KR101379343B1 - 에너지 저장 시스템，및 에너지 저장 시스템의 제어 방법 - Google Patents

에너지 저장 시스템，및 에너지 저장 시스템의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101379343B1
KR101379343B1 KR1020120076481A KR20120076481A KR101379343B1 KR 101379343 B1 KR101379343 B1 KR 101379343B1 KR 1020120076481 A KR1020120076481 A KR 1020120076481A KR 20120076481 A KR20120076481 A KR 20120076481A KR 101379343 B1 KR101379343 B1 KR 101379343B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
energy
battery
converter
power
price information
Prior art date
Application number
KR1020120076481A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140009776A (ko
Inventor
최종필
정성훈
이원곡
이창우
Original Assignee
한국산업기술대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국산업기술대학교산학협력단 filed Critical 한국산업기술대학교산학협력단
Priority to KR1020120076481A priority Critical patent/KR101379343B1/ko
Publication of KR20140009776A publication Critical patent/KR20140009776A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101379343B1 publication Critical patent/KR101379343B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/30—Smart metering, e.g. specially adapted for remote reading

Abstract

에너지 저장 시스템(ESS)은, 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 배터리 관리 장치(battery management system)와, 배터리 관리 장치를 통해 배터리에 직류 에너지를 공급하거나 또는 배터리에 저장된 직류 에너지를 배터리 관리 장치를 통해 제공받는 양방향 컨버터와, 스마트 미터로부터 전달되는 실시간 전력 가격 정보에 응답하여 배터리 관리 장치의 동작 및 양방향 컨버터의 동작을 제어하는 ESS(energy storage system) 컨트롤러를 포함한다. ESS 컨트롤러는 실시간 전력 가격 정보가 기준 전력 가격 정보보다 높을 때 배터리 관리 장치 및 양방향 컨버터를 제어하여 배터리에 저장된 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하여 부하에 제공하도록 제어하고, 실시간 전력 가격 정보가 기준 전력 가격 정보보다 낮거나 같을 때 배터리 관리 장치 및 양방향 컨버터를 제어하여 전력 계통의 교류 에너지를 직류 에너지로 변환하여 배터리에 저장하도록 제어한다.

Description

에너지 저장 시스템，및 에너지 저장 시스템의 제어 방법{Energy storage system, and method of controlling energy storage system}
본 발명은 에너지 저장 시스템(ESS, energy storage system) 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 스마트 미터를 이용하는 에너지 저장 시스템, 및 상기 에너지 저장 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.
인류의 산업화는 에너지 소비 증가에 따른 에너지 확보에 어려움을 겪게 하였으며 지구 온난화의 주범인 CO2의 과다한 배출을 가져왔다. 이러한 에너지 확보의 위기와 지구 온난화라는 중대한 문제를 해결할 수 있는 에너지 절약형 전력망이 스마트 그리드(smart grid)이다. 스마트 그리드는 에너지 효율 향상 등으로 인해 에너지 낭비를 절감하고 신재생 에너지에 바탕을 둔 분산전원 활성화를 통해 에너지 해외 의존도 감소 및 기존의 발전설비에 들어가는 화석 연료 사용 절감을 통한 온실 가스 감소 효과를 불러온다. 또한 스마트 그리드는 환경과의 조화를 통한 지속적인 경제발전 시스템 역할을 수행할 수 있다.
스마트 그리드의 주요기술은 사용자 전력관리를 위해 스마트 미터(Smart Meter), 스마트빌딩(Smart Building), 스마트 가전제품(Smart Appliance), 또는 수요자 전압조절(Consumer Voltage Regulation) 등이 있다.
신재생 에너지의 보급과 함께 스마트 그리드의 핵심으로 전력의 저장 및 품질, 그리고 에너지 사용의 효율을 극대화시킬 수 있는 에너지 저장 시스템(ESS)에 대한 관심이 증가하고 있다. 에너지 저장 시스템(ESS)은 남는 전력(남는 에너지)을 필요한 때와 장소에 공급하기 위해 전력계통(grid)에 저장하는 기술로서 전력의 품질과 효율성을 최적화할 수 있는 시스템을 말한다. 즉, 에너지 저장 시스템(ESS)은 발전소에서 생산한 전력을 가정 또는 공장 등에 바로 전달하지 않고 2차 전지에 저장한 후 전력이 가장 필요한 시기와 장소에 전송하여 에너지 효율을 높이는 시스템일 수 있다. 본 발명의 에너지 저장 시스템에 관련되는 전술한 에너지저장시스템의 일례가, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0062850호(2011.6.10.) 및 등록특허공보 제10-1094002호(2011.12.07.)에 개시(disclosure)되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 스마트 미터의 실시간 전력 가격 정보를 이용하는 에너지 저장 시스템, 및 상기 에너지 저장 시스템의 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(ESS)은, 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 배터리 관리 장치(battery management system); 상기 배터리 관리 장치를 통해 상기 배터리에 직류 에너지를 공급하거나 또는 상기 배터리에 저장된 직류 에너지를 상기 배터리 관리 장치를 통해 제공받는 양방향 컨버터; 및 스마트 미터로부터 전달되는 실시간 전력 가격 정보에 응답하여 상기 배터리 관리 장치의 동작 및 상기 양방향 컨버터의 동작을 제어하는 ESS(energy storage system) 컨트롤러를 포함할 수 있으며, 상기 ESS 컨트롤러는 상기 실시간 전력 가격 정보가 기준 전력 가격 정보보다 높을 때 상기 배터리 관리 장치 및 상기 양방향 컨버터를 제어하여 상기 배터리에 저장된 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하여 부하에 제공하도록 제어하고, 상기 실시간 전력 가격 정보가 상기 기준 전력 가격 정보보다 낮거나 같을 때 상기 배터리 관리 장치 및 상기 양방향 컨버터를 제어하여 전력 계통의 교류 에너지를 직류 에너지로 변환하여 상기 배터리에 저장하도록 제어할 수 있다.
