JP2011120456A

JP2011120456A - 系統連系型電力保存システム及び電力保存システムの制御方法

Info

Publication number: JP2011120456A
Application number: JP2010220820A
Authority: JP
Inventors: Jong-Ho Park; 鍾鎬朴
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: JP5279147B2; CN102088190A; EP2330726A2; US20130175867A1; US8410634B2; EP2330726A3; US20110133558A1; KR101084214B1; CN102088190B; KR20110062392A; US8907522B2

Abstract

【課題】系統連系型電力保存システム及び電力保存システムの制御方法を提供する。
【解決手段】発電システム及び系統を連系して負荷に電力を供給する電力保存システムにおいて、保存電力を負荷に放電する主バッテリーと、主バッテリーに付加して保存電力を負荷に放電する少なくとも一つの追加バッテリーと、主バッテリー及び追加バッテリーと連結され、発電システムと系統との間の直流リンク電圧とバッテリー電圧との相互変換のためのスイッチを備え、主バッテリーに対応するスイッチと追加バッテリーに対応するスイッチとが並列に連結された双方向コンバータと、負荷の使用電力量を基にして、主バッテリーに対応するスイッチと追加バッテリーに対応するスイッチとの動作を選択的に制御する統合制御機と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、発電システム及び系統を連系して負荷に電力を供給する系統連系型電力保存システム及びこれを制御する方法に関し、さらに詳細には、容量拡張の可能な系統連系型電力保存システム及びこれを制御する方法に関する。

最近、国内外の環境変化によって、新再生可能エネルギーの重要性が新たに再認識されている。新再生可能エネルギーは、化石エネルギーの枯渇問題及び環境問題についての、解決策案という点で、先進国をはじめとして、各国家で研究が活発に進められている。

特に、新再生可能エネルギーのうち、太陽エネルギーを利用して電力を発電させる太陽光発電システムは、公害がなく、設置及び維持補修が容易であるという長所によって、最近、特に注目されている。このような太陽光発電システムには、太陽光発電システムのみで運転する独立型発電システムと、太陽光発電システムと商用電力系統と連系して運転する系統連系型発電システムとの２種類がある。太陽光発電システムを構成するコンバータとインバータとは、システム設計時に設定された定格電圧や定格電流によって内部回路素子が決定される。この場合、容量が固定されているため、容量拡張が要請される場合、別途のシステムを構築せねばならないので、空間的／消費電力の面で難しい点がある。

本発明が解決しようとする課題は、空間及び消費電力を改善しつつ、容量を拡張できる電力保存システムを提供することである。

本発明の一実施形態による発電システム及び系統を連系して負荷に電力を供給する電力保存システムは、保存電力を前記負荷に放電する主バッテリーと、前記主バッテリーに付加して保存電力を前記負荷に放電する少なくとも一つの追加バッテリーと、前記主バッテリー及び前記追加バッテリーと連結され、前記発電システムと前記系統との間の直流リンク電圧とバッテリー電圧との相互変換のためのスイッチと、を備え、前記主バッテリーに対応するスイッチと前記追加バッテリーに対応するスイッチとが並列に連結された双方向コンバータと、前記負荷の使用電力量を基にして、前記主バッテリーに対応するスイッチと前記追加バッテリーに対応するスイッチとの動作を選択的に制御する統合制御機と、を備えうる。

さらに望ましくは、前記統合制御機は、前記負荷の使用電力量を検出して前記使用電力量が基準電力量を超えるか否かを判断するモニタリング部と、前記使用電力量が基準電力量を超えれば、前記追加バッテリーの連結を決定するバッテリー制御部と、前記追加バッテリーに対応するスイッチの駆動を制御する制御信号を発生させるスイッチ制御部と、を備えうる。

