JP7570530B2 - 太陽光システムと連系するエネルギー貯蔵システム及びエネルギー貯蔵システムの制御方法 - Google Patents

Description

本出願は、２０２１年１０月６日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０－２０２１－０１３２１１７号の出願日の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された内容の全ては、本明細書に組み込まれる。

本発明は、エネルギー貯蔵システム及びエネルギー貯蔵システムの制御方法に関し、より具体的には、太陽光システムと連系するエネルギー貯蔵システム、電力管理制御装置及びエネルギー貯蔵システムの制御方法に関する。

エネルギー貯蔵システム（Energy Storage System；ＥＳＳ）は、新再生可能エネルギー、電力を貯蔵した電池、そして既存の電力系統を連系させるシステムである。近年、スマートグリッド（smart grid）と新再生可能エネルギーの普及が広がっており、電力系統の効率化と安定性が強調されることに伴って、電力供給及び需要の調節、及び電力品質の向上のために、エネルギー貯蔵システムに対する需要がますます増加しつつある。使用の目的によって、エネルギー貯蔵システムは、出力と容量が変わり、大容量エネルギー貯蔵システムを構成するために、複数の電池システムが互いに接続されることができる。

ＥＳＳシステムのうちＰＶ（Photovoltaic；太陽光発電）システムと連系するＥＳＳシステムは、ＡＣ－ｃｏｕｐｌｅｄからＤＣ－Ｃｏｕｐｌｅｄシステムへと変化しつつある。ＤＣ－Ｃｏｕｐｌｅｄ ＥＳＳシステムにおいて、ＰＶと電池システムはＤＣ電圧であり、グリッド（Grid；系統）はＡＣ電圧で構成されているため、電力変換装置が必須に要求される。

現在ＤＣ－Ｃｏｕｐｌｅｄシステムでは、通常、大容量の中央電力変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）が適用されている。かかるシステムでは、ＰＭＳ（Power Management System；ＰＭＳ）／ＥＭＳ（Energy Management System）が各構成要素の状態をモニタリングして、ＰＣＳ（ＤＣ／ＡＣコンバータ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び電池の出力を決定する。しかしながら、このようなシステムの場合、個別の電池ラック単位の制御が不可能であるという問題が発生する。さらに、このようなＥＳＳシステムが太陽光発電システムと連系する場合の適切な制御方法も必要である。

上記のような問題点を解決するための本発明の目的は、太陽光発電システムと連系するエネルギー貯蔵システムを提供することにある。

上記のような問題点を解決するための本発明の別の目的は、このようなエネルギー貯蔵システムの制御方法を提供することにある。

上記のような問題点を解決するための本発明のまた別の目的は、エネルギー貯蔵システムの動作を制御する電力管理制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一実施例に係るエネルギー貯蔵システムは、複数の電池ラックを制御する複数のＤＣ／ＤＣコンバータ；上記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ及び上記ＰＶシステムと連動して電力を調整する電力調整装置（ＰＣＳ）；及び、上記ＰＶシステムの状態に応じて、上記ＰＣＳ及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードと出力リファレンスを決定する電力管理制御器（ＰＭＳ）を含むことができる。

上記電力管理制御器は、上記ＰＶシステムが発電中であるか否かに応じて、ＰＣＳの動作モード及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定することができる。

上記電力管理制御器は、上記ＰＶシステムが発電中の場合、上記ＰＣＳを最大電力点追従（ＭＰＰＴ；Maximum Power Point Tracking）モードに設定し、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは定電力（ＣＰ）モードに設定することができる。このとき、上記ＰＣＳの出力リファレンスは、ＭＰＰＴ制御によってその値が決定されることができる。 また、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスは、上記グリッドが要求する電力量と発電量との差に基づいて算出されることができる。

一方、上記電力管理制御器は、上記ＰＶシステムが発電中ではない状態の場合、上記ＰＣＳを定電力モードに設定し、上記ＤＣ／ＤＣコンバータをドループモードに設定することができる。このとき、上記ＰＣＳの出力リファレンスは、グリッドの出力リファレンスと同一に設定され、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスは、電池セクションコントローラによって決定されるドループ曲線によって設定されることができる。

上記エネルギー貯蔵システムは、上記電力管理制御器から上記ＤＣ／ＤＣコンバータのモード情報及び定電力モードであるときの電池の出力リファレンス値を受信して、上記ＰＶの状態に応じて決定された動作モードに応じて、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を制御する、電池セクションコントローラをさらに含むことができる。

上記電池セクションコントローラは、定電力モードで電池ラックの状態に基づいて決定された個別のＤＣ／ＤＣコンバータの出力をリアルタイムで決定し、これを当該ＤＣ／ＤＣコンバータに提供することができる。

上記別の目的を達成するための本発明の一実施例に係るエネルギー貯蔵システムの制御方法は、複数の電池、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ、電力調整装置（ＰＣＳ） 及び電力管理制御器（ＰＭＳ）を含み、ＰＶ（太陽光）システム及びグリッドと連動するエネルギー貯蔵システムの制御方法であって、上記電力管理制御器が、上記ＰＶシステムが発電中であるか否かに応じて、上記ＰＶシステムの状態を決定するステップ；上記電力管理制御器が、上記ＰＶシステムの状態に応じて、上記電力調整装置及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するステップ；及び、上記電力管理制御器が、決定された電力調整装置の動作モード及びＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードに応じて、上記電力調整装置の出力リファレンス及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスを決定するステップを含むことができる。