상기 ESS 컨트롤러는, 상기 배터리 관리 장치 및 상기 양방향 컨버터가 신재생 에너지 발전장치로부터 발생되는 직류 에너지를 상기 배터리의 저장 전압 레벨에 대응하는 직류 에너지로 변환하여 상기 배터리에 저장하도록 제어할 수 있다.
상기 양방향 컨버터는, 상기 신재생 에너지 발전장치로부터 입력되는 직류 에너지를 상기 배터리의 저장 전압 레벨에 대응하는 직류 에너지로 변환하여 상기 배터리 관리 장치를 통해 상기 배터리에 제공하는 DC/DC 컨버터; 상기 전력 계통으로부터 입력되는 교류 에너지를 상기 배터리의 저장 전압 레벨에 대응하는 직류 에너지로 변환하여 상기 배터리 관리 장치를 통해 상기 배터리에 제공하는 AC/DC 컨버터; 상기 배터리에 저장된 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하여 상기 부하에 제공하는 DC/AC 인버터; 및 상기 ESS 컨트롤러의 제어 신호에 응답하여, 상기 DC/DC 컨버터의 동작, 상기 AC/DC 컨버터의 동작, 및 상기 DC/AC 인버터의 동작을 제어하는 컨버터 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(ESS)의 제어 방법은, (a) 상기 에너지 저장 시스템에 포함된 ESS 컨트롤러가 스마트 미터로부터 실시간 전력 가격 정보를 수신하는 단계; (b) 상기 ESS 컨트롤러가 상기 수신된 실시간 전력 가격 정보와 상기 ESS 컨트롤러에 저장된 기준 전력 가격 정보를 비교하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 비교 결과에 따라 상기 수신된 실시간 전력 가격 정보가 상기 기준 전력 가격 정보보다 높을 때, 상기 ESS 컨트롤러가 상기 에너지 저장 시스템에 각각 포함된 배터리 관리 장치 및 양방향 컨버터를 제어하여 배터리에 저장된 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하여 부하에 제공하도록 제어하는 단계; 및 (d) 상기 (b) 단계의 비교 결과에 따라 상기 수신된 실시간 전력 가격 정보가 상기 기준 전력 가격 정보보다 낮거나 같을 때, 상기 ESS 컨트롤러가 상기 에너지 저장 시스템의 배터리 관리 장치 및 양방향 컨버터를 제어하여 전력 계통의 교류 에너지를 직류 에너지로 변환하여 상기 배터리에 저장하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템의 제어 방법은, (e) 상기 ESS 컨트롤러가, 상기 배터리 관리 장치 및 상기 양방향 컨버터가 신재생 에너지 발전장치로부터 발생되는 직류 에너지를 상기 배터리의 저장 전압 레벨에 대응하는 직류 에너지로 변환하여 상기 배터리에 저장하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템, 및 에너지 저장 시스템의 제어 방법은, 스마트 미터로부터 전송되는 실시간 전력 가격 정보를 분석하여 전력 가격 정보가 상대적으로 비쌀 때(예를 들어, 전력 가격이 상대적으로 고가이고 전력 사용량이 많은 주간(낮)의 전력 사용량 피크(peak) 시간대에) 시스템에 포함된 배터리의 저장된 전기 에너지(직류 에너지)를 부하(load)가 사용하도록 제어하고 전력 가격 정보가 상대적으로 쌀 때(예를 들어, 전력 가격이 상대적으로 저가이고 전력 사용량이 적은 야간 시간대(심야 시간대)에) 배터리에 전력 계통의 전기 에너지를 저장하도록 제어할 수 있다. 따라서 본 발명은 배터리의 전력을 적은 비용(전기요금)으로 효율적으로 사용되도록 관리하여 배터리의 활용성을 높일 수 있고, 심야 시간대에 남는 전력(잉여 전력)을 배터리에 저장하고 낮 시간대에 배터리에 저장된 에너지를 예를 들어 주택에서 사용되는 부하에 공급할 수 있으므로 발전소의 전력 공급과, 전력 수요 사이의 불균형을 해소시킬 수 있고 전력 공급과 전력 수요 사이의 불균형 해소에 의해 전력 계통의 전력 품질을 개선시키고 신규 발전 시설의 추가 투자비용을 절감시키며 이산화탄소 등 유해물질 배출량을 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명은 신재생 에너지원(renewable energy source)에서 발생되는 전기 에너지를 내장된 배터리에 저장(충전)시킬 수 있으므로, 본 발명은 전력 사용량 피크 시간대에 전력 공급원으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템, 및 에너지 저장 시스템의 제어 방법은, 시스템에 내장된 배터리로서 기존의 납축전지를 이용하지 않고 리튬 이온 전지 팩(pack)을 이용하므로 에너지 효율(에너지 저장 효율 또는 충전 및 방전 효율)을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(200)을 나타내는 블락 다이어그램(block diagram)이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(500)을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 제어 방법(600)을 나타내는 흐름도(flow chart)이다.