さらに望ましくは、前記追加バッテリーは、機械的な接点を有する手動操作スイッチによって、前記双方向コンバータに連結されうる。

本発明の一実施形態による発電システム及び系統を連系して負荷に電力を供給する電力保存システムの制御方法は、前記負荷の使用電力量を基にして、主バッテリーに追加バッテリーの連結如何を決定するステップと、前記追加バッテリーが連結された場合、前記主バッテリーに対応するスイッチと前記追加バッテリーに対応するスイッチとが並列に連結された双方向コンバータに、前記追加バッテリーに対応するスイッチを動作させる制御信号を出力するステップと、を含みうる。

さらに望ましくは、前記前記追加バッテリーの連結如何決定ステップは、前記負荷の使用電力量を検出するステップと、前記負荷の使用電力量が基準電力量を超えるか否かを判断するステップと、前記負荷の使用電力量が基準電力量を超えれば、前記追加バッテリーの連結を決定するステップと、を含みうる。

さらに望ましくは、前記双方向コンバータからの直流リンク電圧を前記系統の交流電圧に変換するステップをさらに含みうる。

本発明の系統連系型電力保存システムは、単一双方向コンバータがバッテリーアレイのためのスイッチを並列に備え、容量増設時に追加システムの構築なしに一つのシステムにバッテリーアレイを選択的に駆動できるため、空間節約及び容量拡張の容易性を確保できる。

本発明の一実施形態による系統連系型電力保存システムを概略的に示すブロック図である。本発明の一実施形態による図１の系統連系型電力保存システムの具体的なブロック図である。本発明の一実施形態による図２の統合制御機の内部構成を概略的に示すブロック図である。本発明の一実施形態による双方向コンバータの内部構成を概略的に示す回路図である。本発明の一実施形態による双方向コンバータの内部構成を概略的に示す回路図である。本発明の一実施形態による電力保存システムの制御方法を概略的に示すフローチャートである。

以下、本発明の望ましい実施形態を、添付した図面を参照して説明する。図面のうち、同じ構成要素については、たとえ他の図面上に表示されたとしても、可能な限り同じ参照番号及び符号で表しているところに留意せねばならない。下記で本発明の説明において、関連した公知機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不明確にする恐れがあると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態による系統連系型電力保存システム１００を概略的に示したブロック図である。

図１を参照すれば、本発明の系統連系型電力保存システム１００は、電力管理システム１１０と保存装置１２０とを備え、発電システム１３０及び系統１４０を連系して負荷１５０に電力を供給する。

電力管理システム１１０は、発電システム１３０により発電された電力が入力され、これを系統１４０に伝達するか、または保存装置１２０に保存するか、または負荷１５０に供給する。ここで、発電電力は、直流電力または交流電力でありうる。

電力管理システム１１０は、発電システム１３０により発電された電力を保存装置１２０に保存し、発電された電力を系統１４０に供給できる。また、電力管理システム１１０は、保存装置１２０に保存された電力を系統１４０に伝達するか、または系統１４０から供給された電力を保存装置１２０に保存できる。

電力管理システム１１０は、前記発電された電力を保存装置１２０に保存するための電力変換、系統１４０または負荷１５０に供給するための電力変換、系統１４０の電力を保存装置１２０に保存するための電力変換の機能を行い、保存装置１２０に保存された電力を系統１４０または負荷１５０に供給するための電力変換機能を共に行える。また、電力管理システム１１０は、保存装置１２０、系統１４０、負荷１５０の状態を監視して、発電システム１３０から発電された電力または系統１４０から供給された電力を分配できる。

保存装置１２０は、電力管理システム１１０から供給された電力を保存する大容量保存装置である。ここで、供給電力は、発電システム１３０から発電された電力を変換した電力であるか、または系統１４０から供給された商用電力を変換した電力である。保存装置１２０に保存された電力は、電力管理システム１１０の制御によって系統１４０に供給することもあり、負荷１５０に供給することもある。保存装置１２０は、最初の定格電力量の設定時に構成される主保存部、及び負荷１５０の使用電力量によって容量拡張のために付加される一つ以上の追加保存部を備えうる。