上記電力調整装置及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するステップは、上記ＰＶシステムが発電中の場合、上記ＰＣＳを最大電力点追従（ＭＰＰＴ；Maximum Power Point Tracking）モードに設定するステップ；及び、上記ＤＣ／ＤＣコンバータを定電力モードに設定するステップを含むことができる。また、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは定電力（ＣＰ）モードに設定することができる。このとき、上記 ＰＣＳの出力リファレンスは、ＭＰＰＴ制御によってその値が決定されることができる。上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスは、上記グリッドが要求する電力量と発電量との差に基づいて算出されることができる。

上記電力調整装置及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するステップは、上記ＰＶシステムが発電中ではない場合、上記ＰＣＳを定電力モードに設定するステップ；及び、上記ＤＣ／ＤＣコンバータをドループモードに設定するステップを含むことができる。このとき、上記ＰＣＳの出力リファレンスは、グリッドの出力リファレンスと同一に設定され、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスは、電池セクションコントローラによって決定されるドループ曲線によって設定されることができる。

上記エネルギー貯蔵システムの制御方法は、電池セクションコントローラが、上記ＤＣ／ＤＣコンバータのモード情報及び定電力モードであるときの電池の出力リファレンス値を上記電力管理制御器から受信するステップ；及び、上記電池セクションコントローラが、上記ＰＶの状態に応じて決定された動作モードに応じて、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を制御するステップをさらに含むことができる。

上記電池セクションコントローラが上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を制御するステップは、定電力モードで電池ラックの状態に基づいて決定された個別のＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスをリアルタイムで決定し、個別のＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスを当該ＤＣ／ＤＣコンバータに提供するステップを含むことができる。

上記電池セクションコントローラが上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を制御するステップは、ドループモードで各電池ラックの状態に基づいて個別のＤＣ／ＤＣコンバータのドループ曲線を設定し、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始の前に設定されたドループ曲線を当該ＤＣ／ＤＣコンバータに提供するステップを含むことができる。

上記また別の目的を達成するための本発明の一実施例に係る電力管理制御装置は、複数の電池、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ、電力調整装置（ＰＣＳ）を含み、ＰＶ（太陽光）システム及びグリッドと連動するエネルギー貯蔵システム内に位置する電力管理制御装置であって、少なくとも一つのプロセッサ；上記少なくとも一つのプロセッサを通じて実行される少なくとも一つの命令を格納するメモリを含むことができる。

ここで、上記少なくとも一つの命令は、上記ＰＶシステムが発電中であるか否かに応じて、上記ＰＶシステムの状態を決定するようにする命令；上記ＰＶシステムの状態に応じて、上記電力調整装置及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するようにする命令；及び、決定された電力調整装置の動作モード及びＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードに応じて、上記電力調整装置の出力リファレンス及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスを決定するようにする命令を含むことができる。

上記少なくとも一つの命令は、上記ＤＣ／ＤＣコンバータのモード情報及び定電力モードであるときの電池の出力リファレンス値を電池セクションコントローラに提供するようにする命令をさらに含むことができる。

上記電力調整装置及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するようにする命令は、上記ＰＶシステムが発電中の場合、上記ＰＣＳを最大電力点追従（ＭＰＰＴ；Maximum Power Point Tracking）モードに設定するようにする命令；及び、上記ＤＣ／ＤＣコンバータを定電力モードに設定するようにする命令を含むことができる。

上記電力調整装置及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するようにする命令は、上記ＰＶシステムが発電中ではない場合、上記ＰＣＳを定電力モードに設定するようにする命令；及び、上記ＤＣ／ＤＣコンバータをドループモードに設定するようにする命令を含むことができる。

上記のような本発明の実施例によれば、多数の電池ラックを含むエネルギー貯蔵システムが太陽光発電システムと連系する場合にも、太陽光発電システムの状態に応じて、エネルギー貯蔵システム内の個別の電池ラックを効率的に制御及び運営することができる。

本発明が適用されることができるＰＶシステム連系ＤＣ－Ｃｏｕｐｌｅｄエネルギー貯蔵システムのブロック図である。 本発明の実施例によって、ＰＶ状態に応じて、システムの動作モード及びパワーリファレンスを決定する概念を示す。 本発明の実施例に係るエネルギー貯蔵システムの電池セクションでの細部制御概念図である。 本発明の一実施例によって、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力制御に使用されるドループ曲線を示すグラフである。 本発明の実施例によって、充電プロセスで複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスの計算過程を説明するためのグラフである。 放電プロセスで複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスの計算過程を説明するためのグラフである。 本発明に係る充放電プロセスで複数のＤＣ／ＤＣコンバータのドループ曲線傾きの計算過程を説明するためのグラフである。 本発明の実施例に係るエネルギー貯蔵システムの制御方法のフロー図である。 本発明の実施例に係る電力管理制御装置のブロック図である。

本発明は、種々の変更を加えることができ、様々な実施例を有することができるので、特定の実施例を図面に例示し、詳細な説明で詳しく説明しようとする。ところが、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするのではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解されたい。各図面を説明しながら類似の参照符号を類似の構成要素に対して使用している。