본 발명 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(200)을 나타내는 블락 다이어그램(block diagram)이다.
도 1을 참조하면, 에너지 저장 시스템(200)은, ESS 컨트롤러(energy storage system controller)(205), 배터리 관리 장치(BMS, battery management system)(210), 및 양방향 컨버터(duplex converter)(220)를 포함한다. 에너지 저장 시스템(200)은 예를 들어 스마트 그리드 기반 일반 가정용 10KW급 소형 에너지 저장 시스템일 수 있다.
배터리 관리 장치(BMS)(210)는 전기 에너지인 직류 에너지(직류 전력)를 저장하는 배터리(215)를 포함하고, 배터리(215)의 충전 또는 방전을 제어한다. 배터리(215)는 다수의 배터리 셀들(battery cells)을 포함하는 배터리 모듈(module)(배터리 팩(pack))일 수 있다. 상기 배터리 모듈은 예를 들어 리튬 이온 전지 팩(Li-ion battery pack)일 수 있다. 2차전지인 리튬 이온 전지는 에너지 밀도(에너지 저장 밀도)가 높아 에너지 저장 효율(에너지 변환 효율)이 높고, 사용하지 않을 때 자연방전이 일어나는 정도가 작으며 메모리 효과가 없을 수 있다. 또한 리튬 이온 전지는 내장된 전극의 유연성이 커서 곡면에 장착하거나 여유 공간의 활용이 가능하도록 형상을 다양하게 할 수 있으므로, 리튬 이온 전지로 구현되는 배터리 모듈을 포함하는 본 발명은 중형 50KW급 농업용 자동차(농업용 전기 자동차), 중형 50KW급 소형 자동차(소형 전기 자동차), 또는 전기 오토바이와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 배터리 모듈은 스티커(sticker) 형식의 리튬 이온 전지 팩이 사용될 수 있다. 스티커 형식의 리튬 이온 전지 팩은 리튬 전지 내부의 가스를 방출하여 리튬의 폭발을 방지할 수 있어 대용량의 모듈(대형 셀들)로 사용될 수 있으므로, 본 발명의 에너지 저장 시스템은 많은 전력을 사용하는 큰 부하를 가지는 아파트에 적용(설치)될 수 있다.
배터리 관리 장치(BMS)(210)는 각각 서로 다른 특성을 가질 수 있는 배터리 셀들을 조절하는 장치로서, 배터리 셀들의 보호 제어 기능, 배터리 셀들의 수명 예측 제어 기능, 또는 배터리 충전 및 방전 제어 기능 등을 수행하고, 배터리 셀들이 최대의 성능을 나타내면서 안전하게 사용될 수 있도록 배터리 셀들을 제어(조절)하는 장치일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 배터리(215)는 배터리 관리 장치(BMS)(210)의 외부에 배치될 수도 있다.
양방향 컨버터(220)는 배터리 관리 장치(BMS)(210)를 통해 배터리(215)에 전기 에너지인 직류 에너지를 공급하거나(저장시키거나), 또는 배터리(215)에 저장된 직류 에너지를 배터리 관리 장치(BMS)(210)를 통해 제공받는다.
ESS(energy storage system) 컨트롤러(205)는 스마트 미터(105)로부터 예를 들어 무선 통신망을 통해 전달되는 실시간 전력 가격 정보(시간대별 전기 요금 정보)에 응답하여 배터리 관리 장치(BMS)(210)의 동작 및 양방향 컨버터(222)의 동작을 제어한다.
ESS 컨트롤러(205)는 스마트 미터(105)의 실시간 전력 가격 정보와 기준 전력 가격 정보(예를 들어, 주택용(일반용)의 경우 시간당 80원/KWh)를 비교하여 스마트 미터(105)의 실시간 전력 가격 정보가 기준 전력 가격 정보보다 높을　때 배터리 관리 장치(BMS)(210) 및 양방향 컨버터(220)를 제어하여 배터리(215)에 저장된 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하여 부하(load)(400)에 제공하도록 제어하고, 스마트 미터(105)의 실시간 전력 가격 정보가 상기 기준 전력 가격 정보보다 낮거나 같을 때 배터리 관리 장치(BMS)(210) 및 양방향 컨버터(220)를 제어하여 전력 계통(305)의 전기 에너지인 교류 에너지를 직류 에너지로 변환하여 배터리(215)에 저장하도록 제어한다. 상기 기준 전력 가격 정보는 ESS 컨트롤러(205)의 저장부(미도시)에 저장될 수 있다. 전력 계통(305)은 발전소, 변전소, 및 송전선 등을 포함한다.
ESS 컨트롤러(205)는, 배터리 관리 장치(BMS)(210) 및 양방향 컨버터(220)가 신재생 에너지 발전장치(300)로부터 발생되는 전기 에너지인 직류 에너지를 변환하여 배터리(215)의 저장 전압 레벨(level)(예를 들어, 12(volt) 또는 100(volt) 직류 전압)에 대응하는 직류 에너지로 변환하여 배터리 관리 장치(BMS)(210)의 배터리(215)에 저장하도록 제어할 수 있다. ESS 컨트롤러(205)는 배터리 관리 장치(BMS)(210), 및 양방향 컨버터(220)의 전체적인 동작을 제어한다.