発電システム１３０は、エネルギー源を利用して電気エネルギーを生成するシステムである。発電システム１３０は、電気エネルギーを発電して電力保存システム１００に出力する。発電システム１３０は、太陽光発電システム、風力発電システム、潮力発電システムであり、それ以外に、太陽熱、地熱のような新再生可能エネルギーを利用して電気エネルギーを生成する発電システムをいずれも含む。特に、太陽光を利用して電気エネルギーを生成する太陽電池は、各家庭または工場に設置することが容易であり、各家庭に分散された系統連系型電力保存システム１００への適用に適している。

系統１４０は、発電所、変電所、送電線を備える。系統１４０は、正常状態である場合、電力保存システム１００または負荷１５０に電力を供給し、電力保存システム１００から供給された電力が入力される。系統１４０が非正常状態である場合、系統１４０から電力保存システム１００または負荷１５０への電力供給は、中断され、電力保存システム１００から系統１４０への電力供給も、中断される。

負荷１５０は、保存装置１２０または系統１４０から出力された電力を消費するものであって、例えば、家庭、工場でありうる。

図２は、本発明の一実施形態による図１の系統連系型電力保存システム１００の具体的なブロック図である。

図２を参照すれば、系統連系型電力保存システム(以下、‘電力保存システム'という)２００は、電力変換部２１１、双方向インバータ２１２、双方向コンバータ２１３、統合制御機２１４、バッテリー管理部(Battery Management System：ＢＭＳ)２１５、及びＤＣリンク部２１６を備える。電力保存システム２００は、発電システム２３０、系統２４０及び負荷２５０に連結される。

電力変換部２１１は、発電システム２３０と第１ノードＮ１との間に連結され、発電システム２３１から出力された電圧を第１ノードＮ１のＤＣ電圧に変換する。電力変換部２１１の動作は、発電システム２３０の種類によって変わりうる。発電システム２３０がＡＣ電圧を出力する風力発電システム、潮力発電システムである場合、電力変換部２１１は、発電システム２３０のＡＣ電圧を第１ノードＮ１のＤＣ電圧に整流する。発電システム２３０がＤＣ電圧を出力する太陽電池である場合、電力変換部２１１は、発電システム２３０のＤＣ電圧を第１ノードＮ１のＤＣ電圧に変換する。例えば、発電システム２３０が太陽電池である場合、電力変換部２１１は、太陽電池から出力されたＤＣ電圧を第１ノードＮ１のＤＣ電圧に変換し、日射量、温度の変化によって、最大電力出力電圧を追従するＭＰＰＴ(Maximum Power Point Tracker)アルゴリズムを利用するＭＰＰＴコンバータでありうる。ＭＰＰＴコンバータは、太陽電池の出力ＤＣ電圧を昇圧させてＤＣ電圧を出力するブーストＤＣ−ＤＣコンバータ機能とＭＰＰＴ制御機能とを共に行う。

ＤＣリンク部２１６は、第１ノードＮ１と双方向インバータ２１２との間に連結されて、第１ノードＮ１のＤＣ電圧レベルをＤＣリンクレベルに維持させる。第１ノードＮ１は、発電システム２３０または系統２４０の瞬時電圧降下、負荷２５０でのピーク負荷の発生によって、その電圧レベルが不安定になる恐れがある。しかし、第１ノードＮ１の電圧は、双方向コンバータ２１３及び双方向インバータ２１２の正常動作のために安定化される必要がある。ＤＣリンク部２１６は、第１ノードＮ１のＤＣ電圧レベルの安定化のために備えられ、例えば、キャパシタで具現されうる。前記キャパシタは、アルミニウム電解キャパシタ（Electrolytic Capacitor)、高圧用フィルムキャパシタ(Polymer Capacitor)、高圧大電流用積層チップキャパシタ(MultiLayer Ceramic Capacitor：ＭＬＣＣ)が使われうる。本実施形態では、ＤＣリンク部２１６が別途に備えられた例を示したが、ＤＣリンク部２１６が双方向コンバータ２１３、双方向インバータ２１２、または電力変換部２１１内で具現される実施形態も可能である。