第１、第２、Ａ、Ｂなどの用語は、多様な構成要素を説明するのに使用されることができるが、上記構成要素は、上記用語によって限定されてはいけない。上記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱することなく、第１の構成要素は第２の構成要素と命名されることができ、同様に第２の構成要素も第１の構成要素と命名されることができる。「及び／又は」という用語は、複数の関連して記載された項目の組合わせ又は複数の関連して記載された項目のうちのある項目を含む。

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるとか「接続されて」いると言及されたときには、当該他の構成要素に直接的に連結されているか又は接続されていることもあるが、中間に他の構成要素が存在することもできると理解されたい。これに対し、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるとか「直接接続されて」いると言及されたときには、中間に他の構成要素が存在しないことと理解されたい。

本出願で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味でない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」又は「有する」などの用語は、明細書に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものなどの存在又は付加可能性をあらかじめ排除しないことと理解されたい。

別に定義されない限り、技術的又は科学的な用語を含め、ここで使用されるすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有している。一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本出願において明白に定義しない限り、理想的であるか過度に形式的な意味としては解釈されない。

本明細書において使用される一部の用語を定義すれば、次の通りである。

定格容量（Nominal Capacity； Nominal Capa.）は、電池メーカーが開発当初設定した電池の設定容量［Ａｈ］を意味する。

ＳＯＣ（State of Charge；充電率）は、電池の現在充電された状態を割合［％］で表したものであり、ＳＯＨ（State of Health；電池寿命状態）は、電池の現在の劣化状態を割合［％］で表したものである。

電池ラック（Rack）は、電池メーカーで設定したパック単位を直／並列接続して ＢＭＳを通じてモニタリングと制御が可能な最小単一構造のシステムを意味し、複数の電池モジュールと１つのＢＰＵ又は保護装置を含んで構成されることができる。

電池バンク（Bank）は、複数のラックを並列接続して構成される大きい規模の電池ラックシステムの集合群を意味することができる。電池バンク単位のＢＭＳを通じて、電池ラック単位のラックＢＭＳ（ＲＢＭＳ）に対するモニタリングと制御を行うことができる。

ＢＳＣ（Battery System Controller）は、バンク単位の電池システムを含む電池システムに対する最上位の制御を行う装置であって、複数のバンクレベル（Bank Level）構造の電池システムにおいて制御装置として使用されることもできる。

出力限界（Power Limit）は、電池メーカーが電池状態に応じてあらかじめ設定した出力限界を示す。ラック出力限界（Rack Power limit）は、ラック単位（Rack Level）で設定された出力限界（［ｋＷ］単位）を意味し、電池のＳＯＣ、温度に基づいて設定されることができる。

出力限界は、充電であるか放電であるかによって充電出力限界と放電出力限界とに区分されることができる。また、電池システムの構造によって、ラック単位のラック出力限界（Rack Power limit）とバンク単位のバンク出力限界（Bank Power limit）を定義することができる。

以下、本発明に係る好ましい実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明が適用されることができるＰＶシステム連系ＤＣ－Ｃｏｕｐｌｅｄエネルギー貯蔵システムのブロック図である。

ＤＣ－Ｃｏｕｐｌｅｄエネルギー貯蔵システムでは、各電池システムに個別的にＤＣ電圧／電流を制御することができるＤＣ／ＤＣコンバータ５００が必須に要求される。電池システムにＤＣ／ＤＣコンバータが配置されるので、太陽光システムとの連動に使用されていたＤＣ／ＡＣコンバータがそれ以上必要でなくなり、効率が増大する。また、各電池システムにＤＣ／ＤＣコンバータを適用して、既存の電池システムの保護制御を行うだけでなく、各電池ラック間でＳＯＣ、ＳＯＨ、容量の差が発生しても、個別の電池システムの特性を考慮した電池電力量の制御が可能となる。

図１は、ＰＶ（Photovoltaic；太陽光発電システム）７００の出力端がＤＣ／ＤＣコンバータ５００の出力端及びＰＣＳ４００の入力端と接続された形態のＤＣ ｃｏｕｐｌｅｄシステムの例を示す。

エネルギー貯蔵システムで電力を貯蔵する役割を果たす電池は、通常、多数の電池モジュール（Battery Module）が電池ラック（Rack）を構成し、多数個の電池ラックが電池バンク（Battery Bank）を構成する形態で具現化されることができる。ここで、電池が使用される装置又はシステムによって、電池ラックは電池パック（pack）と呼ばれることもできる。図１に示す電池＃１、電池＃２、…、電池＃Ｎは、電池パック又は電池ラックの形態であってよい。

このとき、各電池には電池管理システム（Battery Management System；ＢＭＳ）１００が設けられることができる。ＢＭＳ１００は、自分が管掌する各電池ラック（又はパック）の電流、電圧及び温度をモニタリングし、モニタリングの結果に基づいてＳＯＣ（Status Of Charge）を算出して充放電を制御する役割を果たすことができる。 図１のシステムで、各電池が電池ラックの場合、ＢＭＳ１００は、ラックＢＭＳ（ＲＢＭＳ）であってよい。

多数の電池及び周辺回路、装置などを含んで構成された電池セクションのそれぞれには、電池セクションコントローラ（Battery Section Controller；ＢＳＣ）２００が設けられて、電圧、電流、温度、遮断器などのような制御の対象をモニタリングして制御することができる。