양방향 컨버터(220)는, 컨버터 컨트롤러(inverter controller)(225), DC(direct current)/DC 컨버터(230), 신재생 에너지 입력부(235), AC(alternating current)/DC 컨버터(240), 전력 입력부(245), 및 DC/AC 인버터(250)를 포함한다. 양방향 컨버터(220)는 양방향 인버터로도 언급될 수 있다.
DC/DC 컨버터(230)는 신재생 에너지 발전장치(300)로부터 신재생 에너지 입력부(235)를 통해 입력되는 직류 에너지를 배터리(215)의 저장 전압 레벨에 대응하는 직류 에너지로 변환하여 배터리 관리 장치(BMS)(210)를 통해 배터리(215)에 제공한다(저장시킨다). 즉, DC/DC 컨버터(230)는 신재생 에너지 발전장치(300)의 직류 전압을 배터리(215)의 저장 전압으로 변환한다.
AC/DC 컨버터(240)는 전력 계통(305)으로부터 전력 입력부(245)를 통해 입력되는 교류 에너지를 배터리(215)의 저장 전압 레벨에 대응하는 직류 에너지로 변환하여 배터리 관리 장치(BMS)(210)를 통해 배터리(215)에 제공한다(저장시킨다).
DC/AC 인버터(250)는 배터리(215)에 저장된 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하여 부하(400)에 제공한다. 부하(400)는 예를 들어 일반 주택에서 사용되고 전기 에너지를 소비하는 냉장고와 같은 가정용 부하일 수 있다. 부하(400)가 에너지 저장 시스템(200)의 배터리(215)에 저장된 전기 에너지를 사용하지 않는 경우 부하는 전력 계통(305)의 전기 에너지를 선택적으로 사용할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, DC/AC 인버터(250)는, 배터리(215)에 저장된 에너지의 판매(방전)를 위해, 배터리(215)에 저장된 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하여 상기 변환된 에너지를 스마트 그리드에 포함되는 전력 계통(305)에 제공할 수도 있다.
컨버터 컨트롤러(225)는 ESS 컨트롤러(205)의 제어 신호에 응답하여, DC/DC 컨버터(230)의 동작(전체적인 동작), AC/DC 컨버터(240)의 동작, DC/AC 인버터(250)의 동작, 신재생 에너지 입력부(235)의 동작, 및 전력 입력부(245)의 동작을 제어한다.
신재생 에너지 입력부(235)는 DC/DC 컨버터(230) 및 AC/DC 컨버터(240)가 동시에 동작하여 배터리(215)에 동시에 전력이 전달(저장)되지 않도록 신재생 에너지 발전 장치(300)로부터 입력되는 직류 에너지를 일시적으로 저장(보유)하는 기능(역할)을 수행할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 전술한 신재생 에너지 입력부(235)의 기능은 DC/DC 컨버터(230)의 기능에 포함될 수 있으므로, 신재생 에너지 입력부(235)는 다른 실시예에서 제거(생략)될 수 있다.
전력 입력부(245)는 DC/DC 컨버터(230) 및 AC/DC 컨버터(240)가 동시에 동작하여 배터리(215)에 동시에 전력이 전달되지 않도록 전력 계통(305)으로부터 입력되는 교류 에너지를 일시적으로 저장(보유)하는 기능(역할)을 수행할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 전술한 전력 입력부(245)의 기능은 AC/DC 컨버터(240)의 기능에 포함될 수 있으므로, 전력 입력부(245)는 다른 실시예에서 제거(생략)될 수 있다.
스마트 미터(smart meter)(또는 스마트 미터기)(105)는 전력 거래소(100)(또는 전력 거래소(100)의 서버(server)) 또는 전력 회사(또는 전력 회사의 서버)로부터 통신망(유선 통신망 또는 무선 통신망)을 통해 실시간 전력 가격 정보를 수신하여 에너지 저장 시스템(200)의 ESS 컨트롤러(205)로 전달(전송)할 수 있다. 스마트 미터(105)는 시간대별로 전력 사용량, 전력 저장량, 또는 전력 발전량 등을 측정하여 그 정보(데이터)를 송신할 수 있는 기능을 갖추어, 시간대별 전기 요금을 알 수 있는 전자식 전력량계로서, 전력 사용량 실시간 체크, 또는 전력공급자와 전력 사용자 간 양방향 통신 등을 가능하게 할 수 있다. 스마트 미터(105)는 자동으로 에너지를 계량 및 관리하는 기기로서, 사용되는 에너지를 실시간 체크하여 관련 데이터를 저장하며 상기 저장된 데이터를 사용자(소비자), 또는 전력 거래소 또는 전력 회사와 같은 에너지공급업자에게 제공한다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 스마트 미터(105)는 ESS 컨트롤러(205)로부터 에너지 저장 시스템(200)에서 사용되는 전력량 정보를 수신하여 예를 들어 전력 거래소(100)에 전달할 수도 있다. 또한 스마트 미터(105)는 에너지 저장 시스템(200) 내부에 배치되어 에너지 저장 시스템(200)에 통합될 수도 있다.
신재생 에너지 발전 장치(또는 신재생 발전 장치)(300)는 예를 들어 태양광 에너지를 이용하여 전기 에너지인 직류 에너지를 발생하는 장치, 또는 풍력 에너지를 이용하여 전기 에너지인 직류 에너지를 발생하는 장치일 수 있다.