双方向インバータ２１２は、第１ノードＮ１と系統２４０との間に連結される電力変換機である。双方向インバータ２１２は、系統２４０から入力されるＡＣ電圧をバッテリー２２０に保存するためのＤＣ電圧に整流して出力する。また、双方向インバータ２１２は、発電システム２３０またはバッテリー２２０から出力されたＤＣ電圧を系統２４０のＡＣ電圧に変換して出力する。また、双方向インバータ２１２は、系統２４に出力されるＡＣ電圧から高周波を除去するためのフィルタを含み、電圧変動範囲の制限、力率改善、直流成分除去、過渡現象の保護のような機能を果たす。

双（両）方向コンバータ２１３は、第１ノードＮ１とバッテリー２２０との間に連結される電力変換機である。双方向コンバータ２１３は、第１ノードＮ１のＤＣリンク電圧をバッテリー２２０に保存するためのＤＣ電圧に変換し、さらにバッテリー２２０に保存されたＤＣ電圧を第１ノードＮ１に伝達するためのＤＣリンク電圧レベルに変換する。例えば、双方向コンバータ２１３は、発電システム２３０で発電された直流電力をバッテリー２２０に充電する場合、または系統２４０から供給された交流電力をバッテリー２２０に充電する場合、第１ノードＮ１のＤＣリンク電圧レベルをバッテリー保存電圧に減圧するバックコンバータとして動作する。また、双方向コンバータ２１３は、バッテリー２２０に充電された電力を系統２４０または負荷２５０に供給する場合、バッテリー保存電圧を第１ノードＮ１のＤＣリンク電圧レベルに昇圧するブーストコンバータとして動作する。双方向コンバータ２１３は、バッテリー保存電圧とＤＣリンク電圧との相互変換のためのスイッチング素子(以下、‘スイッチ'という)を含む。スイッチは、一つ以上のスイッチが含まれたスイッチ群であり、スイッチまたはスイッチ群は、主バッテリーに対応するスイッチまたはスイッチ群と追加バッテリーに対応するスイッチまたはスイッチ群とを含みうる。一つ以上のスイッチまたはスイッチ群は、並列に連結され、並列に連結されるスイッチの容量は、素子の損傷を防止するために相互同一であることが望ましい。スイッチは、電界効果トランジスタ(ＦＥＴ：Field Effect Transistor)、接合型トランジスタ(ＢＪＴ：Bipolar Junction Transistor)でありうる。双方向コンバータ２１３は、負荷の最大使用電力量を予測して、追加可能なバッテリー数に対応するスイッチまたはスイッチ群の数を予め決定して設計されうる。双方向コンバータ２１３は、統合制御機２１４の制御信号によって放電するバッテリーに対応するスイッチまたはスイッチ群が選択されてスイッチング動作を行う。したがって、負荷の使用電力量が基準容量を超える場合、追加的に電力保存システムを別途に構築する必要なしに、追加されたバッテリーに対応するスイッチング素子を動作させることによって、容易に容量拡張が可能になる。本発明の双方向コンバータ２１３の具体的な例
は、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、後述する。