また、電池セクション毎に設けられた電力調整装置（Power Conditioning System；ＰＣＳ）４００は、外部から供給される電力と電池セクションから外部へ供給する電力を制御し、ＤＣ／ＡＣインバータを含むことができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５００の出力はＰＣＳ４００に接続されることができ、ＰＣＳ４００はグリッド６００と接続されることができる。ＰＣＳ４００は、通常、定電力（Constant Power） モードで動作する。ＰＣＳと接続された電力管理システム（Power Management System；ＰＭＳ）／ＥＭＳ（Energy Management System）３００は、ＢＭＳ又はＢＳＣのモニタリング及び制御結果に基づいてＰＣＳの出力を制御することができる。

図１のエネルギー貯蔵システムにおいて、電池＃１はＤＣ／ＤＣコンバータ＃１と接続され、電池＃２はＤＣ／ＤＣコンバータ＃２と接続され、電池＃ＮはＤＣ／ＤＣ＃Ｎと接続される。各電池に対応するＤＣ／ＤＣコンバータの出力は、ＤＣリンクを介してＰＣＳ４００と接続される。

ＤＣ／ＤＣコンバータは双方向コンバータであってよく、電池から負荷の方向に変換が行われるとき、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力は電池（電池ユニット、電池ラック又は電池パック）と接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力は負荷と接続されることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータの例としては、フルブリッジコンバータ、ハーフブリッジ（half-bridge）コンバータ、フライバックコンバータなど多様な種類のコンバータが使用されることができる。

一方、ＢＭＳ１００、ＢＳＣ２００、ＰＭＳ３００、ＰＣＳ４００の間では、ＣＡＮ（Controller Area Network）又はイーサネットを用いた通信（図１で点線で示される）が行われることができる。

図１に示す本発明の一実施例によれば、電池セクションの全体の制御を管掌するＢＳＣ２００は、各電池の状態をＰＭＳ３００に報告することができる。ここで、各電池の状態は、各電池のＳＯＣ（Status Of Charge）、ＳＯＨ（Status Of Health）、電圧、温度などの情報を含むことができる。ＢＳＣ２００は、各電池の限界電力（P_battery_limit）、実際電力（P_battery_real）などの情報をＰＭＳ３００に提供することができる。全体のＥＳＳシステムに対する制御を主管するＰＭＳ３００は、実際のシステム運転時にＰＣＳ４００に充電又は放電命令（P_pcs_referenceを通じて）を下す。

ここで、ＢＳＣ２００は、各電池の状態を考慮して、個別のＤＣ／ＤＣコンバータのための出力リファレンスを決定する。本発明に係る実施例において、個別のＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスは、ドループ（droop）モード又はＣＰ（Constant Power）モードに応じて、異なる方式に設定されることができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータの出力がドループモードによって制御される場合、ＢＳＣは、システム動作の前に各電池の状態を考慮して個別のＤＣ／ＤＣコンバータに対するドループ曲線を設定して、当該コンバータに提供することができる。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータがＣＰモードで動作する場合には、システムの動作中に各ＤＣ／ＤＣコンバータのパワーリファレンスを決定して、当該コンバータに提供することができる。

エネルギー貯蔵システムの実際の運転時には、ＰＭＳが充放電指令をＰＣＳ及び ＢＳＣに伝達する。このとき、ＰＭＳは、リアルタイムで太陽光発電システム（ＰＶ）、グリッド及び電池の状態をモニタリングして、上位システムであるＥＭＳ（Energy Management System）から受信した動作指令（Pgrid^*）に基づいてシステム内の構成要素の動作モード及び出力リファレンスを決定することができる。

図２は、本発明の実施例によって、ＰＶ状態に応じて、システムの動作モード及びパワーリファレンスを決定する概念を示す。

本発明の実施例において、ＰＭＳは、各構成要素、すなわちＰＶ、電池、グリッドの状態をモニタリングした後、システムの状態を決定することができる。すなわち、ＰＶが発電中であるか否か、ＤＣ／ＤＣコンバータの充放電、ＰＣＳが動作するか否かに応じて、システムの状態を定義することができる。このとき、システムの状態は停止状態、スタンバイ（stand-by）状態を含むことができる。また、システムが正常動作している場合、ＰＣＳが動作を開始しＰＶで基準点以上の出力が発生する状態、太陽光発電及び電池放電が同時に起こる状態、グリッドから電池への充電が行われる状態、太陽光発電量が十分であって、グリッドへ電力が供給され電池へ充電が行われる状態、太陽光発電量の全部が電池へ充電される状態、電池の電力が全部グリッドへ放電される状態などを含むことができる。

このうち、本発明の実施例では、ＰＶが発電する場合及びオフ状態の場合の２つの場合において、ＰＣＳ及びＤＣ／ＤＣコンバータの動作モード（Mode Info）を定義し、それぞれの場合においてパワーリファレンス（P_pcs ^*, P_bat ^*）を定義する。

図２を参照すれば、ＰＶが発電中（generating）の場合、ＰＣＳはＭＰＰＴモードで動作し、ＤＣ／ＤＣコンバータはＣＰモードで動作する。ＰＣＳの出力リファレンスP_PCS ^*は、ＰＣＳによるＭＰＰＴ制御でその値が決定されることができる。ここで、最大電力点追従（ＭＰＰＴ；Maximum Power Point Tracking）制御は、外部状況に応じて適切に負荷を調整することで最大電力が得られるようにする制御の形態である。最大電力が伝達される地点を最大電力動作点と言い、外部の条件である日射量、温度などによって最大電力動作点が変更されることができる。