전술한 바와 같이, 에너지 저장 시스템(200)은 스마트 미터(스마트 미터기)로부터 전달되는 전력 요금(전력 가격)을 분석한 후 실시간 전력 가격 정보가 기준 전력 가격 정보보다 높을 때(예를 들어, 전력 가격이 상대적으로 비싼 주간(낮)의 전력 사용량 피크(peak) 시간대에) 배터리(215)에 저장된 에너지를 변환하여 부하(400)에 공급하도록 제어하고, 실시간 전력 가격 정보가 기준 전력 가격 정보보다 낮거나 같을 때(예를 들어, 전력 가격이 상대적으로 싼 야간 시간대(심야 시간대)에) 220(volt)과 같은 상용전원을 공급하는 전력계통의 교류 에너지를 변환하여 배터리(215)에 저장하도록 제어(결정)할 수 있다. 즉, 에너지 저장 시스템(200)의 ESS 컨트롤러(205)는 배터리(215)의 전력이 예를 들어 비용측면에서 효율적으로 사용되도록 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(500)을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 에너지 저장 시스템(500)은, ESS 컨트롤러(515), 배터리 관리 장치(BMS)(520), 및 양방향 컨버터(530)를 포함한다.
배터리 관리 장치(BMS)(520)는 직류 에너지를 저장하는 배터리(525)를 포함하고, 배터리(525)의 충전 또는 방전을 제어한다. 배터리 관리 장치(BMS)(520)의 구성 및 작용(기능)은 도 1의 배터리 관리 장치(BMS)(210)의 구성 및 작용과 서로 유사하므로 배터리 관리 장치(BMS)(520)에 대한 설명은 도 1의 배터리 관리 장치(BMS)(210)에 대한 설명이 참조될 수 있다. 배터리(525)는 한 시간당 10(KW)을 저장(충전) 또는 방전할 수 있는 가정용 10 KW/h 배터리 팩(Power Pack)일 수 있다.
ESS 컨트롤러(515)는 스마트 미터(505)의 실시간 전력 가격 정보와 기준 전력 가격 정보를 비교하여 스마트 미터(505)의 실시간 전력 가격 정보가 기준 전력 가격 정보보다 높을 때 배터리 관리 장치(BMS)(520) 및 양방향 컨버터(530)를 제어(CONTROL)하여 배터리(525)에 저장된 직류 에너지(DC)를 교류 에너지(AC)로 변환하여 주택(SmartGrid House)(510)에서 사용되는 냉장고 또는 세탁기와 같은 교류 부하에 제공하도록 제어하고, 스마트 미터(505)의 실시간 전력 가격 정보가 상기 기준 전력 가격 정보보다 낮거나 같을 때 배터리 관리 장치(BMS)(520) 및 양방향 컨버터(530)를 제어하여 전력선을 통해 에너지를 전달하는 전력 계통(570)의 교류 에너지(AC)를 직류 에너지(DC)로 변환하여 배터리(525)에 저장하도록 제어한다. 상기 기준 전력 가격 정보는 ESS 컨트롤러(515)의 저장부(미도시)에 저장될 수 있다.
ESS 컨트롤러(515)는, 양방향 컨버터(530)가 전력원(전력 source)인 태양광 발전 장치(565)로부터 발생되는 직류 에너지(DC)를 배터리(525)의 저장 전압 레벨에 대응하는 직류 에너지로 변환하여 배터리 관리 장치(BMS)(520)의 배터리(525)에 저장하도록 제어할 수 있다. 태양광 발전 장치(565)는 태양력 발전을 위한 다수의 태양 전지들을 가지는 태양광 패널을 포함할 수 있다. ESS 컨트롤러(515)의 구성 및 작용(기능)은 도 1의 ESS 컨트롤러(205)의 구성 및 작용과 서로 유사하므로 ESS 컨트롤러(515)에 대한 설명은 도 1의 ESS 컨트롤러(205)에 대한 설명이 참조될 수 있다.
양방향 컨버터(530)는, 컨버터 컨트롤러(535), DC/DC 컨버터(540), PV(Photovoltaic) 입력부(545), AC/DC 컨버터(550), 전력 입력부(555), 및 DC/AC 인버터(560)를 포함한다. 양방향 컨버터(530)는 양방향 인버터로도 언급될 수 있다.
PV 입력부(545)는 태양광 발전 입력부로서, DC/DC 컨버터(540) 및 AC/DC 컨버터(550)가 동시에 동작하여 배터리(525)에 동시에 전력이 전달되지 않도록 태양광 발전 장치(565)로부터 입력되는 직류 에너지를 일시적으로 저장(보유)하는 기능(역할)을 수행할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 전술한 태양광 발전 장치(565)의 기능은 DC/DC 컨버터(540)의 기능에 포함될 수 있으므로, PV 입력부(545)는 다른 실시예에서 제거(생략)될 수 있다.
컨버터 컨트롤러(535)는 ESS 컨트롤러(515)의 제어 신호(CONTROL)에 응답하여, DC/DC 컨버터(540)의 동작(전체적인 동작), AC/DC 컨버터(550)의 동작, DC/AC 인버터(560)의 동작, PV 입력부(545)의 동작, 및 전력 입력부(555)의 동작을 제어한다.