バッテリー２２０は、発電システム２３０または系統２４０から供給された電力を保存する。バッテリー２２０は、保存電力を放電する主バッテリー２２０ａ及び追加バッテリー２２０ｂを含む。各バッテリー２２０ａ及び２２０ｂは、バッテリーセルが直列または並列に連結されて容量及び出力を増加させうるように構成され、各バッテリー２２０ａ及び２２０ｂの容量は、同じであることが望ましい。バッテリー２２０ａ及び２２０ｂは、多様な種類のバッテリーセルで具現され、例えば、ニッケル−カドミウム電池、鉛蓄電池、ニッケル−水素電池(ＮｉＭＨ：Nickel Metal Hydride battery)、リチウム−イオン電池、リチウムポリマー電池でありうる。本実施形態では、一つの主バッテリー２２０ａ及び一つの追加バッテリー２２０ｂを示しているが、負荷の使用電力量によって、容量拡張のために追加バッテリーは、一つ以上連結されうる。例えば、発電システム２３０及び/または系統２４０からの電力が負荷２５０の使用電力量より小さい場合、主バッテリー２２０ａの放電電力で不足な電力を補充する。主バッテリー２２０ａの放電電力でも使用電力量を満足できない場合、追加バッテリー２２０ｂの放電電力が負荷に供給される。追加されるバッテリーの数は、補充せねばならない使用電力量によって決定される。主バッテリー２２０ａと追加バッテリー２２０ｂとは、ＢＭＳ２１５を通じて双方向コンバータ２１３に連結され、連結手段２１７によって機械的及び電気的に脱着されうる。連結手段２１７は、機械的な接点を有する手動操作スイッチでありうる。連結手段２１７は、追加バッテリー２２０ｂにのみ備えられ、設計によって主バッテリー２２０ａにも備えられうる。主バッテリー２２０ａ及び追加バッテリー２２０ｂにいずれも連結手段２１７が備えられる場合、連結手段２１７の選択的な開閉によって主バッテリー２２０ａまたは追加バッテリー２２０ｂの放電時、追加バッテリー２２０ｂまたは主バッテリー２２０ａへの電力の逆流を防止できる。

ＢＭＳ２１５は、バッテリー２２０に連結され、統合制御機２１４の制御によって、バッテリー２２０の充放電動作を制御する。バッテリー２２０から双方向コンバータ２３０への放電電流、及び双方向コンバータ２３０からバッテリー２２０への充電電流は、ＢＭＳ１２０を通じて伝えられる。また、ＢＭＳ２１５は、バッテリー２２０を保護するために、過充電保護機能、過放電保護機能、過電流保護機能、過電圧保護機能、過熱保護機能、セルバランシング機能を行える。このために、ＢＭＳ２１５は、バッテリー２２０の電圧、電流、温度、残余電力量、寿命をモニタリングし、関連情報を統合制御機２１４に伝送できる。ＢＭＳ２１５は、主バッテリー２２０ａに連結されるＢＭＳ２１５ａと、追加バッテリー２２０ｂに連結されるＢＭＳ２１５ｂとを備える。ＢＭＳ２１５ａ,２２０ｂのそれぞれは、バッテリー２２０ａ,２２０ｂのそれぞれと一対一に連結される。本実施形態では、ＢＭＳ２１５がバッテリー２２０と分離されて備えられているが、ＢＭＳ２１５ａとバッテリー２２０ａ、ＢＭＳ２１５ａとバッテリー２２０ｂとが一体にバッテリーパックで構成されうる。

統合制御機２１４は、発電システム２３０及び系統２４０の状態をモニタリングし、ＢＭＳ２１５、双方向コンバータ２１３、双方向インバータ２１２及び電力変換部２１１の動作を制御する。また、統合制御機２１４は、負荷の使用電力量を基にして、双方向コンバータ２１３の主バッテリーに対応するスイッチと、追加バッテリーに対応するスイッチとの動作を選択的に制御する。

図３は、本発明の一実施形態による図２の統合制御機２１４の内部構成を概略的に示すブロック図である。

図３を参照すれば、統合制御機２１４は、モニタリング部３１０、充電制御部３３０、放電制御部３５０を備える。以下、図２及び図３を参照して、統合制御機２１４を説明する。

モニタリング部３１０は、発電システム２３０、電力保存システム２００、系統２４０、負荷２５０の状態をモニタリングする。モニタリング部３１０は、ＢＭＳ２１５を通じてバッテリー２２０の残余電力量、電圧、電流、温度をモニタリングできる。モニタリング部３１０は、双方向コンバータ２１３、双方向インバータ２１２、電力変換部２１１の電圧、電流、温度、ＡＣ電圧が入出力される場合、ＡＣ位相をモニタリングできる。また、モニタリング部３１０は、系統２４０の電圧、電流、温度、ＡＣ位相、電力系統２４０の正常または非正常をモニタリングできる。また、モニタリング部３１０は、負荷２５０の電力使用量を検出し、検出された使用電力量が電力保存システム２００の基準電力量を超えるか否かを判断する。

