 방식이나 다양한 종류의 전기자동차와 서로 다른 제조사에서 제작된 충전기 등 운영 환경에 따라 제한이 발생할 수 있으므로 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

참고문헌 (9)

KEPCO Homepage (https://evc.kepco.co.kr:4445/service/service03.do).
Yimin Zhou, Xiaoyun Li, "Vehicle to Grid Technology:A review," in 2015 34th Chinese Control Conference (CCC), 2015, pp. 9031-9036.
Anna Tomaszewska, Zhengyu Chu, Xuning Feng, Simon O'kane, Xinhua Liu, Jingyi Chen, Chenzhen Ji, Elizabeth Endler, Ruihe Li, Lishuo Liu, Yalun Li, Siqi Zheng, Sebastian Vetterlein, Ming Gao, Jiuyu Du, Michael Parkes, Minggao Ouyang, Monica Marinescu, Gregory Offer, Billy Wu. "Lithium-ion battery fast charging: A review," eTransportation, vol. 1, August, 2019.
A. Di Giorgio, F. Liberati, and S.Canale, "IEC 61851 compliant electric vehicle charging control in Smartgrids". Proc. IEEE MED13, 21st Mediterranean Conference on Control and Automation, Chania, GR, June 2013.
Jen Schmutzler, Christian Wietfeld, "Distributed Energy Resource Management for Electric Vehicles using IEC 61850 and ISO/IEC 15118," IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Seoul, Korea, Oct 9-12, 2012.
Christian Lewandowski et al., "An ICT Solution for Integration of Electric Vehicles in Grid Balancing Services," ICCVE, 2013.
Sang-Hwan Lee, Sang-Young Lee, Young-Woo Kim, Sung-Yong Son, "Study on electric vehicle charging time delay in V2G environment based on ISO/IEC 15118", KIEE an estimation conference, 242-245, 10. 2020.
Marc Multin, "ISO 15118 as the Enabler of Vehicle-to-Grid Applications," 2018 international Conference of Electrical and Electronic Technologies for Automotive, Milan, 2018, pp. 1-6.
Demand Response and Energy Efficiency Roadmap: Maximizing preferred resources. Dec 2013. CAISO.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증