양방향 컨버터(530)의 구성 및 작용(기능)은 도 1의 양방향 컨버터(220)의 구성 및 작용과 서로 유사하므로 양방향 컨버터(530)에 대한 설명은 도 1의 양방향 컨버터(220)에 대한 설명이 참조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 제어 방법(600)을 나타내는 흐름도(flow chart)이다. 에너지 저장 시스템의 제어 방법(600)은 도 1 또는 도 2를 참조하여 설명된 에너지 저장 시스템(200, 500)에 적용될 수 있다.
도 3, 도 1, 및 도 2를 참조하면, 수신 단계(605)에서, 에너지 저장 시스템(200 또는 500)에 포함된 ESS 컨트롤러(205 또는 515)가 스마트 미터(105 또는 505)로부터 실시간 전력 가격 정보를 수신한다.
비교 단계(610 및 615)에 따르면, ESS 컨트롤러(205 또는 515)가 수신 단계(605)에서 수신된 실시간 전력 가격 정보와, ESS 컨트롤러(205 또는 515)에 저장된 기준 전력 가격 정보를 비교한다.
제1 제어 단계(620)에 따르면, 비교 단계(610 및 615)의 비교 결과에 따라 수신 단계(605)에서 수신된 실시간 전력 가격 정보가 상기 기준 전력 가격 정보보다 높을 때, ESS 컨트롤러(205 또는 515)는 에너지 저장 시스템(200 또는 500)에 각각 포함된 배터리 관리 장치(BMS)(210 또는 520) 및 양방향 컨버터(220 또는 530)를 제어하여 배터리(215 또는 525)에 저장된 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하여 부하(400 또는 510)에 제공(방전)하도록 제어한다. 배터리(215 또는 525)는 배터리 관리 장치(BMS)(210 또는 520)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있다.
제2 제어 단계(625)에 따르면, 비교 단계(610 및 615)의 비교 동작 결과에 따라 수신 단계(605)에서 수신된 실시간 전력 가격 정보가 상기 기준 전력 가격 정보보다 낮거나 같을 때, ESS 컨트롤러(205 또는 515)는 에너지 저장 시스템(200 또는 500)의 배터리 관리 장치(BMS)(210 또는 520) 및 양방향 컨버터(220 또는 530)를 제어하여 전력 계통(305 또는 570)의 교류 에너지를 직류 에너지로 변환하여 배터리(215 또는 525)에 저장(충전)하도록 제어한다.
에너지 저장 시스템의 제어 방법(600)은 제3 제어 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제3 제어 단계에 따르면, ESS 컨트롤러(205 또는 515)는, 배터리 관리 장치(BMS)(210 또는 520) 및 양방향 컨버터(220 또는 530)가 신재생 에너지 발전장치(300 또는 565)로부터 발생되는 직류 에너지를 배터리(215 또는 525)의 저장 전압 레벨에 대응하는 직류 에너지로 변환하여 배터리(215 또는 525)에 저장(충전)하도록 제어한다.
전술한 바와 같이, 에너지 저장 시스템(200, 500)의 ESS 컨트롤러(205, 515)는 배터리(215, 525)의 충전 전력 또는 방전 전력이 예를 들어 비용측면에서 효율적으로 사용되도록 제어할 수 있다.
이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
105: 스마트 미터
200: 에너지 저장 시스템
205: ESS 컨트롤러
210: BMS
215: 배터리
220: 양방향 컨버터
225: 컨버터 컨트롤러
230: DC/DC 컨버터
240: AC/DC 컨버터
250: DC/AC 컨버터
300: 신재생 에너지 발전 장치
305: 전력 계통

Claims (5)

  1. 에너지 저장 시스템(ESS)에 있어서,
    배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 배터리 관리 장치(battery management system);
    상기 배터리 관리 장치를 통해 상기 배터리에 직류 에너지를 공급하거나 또는 상기 배터리에 저장된 직류 에너지를 상기 배터리 관리 장치를 통해 제공받는 양방향 컨버터; 및
    스마트 미터(smart meter)로부터 전달되는 실시간 전력 가격 정보에 응답하여 상기 배터리 관리 장치의 동작 및 상기 양방향 컨버터의 동작을 제어하는 ESS(energy storage system) 컨트롤러를 포함하며,
    상기 ESS 컨트롤러는 상기 실시간 전력 가격 정보가 기준 전력 가격 정보보다 높을 때 상기 배터리 관리 장치 및 상기 양방향 컨버터를 제어하여 상기 배터리에 저장된 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하여 부하에 제공하도록 제어하고, 상기 실시간 전력 가격 정보가 상기 기준 전력 가격 정보보다 낮거나 같을 때 상기 배터리 관리 장치 및 상기 양방향 컨버터를 제어하여 전력 계통의 교류 에너지를 직류 에너지로 변환하여 상기 배터리에 저장하도록 제어하며,
    상기 양방향 컨버터는,
    신재생 에너지 발전장치로부터 입력되는 직류 에너지를 상기 배터리의 저장 전압 레벨에 대응하는 직류 에너지로 변환하여 상기 배터리 관리 장치를 통해 상기 배터리에 제공하는 DC/DC 컨버터;
    상기 전력 계통으로부터 입력되는 교류 에너지를 상기 배터리의 저장 전압 레벨에 대응하는 직류 에너지로 변환하여 상기 배터리 관리 장치를 통해 상기 배터리에 제공하는 AC/DC 컨버터;
    상기 배터리에 저장된 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하여 상기 부하에 제공하는 DC/AC 인버터;
    상기 DC/DC 컨버터 및 상기 AC/DC 컨버터가 동시에 동작하여 상기 배터리에 동시에 전력이 전달되지 않도록 상기 신재생 에너지 발전 장치로부터 입력되는 직류 에너지를 일시적으로 저장하는 신재생 에너지 입력부;
    상기 DC/DC 컨버터 및 상기 AC/DC 컨버터가 동시에 동작하여 상기 배터리에 동시에 전력이 전달되지 않도록 상기 전력 계통으로부터 입력되는 교류 에너지를 일시적으로 저장하는 전력 입력부; 및
    상기 ESS 컨트롤러의 제어 신호에 응답하여, 상기 DC/DC 컨버터의 동작, 상기 AC/DC 컨버터의 동작, 상기 DC/AC 인버터의 동작, 상기 신재생 에너지 입력부의 동작, 및 상기 전력 입력부의 동작을 제어하는 컨버터 컨트롤러를 포함하는 에너지 저장 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 에너지 저장 시스템(ESS)의 제어 방법에 있어서,
    (a) 상기 에너지 저장 시스템에 포함된 ESS 컨트롤러가 스마트 미터(smart meter)로부터 실시간 전력 가격 정보를 수신하는 단계;