充電制御部３3０は、発電システム２３０または系統２４０から供給された電力をバッテリー２２０に保存するために、ＢＭＳ２１５、双方向コンバータ２１３、双方向インバータ２１２及び電力変換部２１１を制御する。系統２４０から供給された電力をバッテリー２２０に充電する場合、充電制御部３５０の制御信号によって、双方向インバータ２１２が系統２４０から供給されたＡＣ電圧を第１ノードＮ１のＤＣリンク電圧に整流する。次いで、双方向コンバータ２１３は、第１ノードＮ１のＤＣリンク電圧をバッテリー保存電圧レベルのＤＣ電圧に変換する。以後、変換されたＤＣ電圧は、ＢＭＳ２１５を通じてバッテリー２２０を充電させる。発電システム２３０から供給された電力をバッテリー２２０に充電する場合、ＢＭＳ２１５の制御信号によって、電力変換部２１１が発電システム２３０から供給された電力を第１ノードＮ１のＤＣリンク電圧に変換し、双方向コンバータ２１３がＤＣリンク電圧をバッテリー保存電圧に変換し、ＢＭＳ２１５を通じてバッテリー２２０が充電される。双方向コンバータ２１３では、充電制御部３５０の制御信号によって、充電されるバッテリーに対応するスイッチが選択されて動作する。

放電制御部３５０は、負荷２５０の電力使用量を基にして、バッテリー２２０に保存された電力を負荷２５０に供給するように、ＢＭＳ２１５、双方向コンバータ２１３、及び双方向インバータ２１２を制御する。バッテリー２２０の電力を負荷２５０に放電する場合、放電制御部３５０の制御信号によって、双方向コンバータ２１３は、ＢＭＳ２１５を通じて出力されるバッテリー保存電圧をＤＣリンク電圧に変換し、双方向インバータ２１２は、ＤＣリンク電圧を負荷２５０のＡＣ電圧に変換する。変換されたＡＣ電圧は、負荷２５０に供給されうる。放電制御部３５０は、バッテリー制御部３７０及びスイッチ制御部３９０を備えうる。バッテリー制御部３７０は、発電システム２３０及び/または系統２４０から供給される電力容量と負荷２５０の電力使用量とを比較する。負荷２５０の電力使用量が供給される電力容量より大きい場合、ＢＭＳ２１５を通じて主バッテリー２２０ａが保存している電力を放電する。負荷２５０の電力使用量が主バッテリー２２０ａの放電電力として不十分である場合、放電制御部３７０は、追加バッテリー２２０ｂを連結させ、追加バッテリー２２０ｂが保存している電力を放電させる。追加バッテリーの数は、超える電力使用量によって決定されうる。この時、スイッチ制御部３９０は、双方向コンバータ２１３の並列に連結されたスイッチから放電バッテリーに対応するスイッチに制御信号を出力し、選択されたスイッチがスイッチング動作させる。また、スイッチ制御部３９０は、電力変換部２１１、双方向インバータ２１２のそれぞれのスイッチング動作を制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号を出力する。ここで、ＰＷＭ制御信号は、それぞれのコンバータまたはインバータの入力電圧によるデューティ比最適制御を通じてコンバータまたはインバータの電力変換による損失を最小化する。したがって、本発明は、電気使用量が増加しても、追加で電力保存システムを構築する必要なしに、単一電力保存システム内でバッテリー追加、及び双方向コンバータ内の対応するスイッチの選択的動作のみで容量拡張が可能になる。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の一実施形態による双方向コンバータ２１３の内部構成を概略的に示した回路図である。図４Ａ及び図４Ｂで、説明及び理解の便宜のためにスイッチ構成のみを概略的に示し、残りの素子の構成は、省略した。