電池の出力リファレンスであるP_bat ^*は、ＰＭＳによって計算されて決定されることができるが、グリッドが要求する電力量と発電量との差で計算されることができる。仮に、P_bat ^*の値が負の値（－）であれば、電池セクションはその分の充電を行い、その値が正の値（＋）であれば、電池セクションは放電を行うことができる。

一方、ＰＶが発電を中断した状態、例えば、夜間の状況の場合、ＰＣＳはＣＰモードで動作し、ＤＣ／ＤＣコンバータはドループモードで動作することができる。このとき、ＰＣＳの出力リファレンスP_PCS ^*は、グリッドの出力リファレンスP_grid ^*となる。ここで、電池セクションのＤＣ／ＤＣコンバータの出力（複数のＤＣ／ＤＣコンバータ出力の合計）はP_PCS ^*と同一であるが、個別のＤＣ／ＤＣコンバータの出力は、ドループ曲線設定値と個別の制御によって決定されることができる。

図３は、本発明の実施例に係るエネルギー貯蔵システムの電池セクションでの細部制御概念図である。

ＢＳＣは、ＰＭＳから動作モードに関する情報及びＣＰモードでのP_bat ^*の値を受信し、本発明に係る電力分配及びラックバランシングアルゴリズムを遂行することができる。このとき、ＢＳＣは、ＲＢＭＳから受信した電池関連情報を含む。ここで、電池関連情報は、各電池ラックのＳＯＣ（Status Of Charge）、ＳＯＨ（State of Health；電池寿命状態）、電流（I_{bat_1}, I_{bat_2}, ... I_{bat_n}）、電圧（V_{bat_1}, V_{bat_2}, ... V_{bat_n}）及び温度などのデータを受信する。

ＢＳＣは、ＰＭＳから受信した動作モードがＣＰモードであるかドループモードであるかに応じて、互いに異なるＤＣ／ＤＣコンバータ制御を行うことになる。ＣＰモードでＢＳＣは、各ＲＢＭＳから受信したラックの状態に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンス値をリアルタイムで決定する。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ又はＤＣ／ＤＣコンバータ内のコントローラは、リアルタイムで受信した電力指令をリアルタイムで追従して電力を出力する。

一方、ドループモードでＢＳＣは、各電池ラックの状態に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータのドループ曲線を設定して、各ＤＣ／ＤＣコンバータに提供することができる。各ＤＣ／ＤＣコンバータは、リアルタイムＤＣリンク電圧値であるＶｄｃに基づいて、各ＤＣ／ＤＣコンバータの自体出力リファレンス値を決定する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、このように決定されたパワーリファレンス値をリアルタイムで追従して出力電力を制御する。

ここで、システムがドループモードで動作する場合、充電又は放電命令を受信した ＰＣＳ４００の動作によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ５００の出力部とＰＣＳ４００の入力部とが出会うＤＣリンク電圧Ｖｄｃが変動し得る。このとき、各ＤＣ／ＤＣコンバータは、変動するＤＣリンク電圧値をセンシングし、自分に合わせてあらかじめ設定されたドループ曲線を参照して、ＤＣ／ＤＣ出力リファレンスを計算する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、計算された出力リファレンスを使用して、当該リファレンスをリアルタイムで追従するように出力制御を行うことができる。

図４は、本発明の一実施例によって、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力制御に使用されるドループ曲線を示すグラフである。

図４のグラフで、横軸はＤＣリンクの電圧（V_DC link）であり、縦軸は各電池に対応するＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力（P_DCDC）を示す。

ＢＳＣは、各電池の状態を考慮してドループ曲線のスロープ制御を通じて、各電池に対応するＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を制御することができる。また、ＢＳＣは、充電限界電力（Max Charge Power）及び放電限界電力（Max Discharge Power）を設定して、充放電の動作範囲を設定することができる。

図４に示すドループ曲線では、充放電が行われないデッドバンドを規定する上限（Dead Band Upper Limit）及び下限（Dead Band Lower Limit）を確認することができ、最大値までの充電が行われて充電が停止した時点でのＤＣリンク電圧（Max charge voltage）及び放電が停止した時点での最小ＤＣリンク電圧（Min discharge voltage）を確認することができる。

このように本発明におけるドループ曲線制御は、ＤＣリンクの電圧を一定に保持するためのものであって、デッドバンドは、待機状態でノイズ及びセンシング誤差による頻繁な充／放電を防止するためのものである。デッドバンドは、例えば、待機状態でＤＣリンクの電圧範囲である８５０～９００Ｖの範囲に設定されることができる。

図５は、本発明の実施例によって、充電プロセスで複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスの計算過程を説明するためのグラフであり、図６は、放電プロセスで複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスの計算過程を説明するためのグラフである。

図５及び図６において、各グラフは、各ＤＣ／ＤＣコンバータのドループ曲線を示す。図５及び図６において、ＤＣリンク電圧値が一定となる区間での電力リファレンスは、充電限界電力（Max Charge Power）及び放電限界電力（Max Discharge Power）を示す。

下記の数式１は、各ドループ曲線に対する関数を示す。

数式１において、P_dcdc_refは、各ＤＣ／ＤＣコンバータでの出力リファレンスを、f_N(x)は、ＤＣ／ＤＣコンバータＮのドループ曲線関数を示す。また、xは、ＤＣリンク電圧Vdcを示し、充電時にVdc_chargeとなり、放電時にはVdc_dischargeとなる。