    (b) 상기 ESS 컨트롤러가 상기 수신된 실시간 전력 가격 정보와 상기 ESS 컨트롤러에 저장된 기준 전력 가격 정보를 비교하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계의 비교 결과에 따라 상기 수신된 실시간 전력 가격 정보가 상기 기준 전력 가격 정보보다 높을 때, 상기 ESS 컨트롤러가 상기 에너지 저장 시스템에 각각 포함된 배터리 관리 장치 및 양방향 컨버터를 제어하여 배터리에 저장된 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하여 부하에 제공하도록 제어하는 단계; 및
    (d) 상기 (b) 단계의 비교 결과에 따라 상기 수신된 실시간 전력 가격 정보가 상기 기준 전력 가격 정보보다 낮거나 같을 때, 상기 ESS 컨트롤러가 상기 에너지 저장 시스템의 배터리 관리 장치 및 양방향 컨버터를 제어하여 전력 계통의 교류 에너지를 직류 에너지로 변환하여 상기 배터리에 저장하도록 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 양방향 컨버터는,
    신재생 에너지 발전장치로부터 입력되는 직류 에너지를 상기 배터리의 저장 전압 레벨에 대응하는 직류 에너지로 변환하여 상기 배터리 관리 장치를 통해 상기 배터리에 제공하는 DC/DC 컨버터;
    상기 전력 계통으로부터 입력되는 교류 에너지를 상기 배터리의 저장 전압 레벨에 대응하는 직류 에너지로 변환하여 상기 배터리 관리 장치를 통해 상기 배터리에 제공하는 AC/DC 컨버터;
    상기 배터리에 저장된 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하여 상기 부하에 제공하는 DC/AC 인버터;
    상기 DC/DC 컨버터 및 상기 AC/DC 컨버터가 동시에 동작하여 상기 배터리에 동시에 전력이 전달되지 않도록 상기 신재생 에너지 발전 장치로부터 입력되는 직류 에너지를 일시적으로 저장하는 신재생 에너지 입력부;
    상기 DC/DC 컨버터 및 상기 AC/DC 컨버터가 동시에 동작하여 상기 배터리에 동시에 전력이 전달되지 않도록 상기 전력 계통으로부터 입력되는 교류 에너지를 일시적으로 저장하는 전력 입력부; 및
    상기 ESS 컨트롤러의 제어 신호에 응답하여, 상기 DC/DC 컨버터의 동작, 상기 AC/DC 컨버터의 동작, 상기 DC/AC 인버터의 동작, 상기 신재생 에너지 입력부의 동작, 및 상기 전력 입력부의 동작을 제어하는 컨버터 컨트롤러를 포함하는 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
  5. 삭제
KR1020120076481A 2012-07-13 2012-07-13 에너지 저장 시스템，및 에너지 저장 시스템의 제어 방법 KR101379343B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120076481A KR101379343B1 (ko) 2012-07-13 2012-07-13 에너지 저장 시스템，및 에너지 저장 시스템의 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120076481A KR101379343B1 (ko) 2012-07-13 2012-07-13 에너지 저장 시스템，및 에너지 저장 시스템의 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140009776A KR20140009776A (ko) 2014-01-23
KR101379343B1 true KR101379343B1 (ko) 2014-03-31

Family

ID=50142794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120076481A KR101379343B1 (ko) 2012-07-13 2012-07-13 에너지 저장 시스템，및 에너지 저장 시스템의 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101379343B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160028880A (ko) 2014-09-04 2016-03-14 박민철 수요 예측을 통한 ess의 운영방법
KR20190074215A (ko) * 2017-12-19 2019-06-27 이영조 Ess를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템 및 이의 동작방법
WO2019124898A1 (ko) * 2017-12-19 2019-06-27 이영조 Ess(에너지 세이빙 시스템)를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템 및 이의 동작방법

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102270913B1 (ko) * 2014-09-30 2021-06-30 한국전력공사 전력저장시스템의 제어 장치와 방법
KR102334713B1 (ko) 2015-03-05 2021-12-03 삼성중공업 주식회사 에너지 저장 시스템 및 그 운용 방법
CN105048543A (zh) * 2015-07-10 2015-11-11 江苏嘉钰新能源技术有限公司 一种带wifi热点充电功能的电动汽车充电桩
WO2017204497A1 (ko) * 2016-05-23 2017-11-30 주식회사 루비 스마트 그리드용 bess의 제어 시스템 및 방법
KR101798554B1 (ko) * 2017-06-21 2017-12-12 성훈하이텍 주식회사 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치
CN107565525B (zh) * 2017-09-07 2019-11-08 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种能源交换设备监测和保护系统
KR101957721B1 (ko) * 2018-07-24 2019-03-14 한국에너지기술연구원 소용량 전기에너지 저장장치가 결합된 분산전원기반 하이브리드형 전기 충전 시스템 및 그 운용방법
KR102260432B1 (ko) * 2019-09-09 2021-06-03 연세대학교 산학협력단 태양광 ｅｓｓ 일체형 시스템의 스마트 인버터 기반 능동형 배전 ｅｍｓ 및 그의 제어 방법
EP3920356A1 (en) * 2020-06-02 2021-12-08 ABB Schweiz AG Electric vehicle charging station
CN115864565B (zh) * 2022-11-16 2023-09-26 惠州因博利电子科技有限公司 一种基于储能变换器的锂离子电池储能系统和方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003143763A (ja) 2001-08-24 2003-05-16 Meidensha Corp 電力貯蔵システム
JP2008067418A (ja) 2006-09-04 2008-03-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 充電制御方法、蓄電装置および充電制御システム