図４Ａを参照すれば、双方向コンバータ２１３は、充電時減圧方式のバック（buck）コンバータの動作、放電時昇圧方式のブーストコンバータ動作を行う回路４１３ａを備えうる。双方向コンバータ２１３は、主バッテリー２２０ａの充放電のために、ＤＣリンク電圧をバッテリー電圧に変換するための充電用スイッチＱ_１１と、バッテリー電圧をＤＣリンク電圧に変換するための放電用スイッチＱ_１２とを備える。また、双方向コンバータ２１３は、追加バッテリー２２０ｂの充放電のために、ＤＣリンク電圧をバッテリー電圧に変換するための充電用スイッチＱ_２１と、バッテリー電圧をＤＣリンク電圧に変換するための放電用スイッチＱ_２２とを備える。他の実施形態で、スイッチの用途は、相互変わりうる。双方向コンバータ２１３は、統合制御機２１４から入力される主バッテリー制御信号Ｓ_１によって、スイッチＱ_１１またはスイッチＱ_１２を駆動し、追加バッテリー制御信号Ｓ_２によって、スイッチＱ_２１またはスイッチＱ_２２を駆動する。

図４Ｂを参照すれば、双方向コンバータ２１３は、４個のＦＥＴを制御するフルブリッジインバータ回路４１３ｂを備え、ＤＣ−ＡＣ電圧変換、変換されたＡＣ電圧の昇圧または減圧、ＡＣ−ＤＣ電圧変換によってＤＣ−ＤＣ電圧変換を行える。インバータ回路４１３ｂは、主バッテリー２２０ａの充放電のためのスイッチＱ_１１,Ｑ_１２,Ｑ_１３,Ｑ_１４を備えるインバータ回路に、追加バッテリー２２０ｂの充放電のためのスイッチＱ_２１,Ｑ_２２,Ｑ_２３,Ｑ_２４をそれぞれ並列に連結する。双方向コンバータ２１３は、統合制御機２１４から入力される主バッテリー制御信号Ｓ_１によってスイッチＱ_１１,Ｑ_１２,Ｑ_１３,Ｑ_１４を駆動し、追加バッテリー制御信号Ｓ_２によってスイッチＱ_２１,Ｑ_２２,Ｑ_２３,Ｑ_２４を駆動する。

本発明の双方向コンバータ２１３は、前記実施形態に限定されず、バッテリー充放電のための回路設計によってスイッチを備える他のコンバータまたはインバータにも同一に適用できる。

図５は、本発明の一実施形態による電力保存システムの制御方法を概略的に示すフローチャートである。

図５を参照すれば、統合制御機は、負荷モニタリングを通じて負荷の単位時間当り総使用電力量を検出する(Ｓ５０１)。

統合制御機は、負荷の単位時間当り総使用電力量が基準電力量を超えるか否かを判断する(Ｓ５０３)。基準電力量は、主バッテリーを含む電力保存システムに最初設定された電力容量と定義する。統合制御機は、負荷の総単位時間当り使用電力量が発電システム及び系統から供給される電力として不足な場合、主バッテリーの電力を放電させる。主バッテリーの放電電力でも負荷の時間当り電力使用量を満足させない場合、統合制御機は、追加バッテリーを通じて追加電力を確保する必要がある。

負荷の電力使用量が基準電力量を超える場合、主バッテリーに付加して追加バッテリーを連結する(Ｓ５０５)。追加バッテリーは、ＢＭＳと共に次の端の双方向コンバータに連結される。一方、負荷の電力使用量が定格電力量を超えない場合、統合制御機は、続けて負荷モニタリングを通じて負荷の時間当り電力使用量を検出する(Ｓ５０１)。

連結された追加バッテリーからの放電電力が負荷に供給される(Ｓ５０７)。追加バッテリーが連結されれば、統合制御機からの制御信号によって、双方向コンバータの追加バッテリーに対応するスイッチが選択され、選択されたスイッチのスイッチング動作を通じて追加バッテリーのバッテリー保存電圧がＤＣリンク電圧に変換される。変換されたＤＣリンク電圧は、双方向インバータを通じて負荷のＡＣ電圧に変換されて負荷に供給される。