すなわち、数式１は、ＤＣ／ＤＣコンバータがドループ曲線関数によって定義される値に応じて出力制御を行うことを示す。

下記数式２は、充電時のＰＣＳの出力電力値に対応する各ドループ曲線関数の出力の合計を示すものであって、図５に示すVdc_charge電圧値でバランスがとれることになる。

また、下記数式３は、放電時のＰＣＳの出力電力値に対応する各関数の出力を示したものであって、Vdc_discharge電圧値でバランスがとれることになる。

数式２及び数式３において、P_pcs_refは、ＰＣＳの出力リファレンスを示し、Vdc_chargeは、充電時のＤＣリンクのバランス電圧を示し、Vdc_dischargeは、放電時のＤＣリンクのバランス電圧を示す。

図７は、本発明に係る充放電プロセスで複数のＤＣ／ＤＣコンバータのドループ曲線傾きの計算過程を説明するためのグラフである。

図７のグラフでは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータのドループ曲線傾きを示しており、各曲線の傾きは、互いに異なるものと示されている。

本発明において、各ＤＣ／ＤＣコンバータに対するドループ曲線傾きは、電池の容量（Cap_N）及びＳＯＣ値、さらにＳＯＨに基づいて決定されることができる。したがって、各電池別のドループ曲線による充電傾きの割合α_1：α_2：...α_Nは、下記数式４のように定義されることができる。

数式４を通じて、各電池の充電傾きは、追加エネルギーを貯蔵することができる電池の空いた空間領域（1-SOC_N）及び各電池の容量（Cap_N）に比例することが分かる。

また、電池別のドループ曲線による放電傾きの割合β_1：β_2：...β_Nは、下記数式５のように定義されることができる。

ここで、Cap_Nは、電池Ｎの容量［Ｗｈ］であり、SOC_Nは、電池ＮのＳＯＣを示す。

各電池の放電傾きは、電池に貯蔵されたエネルギーをどのぐらい抽出するかと関連があるので、各電池のＳＯＣ及び電池容量（Cap_N）に比例することが分かる。

上述したように、本発明のシステムがドループモードで運営される場合、エネルギー貯蔵システムの動作中に中央制御器を通じて電池の出力リファレンスを受信するのではなく、実際の動作の前にあらかじめ設定されたドループ曲線によってＤＣ／ＤＣコンバータが自体的に出力リファレンス値を迅速に計算して出力制御に適用するという点で、安定したシステムの運営が可能である。

図８は、本発明の実施例に係るエネルギー貯蔵システムの制御方法のフロー図である。

図８の実施例は、複数の電池、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ、電力調整装置（ＰＣＳ）及び電力管理制御器（ＰＭＳ）を含み、ＰＶ（太陽光）システム及びグリッドと連動するエネルギー貯蔵システムの制御方法における動作順序を示す。

本実施例に係るエネルギー貯蔵システムの制御方法は、電力管理制御器（ＰＭＳ）、電力調整装置（ＰＣＳ）、電池セクションコントローラ（ＢＳＣ）、及び複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうちの一つ以上の個体によって行われることができる。

図８を参照すれば、太陽光システムと連系するエネルギー貯蔵システムにおいて、電力管理制御器は、ＰＶシステムの状態をチェックする。具体的に、ＰＶシステムが発電中であるかをチェックする（Ｓ８００）。電力管理制御器は、ＰＶシステムの状態に応じて、電力調整装置及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するようになる。また、決定された電力調整装置の動作モード及びＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードに応じて、上記電力調整装置の出力リファレンス及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスが決定される。

具体的に、ＰＶシステムが発電中の場合、ＰＣＳを最大電力点追従（ＭＰＰＴ；Maximum Power Point Tracking）モードに設定する（Ｓ８１１）。また、ＰＣＳの出力リファレンスは、ＭＰＰＴ制御によってその値が決定される（Ｓ８１２）。ここで、ＭＰＰＴ制御アルゴリズムは、ＰＣＳによって行われることができる。

また、ＰＶシステムが発電中の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータは定電力モードに設定される（Ｓ８１３）。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスは、上記グリッドが要求する電力量と発電量との差に基づいて算出されることができる（Ｓ８１４）。

一方、ＰＶシステムが発電中ではない場合、ＰＣＳは定電力モードに設定され（Ｓ８２１）、ＰＣＳの出力リファレンスは、グリッドの出力リファレンスと同一に設定される（Ｓ８２２）。また、ＰＶシステムが発電中ではない場合、ＤＣ／ＤＣコンバータはドループモードに設定され（Ｓ８２３）、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスは、電池セクションコントローラによって決定されるドループ曲線によって設定されることができる（Ｓ８２４）。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードがドループモードである旨を通知された電池セクションコントローラによってドループ曲線が設定され、設定されたドループ曲線に関する情報を伝達された各ＤＣ／ＤＣコンバータによって、ドループ曲線を活用した出力電力の制御が行われることができる。

図９は、本発明の実施例に係る電力管理制御装置のブロック図である。

本発明の実施例に係る電力管理制御装置は、少なくとも一つのプロセッサ３１０、上記プロセッサを通じて実行される少なくとも一つの命令を格納するメモリ３２０、 及びネットワークと接続されて通信を行う送受信装置３３０を含むことができる。