KR101094002B1 (ko) 2009-12-16 2011-12-15 삼성에스디아이 주식회사 전원 변환 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003143763A (ja) 2001-08-24 2003-05-16 Meidensha Corp 電力貯蔵システム
JP2008067418A (ja) 2006-09-04 2008-03-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 充電制御方法、蓄電装置および充電制御システム
KR101094002B1 (ko) 2009-12-16 2011-12-15 삼성에스디아이 주식회사 전원 변환 장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160028880A (ko) 2014-09-04 2016-03-14 박민철 수요 예측을 통한 ess의 운영방법
KR20190074215A (ko) * 2017-12-19 2019-06-27 이영조 Ess를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템 및 이의 동작방법
WO2019124898A1 (ko) * 2017-12-19 2019-06-27 이영조 Ess(에너지 세이빙 시스템)를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템 및 이의 동작방법
KR102244636B1 (ko) * 2017-12-19 2021-04-26 이영조 Ess를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템 및 이의 동작방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140009776A (ko) 2014-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101379343B1 (ko) 에너지 저장 시스템，및 에너지 저장 시스템의 제어 방법
Erol-Kantarci et al. Management of PHEV batteries in the smart grid: Towards a cyber-physical power infrastructure
US20110082598A1 (en) Electrical Power Time Shifting
Rosati et al. Techno-economic analysis of battery electricity storage towards self-sufficient buildings
KR20130130987A (ko) 스마트 그리드를 구현하기 위한 전기 자동차 충전 시스템
Alramlawi et al. Optimal operation of pv-battery-diesel microgrid for industrial loads under grid blackouts
WO2014147420A2 (en) Electrical energy storage device and system
Dagdougui et al. Power management strategy for sizing battery system for peak load limiting in a university campus
Hu et al. Capacity configuration optimization for island microgrid with wind/solar/pumped storage considering demand response
CN205544533U (zh) 一种电动车光伏充电单元
KR20130117566A (ko) 주택용 지능형 전력 제어 시스템 및 방법
KR102143150B1 (ko) 태양광 발전 장치 관리 시스템, 태양광 발전 장치 관리 방법 및 컴퓨터 판독 가능 저장 매체
Jabalameli et al. Rooftop PV with battery storage for constant output power production considering load characteristics
Zahedi Smart grid opportunities & challenges for power industry to manage the grid more efficiently
KR20180066438A (ko) 배터리 충전상태에 기반한 전력수용가 에너지 관리 방법 및 시스템.
Yassin et al. Battery capacity estimation for building-integrated photovoltaic system: Design study of a Southern Norway ZEB house
Mansur et al. Optimal sizing and economic analysis of self-consumed solar PV system for a fully DC residential house
Yang et al. Collaborative optimization of wind-solar-storage configuration in county distribution network considering near-zero carbon emission
Wu et al. Optimal schedule of photovoltaic-battery hybrid system at demand side
Zheng et al. A techno-economic sizing method for PV/battery/grid hybrid solar systems for residential buildings
Sharma et al. Annual electricity cost minimization for South Australian dwellings through optimal battery sizing
Hao et al. Collaborative and optimal operation of V2G for electric vehicles to promote renewable energy consumption
Ciceu et al. Energy Management System for EV Charging Stations Powered by Renewable Energy Sources
KR20180125915A (ko) 태양광 발전 장치 관리 시스템, 태양광 발전 장치 관리 방법 및 컴퓨터 판독 가능 저장 매체
Lu et al. Research on the Day-Ahead Dispatch Strategy for Multi-Energy Power Systems Considering Wind and PV Uncertainty

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
FPAY Annual fee payment
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170405

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180326

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190410

Year of fee payment: 6