以上、本発明について望ましい実施形態を中心に説明した。当業者は、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形された形態で本発明を具現できることが分かるであろう。したがって、前述した実施形態は、限定的な観点でなく、説明的な観点で考慮されねばならない。本発明の範囲は、前述した説明でなく、特許請求の範囲に現れており、特許請求の範囲によって請求された発明及び請求された発明と均等な発明は、本発明に含まれていると解釈されねばならない。

本発明は、電力保存システム関連の技術分野に好適に適用可能である。

１００,２００系統連系型電力保存システム
１１０電力管理システム
１２０,２２０保存装置
１３０,２３０発電システム
１４０,２４０系統
１５０,２５０負荷
２１１電力変換部
２１２双方向インバータ
２１３双方向コンバータ
２１４統合制御機
２１５ＢＭＳ
２１６ＤＣリンク部
２１７連結手段

Claims

発電システム及び系統を連系して負荷に電力を供給する電力保存システムにおいて、
保存電力を前記負荷に放電する主バッテリーと、
前記主バッテリーに付加して保存電力を前記負荷に放電する少なくとも一つの追加バッテリーと、
前記主バッテリー及び前記追加バッテリーと連結され、前記発電システムと前記系統との間の直流リンク電圧とバッテリー電圧との相互変換のためのスイッチを備え、前記主バッテリーに対応するスイッチと前記追加バッテリーに対応するスイッチとが並列に連結された双方向コンバータと、
前記負荷の使用電力量を基にして、前記主バッテリーに対応するスイッチと前記追加バッテリーに対応するスイッチとの動作を選択的に制御する統合制御機と、を備えることを特徴とする系統連系型電力保存システム。
前記統合制御機は、
前記負荷の使用電力量を検出して、前記使用電力量が基準電力量を超えるか否かを判断するモニタリング部と、
前記使用電力量が基準電力量を超えれば、前記追加バッテリーの連結を決定するバッテリー制御部と、
前記追加バッテリーに対応するスイッチの駆動を制御する制御信号を発生させるスイッチ制御部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の系統連系型電力保存システム。
前記主バッテリー及び前記追加バッテリーのそれぞれに連結されてバッテリーの充放電を制御するバッテリー管理部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の系統連系型電力保存システム。
前記双方向コンバータからの直流リンク電圧を前記系統の交流電圧に変換し、前記系統の交流電圧を前記直流リンク電圧に変換する双方向インバータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の系統連系型電力保存システム。
前記追加バッテリーを前記双方向コンバータに連結するための機械的な接点を有する手動操作スイッチをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の系統連系型電力保存システム。
前記発電システムは、太陽電池であることを特徴とする請求項１に記載の系統連系型電力保存システム。
発電システム及び系統を連系して負荷に電力を供給する電力保存システムの制御方法において、
前記負荷の使用電力量を基にして、主バッテリーに追加バッテリーの連結如何を決定するステップと、
前記追加バッテリーが連結された場合、前記主バッテリーに対応するスイッチと前記追加バッテリーに対応するスイッチとが並列に連結された双方向コンバータに、前記追加バッテリーに対応するスイッチを動作させる制御信号を出力するステップと、を含むことを特徴とする系統連系型電力保存システムの制御方法。
前記追加バッテリー連結如何の決定ステップは、
前記負荷の使用電力量を検出するステップと、
前記負荷の使用電力量が基準電力量を超えるか否かを判断するステップと、
前記負荷の使用電力量が基準電力量を超えれば、前記追加バッテリーの連結を決定するステップと、を含むことを特徴とする請求項７に記載の系統連系型電力保存システムの制御方法。
前記双方向コンバータからの直流リンク電圧を前記系統の交流電圧に変換するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の系統連系型電力保存システムの制御方法。
前記発電システムは、太陽電池であることを特徴とする請求項７に記載の系統連系型電力保存システムの制御方法。