上記少なくとも一つの命令は、上記ＰＶシステムが発電中であるか否かに応じて、上記ＰＶシステムの状態を決定するようにする命令；上記ＰＶシステムの状態に応じて、上記電力調整装置（ＰＣＳ）及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するようにする命令；決定された電力調整装置の動作モード及びＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードに応じて、上記電力調整装置の出力リファレンス及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスを決定するようにする命令；上記ＤＣ／ＤＣコンバータのモード情報及び定電力モードであるときの電池の出力リファレンス値を電池セクションコントローラに提供するようにする命令を含むことができる。

ここで、上記電力調整装置及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するようにする命令は、上記ＰＶシステムが発電中の場合、上記ＰＣＳを最大電力点追従（ＭＰＰＴ；Maximum Power Point Tracking）モードに設定するようにする命令；及び、上記ＤＣ／ＤＣコンバータを定電力モードに設定するようにする命令を含むことができる。

また、上記電力調整装置及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するようにする命令は、上記ＰＶシステムが発電中ではない場合、上記ＰＣＳを定電力モードに設定するようにする命令；及び、上記ＤＣ／ＤＣコンバータをドループモードに設定するようにする命令を含むことができる。

電力管理制御装置３００はまた、入力インターフェース装置３４０、出力インターフェース装置３５０、記憶装置３６０などをさらに含むことができる。電力管理制御装置３００に含まれたそれぞれの構成要素は、バス（bus）３７０によって接続されて互いに通信を行うことができる。

プロセッサ３１０は、メモリ３２０及び記憶装置３６０のうちの少なくとも一つに格納されたプログラム命令（program command）を実行することができる。ここで、プロセッサは、中央処理装置（central processing unit, ＣＰＵ）、グラフィックス・プロセッシング・ユニット（graphics processing unit, ＧＰＵ）、又は本発明の実施例に係る方法が行われる専用のプロセッサを意味することができる。メモリ（又は記憶装置）は、揮発性記憶媒体及び非揮発性記憶媒体のうちの少なくとも一つから構成されることができる。例えば、メモリは、読み出し専用メモリ（read only memory, ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（random access memory, ＲＡＭ）のうちの少なくとも一つから構成されることができる。

本発明の実施例に係る方法の動作は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体にコンピュータで読み取り可能なプログラム又はコードとして具現化することが可能である。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み込まれることができるデータが保存されるすべての種類の記録装置を含む。また、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、ネットワークで接続されたコンピュータシステムに分散して、分散方式でコンピュータで読み取り可能なプログラム又はコードが保存されて実行されることができる。

本発明の一部の側面は、装置の文脈で説明されたが、それは、対応する方法による説明も示すことができ、ここで、ブロック又は装置は、方法ステップ又は方法ステップの特徴に対応する。同様に、方法の文脈で説明された側面は、対応するブロック又はアイテム又は対応する装置の特徴で示すことができる。方法ステップのいくつか又は全部は、例えばマイクロプロセッサ、プログラム可能なコンピュータ又は電子回路のようなハードウェア装置によって（又は用いて）行われることができる。いくつかの実施例において、最も重要な方法ステップの一つ以上は、このような装置によって行われることができる。

以上、本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更できることを理解するであろう。

１００ 電池管理システム
２００ 電池セクションコントローラ（Battery Section Controller；ＢＳＣ）
３００ 電力管理制御装置
３１０ プロセッサ
３２０ メモリ
３３０ 送受信装置
３４０ 入力インターフェース装置
３５０ 出力インターフェース装置
３６０ 記憶装置
３７０ バス（bus）
４００ 電力調整装置（Power Conditioning System；ＰＣＳ）
５００ ＤＣ／ＤＣコンバータ
６００ グリッド

Claims (23)

1. ＰＶ（太陽光）システム及びグリッド（Grid；系統）と連動するエネルギー貯蔵システムであって、
   複数の電池ラックを制御する複数のＤＣ／ＤＣコンバータ；
   前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記ＰＶシステムと連動して電力を調整する電力調整装置（ＰＣＳ）；及び
   前記ＰＶシステムの状態に応じて、前記ＰＣＳ及び前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードと出力リファレンスを決定する電力管理制御器（ＰＭＳ）を含む、エネルギー貯蔵システム。
2. 前記電力管理制御器は、
   前記ＰＶシステムが発電中であるか否かに応じて、前記ＰＣＳの動作モード及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
3. 前記電力管理制御器は、
   前記ＰＶシステムが発電中の場合、前記ＰＣＳを最大電力点追従（ＭＰＰＴ；Maximum Power Point Tracking）モードに設定し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは定電力（ＣＰ）モードに設定する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
4. 前記ＰＣＳの出力リファレンスは、ＭＰＰＴ制御によってその値が決定される、請求項３に記載のエネルギー貯蔵システム。
5. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスは、前記グリッドが要求する電力量と発電量との差に基づいて算出される、請求項３に記載のエネルギー貯蔵システム。
6. 前記電力管理制御器は、
   前記ＰＶシステムが発電中ではない状態の場合、前記ＰＣＳを定電力モードに設定し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータをドループ（droop）モードに設定する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
7. 前記ＰＣＳの出力リファレンスは、グリッドの出力リファレンスと同一に設定され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスは、電池セクションコントローラによって決定されるドループ曲線によって設定される、請求項６に記載のエネルギー貯蔵システム。
8. 前記電力管理制御器から前記ＤＣ／ＤＣコンバータのモード情報及び定電力モードであるときの電池の出力リファレンス値を受信して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を制御する、電池セクションコントローラをさらに含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
9. 前記電池セクションコントローラは、
   定電力モードで各電池ラックの状態に基づいて決定された個別のＤＣ／ＤＣコンバータの出力をリアルタイムで決定し、これを当該ＤＣ／ＤＣコンバータに提供する、請求項８に記載のエネルギー貯蔵システム。
10. 前記電池セクションコントローラは、
    ドループモードで各電池ラックの状態に基づいて個別のＤＣ／ＤＣコンバータのドループ曲線を設定し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始の前に設定されたドループ曲線を当該ＤＣ／ＤＣコンバータに提供する、請求項８に記載のエネルギー貯蔵システム。
11. 複数の電池、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ、電力調整装置（ＰＣＳ）及び電力管理制御器（ＰＭＳ）を含み、ＰＶ（太陽光）システム及びグリッドと連動するエネルギー貯蔵システムの制御方法であって、
    前記電力管理制御器が、前記ＰＶシステムが発電中であるか否かに応じて、前記ＰＶシステムの状態を決定するステップ；
    前記電力管理制御器が、前記ＰＶシステムの状態に応じて、前記電力調整装置及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するステップ；及び
    前記電力管理制御器が、決定された電力調整装置の動作モード及びＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードに応じて、前記電力調整装置の出力リファレンス及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスを決定するステップを含む、エネルギー貯蔵システムの制御方法。
12. 前記電力調整装置及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するステップは、
    前記ＰＶシステムが発電中の場合、
    前記ＰＣＳを最大電力点追従（ＭＰＰＴ；Maximum Power Point Tracking）モードに設定するステップ；
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータを定電力モードに設定するステップを含む、請求項１１に記載のエネルギー貯蔵システムの制御方法。
13. 前記ＰＣＳの出力リファレンスは、ＭＰＰＴ制御によってその値が決定される、請求項１２に記載のエネルギー貯蔵システムの制御方法。
14. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスは、前記グリッドが要求する電力量と発電量との差に基づいて算出される、請求項１２に記載のエネルギー貯蔵システムの制御方法。
15. 前記電力調整装置及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するステップは、
    前記ＰＶシステムが発電中ではない場合、
    前記ＰＣＳを定電力モードに設定するステップ；及び
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータをドループモードに設定するステップを含む、請求項１１に記載のエネルギー貯蔵システムの制御方法。
16. 前記ＰＣＳの出力リファレンスは、グリッドの出力リファレンスと同一に設定され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスは、電池セクションコントローラによって決定されるドループ曲線によって設定される、請求項１５に記載のエネルギー貯蔵システムの制御方法。
17. 電池セクションコントローラが、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのモード情報及び定電力モードであるときの電池の出力リファレンス値を前記電力管理制御器から受信するステップ；及び
    前記電池セクションコントローラが、決定された動作モードに応じて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を制御するステップをさらに含む、請求項１１に記載のエネルギー貯蔵システムの制御方法。
18. 前記電池セクションコントローラが前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を制御するステップは、
    定電力モードで電池ラックの状態に基づいて決定された個別のＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスをリアルタイムで決定し、個別のＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスを当該ＤＣ／ＤＣコンバータに提供するステップを含む、請求項１７に記載のエネルギー貯蔵システムの制御方法。
19. 前記電池セクションコントローラが前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を制御するステップは、
    ドループモードで各電池ラックの状態に基づいて個別のＤＣ／ＤＣコンバータのドループ曲線を設定し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始の前に設定されたドループ曲線を当該ＤＣ／ＤＣコンバータに提供するステップを含む、請求項１７に記載のエネルギー貯蔵システムの制御方法。
20. 複数の電池、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ、電力調整装置（ＰＣＳ）を含み、ＰＶ（太陽光）システム及びグリッドと連動するエネルギー貯蔵システム内に位置する電力管理制御装置であって、
    少なくとも一つのプロセッサ；
    前記少なくとも一つのプロセッサを通じて実行される少なくとも一つの命令を格納するメモリを含み、
    前記少なくとも一つの命令は、
    前記ＰＶシステムが発電中であるか否かに応じて、前記ＰＶシステムの状態を決定するようにする命令；
    前記ＰＶシステムの状態に応じて、前記電力調整装置及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するようにする命令；及び
    決定された電力調整装置の動作モード及びＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードに応じて、前記電力調整装置の出力リファレンス及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リファレンスを決定するようにする命令を含む、電力管理制御装置。
21. 前記少なくとも一つの命令は、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータのモード情報及び定電力モードであるときの電池の出力リファレンス値を電池セクションコントローラに提供するようにする命令をさらに含む、請求項２０に記載の電力管理制御装置。
22. 前記電力調整装置及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するようにする命令は、
    前記ＰＶシステムが発電中の場合、
    前記ＰＣＳを最大電力点追従（ＭＰＰＴ；Maximum Power Point Tracking）モードに設定するようにする命令；及び
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータを定電力モードに設定するようにする命令を含む、請求項２０に記載の電力管理制御装置。
23. 前記電力調整装置及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するようにする命令は、
    前記ＰＶシステムが発電中ではない場合、
    前記ＰＣＳを定電力モードに設定するようにする命令；及び
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータをドループモードに設定するようにする命令を含む、請求項２０に記載の電力管理制御装置。